Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa và quy hoạch lại mặt bằng phân bố dân cư tại các địa phương nhằm tạo dựng mỹ quan đô thị đã thúc đẩy sự hình thành của nhiều khu dân cư tập trung, trong đó có khu dân cư Gò Đen tại huyện Bến Lức, tỉnh Long An. Sự phát triển hạ tầng và gia tăng mật độ dân số tất yếu kéo theo sự gia tăng nhanh chóng của lượng chất thải phát sinh, đặc biệt là nước thải sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý chứa hàm lượng lớn các hợp chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, chất dinh dưỡng và vi sinh vật gây bệnh; khi xả trực tiếp vào môi trường sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong các kênh rạch tiếp nhận, phá vỡ cân bằng sinh thái thủy sinh, tác động tiêu cực đến sản xuất nông nghiệp và đe dọa trực tiếp đến sức khỏe của cộng đồng dân cư tại chỗ cũng như khu vực lân cận. Xuất phát từ yêu cầu bảo vệ môi trường và đáp ứng các quy chuẩn xả thải hiện hành, đề tài "Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư Gò Đen, Bến Lức, Long An" được thực hiện.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể trong văn bản bao gồm:

  • Mục tiêu nghiên cứu: Dựa trên các số liệu về dân cư, đặc tính nước thải, địa hình, khí tượng thủy văn và các yếu tố kỹ thuật liên quan, tiến hành tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư Gò Đen nhằm đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 14:2008/BTNMT.
  • Nhiệm vụ nghiên cứu:
    1. Nghiên cứu tổng quan về nước thải sinh hoạt và điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội của khu dân cư Gò Đen.
    2. Xác định lưu lượng, thành phần và đặc tính ô nhiễm của nước thải; đề xuất và lựa chọn quy trình công nghệ xử lý nước thải phù hợp.
    3. Tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong dây chuyền công nghệ và lập bảng khái toán chi phí xây dựng, vận hành trạm xử lý.
    4. Thể hiện đầy đủ giải pháp mặt bằng và chi tiết cấu tạo các công trình đơn vị trên hệ thống bản vẽ kỹ thuật khổ A3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hoạt động tắm giặt, vệ sinh cá nhân, nấu nướng của khu dân cư Gò Đen và các công trình đơn vị cấu thành hệ thống xử lý nước thải.
  • Phạm vi không gian: Khu dân cư Gò Đen với quy mô diện tích 8 ha tại xã Phước Lợi, huyện Bến Lức, tỉnh Long An (phía Bắc giáp Quốc lộ 1A; phía Nam giáp Ấp Chợ, xã Long Hiệp; phía Đông giáp Ấp 1, xã Mỹ Yên; phía Tây giáp Tỉnh lộ 835; nguồn tiếp nhận là tuyến kênh Ấp 1, 2 xã Mỹ Yên thoát ra rạch nội đồng và sông Vàm Cỏ).
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được triển khai thực hiện từ ngày 01/12/2010 đến ngày 08/03/2011 (hoàn thành thuyết minh vào tháng 02/2011).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết kỹ thuật môi trường chuyên ngành về tính chất nước thải đô thị, cơ chế phân tán của các hệ hạt chất bẩn và các quá trình biến đổi lý học, hóa lý, sinh học trong xử lý nước thải:

  • Khung lý thuyết và mô hình tính toán:
    • Mô hình phân loại nguồn phát sinh nước thải: Phân định thành nước xám (nước thải không chứa phân, nước tiểu từ bồn tắm, chậu giặt, bồn rửa), nước đen (nước thải từ khu vệ sinh chứa phân, nước tiểu, vi khuẩn gây bệnh và giàu $BOD$, Nitơ, Photpho) và nước thải nhà bếp chứa dầu mỡ, cặn hữu cơ.
    • Lý thuyết trạng thái phân tán hạt: Phân loại 4 nhóm hạt ô nhiễm theo kích thước: Nhóm 1 ($10^{-1} - 10^{-4}\text{ mm}$) gồm tạp chất phân tán thô không tan, lắng trọng lực; Nhóm 2 ($10^{-4} - 10^{-6}\text{ mm}$) gồm hệ keo ưa nước và kỵ nước chiếm 35–40% chất lơ lửng, xử lý bằng cơ chế đông tụ - keo tụ; Nhóm 3 ($\le 10^{-7}\text{ mm}$) gồm các chất hòa tan tạo nên $BOD, COD$; Nhóm 4 ($< 10^{-8}\text{ mm}$) gồm các ion hòa tan không phân hủy sinh học thông thường.
    • Mô hình tải trọng chất bẩn của Imhoff: Tải trọng chất bẩn tính bình quân 180 g/người.ngày (gồm 90g chất hữu cơ và 90g chất vô cơ dưới các dạng cặn lắng, chất không hòa tan và chất hòa tan).
    • Tỷ lệ dinh dưỡng sinh học: Điều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí theo tỷ lệ $BOD_5 : N : P = 100 : 5 : 1$; công thức thành phần nguyên tố hữu cơ trung bình của nước thải $C_{12}H_{26}O_6N$.
  • Văn bản pháp luật và tiêu chuẩn áp dụng:
    • QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt.
    • TCVN 7957:2008: Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế.
  • Phương pháp nghiên cứu:
    • Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tổng hợp lý thuyết công nghệ xử lý cơ học, hóa lý và sinh học trong và ngoài nước.
    • Phương pháp tính toán các chỉ tiêu chất lượng và lưu lượng nước thải: Áp dụng công thức tính toán thủy lực xác định các đại lượng lưu lượng trung bình ngày ($Q_{dTB}$), lưu lượng ngày lớn nhất ($Q_{dmax}$), lưu lượng giờ lớn nhất ($Q_{hmax}$), lưu lượng giây lớn nhất ($Q_{smax}$) cùng hệ số không điều hòa ($K_{ng}, K_{ch}$).
    • Phương pháp tổng hợp và phân tích khả thi: Đánh giá điều kiện tự nhiên, địa chất công trình, nguồn tiếp nhận để so sánh ưu - nhược điểm kỹ thuật và chi phí của các phương án công nghệ.
    • Phương pháp xử lý thông tin định tính và định lượng: Phân tích số liệu ô nhiễm đầu vào, tải trọng thiết kế và hiệu suất xử lý yêu cầu của từng công trình đơn vị.
  • Nguồn dữ liệu: Số liệu quy hoạch mặt bằng khu dân cư Gò Đen; chuỗi dữ liệu khí tượng thủy văn huyện Bến Lức, tỉnh Long An; các hệ số thực nghiệm và tiêu chuẩn tính toán trích xuất từ TCVN 7957:2008 và tài liệu chuyên ngành kỹ thuật môi trường.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan về nước thải trong các khu dân cư

Chương I tập trung hệ thống hóa cơ sở lý luận về nguồn gốc, phân loại, thành phần tính chất và tác hại của nước thải sinh hoạt đô thị. Nước thải sinh hoạt gồm 99.1% nước và phần còn lại là chất rắn (trong đó 50–70% là hợp chất hữu cơ gồm 40–50% protein, 40–50% carbohydrate, 5–10% chất béo; 30–50% là chất vô cơ gồm cát, muối khoáng, kim loại).

Thành phần chất bẩn Cặn lắng (g/người.ngày) Chất rắn không hòa tan (g/người.ngày) Chất hòa tan (g/người.ngày) Tổng cộng (g/người.ngày)
Hợp chất hữu cơ 30 10 50 90
Hợp chất vô cơ 10 5 75 90
Tổng lượng chất bẩn 40 15 125 180

Chương này cũng phân tích chi tiết tác động của từng thành phần ô nhiễm: $BOD, COD$ làm cạn kiệt oxy hòa tan sinh ra các khí độc $H_2S, NH_3, CH_4$; chất rắn lơ lửng ($SS$) gây bồi lắng dòng chảy và cản trở truyền sáng; Nitơ và Photpho gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước; các vi sinh vật gây bệnh lây truyền qua đường nước (lỵ, thương hàn, tiêu chảy); dầu mỡ ngăn cản quá trình khuếch tán oxy qua bề mặt thoáng. Từ đó, tác giả khẳng định sự cần thiết phải bảo vệ nguồn nước mặt thông qua các giải pháp xử lý đạt chuẩn trước khi xả thải.

Chương II: Tổng quan khu dân cư Gò Đen

Chương II trình bày hiện trạng vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, địa chất công trình và tính toán lưu lượng, nồng độ chất bẩn của khu dân cư Gò Đen:

  • Điều kiện tự nhiên: Địa hình tương đối bằng phẳng, cao độ trung bình ruộng tự nhiên +0.6 m; khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo với nhiệt độ trung bình năm $27^\circ\text{C}$ (biên độ ngày đêm $5 - 10^\circ\text{C}$), lượng mưa trung bình 1949 mm/năm (tập trung tháng 5–11), độ ẩm không khí bình quân 79.8%. Địa chất vùng đất trầm tích có sức chịu tải yếu ($R < 1.0\text{ kg/cm}^2$), bắt buộc phải xử lý gia cố móng công trình khi xây dựng. Nguồn tiếp nhận trực tiếp là kênh Ấp 1, 2 xã Mỹ Yên chịu chế độ bán nhật triều không đều từ sông Vàm Cỏ Đông.
  • Quy mô và lưu lượng nước thải tính toán:
    • Quy mô dân số thiết kế: $N = 5.000$ người.
    • Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt: $q_c = 200\text{ L/người.ngày}$.
    • Tiêu chuẩn thải nước: $q_t = 80% \times q_c = 160\text{ L/người.ngày}$.
    • Lưu lượng trung bình ngày đêm: $Q_{dTB} = \frac{5000 \times 160}{1000} = 800\text{ m}^3/\text{ngày}$ (tương ứng $Q_{sTB} = 9.3\text{ L/s}$, $Q_{hTB} = 33.4\text{ m}^3/\text{h}$).
    • Hệ số không điều hòa: $K_{ng} = 1.35$; với $Q_{sTB} = 9.3\text{ L/s}$ tra bảng chọn $K_{ch} = 2.8$.
    • Lưu lượng lớn nhất ngày đêm: $Q_{dmax} = 1.35 \times 800 = 1080\text{ m}^3/\text{ngày}$ (chọn tính toán $Q_{dmax} = 1100\text{ m}^3/\text{ngày}$).
    • Lưu lượng lớn nhất theo giờ: $Q_{hmax} = 2.8 \times 33.4 = 93.5\text{ m}^3/\text{h}$.
    • Lưu lượng lớn nhất theo giây: $Q_{smax} = 2.8 \times 9.3 = 26.5\text{ L/s}$.
  • Nồng độ chất bẩn và tải trọng ô nhiễm: Căn cứ tiêu chuẩn TCVN 7957:2008, tải trọng chất bẩn tính cho một người một ngày đêm gồm: $SS = 50 - 55\text{ g}$, $BOD_L = 30 - 35\text{ g}$, $BOD_5 = 25 - 30\text{ g}$, $N\text{-}NH_4 = 7\text{ g}$, $P_2O_5 = 1.7\text{ g}$, $Cl = 10\text{ g}$.

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

Chương III tổng thuật toàn diện các nguyên lý và công nghệ xử lý nước thải:

  • Phương pháp cơ học: Khảo sát công trình song chắn rác (loại bỏ rác thô $\ge 5\text{ mm}$); bể lắng (lắng đứng dùng cho công suất $< 20.000\text{ m}^3/\text{ngày}$, lắng ngang với vận tốc $\le 40\text{ mm/s}$ cho công suất $> 15.000\text{ m}^3/\text{ngày}$, lắng ly tâm cho công suất $> 20.000\text{ m}^3/\text{ngày}$); bể vớt dầu mỡ; bể lọc hạt. Xử lý cơ học loại bỏ khoảng 60% tạp chất không tan và giảm 30% $BOD$ (nâng lên 75% $SS$ và 40–50% $BOD$ nếu kết hợp thoáng gió sơ bộ).
  • Phương pháp hóa lý: Quá trình đông tụ dùng phèn nhôm $Al_2(SO_4)_3$ (hoạt động tốt ở $pH = 5 - 7.5$) hoặc phèn sắt $Fe_2(SO_4)_3$; quá trình keo tụ tạo bông; phương pháp tuyển nổi; phương pháp khử trùng bằng Clo hơi, Clorua vôi (liều lượng $10\text{ g/m}^3$ sau cơ học, $5\text{ g/m}^3$ sau sinh học, thời gian tiếp xúc 30 phút) và Ozone (tiêu diệt $>99%$ vi khuẩn).
  • Phương pháp sinh học:
    • Điều kiện tự nhiên: Hồ sinh vật hiếu khí (sâu 0.5–1.5 m), hồ tùy tiện (sâu 1.5–2.5 m), hồ yếm khí (sâu $>3\text{ m}$, hiệu suất $BOD$ đạt 70%); cánh đồng tưới và cánh đồng lọc.
    • Điều kiện nhân tạo: Bể lọc sinh học nhỏ giọt (tải trọng $0.5 - 1.5\text{ m}^3/\text{m}^3\text{.ngày}$, hiệu suất $BOD$ 90%), bể lọc sinh học cao tải ($10 - 20\text{ m}^3/\text{m}^2\text{.ngày}$); bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank (xáo trộn lơ lửng kết hợp tuần hoàn bùn hoạt tính); bể kỵ khí dòng chảy ngược qua tầng bùn hạt UASB (chuyển hóa chất hữu cơ qua 3 giai đoạn: thủy phân, lên men tạo axit và sinh khí metan $CH_4, CO_2$).

Chương IV: Lựa chọn và đề xuất công nghệ xử lý

Trên cơ sở đặc thù nước thải sinh hoạt giàu chất hữu cơ và vi sinh vật, tác giả xây dựng hai phương án công nghệ để so sánh:

  • Phương án 1 (Sử dụng bể sinh học hiếu khí Aerotank): Nước thải thu gom theo cống riêng $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Bể lắng cát $\rightarrow$ Bể tiếp nhận kết hợp điều hòa $\rightarrow$ Bể lắng đợt 1 $\rightarrow$ Bể bùn hoạt tính Aerotank $\rightarrow$ Bể lắng đợt 2 $\rightarrow$ Mương trộn khử trùng $\rightarrow$ Bể tiếp xúc khử trùng $\rightarrow$ Xả ra kênh tiếp nhận. Xử lý bùn và cặn: Cát từ bể lắng cát đưa ra sân phơi cát. Bùn hoạt tính từ bể lắng đợt 2 xả về bể chứa bùn; một phần bơm tuần hoàn về Aerotank duy trì nồng độ sinh khối, phần bùn dư bơm về bể lắng đợt 1 để nén bùn và xả ra sân phơi bùn làm ráo.
  • Phương án 2 (Sử dụng mương oxy hóa): Quy trình tương tự Phương án 1 nhưng thay thế bể Aerotank bằng mương oxy hóa hoạt động theo nguyên lý xáo trộn và tuần hoàn dòng chảy bằng thiết bị khuấy làm thoáng bề mặt, hỗ trợ xử lý đồng thời hợp chất hữu cơ cùng một phần Nitơ, Photpho.

Chương V: Tính toán các công trình đơn vị

Chương V trình bày chi tiết thuật toán và kết quả tính toán kích thước, thông số thủy lực của các công trình trong dây chuyền công nghệ. Đối với công trình mở đầu là song chắn rác:

  • Do lưu lượng nhỏ, lựa chọn hình thức lấy rác thủ công.
  • Vận tốc nước chảy trong mương trước song chắn: $v = v_m = 0.6\text{ m/s}$.
  • Vận tốc dòng chảy qua khe hở song chắn: $v_{sc} = 0.8\text{ m/s}$ (tiêu chuẩn $v_{sc} \le 1.0\text{ m/s}$).
  • Chiều rộng mương dẫn đặt song chắn: $B_{sc} = B_m = 0.5\text{ m} = 500\text{ mm}$.
  • Kích thước tiết diện thanh song chắn: bề rộng $b = 15\text{ mm}$, bề dày $d = 15\text{ mm}$.
  • Khoảng cách khe hở thiết kế sơ bộ: $w = 10\text{ mm}$.
  • Thiết lập phương trình quan hệ hình học: $B_{sc} = n \cdot b + (n + 1) \cdot w$.
  • Giải phương trình xác định số thanh: $n = 19.6$, làm tròn thành $n = 20$ thanh.
  • Hiệu chỉnh khoảng cách khe hở thực tế: $$w = \frac{B_{sc} - n \cdot b}{n + 1} = \frac{500 - (20 \times 15)}{20 + 1} = \frac{200}{21} \approx 9.5\text{ mm}$$ Chương này đồng thời hoàn thành tính toán thủy lực cho các công trình tiếp nối gồm bể lắng cát, sân phơi cát, bể tiếp nhận kết hợp điều hòa (thời gian lưu 15–20 phút, trang bị hệ cánh khuấy), bể lắng đợt 1, bể Aerotank, bể lắng đợt 2, bể chứa bùn, sân phơi bùn, mương trộn và bể tiếp xúc khử trùng cho Phương án 1; tính toán mương oxy hóa cho Phương án 2; tổng hợp bảng so sánh kỹ thuật để lựa chọn phương án tối ưu.

Chương VI: Tính toán chi phí

Chương VI tiến hành xác lập dự toán kinh tế kỹ thuật cho toàn bộ dự án:

  • Tính toán chi phí xây dựng công trình ngầm, bể chứa, mương dẫn và công trình phụ trợ cho Phương án 1 và Phương án 2.
  • Tính toán chi phí mua sắm, lắp đặt thiết bị công nghệ (máy bơm nước thải, máy thổi khí, động cơ khuấy trộn, thiết bị châm hóa chất, cầu cào bùn).
  • Khái toán chi phí vận hành thường xuyên (điện năng tiêu thụ, hóa chất khử trùng Clorua vôi, nhân công quản lý, bảo dưỡng định kỳ).
  • So sánh chỉ tiêu kinh tế giữa hai phương án để đưa ra kết luận lựa chọn giải pháp có tổng chi phí vòng đời hợp lý nhất.

Chương VII: Kết luận và kiến nghị

Chương VII tổng kết các kết quả tính toán đã đạt được, khẳng định tính khả thi của hệ thống xử lý thiết kế đối với khu dân cư Gò Đen và đề xuất các kiến nghị liên quan đến công tác quản lý vận hành, quy trình an toàn lao động và bảo trì thiết bị khi trạm xử lý đi vào hoạt động thực tế.

Thiết kế và quy trình công nghệ hệ thống xử lý

Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư Gò Đen được thiết kế đồng bộ theo chuỗi công đoạn cơ học – sinh học hiếu khí – khử trùng hóa chất với nguyên lý vận hành khép kín:

Nước thải KDC
Xả ra kênh Ấp 1, 2 xã Mỹ Yên (Đạt QCVN 14:2008)
  1. Giai đoạn xử lý sơ bộ và cơ học: Nước thải từ mạng lưới cống thu gom riêng của khu dân cư tự chảy qua mương dẫn có đặt song chắn rác thủ công (20 thanh thép $15 \times 15\text{ mm}$, khe hở 9.5 mm) nhằm giữ lại rác thô có kích thước lớn. Tiếp đó, nước chảy qua bể lắng cát để loại bỏ các hạt cát sỏi vô cơ có tỷ trọng lớn nhằm chống mài mòn cánh bơm và đường ống; cát định kỳ được chuyển ra sân phơi cát. Nước thải sau lắng cát chảy vào bể tiếp nhận kết hợp điều hòa, được xáo trộn bằng hệ thống cánh khuấy trong thời gian lưu 15–20 phút để ổn định lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm trước khi bơm sang bể lắng đợt 1. Tại bể lắng đợt 1, phần lớn cặn rắn lơ lửng không tan lắng xuống đáy theo trọng lực.
  2. Giai đoạn xử lý sinh học hiếu khí: Nước trong từ máng thu bể lắng đợt 1 đi vào bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank. Tại đây, hệ thống cấp khí phân phối bọt khí mịn hoạt động liên tục cung cấp oxy hòa tan, tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí lơ lửng hấp thụ và oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan ($BOD, COD$), chuyển hóa thành sinh khối vi sinh mới, nước và khí carbonic. Hỗn hợp nước và bùn hoạt tính chảy tràn sang bể lắng đợt 2 để thực hiện phân tách pha rắn - lỏng bằng trọng lực.
  3. Giai đoạn khử trùng: Nước trong sau lắng 2 chảy qua mương trộn thủy lực, tại đây dung dịch Clorua vôi ($10 - 15%$) được bơm định lượng cấp vào để xáo trộn đồng đều. Nước tiếp tục chảy vào bể tiếp xúc khử trùng với thời gian lưu 30 phút để tiêu diệt triệt để các vi khuẩn, Coliform gây bệnh trước khi xả ra kênh tiếp nhận Ấp 1, 2 xã Mỹ Yên. Cặn lắng tại bể tiếp xúc được xả định kỳ về sân phơi bùn.
  4. Dây chuyền xử lý bùn cặn: Bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng đợt 2 được thu gom về bể chứa bùn. Một phần bùn hoạt tính được bơm tuần hoàn trở lại bể Aerotank nhằm duy trì nồng độ vi sinh vật ($MLSS$), phần bùn dư còn lại được bơm về bể lắng đợt 1 để thực hiện nén bùn trọng lực cùng với cặn tươi, sau đó xả bằng áp lực thủy tĩnh ra sân phơi bùn để làm ráo nước và phơi khô tự nhiên.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật và mang lại các kết quả định lượng cụ thể:

  • Xác lập toàn bộ các thông số lưu lượng tính toán cho khu dân cư 5.000 người: lưu lượng trung bình $Q_{dTB} = 800\text{ m}^3/\text{ngày}$; lưu lượng ngày lớn nhất $Q_{dmax} = 1100\text{ m}^3/\text{ngày}$; lưu lượng giờ lớn nhất $Q_{hmax} = 93.5\text{ m}^3/\text{h}$; lưu lượng giây lớn nhất $Q_{smax} = 26.5\text{ L/s}$.
  • Thiết lập bảng cân bằng vật chất và hiệu suất xử lý yêu cầu cho toàn bộ hệ thống xử lý nước thải đạt QCVN 14:2008:
Chỉ tiêu chất lượng Trước xử lý (đầu vào) Sau xử lý (đầu ra) Hiệu suất xử lý yêu cầu (%)
$pH$ 6.5 – 7.5 5 – 9 —
Chất lơ lửng ($SS$) 344 mg/L 40 mg/L 88%
$BOD_L$ 219 mg/L 30 mg/L 86%
$BOD_5$ 188 mg/L 25 mg/L 87%
Nitô ($N\text{-}NH_4$) 44 mg/L 20 mg/L 55%
Photpho ($P$) 11 mg/L 6 mg/L 45%
Coliform $10^7\text{ MPN/100 ml}$ $10^3\text{ MPN/100 ml}$ 99.9%
  • Đưa ra kết quả tính toán chi tiết kích thước hình học và thông số thủy lực của từng công trình đơn vị (điển hình như song chắn rác với chiều rộng mương $B_m = 0.5\text{ m}$, vận tốc $v_{sc} = 0.8\text{ m/s}$, bố trí 20 thanh thép kích thước $15 \times 15\text{ mm}$ với khe hở $w = 9.5\text{ mm}$).
  • Hoàn thành so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa hai công nghệ sinh học phổ biến (bể bùn hoạt tính Aerotank và mương oxy hóa), cung cấp cơ sở lựa chọn phương án khả thi, phù hợp với đặc thù nền địa chất yếu ($R < 1.0\text{ kg/cm}^2$) tại khu vực Bến Lức, Long An.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Toàn bộ số liệu thành phần, nồng độ các chất ô nhiễm đầu vào ($SS, BOD, N, P$) được xác định thông qua phương pháp tính toán lý thuyết dựa trên tải trọng chất bẩn định mức theo tiêu chuẩn TCVN 7957:2008 và công thức của Imhoff, chưa có chuỗi số liệu phân tích hóa lý thực tế từ nguồn nước thải thực nghiệm tại khu dân cư do dự án đang trong giai đoạn quy hoạch.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tiến hành quan trắc, lấy mẫu và kiểm nghiệm các chỉ tiêu nước thải thực tế khi khu dân cư đi vào vận hành đủ 100% công suất để hiệu chỉnh chế độ hoạt động của trạm xử lý.
    • Nghiên cứu ứng dụng các thiết bị điều khiển tự động (cảm biến DO, biến tần máy thổi khí, bơm định lượng hóa chất tự động theo lưu lượng) nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng và giảm thiểu chi phí nhân công vận hành.
    • Khảo sát tiềm năng tái sử dụng nước thải sau xử lý cho mục đích tưới tiêu cây xanh nội khu và rửa đường đô thị.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Môi trường, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị và Quản lý Môi trường. Các nội dung có giá trị tham khảo nổi bật bao gồm:

  • Phương pháp tính toán xác định các thông số lưu lượng không điều hòa ($Q_{dmax}, Q_{hmax}, Q_{smax}$) từ quy mô dân số và định mức cấp thoát nước sinh hoạt theo TCVN 7957:2008.
  • Trình tự và công thức tính toán thiết kế chi tiết từng công trình đơn vị trong trạm xử lý nước thải sinh hoạt (song chắn rác, bể lắng cát, bể điều hòa, lắng đợt 1, Aerotank, lắng đợt 2, khử trùng, sân phơi bùn).
  • Cấu trúc và phương pháp lập dự toán kinh tế kỹ thuật, so sánh lựa chọn phương án công nghệ xử lý nước thải cho các dự án khu dân cư, đô thị vừa và nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Các hệ số không điều hòa chung ($K_{ch}$) và hệ số không điều hòa ngày ($K_{ng}$) được lựa chọn với giá trị bao nhiêu để tính toán thủy lực cho hệ thống? Dựa trên lưu lượng giây trung bình tính toán là $Q_{sTB} = 9.3\text{ L/s}$, tác giả tra bảng quy chuẩn và lựa chọn hệ số không điều hòa chung $K_{ch} = 2.8$. Hệ số không điều hòa ngày được xác định là $K_{ng} = 1.35$. Từ đó tính ra lưu lượng lớn nhất ngày đêm $Q_{dmax} = 1080\text{ m}^3/\text{ngày}$ (chọn $1100\text{ m}^3/\text{ngày}$), lưu lượng lớn nhất giờ $Q_{hmax} = 93.5\text{ m}^3/\text{h}$ và lưu lượng giây lớn nhất $Q_{smax} = 26.5\text{ L/s}$.

2. Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người và nồng độ ô nhiễm tính toán ban đầu của nước thải khu dân cư Gò Đen là bao nhiêu? Theo TCVN 7957:2008, tải trọng chất bẩn tính cho 1 người/ngày đêm gồm: $SS = 50 - 55\text{ g}$, $BOD_L = 30 - 35\text{ g}$, $BOD_5 = 25 - 30\text{ g}$, $N\text{-}NH_4 = 7\text{ g}$, $P_2O_5 = 1.7\text{ g}$, $Cl = 10\text{ g}$. Nồng độ chất bẩn tương ứng đi vào trạm xử lý được xác định là: $pH = 6.5 - 7.5$, $SS = 344\text{ mg/L}$, $BOD_L = 219\text{ mg/L}$, $BOD_5 = 188\text{ mg/L}$, $N\text{-}NH_4 = 44\text{ mg/L}$, $Photpho = 11\text{ mg/L}$ và $Coliform = 10^7\text{ MPN/100 ml}$.

3. Công trình song chắn rác ở Phương án 1 có các thông số kích thước hình học và vận tốc dòng chảy cụ thể như thế nào? Song chắn rác lấy rác thủ công được đặt trong mương dẫn rộng $B_m = 0.5\text{ m}$; vận tốc nước trước song chắn $v = 0.6\text{ m/s}$; vận tốc qua khe hở $v_{sc} = 0.8\text{ m/s}$. Các thanh chắn bằng thép có bề rộng $b = 15\text{ mm}$ và bề dày $d = 15\text{ mm}$. Tổng số thanh chắn được tính toán là $n = 20$ thanh, khoảng cách giữa các thanh (khe hở) thực tế đạt $w = 9.5\text{ mm}$.

4. Dây chuyền xử lý và tuần hoàn bùn trong hệ thống được thiết kế vận hành ra sao? Bùn hoạt tính lắng tại đáy bể lắng đợt 2 được xả định kỳ về bể chứa bùn. Tại đây, một phần bùn hoạt tính được bơm tuần hoàn trở lại bể Aerotank nhằm duy trì mật độ sinh khối vi sinh vật, phần bùn dư còn lại được bơm sang bể lắng đợt 1 để thực hiện nén bùn trọng lực cùng với cặn sơ cấp. Sau khi nén, hỗn hợp bùn cặn được xả bằng áp lực thủy tĩnh ra sân phơi bùn để làm khô.

5. Điều kiện địa chất tại khu vực xây dựng ảnh hưởng như thế nào đến giải pháp thiết kế công trình? Địa chất khu vực khu dân cư Gò Đen thuộc vùng đất trầm tích có sức chịu tải yếu ($R < 1.0\text{ kg/cm}^2$). Do đó, giải pháp thiết kế kỹ thuật bắt buộc phải tính toán gia cố nền móng (đóng cọc hoặc xử lý nền) cho toàn bộ các cụm bể bê tông cốt thép và mương dẫn của trạm xử lý nước thải để chống lún sụt và nứt vỡ công trình.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Trần Hữu Sáng đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư Gò Đen (xã Phước Lợi, huyện Bến Lức, tỉnh Long An) với quy mô 5.000 dân và công suất thiết kế trung bình $800\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ (lớn nhất $1100\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$). Bằng phương pháp tính toán thủy lực chặt chẽ dựa trên hệ thống tiêu chuẩn TCVN 7957:2008 và mô hình sinh học hiếu khí Aerotank kết hợp khử trùng bằng Clorua vôi, nghiên cứu đã đưa ra lời giải kỹ thuật toàn diện đảm bảo nước thải đầu ra đạt QCVN 14:2008/BTNMT. Các kết quả tính toán chi tiết từ công trình thu gom, lắng, xử lý sinh học đến xử lý bùn cặn và khái toán chi phí thể hiện tính khả thi cao, đóng góp một phương án công nghệ thực tiễn cho bài toán bảo vệ môi trường tại các khu dân cư đang phát triển.