Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Thành phố Kon Tum là trung tâm hành chính, chính trị, kinh tế, văn hóa và giáo dục của tỉnh Kon Tum, giữ vị trí an ninh - quốc phòng trọng yếu tại khu vực Bắc Tây Nguyên. Cùng với quá trình đô thị hóa, chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng tăng tỷ trọng công nghiệp - thương mại - dịch vụ và sự gia tăng dân số đô thị, khối lượng chất thải và nước thải sinh hoạt phát sinh trên địa bàn ngày càng lớn.

Tại thời điểm nghiên cứu (năm 2010 - 2011), toàn thành phố chưa có trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung đảm bảo quy chuẩn kỹ thuật môi trường. Mạng lưới thoát nước đô thị là hệ thống cống chung cho cả nước mưa và nước thải với tổng chiều dài khoảng 65 km (mới bao phủ khoảng 50% chiều dài đường giao thông nội thị). Nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại cùng nước thải từ các cơ sở y tế, sản xuất, chăn nuôi hầu hết xả trực tiếp vào hệ thống mương cống rồi thoát thẳng ra sông Đăkbla – nguồn cấp nước mặt chính và là thượng lưu của thủy điện Yaly. Theo Báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Kon Tum năm 2008, nước thải tại các cống đô thị bị ô nhiễm nghiêm trọng: chỉ tiêu $\text{BOD}_5$ không đạt tiêu chuẩn loại C; $\text{COD}$ và tổng chất rắn lơ lửng ($\text{SS}$) không đạt tiêu chuẩn loại B theo tiêu chuẩn hiện hành thời điểm đó. Do đó, việc lập đồ án tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt công suất $22.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ định hướng đến năm 2030 là yêu cầu cấp thiết về mặt kỹ thuật và hạ tầng đô thị.

Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt cho thành phố Kon Tum với công suất $22.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, phục vụ thu gom và xử lý nước thải khu vực nội thị và một phần ngoại ô, nhằm kiểm soát ô nhiễm nguồn nước sông Đăkbla, cải thiện vệ sinh môi trường đô thị và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Nhiệm vụ nghiên cứu (theo văn bản giao nhiệm vụ)

  1. Tổng quan lý thuyết về các phương pháp xử lý nước thải nói chung và công nghệ xử lý nước thải đô thị nói riêng.
  2. Thu thập số liệu, khảo sát và đánh giá hiện trạng điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, hạ tầng kỹ thuật cấp thoát nước tại thành phố Kon Tum.
  3. Dự báo quy mô dân số, khối lượng, lưu lượng và thành phần tính chất nước thải sinh hoạt của thành phố Kon Tum đến mốc quy hoạch năm 2030.
  4. Lựa chọn dây chuyền công nghệ, tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong trạm xử lý cho 02 phương án công nghệ.
  5. Khái toán kinh phí đầu tư xây dựng, chi phí vận hành (điện năng) và so sánh lựa chọn phương án tối ưu về kỹ thuật, kinh tế và môi trường.
  6. Tính toán trắc dọc cao trình mực nước và đường dẫn bùn qua các công trình đơn vị; thể hiện hồ sơ thiết kế kỹ thuật trên các bản vẽ khổ A3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải sinh hoạt đô thị thành phố Kon Tum; các công trình đơn vị xử lý cơ học, sinh học, khử trùng và xử lý bùn cặn.
  • Phạm vi không gian: Khu vực nội thị (gồm 10 phường: Quyết Thắng, Thắng Lợi, Quang Trung, Thống Nhất, Nguyễn Trãi, Trần Hưng Đạo, Ngô Mây, Trường Chinh, Lê Lợi, Duy Tân) và vùng phát triển ngoại vi lân cận (thuộc các xã Vinh Quang, Đăk Blà, Chư Hreng, Hòa Bình, Đoàn Kết) với diện tích nghiên cứu phát triển đô thị hơn $6.000\text{ ha}$ trên tổng diện tích tự nhiên $420,231\text{ km}^2$.
  • Phạm vi thời gian: Số liệu hiện trạng thu thập giai đoạn 2008 – 2010; mốc tính toán thiết kế quy hoạch hạ tầng kỹ thuật đến năm 2030. Thời gian thực hiện đồ án kéo dài 15 tuần (từ ngày 13/11/2010 đến ngày 08/03/2011).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đề tài xây dựng trên cơ sở lý thuyết xử lý nước thải đô thị bằng các quá trình cơ học, hóa lý và sinh học:

  • Xử lý cơ học: Nguyên lý lắng trọng lực, lực ly tâm, sàng lọc qua song chắn rác, lắng cát thổi khí, lắng đợt 1 để tách cặn không tan và giảm tải lượng hữu cơ ban đầu (hiệu suất giảm $\text{SS}$ đạt tới 60–75%, giảm $\text{BOD}$ đạt 30–50% khi kết hợp làm thoáng sơ bộ).
  • Xử lý sinh học hiếu khí: Cơ chế chuyển hóa chất hữu cơ của vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh trong điều kiện cấp khí nhân tạo (sinh trưởng lơ lửng trong bể bùn hoạt tính Aerotank hoặc sinh trưởng dính bám trên màng vi sinh của bể lọc sinh học Biophin cao tải).
  • Khử trùng: Động học tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh bằng chất oxy hóa mạnh ($\text{Cl}_2$, $\text{Ca(OCl)}_2$, $\text{NaClO}$, $\text{O}_3$) và bức xạ tia cực tím ($\text{UV}$ bước sóng $254\text{ nm}$).
  • Xử lý cặn bùn: Lý thuyết phân hủy kỵ khí hai pha (pha lên men axit tạo các axit béo hữu cơ và pha lên men kiềm sinh khí $\text{CH}_4$ bởi các chủng vi khuẩn Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina trong bể Mêtan ở nhiệt độ ấm $35 - 37^\circ\text{C}$ hoặc $50 - 55^\circ\text{C}$).
  • Hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật:
    • TCVN 33:2006: Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình.
    • TCVN 7957:2008: Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế.
    • QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (áp dụng Cột A, hệ số quy mô $K = 1$).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thu thập và xử lý số liệu: Tổng hợp tài liệu khí tượng thủy văn, địa chất, quy hoạch chung xây dựng đô thị, báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Kon Tum và tài liệu từ các cơ quan quản lý chuyên ngành.
  • Phương pháp khảo sát và tham khảo thực tế: Phân tích mô hình công nghệ của các trạm xử lý nước thải sinh hoạt đô thị đang vận hành tại Việt Nam (Cần Thơ: $24.000\text{ m}^3/\text{ngày}$; Sóc Trăng: $16.000\text{ m}^3/\text{ngày}$; Thủ Dầu Một: $8.000\text{ m}^3/\text{ngày}$; Lái Thiêu: $11.000\text{ m}^3/\text{ngày}$).
  • Phương pháp tính toán kỹ thuật - kinh tế: Sử dụng hệ thống công thức giải tích thủy lực, công nghệ môi trường theo TCVN 7957:2008 để xác định kích thước công trình, thông số thiết bị, nhu cầu khí, khối lượng bùn và kinh phí đầu tư.
  • Phương pháp đồ họa kỹ thuật: Sử dụng phần mềm AutoCAD để xây dựng mặt bằng tổng thể, sơ đồ dây chuyền công nghệ, mặt cắt thủy lực và chi tiết cấu tạo các công trình đơn vị trên khổ giấy A3.

Thiết kế và triển khai công nghệ

Các thông số tính toán lưu lượng và tải lượng thiết kế

Dân số năm 2009 của thành phố Kon Tum là $144.207\text{ người}$. Với tỷ lệ tăng dân số trung bình $\alpha = 1,3%/\text{năm}$, dân số tính toán đến năm 2030 được xác định: $$N_{2030} = N_{2009} \times (1 + \alpha)^{21} = 189.141\text{ người}$$

Dựa trên tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt chọn $q_c = 160\text{ l/người.ngày}$ (theo TCVN 33:2006 cho đô thị vừa và nhỏ sau khi áp dụng hệ số điều chỉnh), tỷ lệ dân số được cấp nước đạt $90%$, và tiêu chuẩn thải nước bằng $80%$ tiêu chuẩn cấp nước, các giá trị lưu lượng tính toán được tổng hợp như sau:

Thông số thiết kế Ký hiệu Giá trị tính toán Đơn vị
Dân số đô thị năm 2030 $N_{2030}$ $189.141$ người
Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt $q_c$ $160$ l/người.ngày
Lưu lượng nước cấp trung bình ngày $Q_C$ $27.236,24$ $\text{m}^3/\text{ngđ}$
Lưu lượng nước thải trung bình ngày $Q_{ng}^{tb}$ $21.789$ $\text{m}^3/\text{ngđ}$
Lưu lượng nước thải trung bình giờ $Q_h^{tb}$ $907,875$ $\text{m}^3/\text{h}$
Lưu lượng nước thải trung bình giây $Q_s^{tb}$ $252,178$ $\text{l/s}$
Hệ số không điều hòa ngày $K_{ng}$ $1,20$ -
Hệ số không điều hòa giờ lớn nhất / nhỏ nhất $k_1\ /\ k_2$ $1,56\ /\ 0,61$ -
Lưu lượng nước thải ngày lớn nhất $Q_{ng}^{max}$ $26.146,79$ $\text{m}^3/\text{ngđ}$
Lưu lượng nước thải giờ lớn nhất $Q_h^{max}$ $1.416,285$ $\text{m}^3/\text{h}$
Lưu lượng nước thải giây lớn nhất $Q_s^{max}$ $393,412$ $\text{l/s}$
Lưu lượng nước thải giờ nhỏ nhất $Q_h^{min}$ $533,804$ $\text{m}^3/\text{h}$
Lưu lượng nước thải giây nhỏ nhất $Q_s^{min}$ $148,280$ $\text{l/s}$

So sánh hai phương án công nghệ xử lý

Tác giả đề xuất và tính toán thiết kế chi tiết 02 phương án công nghệ xử lý sinh học bậc hai kết hợp xử lý bùn kỵ khí:

Hạng mục công trình Phương án I (Bùn hoạt tính hiếu khí - Aerotank) Phương án II (Màng vi sinh dính bám - Biophin cao tải)
Công trình tiền xử lý & xử lý cơ học Song chắn rác thô/tinh $\rightarrow$ Ngăn tiếp nhận $\rightarrow$ Mương dẫn $\rightarrow$ Bể lắng cát ngang thổi khí $\rightarrow$ Bể làm thoáng sơ bộ $\rightarrow$ Bể lắng ly tâm đợt 1 Song chắn rác thô/tinh $\rightarrow$ Ngăn tiếp nhận $\rightarrow$ Mương dẫn $\rightarrow$ Bể lắng cát ngang thổi khí $\rightarrow$ Bể làm thoáng sơ bộ $\rightarrow$ Bể lắng ly tâm đợt 1
Công trình xử lý sinh học chính Bể phản ứng sinh học hiếu khí Aerotank (quần thể vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng, sục khí liên tục) Bể lọc sinh học Biophin cao tải (quần thể vi sinh vật sinh trưởng dính bám trên vật liệu lọc đệm)
Công trình tách bùn sau xử lý sinh học Bể lắng ly tâm đợt 2 (kèm hệ thống tuần hoàn bùn hoạt tính về Aerotank) Bể lắng ly tâm đợt 2 (thu gom màng vi sinh trôi ra từ Biophin)
Khử trùng nước thải sau xử lý Máng trộn $\rightarrow$ Bể tiếp xúc khử trùng bằng Clo Máng trộn $\rightarrow$ Bể tiếp xúc khử trùng bằng Clo
Dây chuyền xử lý bùn cặn Bể nén bùn ly tâm $\rightarrow$ Bể Mêtan (lên men ấm kỵ khí cặn tươi + bùn dư) $\rightarrow$ Sân phơi bùn; Sân phơi cát riêng Bể nén bùn ly tâm $\rightarrow$ Bể Mêtan (lên men ấm kỵ khí cặn tươi + màng vi sinh) $\rightarrow$ Sân phơi bùn; Sân phơi cát riêng
Chất lượng nước sau xử lý Đạt Cột A QCVN 14:2008/BTNMT Đạt Cột A QCVN 14:2008/BTNMT

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của việc xây dựng hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt cho đô thị Kon Tum trong bối cảnh phát triển kinh tế nhanh và gia tăng dân số. Xác định mục tiêu thiết kế trạm xử lý phục vụ khu vực nội thị và ngoại ô; đề cương 5 nội dung nghiên cứu chính; các phương pháp nghiên cứu áp dụng (thu thập tài liệu, tham khảo chuyên gia, đối chiếu thực địa các trạm xử lý tương tự tại Việt Nam, tính toán giải tích và vẽ kỹ thuật AutoCAD); nêu ý nghĩa thực tiễn về cải thiện môi trường nước, giảm ô nhiễm không khí và bảo vệ nguồn nước cấp sông Đăkbla.

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

Tổng quan toàn diện các quy trình xử lý nước thải:

  • Phương pháp cơ học (song chắn rác khe hở $60-100\text{ mm}$ và $10-25\text{ mm}$, vận tốc $0,8-1\text{ m/s}$; bể lắng cát hạt vô cơ $0,2-2\text{ mm}$; bể lắng ngang, đứng, ly tâm đường kính $16-60\text{ m}$; lọc cơ học tấm/hạt).
  • Phương pháp hóa lý (đông tụ keo tụ dùng phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$, muối sắt $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$; tuyển nổi sục khí; hấp phụ bằng than hoạt tính; trao đổi ion; màng bán thấm gồm thẩm thấu ngược, siêu lọc, thẩm tách; trích ly pha lỏng và các phương pháp điện hóa).
  • Phương pháp sinh học tự nhiên (cánh đồng tưới công cộng/nông nghiệp, bãi lọc tầng đất mặt sâu tới $1,5\text{ m}$; hồ sinh học gồm hồ kỵ khí, hồ tùy tiện sâu $0,9-1,5\text{ m}$, hồ hiếu khí tự nhiên sâu $30-40\text{ cm}$ hoặc nhân tạo sâu $2-4,5\text{ m}$).
  • Phương pháp sinh học nhân tạo (bể Aerotank sinh trưởng lơ lửng; bể Biophin dính bám nhỏ giọt; phân hủy kỵ khí lơ lửng và gắn kết).
  • Quy trình khử trùng (bản chất oxy hóa của $\text{Cl}_2$ tạo $\text{HOCl}$ biến thiên theo $\text{pH}$, trong đó ở $\text{pH}=6$ lượng $\text{HOCl}$ chiếm $99,5%$, $\text{pH}=7$ chiếm $79%$, $\text{pH}=8$ chiếm $25%$; định lượng Clo dư thiết kế; khử trùng bằng ôzôn mạnh gấp 3100 lần Clo; khử trùng bằng đèn thủy ngân phát tia cực tím bước sóng $253,7\text{ nm}$; khử trùng bằng sóng siêu âm, nhiệt, ion Bạc).
  • Xử lý cặn lắng (hai pha lên men kỵ khí: pha axit $\text{pH}<7$ và pha kiềm tạo $\text{CH}_4$; tính năng cấu tạo bể Mêtan vận hành $\text{pH}=7-7,5$, thời gian lưu $6-20\text{ ngày}$, hàm lượng axit béo $3-8\text{ mg/l}$, độ kiềm $60-70\text{ mgđ/l}$, nitơ amoni $600-800\text{ mg/l}$; bể nén bùn ly tâm/tròn đứng; sân phơi bùn và phơi cát).
  • Tổng hợp sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải sinh hoạt tại Cần Thơ, Sóc Trăng, Thủ Dầu Một, Lái Thiêu.

Chương III: Giới thiệu tổng quan về thành phố Kon Tum

Phân tích chi tiết điều kiện tự nhiên và hạ tầng kỹ thuật thành phố Kon Tum:

  • Tự nhiên - Địa hình: Tọa độ $107^\circ20'15'' - 108^\circ32'30''\text{Đ}$, $13^\circ55'10'' - 15^\circ27'15''\text{B}$. Khí hậu nhiệt đới gió mùa Tây Nguyên chia 2 mùa (mưa từ tháng 5 đến tháng 10 chiếm $80%$ lượng mưa năm; khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau). Nhiệt độ trung bình năm $23,8^\circ\text{C}$ (cực đại $40,2^\circ\text{C}$, cực tiểu $16,3^\circ\text{C}$). Lượng mưa trung bình $1.805\text{ mm}$ ($131\text{ ngày mưa}$). Bốc hơi trung bình $2,2\text{ mm/ngày}$. Độ ẩm trung bình $79,5%$. Tốc độ gió trung bình $1,3\text{ m/s}$ (cực đại $27\text{ m/s}$). Địa hình dốc chia cắt bởi sông Đăkbla: khu bờ Bắc cao trình $517-530\text{ m}$ (đô thị cũ), bờ Nam cao trình $530-550\text{ m}$ (đô thị mới). Nền đất chịu tải $>1,5\text{ kg/cm}^2$ ở cốt $>515\text{ m}$; mực nước ngầm sâu $6,5-7,5\text{ m}$; địa chấn cấp 5.
  • Thủy văn: Sông Đăkbla dài $143\text{ km}$, lưu lượng lớn nhất $2.040\text{ m}^3/\text{s}$, nhỏ nhất $14,3\text{ m}^3/\text{s}$, trung bình $106\text{ m}^3/\text{s}$. Hồ thủy điện Yaly có cao trình đập và ngưỡng tràn $522\text{ m}$. Lũ ở cốt $516-517\text{ m}$ gây ngập khoảng $300\text{ ha}$ ven sông suối.
  • Dân số và kinh tế: Năm 2009 có $144.207\text{ người}$ (nội thị $87.362$, ngoại thị $56.845$). Tốc độ tăng trưởng kinh tế giai đoạn 2010–2015 khoảng $14%$. Có 2 khu công nghiệp: KCN Hòa Bình ($59,22\text{ ha}$) và KCN Sao Mai ($150\text{ ha}$).
  • Hạ tầng cấp thoát nước: Trạm cấp nước công suất $7.000\text{ m}^3/\text{ngđ}$, khai thác thực tế $4.000\text{ m}^3/\text{ngđ}$ phục vụ $35%$ dân số. Hệ thống cống thoát nước chung dài $65\text{ km}$ kích thước mương sâu chỉ $30-50\text{ cm}$, không đồng bộ gây ngập úng cục bộ và ô nhiễm nguồn tiếp nhận.
  • Định hướng quy hoạch đến năm 2030: Tỷ lệ cấp nước đạt $90%$, tiêu chuẩn cấp nước thiết kế $200\text{ l/người.ngày}$, tỷ lệ thu gom thoát nước đạt $80%$ lượng nước cấp sinh hoạt.

Chương IV: Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải

Thực hiện các bước tính toán công nghệ và xác định kích thước chi tiết các công trình đơn vị:

  • Thiết lập số liệu thiết kế: Dự báo dân số năm 2030 ($189.141\text{ người}$), tính toán các cấp lưu lượng $Q_{ng}^{tb} = 21.789\text{ m}^3/\text{ngđ}$, $Q_{ng}^{max} = 26.146,79\text{ m}^3/\text{ngđ}$, $Q_h^{max} = 1.416,285\text{ m}^3/\text{h}$, $Q_s^{max} = 393,412\text{ l/s}$. Xác định mức độ cần thiết phải làm sạch theo Cột A QCVN 14:2008/BTNMT.
  • Tính toán Phương án I: Ngăn tiếp nhận $\rightarrow$ Mương dẫn $\rightarrow$ Bể lắng cát ngang có thổi khí $\rightarrow$ Bể lắng ly tâm đợt 1 $\rightarrow$ Bể làm thoáng sơ bộ $\rightarrow$ Bể Aerotank $\rightarrow$ Bể lắng ly tâm đợt 2 $\rightarrow$ Máng trộn và bể tiếp xúc khử trùng $\rightarrow$ Bể nén bùn ly tâm $\rightarrow$ Bể Mêtan $\rightarrow$ Sân phơi bùn và sân phơi cát.
  • Tính toán Phương án II: Thiết kế song song chuỗi công trình tương tự nhưng thay thế bể Aerotank bằng hệ thống Bể lọc sinh học Biophin cao tải (tính toán tải lượng tưới, phân bố lỗ đục mâm quay, kích thước lớp đệm vật liệu lọc).

Chương V: Khái toán kinh tế và lựa chọn phương án thiết kế

  • Lập bảng khái toán chi phí xây dựng công trình, chi phí thiết bị và chi phí điện năng tiêu thụ hàng năm của trạm xử lý cho cả 2 phương án.
  • Phân tích đa tiêu chí: Đánh giá tác động môi trường (mùi hôi, tiếng ồn, hiệu quả làm sạch), mức độ ổn định kỹ thuật (khả năng chịu tải va đập, yêu cầu quản lý vận hành, độ phức tạp của thiết bị) và chỉ tiêu kinh tế (vốn đầu tư ban đầu, chi phí năng lượng bơm thổi khí, chi phí hóa chất và duy tu bảo dưỡng).
  • Kết luận lựa chọn phương án tối ưu phù hợp với điều kiện thực tế của thành phố Kon Tum.

Chương VI: Tính toán cao trình trạm xử lý

  • Đánh giá hiện trạng cao độ tự nhiên tại khu đất xây dựng trạm xử lý để bố trí dây chuyền dòng chảy tự chảy.
  • Xác định tổn thất thủy lực qua từng công trình đơn vị, mương dẫn, đường ống nối, van khóa và máng đo lưu lượng.
  • Tính toán trắc dọc mặt cắt mực nước thiết kế từ ngăn tiếp nhận đến cửa xả ra nguồn tiếp nhận sông Đăkbla.
  • Tính toán cao trình tuyến dẫn bùn và bùn hồi lưu từ bể lắng ly tâm, bể nén bùn, bể Mêtan đến sân phơi bùn.

Chương VII: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các kết quả đạt được về mặt tính toán công nghệ, kích thước hình học các hạng mục công trình và đề xuất các kiến nghị liên quan đến công tác quản lý vận hành, quy hoạch mạng lưới đường ống thu gom đồng bộ trên địa bàn thành phố.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán thiết kế chính

  • Hoàn thành tính toán thông số quy hoạch phụ tải môi trường đến năm 2030 cho đô thị Kon Tum với quy mô dân số tính toán $189.141\text{ người}$.
  • Xác lập đầy đủ các thông số lưu lượng tính toán kỹ thuật cho trạm xử lý:
    • Lưu lượng trung bình: $Q_{ng}^{tb} = 21.789\text{ m}^3/\text{ngđ}$ ($\approx 22.000\text{ m}^3/\text{ngđ}$); $Q_h^{tb} = 907,875\text{ m}^3/\text{h}$; $Q_s^{tb} = 252,178\text{ l/s}$.
    • Lưu lượng lớn nhất: $Q_{ng}^{max} = 26.146,79\text{ m}^3/\text{ngđ}$; $Q_h^{max} = 1.416,285\text{ m}^3/\text{h}$; $Q_s^{max} = 393,412\text{ l/s}$.
    • Lưu lượng nhỏ nhất: $Q_h^{min} = 533,804\text{ m}^3/\text{h}$; $Q_s^{min} = 148,280\text{ l/s}$.
  • Thiết kế chi tiết kích thước hình học, thông số công nghệ và thiết bị phụ trợ cho toàn bộ các công trình đơn vị thuộc 02 phương án công nghệ (Phương án I: Aerotank; Phương án II: Biophin cao tải).
  • Lập bảng khái toán kinh tế tổng thể về chi phí xây dựng, chi phí máy móc thiết bị và biểu tính chi phí điện năng tiêu thụ chi tiết cho từng phương án làm cơ sở so sánh lựa chọn.
  • Xây dựng hoàn chỉnh chuỗi số liệu tính toán cao trình mực nước và cao trình bùn cặn đảm bảo trạm vận hành tự chảy theo phương án trọng lực hợp lý.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Đưa ra giải pháp công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt đô thị công suất lớn ($22.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$) phù hợp với đặc thù địa hình phân cắt, khí hậu hai mùa rõ rệt và khả năng chịu tải của lưu vực sông Đăkbla.
  • Cung cấp mô hình tính toán so sánh định lượng giữa hai công nghệ xử lý sinh học phổ biến (bùn hoạt tính hiếu khí lơ lửng và màng sinh học dính bám cao tải) kết hợp công nghệ phân hủy cặn kỵ khí sinh biogas (bể Mêtan) tại khu vực Tây Nguyên.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án

  • Đồ án được thực hiện trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp với thời gian 15 tuần, sử dụng nguồn số liệu hiện trạng môi trường gián tiếp từ Báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Kon Tum năm 2008 và tài liệu quy hoạch, chưa có điều kiện quan trắc, lấy mẫu phân tích thực nghiệm chuỗi số liệu chất lượng nước thải biến thiên theo mùa trên địa bàn.
  • Các chỉ tiêu tính toán nồng độ chất bẩn đầu vào và hiệu suất xử lý chủ yếu dựa trên các hệ số thực nghiệm quy chuẩn trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN 7957:2008 mà chưa có số liệu mô hình pilot thực tế tại địa phương.
  • Thiết kế dừng ở mức thiết kế kỹ thuật sơ bộ (khái toán kinh phí, tính toán trắc dọc và kích thước hình học), chưa đi sâu vào chi tiết kết cấu bê tông cốt thép, nền móng công trình trong điều kiện địa chất có nguy cơ động đất cấp 5 hoặc tự động hóa giám sát điều khiển (SCADA).

Hướng mở rộng nghiên cứu

  • Tiến hành lấy mẫu phân tích chi tiết tính chất nước thải thực tế tại các cửa xả cống chung thành phố Kon Tum vào các thời điểm mùa khô và mùa mưa để hiệu chỉnh thông số thiết kế.
  • Nghiên cứu chi tiết giải pháp xây dựng mạng lưới cống bao tách nước thải riêng biệt khỏi hệ thống cống thoát nước mưa đô thị để đảm bảo nồng độ hữu cơ đầu vào ổn định cho trạm xử lý.
  • Lập báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) chi tiết và thiết kế kỹ thuật thi công hoàn chỉnh kèm phương án thu hồi khí sinh học $\text{CH}_4$ từ bể Mêtan để tái sử dụng năng lượng điện cho trạm.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Cấp thoát nước, Hạ tầng Kỹ thuật Đô thị: Tham khảo phương pháp luận, các bước tính toán công nghệ và bảng biểu mẫu thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung quy mô đô thị vừa ($20.000 - 25.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$).
  • Các kỹ sư thiết kế công trình môi trường: Tham khảo chi tiết các công thức giải tích tính toán bể lắng ly tâm đợt 1 và đợt 2 đường kính lớn, bể làm thoáng sơ bộ, bể Aerotank, bể Biophin cao tải, bể nén bùn và bể phân hủy bùn kỵ khí Mêtan.
  • Cán bộ quản lý đô thị và môi trường tỉnh Kon Tum: Nguồn tài liệu tham khảo về số liệu lưu lượng, tải lượng ô nhiễm và định hướng công nghệ xử lý nước thải phục vụ công tác lập quy hoạch hạ tầng thoát nước thành phố đến năm 2030.

Câu hỏi thường gặp

1. Công suất và các cấp lưu lượng thiết kế của trạm xử lý nước thải thành phố Kon Tum đến năm 2030 được xác định như thế nào?

Trạm xử lý được thiết kế với công suất trung bình ngày là $21.789\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ (làm tròn quy hoạch $22.000\text{ m}^3/\text{ngđ}$). Các cấp lưu lượng tính toán chi tiết gồm:

  • Lưu lượng trung bình: $Q_h^{tb} = 907,875\text{ m}^3/\text{h}$; $Q_s^{tb} = 252,178\text{ l/s}$.
  • Lưu lượng lớn nhất (với hệ số không điều hòa ngày $K_{ng} = 1,2$ và giờ $k_1 = 1,56$ theo TCVN 7957:2008): $Q_{ng}^{max} = 26.146,79\text{ m}^3/\text{ngđ}$; $Q_h^{max} = 1.416,285\text{ m}^3/\text{h}$; $Q_s^{max} = 393,412\text{ l/s}$.
  • Lưu lượng nhỏ nhất (hệ số $k_2 = 0,61$): $Q_h^{min} = 533,804\text{ m}^3/\text{h}$; $Q_s^{min} = 148,280\text{ l/s}$.

2. Tiêu chuẩn dùng nước và quy mô dân số được lựa chọn làm cơ sở tính toán trong đồ án là bao nhiêu?

Quy mô dân số tính toán đến năm 2030 là $189.141\text{ người}$, phát triển từ dân số năm 2009 ($144.207\text{ người}$) với tỷ lệ tăng dân số tự nhiên và cơ học trung bình $1,3%/\text{năm}$. Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt được lựa chọn là $q_c = 160\text{ l/người.ngày}$ (được điều chỉnh giảm $20%$ so với mức trần $200\text{ l/người.ngày}$ căn cứ theo mục 2.3 của TCVN 33:2006 để phù hợp với điều kiện tiện nghi của đô thị loại vừa và nhỏ miền núi). Tỷ lệ dân số được cấp nước tính toán đạt $90%$ và tỷ lệ phát sinh nước thải thu gom tính bằng $80%$ lượng nước cấp.

3. Hai phương án công nghệ xử lý sinh học được tác giả đưa ra so sánh là gì?

Tác giả đề xuất tính toán 02 phương án công nghệ sinh học bậc hai:

  • Phương án I: Sử dụng Bể phản ứng sinh học hiếu khí bùn hoạt tính lơ lửng (Aerotank), kết hợp bể lắng ly tâm đợt 2 để tuần hoàn bùn hoạt tính.
  • Phương án II: Sử dụng Bể lọc sinh học nhỏ giọt màng vi sinh dính bám (Biophin cao tải), kết hợp bể lắng ly tâm đợt 2 thu gom màng vi sinh trôi ra từ vật liệu lọc. Cả hai phương án đều sử dụng chung dây chuyền tiền xử lý cơ học (song chắn rác, ngăn tiếp nhận, bể lắng cát thổi khí, bể làm thoáng sơ bộ, bể lắng ly tâm đợt 1), khử trùng bằng Clo qua máng trộn và bể tiếp xúc, cùng hệ thống xử lý bùn kỵ khí bằng bể Mêtan và sân phơi bùn.

4. Bùn cặn phát sinh từ trạm xử lý được xử lý và ổn định bằng công trình nào?

Bùn cặn (gồm cặn tươi lắng ở bể lắng đợt 1 và bùn vi sinh dư từ bể lắng đợt 2) được đưa qua bể nén bùn ly tâm để giảm độ ẩm ban đầu, sau đó được dẫn vào Bể Mêtan để lên men phân hủy kỵ khí ấm (nhiệt độ duy trì $35 - 37^\circ\text{C}$, $\text{pH} = 7 - 7,5$, thời gian lên men $6 - 20\text{ ngày}$) nhằm khoáng hóa các chất hữu cơ dễ thối rữa và chuyển hóa thành khí sinh học ($\text{CH}_4$, $\text{CO}_2$). Bùn sau khi ổn định tại bể Mêtan được xả ra sân phơi bùn để làm khô tự nhiên bằng năng lượng mặt trời trước khi vận chuyển đi tái sử dụng hoặc thải bỏ hợp vệ sinh. Cát từ bể lắng cát được xử lý riêng trên sân phơi cát.

5. Nguồn tiếp nhận nước thải sau xử lý của trạm là nguồn nước nào và yêu cầu chất lượng ra sao?

Nguồn tiếp nhận nước thải sau xử lý là sông Đăkbla (nhánh chính thuộc hệ thống sông Sê San, có lưu lượng dòng chảy trung bình $106\text{ m}^3/\text{s}$, chảy qua thành phố và đổ về hồ thủy điện Yaly). Nước thải sau khi qua trạm xử lý bắt buộc phải được khử trùng và đạt quy chuẩn Cột A theo QCVN 14:2008/BTNMT với hệ số dung tích nguồn tiếp nhận $K = 1$ trước khi xả ra môi trường.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Bùi Thị Lan Hương đã hoàn thành đầy đủ các nhiệm vụ tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải sinh hoạt cho thành phố Kon Tum công suất $22.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ định hướng đến năm 2030 theo đúng quy trình và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành (TCVN 7957:2008, TCVN 33:2006, QCVN 14:2008/BTNMT). Công trình đã tính toán chi tiết kích thước công nghệ, cao trình thủy lực và khái toán kinh tế cho hai phương án xử lý sinh học (Aerotank và Biophin cao tải) kết hợp phân hủy bùn kỵ khí bằng bể Mêtan. Kết quả của đồ án cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao về mặt thiết kế kỹ thuật hạ tầng môi trường đô thị cho sinh viên ngành môi trường và các đơn vị quy hoạch cấp thoát nước.