Nghiên cứu công trình lọc ODM 2f để loại bỏ cặn lơ lửng trong xử lý nâng cao nước thải đô thị nhằm mục đích tái sử dụng

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ******* NGHIÊN CỨU CÔNG TRÌNH LỌC ODM-2F ĐỂ LOẠI BỎ CẶN LƠ LỬNG TRONG XỬ LÝ NÂNG CAO NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ NHẰM MỤC ĐÍCH TÁI SỬ DỤNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ SỞ HẠ TẦNG MÃ SỐ: 62.58.02.10 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS, TSKH TRẦN HỮU UYỂN PGS, TS NGHIÊM VÂN KHANH HÀ NÔI - 2022 ii Lời cam đoan Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực Những đóng góp luận án chưa công bố công trình khác Tác giả NCS Hồng Huệ Qn iii MỤC LỤC Chương mục Mục lục Danh mục từ cụm từ viết tắt Danh mục hình đồ thị Danh mục bảng biểu Sơ đồ nghiên cứu luận án MỞ DẦU Tính cấp thiết Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Một số khái niệm thuật ngữ sử dụng luận án Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NÂNG CAO, GIẢI PHÁP TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI TÁI SINH VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1.1 Tổng quan xử lý xử lý nâng cao nước thải 1.1.1 Một số trạm xử lý nước thải sinh hoạt đô thị hoạt động Việt Nam 1.1.2 Mức độ mục đích xử lý nâng cao nước thải 1.1.3 Cơng trình lọc nước ứng dụng xử lý nâng cao nước thải 1.1.4 Cơng trình lọc MBBR khả ứng dụng xử lý nâng cao nước thải 1.1.5 Cơng trình lọc ODM-2F khả ứng dụng xử lý nâng cao nước thải 1.1.6 Sơ đồ tổng thể công nghệ xử lý nâng cao nước thải theo yêu cầu tái sử dụng 1.2 Tổng quan tái sử dụng nước thải 1.2.1 Tổng quan tái sử dụng nước thải giới iv 1.2.2 Tổng quan tái sử dụng nước thải Việt Nam 1.2.3 Nhận xét đánh giá xử lý tái sử dụng nước thải 1.3 Tình hình nghiên cứu liên quan 1.3.1 Tình hình nghiên cứu liên quan nước ngồi 1.3.2 Tình hình nghiên cứu liên quan nước 1.3.3 Nhận xét đánh giá tình hình nghiên cứu liên quan 1.4 Kết luận chương CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ XỬ LÝ VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NÂNG CAO NƯỚC THẢI ĐỂ TÁI SỬ DỤNG CHO MỤC ĐÍCH KHƠNG ĂN UỐNG TRONG ĐƠ THỊ 2.1 Chất lượng nước thải 2.1.1 Chất lượng nước thải trước xử lý nâng cao 2.1.2 Chất lượng nước thải sau xử lý nâng cao 2.2 Cơ sở lý thuyết khử chất bẩn hữu cơ, chất dinh dưỡng, cặn lơ lửng 2.2.1 Lý thuyết khử chất hữu dinh dưỡng 2.2.2 Công nghệ xử lý sinh học để khử chất hữu di 2.2.3 Các vật liệu lọc nước, vật liệu lọc đa ODM-2F giá thể sinh học di động 2.2.4 Lý thuyết lọc cặn qua lớp vật liệu lọc dạng hạt ODM- 2.3 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm 2.3.1 Cơ sở lý thuyết đồng dạng 2.3.2 Giả thuyết khoa học cho nghiên cứu thực nghiệm 2.5 Kết luận chương CHƯƠNG LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NÂNG CAO NƯỚC THẢI VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM LỌC ODM-2F 3.1 Lựa chọn công nghệ xử lý nâng cao nước thải để tái sử dụng không cho ăn uống đô thị 3.1.1 Xác định sơ công nghệ xử lý nâng cao nước thải 3.1.2 Đánh giá công nghệ xử lý nâng cao nước thải v 3.2 Xây dựng mơ hình nghiên cứu thực nghiệm pilot trường 3.2.1 Tính tốn thiết kế mơ hình thực nghiệm 3.2.2 Mơ tả mơ hình thực nghiệm 3.3 Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu qui hoạch thực nghiệm 3.3.1 Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.3.2 Các thông số/chỉ tiêu qui trình thực nghiệm 3.3.3 Phương pháp phân tích xác định thông số/chỉ tiêu 3.3.4 Qui hoạch thực nghiệm 3.4 Kết xử lý kết thực nghiệm pilot lọc ODM-2F 3.4.1 Kết thưc nghiệm 3.4.2 Xử lý kết thực nghiệm 3.5 Bàn luận nghiên cứu trình loại bỏ cặn lơ lửng bể lọc vật liệu lọc ODM-2F 3.5.1 Nồng độ thành phần cặn lơ lửng nước thải trước sau đến bể lọc 3.5.2 Sự gia tăng tổn thấp áp lực bể lọc vật liệu ODM-2 3.5 Kết luận chương CHƯƠNG XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH LỌC ODM-2F VÀ ỨNG DỤNG 4.1 Xây dựng phương pháp tính tốn cơng trình lọc ODM-2F 4.1.1 Xác định thông số lọc 4.1.2 Xác định thông số rửa lọc 4.1.3 Xác định dịch vụ, nhu cầu dùng nước công suất cấp nước thị 4.1.4 Qui trình tính tốn thiết kế cơng trình lọc 4.3 Ứng dụng kết nghiên cứu đối khu đô thị huyện Đan Phượng, TP Hà Nội 4.3.1 Mô tả trạm xử lý nước thải sinh hoạt 4.3.2 Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nâng cao nước thải vi 4.3.3 Tính tốn thiết kế cơng trình dây chuyền cơng nghệ xử lý nâng cao nước thải 4.4 Đánh giá lợi ích kinh tế, mơi trường giải pháp xử lý nâng cao nước thải tái sử dụng cho mục đích cấp nước khơng ăn uống thị 4.4.1 Khái tốn kinh tế xử lý nâng cao nước thải 4.4.2 Lợi ích kinh tế môi trường 4.5 Bàn luận 4.5.1 Bàn luận kết nghiên cứu thực nghiệm mô hình 4.5.3 Bàn luận khả ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tế đô thị Việt nam KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NÂNG CAO, GIẢI PHÁP TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1.1 Tổng quan xử lý nâng cao nước thải 1.1.1 Một số trạm xử lý nước thải sinh hoạt đô thị đầu tư đưa vào hoạt động Việt Nam Tính đến nay, ởViệt Nam có khoảng 29 hệ thống thu gom xử lý nước thải đô thị xây dựng vào hoạt động Công nghệ xử lý nước thải bùn thải giới thiệu bảng 1.1 Bảng 1.1: Các công nghệ XLNT bùn thải số nhà máy XLNT TT Trạm XLNT/ nguồn vốn Kim Liên (JICA) Trúc Bạch (JICA) Bắc Thăng Long (JICA) Yên Sở (BT) Hồ Tây (BT) Bình Hưng (JICA) Bình Hưng Hóa (Bỉ) Nam Viên Phú, Mỹ Hưng (DN) Canh Dơi Phú, Mỹ Hưng (DN) 10 Sơn Trà (WB) 11 Hòa Cường (WB) 12 Phú Lộc (WB) 13 Ngũ Hành Sơn (WB) 14 Hòa Xuân (WB) 15 Bãi Cháy (WB) 16 Hà Khánh (WB) 17 Đà Lạt (DANIDA) 18 Buôn Ma Thuật (DANIDA) 19 Phan RangTháp Chàm (Luxambua) 20 Bắc Giang (DANIDA) 21 Thủ Dầu Một (JICA) 22 Đức Ninh, Đồng Hới(WB) 23 Nam Nha Trang (WB) 10 24 Nhơn Bình – Qui Nhơn(WB) 25 Sóc Trăng (Kfw) 26 Vĩnh Yên (JICA) 27 An Bái (Phần Lan) 28 Tiến Hưng (Phần Lan) 29 Huê (JICA) Tổng cộng Với 29 nhà máy XLNT liệt kê bảng 1.1 cho công suất thiết kế 3 769 000 m /ngđ công suất hoạt động 558 630 m /ngđ chiểm khoảng 12% lượng nước thải sinh hoạt (theo công suất thiết kế) 9,5% ( theo công suất vận hành thực tế) đô thị Đến nước có khoảng 60 nhà máy xử lý nước thải tập trung đầu tư xây dựng đưa vào sử dụng với công suất nước thải theo thiết kế 1435000 m3/ngđ[34],94% người dân sử dụng nhà vệ sinh, 90% số hộ gia đình sử dụng bể tự hoại làm cơng trình xử lý chỗ, 60% hộ gia đình đấu nối xả nước thải vào hệ thống thoát nước chung[34] Sự phân bố nhà máy xử lý nước thải đến năm 2020 vùng miền thể hình 1.1[3] 11 1.000.000 900 800 700 600 000 Tông công 500 000 suất 400 000 000 000 000 (m3/ 300 00 ngđ) 200 000 100 000 Đồng sơng Hồng Hình 1.1 Phân bố nhà máy XLNT đô thị năm 2015 năm 2020[3] Như vậy, đa số các đô thị Việt Nam chưa có nhà máy/trạm xử lý nước thải tập trung đặc biệt đô thị vừa nhỏ chưa có dự án nước xử lý nước thải 1.1.2 Mức độ mục đích xử lý nâng cao nước thải 1/ Mức độ xử lý nước thải Căn vào dây chuyền công nghệ, chất lượng nước thải dòng trạm xử lý nước thải tập trung đô thị ngồi nước, đưa mức độ xử lý bảng 1.2a Bảng 1.2a: Mức độ xử lý nước thải[58, 101] Mô tả Mức độ xử lý Sơ (Preliminary) Bậc I (Primary) Bậc Loại bỏ thành phần rác, vật nổi, cát, dầu mỡ mà gây vấn đề vận hành bảo dưỡng cơng trình Loại bỏ phần cặn lơ lửng chất hữu I tăng cường Tăng cường khử cặn lơ lửng chất hữu keo tụ tạo (Advanced primary) lắng lọc Bậc II (Secondary) Khử chất hữu dễ phân hủy sinh học dạng lơ lửng hòa tan nước phương pháp sinh học/hóa học, sau nước thải khử trùng trước xả thải PL-20 So sánh hiệu lọc cặn lơ lửng vật liệu ODM-2F cát thạch anh Bảng PL 5.2 Bảng so sánh hiệu lọc cặn lơ lửng ODM-2F cát thạch anh a) Hiệu lọc cặn vận tốc lọc v=5m/h: b) Hiệu lọc cặn vận tốc lọc v=75m/h: c) Hiệu lọc cặn vạn tốc lọc v=10m/h: So sánh Bảng đặc điểm phân biệt mùi Hợp chất Alkyl Mercaptan Ammonia Benzyl Mercaptan Chlorine Chlorophenol Crotyl Mercaptan Dimethyl Sulfide Diphenyl Sulfide Ethyl Mercaptan Ethyl Sulfide Hydrogen Sulfide Methyl Mercaptan Methyl Sulfide Pyridine Skatole Sulfur Dioxide Thiocresol Thiophenol PL-22 PL-23 PHỤ LỤC VI KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SƠ BỘ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI SAU TRẠM XLNTTT KIÊM LIÊN Giá trị Đo mẫu nước Giá trị giao động Trung bình PL-24 PHỤ LỤC VII TRỌNG SỐ TIÊU CHÍ VÀ TỔNG DIỂM TỐI ĐA CÁC NHĨM TT Nhóm tiêu Chí Hiệu xử lý Hiệu kinh tế Trình cơng nghệ Tính hợp điều địa phương Thích với động BĐKH An tồn An tồn với mơi Thân thiện với Đảm bảo điều thân thiện môi trường Tổng cộng PL-25 PHỤ LỤC VIII TÍNH TỐN KINH TẾ KỸ THUẬT TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG SUẤT 150M /NGĐ Bảng 1: Tổng dự tốn trạm xử lý nước thải cơng suất 150m /ngđ STT Các khoản mục chi phí Chi phí xây dựng Chi phí thiết bị cơng nghệ Chi phí quản lý dự án Chi phí tư vấn đầu tư xây dựng Chi phí khác Chi phí dự phịng Tổng cộng Làm trịn Bảng 2: Suất đầu tư cho trạm xử lý công suất 78m /ngđ STT Hạng mục chi phí Tổng mức đầu tư Công suất trạm xử lý (m3/ngđ) Suất đầu tư cho 1m3 nước thải PL-26 Bảng 3: Chi phí điện trạm xử lý nước thải công suất 78m /ngđ STT Thiết bị tiêu thụ (2) (1) Máy bơm chìm Q=3.7 m3/h (Đến bể xử lý sinh học MBBR) Máy bơm chìm Q=3.7 m3/h (Đến cơng trình lắng bậc 3) Máy bơm chìm Q=3.7 m3/h (Đến cơng trình lọc ODM-2F) Bơm trục vít Q=70L/h (Bơm bùn lắng bể lắng bậc 3, bể số 1) Bơm trục vít Q=70L/h (Bơm bùn lắng bể lắng bậc 3, bể số 2) Máy sục khí Máy khuấy chìm Bơm rửa lọc Tổng cộng Giá điện cao điểm tạm tính 2,000 Chi phí điện ngày (Gdn) 150,200 Năng lượng tiêu tốn cho 1m3 nước thải xử lý (kW/m3) Chi phí điện cho 1m3 nước thải(VNĐ) 0.96 1,926 PL-27 Bảng 4: Chi phí nhân cơng trạm xử lý nước thải công suất 78 m /ngđ STT Hạng mục chi phí Lương chi trả cho cán vận hành Chi phí nhận cơng ngày (VNĐ/ngày) Chi phí nhân cơng cho 1m3 nước thải xử lý (VNĐ.m3) Bảng 5: Tổng chi phí vận hành trạm xử lý nước thải công suất 78 m 3/ngđ STT Hạng mục chi phí Chi phí điện Chi phí nhân cơng vận hành Chi phí dự phịng sửa chưa (3%Gdt) Tổng chi phí vận hành (VNĐ) Cơng suất xử lý Chi phí vận hành (VNĐ/m3) Bảng 6: Diễn giải khối lượng tạm tính cho trạm xử lý nước thải cơng suất 78 m /ngđ TÍNH TỐN KINH TẾ KỸ THUẬT TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI CƠNG SUẤT Q=78 M3/NGD CƠNG TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC STT MBBR, BỂ LẮNG BẬC 3, BỂ LỌC VẬT LIỆU ODM-2F I 1.1 Công tác đất CÁC CƠNG VIỆC XÂY DỰNG Đào móng cơng trình, đất cấp II Phụ tổng 1.1 1.2 Công tác cọc Cọc bê tơng cốt thép kích thước cọc 40x40 (cm) Nối cọc bê tơng cốt thép, kích thước cọc 40x40 (cm) Nén tĩnh thử tải cọc bê tông Phụ tổng 1.2 1.3 Cơng tác bê tơng Bê tơng lót móng, đá 2x4, mác 200 Bê tống đáy bể, C40 Bê tống tường, C40 Bê tông hành lang bể Bê tông dầm C40 Bê tông cầu thang thường, đá 1x2, mác 300 Sản xuất cấu kiện bê tông đúc sẵn, bê tông đan, đá 1x2, mác 300 PL-29 Phụ tổng 1.3 1.4 Thép Công tác sản xuất lắp dựng cốt thép bê tông chỗ, cốt thép tường, đường kính