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

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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Đoàn Văn Vũ

ĐỊNH HƯỚNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU GOM VÀ

XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ KHU VỰC PHÍA BẮC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN ĐẾN NĂM 2020

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Đoàn Văn Vũ

ĐỊNH HƯỚNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU GOM VÀ

XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ KHU VỰC PHÍA BẮC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN ĐẾN NĂM 2020

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Trịnh Thị Thanh

Hà Nội - 2012

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC BẢNG viii

KÍ HIỆU VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tổng quan về hệ thống thoát nước và các vấn đề cơ bản trong thiết kế hệ thống thoát nước 3

1.1.1 Tổng quan về hệ thống thoát nước 3

1.1.2 Các vấn đề cơ bản trong lựa chọn hệ thống thoát nước đô thị 7

1.2 Hệ thống và tổ chức thoát nước thải tại các đô thị Việt Nam 8

1.2.1 Hiện trạng hệ thống thoát nước thải tại các đô thị Việt Nam 8

1.2.2 Định hướng hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam 8

1.2.3 Tổ chức hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam 9

1.3 Tổng quan về công nghệ và công trình xử lý nước thải đô thị 11

1.3.1 Sơ lược về dây chuyền công nghệ xử lý nước thải 11

1.3.2 Các công trình xử lý nước thải và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 12

1.4 Giới thiệu chung về thành phố Thái Nguyên 35

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

2.1 Đối tượng nghiên cứu 42

2.2 Nội dung nghiên cứu 42

2.3 Phương pháp nghiên cứu 42

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu 42

2.3.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế 43

2.3.3 Phương pháp mô hình toán 43

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 48

3.1 Hiện trạng hệ thống thoát nước và cơ sở hạ tầng, dân cư khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên 48

3.1.1 Hiện trạng cơ sở hạ tầng 48

3.1.2 Hiện trạng hệ thống thoát nước chung khu vực nghiên cứu 50

3.1.3 Hiện trạng xả nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư 55

3.2 Nghiên cứu về quy hoạch và sự phát triển của thành phố Thái Nguyên đến năm 2020 57

3.2.1 Quy hoạch thành phố Thái Nguyên đến năm 2020 57

3.2.2 Sự phát triển của thành phố Thái Nguyên đến năm 2020 60

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 63

3.3.1 Những thuận lợi và khó khăn trong việc thu gom nước thải đô thị tại khu vực nghiên cứu 63

3.3.2 Mục tiêu cần đạt khi đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả thu gom và xử lý nước thải khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên 64

3.3.3 Đề xuất các phương án thu gom và xử lý nước thải cho khu vực nghiên cứu 64

3.4 Thiết kế mạng lưới thu gom và xử lý nước thải khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên theo phương án lựa chọn 66

3.4.1 Giải pháp chống ngập úng cục bộ 66

3.4.2 Giải pháp thu gom nước thải theo từng tuyến đường cụ thể 68

3.4.3 Giải pháp xử lý nước thải đô thị khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên 73 3.4.4 Mô phỏng các quá trình thủy lực trên mạng thoát nước khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên 85

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 100

1 Kết luận 100

2 Khuyến nghị 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

PHỤ LỤC 104

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống thoát nước chung 3

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống thoát nước riêng 5

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống thoát nước nửa riêng 6

Hình 1.4 Sơ đồ tổ chức thoát nước và xử lý nước thải đô thị 11

Hình 1.5 Sơ đồ chung của một trạm xử lý nước thải 12

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại, quy mô 10 người sử dụng 13

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo giếng thấm 13

Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo bãi lọc ngầm 14

Hình 1.9 Sơ đồ quá trình xử lý nước thải trong đất 16

Hình 1.10 Cơ chế quá trình xử lý nước thải trong hồ sinh vật 18

Hình 1.11 Nguyên lý quá trình XLNT bằng phương pháp bùn hoạt tính 19

Hình 1.12 Các kiểu dòng chảy trong bể aeroten 19

Hình 1.13 Sơ đồ hoạt động của hệ thống aeroten SBR 20

Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống aeroten Bardenpho 21

Hình 1.15 Sơ đồ XLNT theo nguyên tắc thổi khí kéo dài 22

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của kênh ôxy hoá tuần hoàn 23

Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý lọc dính bám 24

Hình 1.18 Sơ đồ hệ thống đĩa lọc sinh học 25

Hình 1.19 Sơ đồ cấu tạo bể lắng hai vỏ 27

Hình 1.20 Sơ đồ cấu tạo bể lắng trong kết hợp ngăn lên men 28

Hình 1.21 Sơ đồ cấu tạo bể lọc kỵ khí 28

Hình 1.22 Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể UASB 29

Hình 2.1 Các khối xử lý chính của mô hình SWMM 44

Hình 2.2 Sơ đồ mô phỏng mạng lưới thoát nước trong SWMM 45

Hình 2.3 Giao diện làm việc của mô hình Steady 46

Hình 2.4 Giao diện tính toán cân bằng vật chất trên mô hình Steady 46

Hình 2.5 Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu trong bản đồ tổng thể thành phố Thái Nguyên 47

Hình 3.1 Sơ đồ thu gom nước trước nhà – Kiểu K1 68

Hình 3.2 Sơ đồ thu gom nước sau nhà – Kiểu K2 69

Hình 3.3 Sơ đồ thu nước thải sau nhà có bơm – Kiểu K3 69

Hình 3.4 Sơ đồ thu nước thải với ga tách - Kiểu K4 70

Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải theo phương án 1 78

Hình 3.6 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải theo phương án 2 79

Hình 3.7 Sơ đồ công nghệ theo phương án chọn thiết lập trên Steady 81

Hình 3.8 Giao diện nhập các thông số cho nguồn đầu vào 81

Hình 3.9 Nhập các thông số cho công trình tiền xử lý 82

Hình 3.10 Nhập các thông số cho công trình xử lý sinh học 82

Hình 3.11 Kết quả tính toán cân bằng chất hệ thống xử lý nước thải bằng mô hình Steady 83

Hình 3.12 Sơ đồ mô phỏng mạng thoát nước khu vực nghiên cứu 86

Hình 3.13 Giao diện nhập dữ liệu cho tiểu lưu vực 87

Hình 3.14 Giao diện khai báo thông số mưa 87

Hình 3.15 Chuỗi thời gian mưa 88

Hình 3.16 Đường đặc tính của trận mưa 88

Hình 3.17 Sơ đồ chôn cống 89

Hình 3.18 Giao diện nhập dữ liệu cho nút 89

Hình 3.19 Giao diện nhập dữ liệu cho cống 90

Hình 3.20 Giao diện khai báo hồ điều hòa 90

Hình 3.21 Kết quả mô phỏng diễn biến của dòng chảy trên hệ thống thoát nước tại thời điểm đầu trận mưa 92

Hình 3.22 Kết quả mô phỏng diễn biến của dòng chảy trên hệ thống thoát nước tại thời điểm kết thúc trận mưa 92

Hình 3.23 Kết quả mô phỏng diễn biến của dòng chảy trên hệ thống thoát nước tại thời điểm đầu trận mưa 93

Hình 3.24 Kết quả mô phỏng diễn biến của dòng chảy trên hệ thống thoát nước tại thời điểm trận mưa kết thúc 93

Hình 3.25 Khai báo mức nước dâng trên sông Cầu và đường cong đại diện 94

Hình 3.26 Mực nước thải trong cống khi có nước dâng 95

Hình 3.27 Giao diện nhập thông số cửa van 95

Hình 3.28 Giao diện khai báo đối tượng bơm 96

Hình 3.29 Diễn biến của dòng chảy trong cống khi có bơm 96

Hình 3.30 Kiểu A - Trạm bơm trong điều kiện bình thường 98

Hình 3.31 Kiểu B - Trạm bơm trong điều kiện lũ và Trạm xử lý nước thải vẫn làm việc 99

Hình 3.32 Kiểu C - Trạm bơm trong điều kiện lũ và Trạm xử lý nước thải không làm việc 99

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng tổng hợp các công trình xử lý nước thải 33

Bảng 1.2 Mực nước sông Cầu (m) ứng với tần suất lũ 37

Bảng 1.3 Tài liệu quan sát mưa lũ của trạm khí tượng thủy văn Thái Nguyên 37

Bảng 1.4 Giá trị sản xuất công nghiệp trên địa bàn thành phố Thái Nguyên 39

Bảng 1.5 Hoạt động phát thanh, truyền hình 40

Bảng 1.6 Số giáo viên và phổ thông trên địa bàn (năm 2010) 41

Bảng 3.1 Hiện trạng các tuyến đường (năm 2010) 48

Bảng 3.2 Thống kê dân số trong khu vực nghiên cứu đến năm 2011 49

Bảng 3.3 Chất lượng môi trường nước mặt (trên các tuyến suối đổ ra sông Cầu) khu vực nghiên cứu, năm 2010 56

Bảng 3.4 Quy hoạch các khu dân cư phường Đồng Quang 58

Bảng 3.5 Quy hoạch khu dân cư hồ điều hòa Xương Rồng 58

Bảng 3.6 Quy hoạch khu dân cư số 2 phường Hoàng Văn Thụ 58

Bảng 3.7 Quy hoạch khu dân cư số 4 phường Túc Duyên 59

Bảng 3.8 Quy hoạch khu dân cư số 7 phường Túc Duyên 59

Bảng 3.9 Quy hoạch khu dân cư số 2 phường Quang Trung 60

Bảng 3.10 Tính toán số lượng dân trong khu vực nghiên cứu 60

Bảng 3.11 Dân số khu vực nghiên cứu theo quy hoạch phát triển 61

Bảng 3.12 Thống kê tải trọng thuỷ lực yêu cầu của Trạm xử lý nước thải 73

Bảng 3.13 Tải trọng chất ô nhiễm cần xử lý 74

Bảng 3.14 Yêu cầu chất lượng nước thải sau xử lý tại trạm 74

Bảng 3.15 Thông số kỹ thuật cơ bản các công trình trong trạm xử lý nước thải 84

Bảng 3.16 Phân chia số lượng tiểu lưu vực 85

Bảng 3.17 Bảng kết quả tính toán đối với hồ điều hòa 94

Bảng 3.18 Thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thoát nước đề xuất 97

KÍ HIỆU VIẾT TẮT

1 BOD (Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy sinh học

2 COD (Chemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy hóa học

4 EPA (The US Environment Protection

Agency)

Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa

Kỳ

5 MPN (Most Probable Number) Số vi khuẩn có thể lớn nhất

6 TSS (Total Suspended Solid) Tổng chất rắn lơ lửng

9 UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Bể lọc ngược qua tầng bùn kị

khí

10 SBR (Sequencing Batch Reactor) Bể phản ứng theo mẻ

11 SWMM (Storm Water Management Model) Mô hình quản lý nước mưa

MỞ ĐẦU

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: Quang Trung, Quán Triều, Quang Vinh, Phan Đình Phùng, Hoàng Văn Thụ, Trưng Vương, Gia Sàng, Đồng Quang, Túc Duyên

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

Hệ thống thoát nước là tổ hợp các công trình, thiết bị và các giải pháp kỹ thuật được tổ chức để thực hiện nhiệm vụ thoát nước thải ra khỏi khu vực

Phân loại hệ thống thoát nước thải: tùy thuộc vào phương thức thu gom, vận chuyển, mục đích và yêu cầu cần xử lý mà phân chia thành:

- Hệ thống thoát nước chung;

- Hệ thống thoát nước riêng: bao gồm hệ thống riêng hoàn toàn và hệ thống riêng không hoàn toàn

- Hệ thống thoát nước nửa riêng;

- Hệ thống thoát nước hỗn hợp

* Hệ thống thoát nước chung

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống thoát nước chung

1 Mạng lưới đường phố 6 Mương rãnh thu nước mưa

2 Giếng thu nước mưa 7 Mạng lưới thoát nước xí nghiệp

5 Cống xả nước mưa

Hệ thống thoát nước chung là hệ thống, trong đó mọi loại nước thải (nước mưa, nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất) được dẫn – vận chuyển trong cùng một mạng lưới cống tới trạm xử lý nước thải hoặc vào nguồn tiếp nhận Nhiều trường hợp người ta xây dựng những giếng tràn tách nước mưa tại những điểm cuối của đoạn cống góp nhánh và đầu các cống góp chính để xả phần lớn lượng nước mưa của các trận mưa lớn đổ ra nguồn nước gần đó để giảm bớt kích thước cống, giảm lưu lượng nước mưa tới trạm bơm, lên công trình xử lý và thu hồi toàn bộ nước thải khi trời không mưa và cả nước mưa đầu trận để xử lý [15]

- Ưu điểm của hệ thống:

+ Tốt nhất về mặt vệ sinh vì toàn bộ nước thải đều được xử lý (nếu không tách nước mưa);

+ Kinh tế đối với các khu nhà cao tầng vì tổng chiều dài của mạng tiểu khu và mạng đường phố giảm (30 – 40%) so với hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn Chi phí quản lý mạng giảm từ 15 đến 20%

- Nhược điểm của hệ thống:

Đối với các khu nhà thấp tầng thì:

+ Chế độ thủy lực trong ống dẫn và các công trình không điều hòa, nhất là trong điều kiện mưa lớn như ở nước ta (Khi lưu lượng nhỏ bùn cát có thể lắng đọng, còn khi mưa lớn có thể gây ngập úng cục bộ) Quản lý vận hành rất phức tạp

+ Vốn đầu tư ban đầu cao do không có sự ưu tiên đối với từng loại nước thải

- Điều kiện áp dụng:

+ Giai đoạn đầu xây dựng hệ thống thoát nước riêng;

+ Những đô thị hoặc khu đô thị nhà cao tầng, trong nhà có bể tự hoại;

+ Nguồn tiếp nhận lớn, cho phép xả nước thải với mức độ xử lý thấp;

+ Địa hình thuận lợi cho thoát nước, hạn chế được số lượng thiết bị và cột nước bơm (hạn chế vốn đầu tư ban đầu);

+ Cường độ mưa khu vực nhỏ

* Hệ thống thoát nước riêng

1 Mạng thoát nước sinh hoạt

2 Mạng thoát nước mưa

3 Đường ống có áp

4 Cống xả nước thải đã xử lý

5 Cống xả nước mưa và nước thải

đã xử lý quy ước sạch

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống thoát nước riêng

Hệ thống thoát nước riêng là hệ thống có hai hay nhiều mạng lưới: một mạng lưới dùng để thoát nước thải bẩn (như nước thải sinh hoạt), trước khi xả ra nguồn tiếp nhận bắt buộc phải xử lý; một mạng lưới khác dùng để vận chuyển nước thải quy ước là sạch (như nước mưa) có thể xả thẳng vào nguồn tiếp nhận Tùy vào mức

độ ô nhiễm, nước thải sản xuất có thể được vận chuyển chung với nước thải sinh hoạt (nếu độ nhiễm bẩn cao) hoặc chung với nước mưa (nếu độ nhiễm bẩn thấp) Nước thải sản xuất có chứa các chất bẩn tương tự như nước thải sinh hoạt thì được dẫn chung với nước thải sinh hoạt trong cùng một mạng lưới Nếu nước thải sản xuất có chứa các chất khác với nước thải sinh hoạt và không thể xử lý chung hoặc

có chứa các chất độc (kiềm, axit, ) thì nhất thiết phải vận chuyển trong một mạng lưới riêng biệt [15]

- Ưu điểm:

+ Chỉ phải làm sạch nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất nên khối lượng các công trình đầu tư nhỏ, giá thành xử lý thấp;

+ Giảm được vốn đầu tư xây dựng;

+ Chế độ thủy lực của hệ thống ổn định, thuận lợi trong công tác vận hành

+ Điều kiện vệ sinh kém hơn vì chất bẩn trong nước mưa không được xử lý

mà thải trực tiếp ra ngoài môi trường (nhất là khi nguồn nước ít, khả năng pha loãng kém)

- Điều kiện ứng dụng:

+ Đô thị lớn, tiện nghi;

+ Địa hình không thuận lợi, đòi hỏi xây dựng nhiều trạm bơm, cột nước bơm lớn;

+ Cường độ mưa lớn;

+ Nước thải đòi hỏi phải xử lý sinh hóa;

+ Hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn không phù hợp với những vùng ngoại

ô, hoặc giai đoạn đầu xây dựng hệ thống thoát nước của đô thị

* Hệ thống thoát nước nửa riêng

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống thoát nước nửa riêng

Hệ thống thoát nước nửa riêng là hệ thống trong đó ở những điểm giao nhau giữa hai mạng lưới độc lập người ta xây dựng giếng tràn (hố ga tách) tách nước mưa Tại những giếng này, khi lưu lượng nước mưa ít (giai đoạn đầu của trận mưa) chất lượng nước mưa bẩn, nước mưa sẽ chảy vào mạng lưới thoát nước sinh hoạt, theo cống góp chung đến dẫn đến trạm xử lý; khi lưu lượng nước mưa lớn (các trận mưa kéo dài, ví dụ, sau 20 phút đầu của trận mưa lớn), chất lượng nước tương đối sạch, nước mưa sẽ tràn qua giếng tách theo cống xả ra nguồn tiếp nhận [17]

+ Vốn đầu tư ban đầu khá cao vì phải xây dựng đồng thời hai hệ thống;

+ Những chỗ giao nhau của hai mạng phải xây giếng (hố ga tách) nước mưa, thường không đạt hiệu quả mong muốn về vệ sinh

- Điều kiện ứng dụng:

+ Ứng dụng tốt tại các đô thị có dân số >50.000 người;

+ Yêu cầu mức độ xử lý cao khi:

+ Nguồn tiếp nhận trong đô thị nhỏ, không có dòng chảy;

+ Những nơi có nguồn nước sử dụng mục đích tắm, thể thao;

+ Nguồn tiếp nhận yêu cầu chất lượng nước thải tốt khi xả vào

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

Tùy theo điều kiện cụ thể mà có thể lựa chọn loại sơ đồ hệ thống thoát nước phù hợp trên cơ sở so sánh các yếu tố kinh tế - kỹ thuật – môi trường

Không được xả nước thải vào kênh hở, nếu trong kênh v<0,05m/s và Q<1m3/s Không được xả nước thải vào bãi tắm, hồ nuôi cá, nếu không được sự đồng ý của đơn vị chủ quản

Thoát nước thải cho các nhà máy xí nghiệp, cơ sở sản xuất kinh doanh thường theo nguyên tắc riêng hoàn toàn

Trong các đô thị lớn (dân số > 50.000 người) với mức độ tiện nghi khác nhau

có thể áp dụng hệ thống thoát nước nửa riêng (trên thế giới có khoảng 33% áp dụng

hệ thống thoát nước loại này) [12]

Quy hoạch thoát nước phải tính đến điều kiện của địa phương và khả năng phát triển kinh tế, xây dựng công trình mới phải kết hợp hiệu quả của công trình sẵn

có

Khi quy hoạch hệ thống thoát nước cần tính đến:

- Lưu lượng và nồng độ các loại nước thải ở các giai đoạn khác nhau;

- Khả năng giảm lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm của nước thải công nghiệp bằng việc áp dụng công nghệ hợp lý với hệ thống thoát nước tuần hoàn hay nối tiếp trong các khu công nghiệp;

- Cần xem xét lợi ích xử lý chung nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất công nghiệp;

- Khái quát về chất lượng nước thải tại điểm sử dụng và tại các điểm xả vào nguồn tiếp nhận

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

Hiện nay hệ thống thoát nước của các đô thị Việt Nam chủ yếu vẫn là hệ thống cống chung giữa nước mưa và nước thải Hầu hết nước thải sinh hoạt chưa được xử

lý

Do đặc điểm hình thành và phát triển thoát nước đô thị Việt Nam là trong điều kiện tài chính hạn chế do đó mạng lưới thoát nước vừa thiếu vừa chắp vá, mạng lưới cống chung chưa đem lại hiệu quả trong việc thoát nước thải

Cống thoát nước thường có độ dốc nhỏ, chất lượng thấp, nước ngầm thấm vào cống nhiều, về mùa khô nước chảy chậm gây hiện tượng lắng đọng cặn trong cống

Hệ thống cống thoát nước không kín ảnh hưởng tới các yêu cầu về cảnh quan môi trường [10]

1.2.2 Định hướng hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam

Theo tài liệu [3] việc lựa chọn hệ thống thoát nước phải đảm bảo các mục tiêu như: giá thành thấp, tôn trọng các điều kiện vệ sinh môi trường

Ngoài ra còn có các căn cứ khác như:

Mục tiêu chủ yếu của việc thoát nước trong giai đoạn đầu:

Nếu lấy nhiệm vụ chống ngập úng do mưa làm trọng thì tất yếu phải lựa chọn kiểu hệ thống mà trong đó phải thoả mãn yêu cầu trước hết là để thoát nước mưa, còn nhiệm vụ thoát nước thải chỉ là kết hợp Trong trường hợp này ở nước ta thường áp dụng phổ biến kiểu cống chung trong đó nước thải phải được xử lý cục

bộ bằng bể tự hoại Tuy nhiên cần phải xem xét đến điều kiện khi đầu tư giai đoạn tiếp theo thì có thể từng bước chuyển đổi dần thành hệ thống cống riêng Dự án thoát nước Nhiêu Lộc – Thị Nghè (NL-TN-1999) là ví dụ

Ngược lại nếu dự án nhằm mục tiêu chính là thu gom và xử lí nước thải thì việc lựa chọn kiểu hệ thống nào cần phải được so sánh dựa trên những căn cứ khoa học và những điều kiện cụ thể của từng đô thị nhưng nên thiên về việc áp dụng hệ thống cống riêng để đảm bảo lợi ích lâu dài Dự án thoát nước Thành phố Huế là một ví dụ

Khả năng của nguồn vốn đầu tư:

Cụ thể hơn là liệu có bao nhiêu tiền để thực hiện dự án đó Đôi khi chính yếu

tố này quyết định việc lựa chọn phương án

Trình độ dân trí:

Việc lựa chọn hệ thống thoát nước phải cân nhắc sự phù hợp với tập quán xã hội của đa số người dân trong đô thị đó

1.2.3 Tổ chức hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam

Đối với nước thải đô thị tổ chức thoát nước có thể theo hình thức tập trung, phân tán và thoát nước cục bộ

Khi thoát nước tập trung, nước thải từ các tuyến cống cấp II (tuyến cống lưu vực) đưa về tuyến cống cấp I (tuyến cống chính) sau đó được bơm về trạm xử lý nước thải tập trung Như vậy nước thải sẽ được dẫn ra khỏi đô thị xử lý đến mức độ yêu cầu và xả ra nguồn nước mặt có khả năng tự làm sạch lớn (đối tượng sông hồ ngoại thành)

Dạng thoát nước tập trung đảm bảo cho môi trường có độ an toàn cao, ít bị ô nhiễm Xử lý nước thải tập trung dễ kiểm soát và quản lý Tuy nhiên việc đầu tư thoát nước thải tập trung rất tốn kém do việc xây dựng tuyến cống chính dài và sâu,

số lượng trạm bơm chuyển tiếp nhiều Mặt khác khi đô thị phát triển không đồng

bộ theo không gian và thời gian việc xây dựng trạm xử lý tập trung và tuyến cống chính là không phù hợp Việc đầu tư kinh phí lớn cho các công trình này ngay từ đầu rất khó khăn

Do khó khăn và không kinh tế khi xây dựng các tuyến cống thoát nước quá dài trên địa hình bằng phẳng và mực nước ngầm cao, người ta thường dùng hệ thống thoát nước phân tán theo các lưu vực sông hồ Do đặc điểm địa hình và sự hình thành các đô thị nước ta, hệ thống thoát nước thường phân ra các lưu vực nhỏ và độc lập Trạm xử lý nước thải phân tán thường là loại quy mô nhỏ và vừa Xây dựng các trạm xử lý nhỏ và vừa sẽ tận dụng được điều kiện tự nhiên cũng như khả năng làm sạch của các sông hồ đô thị để phân huỷ chất bẩn

Việc xây dựng hệ thống thoát nước dạng phân tán cũng phù hợp với điều kiện kinh tế hạn hẹp và sự phát triển đô thị Tổng giá thành xây dựng hệ thống thoát nước phân tán giảm đáng kể do không phải xây dựng các tuyến thoát nước thải tập trung, các khu vực đô thị trong cùng một lưu vực thường được phát triển đồng thời,

do đó việc xây dựng hệ thống thoát nước phân tán sẽ không bị lãng phí Các công trình xử lý phân tán thường được bố trí hợp khối, dễ vận hành và quản lý

Nhược điểm chính của hệ thống thoát nước phân tán là dễ làm mất cảnh quan

do việc xây dựng trạm xử lý bên trong đô thị Nếu thiết kế và vận hành không đúng

kỹ thuật có thể gây ra mùi hôi thối khó chịu ảnh hưởng đến môi trường khu đô thị xung quanh Nếu trong nước thải sau khi xử lý hàm lượng nitơ (N) và phốtpho (P) còn cao có thể gây nhiễm bẩn thứ cấp cho sông hồ đô thị do hiện tượng phú dưỡng Trạm xử lý nước thải phân tán có quy mô, công nghệ và mức độ xử lý rất khác nhau, do đó việc quản lý và vận hành chúng rất phức tạp Việc tìm vị trí đặt các trạm xử lý phân tán trong đô thị cũng có thể gặp nhiều khó khăn

Hệ thống thoỏt nước phõn tỏn thớch hợp cho cỏc đụ thị cú dạng hệ thống thoỏt nước riờng hoặc nửa riờng, nằm trong vựng địa hỡnh bằng phẳng nhiều sụng hồ Cỏc vớ dụ điển hỡnh cho hệ thống thoỏt nước phõn tỏn là: hệ thống thoỏt nước Hà Nội với 7 vựng, hệ thống thoỏt nước thành phố Đà Lạt với 5 khu vực [7]

Trong trường hợp cỏc đối tượng thoỏt nước nằm ở vị trớ riờng rẽ, độc lập hoặc cỏch xa hệ thống thoỏt nước tập trung, người ta thường sử dụng hệ thống thoỏt nước thải cục bộ kết hợp với xử lý tại chỗ Nước thải sau khi xử lý đạt cỏc tiờu chuẩn vệ sinh được cho thấm vào đất hoặc thải trực tiếp vào sụng hồ Vớ dụ điển hỡnh cho thoỏt nước cục bộ là ở khu vực Linh Đàm - Định Cụng - Phỏp Võn thuộc phớa Nam

Hà Nội Mạng lưới thoỏt nước cục bộ cú thể cú đường cống hoặc khụng cú đường cống, trạm xử lý cú hiệu quả xử lý khỏ cao, quản lý và vận hành đơn giản Tuy nhiờn do cỏc cụng trỡnh của trạm xử lý bố trớ gần nhà ở và khu dõn cư nờn điều kiện

Nguồn tiếp nhận n-ớc thải

3

N-ớc m-a đợt đầu Cấp n-ớc sinh hoạt

N-ớc m-a

Đô thị Nhà máy, xí nghiệp

1 Vị trớ đặt trạm xử lý nước thải cụng nghiệp

2 Vị trớ đặt trạm xử lý nước thải sinh hoạt phõn tỏn

3 Vị trớ đặt trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung

Hỡnh 1.4 Sơ đồ tổ chức thoỏt nước và xử lý nước thải đụ thị

1.3 Tổng quan về cụng nghệ và cụng trỡnh xử lý nước thải đụ thị

1.3.1 Sơ lược về dõy chuyền cụng nghệ xử lý nước thải

Cụng nghệ xử lý nước thải được lựa chọn cho mỗi trường hợp cụ thể phụ thuộc vào hai yếu tố chớnh: thành phần, tớnh chất và cỏc điều kiện đầu vào khỏc của

nước thải, tiêu chuẩn chất lượng nước thải đầu ra… Trong nội dung xử lý nước thải luôn bao gồm hai phần chính: xử lý nước thải và xử lý bùn cặn [5] [6]

Nội dung chính của quá trình xử lý nước thải bao gồm:

- Xử lý các vật chất lơ lửng vào keo;

- Xử lý các vật chất tan (chủ yếu là các chất hữu cơ);

- Xử lý các chất dinh dưỡng (N,P );

- Xử lý các vi sinh vật gây bệnh

Nội dung chủ yếu của quá trình xử lý bùn bao gồm:

- Bằng các biện pháp hoá học, sinh học, nhiệt học để làm cho bùn không còn lên men, đảm bảo vệ sinh môi trường (quá trình ổn định bùn);

- Làm khô bùn bằng phương pháp tự nhiên hoặc nhân tạo;

- Vận chuyển bùn đến nơi sử dụng hoặc nơi thải bỏ

Sơ đồ chung của một trạm xử lý nước thải có thể biểu diễn thông qua Hình 1.5 dưới đây:

Xö lý n-íc th¶i

Xö lý bïn cÆn

M«i tr-êngtiÕp nhËn

N¬i sö dônghoÆc th¶i bá

Hình 1.5 Sơ đồ chung của một trạm xử lý nước thải

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

1.3.2.1 Các công trình xử lý tại chỗ

a/ Bể tự hoại

Cơ chế hoạt động: Bể tự hoại là công trình xử lý nước thải sơ bộ đồng thời

thực hiện hai chức năng: lắng nước thải và lên men cặn lắng Do vận tốc nước trong

bể nhỏ phần lớn cặn lơ lửng được lắng lại Sau đó cặn lắng lên men yếm khí (lên men axit) tạo ra các chất khí Một số trường hợp bể được xây dựng thêm ngăn lọc kị khí theo nguyên lý lọc ngược từ dưới lên [8]

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại, quy mô 10 người sử dụng

Hiệu quả xử lý: Hiệu quả lắng cặn (SS) đạt từ 40% - 60% Khi ra khỏi bể tự

hoại COD của nước thải giảm 25 - 30%

Phạm vi ứng dụng: Bể tự hoại có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành quản lý

thường dùng để xử lý nước thải tại chỗ cho các ngôi nhà tập thể, cụm dân cư dưới

500 người hoặc lưu lượng nước thải dưới 50 m3/ngày

b/ Giếng thấm

Cơ chế hoạt động: Giếng thấm là công trình xử lý nước thải bằng phương

pháp lọc qua các lớp cát, sỏi và ôxy hoá kỵ khí các chất hữu cơ được hấp phụ trên lớp cát sỏi đó

d

líp n-íc

>=300

200 sái xØ d¨m

A-A

0 = 150

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo giếng thấm

Hiệu quả xử lý: Hầu hết các vi khuẩn gây bệnh bị tiêu diệt do thời gian nước

lưu lại trong đất lâu

Phạm vi ứng dụng: Giếng thấm thường được sử dụng sau bể tự hoại hay bể

lắng hai vỏ Giếng thấm được sử dụng ở những nơi đất dễ thấm nước, mực nước ngầm thấp

c/ Bãi lọc ngầm

Cơ chế hoạt động: Khi đi qua bãi lọc ngầm các chất bẩn sẽ được hấp phụ theo

con đường thấm lọc sau đó chúng bị ôxy hoá sinh hoá (hiếu khí và kỵ khí) [9]

Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo bãi lọc ngầm

Hiệu quả xử lý: Hầu hết các vi khuẩn gây bệnh bị tiêu diệt do thời gian nước

lưu lại trong đất lâu

Phạm vi ứng dụng: Bãi lọc ngầm thường được sử dụng sau bể tự hoại hay bể

lắng hai vỏ Bãi lọc ngầm được sử dụng ở những nơi nước ngầm gần mặt đất và không thể xây dựng giếng thấm

1.3.2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Một số các công trình xử lý cơ học như thiết bị chắn rác, bể lắng cát được coi là công trình xử lý sơ bộ nước thải trước khi đưa vào dây chuyền công nghệ xử

lý vì vậy các công trình loại này không được xét đến trong nghiên cứu này

Công trình xử lý bằng phương pháp cơ học được dùng đến nhiều nhất trong các quy trình xử lý nước thải chính là các bể lắng Các loại bể lắng thường được dùng trước và sau công trình xử lý sinh học nhân tạo Bể lắng dùng trước công trình

xử lý sinh học còn gọi là bể lắng đợt một, bể lắng đợt một có nhiệm vụ giảm bớt lượng cặn lơ lửng và một phần BOD để đảm bảo cho hoạt động ổn định của công

trình xử lý sinh học phía sau Bể lắng dùng sau công trình xử lý sinh học gọi là bể lắng đợt hai

Cơ chế hoạt động: Cơ chế hoạt động của các loại bể lắng chủ yếu là dựa trên

nguyên lý các tạp chất vô cơ và hữu cơ không tan trong nước thải sẽ bị lắng xuống dưới tác dụng của trọng lực hay lực ly tâm

Phân loại và phạm vi ứng dụng: Bể lắng được phân ra thành các loại khác nhau theo hường dòng chảy của nước thải như: bể lắng đứng, bể lắng ngang, bể lắng ly tâm, xiclon thuỷ lực Ngoài ra còn có các loại bể lắng khác như: bể lắng hai

vỏ, bể lắng trong có tầng cặn lơ lửng, bể lắng có lớp mỏng (bể lắng lamen) Bể lắng đứng thường dùng cho các trạm công suất vừa và nhỏ (thường là dưới 20.000

m3/ngày), bể lắng ngang dùng cho các trạm công suất vừa và lớn (trên 15.000

m3/ngày), bể lắng ly tâm dùng cho các trạm công suất lớn (trên 20.000 m3/ngày) Ngoài ra bể lẳng còn được kết hợp vào các công trình khác như trong bể lắng hai

vỏ, bể lắng trong với tầng cặn lơ lửng, các loại công trình này thường dùng cho trạm có quy mô công suất nhỏ (dưới 10.000 m3/ngày đêm)

Hiệu quả xử lý: Bể lắng có khả năng làm giảm BOD của nước thải 30 - 40%,

giảm SS từ 40 - 60%, hiệu suất xử lý của bể lắng tùy thuộc vào từng loại bể lắng Ví

dụ như bể lắng đứng thường có hiệu suất khoảng 45 - 48% nhưng nếu sử dụng bể lắng đứng với lớp mỏng (bể lắng lamen) thì hiệu suất có thể đạt tới 80% Tuy nhiên cần chú ý nếu nước thải đã qua lắng sơ bộ 30 phút thì bể lắng đợt một sẽ không có tác dụng xử lý nữa

1.3.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên

a/ Xử lý nước thải trong đất

Cơ chế hoạt động: Khi nước thải được lọc qua đất, các chất lơ lửng, chất keo

sẽ được giữ lại ở những lớp trên Những chất đó tạo nên lớp màng gồm vô số vi sinh vật có khả năng hấp phụ và ôxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải

Các loại công trình xử lý trong đất là: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, cánh đồng ngập nước…

Hình 1.9 Sơ đồ quá trình xử lý nước thải trong đất

Hiệu quả xử lý: Hiệu suất xử lý nước thải trong cánh đồng ngập nước phụ

thuộc nhiều yếu tố như loại đất, độ ẩm của đất, tải trọng và chế độ cấp nước thải

Cụ thể xử lý nước thải trong đất có thể giảm tới 85% - 95% SS, 90% - 95% BOD và phần lớn các vi khuẩn gây bệnh

Phạm vi ứng dụng: Do sử dụng tác nhân tự nhiên để xử lý nước thải do đó khó

điều khiển và kiểm soát Tuy nhiên giá thành xây dựng rẻ, quản lý đơn giản và có hiệu quả kinh tế cao khi thu hồi sinh khối cây trồng trên đó

b/ Hồ sinh vật

Cơ chế hoạt động: Khi vào hồ do vận tốc nhỏ, các loại cặn được lắng xuống

đáy Các chất bẩn hữu cơ còn lại trong nước sẽ được hấp phụ và ôxy hoá bởi các vi khuẩn Nguồn ôxy hoà tan được cung cấp cho quá trình ôxy hoá được lấy từ quá trình khuếch tán ôxy từ không khí vào nước và từ sự quang hợp của các loài tảo, ngoài ra có thể tăng cường lượng ôxy hoà tan bằng các biện pháp nhân tạo như khuấy trộn bể mặt hay bơm sục không khí [18]

Phân loại: Theo bản chất quá trình xử lý nước thải và điều kiện cung cấp ôxy

cho nó ta chia thành hai nhóm chính là: hồ sinh vật ổn định nước thải và hồ làm thoáng nhân tạo

Trong nhóm hồ sinh vật ổn định nước thải lại có thể chia làm ba loại theo cơ chế của các phản ứng sinh học diễn ra trong hồ là: hồ sinh vật hiếu khí, hồ sinh vật

kỵ khí và hồ sinh vật tuỳ tiện

Trong nhóm hồ làm thoáng nhân tạo có thể chia làm hai loại là: hồ sinh vật làm thoáng hiếu khí, hồ này hoạt động như aeroten và không có sự lắng cạn, nước thải trong hồ được xáo trộn hoàn toàn, hồ sinh vật làm thoáng tuỳ tiện có mức độ xáo trộn hạn chế hơn, trong hồ có những vùng phân huỷ chất bẩn trong điều kiện yếm khí

Hiệu quả xử lý: Hồ sinh học tự nhiên có thể đạt hiệu quả xử lý là 80% - 90%

SS, 70% - 95% BOD và phần rất lớn các vi khuẩn gây bệnh Cụ thể là hồ sinh vật hiếu khí cao tải dùng khi BOD lớn có thể đạt hiệu suất xử lý là 80 - 95% BOD, hồ sinh vật hiếu khí xử lý triệt để có thể đạt hiệu suất 20 - 60% theo BOD và 20 - 40% theo SS, hồ sinh vật tuỳ tiện có hiệu quả khử BOD đạt khoảng 80 - 95%, hồ sinh vật

kỵ khí có hiệu quả khử BOD đạt 50 - 85%, hồ làm thoáng nhân tạo có thể đạt hiệu quả xử lý BOD lên trên 90% [19]

Phạm vi ứng dụng: Hồ sinh học đã được sử dụng từ rất lâu, chi phí đầu tư xây

dựng và quản lý rẻ hơn nhiều so với các công trình nhân tạo Tuy nhiên hồ sinh vật

có nhược điểm là yêu cầu diện tích đất lớn và khó điều khiển được quá trình xử lý, nước hồ gây mùi khó chịu với các khu vực xung quanh do đó rất thích hợp với các vùng chưa có điều kiện kinh tế cao, quỹ đất còn rộng Thường thì hồ kỵ khí và hồ hiếu khí cao tải thường được sử dụng khí nồng độ BOD lớn, hồ hiếu khí xử lý triệt

để thường để xử lý bậc ba, còn hồ tuỳ tiện là hồ thường được sử dụng nhất để xử lý nước thải sinh hoạt, ngoài ra hồ làm thoáng nhân tạo cũng được sử dụng cho nước thải sinh hoạt để tăng cường cho hồ sinh vật tuỳ tiện

Hình 1.10 Cơ chế quá trình xử lý nước thải trong hồ sinh vật

1.3.2.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo

a/ Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính [13]

Cơ chế hoạt động: Khi nước thải đi vào bể thổi khí (bể aeroten), các bông bùn

hoạt tính được hình thành mà hạt nhân của nó là các phần tử cặn lơ lửng Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cư trú và phát triển dần tạo nên các bông bùn và tiếp tục hấp thụ các chất hữu cơ hoà tan, keo… Trong bể aeroten lượng bùn hoạt tính tăng dần lên

và được tách ra tại bể lắng đợt hai Một phần bùn hoạt tính được đưa về bể aeroten

để tham gia một chu trình xử lý nước thải mới

Hình 1.11 Nguyên lý quá trình XLNT bằng phương pháp bùn hoạt tính

Phân loại: Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính

được phân loại theo nhiều loại dấu hiệu khác nhau Theo nguyên lý làm việc có thể phân thành: công trình xử lý sinh học không hoàn toàn (bể aeroten trộn ), công trình xử lý sinh học hoàn toàn (kênh ôxy hoá, bể aeroten ), công trình xử lý sinh học kết hợp ổn định bùn cặn (aeroten thổi khí kéo dài ), công trình xử lý sinh học kết hợp khử các nguyên tố dinh dưỡng (aeroten hệ Bardenpho, kênh ôxy hoá tuần hoàn ) Theo chế độ thuỷ động học trong công trình có thể chia ra: aeroten hoạt động theo mẻ (SBR), aeroten đẩy, aeroten trộn

Hình 1.12 Các kiểu dòng chảy trong bể aeroten

Hiệu quả xử lý và phạm vi ứng dụng: Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn thường

được áp dụng cho các trạm xử lý quy mô vừa và nhỏ với khả năng xử lý theo BOD

có thể đạt tới 95%, bể aeroten phân phối tải trong theo bậc cũng có khả năng xử lý theo BOD đạt tới 95%, còn bể aeroten kiểu ổn định - tiếp xúc có khả năng xử lý theo BOD đạt khoảng 90%

Một số công trình xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính, hiệu quả xử lý và phạm vi ứng dụng:

a.1 Bể aeroten hoạt động gián đoạn (SBR)

Cơ chế hoạt động: Quá trình diễn ra trong bể hoạt động gián đoạn tương tự

như quá trình diễn ra trong bể aeroten thông thường nhưng có một điểm khác nhau

cơ bản là trong bể aeroten hệ SBR các quá trình được thực hiện ngay trong một bể theo các giai đoạn khác nhau: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải

và xả bùn dư

Hình 1.13 Sơ đồ hoạt động của hệ thống aeroten SBR

Hiệu quả xử lý: Các quá trình trộn nước thải với bùn, lắng bùn cặn diễn ra

gần giống với điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lý nước thải cao BOD5 của nước thải sau xử lý nước thấp hơn 20 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 3 đến 25 mg/l và hàm lượng nitơ khoảng 0,3 đến 12 mg/l

Phạm vi ứng dụng: Bể aeroten hoạt động gián đoạn có ưu điểm cấu tạo đơn

giản, hiệu quả xử lý cao, khử được các nguyên tố dinh dưỡng, dễ vận hành, không chịu ảnh hưởng của sự dao động lưu lượng nước thải, không cần bể lắng đợt hai cũng như bể điều hoà và lắng đợt một Nhược điểm chính của bể là công suất xử lý nước thải nhỏ, phải có người theo dõi thường xuyên Chính vì vậy bể aeroten hoạt động gián đoạn thường thích hợp cho các trạm công xuất vừa và nhỏ

a.2 Bể aeroten hệ Bardenpho

Cơ chế hoạt động: Hệ aeroten Bardenpho hoạt động trên nguyên tắc cho nước

thải chảy luân chuyển qua các điều kiện hiếu khí và kỵ khí Theo sơ đồ này phần lớn phốtpho được tách ra khỏi nước thải theo bùn dư Nitơ cũng được khử ở trong các bể anoxic nhờ quá trình khử nitrat

Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống aeroten Bardenpho

Hiệu quả xử lý và phạm vi ứng dụng: Hệ thống aeroten Bardenpho có khả

năng xử lý các nguyên tố dinh dưỡng như nitơ, phốtpho do đó thường được dùng

để xử lý triệt để nước thải Sau quá trình xử lý BOD của nước thải có thể giảm đến 90%, nitơ tổng số giảm đến 80% và phốtpho tổng số giảm đến 70% [11]

a.3 Bể aeroten thổi khí kéo dài

Cơ chế hoạt động: Công trình thổi khí kéo dài được đặc trưng bởi thời gian

lưu nước và lưu bùn dài Tải trọng hữu cơ thấp do đó giai đoạn sau của quá trình lưu nước và lưu bùn các vi khuẩn sẽ thực hiện quá trình ôxy hoá nội bào

Hiệu quả xử lý: Xử lý nước thải theo phương pháp thổi khí kéo dài có thể

giảm được 85 – 95% BOD và cặn lơ lửng trong nước thải Một phần chất hữu cơ dễ

thối rữa trong bùn cũng được khử nhờ quá trình hô hấp nội bào Để khử nitơ trong nước thải công trình thổi khí kéo dài thường chia làm hai giai đoạn: giai đoạn nitrat hoá và giai đoạn khử nitrat

Phạm vi ứng dụng: Xử lý nước thải bằng phương pháp thổi khí kéo dài có

hiệu quả làm sạch cao, lượng bùn dư ít nhưng diện tích chiếm đất lớn Vì vậy phương pháp này thường được ứng dụng để xử lý nước thải quy mô vừa và nhỏ (thường là với quy mô dưới 5.000 m3/ngày)

Hình 1.15 Sơ đồ XLNT theo nguyên tắc thổi khí kéo dài

a.4 Kênh ôxy hoá tuần hoàn

Cơ chế hoạt động: Kênh ôxy hoá hoạt động theo nguyên lý thổi khí kéo dài và

theo nguyên tắc của aeroten đẩy Các guồng quay được bố trí để tạo thành các vùng hiếu khí (aerobic) và thiếu khí (anoxic) luân phiên thay đổi Trong vùng hiếu khí diễn ra quá trình ôxy hoá chất hữu cơ và nitrat hoá, trong vùng thiếu khí diễn ra quá trình hô hấp kỵ khí và khử nitrat

Hiệu quả xử lý: Hiệu quả khử BOD của kênh ôxy hoá tuần hoàn đạt đến 85 –

95%, khả năng khử nitơ đạt mức 40 – 80% Bùn dư ít do đã được ổn định trong quá trình thổi khí kéo dài

Phạm vi ứng dụng: Kênh ôxy hoá tuần hoàn có lượng bùn dư ít đã được ổn

định tương đối, hiệu quả xử lý BOD cao, các chất dinh dưỡng được khử đáng kể,

quản lý vận hành không phức tạp Tuy nhiên do thời gian lưu nước lớn do đó đòi hỏi diện tích chiếm đất lớn, công trình lại xây hở do đó hạn chế khi sử dụng cho quy

mô lớn Kênh ôxy hoá tuần hoàn thường được sử dụng ở công xuất đến 5.000

m3/ngày

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của kênh ôxy hoá tuần hoàn

b Các quá trình xử lý hiếu khí bằng phương pháp lọc dính bám

Cơ chế hoạt động: Khi nước thải đi qua lớp vật liệu lọc bằng các phân tử rắn

xốp, các vi khuẩn sẽ được hấp phụ, sinh trưởng và phát triển trên bề mặt lớp vật liệu lọc tạo thành lớp màng vi sinh vật Các chất dinh dưỡng trong nước thải khuếch tán qua lớp màng vi sinh vật và được các vi sinh vật hấp phụ và chuyển hoá Sau thời gian hoạt động lớp màng dày lên và tách ra khỏi lớp vật liệu lọc, đồng thời một lớp màng vi sinh vật mới lại hình thành Lớp màng vi sinh vật bong ra được thu gom lại thông qua bể lắng đợt hai

Phân loại: Có nhiều cách phân loại các công trình xử lý nước thải bằng

phương pháp lọc dính bám, tuy nhiên có thể phân thành các loại công trình cơ bản theo nguyên tắc hoạt động của lớp vật liệu lọc như sau: loại có vật liệu lọc tiếp xúc không ngập trong nước với chế độ tưới theo chu kỳ (đây là các loại bể lọc sinh học), loại có vật liệu lọc tiếp xúc ngập trong nước (còn được gọi là bể bioten)

Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý lọc dính bám

Một số công trình xử lý bằng phương pháp lọc dính bám, hiệu quả xử lý và phạm vi ứng dụng:

b.1 Bể lọc sinh học nhỏ giọt và bể lọc sinh học cao tải

Cơ chế hoạt động: Bể lọc sinh học bao gồm một lớp các hạt vật liệu dễ thấm

nước với những vi sinh vật sinh trưởng gắn kết vào các hạt vật liệu và nước thải sẽ được chảy qua lớp vật liệu lọc đó Bể lọc sinh học thuộc loại có vật liệu lọc tiếp xúc không ngập trong nước với chế độ tưới theo chu kỳ

Phạm vi ứng dụng và hiệu quả xử lý: Bể lọc sinh học nhỏ giọt thường được sử

dụng trong trường hợp lưu lượng nhỏ từ 50 đến 1.500 m3/ngày Hiệu suất xử lý cao

có thể đạt trên 90% theo BOD Bể lọc sinh học cao tải thường được sử dụng trong trường hợp lưu lượng từ 500 đến 20.000 m3/ngày Hiệu suất xử lý cao có thể đạt từ 60% đến 85% theo BOD

b.2 Đĩa lọc sinh học

Cơ chế hoạt động: Đĩa lọc sinh học là phương pháp xử lý sinh học trên

nguyên lý lọc dính bám Đĩa lọc là các tấm vật liệu hình tròn đặt ngập một phần và quay chậm trong bể chứa nước thải Sự sinh trưởng sinh học được gắn kết vào bề mặt các đĩa và hình thành lớp màng mỏng trên các bề mặt xấp nước của đĩa Khi đĩa quay, lần lượt sẽ làm cho lớp màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và với khí quyển để hấp thụ ôxi, đảm bảo cho sinh khối tồn tại trong điều kiện

hiếu khí Do sinh khối tăng lớp màng trên đĩa dày lên và tự động tách ra khỏi đĩa và được lắng lại trong bể lắng đợt hai

Hình 1.18 Sơ đồ hệ thống đĩa lọc sinh học

Phạm vi ứng dụng và hiệu quả xử lý: Đĩa sinh học có thể dùng để xử lý bậc

hai đồng thời cũng có thể hoạt động như như kiểu quá trình theo mùa, nitrat hoá và khử nitrat Đĩa lọc sinh học có thể sử dụng cho mọi công suất tuy nhiên với các công suất dưới 5.000 m3/ngày là hợp lý nhất

b.3 Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập nước

Cơ chế hoạt động: Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập nước (bioten) hoạt

động theo nguyên lý lọc dính bám Vật liệu lọc thường được đóng thành khối và để ngập trong nước Khí được cấp với áp lực thấp và dẫn vào bể cùng chiều hoặc ngược chiều với nước thải Khi nước thải đi qua khối vật liệu lọc, BOD của nước thải được khử nhờ các quá trình sinh hoá do các vi sinh vật bám trên bề mặt lớp vật liệu lọc gây ra

Ngoài ra gần đây còn xuất hiện công nghệ sử dụng các hạt vật liệu lọc polystyren có tỷ trọng nhỏ và cấp khí từ dưới lên, các hạt polystyren sẽ nằm lơ lửng trong bể tạo thành một lớp vật liệu lọc

Hiệu quả xử lý và phạm vi ứng dụng: Bể lọc sinh học với vật liệu lọc ngập

nước mới được áp dụng phổ biến trong giai đoạn gần đây Bể lọc loại này thường được áp dụng cho các trạm xử lý quy mô vừa và nhỏ Bể lọc sinh học với vật liệu

lọc ngập nước có thể dùng để xử lý sinh học không hoàn toàn cũng như xử lý sinh học hoàn toàn Hiệu suất xử lý nước thải theo BOD có thể đạt tới 95%

1.3.2.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí trong điều kiện nhân tạo

Phân huỷ kỵ khí là một trong những quá trình lâu đời nhất đối với việc xử lý bùn cặn Nó bao gồm việc phân huỷ các chất hữu cơ và vô cơ trong điều kiện không

có oxy phân tử Trước đây phương pháp sinh học kỵ khí thường được áp dụng để

xử lý bùn cặn hoặc nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao Gần đây hơn, người ta đã

áp dụng biện pháp kỵ khí để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ thấp hơn

Cơ chế hoạt động: Trong điều kiện không có ôxy, chất hữu cơ có thể phân huỷ

nhờ các vi sinh vật và sản phẩn cuối cùng của quá trình này là các chất khí như mêtan (CH4), cácbonnic (CO2) Quá trình chuyển hoá thường diễn ra theo ba bước lần lượt là: thuỷ phân, lên men axít, lên men kiềm

Phân loại: Theo nguyên tắc hoạt động và cơ chế quá trình xử lý nước thải, lên

men bùn cặn ta có thể chia thành các loại như sau:

- Bể lắng nước thải kết hợp lên men bùn cặn (bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng trong kết hợp lên men ), các loại bể này đã và đang được sử dụng rộng rãi để

xử lý nước thải sinh hoạt

- Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc

- Bể lọc kỵ khí, trong bể có lắp các giá thể vi sinh vật kỵ khí dính bám, các chất hữu cơ được vi khuẩn hấp thụ và phân hủy, một trong những ứng dụng phổ biến là ngăn lọc kỵ khí của bể tự hoại

- Bể phản ứng kỵ khí có dòng nước thải đi qua tầng cặn lơ lửng trong đó dạng điển hình là bể lọc ngược qua tầng bùn lơ lửng kỵ khí (bể UASB)

Một số công trình xử lý bằng phương pháp sinh học kỵ khí trong điều kiện nhân tạo:

a/ Bể lắng hai vỏ (Bể lắng Imhoff)

Cơ chế hoạt động: Bể lắng hai vỏ gồm hai phần, phần trên của bể là máng

lắng, phần dưới là ngăn lên men bùn cặn Nước chuyển động qua máng lắng giống

nguyên tắc của bể lắng ngang Do vận tốc nhỏ các hạt cặn lắng xuống và rơi vào ngăn lên men Quá trình lên men thường chỉ dừng lại ở mức độ lên men axit

Hình 1.19 Sơ đồ cấu tạo bể lắng hai vỏ

Hiệu quả xử lý: Hiệu quả lắng thường là 55% - 60% Các chất hữu cơ được

phân huỷ trong ngăn lên men đạt khoảng 40% Độ ẩm của bùn cặn thay đồi từ 85%

ở lớp trên đến 95% ở lớp dưới (trung bình khoảng 90%)

Phạm vi ứng dụng: Bể lắng hai vỏ được áp dụng rộng rãi nhiều nơi trên thế

giới với công xuất từ hàng chục đến hàng ngàn mét khối nước thải trong ngày

b/ Bể lắng trong kết hợp ngăn lên men

Cơ chế hoạt động: Bể lắng trong kết hợp ngăn lên men là sự phát triển của bể

lắng hai vỏ Tuy nhiên bể lắng trong có ngăn lắng và ngăn lên men độc lập do đó quá trình lên men không làm ảnh hưởng đến nước thải đã lắng Trong ngăn tự hoại cặn được xáo trộn đều hơn do đó quá trình lên men tốt hơn Hiệu suất của ngăn lắng cũng cao hơn do có quá trình đông tụ sinh học diễn ra trong ngăn đông tụ và sự hình thành lớp cặn lơ lửng trong ngăn đông tụ góp phần tăng hiệu suất lắng của bể

Hình 1.20 Sơ đồ cấu tạo bể lắng trong kết hợp ngăn lên men

Hiệu quả xử lý và phạm vi ứng dụng: Hiệu quả lắng có thể đạt mức 65 đến

70% Bể lắng trong kết hợp ngăn lên men cặn thường được sử dụng cho các trạm xử

lý công suất 500 đến 5.000 m3/ngày

c/ Bể lọc kỵ khí

Cơ chế hoạt động: Các loại bể lọc kỵ khí là các bể kín, bên trong có chứa các

vật liệu lọc với vai trò giá thể để các vi sinh vật kỵ khí dính bám, nước thải được đưa vào bể từ trên xuống hoặc từ dưới lên, khí tạo thành được thu ở phía trên bể Các vật liệu lọc phải đảm bảo độ rỗng lớn và phải được thay rửa định kỳ Gần đây

đã xuất hiện xu hướng sử dụng vật liệu lọc có trọng lượng riêng nhỏ, khi sử dụng dòng nước thải từ dưới lên vật liệu lọc sẽ tạo thành một tầng lọc lơ lửng

Hình 1.21 Sơ đồ cấu tạo bể lọc kỵ khí

Hiệu quả xử lý và phạm vi ứng dụng: Nếu được quản lý tốt hiệu quả lxử lý của

bể lọc kỵ khí có thể đạt tới 70 - 90% Nước thải trước khi vào bể lọc kỵ khí cần được lắng sơ bộ Bể lọc kỵ khí có các ưu điểm như: khă năng khử BOD cao, thời gian lưu nước ngắn, quản lý vận hành đơn giản, tốn ít năng lượng, dễ hợp khối Tuy nhiên bể hay bị tắc nghẽn, quá trình khởi động kéo dài Vì vậy bể thường được sử dụng cho các trạm xử lý quy mô nhỏ

d/ Bể lọc ngược qua tầng bùn lơ lửng kỵ khí (bể UASB)

Cơ chế hoạt động: Trong bể lọc ngược qua tầng bùn lơ lửng kỵ khí (Upflow

Anaerobic Sludge Blanket - bể UASB), dòng nước thải hướng lên đi qua lớp bùn lơ lửng Việc xử lý diễn ra khi nước thải chảy tới và tiếp xúc ngay với các hạt bùn lơ lửng Các loại khí tạo ra trong điều kiện kỵ khí sẽ tạo ra vòng toàn hoàn cục bộ, giúp cho việc hình thành các hạt sinh học trong lớp bùn lơ lửng và giữ cho chúng ổn định Khí tạo thành trong quá trình xử lý sẽ được thu hồi vào mái vòm phía trên bể Dịch lỏng - nước thải còn chứa một ít chất lơ lửng và hạt sinh học sẽ đi qua ngăn lắng để tách các hạt này khỏi nước Bùn cặn đã tách ra sẽ rơi xuống đáy ngăn lắng

và quay trở lại qua hệ màng ngăn, rơi xuống lớp bùn

Hình 1.22 Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể UASB

Hiệu quả xử lý và phạm vi ứng dụng: Bể UASB có hiệu quả khử chất hữu cơ

cao, thời gian lưu nước ngắn, không tiêu tốn nhiều năng lượng, cấu tạo bể không phức tạp tuy nhiên việc kiểm soát các hoạt động của bể khó khăn, yêu cầu có sự ổn định về lưu lượng và chất lượng nước thải khá cao, thời gian khởi động kéo dài do

đó chưa được ứng dụng nhiều trong xử lý nước thải sinh hoạt Nếu được quản lý tốt hiệu quả xử lý của bể lọc ngược qua tầng bùn lơ lửng kỵ khí có thể đạt tới 70 - 75%

1.3.2.6 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học và hóa lý

Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học được sử dụng trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt chủ yếu là các công trình để khử trùng nước thải (khử trùng bằng clo nước, khử trùng bằng clorua vôi ) vào một số công trình xử lý triệt để như lọc qua vật liệu lọc, lọc qua màng lọc

Các công trình xử lý triệt để bằng phương pháp lọc qua vật liệu lọc như than hoạt tính hay qua màng lọc ít được áp dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt trừ khi

có ý định sử dụng tiếp cho mục đích cấp nước Vì vậy các quá trình này không được xét đến trong phạm vi đề tài

Không có công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học nào có khả năng khử trùng đạt tiêu chuẩn, các công trình xử lý sinh học tự nhiên có thể đạt tới mức 99,9%, các công trình xử lý sinh học nhân tạo chỉ đạt mức 91 - 98%, do đó trong các dây chuyền xử lý nước thải thường phải có các công trình khử trùng nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận Các công trình để khử trùng nước thải bao gồm: hệ thống thiết bị cung cấp clorua vôi, cloratơ là các thiết bị để cấp clorua vôi hay clo nước, thiết bị tạo ôzôn , máng xáo trộn để xáo trộn hoá chất khử trùng với nước thải, bể tiếp xúc để cho hoá chất và nước thải có thời gian tiếp xúc với nhau đồng thời giữ lại cặn lắng

1.3.2.7 Công trình xử lý bùn cặn

Trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải đôi khi công trình xử lý bùn cặn được kết hợp vào các công trình xử lý nước thải Trong mục này ta chỉ nghiên cứu các công trình xử lý bùn cặn độc lập

Xử lý bùn cặn bao gồm hai công đoạn chính là ổn định bùn cặn và làm khô cặn Quá trình ổn định bùn cặn được tiến hành trong bể tự hoại, ngăn bùn của bể lắng hai vỏ, ngăn lên men trong bể lắng trong, bể ủ bùn, bể mêtan Quá trình làm khô cặn được thực hiện trong sân phơi bùn hay trong các thiết bị làm khô bùn bằng nhiệt, thiết bị tách nước ly tâm

Quá trình ổn định bùn cặn chủ yếu sử dụng các phương pháp vi sinh để phân huỷ các chất hữu cơ dễ thối rữa thành các hợp chất hữu cơ ổn định hoặc các hợp chất vô cơ Bùn cặn có thể được phân huỷ trong điều kiện hiếu khí (ổn định hiếu khí) hay trong điều kiện kỵ khí (lên men bùn cặn)

Quá trình làm khô cặn là quá trình tách một phần nước ra khỏi bùn cặn từ đó làm giảm thể tích bùn cặn và giúp cho bùn có khả năng vận chuyển dễ dàng hơn

a/ Công trình phân huỷ bùn trong điều kiện kỵ khí

Các loại công trình xử lý cặn trong điều kiện kỵ khí chủ yếu là bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, ngăn lên men của bể lắng trong, bể mêtan Ngoài các công trình như

bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng trong kết hợp ngăn lên men đã được xét đến, bể mêtan là một công trình xử lý bùn cặn trong điều kiện kỵ khí được áp dụng phổ biến

Bể mêtan thường được áp dụng cho các trạm xử lý quy mô vừa và lớn, đôi khi cũng được áp dụng cho các trạm xử lý quy mô nhỏ vì các quá trình lên men bùn cặn

tự nhiên thường chậm chạp và khó kiểm soát

Bùn cặn trong bể mêtan được khuấy trộn đều và được sấy nóng nhờ các thiết

bị đặc biệt Khi được sấy nóng quá trình lên men diễn ra thuận lợi hơn đồng thời các loại trứng giun sán trong bùn cặn cũng bị tiêu diệt do đó đảm bảo được yêu cầu khử trùng bùn cặn Sau khi qua bể mêtan lượng chất hữu cơ giảm đi có thể đạt mức 45 đến 50%

Quá trình phân huỷ bùn cặn trong điều kiện kỵ khí thường đòi hỏi chi phí đầu

tư cao và thường nhạy cảm với các thay đổi về tải trọng, độ pH, nhiệt độ Tuy nhiên khả năng xử lý cao hơn phương pháp ổn định hiếu khí

b/ Công trình ổn định hiếu khí bùn cặn