Định hướng nâng cao hiệu quả thu gom và xử ký nước thải đô thị khu vực phía bắc thành phố thái nguyên đến năm 2020

Đề xuất phương án thu gom và xử lý nước thải đô thị cho khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên có tính toán về khối lượng các công trình trong hệ thống.. Xuất phát từ điều kiện thực tiễn nêu

Định hướng nâng cao hiệu quả thu gom và xử

ký nước thải đô thị khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên đến năm 2020

Đoàn Văn Vũ

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS ngành: Khoa học môi trường; Mã số: 60 85 02

Người hướng dẫn: PGS TS Trịnh Thị Thanh

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Phân tích và đánh giá tình trạng cơ sở hạ tầng hệ thống thu gom và

thoát nước khu trung tâm phía Bắc thành phố Thái Nguyên Phân tích và đánh giá lưu lượng, tải lượng chất ô nhiễm trong nước thải đô thị cần thu gom và xử lý theo định hướng phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020 Dự báo khả năng thu gom và

xử lý nước thải đô thị khu trung tâm phía Bắc thành phố Thái Nguyên theo định hướng phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020 Phân tích, lựa chọn địa điểm xây dựng hồ điều hòa, trạm xử lý nước thải tập trung khu vực nghiên cứu Đề xuất phương án thu gom và xử lý nước thải đô thị cho khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên (có tính toán về khối lượng các công trình trong hệ thống)

Keywords: Xử lý nước thải; Nước thải; Ô nhiễm nước; Thái Nguyên

Content

Cùng với chất thải rắn, nước thải là vấn đề gây bức xúc tại hầu hết các đô thị Việt Nam Thành phố Thái Nguyên là đô thị loại I, với hơn 250 ngàn dân cũng đang đứng trước thách thức của sự mâu thuẫn giữa phát triển kinh tế xã hội và các vấn đề ô nhiễm môi trường Thành phố Thái Nguyên có số dân lớn, mỗi ngày ước tính có khoảng 20 – 30 ngàn mét khối nước thải chưa được xử lý/hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn, chứa một lượng rất lớn các chất ô nhiễm trong đó có các chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi khuẩn đổ vào nguồn tiếp nhận môi trường xung quanh Đây cũng chính là một trong những nguyên nhân gây suy thoái chất lượng nước sông Cầu - một trong 3 con sông hiện đang được quan tâm do môi trường tại lưu vực đã và đang chịu tác động xấu từ các quá trình hoạt động phát triển kinh tế xã hội gây nên

Thực tế cho thấy, hiện nay, hệ thống thoát nước của hầu hết các khu vực thành phố Thái Nguyên đã xuống cấp, không còn khả năng đáp ứng được với nhu cầu tiêu thoát nước cho thành phố (đặc biệt là vào mùa mưa lũ) [14], quan trọng hơn là hàng ngày vẫn

có hàng nghìn mét khối nước thải sinh hoạt của người dân sau khi xử lý sơ bộ qua các bể

tự hoại đổ trực tiếp ra sông Cầu, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất nước nước sông Đây cũng chính là một trong thách thức đặt ra cần giải quyết trong đó có lĩnh vực môi trường, khi thành phố Thái Nguyên đã là đô thị loại I vào năm 2010

Xuất phát từ điều kiện thực tiễn nêu trên, luận văn lựa chọn đề tài: “Định hướng

nâng cao hiệu quả thu gom và xử ký nước thải đô thị khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên đến năm 2020”

Mục tiêu nghiên cứu:

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá được hiện trạng thu gom và xử lý nước thải của khu trung tâm phía Bắc thành phố Thái Nguyên; dự báo khả năng thu gom,

từ đó đề xuất được giải pháp nhằm cải thiện mạng lưới thu gom, xử lý nước thải cho khu vực, định hướng đến năm 2020

Phạm vi nghiên cứu:

Khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên thuộc địa bàn của 09 phường Tổng diện tích lưu vực nghiên cứu là khoảng 1200 ha

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về hệ thống thoát nước và các vấn đề cơ bản trong thiết kế hệ thống thoát nước

1.1.1 Tổng quan về hệ thống thoát nước

1.1.2 Các vấn đề cơ bản trong lựa chọn hệ thống thoát nước đô thị

1.2 Hệ thống và tổ chức thoát nước thải tại các đô thị Việt Nam

1.2.1 Hiện trạng hệ thống thoát nước thải tại các đô thị Việt Nam

1.2.2 Định hướng hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam

1.2.3 Tổ chức hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam

1.3 Tổng quan về công nghệ và công trình xử lý nước thải đô thị

1.3.1 S lược về dây chuyền công nghệ xử lý nước thải

1.3.2 Các công trình xử lý nước thải và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

1.4 Giới thiệu chung về thành phố Thái Nguyên

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải đô thị(1) (nước thải sinh hoạt và nước mưa chảy tràn) khu trung tâm phía Bắc thành phố Thái Nguyên;

- Cơ sở vật chất (các tuyến mương, cống) của hệ thống thu gom và thoát nước hiện tại

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích và đánh giá tình trạng cơ sở hạ tầng hệ thống thu gom và thoát nước khu trung tâm phía Bắc thành phố Thái Nguyên;

- Phân tích và đánh giá lưu lượng, tải lượng chất ô nhiễm trong nước thải đô thị cần thu gom và xử lý theo định hướng phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020;

- Dự báo khả năng thu gom và xử lý nước thải đô thị khu trung tâm phía Bắc thành phố Thái Nguyên theo định hướng phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020;

- Phân tích, lựa chọn địa điểm xây dựng hồ điều hòa, trạm xử lý nước thải tập trung khu vực nghiên cứu;

- Đề xuất phương án thu gom và xử lý nước thải đô thị cho khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên (có tính toán về khối lượng các công trình trong hệ thống)

2.3 Phương pháp nghiên cứu

1

Đối tượng nghiên cứu của đề tài không bao gồm nước thải của các cơ sở sản xuất kinh doanh, bệnh viện, trường

học Nước thải phát sinh từ các khu vực này nhất thiết phải được xử lý đạt Quy chuẩn môi trường trước khi xả vào

hệ thống thu gom chung của toàn thành phố

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu

Thu thập, kế thừa có chọn lọc một số tài liệu có liên quan tới vấn đề nghiên cứu, cụ thể là:

- Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực thành phố Thái Nguyên;

- Báo cáo về hiện trạng sử dụng, hiện trạng quản lý và vận hành hệ thống thoát nước thải đô thị khu vực thành phố Thái Nguyên;

- Báo cáo thống kê sơ bộ về hiện trạng ngập lụt cục bộ khu vực thành phố Thái Nguyên vào mùa mưa lũ;

- Báo cáo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội thành phố Thái Nguyên giai đoạn

2010 – 2015, định hướng đến năm 2020

Ngoài ra còn thu thập các thông tin trên trang web của tỉnh Thái Nguyên và một số trang web khác

2.3.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế

Trong quá trình thực địa, đề tài có tiến hành khảo sát thực tế hiện trạng hệ thống mương, cống thoát nước trên địa bàn 09 phường của khu vực nghiên cứu, bao gồm: Quang Trung, Quán Triều, Quang Vinh, Phan Đình Phùng, Hoàng Văn Thụ, Trưng Vương, Gia Sàng, Đồng Quang, Túc Duyên

Trao đổi trực tiếp, lấy thông tin của người dân khu vực, khảo sát và chụp ảnh hiện trạng khu vực nghiên cứu

2.3.3 Phương pháp mô hình toán

- Dựa vào các công thức trong các giáo trình, tài liệu tham khảo liên quan để tính toán các thành phần của hệ thống đề xuất

- Sử dụng các phần mềm hỗ trợ tính toán và thiết kế hệ thống (MS excel; Autodesk-AutoCAD 2007; MapInfo version 8.5; Mô hình STEADY; Mô hình SWMM)

* Sử dụng mô hình SWMM để tính toán thoát nước đô thị cho khu vực thành phố Thái Nguyên

SWMM (Storm Water Management Model) được xây dựng ở hai trường đại học San Phansico và Florida (Mỹ) do cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) xây dựng từ năm 1971-1999 để mô phỏng chất và lượng nước của lưu vực thoát nước đô thị và tính toán quá trình chảy tràn từ mỗi lưu vực bộ phận đến cửa nhận nước của nó

Mô hình SWMM mô phỏng các dạng mưa thực tế trên cơ sở lượng mưa (biểu đồ quá trình mưa hàng năm) và các số liệu khí tượng đầu vào khác cùng với hệ thống mô tả (lưu vực, vận chuyển, hồ chứa/xử lý) để dự đoán các trị số chất lượng và khối lượng dòng chảy

Mục đích ứng dụng mô hình toán SWMM cho tính toán hệ thống thoát nước khu vực thành phố Thái Nguyên nhằm:

+ Xác định các khu vực cần xây mới hoặc mở rộng cống thoát nước mưa để giảm tình trạng ngập lụt đường phố hoặc cung cấp dịch vụ thoát nước thải cho những khu vực mới phát triển;

+ Xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của các công trình trong hệ thống thoát nước;

+ Thiết lập mạng lưới thoát nước tổng thể cho khu vực

* Tính toán hệ thống xử lý nước thải bằng phần mềm mô phỏng STEADY

Luận văn sẽ sử dụng phần mềm STEADY để tính toán và mô phỏng các quá trình trong hệ thống xử lý nước thải đề xuất cho khu vực nghiên cứu trên cơ sở lựa chọn các sơ

đồ công nghệ phù hợp

Steady là một phần mềm máy tính dùng để mô phỏng, cung cấp một mô hình tính toán hệ thống xử lý nước thải được viết bởi Luis Aburto Garnica và Gerald E Speitel Jr.,

1999 (Thuộc Department of Civil Engineering - The University of Texas at Austin) Mô hình Steady được dùng để tính toán trong điều kiện ổn định (steady – state) cho các thành phần đầu vào và đặc điểm nước thải cho một hệ thống xử lý nước thải đã biết với các thông số cơ bản như: BOD, TSS, Tổng N và Amoni

Khi một sơ đồ công nghệ xử lý nước thải được thiết lập, Steady có thể tính toán cân

bằng vật chất cho toàn bộ hệ thống, kích thước của các công trình trong hệ thống

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Hiện trạng hệ thống thoát nước và cơ sở hạ tầng, dân cư khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên

3.1.1 Hiện trạng mạng lưới thoát nước

Hiện trạng thoát nước khu vực nghiên cứu là hệ thống thoát nước chung (nước bẩn

lẫn nước mưa), các tuyến đều tự chảy, với một số đặc điểm như sau:

- Các tuyến thoát nước chảy theo địa hình, các nhà dân xây dựng theo mặt đường phía sau nhà là ruộng trũng, nước mưa và nước thải sinh hoạt xả thẳng xuống ruộng Nếu phía sau nhà là đồi, nước mưa và nước thải sinh hoạt thải ra phía trước nhà vào các rãnh hoặc cống song song với đường rồi xả vào suối, ruộng

- Trong các ngõ nhỏ, nhà dân thường thoát nước thải tự nhiên vào các rãnh hai bên đường, và chảy vào hệ thống mương cống trên các tuyến đường chính theo độ dốc địa hình

- Các tuyến thoát nước chủ yếu phục vụ cho việc thu nước mưa mặt đường và thoát nước thải các hộ dân dọc hai bên đường

- Nước mưa và nước thải sau khi được xả xuống ruộng sẽ chảy theo các đường thoát nước tự nhiên, các cống thủy lợi, ra các suối rồi chảy vào sông Cầu Có 3 suối tham ra vào mạng thoát nước của khu vực là: Cống Ngựa, Xương Rồng 1 và Xương Rồng 2, tổng chiều dài khoảng 4 km, lòng suối hẹp

- Thành phố Thái Nguyên hiện có khoảng 57km mương và cống thoát nước, hệ thống hố thu có khoảng cách lớn, cửa thu nhỏ, hiệu quả thu nước mưa kém

3.1.2 Hiện trạng xả nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư

Hiện tại thành phố Thái Nguyên chưa có hệ thống thoát nước thải riêng, chỉ có một

số tuyến cống đã và đang được xây dựng trên vỉa hè của một số tuyến đường chính (như đường Lương Ngọc Quyến, Hoàng Văn Thụ, Cách Mạng Tháng 8, ) Trong các ngõ ngách của một số dân cư mới được quy hoạch nước thải được xả ra rãnh trước nhà, còn lại các khu dân cư khác chủ yếu nước thải ra phía sau nhà xuống sông, suối, ao hồ hoặc một số khu dân cư khác thì nước thải tự do ra rãnh tự nhiên, ruộng vườn cho tự ngấm

Nước thải sinh hoạt hầu hết được xử lý trong bể tự hoại nhưng điều kiện vệ sinh vẫn rất kém, gây ô nhiễm môi trường Theo kết quả đo và phân tích nước mặt tại các suối, ao hồ

đô thị của Trung tâm Quan trắc và Công nghệ môi trường Thái Nguyên cho thấy các suối, ao hồ này đang bị ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng từ nước thải sinh hoạt của các khu dân cư

3.2 Quy hoạch phát triển kinh tế xã hội thành phố Thái Nguyên đến năm 2020

Thành phố Thái Nguyên đã có quy hoạch tổng thể tới năm 2020, tỷ lệ 1/5000, được lập năm 2007 Trong khu vực nghiên cứu của đề tài có 5 quy hoạch chi tiết cần quan tâm, bao gồm: Điều chỉnh quy hoạch khu dân cư số 1,3,4 và quy hoạch chi tiết khu dân cư số

5 phường Đồng Quang; Quy hoạch chi tiết khu dân cư hồ điều hòa Xương Rồng; Quy hoạch chi tiết khu dân cư số 2 phường Hoàng Văn Thụ; Quy hoạch chi tiết khu dân cư số

4 và số 7 phường Túc Duyên và Quy hoạch chi tiết khu dân cư số 2 phường Quang Trung

3.3 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả thu gom và xử lý nước thải đô thị cho khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên

3.3.1 Đề xuất các phương án thu gom và xử lý nước thải cho khu vực nghiên cứu

Đề xuất 3 phương án:

Phương án 1: Thu gom bằng hệ thống thoát nước chung

Phương án 2: Thu gom bằng hệ thống thoát nước riêng

Phương án 3: Thu gom bằng hệ thống thoát nước nửa riêng

Trên cơ sở phân tích, đánh giá các phương án nêu trên, chúng tôi lựa chọn Phương

án 3 để thu gom và xử lý nước thải cho khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên

3.3.2 Giải pháp xử lý nước thải đô thị

Đề xuất 2 phương án:

Phương án 1: Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, dùng bể earotank

Phương án 2: Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, dùng kênh oxy hóa, kết hợp xử lý P bằng FeCl2

Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các phương án, chúng tôi lựa chọn Phương

án 2 để thiết kế trạm xử lý nước thải tập trung cho khu vực nghiên cứu

* Mô phỏng hệ thống xử lý nước thải đề xuất trên cơ sở phần mềm Steady

Trên cơ sở tính toán của Steady, kết quả tính toán cân bằng vật chất của hệ thống được tính toán và mô tả tại Hình Kết quả tính toán cũng cho thấy các thông số của nước thải đầu ra hoàn toàn phù hợp với yêu cầu xử lý (Đạt TCVN 7222:2002 sau xử lý lần hai

và QCVN 40:2011/BTNMT)

Hình 1 Kết quả tính toán cân bằng chất hệ thống xử lý nước thải bằng mô hình

STEADY

3.4 Mô phỏng các quá trình thủy lực trên mạng thoát nước khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên

Trên cơ sở mạng lưới thu gom và xử lý nước thải đề xuất, chúng tôi thực hiện mô phỏng các quá trình thủy lực diễn ra trong hệ thống bằng phần mềm SWMM – Version 5 (2004) nhằm mục đích kiểm tra tính khả thi của hệ thống, đồng thời xác định các thông

số cơ bản của mạng thoát nước đề xuất

Trong đề tài này chúng tôi lựa chọn tính toán cho 2 trường hợp:

Trường hợp 1: Nhằm kiểm tra khả năng chuyển tải nước thải trong cống và khả

năng điều tiết của hồ chứa với các thông số giả định của hệ thống thoát nước đề xuất

Trường hợp 2: Tính toán hệ thống xét tới ảnh hưởng của mức nước dâng trên sông

Cầu lên hệ thống Do sông Cầu là sông lớn, nên hoàn toàn có thể xảy ra trường hợp mực nước dâng trên sông cao hơn hẳn các cửa thoát nước của hệ thống nên việc tính toán theo kịch bản này có ý nghĩa lớn đối với thực tế

Trong cả hai trường hợp này đều tính tiêu thoát nước cho trận mưa kéo dài trong vòng 3 giờ và hệ thống thoát nước phải tiêu trong vòng 30 phút để đảm bảo cho hệ thống không bị ngập và phù hợp với thực tế

Cả hai trường hợp này đều có thể xảy ra trong thực tế

Kết quả tính toán mô phỏng

a/ Trường hợp 1

Hình 2 Kết quả mô phỏng diễn biến của dòng chảy trên hệ thống thoát nước tại

thời điểm đầu trận mưa (Sau khi thay đổi giá trị đường kính của mương thoát nước)

Hình 3 Kết quả mô phỏng diễn biến của dòng chảy trên hệ thống thoát nước tại

thời điểm trận mưa kết thúc (Sau khi thay đổi giá trị đường kính của mương thoát nước)

Ta thấy tại thời điểm đầu trận mưa và tại thời điểm kết thúc trận mưa hệ thống luôn đảm bảo khả năng chuyền tải không xảy ra tình trạng ngập Điều đó có nghĩa là việc chọn các thông số đầu vào của hệ thống (đường kính ống, mương thoát) là hợp lý

b/ Trường hợp 2

Tính toán hệ thống xét tới ảnh hưởng của mức nước dâng trên sông Cầu lên hệ thống Do sông Cầu là sông lớn, nên hoàn toàn có thể xảy ra trường hợp mực nước dâng trên sông cao hơn hẳn các cửa thoát nước của hệ thống

* Khai báo mức nước dâng

Mức nước dâng được lấy đại diện theo thống kê lũ trên sông Cầu Cụ thể như sau:

Hình 4 Khai báo mức nước dâng trên sông Cầu và đường cong đại diện

Giữ nguyên các thông số đã khai báo ở trên và chạy trong trường hợp ảnh hưởng của nước dâng trên sông Cầu Kết quả như sau: