Thiết kế mô hình điện gió - xử lý nước thải sinh hoạt xả thải từ tàu du lịch trên khu vực Bến Nghé - sông Sài Gòn

Với hai mục tiêu nghiên cứu trọng chính bao gồm thiết kế hệ thống điện gió Darrieus và hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp xử lý sinh học hiếu khí từng mẻ kết hợp giá thể sinh học từ nắp và vỏ chai nhựa cho tàu du lịch, đề tài “Thiết kế mô hình điện gió - xử lý nước thải sinh hoạt xả thải từ tàu du lịch trên khu vực Bến Nghé - sông Sài Gòn” đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu chính bao gồm khảo sát thực tế, lấy số liệu qua phiếu khảo sát, so sánh, đánh giá, xét nghiệm mẫu nước thực tế.

Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỆN GIĨ - XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT XẢ THẢI TỪ TÀU DU LỊCH TRÊN KHU VỰC BẾN NGHÉ - SƠNG SÀI GỊN Nguyễn Đình Thiệu*, Đồng Như Cường, Trần Anh Hân, Võ Phúc Hậu Trường Đại học Kiến trúc thành phố Hồ Chí Minh *Tác giả liên hệ: dinhthieuksdt@gmail.com TĨM TẮT Ơ nhiễm mơi trường nguồn nước khơng khí vấn đề môi trường nhận nhiều quan tâm từ nhà nghiên cứu đến cộng đồng xã hội Cụ thể tình trạng nguồn nước sơng bầu khơng khí sơng bị nhiễm phần xả thải phát thải tàu du lịch hoạt động lưu vực sơng ngịi Với hai mục tiêu nghiên cứu trọng bao gồm thiết kế hệ thống điện gió Darrieus hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp xử lý sinh học hiếu khí mẻ kết hợp giá thể sinh học từ nắp vỏ chai nhựa cho tàu du lịch, đề tài “Thiết kế mơ hình điện gió - xử lý nước thải sinh hoạt xả thải từ tàu du lịch khu vực Bến Nghé - sơng Sài Gịn” sử dụng phương pháp nghiên cứu bao gồm khảo sát thực tế, lấy số liệu qua phiếu khảo sát, so sánh, đánh giá, xét nghiệm mẫu nước thực tế Kết nghiên cứu cho thấy việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải tàu kết hợp với việc ứng dụng nguồn lượng thay dầu Diezel cho tàu du lịch điều cần thiết nghiên cứu tiếp tục phát triển chuyên sâu việc áp dụng sản phẩm vào thực tiễn hồn tồn khả thi Từ khóa: Điện gió Darrieus, xử lý nước thải sinh học, tàu du lịch DESIGN OF WIND POWER MODEL - WASTE WATER TREATMENT FROM SAFETY BOAT FROM BEN NGHE AREA - SAI GON RIVER Nguyen Dinh Thieu*, Dong Nhu Cuong, Tran Anh Han, Vo Phuc Hau University of Architecture of Ho Chi Minh City *Corresponding author: dinhthieuksdt@gmail.com ABSTRACT Protect the environment environment and the air is a one of the environment issues are received many questions from the research research to the community Thể trạng thái nước sơng bầu khơng khí nhiễm phần xả thải phát thải hoạt động tàu vùng lưu vực Với nghiên cứu khoa học gia bao gồm hệ thống điện Darrieus hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp xử lý sinh học hiếu khí kết hợp sinh học từ vỏ chai nhựa cho tàu du lịch, đề tài "Thiết kế mơ hình điện gió - xử lý nước thải sinh hoạt xả thải từ tàu biển khu vực Bến Nghé - sơng Sài Gịn" sử dụng nghiên cứu bao gồm thiết bị khảo sát, lấy liệu qua kiểm tra, so sánh, đánh giá, kiểm tra mẫu nước thực tế The research results for the process of the device was given to the state of the route from the state of the state with the suchzel for the state of the state of the state of the state of the state for the apply the products to work Keywords: Darrieus wind power, biological waste water treatment, cruise ship TỔNG QUAN Trên giới Việt Nam, có nhiều cơng nghệ xử lý nước thải cho cơng trình có quy mơ nhỏ nhà hàng, quán ăn hoạt động hiệu quả, điển cơng nghệ AOA, cơng nghệ MBBR, cơng nghệ USAB Dành riêng cho loại hình nhà hàng tàu du lịch với diện tích hạn chế di chuyển liên tục cần thiết xây dựng công nghệ xử lý nhỏ gọn đáp ứng yêu cầu làm nước thải trước xả thải sông đạt hiệu xử lý cần thiết Một số công nghệ phù hợp với cơng suất nhỏ tính chất nước thải tàu du lịch xử lý sinh học kỵ khí kết hợp hiếu khí dạng SBR Cơng nghệ SBR có số ưu điểm vượt trội như: kết cấu đơn giản, hoạt động dễ dàng, hạn chế 498 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 nhân lực vận hành xây dựng ngăn theo kết cấu dạng module nhằm thuận tiện cho việc lắp đặt phần mở rộng thêm cơng suất Ngăn kỵ khí kết hợp hiếu khí dạng SBR có khả hoạt động ổn định tải trọng chất ô nhiễm thay đổi Thêm vào đó, với tiêu chí thân thiện với mơi trường tái sử dụng phế thải sinh hoạt góp phần tăng hiệu xử lý nước thải tàu du lịch, hệ thống giá thể sinh học tái chế từ nắp chai nhựa sử dụng quy trình xử lý kỵ khí kết hợp hiếu khí dạng SBR Các nắp chai nhựa vật liệu vừa dễ tìm thấy, dễ thu gom từ tàu du lịch lại vừa có tính bền, tuổi thọ dài lâu - phù hợp với yêu cầu giá thể sinh học cho việc xử lý nước thải Ngoài ra, hệ thống tầng lọc sinh học thiết kế từ vỏ chai nhựa phế thải có chứa vật liệu lọc vật liệu đỡ rẻ tiền nhẹ (như vỏ trấu, sơ dừa, hạt nhựa xốp nắp chai) kết dính thành tầng vật liệu với giúp nhà đầu tư giảm nhẹ chi phí đầu tư ban đầu, nâng cao chất lượng nước sau xử lý thải sông dễ dàng thay rửa thủ công lớp vật liệu Nhìn nhận nguồn lượng phục vụ cho việc chiếu sáng tiêu thụ điện tàu du lịch nói riêng hay tàu vận tải nói chung Việt Nam phần lớn tàu sử dụng dầu diezel nguồn nhiên liệu Đây nguồn lượng gây nên tượng nhà kính phát thải khí CO2 trình đốt cháy nhiên liệu để phục vụ cho hoạt động tàu Việc giảm lượng khí CO2 phát thải từ tàu khả thi việc sử dụng nhiên liệu dầu Diezel chuyển đổi sang nguồn lượng tái tạo từ lượng mặt trời lượng gió Khác với nguồn lượng mặt trời, việc sử dụng lượng gió biến thành điện thường gây nên e ngại đến từ trọng lượng quy mơ hệ thống cánh quạt thu gió khả thu gió vị trí khác cơng trình Nhìn nhận từ nhược điểm hệ thống cánh quạt gió, ý tưởng xây dựng mơ hình tuabin gió trục đứng kiểu Darrieus cho tàu du lịch để tận dụng nguồn lượng gió dồi hình thành Turbine gió trục đứng kiểu Darrieus đón gió đa hướng nên việc đón gió sông tàu đứng yên hay di chuyển khả thi, đồng thời tạo thêm điểm nhấn kiến Kỷ yếu khoa học trúc cho tàu du lịch qua giúp người dân tiếp cận gần hơn, hiểu biết thêm nguồn lượng tái tạo từ gió VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Dựa kết phân tích chất lượng nước thải sinh hoạt từ ba tàu du lịch hoạt động khu vực Bến Nghé - sơng Sài Gịn bao gồm Tàu du lịch Hịn Ngọc Viễn Đơng, Tàu du lịch Động Dương 27 25 Trung tâm Môi trường Sinh thái thuộc Viện Khoa học thủy lợi Miền Nam thực vào tháng 03/2017, tiêu ô nhiễm COD, BOD, SS cao đề xuất lựa chọn để xử lý hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tàu bao gồm COD = 4978 mg/l; BOD = 3582 mg/l; SS = 2746 mg/l Việc xử lý nước thải từ tàu du lịch thực theo quy trình cụ thể sau: Nước thải tàu chia làm hai loại nước thải đen nước thải xám Nước thải đen thu từ Toilet đưa ngăn tiếp nhận thứ (1) ngăn tự hoại Nước thải xám thu từ nhà bếp nước sàn tàu, sau đưa ngăn tiếp nhận thứ hai (2) ngăn tự hoại Tại ngăn tiếp nhận thứ thứ hai, váng dầu mỡ thu gom lại đưa thùng chứa bùn (9) Nước thải chung từ hai ngăn tiếp nhận đưa qua ngăn lắng (3) ngăn tự hoại Tại ngăn lắng, cặn lắng xuống đưa thừng chứa bùn Nước sau lắng đưa qua ngăn kỵ khí (4) để tiếp tục xử lý Tại ngăn kỵ khí, sử dụng hệ thống cánh quạt quay nhỏ kết hợp giá thể sinh học nắp chai nhựa để trình kỵ khí diễn nhanh hiệu Nước sau kỵ khí tiếp tục qua ngăn xử lý sinh học hiếu khí mẻ SBR (5,6) Tại ngăn SBR diễn 04 pha xử lý sau: pha làm đầy ngăn, pha xử lý hiếu khí với hỗ trợ hệ thống sục khí kết hợp giá thể sinh học nắp chai nhựa, pha lắng, pha thu nước phễu thu nước - dẫn qua ngăn lọc sinh học kết hợp xả bùn dư Ngăn lọc sinh học (7) tái sử dụng vỏ chai nhựa tạo thành tầng giá đỡ vật liệu lọc cát, sỏi Nước sau lọc đưa ngăn khử trùng (8) tia UV xả nước ngồi sơng Sài Gịn Thiết kế ngăn có độ dốc i = 2% để thu bùn tự động Vật liệu ngăn làm vật liệu Composite để đảm bảo tuổi thọ công trình 499 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học Hình Sơ đồ mặt cắt sơ cơng trình xử lý nước thải sinh hoạt tàu du lịch Đối với việc thiết kế mơ hình điện gió gió Bắc- Ðơng Bắc từ biển Đơng thổi vào Darrieus điều kiện tiên đến việc mùa khơ với vận tốc trung bình 2,4 tính tốn mơ hình vận tốc gió trung bình m/s Ngồi Tp.HCM tiếp nhận luồng khu vực nghiên cứu - Bến Nghé Sài Gịn gió tín phong theo hướng Nam - Ðơng Nam Với đặc điểm khí tượng đặc trưng chịu ảnh từ tháng đến tháng với vận tốc trung bình hưởng hai hướng gió chủ yếu 3,7 m/s Về Tp.HCM thuộc vùng gió mùa Tây - Tây Nam Bắc - Ðơng Bắc, khơng có gió bão, đề xuất chọn vận tốc Gió Tây -Tây Nam từ Ấn Ðộ Dương thổi vào gió trung bình khu vực nghiên cứu 3m/s mùa mưa, vận tốc gió trung bình để tính tốn thiết kế turbine gió hoạt động Tp.HCM từ tháng đến tháng 3,6m/s sơng Sài gịn - Bến Nghé Sơ đồ nguyên gió thổi mạnh vào tháng với vận tốc lý hoạt động hệ thống điện gió Darrieus trung bình 4,5 m/s Từ tháng 11 đến tháng 2, thể Hình Hình Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống điện gió Darrieus Một thành phần quan trọng hưởng không nhiều tới lượng sinh cấu tạo hệ thống điện gió Darrieus cánh turbine gió hệ số lượng phụ turbine Darrieus Số cánh turbine có ảnh thuộc vào diện tích qt cánh mà không 500 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 phụ thuộc vào diện tích cánh Tuy nhiên, thiết kế turbine phải ý bố trí cánh cho diện tích quét cánh lớn để lượng sinh turbine gió đạt mức yêu cầu mà đảm bảo tính kinh tế Số cánh thơng thường cho kiểu Darrieus hai cánh, số lượng vừa đảm bảo cân cho turbine vừa tiết kiệm vật liệu Nghiên cứu gần cho thấy lực khí động học tác dụng lên hai cánh đạt xấp xỉ cực đại Kỷ yếu khoa học thời gian, điều đặc biệt có ý nghĩa thiết kế turbine có kích thước lớn Tuy vậy, dao động tuần hoàn lý gây cộng hưởng cho turbine nhỏ nên turbine nhỏ không phù hợp thiết kế chọn số cánh hai Đối tượng nghiên cứu đề tài dạng turbine nhỏ thiết kế theo kiểu Darrieus có cải tiến, chọn thiết kế turbine gió dạng cánh thẳng với cánh (xem Hình 3) Hình Mơ hình điện gió Darrieus KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đối với mơ hình điện gió sau tính tốn kiểu cánh điện gió Darrieus gồm cánh thẳng trục quay biên cánh thẳng trục quay giữa, đề tài nhận thấy kết cấu cánh có trục quay với diện tích cánh gấp đơi tiết diện cánh phương án kết cấu cánh trục quay biên công suất tạo lớn nên chuyển đổi tỉ lệ hộp số nhỏ tiết kiệm nhiều chi phí, đề xuất chọn phương án kết cấu trục biên để tiến hành tính tốn thơng số hộp số tháp đỡ Căn chức hộp số đẩy mạnh tốc độ quay cánh quạt giá trị phù hợp với máy phát điện cảm ứng tiêu chuẩn, tỉ số hộp số tính tốn Bên cạnh đó, thơng số tính tốn thiết kế cho hệ thống điện gió Darrieus lắp đặt cho quy mô tàu du lịch bao gồm: vật liệu cánh - sợi Cacbon composite; tháp trụ làm từ liệu composite để giảm tải trọng thân tạo ổn định cho mạng tàu với chiều cao 7m tính từ sàn tàu; máy phát điện xoay chiều, kích từ nam châm vĩnh cửu với cơng suất 2kW; 08 bình ắc quy dung lượng 200Ah, ghép ắc quy theo quy tắc vừa nối tiếp kết hợp song song để đảm bảo dung lượng điện áp thành ắc quy tổng với điện áp 48V dung lượng 800Ah; nạp ắc quy tự động 12V-200Ah Hình ảnh mơ hình hệ thống điện gió Darrieus thể Hình Trong thành phần cấu tạo hệ thống bao gồm: - Hệ cánh turbine gió darrieus với lớp cánh đón gió trục - Tồn hệ thống điện gió cao 7m với biên dạng cánh có kích thước giống để tăng mức độ linh hoạt cánh - Bán kính qt turbine từ 0,3÷0,5m để giảm diện tích chiếm chỗ tàu nâng cao độ an tồn - Cơ cấu truyền động thơng qua hệ thống bánh kết nối đồng trục - Biên dạng cánh thẳng gấp góc, tự điều chỉnh hướng gió thay đổi hướng 501 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 - Thay đổi tốc độ cho turbine qua hệ thống Kỷ yếu khoa học hộp số Hình Mơ hình điện gió Darrieus Dựa kết tính tốn cấu tạo cơng hiệu suất xử lý qua cơng trình đơn vị trình xử lý đơn vị thiết kế mơ hình hệ thể Bảng thống xử lý nước thải, kích thước thiết kế Bảng Bảng thống kê kích thước hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt tàu du lịch qua cơng trình xử lý đơn vị Hiệu suất xử lý (%) Diện Hàm lượng cặn tích Tên cơng trình xử lý Nồng độ COD Nồng độ BOD5 lơ lửng SS m2 mg/l % mg/l % mg/l % Nước thải đầu vào 3.65 2746.00 4978.00 3582.00 Ngăn tự hoại Ngăn lắng 1300.78 52.63 4978.00 2462.63 31.25 Ngăn kỵ khí 585.35 55.00 500.29 89.95 394.02 84.00 Ngăn SBR 3.5 222.43 62.00 125.07 75 47.28 88.00 Ngăn lọc sinh học 60.06 73.00 125.07 75 47.28 88.00 Ngăn khử trùng sau 60.06 125.07 47.28 thải sơng Sài Gịn Hình ảnh mơ hình xử lý nước thải sinh hoạt từ tàu du lịch thể Hình Hình Mơ hình hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho tàu du lịch 502 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Ơ nhiễm mơi trường nước khơng khí vấn đề mơi trường cấp thiết việc lựa chọn phương án giảm thiểu ô nhiễm nhằm trì cảnh quan dẹp môi trường lành cho xã hội điều cần thiết Căn kết khảo sát ý kiến thực tế, thu thập phân tích mẫu nước phân tích so sánh vị trí lắp đặt khả thi, đề tài “Thiết kế mơ hình điện gió - xử lý nước thải sinh hoạt xả thải từ tàu du lịch khu vực Bến Nghé - sơng Sài Gịn” tiến hành tính tốn thiết kế hai mơ hình hệ thống điện gió Darrieus hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp xử lý sinh học hiếu khí mẻ kết hợp giá thể sinh học từ Kỷ yếu khoa học nắp vỏ chai nhựa cho tàu du lịch Kết nghiên cứu cho thấy việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải tàu kết hợp với việc ứng dụng nguồn lượng thay dầu Diezel cho tàu du lịch điều cần thiết nghiên cứu tiếp tục phát triển chuyên sâu việc áp dụng sản phẩm vào thực tiễn hoàn toàn khả thi Nhằm nâng cao tính hồn thiện tính thực thi sản phẩm nghiên cứu vào thực tế, đề xuất mở rộng hướng nghiên cứu chuyên sâu sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng hệ thống xử lý nước thải lên tàu du lịch - Nghiên cứu áp dụng khả thi hệ thống điện gió cho tàu du lịch TÀI LIỆU THAM KHẢO QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt TRỊNH, X.L., (2009) Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải NXB Xây dựng JAVIER CASTILLO, (2011) Small-scale Vertical Axis Wind Turbine Design Bachelor's Thesis BÙI, T.H., (2014) Nghiên cứu thiết kế Turbine gió trục đứng công suất 10kW Kỷ yếu Nghiên cứu Khoa học Đại học Bách Khoa TP.HCM 503 ... nước thải sinh hoạt xả thải từ tàu du lịch khu vực Bến Nghé - sơng Sài Gịn” tiến hành tính tốn thiết kế hai mơ hình hệ thống điện gió Darrieus hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp xử lý sinh. .. kế mơ hình hệ thể Bảng thống xử lý nước thải, kích thước thiết kế Bảng Bảng thống kê kích thước hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt tàu du lịch qua cơng trình xử lý đơn vị Hiệu suất xử lý (%)... chọn để xử lý hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tàu bao gồm COD = 4978 mg/l; BOD = 3582 mg/l; SS = 2746 mg/l Việc xử lý nước thải từ tàu du lịch thực theo quy trình cụ thể sau: Nước thải tàu chia