Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp Kim Huy – Bình Dương, giai đoạn 2 công suất 2.đêm

Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải KCN Kim Huy Bình Dương giai đoạn 2 công suất 2000m3

• Tác giả: Lê Hồng Minh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Mỹ Linh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp Kim Huy – Bình Dương, giai đoạn 2 công suất 2.đêm
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về Thiết kế hệ thống xử lý nước thải KCN Kim Huy

Dự án thiết kế hệ thống xử lý nước thải KCN Kim Huy hướng tới việc giảm tải ô nhiễm cho khu công nghiệp. Hệ thống bao gồm các công đoạn thu gom, tách rác, tách dầu mỡ, lắng hoá lý, xử lý sinh học hiếu khí và khử trùng. Mỗi công đoạn được bố trí sao cho năng suất đạt 2.0 đêm, đáp ứng tiêu chuẩn nước thải loại B theo TCVN 5945‑2005. Quy trình được tối ưu hoá để giảm chi phí vận hành và tăng hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm. Thiết kế còn xem xét việc tái sử dụng bùn thải, giảm thiểu lượng chất thải rắn cuối cùng. Nhờ áp dụng công nghệ Aerotank và bể SBR, hệ thống đạt được mức BOD5 và COD giảm xuống dưới ngưỡng cho phép. Đánh giá tổng thể cho thấy dự án đáp ứng yêu cầu môi trường và kinh tế, đồng thời tạo nền tảng cho các giai đoạn mở rộng trong tương lai.

1.1. Mục tiêu dự án

Mục tiêu chính là xây dựng hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đạt tiêu chuẩn loại B, giảm mức BOD5 tới dưới 30 mg/L và COD dưới 80 mg/L. Đồng thời, dự án hướng đến tối ưu chi phí đầu tư khoảng 3,710 VNĐ/m³ nước thải xử lý, và giảm lượng bùn thải bằng công nghệ ép bùn. Kiểm soát chất rắn lơ lửng (SS) dưới 100 mg/L cũng là một chỉ tiêu quan trọng để bảo vệ nguồn nước nhận.

1.2. Phạm vi và quy mô

Phạm vi thiết kế bao gồm toàn bộ các công đoạn từ thu gom nước thải tới khử trùng cuối cùng. Quy mô hệ thống được tính toán cho lưu lượng xử lý 2,0 đêm, tương đương khoảng 5 000 m³/ngày. Các thiết bị chính gồm bể tách rác tinh, bể tách dầu mỡ, bể keo tụ, bể lắng hoá lý, Aerotank, bể SBR và bể khử trùng UV. Hệ thống cũng tích hợp bể chứa bùn và máy ép bùn để xử lý chất thải rắn.

II. Vấn đề trong Thiết kế hệ thống xử lý nước thải KCN Kim Huy

Trong quá trình thiết kế, một số vấn đề kỹ thuật và môi trường nổi lên. Đầu tiên, biến đổi lưu lượng và thành phần nước thải theo thời gian gây khó khăn trong việc lựa chọn kích thước thiết bị. Thứ hai, việc kiểm soát chất rắn lơ lửng và dầu mỡ yêu cầu hệ thống tách hiệu quả, tránh tắc nghẽn. Thứ ba, chi phí đầu tư và vận hành cao do nhu cầu sử dụng công nghệ hiện đại như Aerotank và SBR. Ngoài ra, việc xử lý bùn thải và tái sử dụng nước đã gặp thách thức về không gian và tiêu chuẩn an toàn. Các vấn đề này đòi hỏi phân tích chi tiết và điều chỉnh thiết kế để đạt hiệu suất mong muốn và tuân thủ quy chuẩn môi trường.

2.1. Đa dạng thành phần nước thải

Nước thải từ các nhà máy trong khu công nghiệp chứa hỗn hợp chất rắn, hữu cơ, dầu mỡ và các hợp chất độc hại. Sự thay đổi về độ đậm đặc và pH làm cho việc thiết kế bể lắng hoá lý và bể sinh học trở nên phức tạp. Đòi hỏi phải dự trù hệ thống điều chỉnh pH và thêm chất keo tụ để duy trì quá trình lắng hiệu quả.

2.2. Giới hạn tài chính và không gian

Chi phí xây dựng cho các bể lớn và thiết bị đặc thù cao, trong khi diện tích bãi công trình hạn chế. Việc bố trí các bể tách rác, bể keo tụ và Aerotank phải tối ưu không gian, đồng thời giảm thiểu chi phí lắp đặt và vận hành. Giải pháp thường bao gồm thiết kế đa tầng và sử dụng vật liệu nhẹ.

III. Giải pháp cho Thiết kế hệ thống xử lý nước thải KCN Kim Huy

Để khắc phục các vấn đề, dự án áp dụng một loạt giải pháp kỹ thuật. Đầu tiên, sử dụng hệ thống mương dẫn và bể tách rác tinh để giảm tải chất rắn và dầu mỡ ngay tại nguồn. Tiếp theo, lắp đặt bể keo tụ polymer âm và chất keo tụ phối hợp để tăng tốc độ lắng. Áp dụng công nghệ Aerotank cho xử lý sinh học hiếu khí, hỗ trợ giảm COD và BOD5 nhanh chóng. Đối với bùn thải, thiết kế bể chứa bùn và máy ép bùn giảm độ ẩm, giảm thể tích lưu trữ. Cuối cùng, tích hợp bể khử trùng UV để đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn khi xả. Các giải pháp này giảm chi phí vận hành tới 10 % và nâng cao hiệu quả xử lý, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường hiện hành.

3.1. Công nghệ tách rác và dầu mỡ

Hệ thống mương dẫn dẫn nước thải tới bể tách rác tinh, nơi các hạt rắn lớn được lọc. Sau đó, nước chảy qua bể tách dầu mỡ, sử dụng lưới lọc và chất tách để loại bỏ các hạt dầu. Quy trình này giảm tải cho bể lắng hoá lý và giảm lượng chất rắn vào bể sinh học.

3.2. Xử lý sinh học Aerotank và SBR

Aerotank cung cấp môi trường hiếu khí ổn định, cho phép vi sinh vật phân hủy hữu cơ nhanh chóng. Khi nhu cầu xử lý tăng, hệ thống SBR (Sequencing Batch Reactor) được triển khai để xử lý theo chu kỳ, tăng khả năng giảm COD và BOD5 đồng thời giảm diện tích bể sinh học.

IV. Kết luận và ứng dụng Thiết kế hệ thống xử lý nước thải KCN Kim Huy

Sau khi hoàn thiện, hệ thống đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn môi trường, giảm BOD5 xuống dưới 30 mg/L, COD dưới 80 mg/L và SS dưới 100 mg/L. Chi phí xử lý 1 m³ nước thải đạt 3,710 VNĐ, phù hợp với ngân sách dự án. Thiết kế linh hoạt, cho phép mở rộng quy mô và tích hợp các công nghệ mới trong các giai đoạn tiếp theo. Ứng dụng thực tiễn bao gồm việc cung cấp nước đã qua xử lý cho các công trình công nghiệp phụ trợ, giảm tải cho nguồn nước công cộng và hỗ trợ phát triển bền vững khu công nghiệp Kim Huy.

4.1. Đánh giá hiệu quả

Hiệu suất loại bỏ BOD5, COD và SS đạt trên 90 %, đáp ứng yêu cầu loại B. Chi phí vận hành giảm nhờ tối ưu hoá quy trình và tái sử dụng bùn. Hệ thống duy trì ổn định trong điều kiện thay đổi lưu lượng, chứng minh tính khả thi lâu dài.

4.2. Tiềm năng mở rộng

Với cơ sở hạ tầng hiện có, dự án có thể mở rộng công suất lên 3 đêm hoặc tích hợp công nghệ tái sử dụng nước thải cho các quy trình công nghiệp khác. Điều này giúp giảm phụ tải cho hệ thống cấp nước công cộng và tăng giá trị kinh tế cho khu công nghiệp.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, sự hình thành và phát triển của các khu công nghiệp (KCN) đóng vai trò thúc đẩy tăng trưởng kinh tế xã hội. Tuy nhiên, hoạt động sản xuất tập trung với quy mô lớn và đa dạng ngành nghề cũng kéo theo sự gia tăng áp lực ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm do nước thải chưa qua xử lý đạt chuẩn xả ra tự nhiên. Nước thải KCN thường chứa hàm lượng lớn chất hữu cơ (các hợp chất chứa Cacbon, Nitơ, Phốt pho), cặn lơ lửng và dầu mỡ khoáng; trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, các chất này nhanh chóng phân hủy gây suy thoái môi trường đất, nước, không khí và tác động tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng dân cư lân cận. Thực tế tại các KCN ghi nhận nhiều phản ánh, khiếu kiện của người dân về tình trạng ô nhiễm. Nhằm bảo đảm mục tiêu phát triển bền vững song hành với hoạt động sản xuất, việc đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung là yêu cầu bắt buộc và cấp thiết.

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp Kim Huy – Bình Dương, giai đoạn 2 công suất 2.000 m³/ngày.đêm" do sinh viên Lê Hồng Minh thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Mỹ Linh tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường) nhằm giải quyết bài toán xử lý nước thải thực tế tại địa bàn.

Mục tiêu nghiên cứu: Tính toán và thiết kế chi tiết trạm xử lý nước thải cho Khu công nghiệp Kim Huy đảm bảo nước thải sau xử lý đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT, Cột A trước khi xả vào nguồn tiếp nhận, bảo vệ môi trường sinh thái lưu vực và sức khỏe cộng đồng.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

1. Khảo sát điều kiện tự nhiên, hạ tầng kỹ thuật và hiện trạng hoạt động của Khu công nghiệp Kim Huy.
2. Đánh giá thành phần, lưu lượng, nồng độ và đặc tính ô nhiễm của dòng nước thải phát sinh.
3. Đề xuất các dây chuyền công nghệ xử lý nước thải khả thi và lựa chọn phương án công nghệ tối ưu.
4. Tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý theo phương án đã chọn.
5. Lập dự toán kinh tế về chi phí xây dựng, chi phí mua sắm thiết bị, hóa chất và chi phí vận hành xử lý trên 1 m³ nước thải.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ và công trình xử lý nước thải tập trung cho loại hình khu công nghiệp đa ngành.
• Phạm vi không gian: Khu công nghiệp Kim Huy, thuộc địa bàn xã Bình Chuẩn, huyện Thuận An (thị xã Thuận An), tỉnh Bình Dương; do Công ty TNHH Phát triển KCN Kim Huy làm chủ đầu tư.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện trong giai đoạn từ tháng 06/2019 đến tháng 12/2019 (giai đoạn thực hiện hồ sơ mở đầu ghi nhận từ tháng 09/2019 đến tháng 01/2020).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên nguyên lý xử lý nước thải bậc 1 (cơ học), bậc 2 (hóa lý và sinh học) và khử trùng:

• Lý thuyết xử lý cơ học: Ứng dụng song chắn rác thô và mịn để giữ rác kích thước lớn; hố thu gom lắng cát loại bỏ cặn thô vô cơ nặng; bể vớt dầu mỡ dựa trên nguyên tắc tách trọng lực các chất có tỷ trọng nhỏ hơn nước; bể điều hòa nhằm cân bằng lưu lượng và tải lượng ô nhiễm trong ngày.
• Lý thuyết quá trình hóa - lý: Áp dụng quá trình keo tụ và tạo bông nhằm trung hòa điện tích và liên kết các hạt keo lơ lửng kích thước nhỏ (5–10 µm) thành các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực trong bể lắng hóa lý. Chất keo tụ được khảo sát bao gồm phèn nhôm, Poly Aluminium Chloride (PAC) và chất trợ keo tụ Polymer anion.
• Lý thuyết quá trình sinh học: Ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng hiếu khí (Aerotank) kết hợp quá trình khử Nitrat thiếu khí (Anoxic). Cơ chế sinh hóa diễn ra theo mô hình phân hủy cơ chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa COD, BOD₅ thành CO₂, H₂O, NH₃ và tế bào vi sinh mới; đồng thời phản ứng khử Nitrat thiếu khí được mô tả theo phương trình $6\text{NO}_3^- + 5\text{CH}_3\text{OH} \rightarrow 5\text{CO}_2 + 3\text{N}_2 + 7\text{H}_2\text{O} + 6\text{OH}^-$. Ngoài ra, mô hình xử lý sinh học theo mẻ SBR (Sequencing Batch Reactor) cũng được đưa vào cơ sở lý thuyết so sánh.
• Khung văn bản quy chuẩn và tài liệu kỹ thuật: QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp); TCVN 5945:2005; Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCXDVN 51:2008 (Thoát nước – Mạng lưới bên ngoài và công trình); giáo trình chuyên khảo của GS. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2015).

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

• Phương pháp thu thập và xử lý số liệu: Thu thập tài liệu quy hoạch, khí tượng thủy văn, điều kiện địa chất công trình tại KCN Kim Huy; thu thập số liệu phân tích mẫu nước thải đầu vào do Ban Quản lý KCN Kim Huy cung cấp.
• Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế: Khảo sát mô hình công nghệ xử lý nước thải đang vận hành thực tế tại KCN Việt Nam - Singapore (VSIP 1) và KCN Linh Trung 1 để làm cơ sở đối chiếu thực tiễn.
• Phương pháp so sánh kỹ thuật - kinh tế: So sánh ưu điểm, nhược điểm, độ phức tạp vận hành, diện tích chiếm đất và tổng mức đầu tư của các phương án công nghệ.
• Phương pháp tính toán công trình và thủy lực: Áp dụng công thức giải tích chuyên ngành cấp thoát nước để xác định kích thước hình học, thông số vận hành, tải trọng bề mặt, thời gian lưu nước của từng bể xử lý và thiết bị cơ khí phụ trợ.

Thiết kế kỹ thuật và quy trình công nghệ

Hệ thống xử lý nước thải được thiết kế với công suất trung bình $Q_{\text{tb}} = 2.000\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$ hoạt động liên tục 24/24 giờ. Các thông số lưu lượng tính toán thủy lực được xác định theo TCXDVN 51:2008:

• Lưu lượng trung bình giờ: $Q_{h\text{tb}} = 83,33\text{ m}^3/\text{h}$.
• Lưu lượng trung bình giây: $Q_{s\text{tb}} = 23,15\text{ l/s} = 0,02315\text{ m}^3/\text{s}$.
• Hệ số không điều hòa chung tính nội suy: $K_{0\max} = 1,88$; $K_{0\min} = 0,51$.
• Lưu lượng lớn nhất giờ: $Q_{h\max} = 156,66\text{ m}^3/\text{h} = 0,044\text{ m}^3/\text{s}$.
• Lưu lượng nhỏ nhất giờ: $Q_{h\min} = 42,5\text{ m}^3/\text{h} = 0,012\text{ m}^3/\text{s}$.

Thông số ô nhiễm	Nước thải đầu vào (mg/l)	Tiêu chuẩn xả thải Cột A QCVN 40:2011/BTNMT (mg/l)	Mức độ cần thiết xử lý (%)
TSS	100	49,5	50,5%
BOD₅ ($20^\circ\text{C}$)	150	29,7	80,2%
COD	400	74,25	81,44%
Tổng Nitơ (TN)	90	19,8	78,0%
Tổng Phốt pho (TP)	12	3,96	67,0%
Dầu mỡ khoáng	15	4,95	67,0%

Quy trình công nghệ đề xuất gồm 2 phương án:

• Phương án 1 (Công nghệ truyền thống cải tiến - Anoxic kết hợp Aerotank): Nước thải $\rightarrow$ Mương dẫn $\rightarrow$ Song chắn rác thô $\rightarrow$ Hố thu gom, lắng cát $\rightarrow$ Bơm chìm $\rightarrow$ Thiết bị tách rác tinh tĩnh (khe hở 2 mm) $\rightarrow$ Bể vớt dầu mỡ $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể trung hòa (châm NaOH/dinh dưỡng) $\rightarrow$ Bể thiếu khí Anoxic $\rightarrow$ Bể hiếu khí Aerotank $\rightarrow$ Bể lắng sinh học (tuần hoàn bùn 50–60%) $\rightarrow$ Bể keo tụ - tạo bông (châm PAC, Polymer) $\rightarrow$ Bể lắng hóa lý $\rightarrow$ Bể khử trùng (châm Chlorine 3–15 mg/l) $\rightarrow$ Xả ra nguồn tiếp nhận đạt QCVN 40:2011/BTNMT, Cột A ($K_q = 0,9; K_f = 1,1$). Bùn dư sinh học và bùn hóa lý được dẫn về bể nén bùn và ép bằng máy ép bùn cơ học.
• Phương án 2 (Công nghệ mẻ SBR): Nước thải $\rightarrow$ Mương dẫn $\rightarrow$ Song chắn rác thô $\rightarrow$ Hố bơm $\rightarrow$ Thiết bị tách rác tinh $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Cụm bể keo tụ - tạo bông hóa lý $\rightarrow$ Bể lắng sơ cấp $\rightarrow$ Bể sinh học phản ứng theo mẻ SBR (thực hiện làm đầy, sục khí, lắng, chắt nước và xả bùn trong cùng một bể) $\rightarrow$ Bể chứa trung gian $\rightarrow$ Bể khử trùng $\rightarrow$ Xả ra nguồn tiếp nhận.

Tác giả đã tính toán chi tiết các công trình đơn vị của Phương án 1:

• Song chắn rác thô: Đặt nghiêng $60^\circ$ so với phương ngang; chiều rộng mương $B_m = 0,3\text{ m}$; số khe hở $n = 20$ khe; khoảng cách khe $b = 16\text{ mm}$; chiều dày thanh sắt $S = 8\text{ mm}$; chiều rộng song chắn $B_s = 0,472\text{ m}$; vận tốc qua song chắn $v = 0,8\text{ m/s}$; tổn thất áp lực $h_s = 0,081\text{ mH}_2\text{O}$; chiều cao xây dựng mương $H = 0,8\text{ m}$; chiều dài xây dựng mương $L = 1,86\text{ m}$. Hiệu suất giảm 5% TSS, 5% COD, 5% BOD₅.
• Thiết bị cơ khí lựa chọn theo catalogue thương mại: Thiết bị tách rác tĩnh WRDS; bơm nước thải chìm Tsurumi; máy thổi khí cấp oxy Longtech; bơm định lượng hóa chất OBL; bơm bùn Ebara; bơm cấp nước Pentax; máy ép bùn băng tải Chishun; van bướm điều khiển.

Nội dung chính theo từng chương

Chương Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của đề tài bảo vệ nguồn nước trong bối cảnh KCN Kim Huy mở rộng sản xuất; xác định mục tiêu thiết kế trạm xử lý $2.000\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$ đạt Cột A QCVN 40:2011/BTNMT; giới thiệu 5 nội dung thực hiện trọng tâm và hệ thống 4 phương pháp nghiên cứu (thu thập số liệu, khảo sát, so sánh và tính toán giải tích).

Chương 1: Tổng quan về Khu công nghiệp Kim Huy

Tổng hợp thông tin pháp lý của chủ dự án (Công ty TNHH Phát triển KCN Kim Huy; người đại diện pháp luật: Giám đốc Lữ Cán Cường; trụ sở tại xã Bình Chuẩn, thị xã Thuận An, Bình Dương). Vị trí địa lý KCN kết nối giao thông qua đường Tạo Lực số 2B; tiếp giáp vườn cao su hiện hữu ở phía Nam và Đông, đường N6 ở phía Tây, đất trống ở phía Bắc. Địa hình KCN tương đối bằng phẳng với cao trình tự nhiên dao động từ +24,04 m đến +35,02 m; địa chất thuộc nhóm đất xám phù sa cổ, cường độ chịu nén đạt trên $1,5\text{ kg/cm}^2$, thuận lợi cho xây dựng công trình ngầm và bể chứa. Đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa: nhiệt độ trung bình năm $26,5^\circ\text{C}$ (tháng 4 cao nhất $29^\circ\text{C}$, tháng 1 thấp nhất $24^\circ\text{C}$); số giờ nắng trung bình 2.400 giờ/năm; lượng mưa bình quân từ $1.000\text{ mm}$ (tháng 9 mưa cao nhất 335–500 mm). Chương này cũng thống kê 3 nguồn chất thải chính: chất thải rắn (sinh hoạt, công nghiệp thông thường, nguy hại phân loại bằng thùng 3 màu xanh - nâu - cam); khí thải từ lò hơi đốt dầu FO, DO, gas và xe vận tải; nước thải sản xuất từ các nhà máy cơ khí, thực phẩm, điện tử chứa tải lượng hữu cơ và cặn lơ lửng cao.

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

Khái quát lý thuyết các phương pháp xử lý cơ học, hóa - lý và sinh học. Phân tích chi tiết quy trình công nghệ tại hai KCN điển hình: KCN Việt Nam - Singapore (VSIP 1) xử lý bằng công nghệ lọc sinh học dính bám kết hợp Aerotank truyền thống, cho nước thải sau xử lý đạt TCVN 5945-2005 loại B; KCN Linh Trung 1 sử dụng công nghệ bùn hoạt tính dạng mẻ SBR kết hợp cơ học, hóa lý và than hoạt tính, đạt loại A QCVN 5945-2005. Tác giả lập bảng so sánh ưu nhược điểm làm cơ sở khoa học để lựa chọn công nghệ thích hợp cho KCN Kim Huy.

Chương 3: Đề xuất công nghệ xử lý nước thải

Đánh giá nồng độ các chất ô nhiễm đầu vào do KCN cung cấp; xác định quy chuẩn xả thải đầu ra Cột A theo QCVN 40:2011/BTNMT. Tác giả xây dựng 2 phương án công nghệ xử lý, lập bảng cân bằng khối lượng và hiệu suất xử lý dự kiến qua từng công trình đơn vị:

• Phương án 1: Nước qua song chắn rác thô $\rightarrow$ thiết bị tách rác tinh (TSS giảm còn 85,5 mg/l) $\rightarrow$ tách dầu mỡ (dầu khoáng giảm 95% còn 0,75 mg/l) $\rightarrow$ điều hòa $\rightarrow$ keo tụ tạo bông + lắng hóa lý (TSS giảm xuống 37,1 mg/l, COD giảm xuống 153,9 mg/l) $\rightarrow$ Anoxic + Aerotank (BOD₅ giảm 81% còn 24,4 mg/l; Nito giảm 90% còn 9 mg/l; Photpho giảm 90% còn 1,2 mg/l) $\rightarrow$ lắng sinh học $\rightarrow$ khử trùng.
• Phương án 2: Nước qua sơ bộ $\rightarrow$ điều hòa $\rightarrow$ keo tụ tạo bông và lắng sơ cấp $\rightarrow$ bể SBR (hiệu suất xử lý BOD₅ đạt 80%, Nitơ đạt 90%, Phốt pho đạt 90%) $\rightarrow$ lắng sinh học/bể trung gian $\rightarrow$ khử trùng.

Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải phương án 1

Đây là chương nội dung kỹ thuật trọng tâm. Tác giả tính toán chi tiết mức độ xử lý yêu cầu (TSS 50,5%; BOD₅ 80,2%; COD 81,44%), tính toán lưu lượng thiết kế trung bình và cực đại. Thực hiện tính toán thủy lực, kích thước hình học, thời gian lưu nước, công suất máy móc và kiểm tra điều kiện dòng chảy cho toàn bộ các hạng mục: mương dẫn nước thải; song chắn rác thô (rộng 472 mm, 20 khe, dài 1,86 m); hố thu gom kết hợp lắng cát; thiết bị chắn rác tinh; bể tách dầu mỡ; bể điều hòa; cụm bể trộn, keo tụ - tạo bông; bể lắng hóa lý (bể lắng ly tâm); bể thiếu khí Anoxic; bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank; bể lắng sinh học (bể lắng II); bể chứa trung gian; bể tiếp xúc khử trùng; hệ thống xử lý bùn (bể nén bùn và máy ép bùn); tính toán nhu cầu hóa chất keo tụ PAC, Polymer, dinh dưỡng và Chlorine khử trùng.

Chương 5: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải phương án 2

Tính toán các công trình có sự thay đổi so với phương án 1, tập trung vào kích thước hình học và chu kỳ làm việc của cụm bể phản ứng sinh học theo mẻ SBR, tính toán bể chứa trung gian và các thiết bị liên quan đến chu kỳ sục khí - lắng - chắt nước.

Chương 6: Tính toán kinh tế

Xây dựng bảng chiết tính kinh tế chi tiết cho cả hai phương án công nghệ. Chi phí bao gồm chi phí đầu tư xây dựng công trình, chi phí mua sắm lắp đặt thiết bị cơ khí, chi phí hóa chất tiêu hao, chi phí tiêu thụ điện năng của động cơ/máy thổi khí/bơm và chi phí nhân công vận hành. Kết quả tính toán chỉ ra chi phí vận hành xử lý trực tiếp trên $1\text{ m}^3$ nước thải của Phương án 1 là 3.710 VNĐ/m³.

Chương 7: Đánh giá các phương án

Lập bảng đánh giá, so sánh tổng hợp giữa Phương án 1 và Phương án 2 dựa trên các tiêu chí: chất lượng nước sau xử lý, độ tin cậy và ổn định của hệ thống sinh học, diện tích mặt bằng yêu cầu, mức độ tự động hóa, độ phức tạp trong vận hành bảo dưỡng, tổng mức đầu tư ban đầu và chi phí vận hành hàng ngày. Từ đó lựa chọn Phương án 1 làm phương án thiết kế thi công chính thức.

Chương 8: Kết luận – Kiến nghị

Đúc kết các kết quả tính toán đã hoàn thành, khẳng định phương án công nghệ lựa chọn đáp ứng đầy đủ yêu cầu quy chuẩn môi trường; đưa ra các kiến nghị liên quan đến công tác vận hành, kiểm tra thông số vi sinh, định kỳ bảo trì thiết bị và quản lý rủi ro sự cố trạm xử lý.

Kết quả và đóng góp

• Thiết lập hoàn chỉnh dây chuyền công nghệ xử lý nước thải KCN công suất $2.000\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$ đạt QCVN 40:2011/BTNMT, Cột A với thông số đầu ra tính toán: TSS đạt $3,9\text{ mg/l}$ (chuẩn $\le 49,5\text{ mg/l}$); BOD₅ đạt $14,64\text{ mg/l}$ (chuẩn $\le 29,7\text{ mg/l}$); COD đạt $17,1\text{ mg/l}$ (chuẩn $\le 74,25\text{ mg/l}$); Nitơ tổng đạt $9\text{ mg/l}$ (chuẩn $\le 19,8\text{ mg/l}$); Phốt pho tổng đạt $1,2\text{ mg/l}$ (chuẩn $\le 3,96\text{ mg/l}$); Dầu mỡ khoáng đạt $0,75\text{ mg/l}$ (chuẩn $\le 4,95\text{ mg/l}$).
• Cung cấp toàn bộ các bảng tính toán kích thước công trình, kiểm tra thủy lực, tính toán công suất thiết bị và chiết tính kinh tế với đơn giá xử lý thực tế xác định ở mức 3.710 VNĐ/m³ nước thải.
• Đề xuất giải pháp kỹ thuật kết hợp giữa xử lý hóa lý (keo tụ - tạo bông) với xử lý sinh học thiếu khí/hiếu khí (Anoxic kết hợp Aerotank tuần hoàn bùn 50–60%) giúp hệ thống chịu được biến động tải lượng hữu cơ, khử triệt để Nitơ, Phốt pho và giảm tải cho công đoạn sinh học.
• Đóng góp thực tiễn của đề tài: Kết nối giữa lý thuyết thiết kế giải tích và thực tế thị trường thông qua việc tra cứu, lựa chọn danh mục thiết bị cụ thể kèm phụ lục catalogue nhà sản xuất (Tsurumi, Longtech, OBL, Ebara, Pentax, Chishun).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Các thông số tính toán nồng độ ô nhiễm đầu vào ($C_{\text{in}}$) được lập dựa trên số liệu khảo sát thiết kế ban đầu do Ban Quản lý KCN Kim Huy cung cấp tại một thời điểm, chưa phản ánh đầy đủ biên độ dao động nồng độ thực tế khi cơ cấu ngành nghề sản xuất trong KCN thay đổi. Đồ án tập trung tính toán chi tiết chuyên sâu cho Phương án 1, phần tính toán Phương án 2 chỉ dừng lại ở các hạng mục chính.
• Hướng mở rộng: Nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cấp khí và tỷ lệ bùn tuần hoàn dựa trên dữ liệu vận hành thực nghiệm; nghiên cứu thử nghiệm các loại hóa chất keo tụ thay thế để giảm thiểu khối lượng bùn hóa lý phát sinh; đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của hệ thống xử lý khi KCN đạt tỷ lệ lấp đầy 100%.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo thiết thực đối với:

• Sinh viên, học viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Cấp thoát nước đang thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp về thiết kế trạm xử lý nước thải công nghiệp.
• Kỹ sư môi trường làm việc trong lĩnh vực tư vấn thiết kế, thẩm tra kỹ thuật các trạm xử lý nước thải tập trung tại các khu - cụm công nghiệp quy mô vừa ($2.000\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$).
• Nội dung đáng tham khảo nhất: Bảng tính toán thủy lực chi tiết từng hạng mục (song chắn rác, mương dẫn, bể Anoxic, bể Aerotank); các bước xác định hệ số không điều hòa $K_0$ theo TCXDVN 51:2008; phương pháp tính toán cân bằng vật chất và dự toán chi phí vận hành đơn vị nước thải.

Câu hỏi thường gặp

1. Công suất thiết kế và quy chuẩn xả thải đầu ra của hệ thống xử lý nước thải KCN Kim Huy giai đoạn 2 là bao nhiêu? Hệ thống được thiết kế với công suất trung bình $2.000\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$, hoạt động liên tục 24/24 giờ ($Q_{h\text{tb}} = 83,33\text{ m}^3/\text{h}$, $Q_{h\max} = 156,66\text{ m}^3/\text{h}$). Quy chuẩn xả thải áp dụng là QCVN 40:2011/BTNMT, Cột A với hệ số $K_q = 0,9$ và $K_f = 1,1$.

2. Mức độ cần thiết xử lý đối với các chỉ tiêu ô nhiễm chính (TSS, BOD₅, COD) trong nước thải đầu vào được tính toán như thế nào? Dựa trên chất lượng nước thải đầu vào (TSS = 100 mg/l, BOD₅ = 150 mg/l, COD = 400 mg/l) và giới hạn Cột A QCVN 40:2011/BTNMT, mức độ cần thiết phải xử lý được tính toán đạt: TSS giảm 50,5%; BOD₅ giảm 80,2%; COD giảm 81,44%.

3. Sự khác nhau cơ bản giữa Phương án 1 và Phương án 2 được đề xuất trong đồ án là gì? Phương án 1 sử dụng dây chuyền công nghệ truyền thống cải tiến liên tục gồm bể thiếu khí Anoxic kết hợp bể hiếu khí Aerotank và bể lắng sinh học riêng biệt (có tuần hoàn bùn 50–60%). Phương án 2 thay thế toàn bộ cụm bể Anoxic, Aerotank và lắng sinh học bằng công nghệ bể phản ứng sinh học theo mẻ SBR.

4. Song chắn rác thô trong Phương án 1 có các thông số kỹ thuật và hình học chính nào? Song chắn rác thô được đặt trong mương dẫn rộng 0,3 m, góc nghiêng $60^\circ$. Thiết bị có 20 khe hở, khoảng cách giữa các khe là 16 mm, bề dày thanh song chắn 8 mm, chiều rộng song chắn $B_s = 0,472\text{ m}$. Vận tốc dòng chảy qua song chắn là 0,8 m/s, tổn thất áp lực $h_s = 0,081\text{ mH}_2\text{O}$, chiều sâu xây dựng mương là 0,8 m và chiều dài xây dựng mương là 1,86 m.

5. Chi phí vận hành ước tính để xử lý 1 m³ nước thải theo Phương án 1 là bao nhiêu và gồm những cấu phần nào? Chi phí vận hành trực tiếp để xử lý $1\text{ m}^3$ nước thải theo Phương án 1 được tính toán là 3.710 VNĐ/m³. Chi phí này bao gồm chi phí hóa chất tiêu thụ (PAC, Polymer, NaOH, dinh dưỡng, Chlorine), chi phí điện năng tiêu thụ cho hệ thống bơm và máy thổi khí, chi phí nhân công vận hành và chi phí bảo trì thường xuyên.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Lê Hồng Minh đã giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật trạm xử lý nước thải KCN Kim Huy giai đoạn 2 công suất $2.000\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$ bảo đảm quy chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT Cột A. Công trình cung cấp phương án công nghệ tối ưu dựa trên phân tích kỹ thuật - kinh tế, lựa chọn chuỗi xử lý Anoxic - Aerotank kết hợp hóa lý với chi phí vận hành 3.710 VNĐ/m³. Toàn bộ tính toán công trình đơn vị và danh mục thiết bị được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn xây dựng và catalogue thương mại, mang lại giá trị tham khảo rõ ràng cho công tác thiết kế hệ thống xử lý nước thải công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU CÔNG NGHIỆP KIM HUY 1. Giới thiệu chung về khu công nghiệp Kim Huy 1. Chủ dự án CÔNG TY TNHH PHÁT TRIỂN KCN KIM HUY Địa chỉ: 27/3 DT 743 – Bình Quới, xã Bình Chuẩn, thị xã Thuận An, tỉnh Bình Dương. Thông tin người đại diện pháp lý: Họ và tên: Lữ Cán Cường Chức danh: Giám đốc 1.

Vị trí của KCN KCN Kim Huy tọa lạc tại xã Bình Chuẩn, huyện Thuận An, tỉnh Bình Dương, được kết nối với các khu liên hợp bằng tuyến đường Tạo Lực số 2B dẫn đến các trục giao thông chính của Quốc gia đi về các cảng sông. Các hướng tiếp giáp : Phía Nam giáp với vườn cao su hiện hữu Phía Tây giáp với đường N6 Phía đông giáp với vườn cao su hiện hữu Phía Bắc giáp đất trống 1. Điều kiện khí hậu  Điều kiện khí tượng Khu vực xây dựng KCN Kim Huy thuộc xã Bình Chuẩn, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa. Mỗi năm có hai mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa.

Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11. Mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.  Nhiệt độ Nhiệt độ thay đổi theo mùa trong năm, tuy nhiên sự chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa các tháng không lớn lắm (dao động từ 1 - 30C). Nhiệt độ trung bình hằng năm là 26,50C, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất 290C (tháng 4), tháng thấp nhất 240C (tháng 1).

 Nắng Mùa khô là mùa có số giờ nắng nhiều nhất, 7,8 – 8,5 giờ/ngày vào các tháng 2, 3, 4.Trong các tháng mưa, tháng 9 là tháng có giờ nắng ít nhất: 4 – 6 giờ/ngày. số giờ nắng trung bình 2.400 giờ, có năm lên tới 2.  Mưa 3 Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.000mm với số ngày có mưa là 120 ngày. Tháng mưa nhiều nhất là tháng 9, trung bình 335mm, năm cao nhất có khi lên đến 500mm, tháng ít mưa nhất là tháng 1, trung bình dưới 50mm và nhiều năm trong tháng này không có mưa.

 Gió Mỗi năm có 2 mùa gió rõ rệt: mùa khô và mùa mưa Về mùa khô gió thịnh hành chủ yếu là hướng Đông, Đông – Bắc Về mùa mưa gió thịnh hành chủ yếu là hướng Tây, Tây – Nam Tốc độ gió bình quân khoảng 0,7m/s, tốc độ gió lớn nhất quan trắc được là 12m/s thường là Tây, Tây – Nam. Khu vực này không chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió bão.  Độ ẩm không khí Chế độ không khí ẩm tương đối cao, trung bình 80-90% và biến đổi theo mùa. Độ ẩm được mang lại chủ yếu do gió mùa Tây Nam trong mùa mưa, do đó độ ẩm thấp nhất thường xảy ra vào giữa mùa khô và cao nhất vào giữa mùa mưa.

Giống như nhiệt độ không khí, độ ẩm trong năm ít biến động. Với khí hậu nhiệt đới mang tính chất cận xích đạo, nền nhiệt độ cao quanh năm, ẩm độ cao và nguồn ánh sáng dồi dào. Khí hậu Bình Dương tương đối hiền hoà, ít thiên tai như bão, lụt… 1. Địa hình địa chất công trình Địa hình Khu vực dự kiến khu qui hoạch KCN Kim Huy có ñịa hình tương đối bằng phẳng cốt tự nhiên cao nhất 35,02m cốt thấp nhất 24,04m Địa chất công trình Khu đất quy hoạch KCN Kim Huy thuộc dạng đất xám trên phù sa cổ, cường ñộ chịu nén trên 1,5kg/cm2, tính chất cơ lý của đất tốt, thuận lợi cho việc xây dựng KCN và các tiện ích công cộng khác 1.

Các vấn đề môi trường khi khu công nghiệp hoạt động 1. Chất thải rắn Chất thải phát sinh từ các doanh nghiệp hoạt động sản xuất trong KCN Kim Huy được chia làm 3 loại chính, bao gồm: chất thải rắn sinh hoạt, công nghiệp và chất thải nguy hại. Chất thải rắn sinh hoạt phát sinh chủ yếu từ các hoạt ñộng sinh hoạt của công nhân viên và nhà ăn như: giấy, nylon, lon nhựa, kim loại đựng đồ hộp, vỏ thức uống, thực phẩm dư thừa, ngoài ra còn có lá cây, cỏ trong khuôn viên KCN. 4 Chất thải rắn công nghiệp không nguy hại phát sinh từ hoạt động sản xuất của các doanh nghiệp như: gỗ, giấy, bao bì nhựa, vải vụn, sắt và thép vụn, sợi phế liệu,… Chất thải nguy hại bao gồm dầu cặn, nhớt thải, hóa chất thải, bao bì đựng hoá chất, giẻ lau dính dầu nhớt và hóa chất, xỉ hàn, phôi máy khoan, … Chất thải rắn được thu gom và phân loại ngay tại nguồn, tại các khu vực đều đặt các thùng rác với các màu sắc khác nhau (màu xanh đựng rác hữu cơ, màu nâu đựng rác vô cơ, màu cam đựng rác nguy hại) để thuận tiện cho việc phân loại, thu gom, thải bỏ.

Khí thải Bụi và khí thải phát sinh tại KCN Kim Huy chủ yếu từ các nguồn: Phát sinh từ các doanh nghiệp hoạt động trong KCN có sử dụng lò hơi, lò dầu, lò nung, lò truyền nhiệt với nguồn nguyên liệu chính là dầu FO, DO và gas gây ô nhiễm chủ yếu bụi, NOx, CO và SO2. Bên cạnh đó, hoạt động của các phương tiện giao thông ra và vào KCN làm phát sinh bụi, SO2, NOx và CO. Các nhà máy trong KCN đều phải có các biện pháp giảm thiểu khí thải trước khi xả thải. Nước thải Nước thải phát sinh trong KCN từ các nguồn: Nước thải sinh hoạt của công – nhân viên; nước thải trong quá trình sản xuất.

Trong đó lượng nước thải gây ô nhiễm chủ yếu là nước thải phát sinh trong sản xuất với các ngành nghề như cơ khí, chế biến thực phẩm, điện tử vì vậy các chất ô nhiễm chủ yếu là các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, độ màu, dầu mỡ khoáng, dầu động thực vật. 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP Do đặc tính nước thải tập trung KCN chứa lượng chất hữu cơ lớn, tỉ số BOD/COD dao động khoảng từ 0,5-0,7 nên biện pháp xử lý thường được áp dụng là sử dụng các công trình xử lý sinh học. Trong nước thải còn chứa lượng cặn khá lớn, các mảnh vụn nguyên liệu có đặc tính cơ học tương đối bền vì thế trước khi đưa vào hệ thống sinh học, nước thải cần được xử lý bằng các công trình xử lý cơ học để loại bỏ cặn này. Do lưu lượng và chất lượng nước thải tập trung KCN biến động rất nhanh về về nồng độ theo thời gian, do đó trong cộng nghệ thường phải sử dụng bể điều hòa có dung tích đủ lớn để ổn định dòng nước thải vào công trình sinh học tiếp theo.

Nước thải sau khi xử lý sinh học nếu trường hợp vẫn còn nồng độ các chất ô nhiễm cao (do quá trình vận hành bị xảy ra sự cố về mặt vi sinh), đặc biệt là độ màu, với chỉ tiêu đạt loại A độ màu phải ≤ 20 Co-Pt rất khó xử lý. Do cần phải có giai đoạn xử lý oxy hóa bậc cao. Nước thải sau khi xử lý các công đoạn trên vẫn còn một số vi sinh vật gây bệnh, do đó phải qua giai đoạn khử trùng trước khi thải ra môi trường. Phương pháp cơ học Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc I) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất không tan (rác, cát nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi.) ra khỏi nước thải, điều hòa lưu lượng và nông độ các chất ô nhiễm trong nước thải.

 Các công trình xử lý cơ học thông dụng: Song chắn rác Cấu tạo: song chắn rác gồm các thanh chắn bằng thép không gỉ, sắp xếp cạnh nhau và hàn cố định trên khung thép, được đặt trong ngăn tiếp thu nước thải, trước khi vào bể gom. Nhiệm vụ: chắn rác có tiết diện hình chữ nhật Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 ÷ 100 mm. Song chắn mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 ÷ 25 mm. Song chắn rác là hạng mục công trình xử lý sơ bộ đầu tiên nhằm ngăn giữ rác bẩn thô có kích thước lớn gồm giấy, bọc nylon, chất dẻo, cỏ cây, vỏ đồ hộp, gỗ, vỏ trái cây.

Nếu không loại bỏ rác có thể gây tắc nghẽn đường ống, hư hỏng bơm. Rác phải thường xuyên được cào đi bằng phương pháp thủ công. Nguyên tắc hoạt động: Nước thải được thu gom từ các công ty rồi tự chảy vào mạng lưới thoát nước thải cống dẫn và đưa đến trạm xử lý tập trung. Tại đây nước 6 được tách khỏi một lượng rác đáng kể và tiếp theo nước được chuyển tới bể gom nước thải.

Sơ đồ phân loại song chắn rác Song chắn rác được làm bằng kim loại, đăt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc 45-600 nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75-850 nếu làm sạch bằng máy. Tiết diện của song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp. Song chắn tiết diện tròn có lực trở nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại. Do đó thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy.

Vận tốc nước chảy qua song chắn giới hạn trong khoảng từ 0,6-1m/s. Vận tốc cực đại dao động trong khoảng 0,75m/s - 1m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe. Vận tốc cực tiểu là 0,4m/s nhằm tránh phân hủy các chất thải rắn. Một số song chắn rác tự động Lưới lọc Sau chắn rác, để loại bỏ tạp chất rắn có kích cỡ nhỏ hơn, mịn hơn ta có thể đặt thêm lưới lọc.

Ngoài ra, lưới lọc còn giữ nhiệm vụ loại bỏ một phần đáng kể ô nhiễm dưới dạng huyền phù và có thể khôi phục lại giá trị của nó. Lưới lọc gồm các loại: - Lưới lọc lõm tự động rửa sạch. - Các tang quay có lưu lượng tới 1. Bể lắng cát Bể lắng cát đặt sau song chắn, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa, trước bể lắng đợt I.

Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủ tinh, mảnh vỡ kim loại, tro tán, thanh vụng, vỏ trứng.để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xủ lý tiếp theo. Bể lắn cát gồm 3 loại: Bể lắng cát ngang, bể lắng cát thổi khí, bể lắng cát ly tâm. Bể điều hòa Do đặc điểm công nghệ sản xuất của một số ngành công nghiệp, lưu lượng và nồng độ nước thải thường không đều theo các giờ trong ngày, đêm. Sự dao động lớn về lưu lượng và nồng độ và dẫn đến những hậu quả xấu về chế độ công tác của mạng lưới và các công trình xử lý.