Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình gia tăng dân số và phát triển đô thị nhanh chóng tại các đô thị lớn của Việt Nam như Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng, Hải Phòng đang gây ra áp lực nặng nề lên hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt. Nước thải đô thị chưa qua xử lý hoặc xử lý không đạt chuẩn xả thẳng vào hệ thống kênh rạch và nguồn nước mặt làm suy giảm chất lượng môi trường nước nghiêm trọng. Trong bối cảnh đó, các khu đô thị tập trung, khu công nghệ cao và khu phần mềm đòi hỏi phải có hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt đạt quy chuẩn kỹ thuật môi trường nghiêm ngặt trước khi xả vào nguồn tiếp nhận.

Khu Công viên phần mềm Quang Trung (QTSC) có quy mô diện tích 43 ha, tọa lạc tại Phường Tân Chánh Hiệp, Quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh (cách trung tâm thành phố khoảng 15 km). Đây là trung tâm công nghệ thông tin tập trung với hàng loạt tòa nhà văn phòng, viện nghiên cứu, doanh nghiệp, cơ sở đào tạo và dịch vụ ẩm thực:

  • Các tòa nhà và trung tâm làm việc: SMS Tower, TMA Tower, SaigonTech, JVPE, QTSC R&D Labs, ANNA, Inovation, Saigon ICT Tower, Helios, Green Hills, QTSC Telecom, QTSC Building 9, các khối nhà số 1, 3, 6A, 8, 10.
  • Các đơn vị tài chính và ươm tạo: Ngân hàng ACB, Sở Giao dịch Chứng khoán TP.HCM, Vườn ươm Doanh nghiệp Quang Trung.
  • Các khu biệt thự: Sài Gòn Liên Phương, Đông Phương.
  • Các cơ sở giáo dục: Trường Đại học Hoa Sen, Trường Cao đẳng Viễn Đông, Trường Mầm non Quang Trung.
  • Các cơ sở dịch vụ ăn uống: Nhà hàng MINA, Hội quán Quán Tượng, Nhà hàng Lối Xưa.

Hiện trạng trạm xử lý nước thải tập trung của khu công viên hoạt động với công suất 500 $\text{m}^3\text{/ngày đêm}$, dây chuyền chỉ gồm bể lắng và bể khử trùng đơn giản, nước sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT Cột B. Trước nhu cầu mở rộng hoạt động và nâng cao tiêu chuẩn bảo vệ môi trường, dự án nâng cấp hệ thống xử lý nước thải lên công suất 1000 $\text{m}^3\text{/ngày đêm}$ đạt QCVN 14:2008/BTNMT Cột A được triển khai.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Phân tích thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt phát sinh từ các nguồn trong khuôn viên Công viên phần mềm Quang Trung.
  2. Đề xuất hai phương án công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phù hợp với tính chất nguồn thải và mặt bằng dự án: Phương án 1 (Bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank truyền thống) và Phương án 2 (Bể phản ứng sinh học theo mẻ SBR).
  3. Tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị, lựa chọn thiết bị cơ điện và phụ trợ cho cả hai phương án công nghệ.
  4. Lập khai toán kinh phí xây dựng, mua sắm thiết bị và chi phí vận hành (điện năng, hóa chất, nhân công), từ đó so sánh kỹ thuật - kinh tế để lựa chọn phương án công nghệ tối ưu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải sinh hoạt phát sinh từ các tòa nhà văn phòng, trường học, ngân hàng, nhà hàng và khu dân cư nội bộ thuộc Công viên phần mềm Quang Trung.
  • Phạm vi không gian: Khu xử lý nước thải tập trung tại Công viên phần mềm Quang Trung, Phường Tân Chánh Hiệp, Quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi công suất thiết kế: $1000\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$.
  • Chuẩn xả thải mục tiêu: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT, Cột A.
  • Thời gian thực hiện: Đồ án hoàn thành vào tháng 8/2019 tại Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, với sự hỗ trợ thực tập tại Công ty TNHH MTV Công nghệ Môi trường Lê Huỳnh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Cơ sở lý thuyết về nước thải sinh hoạt:

  • Nước thải sinh hoạt chứa khoảng 52% hợp chất hữu cơ và 48% hợp chất vô cơ, bao gồm các thành phần carbonhydrate, protein, lipid dễ bị vi sinh vật phân hủy. Nồng độ ô nhiễm được đánh giá thông qua các chỉ tiêu vật lý (TSS, độ màu, mùi), chỉ tiêu hóa học ($\text{pH}$, $\text{COD}$, $\text{BOD}_5$, $\text{DO}$, tổng Nitơ, Amoni, Nitrate, Phosphat, chất hoạt động bề mặt) và chỉ tiêu vi sinh học (Tổng Coliform, vi khuẩn tả, kiết lỵ, thương hàn).
  • Trong xử lý sinh học hiếu khí, tỷ lệ dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của bùn hoạt tính được duy trì ở mức $\text{BOD}_5:\text{N}:\text{P} = 100:5:1$.
  • Cơ chế phân hủy hiếu khí diễn ra qua 3 giai đoạn: oxy hóa chất hữu cơ, tổng hợp tế bào mới và phân hủy nội bào.

Hệ thống văn bản quy phạm và tiêu chuẩn áp dụng:

  • QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (áp dụng giới hạn Cột A cho nguồn tiếp nhận).
  • TCXDVN 51:2008: Tiêu chuẩn thiết kế thoát nước - Mạng lưới bên ngoài và công trình.
  • QCVN 07-2:2016/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình hạ tầng kỹ thuật - Công trình thoát nước.

Phương pháp nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật:

  • Phương pháp thu thập và phân tích dữ liệu thực tế: Sử dụng kết quả phân tích mẫu nước thải ngày 03/04/2019 do Trung tâm Phân tích Quan trắc Môi trường Việt Nam (Công ty Cổ phần Kỹ thuật Tiêu chuẩn QCVN Việt Nam) thực hiện.
  • Phương pháp tính toán công nghệ môi trường: Áp dụng các phương trình thủy lực dòng chảy mương hở, định luật lắng trọng lực Newton và Stokes, cân bằng vật chất $\text{BOD}_5$, động học bùn hoạt tính lơ lửng, tính toán nhu cầu oxy và lưu lượng khí nén, tính toán bơm bùn tuần hoàn và bơm định lượng hóa chất.
  • Phương pháp phân tích kinh tế - kỹ thuật: Lập bảng khai toán chi phí xây dựng, chi phí đầu tư thiết bị cơ khí - điện lực, chi phí tiêu thụ điện năng ($1.500\text{ VNĐ/kWh}$) và chi phí hóa chất ($\text{NaOH}$, $\text{Chlorine}$) theo đơn giá thực tế năm 2019.

Thiết kế và triển khai công nghệ

Đồ án xây dựng hai sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt với công suất $1000\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$:

Phương án 1 (Công nghệ bùn hoạt tính Aerotank):

  • Dây chuyền công nghệ: Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom (TK-01) $\rightarrow$ Bể điều hòa (TK-02) $\rightarrow$ Bể điều chỉnh $\text{pH}$ (TK-03) $\rightarrow$ Bể sinh học hiếu khí Aerotank (TK-04) $\rightarrow$ Bể lắng ly tâm (TK-05) $\rightarrow$ Bể trung gian (TK-06) $\rightarrow$ Bồn lọc áp lực (TK-07) $\rightarrow$ Bể khử trùng (TK-08) $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận.
  • Xử lý bùn: Bùn lắng từ bể lắng ly tâm được tuần hoàn về bể Aerotank; bùn dư được dẫn về Bể nén bùn trọng lực để giảm độ ẩm xuống 94–96%, nước tách bùn tuần hoàn về hố thu gom, bùn đặc đưa đi xử lý định kỳ.

Phương án 2 (Công nghệ phản ứng sinh học theo mẻ SBR):

  • Dây chuyền công nghệ: Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom (TK-01) $\rightarrow$ Bể điều hòa (TK-02) $\rightarrow$ Bể điều chỉnh $\text{pH}$ (TK-03) $\rightarrow$ Bể phản ứng sinh học SBR 2 đơn nguyên (TK-04) $\rightarrow$ Bể trung gian (TK-05) $\rightarrow$ Bồn lọc áp lực (TK-06) $\rightarrow$ Bể khử trùng (TK-07) $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận.
  • Chu trình hoạt động của bể SBR gồm 5 pha nối tiếp: Làm đầy (Fill) $\rightarrow$ Thổi khí phản ứng (React) $\rightarrow$ Lắng tĩnh (Settle) $\rightarrow$ Xả nước trong bằng Decanter (Draw) $\rightarrow$ Xả bùn dư và chờ (Idle/Sludge waste).
Hạng mục công trình Thông số hình học chính Thiết bị và thông số kỹ thuật lắp đặt
Song chắn rác Chiều rộng mương $B_m = 0{,}5\text{ m}$; chiều cao $H = 0{,}5\text{ m}$; góc nghiêng $60^\circ$ 33 thanh inox; khe hở $l = 16\text{ mm}$; chiều dày thanh $s = 8\text{ mm}$; 02 bộ (01 công tác, 01 dự phòng)
Hố thu gom $D \times R \times H = 5 \times 2 \times 4{,}5\text{ m}$; thể tích $V = 45\text{ m}^3$; thời gian lưu $t = 30\text{ phút}$ 02 bơm chìm KTZ công suất $7{,}5\text{ kW}$ ($10\text{ HP}$), lưu lượng $80{,}32\text{ m}^3\text{/h}$, cột áp đẩy cao
Bể điều hòa $D \times R \times H = 18 \times 9 \times 4{,}5\text{ m}$; thể tích thực $V = 729\text{ m}^3$; thời gian lưu $t = 15\text{ h}$ 02 máy thổi khí cạn LT-100 ($15{,}77\text{ kW}$); 136 đĩa thổi khí LT 144 trên 8 nhánh ống D75; 02 bơm chìm Tsurumi 80B21.5 ($1{,}5\text{ kW}$)
Bể điều chỉnh $\text{pH}$ $D \times R \times H = 2 \times 2 \times 4{,}5\text{ m}$; thể tích $V = 18\text{ m}^3$; thời gian lưu $t = 20\text{ phút}$ 01 máy khuấy trục $3\text{ kW}$ (cánh khuấy $800\text{ mm}$, nghiêng $45^\circ$); 02 bơm định lượng Nikkiso NFH20 ($6\text{ L/h}$, $22\text{ W}$); 02 bồn chứa $\text{NaOH}$ dung tích $300\text{ L}$; bộ đo $\text{pH}$ Samsan
Bể Aerotank (Phương án 1) Thể tích hữu ích tính theo tải trọng hữu cơ; $\text{BOD}_5$ đầu vào $81{,}61\text{ mg/L}$, ra $30\text{ mg/L}$ Hệ thống đĩa phân phối khí mịn dưới đáy bể; hệ thống cấp khí từ trạm máy thổi khí
Bể lắng ly tâm (Phương án 1) Bể tròn dòng chảy hướng tâm; vùng lắng và hố thu bùn đáy Cầu gạt bùn đáy và thu bọt nổi bề mặt; 02 bơm bùn tuần hoàn và bùn dư
Bể SBR (Phương án 2) Hệ thống 02 bể hoạt động luân phiên lệch pha Hệ thống sục khí đáy; thiết bị thu nước trong bề mặt (Decanter); bơm xả bùn dư đáy
Bể lọc áp lực Cột lọc áp lực vỏ thép hình trụ đứng; vật liệu lọc cát thạch anh, than antraxit, sỏi đỡ 02 bơm cấp nước lọc từ bể trung gian; hệ thống van điều khiển chu trình lọc và rửa lọc
Bể khử trùng Bể tiếp xúc vách ngăn tạo dòng dích dắc; thời gian tiếp xúc $\ge 30\text{ phút}$ 02 bơm định lượng châm hóa chất khử trùng Chlorine nồng độ chuẩn
Bể nén bùn Bể nén bùn trọng lực kiểu đứng; ống phân phối trung tâm Hệ thống cào bùn; ống thu nước trong bề mặt dẫn về hố thu gom; van xả bùn nén đáy

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về nước thải sinh hoạt:

  • Nguồn phát sinh và tải lượng: Trình bày chi tiết tải lượng chất bẩn theo đầu người theo tiêu chuẩn TCVN (TCXDVN 51:2008) và quốc tế: $\text{SS}$ từ $50\text{--}65\text{ g/người/ngày}$, $\text{BOD}_5$ từ $25\text{--}35\text{ g/người/ngày}$, phân người khô $30\text{--}60\text{ g/người/ngày}$ (chứa 88–97% chất hữu cơ, 5–7% $\text{N}$, 3–5,4% $\text{P}_2\text{O}_5$), nước tiểu khô $50\text{--}70\text{ g/người/ngày}$ (chứa 15–19% $\text{N}$).
  • Đặc tính ô nhiễm: Khái quát các thông số vật lý (TSS, độ màu, mùi $\text{H}_2\text{S}$, mercaptan), thông số hóa học ($\text{pH}$, độ kiềm, $\text{COD}$, $\text{BOD}_5$, $\text{DO}$, các dạng $\text{N}$ vô cơ $\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_2^-$, $\text{NO}_3^-$, hợp chất phosphate, chất hoạt động bề mặt) và thông số sinh học (Coliform, vi khuẩn Vibrio comma, Salmonella typhosa, virus, giun sán).
  • Tổng quan công nghệ xử lý:
    • Xử lý cơ học: Song chắn rác cơ giới/thủ công; các loại bể lắng cát (ngang, đứng, thổi khí, tiếp tuyến); 3 dạng lắng cơ bản (lắng hạt rời rạc theo Newton/Stokes, lắng tạo bông cặn, lắng cản trở vùng nén bùn); bể lắng tròn, bể lắng ngang; bể điều hòa lưu lượng/nồng độ; các loại bể lọc (lọc chậm, lọc nhanh, lọc áp lực).
    • Xử lý hóa lý và hóa học: Keo tụ - tạo bông với phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\cdot 12\text{H}_2\text{O}$ và phèn sắt $\text{FeCl}_3/\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\cdot 7\text{H}_2\text{O}$; tuyển nổi áp lực; hấp phụ than hoạt tính; trao đổi ion; trung hòa; oxy hóa - khử và khử trùng bằng Clo, Ozon, tia cực tím.
    • Xử lý sinh học: Xử lý tự nhiên (cánh đồng ngập nước, hồ sinh học hiếu khí/tùy tiện); xử lý nhân tạo qua bể bùn hoạt tính Aerotank (phân loại aerotank truyền thống, tải trọng cao nhiều bậc, tiếp xúc bùn ổn định, thổi khí kéo dài; ưu điểm hiệu suất khử $\text{SS}$ đạt 97%) và công nghệ phản ứng gián đoạn SBR (5 bước: làm đầy, thổi khí, lắng tĩnh, xả nước trong, xả bùn dư).

Chương 2: Đề xuất công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Chương 2 trình bày cơ sở thực nghiệm và lựa chọn sơ đồ quy trình công nghệ:

  • Dẫn xuất số liệu phân tích chất lượng nước thải đầu vào tại Nhà số 3, Công viên phần mềm Quang Trung (phân tích ngày 03/04/2019): $\text{pH} = 7{,}81$; $\text{BOD}_5 = 85{,}9\text{ mg/L}$; $\text{COD} = 155\text{ mg/L}$; $\text{TSS} = 68\text{ mg/L}$; Dầu mỡ $= 7{,}3\text{ mg/L}$; $\text{Nitrate} = 0{,}088\text{ mg/L}$; $\text{Phosphat} = 9{,}33\text{ mg/L}$; $\text{Amoni} = 0{,}9\text{ mg/L}$; $\text{Coliform} = 95.000\text{ MPN/100mL}$.
  • Đánh giá mức độ ô nhiễm so với QCVN 14:2008/BTNMT Cột A: $\text{BOD}_5$ vượt 2,86 lần (trong thuyết minh nhận xét 2,6 lần); $\text{TSS}$ vượt 1,36 lần; Phosphat vượt 1,56 lần; Coliform vượt 31,7 lần; các chỉ tiêu $\text{pH}$, Dầu mỡ, Nitrate, Amoni đều đạt quy chuẩn.
  • Đề xuất chi tiết hai sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý: Phương án 1 sử dụng Aerotank kết hợp bể lắng ly tâm; Phương án 2 sử dụng công nghệ SBR 2 mẻ; cả hai phương án đều tích hợp công đoạn tiền xử lý cơ học (song chắn rác, hố thu, bể điều hòa, bể chỉnh $\text{pH}$), công đoạn xử lý bậc ba (bể trung gian, lọc áp lực, khử trùng hóa chất Chlorine) và công đoạn nén bùn trọng lực.

Chương 3: Tính toán thiết kế các hạng mục công trình của từng phương án

Chương 3 trình bày các bảng tính toán chi tiết kích thước xây dựng và thông số kỹ thuật thiết bị cơ điện cho từng hạng mục của hai phương án:

  • Thủy lực đầu vào: Lưu lượng trung bình $Q_{\text{tb}} = 1000\text{ m}^3\text{/ngđ} = 41{,}667\text{ m}^3\text{/h} = 11{,}574\text{ L/s}$; Hệ số không điều hòa giờ $K_h = 1{,}931$; Lưu lượng lớn nhất $Q_{\text{max}} = 80{,}478\text{ m}^3\text{/h} = 0{,}022\text{ m}^3\text{/s}$.
  • Song chắn rác: Bề rộng mương $B_m = 0{,}5\text{ m}$; chiều cao nước $h = 0{,}049\text{ m}$; vận tốc dòng chảy $v = 0{,}9\text{ m/s}$; số khe hở $n = 32$; số thanh $m = 33$; khe hở $16\text{ mm}$; bề dày thanh $8\text{ mm}$; góc nghiêng $60^\circ$; tổn thất áp lực $h_s = 0{,}08\text{ m}$; chiều rộng mương mở rộng đặt song chắn $B_s = 0{,}76\text{ m}$; vận tốc nước tại vị trí mở rộng $v' = 0{,}5\text{ m/s} > 0{,}4\text{ m/s}$ (đảm bảo không lắng cặn).
  • Hố thu gom: $D \times R \times H = 5 \times 2 \times 4{,}5\text{ m}$ ($H_{\text{hi}} = 4\text{ m}$, $H_{\text{bv}} = 0{,}5\text{ m}$); thể tích thực $45\text{ m}^3$; lưu nước 30 phút; lắp đặt 02 máy bơm chìm KTZ công suất $7{,}5\text{ kW}$ ($10\text{ HP}$), lưu lượng $80{,}32\text{ m}^3\text{/h}$, đường kính ống đẩy $80\text{ mm}$.
  • Bể điều hòa: $D \times R \times H = 18 \times 9 \times 4{,}5\text{ m}$; thể tích thực $729\text{ m}^3$; thời gian lưu nước $15\text{ h}$; hiệu quả giảm $\text{BOD}_5$ đạt 5% (xuống $81{,}61\text{ mg/L}$), giảm $\text{SS}$ đạt 10% (xuống $61{,}2\text{ mg/L}$). Lắp đặt 02 máy thổi khí cạn LT-100 ($15{,}77\text{ kW}$, lưu lượng $10{,}92\text{ m}^3\text{/phút}$, áp lực $6\text{ m}$); 136 đĩa phân phối khí thô LT 144 bố trí trên 8 ống nhánh D75; 02 bơm chìm TSURUMI 80B21.5 ($1{,}5\text{ kW}$).
  • Bể điều chỉnh $\text{pH}$: $D \times R \times H = 2 \times 2 \times 4{,}5\text{ m}$; thể tích thực $18\text{ m}^3$; thời gian lưu 20 phút. Lắp đặt máy khuấy chìm $3\text{ kW}$ (cánh khuấy $800\text{ mm}$, nghiêng $45^\circ$, cường độ khuấy $G = 400\text{ s}^{-1}$); 02 bơm định lượng hóa chất Nikkiso NFH20 ($6\text{ L/h}$, $22\text{ W}$); 02 bồn chứa dung dịch $\text{NaOH}$ 5% thể tích $300\text{ L}$; thiết bị kiểm soát $\text{pH}$ tự động Samsan.
  • Bể Aerotank và Bể lắng ly tâm (Phương án 1): Tính toán thể tích bể, cân bằng vật chất $\text{BOD}_5$ hòa tan và cặn lơ lửng, tính toán lượng bùn hoạt tính sinh ra, tỷ số $\text{F/M}$, tỷ lệ bùn tuần hoàn $Q_r$ và lượng bùn xả dư $Q_w$.
  • Bể SBR (Phương án 2): Tính toán kích thước 2 nguyên đơn bể SBR, xác định hàm lượng $\text{BOD}_5$ đầu ra, tỷ số $\text{F/M}$, tải trọng hữu cơ thể tích, lượng bùn dư phát sinh mỗi ngày và công suất máy thổi khí cấp cho các pha hiếu khí.
  • Các công trình hoàn thiện: Tính toán bể trung gian, bình lọc áp lực rửa ngược tự động, bể tiếp xúc khử trùng và bể nén bùn trọng lực giảm độ ẩm bùn từ 99% xuống 94–96%.

Chương 4: Khai toán kinh phí cho từng phương án, chọn công nghệ xử lý

Chương 4 tổng hợp các bảng dự toán chi tiết và tiến hành so sánh lựa chọn phương án:

  • Dự toán kinh phí Phương án 1 (Aerotank): Bảng giá thành xây dựng các hạng mục công trình; bảng báo giá chi tiết thiết bị cơ điện (bơm chìm, máy thổi khí, đĩa khí, máy khuấy, bồn lọc, bơm định lượng); bảng tính toán tiêu thụ điện năng trong 1 ngày; bảng chi phí hóa chất ($\text{NaOH}$, Chlorine) trong 1 ngày.
  • Dự toán kinh phí Phương án 2 (SBR): Bảng chi phí xây dựng công trình; bảng giá thiết bị (bao gồm thiết bị Decanter thu nước mặt); bảng chi phí điện năng tiêu thụ 1 ngày; bảng chi phí hóa chất 1 ngày.
  • So sánh kinh tế - kỹ thuật: Lập bảng so sánh tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng, chi phí mua sắm thiết bị, chi phí vận hành hàng ngày, độ phức tạp trong vận hành, tính ổn định và khả năng mở rộng để đưa ra quyết định chọn lựa công nghệ tối ưu cho Công viên phần mềm Quang Trung.

Kết quả và đóng góp

Kết quả phân tích chất lượng nước thải đầu vào và hiệu quả xử lý mục tiêu:

Chỉ tiêu phân tích Đơn vị tính Giá trị phân tích (03/04/2019) Giới hạn Cột A QCVN 14:2008/BTNMT Đánh giá mức độ ô nhiễm
$\text{pH}$ - $7{,}81$ $5\text{--}9$ Đạt quy chuẩn
$\text{BOD}_5$ ($20^\circ\text{C}$) $\text{mg/L}$ $85{,}9$ $30$ Vượt $2{,}86$ lần
$\text{COD}$ $\text{mg/L}$ $155$ - -
$\text{TSS}$ $\text{mg/L}$ $68$ $50$ Vượt $1{,}36$ lần
Dầu mỡ động thực vật $\text{mg/L}$ $7{,}3$ $10$ Đạt quy chuẩn
Nitrate ($\text{NO}_3^-$ tính theo $\text{N}$) $\text{mg/L}$ $0{,}088$ $30$ Đạt quy chuẩn
Phosphat ($\text{PO}_4^{3-}$ tính theo $\text{P}$) $\text{mg/L}$ $9{,}33$ $6$ Vượt $1{,}56$ lần
Amoni ($\text{NH}_4^+$ tính theo $\text{N}$) $\text{mg/L}$ $0{,}9$ $5$ Đạt quy chuẩn
Tổng Coliform $\text{MPN/100mL}$ $95.000$ $3.000$ Vượt $31{,}7$ lần

Kết quả tính toán thiết kế kỹ thuật:

  • Hoàn thành đầy đủ hồ sơ tính toán công nghệ cho 2 phương án xử lý nước thải sinh hoạt công suất $1000\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$.
  • Xác định chi tiết kích thước xây dựng, thể tích hình học, thời gian lưu nước, công suất động cơ và thông số phụ trợ cho từng đơn nguyên: Song chắn rác, Hố thu gom ($45\text{ m}^3$), Bể điều hòa ($729\text{ m}^3$), Bể điều chỉnh $\text{pH}$ ($18\text{ m}^3$), Bể xử lý sinh học (Aerotank / SBR), Bể lắng ly tâm, Bể trung gian, Bồn lọc áp lực, Bể tiếp xúc khử trùng và Bể nén bùn trọng lực.
  • Lựa chọn chính xác danh mục thiết bị thực tế có sẵn trên thị trường: Bơm chìm KTZ $7{,}5\text{ kW}$, bơm TSURUMI 80B21.5, máy thổi khí cạn LT-100 ($15{,}77\text{ kW}$), đĩa khuếch tán khí LT 144, bơm định lượng Nikkiso NFH20, đầu dò $\text{pH}$ Samsan, máy khuấy $3\text{ kW}$.

Đóng góp của đồ án:

  • Đồ án giải quyết bài toán kỹ thuật nâng công suất trạm xử lý nước thải tập trung của Công viên phần mềm Quang Trung từ $500\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$ (chỉ đạt Cột B) lên $1000\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$ (đạt Cột A QCVN 14:2008/BTNMT), phù hợp với quy hoạch mở rộng của khu công viên.
  • Cung cấp cơ sở dữ liệu tính toán công nghệ, kết cấu và khai toán kinh tế đối sánh giữa hai công nghệ xử lý sinh học phổ biến (Aerotank truyền thống và SBR gián đoạn), đóng vai trò tài liệu thiết kế tham khảo trực tiếp cho các dự án hạ tầng môi trường tương đương.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế:

  • Số liệu chất lượng nước thải đầu vào chỉ được phân tích trên một đợt lấy mẫu đơn lẻ vào ngày 03/04/2019, chưa phản ánh toàn diện sự dao động nồng độ chất ô nhiễm theo các mùa trong năm và các khung giờ hoạt động đặc thù của khu công nghệ thông tin.
  • Đồ án dừng lại ở mức độ tính toán thiết kế lý thuyết và khai toán kinh phí dự toán, chưa tiến hành chạy mô hình thực nghiệm (pilot) để kiểm chứng thực tế hiệu quả khử đồng thời Nitơ và Phosphat trong điều kiện tải trọng nước thải biến đổi.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:

  • Mở rộng quan trắc, lấy mẫu chất lượng nước thải định kỳ nhiều đợt trong năm nhằm xây dựng biểu đồ dao động lưu lượng và tải lượng ô nhiễm sát với thực tế vận hành.
  • Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động hóa SCADA, lắp đặt các cảm biến đo online ($\text{DO}$, $\text{ORP}$, $\text{pH}$, $\text{SS}$) để tối ưu hóa lượng khí cấp từ máy thổi khí và hóa chất châm, giúp giảm thiểu chi phí năng lượng vận hành.
  • Nghiên cứu phương án tái sử dụng nước thải sau lọc áp lực và khử trùng để phục vụ tưới cây xanh, thảm cỏ và rửa đường trong khuôn viên 43 ha của Công viên phần mềm Quang Trung nhằm tiết kiệm nguồn nước sạch.

Giá trị tham khảo

Giá trị đối với người học và nghiên cứu:

  • Tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Cấp thoát nước, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị khi thực hiện đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp chuyên ngành xử lý nước thải sinh hoạt đô thị.
  • Minh họa phương pháp luận tính toán thiết kế từng bước: từ khâu phân tích số liệu đầu vào, xác định hệ số không điều hòa, tính toán kích thước bể, lựa chọn thiết bị cơ điện đến lập dự toán kinh phí và so sánh lựa chọn công nghệ.

Nội dung có giá trị ứng dụng thực tiễn cao:

  • Phương pháp tính toán chi tiết các công trình tiền xử lý (song chắn rác cơ giới, hố thu gom, bể điều hòa cấp khí thô, bể điều chỉnh $\text{pH}$ tự động).
  • Bảng thông số kỹ thuật thực tế của các loại thiết bị công nghiệp (bơm chìm nước thải, máy thổi khí, đĩa khuếch tán khí, bơm định lượng hóa chất) và phương pháp tính toán lượng hóa chất tiêu hao ($\text{NaOH}$, Chlorine).

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt tại Công viên phần mềm Quang Trung gồm những khu vực nào và chất lượng đầu vào có những chỉ tiêu nào vượt chuẩn Cột A?

Nước thải sinh hoạt phát sinh từ hệ thống các tòa nhà văn phòng làm việc (SMS Tower, TMA Tower, SaigonTech, JVPE, QTSC R&D Labs, các khối nhà QTSC số 1, 3, 6A, 8, 10, Anna, Inovation, Helios, Green Hills), các cơ quan tài chính (Ngân hàng ACB, Sở Giao dịch Chứng khoán TP.HCM), các trường học (Đại học Hoa Sen, Cao đẳng Viễn Đông, Mầm non Quang Trung), các khu biệt thự và 3 nhà hàng (MINA, Hội quán Quán Tượng, Lối Xưa). Theo kết quả phân tích ngày 03/04/2019, có 4 chỉ tiêu vượt chuẩn Cột A QCVN 14:2008/BTNMT: $\text{BOD}_5$ đạt $85{,}9\text{ mg/L}$ (vượt 2,86 lần so với giới hạn $30\text{ mg/L}$), $\text{TSS}$ đạt $68\text{ mg/L}$ (vượt 1,36 lần so với $50\text{ mg/L}$), Phosphat đạt $9{,}33\text{ mg/L}$ (vượt 1,56 lần so với $6\text{ mg/L}$) và Tổng Coliform đạt $95.000\text{ MPN/100mL}$ (vượt 31,7 lần so với $3.000\text{ MPN/100mL}$).

2. Bể điều hòa công suất $1000\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$ được thiết kế với kích thước và hệ thống thiết bị cấp khí như thế nào?

Bể điều hòa được thiết kế bằng bê tông cốt thép có kích thước hình học $D \times R \times H = 18 \times 9 \times 4{,}5\text{ m}$ (chiều cao hữu ích $4\text{ m}$, chiều cao bảo vệ $0{,}5\text{ m}$), thể tích thực $729\text{ m}^3$, đảm bảo thời gian lưu nước $15\text{ h}$. Hệ thống sục khí xáo trộn chống lắng cặn gồm 02 máy thổi khí cạn LT-100 (công suất $15{,}77\text{ kW}$, lưu lượng $10{,}92\text{ m}^3\text{/phút}$, cột áp $6\text{ m}$) hoạt động luân phiên, cấp khí qua ống chính D100 đến 8 ống nhánh D75 với tổng số 136 đĩa thổi khí thô LT 144 (đường kính $127\text{ mm}$). Nước thải được bơm sang công trình tiếp theo bằng 02 bơm chìm TSURUMI 80B21.5 (công suất $1{,}5\text{ kW}$ / $2\text{ HP}$).

3. Bể điều chỉnh $\text{pH}$ có thông số kỹ thuật và hệ thống định lượng hóa chất như thế nào?

Bể điều chỉnh $\text{pH}$ có kích thước mặt bằng vuông $D \times R = 2 \times 2\text{ m}$, chiều cao xây dựng $4{,}5\text{ m}$, thể tích thực $18\text{ m}^3$, thời gian lưu nước $20\text{ phút}$. Để hòa trộn đều hóa chất, bể trang bị máy khuấy công suất $3\text{ kW}$ với cánh khuấy lá nghiêng $45^\circ$, đường kính cánh $800\text{ mm}$. Hệ thống hóa chất gồm 02 bồn chứa dung dịch $\text{NaOH}$ 5% dung tích $300\text{ L}$ (đủ dùng trong 30 ngày), 02 bơm định lượng Nikkiso NFH20 (lưu lượng tối đa $6\text{ L/h}$, công suất $22\text{ W}$) và bộ điều khiển đo $\text{pH}$ tự động Samsan.

4. Điểm khác biệt cốt lõi giữa Phương án 1 (Aerotank) và Phương án 2 (SBR) trong đồ án là gì?

Phương án 1 vận hành theo dòng chảy liên tục, tách biệt công đoạn phản ứng sinh học hiếu khí tại bể Aerotank và công đoạn lắng tách bùn hoạt tính tại bể lắng ly tâm riêng biệt, kèm theo hệ thống bơm tuần hoàn bùn từ đáy bể lắng về Aerotank. Phương án 2 áp dụng công nghệ phản ứng gián đoạn theo mẻ với 2 đơn nguyên bể SBR, tích hợp toàn bộ các giai đoạn làm đầy, sục khí hiếu khí, lắng tĩnh phân tách pha, thu gom nước trong bề mặt bằng thiết bị Decanter và xả bùn dư ngay trong cùng một công trình mà không cần bể lắng thứ cấp và hệ thống tuần hoàn bùn.

5. Bể nén bùn trọng lực trong trạm xử lý được thiết kế nhằm mục đích gì và yêu cầu thông số ra sao?

Bể nén bùn trọng lực tiếp nhận lượng bùn dư phát sinh từ bể lắng ly tâm (ở Phương án 1) hoặc từ bể SBR (ở Phương án 2). Do bùn sinh học tươi có độ ẩm rất cao (trên 99%), bể nén bùn có nhiệm vụ thực hiện quá trình lắng và nén cơ học dưới tác dụng của trọng lực để cô đặc bùn, giảm độ ẩm xuống mức $94\text{--}96%$. Phần nước tách bùn trên bề mặt được dẫn tuần hoàn quay trở lại hố thu gom TK-01, còn phần bùn đặc lắng dưới đáy được tháo định kỳ để chuyển giao cho đơn vị có chức năng xử lý chất thải.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành toàn diện việc tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho Công viên phần mềm Quang Trung với công suất $1000\text{ m}^3\text{/ngày đêm}$, giải quyết bài toán nâng công suất và cải thiện chất lượng nước đầu ra đạt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT Cột A. Hai phương án công nghệ Aerotank và SBR được xây dựng chi tiết từ thông số hình học, kết cấu xây dựng, lựa chọn thiết bị cơ điện đến dự toán chi phí đầu tư và chi phí vận hành thực tế. Công trình là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích, có độ tin cậy cao cho sinh viên ngành môi trường và các kỹ sư thiết kế hạ tầng cấp thoát nước đô thị.