Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành dệt may là một trong những ngành công nghiệp xuất khẩu chủ lực của Việt Nam, đóng góp hơn 16% tổng kim ngạch xuất khẩu cả nước. Tuy nhiên, quy trình dệt nhuộm tiêu tốn lượng nước rất lớn (dao động từ 900 đến 1.800 $\text{m}^3$/tấn sản phẩm) và sử dụng nhiều loại hóa chất như phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, kiềm và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Dòng thải dệt nhuộm mang đặc trưng nhiệt độ cao, độ màu lớn, độ kiềm dao động mạnh cùng hàm lượng chất hữu cơ (BOD, COD) và chất rắn lơ lửng (SS) vượt nhiều lần ngưỡng quy chuẩn cho phép, đặt ra thách thức lớn về kiểm soát ô nhiễm môi trường nước mặt và nước ngầm.

Công ty TNHH Samil Vina (đặt tại Đường số 5, Khu công nghiệp Long Thành, xã Tam An, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai) chuyên sản xuất và in các loại vải dệt nhuộm với quy mô công suất 105 triệu mét vải/năm. Hoạt động của nhà máy phát sinh trung bình khoảng 2.000 $\text{m}^3$/ngày nước thải từ các khâu sản xuất và sinh hoạt của 800 cán bộ công nhân viên. Kết quả phân tích chất lượng nước thải thô cho thấy các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng đều vượt quy chuẩn xả thải; nếu không qua xử lý sẽ gây suy thoái nghiêm trọng nguồn tiếp nhận trực tiếp là rạch Bà Chèo (chảy ra sông Đồng Nai). Do đó, việc thực hiện đồ án thiết kế trạm xử lý nước thải công suất 2.000 $\text{m}^3$/ngày là yêu cầu kỹ thuật và pháp lý cấp thiết đối với doanh nghiệp.

  • Mục tiêu nghiên cứu: Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm công suất 2.000 $\text{m}^3$/ngày.đêm cho Công ty TNHH Samil Vina, đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm QCVN 13-MT:2015/BTNMT (Cột B).
  • Nhiệm vụ thực hiện:
    1. Thu thập, phân tích đặc tính dòng thải và điều kiện tự nhiên, cơ sở hạ tầng tại khu vực dự án.
    2. Tổng quan các công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm hiện hành và lựa chọn dây chuyền công nghệ tối ưu.
    3. Tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước và xử lý bùn thải.
    4. Tính toán cao trình trạm và tổn thất thủy lực toàn tuyến.
    5. Lập bảng khai toán kinh tế và hoàn thiện hồ sơ bản vẽ kỹ thuật bằng phần mềm chuyên dụng.
  • Đối tượng nghiên cứu: Nguồn nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất (nấu tẩy, tẩy trắng, nhuộm, giặt, hoàn tất, vệ sinh xưởng, xử lý khí thải lò hơi) và nước thải sinh hoạt của nhà máy.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khuôn viên nhà máy Công ty TNHH Samil Vina tại KCN Long Thành, tỉnh Đồng Nai; thời gian khảo sát số liệu lưu lượng và chất lượng nước thải giai đoạn 2021 đến tháng 6/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết và căn cứ pháp lý

Đề tài dựa trên nguyên lý xử lý nước thải tích hợp bao gồm: cơ học (tách rác thô, lắng trọng lực), hóa lý (keo tụ - tạo bông, giải nhiệt), hóa học (trung hòa, oxy hóa - khử trùng) và sinh học hiếu khí (bùn hoạt tính lơ lửng Aerotank). Khung quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng gồm:

  • QCVN 13-MT:2015/BTNMT (Cột B): Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm.
  • TCVN 7957:2008 / TCXDVN 7957:2008: Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế.
  • QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (tham chiếu hệ thống đối sánh).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp hồi cứu tài liệu: Thu thập số liệu khí tượng, thủy văn huyện Long Thành; tổng hợp báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và các công trình xử lý nước thải dệt nhuộm điển hình.
  • Phương pháp tổng hợp và phân tích: Đánh giá tính chất hóa lý của các dòng thải thành phần (nước thải sản xuất, nước thải sinh hoạt, nước vệ sinh công nghiệp).
  • Phương pháp so sánh kỹ thuật - kinh tế: Phân tích quy trình công nghệ của hai trạm xử lý tương đồng (Công ty TNHH Singtec công suất 6.000 $\text{m}^3$/ngày và Công ty TNHH Dệt Huge - Bamboo chi nhánh Bàu Bàng công suất 5.500 $\text{m}^3$/ngày) để lựa chọn dây chuyền công nghệ phù hợp.
  • Phương pháp tính toán công trình: Ứng dụng các công thức thủy lực, động học phản ứng sinh học và truyền khối theo các giáo trình chuyên ngành (Lâm Minh Triết, Trịnh Xuân Lai, Trần Đức Hạ, Hoàng Huệ).
  • Phương pháp đồ họa kỹ thuật: Sử dụng phần mềm AutoCAD để xây dựng mặt bằng tổng thể, sơ đồ dây chuyền công nghệ và chi tiết cấu tạo các đơn vị công trình.

Nguồn dữ liệu

Số liệu lưu lượng và nồng độ ô nhiễm đầu vào được trích xuất từ Báo cáo Đánh giá tác động môi trường (ĐTM) năm 2023 của Công ty TNHH Samil Vina và số liệu đồng hồ đo lưu lượng thực tế giai đoạn tháng 01/2021 - tháng 06/2022.

Nội dung chính theo từng chương

Chương Mở đầu: Tổng quan nhiệm vụ và phương pháp thực hiện

Trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ sự gia tăng chất thải ngành dệt nhuộm và hiện trạng xả thải tại Công ty TNHH Samil Vina. Xác định rõ mục tiêu thiết kế trạm xử lý 2.000 $\text{m}^3$/ngày đạt QCVN 13-MT:2015/BTNMT Cột B, phân định đối tượng, phạm vi và xây dựng 5 phương pháp thực hiện xuyên suốt đồ án.

Chương 1: Tổng quan về nước thải ngành dệt nhuộm và Công ty TNHH Samil Vina

Tổng quan nguồn gốc ô nhiễm theo từng công đoạn sản xuất (giũ hồ, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng, nhuộm, in hoa, hoàn tất) gắn với các loại sợi (cotton, PECO) và phẩm nhuộm (hoạt tính, phân tán, hoàn nguyên, axit, trực tiếp). Phân tích điều kiện cơ sở hạ tầng, vị trí tiếp giáp, mạng lưới cấp thoát nước và đặc điểm thủy văn rạch Bà Chèo (khoảng cách 300 m, lưu lượng trung bình $200\text{ m}^3/\text{s}$, chịu ảnh hưởng thủy triều).

Chương 2: Tính chất nước thải và cơ sở đề xuất công nghệ xử lý

Tổng hợp lưu lượng và thành phần các nguồn thải phát sinh tại nhà máy. Đánh giá tính chất ô nhiễm phức tạp với độ màu 370 Pt-Co, COD 931 mg/L, BOD5 542 mg/L, SS 619,4 mg/L và chất hoạt động bề mặt 78,75 mg/L. Khảo sát công nghệ xử lý thực tế tại Singtec và Huge - Bamboo, từ đó đề xuất sơ đồ công nghệ trạm xử lý kết hợp hóa lý (Keo tụ - Tạo bông + Lắng I) và sinh học hiếu khí (Aerotank + Lắng II), hoàn thiện bằng khử trùng Clorine và hệ thống xử lý bùn.

Nguồn phát sinh nước thải Lưu lượng ($\text{m}^3$/ngày) Tỷ lệ (%)
Giặt, tẩy trắng, nhuộm, xả nóng, xả lạnh, ép vải 1.816,00 90,80%
Vệ sinh thiết bị, nhà xưởng 100,00 5,00%
Nước thải sinh hoạt (800 người) 80,00 4,00%
Xử lý khí thải lò hơi, lò nhiệt 4,00 0,20%
Tổng cộng 2.000,00 100,00%

Chương 3: Tính toán thiết kế các hạng mục công trình

Xác định các thông số lưu lượng tính toán ($Q_{tb} = 83{,}3\text{ m}^3/\text{h}$, hệ số không điều hòa chung $K_o = 1{,}9 \implies Q_{h,\max} = 158{,}27\text{ m}^3/\text{h}$). Thực hiện tính toán kích thước hình học, trang thiết bị công nghệ (bơm, máy thổi khí, hệ thống đĩa phân phối, thiết bị châm hóa chất, máy ép bùn) cho từng đơn vị và lập bảng tổng hợp cao trình trạm xử lý.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống xử lý nước thải được thiết kế vận hành liên tục theo dây chuyền công nghệ khép kín:

Dòng bùn từ Bể lắng I, Bể lắng II và bùn hoạt tính dư được tập trung về Bể nén bùn trọng lực, sau đó chuyển sang Máy ép bùn dây đai; nước tách bùn được thu hồi tuần hoàn về Hồ thu gom.

Hạng mục công trình Kích thước thiết kế ($L \times B \times H$ hoặc $D \times H$) Thể tích / Công suất Thông số vận hành & Thiết bị chính
Song chắn rác $B = 0{,}3\text{ m}$; $B_s = 0{,}47\text{ m}$; $H = 0{,}8\text{ m}$; $L = 1{,}35\text{ m}$ Khe hở $b = 16\text{ mm}$ 20 khe, góc nghiêng $60^\circ$, vận tốc qua song $0{,}8\text{ m/s}$, giảm 4% SS
Hồ thu gom $6{,}0\text{ m} \times 4{,}5\text{ m} \times 5{,}5\text{ m}$ $V = 148{,}5\text{ m}^3$ Thời gian lưu $t = 30\text{ phút}$; 02 bơm chìm $6{,}48\text{ kW}$ (1 chạy, 1 dự phòng); ống xả D250
Tháp giải nhiệt Dạng giàn mưa kết hợp quạt hút $Q = 2.000\text{ m}^3/\text{ng}$ Hạ nhiệt độ dòng thải dệt nhuộm từ $56^\circ\text{C}$ xuống mức phù hợp cho xử lý hóa lý và vi sinh
Bể điều hòa 02 ngăn, mỗi ngăn $13{,}0\text{ m} \times 11{,}0\text{ m} \times 5{,}5\text{ m}$ $V_{thực} = 786{,}5\text{ m}^3$ $t = 6\text{ h}$; 60 đĩa khuếch tán khí; máy thổi khí $2{,}868\text{ kW}$; 02 bơm chìm $3{,}02\text{ kW}$; ống ra uPVC D160
Bể keo tụ - tạo bông $V = 41{,}67\text{ m}^3$ $t = 30\text{ phút}$ Châm NaOH (chỉnh pH 6-7), PAC ($110\text{ mg/L}$), Polymer (-) ($3\text{ mg/L}$), chất khử màu ($150\text{ mg/L}$)
Bể lắng đứng I Chiều cao xây dựng $H = 5{,}2\text{ m}$ Hiệu suất SS 80-95% Phân tách bông cặn hóa lý; bùn đáy xả về bể chứa bùn; nước trong sang Aerotank
Bể Aerotank $16{,}2\text{ m} \times 9{,}0\text{ m} \times 4{,}5\text{ m}$ ($H_{hi} = 4{,}0\text{ m}$) $V = 655{,}9\text{ m}^3$ $t = 8\text{ h}$; $MLSS = 4.000\text{ mg/L}$; $MLVSS = 3.000\text{ mg/L}$; $F/M = 0{,}31\text{ ngày}^{-1}$; $L_{BOD} = 0{,}95\text{ kgBOD}_5/\text{m}^3\cdot\text{ng}$; $\theta_c = 10\text{ ngày}$; 147-150 đĩa xốp D170; 02 máy nén khí $30\text{ kW}$; bùn tuần hoàn $Q_w = 1.760\text{ m}^3/\text{ng}$ ($\alpha = 0{,}88$)
Bể lắng đứng II $D = 11{,}4\text{ m}$ (đáy $D=11\text{ m}$); $H = 6{,}3\text{ m}$ $S = 102{,}9\text{ m}^2$ Ống trung tâm $d = 2{,}75\text{ m}$; máng thu nước $D = 3{,}2\text{ m}$ (40 khe răng cưa chữ V); 01 bơm bùn tuần hoàn $3{,}12\text{ kW}$; ống xả D225, ống bùn D250
Bể khử trùng 03 ngăn, $4{,}0\text{ m} \times 2{,}0\text{ m} \times 2{,}5\text{ m}$ $W = 38\text{ m}^3$ Liều lượng Clo hoạt tính $a = 3\text{ g/m}^3$; 02 Clorator chân không Lomi-100 (1 chạy, 1 dự phòng); bơm định lượng $1{,}44\text{ kW}$; ống dẫn uPVC D225
Bể nén bùn $D = 5{,}107\text{ m}$; $H = 6{,}1\text{ m}$ $V_{xd} = 120{,}17\text{ m}^3$ Nén trọng lực trong $t = 8\text{ h}$; hạ độ ẩm bùn từ 99% xuống 96%; lưu lượng bùn nén $25{,}28\text{ m}^3/\text{ng}$; bơm bùn sang máy ép $0{,}168\text{ kW}$
Máy ép bùn dây đai Model ATA-500 (APEC PUMP - Đài Loan) Băng rộng $1\text{ m}$ Vận hành 8 h/ngày; tải trọng bùn $90\text{ kg/m}\cdot\text{h}$; bùn ép đạt độ ẩm 82% (hàm lượng cặn khô 18%); khối lượng bùn khô $248{,}2\text{ kgSS/ngày}$

Hệ thống bố trí dòng chảy tự chảy giữa các khối công trình sau Bể điều hòa dựa trên tính toán cao trình thủy lực:

Tên công trình Tổn thất áp lực trong bể (m) Cao trình mực nước (m) Cao trình đỉnh bể (m) Cao trình đáy bể (m)
Hồ thu gom - -1,00 +5,50 -6,50
Bể điều hòa - +3,50 +5,50 -2,00
Bể keo tụ - tạo bông 0,30 +0,30 +1,50 -0,80
Bể lắng I 0,40 +1,20 +1,70 -3,50
Bể Aerotank 0,40 +0,80 +1,30 -3,20
Bể lắng II 0,40 +0,40 +0,90 -5,40
Bể khử trùng - 0,00 +0,50 -2,00

Kết quả và đóng góp

Kết quả xử lý dự kiến

Dây chuyền công nghệ đề xuất đáp ứng hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm chính qua từng công đoạn, đảm bảo thông số đầu ra tuân thủ giới hạn quy chuẩn:

Thông số ô nhiễm Đơn vị Nồng độ đầu vào tổng hợp Nồng độ sau Bể điều hòa Nồng độ sau Bể lắng II Nồng độ đầu ra sau khử trùng QCVN 13-MT:2015/BTNMT (Cột B)
Nhiệt độ $^\circ\text{C}$ 56 - - $\le 40$ 40
pH - 5,0 - 9,0 - - 6,5 - 7,5 5,5 - 9,0
Độ màu Pt-Co 370 - - $\le 150$ 200
COD mg/L 931,0 744,8 97,0 97,0 200
$\text{BOD}_5$ mg/L 542,0 433,6 42,0 42,0 50
SS mg/L 619,4 619,4 41,6 41,6 100
Coliform MPN/100mL 8,75 - - 0,26 -

Giải pháp và kiến nghị vận hành của tác giả

  • Bố trí nhân sự chuyên trách có chuyên môn kỹ thuật môi trường và cơ điện, được đào tạo quy trình vận hành và kiểm soát sự cố định kỳ.
  • Thiết lập chế độ quan trắc thường xuyên chất lượng nước đầu vào và đầu ra để kịp thời căn chỉnh liều lượng hóa chất keo tụ (NaOH, PAC, Polymer) và lượng sục khí Aerotank theo tải lượng thực tế.
  • Bùn thải sau máy ép bùn dây đai được lưu chứa tại kho chất thải nguy hại và ký hợp đồng chuyển giao cho đơn vị có chức năng thu gom, xử lý theo quy định pháp luật.

Đóng góp của đồ án

  • Thiết lập giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh, giải quyết bài toán xử lý nước thải dệt nhuộm có nồng độ ô nhiễm cao ($COD > 900\text{ mg/L}$, độ màu 370 Pt-Co) cho một cơ sở sản xuất cụ thể tại KCN Long Thành.
  • Tính toán chi tiết chuỗi công trình đơn vị với đầy đủ cơ sở lý thuyết động học bùn hoạt tính hiếu khí ($\theta_c = 10\text{ ngày}$, $F/M = 0{,}31$), tính chọn thiết bị cơ điện thực tế và cân bằng cao trình thủy lực tự chảy toàn trạm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đồ án thiết kế dựa trên các thông số động học lý thuyết và tài liệu tham khảo ($Y = 0{,}45\text{ mgVSS/mgBOD}_5$, $K_d = 0{,}04\text{ ngày}^{-1}$) kết hợp chuỗi số liệu mẫu phân tích đầu vào từ báo cáo ĐTM mà chưa thực hiện mô hình thực nghiệm (pilot-scale) trực tiếp tại hiện trường để tối ưu hóa liều lượng hóa chất keo tụ và chất khử màu.
  • Hướng mở rộng:
    • Khảo sát ứng dụng công nghệ màng lọc sinh học (MBR) hoặc oxy hóa nâng cao (Fenton, Ozone) nhằm nâng cao hiệu quả khử màu triệt để và mở ra khả năng tái sử dụng nước sau xử lý cho các công đoạn sản xuất ban đầu.
    • Nghiên cứu giải pháp thu hồi nhiệt từ dòng nước thải nhiệt độ cao trước tháp giải nhiệt để tái phục vụ quy trình giặt xả nóng, giúp tiết kiệm năng lượng cho nhà máy.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo chuyên môn hữu ích cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường và Bảo hộ Lao động khi làm đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp về xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm và công nghiệp dệt may.
  • Kỹ sư thiết kế và cán bộ quản lý môi trường tại các nhà máy dệt nhuộm, ban quản lý khu công nghiệp trong việc tra cứu quy trình tính toán thủy lực, lựa chọn thiết bị công nghệ (đĩa khuếch tán khí, clorator chân không, máy ép bùn dây đai ATA-500) và bố trí cao trình trạm xử lý nước thải quy mô trung bình (2.000 $\text{m}^3$/ngày).

Câu hỏi thường gặp

1. Lưu lượng và nồng độ ô nhiễm đầu vào của hệ thống xử lý nước thải Samil Vina là bao nhiêu?
Tổng lưu lượng nước thải thiết kế là 2.000 $\text{m}^3$/ngày.đêm (bao gồm 1.816 $\text{m}^3$/ngày nước thải sản xuất, 80 $\text{m}^3$/ngày nước thải sinh hoạt, 100 $\text{m}^3$/ngày nước vệ sinh nhà xưởng và 4 $\text{m}^3$/ngày nước từ hệ thống xử lý khí thải lò hơi). Nồng độ ô nhiễm tổng hợp đầu vào gồm: nhiệt độ $56^\circ\text{C}$, pH 5,0, COD $931\text{ mg/L}$, $\text{BOD}_5$ $542\text{ mg/L}$, SS $619{,}4\text{ mg/L}$, độ màu 370 Pt-Co và chất hoạt động bề mặt $78{,}75\text{ mg/L}$.

2. Tiêu chuẩn xả thải áp dụng cho trạm xử lý là gì và nguồn tiếp nhận ở đâu?
Chất lượng nước thải sau xử lý phải đạt QCVN 13-MT:2015/BTNMT Cột B (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm). Nguồn tiếp nhận trực tiếp là rạch Bà Chèo (cách trạm xử lý 300 m) trước khi đổ ra sông Đồng Nai.

3. Bể sinh học hiếu khí Aerotank được thiết kế với các thông số kích thước và vận hành nào?
Bể Aerotank có kích thước $L \times B \times H = 16{,}2\text{ m} \times 9\text{ m} \times 4{,}5\text{ m}$ (chiều cao hữu ích $4\text{ m}$, thể tích $655{,}9\text{ m}^3$), thời gian lưu nước $t = 8\text{ giờ}$. Bể duy trì nồng độ bùn hoạt tính $MLSS = 4.000\text{ mg/L}$ ($MLVSS = 3.000\text{ mg/L}$), thời gian lưu bùn $\theta_c = 10\text{ ngày}$, tải trọng thể tích $L_{BOD} = 0{,}95\text{ kgBOD}_5/\text{m}^3\cdot\text{ngày}$, tỷ số $F/M = 0{,}31\text{ ngày}^{-1}$, lưu lượng bùn tuần hoàn $1.760\text{ m}^3/\text{ngày}$ (hệ số $\alpha = 0{,}88$), sử dụng 147-150 đĩa phân phối khí xốp D170 và 02 máy thổi khí công suất $30\text{ kW}$ (1 máy chạy, 1 máy dự phòng).

4. Khối lượng bùn thải phát sinh được xử lý bằng thiết bị gì và độ ẩm sau xử lý đạt bao nhiêu?
Toàn bộ bùn dư từ Bể lắng I, Bể Aerotank và Bể lắng II (tổng lưu lượng $101{,}13\text{ m}^3/\text{ngày}$, tải lượng $1.378{,}88\text{ kgSS/ngày}$) được nén trọng lực trong Bể nén bùn ($D = 5{,}107\text{ m}$, $H = 6{,}1\text{ m}$) để hạ độ ẩm từ 99% xuống 96%. Sau đó, bùn được ép qua Máy ép bùn dây đai Model ATA-500 (băng rộng $1\text{ m}$, tải trọng $90\text{ kg/m}\cdot\text{h}$), đưa độ ẩm xuống 82% (nồng độ chất rắn 18%), cho khối lượng bùn khô sau ép là $248{,}2\text{ kgSS/ngày}$.

Kết luận

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn việc tính toán và thiết kế kỹ thuật trạm xử lý nước thải dệt nhuộm công suất 2.000 $\text{m}^3$/ngày.đêm cho Công ty TNHH Samil Vina tại KCN Long Thành, tỉnh Đồng Nai. Quy trình công nghệ kết hợp hóa lý (keo tụ - tạo bông, lắng đứng I) và sinh học hiếu khí (Aerotank, lắng đứng II, khử trùng Clorine) đảm bảo loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ, độ màu và cặn lơ lửng đạt quy chuẩn QCVN 13-MT:2015/BTNMT Cột B trước khi xả ra rạch Bà Chèo. Toàn bộ thông số công trình đơn vị, thiết bị phụ trợ, cao trình thủy lực và hệ thống xử lý bùn bằng máy ép dây đai ATA-500 được xác lập chi tiết, tạo cơ sở kỹ thuật tin cậy cho công tác triển khai xây dựng và vận hành thực tế tại doanh nghiệp.