Sư ̣ cần thiết của đề tài
Phát triển Khoa học – Kỹ thuật là ưu tiên hàng đầu trong chính sách quốc gia của Chính phủ Việt Nam, nhằm mục tiêu đưa đất nước trở thành một nước công nghiệp vào năm 2020 Việc xây dựng các khu công nghệ cao tại Hà Nội là một phần quan trọng trong chiến lược này Dựa trên báo cáo nghiên cứu của JICA về quy hoạch và khả thi của Khu công nghệ cao Hòa Lạc, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt dự án khu CNC Hòa Lạc, triển khai từ năm 1996 đến 1998.
Vào tháng 5 năm 2008, Thủ tướng Chính phủ Việt Nam đã phê duyệt việc điều chỉnh quy hoạch chung khu CNC Hòa Lạc, với một số thay đổi về diện tích nghiên cứu Trong tổng diện tích 1.586 ha của khu CNC Hòa Lạc, quy hoạch điều chỉnh tập trung xem xét nghiên cứu khả thi chi tiết trên 1.036 ha, khu vực cần được phát triển khẩn trương trong khu CNC Hòa Lạc.
Khu CNC Hòa Lạc có mật độ dân số cao và nhiều khu chức năng, dẫn đến lượng nước thải phát sinh lớn, ước tính khoảng 36.000 m³/ngày đêm Điều này tạo ra nguy cơ ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt là ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước mặt, trong đó sông Tích là nơi tiếp nhận chính.
Ngoài ra, theo báo cáo Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội đến năm
Đến năm 2030 và tầm nhìn 2050, Sông Tích đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng, với chỉ số BOD5 vượt 1,05 lần và Fe vượt 1,41 lần so với quy chuẩn hiện hành Là một trong những con sông quan trọng trong quy hoạch không gian mặt nước của Thủ Đô Hà Nội, Sông Tích sẽ được cải tạo và mở rộng trong tương lai, đồng thời phục hồi hệ thống dòng sông mà vẫn giữ nguyên hình thái của các con sông lân cận như sông Đáy, sông Tích và sông Nhuệ.
Khi xây dựng Khu CNC Hòa Lạc, công tác bảo vệ môi trường là yếu tố thiết yếu để đảm bảo phát triển bền vững, đặc biệt là bảo vệ môi trường nước trong khu CNC Hòa Lạc và khu vực lân cận.
Theo quy định bảo vệ môi trường và yêu cầu của Khu CNC Hòa Lạc, nước thải từ khu vực này phải đạt tiêu chuẩn Cột A theo QCVN 40:2011/BTMT – Quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp.
Trong khuôn khổ luận văn thạc sỹ ngành Công nghệ Môi trường, tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, lựa chọn và đề xuất công nghệ xử lý nước thải Khu CNC Hòa Lạc” Mục tiêu của nghiên cứu là tìm ra công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn quy định, từ đó góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Mu ̣c tiêu đề tài
Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho Khu Công Nghệ Cao Hòa Lạc là cần thiết để đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn A của QCVN 40:2011/BTNMT, quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp Đồng thời, công nghệ cũng cần dễ dàng vận hành và bảo dưỡng trong điều kiện Việt Nam.
Nô ̣i dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về quy hoạch Khu CNC Hòa Lạc
Nghiên cứu tổng quan về công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bao gồm các phương pháp tiên tiến như công nghệ SBR (aeroten hoạt động theo mẻ), công nghệ xử lý khí hiếu khí (AO) và công nghệ xử lý nước thải kết hợp khí hiếu khí, thiếu khí và hiếu khí (A2O) Những công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.
- Đề xuất và lựa chọn công nghệ xử lý nước thải Khu CNC Hòa Lạc
- Phân tích đánh giá sự phù hợp, tính khả thi của công nghệ lựa chọn.
Phương pha ́p nghiên cứu
Nghiên cứu các công nghệ xử lý nước thải sinh học như SBR, AO và A2O, nhằm phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp Đề xuất giải pháp xử lý nước thải cho Khu CNC Hòa Lạc phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo hiệu quả và bền vững.
Phương pháp nghiên cứu tập trung vào việc thu thập thông tin thực tế và rà soát lý thuyết cơ bản về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Nghiên cứu này cũng xem xét các công nghệ sinh học đã được áp dụng tại Việt Nam, từ đó đề xuất và lựa chọn công nghệ phù hợp cho Khu CNC Hòa Lạc Các phương pháp nghiên cứu bao gồm việc phân tích, đánh giá hiệu quả và tính khả thi của các công nghệ hiện có.
Phương pháp truy hồi quá khứ bao gồm việc thu thập tài liệu, tổng hợp và phân tích các tài liệu cùng số liệu hiện có liên quan Quá trình này cũng yêu cầu lựa chọn và sử dụng các kinh nghiệm đã có để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong nghiên cứu.
+ Tài liệu, số liệu trong nước, tại các cơ quan đơn vị có liên quan, sách báo,
+ Tài liệu, số liệu nước ngoài, sách báo, tài liệu của các cơ quan, đồng nghiệp,
- Điều tra, khảo sát thực địa lấy số liệu thực tế
Phương pháp chuyên gia là việc thu thập ý kiến bổ sung, đánh giá và đóng góp từ các chuyên gia, cán bộ chuyên ngành cùng các lĩnh vực liên quan tại Hà Nội và một số tỉnh khác.
Các phương pháp được đề cập rất phù hợp với xử lý nước thải và công tác môi trường Tuy nhiên, lĩnh vực này chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố, điều này làm cho kết quả thí nghiệm trở nên khó kiểm soát về mặt lý thuyết.
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Cơ chê ́ chuyển hóa sinh ho ̣c và xử lý các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng trong nươ ́ c thải
Khi nước thải được đưa vào công trình xử lý bằng phương pháp sinh học, các chất hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo và không hòa tan sẽ được hấp thụ trên bề mặt tế bào vi khuẩn Sau đó, chúng sẽ được vi khuẩn chuyển hóa và phân hủy Quá trình này diễn ra qua ba giai đoạn chính.
1 Khuếch tán, chuyển dịch và hấp thụ chất bẩn từ môi trường nước lên bề mặt tế bào vi khuẩn
2 Ôxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được qua màng tế bào vi khuẩn
3 Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng, tổng hợp sinh khối từ chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng khác bên trong tế bào vi khuẩn
Sơ đồ cân bằng vật chất trong quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ (BOD) được trình bày trên hình 1.1 sau:
G1 Gt Trôi theo nước thải
Hình 1 1 Sơ đồ cân bằng BOD trong công trình XLNT bằng phương pháp sinh học hiếu khí
G0: lượng BOD trong nước thải
Gt: Lượng BOD không được xử lý ( trôi theo nước ra khỏi công trình)
G1: lượng BOD hấp thụ trên bề mặt tế bào vi khuẩn
G2: Phần BOD được vận chuyển vào bên trong màng tế bào vi khuẩn
G3: Phần BOD ôxy hóa nội bào
G4: Phần BOD được tổng hợp thành sinh khối vi khuẩn
G5: Phần BOD ôxy hóa nội bào
Quá trình tạo năng lượng bắt đầu bằng việc oxy hóa cacbon hydrat và một số chất hữu cơ khác, diễn ra trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ xúc tác của men ngoại bào Một phần chất hữu cơ được vận chuyển qua màng tế bào vào bên trong, tiếp tục quá trình oxy hóa để giải phóng năng lượng và tổng hợp tế bào chất, dẫn đến sự gia tăng sinh khối vi sinh vật Trong điều kiện thiếu dinh dưỡng, tế bào chất sẽ bị oxy hóa nội bào để tạo ra năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống.
Vi khuẩn ôxy hóa các chất hữu cơ thông qua hai phương pháp chính: hô hấp và lên men Trong quá trình hô hấp, các chất hữu cơ được ôxy hóa bằng ôxy tự do, tạo ra năng lượng và sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O Đây là quá trình hô hấp hiếu khí, diễn ra trong môi trường có đủ ôxy tự do Các vi khuẩn tham gia vào quá trình này là vi khuẩn hiếu khí hoặc tùy tiện.
Trong môi trường thiếu ôxy tự do (anoxic) hoặc không có ôxy tự do (anaerobic), vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn tùy tiện sẽ sử dụng ôxy từ các liên kết nitrat, nitrit hoặc sunfat để oxy hóa chất hữu cơ Quá trình này sản xuất ra các chất khử như H2S, NO - 2, và nitơ phân tử.
I.1.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí
Sự chuyển hóa các chất hữu cơ (BOD) và các chất dinh dưỡng nhờ vi khuẩn hiếu khí được thể hiện trên hình sau:
Hình 1 2 Sơ đồ tổng quát quá trình chuyển hóa chất bẩn trong công trình
XLNT bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí
Các quá trình này được biểu diễn theo các phương trình sau:
CxHyOzN + O2 CO2 + H2O + NH3 + Năng lượng (1.1)
CxHyOzN + Năng lượng C5H7NO2 ( tế bào chất) (1.2)
CxHyOzN + O2 CO2 + H2O + NH3 + Năng lượng (1.3)
Trong quá trình ôxy hóa hiếu khí, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, lưu huỳnh và phốt pho được chuyển hóa thành nitơ rát (NO3-), sunphat (SO4 2-), phốt phát (PO4 3-), cũng như tạo ra CO2 và H2O.
Khi môi trường cạn nguồn các bon hữu cơ, các loại vi khuẩn nitơ rát hóa
(Nitrosomonas) và nitơ rát hóa ( Nitrobacter) thực hiện quá trình nitơ rát hóa theo hai giai đoạn:
Các quá trình sinh hóa của vi sinh vật Ôxy
Các chất bẩn hữu cơ và các chất dinh dưỡng trong nước thải
Nước sạch Tế bào và các chất trơ
Sản phẩm của phản ứng:
Trong quá trình chuyển hóa nitơ, tỷ lệ sử dụng ôxy của vi khuẩn Nitrosomonas là 3,33 g O2 cho mỗi 1 g N-NH4, trong khi Nitrobacter sử dụng 1,11 g O2 cho mỗi 1 g N-NO2 Trong điều kiện yếm khí, các vi khuẩn phản nitơ rát (Denitrificans) tách ôxy từ nitơ rát và nitơ rít để ôxy hóa các chất hữu cơ Lượng ôxy giải phóng từ 1 g NO2 - là 1,71 g và từ 1 g NO3 - là 2,85 g Quá trình này được gọi là thiếu khí (Anoxic) khi sản phẩm cuối cùng là nitơ phân tử N2 bay ra khỏi nước.
I.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện kỵ khí
Trong điều kiện thiếu oxy, vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ, tạo ra khí mê tan (CH4) và cacsbonic (CO2) Quá trình chuyển hóa này diễn ra chủ yếu qua nguyên lý lên men do vi khuẩn kỵ khí.
Để bắt đầu quá trình, cần thủy phân các chất hữu cơ phức tạp và chất béo thành các chất hữu cơ đơn giản như monosaccharid, amino axit hoặc các muối pyruvat khác Những chất này cung cấp nguồn dinh dưỡng và năng lượng cần thiết cho hoạt động của vi khuẩn.
Các nhóm vi khuẩn kỵ khí thực hiện quá trình lên men axit, chuyển hóa các chất hữu cơ đơn giản thành các loại axit hữu cơ thông thường như axit acetic, glycerin và axetat.
Bước 3: Các nhóm vi khuẩn kỵ khí bắt buộc lên men kiềm đã chuyển hóa axit axetic và hydro thành CH4 và CO2
400NO2 - +109O2 + NH3 + 2H2O + 5CO2 C5H7NO2 + 400NO3 - (1.5)
CH3CH2COOH + 2 H2O CH3COOH + CO2 + 3H2 (1.6)
CH3CH2 CH2COOH + 2 H2O 2CH3COOH + 2H2 (1.7)
Quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ có thể được biểu diễn như hình sau:
Hình 1 3 Quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ
Phương trình tổng quát biểu diễn lên men yếm khí như sau:
Trong quá trình lên men hoàn toàn, 113 g chất hữu cơ có thể sản sinh ra 2,5 mol CH4, tương đương với 0,98 Nm³ khí sinh học/kg chất hữu cơ theo điều kiện tiêu chuẩn Hiệu quả của quá trình lên men bùn cặn đạt được khi tỷ lệ COD:N:P là 350:5:1.
Quá trình lên men yếm khí diễn ra trong hai điều kiện nhiệt độ chính: lên men ấm từ 29 đến 39 độ C và lên men nóng từ 49 đến 57 độ C Độ pH thích hợp cho quá trình này nằm trong khoảng từ 6,6 đến 7,6, với giá trị tối ưu xấp xỉ 7,0 Trong suốt quá trình lên men, pH của hỗn hợp chất hữu cơ sẽ thay đổi từ mức thấp đến mức cao.
Các chất hữu cơ phức tạp
Axit hữu cơ trọng lượng phân tử thấp và các sản phẩm trung gian khác
Vi khuẩn mê tan sử dụng
Vi khuẩn mê tan sử dụng axetat và các hợp chất liên quan khác
I.1.3 Các quá trình khử các chất dinh dưỡng ( muối Nitơ và PhốtPho) bằng phương pháp sinh học
Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học không chỉ hiệu quả trong việc xử lý chất hữu cơ mà còn có khả năng loại bỏ các nguyên tố dinh dưỡng như nitơ và phốt pho.
A Cơ chế của quá trình
Trong nước thải, nitơ chủ yếu xuất hiện dưới dạng hợp chất hữu cơ và amoniac Quá trình khử các hợp chất hữu nitơ có thể được minh họa qua sơ đồ trong hình 1.4.
Hình 1 4 Quá trình khử hợp chất hữu nitơ
Để khử hợp chất nitơ bằng sinh học, cần thực hiện 4 phản ứng cơ bản: amôn hóa, đồng hóa, nitrat hóa và khử nitrat Quá trình amôn hóa là sự chuyển đổi nitơ từ hợp chất hữu cơ thành nitơ của muối amôn, và tốc độ amôn hóa chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ của muối amôn.
Trong đó: N * - nồng độ nitơ của muối amôn
Mô ̣t số công nghê ̣ xử lý các chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải
I.2.1 Xử lý nước thải bằng công nghệ SBR
SBR (Sequencing Batch Reactor) là một hệ thống xử lý nước thải sinh học bằng bùn hoạt tính, hoạt động theo phương pháp gián đoạn theo mẻ Quá trình của bể SBR bao gồm bốn giai đoạn chính: làm đầy, sục khí, lắng và tháo nước, giúp tối ưu hóa hiệu quả xử lý.
Nước thải được đưa vào bể xử lý sinh học theo mẻ và khuấy để đạt được lượng vi khuẩn hữu ích trong điều kiện kỵ khí Quá trình này tạo ra các cụm vi khuẩn kết tủa, giúp dễ lắng đọng và tăng cường loại bỏ photpho sinh học Trong quá trình khuấy, nitơ cũng được khử Sau đó, sục khí trong bể để phân hủy phần lớn hợp chất hữu cơ hòa tan và cung cấp oxy cho nitrat hóa cũng như hô hấp nội sinh của vi khuẩn.
Sục khí được thực hiện bằng các thiết bị cung cấp khí như máy thổi khí và máy tua bin nổi Quá trình này sẽ dừng lại khi đạt được lượng oxy tối thiểu cần thiết, sau đó bùn sẽ lắng xuống sau mỗi đợt sục khí.
Bể chứa nước thải sẽ phân tầng, tạo thành lớp bùn đọng ở đáy và lớp nước trong ở phía trên Sau một thời gian lắng, lớp nước trong sẽ được tháo ra, và nước thải mới sẽ được cấp vào bể xử lý sinh học theo từng mẻ Quy trình này tiếp tục với việc sục khí để đảm bảo hiệu quả xử lý.
N-ớc thải sau bể lắng
Hình 1 5 Các quá trình xử lý trong bể SBR
I.2.2 Xử lý nước thải bằng công nghệ AO (kỵ khí- hiếu khí)
Chu trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính kỵ khí-hiếu khí (AO) là phương pháp hiệu quả để khử phốt pho sinh học Quy trình này tận dụng khả năng hấp thụ phốt pho của vi sinh vật trong bùn hoạt tính, giúp giảm thiểu lượng phốt pho trong nước thải.
Khi bùn hoạt tính chứa vi sinh vật có khả năng hấp thụ phốt pho vượt mức trong môi trường kỵ khí, bùn sẽ giải phóng phốt pho dưới dạng octophotphat (PO4 3-).
Mật độ PO4 3- -P hòa tan trong dung dịch hỗn hợp tăng lên khi bùn hoạt tính chuyển sang điều kiện hiếu khí, dẫn đến hiện tượng hấp thụ phốt pho quá mức bởi vi sinh vật Kết quả là, mật độ PO4 3- -P hòa tan giảm xuống thấp hơn mức ban đầu trong nước thải, cuối cùng đạt gần 0 Trong khi nồng độ phốt pho trong phương pháp xử lý bùn hoạt tính thông thường dao động từ 1~2%, trường hợp này cho thấy nồng độ phốt pho tăng lên 2~4%, đồng nghĩa với khả năng khử phốt pho cũng tăng tương ứng Khi thực hiện tách rắn-lỏng, nước thải với nồng độ phốt pho thấp sẽ nổi trên bề mặt bể.
Trong quá trình quan trắc điều kiện khử các chất hữu cơ, dữ liệu cho thấy ngay cả trong môi trường kỵ khí, nồng độ chất nền trong dung dịch hỗn hợp vẫn giảm đáng kể hàm lượng hữu cơ.
Sự chuyển hóa phốt pho trong bùn hoạt tính do vi sinh vật thực hiện chưa được làm rõ Vi khuẩn tích lũy phốt pho (PAO) tích lũy axit polyphosphoric trong tế bào dưới dạng hạt trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí Khi có mặt các chất hữu cơ như axit acetic trong môi trường kỵ khí, PAO hấp thụ chúng vào tế bào và sử dụng năng lượng từ việc thủy phân axit polyphotphoric, dẫn đến việc axit này được chuyển đổi thành axit orthophotphoric và thải vào dung dịch Do không có cơ chế chuyển hóa, các vi khuẩn khác không thể hấp thụ đủ năng lượng để xử lý chất hữu cơ, tạo điều kiện cho PAO chiếm ưu thế Các chất hữu cơ này sau đó được tích lũy thành chất nền cho PHA trong tế bào PAO Trong môi trường kỵ khí, chất nền này sẽ bị oxy hóa và phân hủy để cung cấp năng lượng cho PAO phát triển, đồng thời một phần năng lượng này được sử dụng để tái sản sinh axit polyphotphoric từ phốt pho trong axit orthophotphoric.
P bị khử tỉ lệ thuận với khả năng sinh sôi của các PAO, trong khi một số PAO có khả năng khử nitơ ngay cả trong điều kiện thiếu oxy.
Quy trình tuần tự a)-d) dẫn đến việc tăng nồng độ phốt pho trong bùn hoạt tính, với nồng độ thường dao động từ 0,02 đến 0,03gP/gMLSS trong các quy trình xử lý cũ, nhưng có thể đạt từ 0,025 đến 0,05gP/gMLSS nhờ khả năng tích lũy axit polyphotphoric của vi khuẩn Phương pháp khử phốt pho sinh học này dựa trên khả năng chuyển hóa phốt pho của vi khuẩn trong bùn hoạt tính Như hình 1.7 minh họa, bể phản ứng sinh học bao gồm một phần kỵ khí và một phần hiếu khí, trong đó phần kỵ khí được duy trì không có oxy và nitơ hòa tan Bùn hoạt tính được tuần hoàn qua các điều kiện này nhiều lần để gia tăng nồng độ phốt pho, sau đó bùn này sẽ được thải ra ngoài, mang theo lượng phốt pho đã được tách khỏi nước thải.
Việc lắp đặt bể kỵ khí không chỉ giúp khử phốt pho mà còn hạn chế sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí dạng sợi, từ đó ngăn chặn hiện tượng trương do loại vi khuẩn này gây ra.
Hình 1 6 Sơ đồ chu trình xử lý Bùn hoạt tính Kỵ khí- hiếu khí (AO)
I.2.3 Xử lý nước thải bằng công nghệ A 2 O ( kỵ khí - thiếu khí - hiếu khí)
Trong hệ thống A2O, bể phản ứng được sắp xếp theo thứ tự: bể kỵ khí, bể thiếu khí (khử nitơ) và bể hiếu khí (nitrat) Quy trình hoạt động bao gồm việc tuần hoàn chất lỏng nitrat từ bể hiếu khí sang bể thiếu khí bằng bơm tuần hoàn, đồng thời chuyển nước thải vào bể kỵ khí cùng với bùn hồi lưu Để đảm bảo hiệu quả xử lý, có thể cần bổ sung chất hữu cơ như metan tùy thuộc vào chất lượng nước thải Ngoài ra, việc bổ sung chất keo tụ cũng cần thiết để khử phốt pho một cách ổn định hơn.
Hệ thống khử phốt pho và nitơ đồng thời sử dụng phương pháp xử lý kết hợp giữa bùn hoạt tính kị khí và hiếu khí, tạo ra quy trình khử hiệu quả.
Bùn hồi lưu Bùn thải
Nhả P và hấp thụ BOD
Hấp thụ P và phân hủy BOD
Bể hiếu khí phốt pho sinh học, với quy trình khử nitơ sinh học - quy trình khử nitơ với việc tuàn hoàn hỗn hợp ni-tơ lỏng
Quy trình khử nitơ sinh học là công nghệ hiệu quả trong việc xử lý nước thải, chuyển hóa nitơ thành khí nitơ thông qua sự kết hợp của vi khuẩn nitơ hóa và vi khuẩn khử nitơ.
Trong bể nitơrát trong điều kiện hiếu khí, các vi khuẩn nitrite (chủ yếu là
Nguô ̀n tiếp nhâ ̣n nước thải của khu CNC HL
Sông Tích là nguồn tiếp nhận nước thải của nhà máy xử lý nước thải tâ ̣p trung khu CNC HL
Sông Tích, còn gọi là sông Tích Giang hay sông Con, là phụ lưu cấp I của sông Đáy thuộc hệ thống sông Hồng, bắt nguồn từ dãy núi Ba Vì với các hồ Suối Hai và Đồng Mô Sông chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, đi qua các huyện Ba Vì, Sơn Tây, Phúc Thọ, Thạch Thất, Quốc Oai, Chương Mỹ và Mỹ Đức, trước khi đổ vào sông Đáy tại xã Phúc Lâm Sông Tích nhận nước từ sông Bùi tại cầu Tân Trương trên quốc lộ 6 Dọc hai bên bờ sông có nhiều địa điểm du lịch văn hóa lịch sử như khu du lịch hồ Suối Hai, làng cổ Đường Lâm, và thành cổ Sơn Tây Sông Tích có chiều dài chính 91 km và tổng chiều dài toàn lưu vực 110 km, với diện tích lưu vực 1330 km², bao gồm các hồ Đồng Mô - Ngải Sơn (1.260 ha), hồ Suối Hai (671 ha) và hồ Xuân Khanh.
Theo báo cáo Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050, Sông Tích hiện đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm môi trường, cụ thể là ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng, với chỉ số BOD5 vượt 1,05 lần và Fe vượt 1,41 lần so với quy chuẩn hiện hành Sông Tích cũng được xác định là một trong những con sông quan trọng trong quy hoạch không gian mặt nước của Thủ đô Hà Nội.
Sông Tích sẽ được cải tạo và mở rộng trong tương lai, giữ nguyên hình thái của các con sông như sông Đáy, sông Tích, sông Nhuệ Ngày 6/10/2010, UBND TP Hà Nội đã phê duyệt dự án “Cụm công trình tiếp nước, cải tạo và khôi phục sông Tích” với tổng mức đầu tư 6.914 tỷ đồng Dự án bao gồm xây dựng cống lấy nước và kênh dẫn tại Lương Phú, lấy nước từ sông Đà với lưu lượng 60m³/giây, nhằm tạo nguồn tiếp nước cho sông Tích Công trình sẽ nạo vét, cải tạo và nâng cấp lòng sông Tích dài 110,5km, cùng với việc cải tạo và xây mới các công trình giao thông, thủy lợi Khi hoàn thành, dự án sẽ cấp nước cho 16.000ha đất nông nghiệp, phục vụ nhu cầu sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, phát triển đô thị, du lịch, dịch vụ, đồng thời đảm bảo tiêu thoát nước và phòng chống lũ cho lưu vực.
Nước thải từ khu CNC HL cần được xử lý theo quy định về bảo vệ môi trường, cụ thể là tuân thủ QCVN 40:2011/BTNMT, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.
NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT VÀ TÍNH TOÁN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CNC HÒA LẠC
Lưu lươ ̣ng, Thành phần và tính chất nước thải trước và sau khi xử lý
III.1.1 Lưu lươ ̣ng nước thải
Theo kết quả tính toán ở trong chương 2, lưu lượng nước thải tính toán cần xử lý là 36.000 m 3 /ngày đêm
III.1.2 Thành phần và tính chất nước thải trước và sau khi xử lý
Nước thải của Khu CNC Hòa Lạc bao gồm nước thải của các khu sau đây thải ra:
Khu nghiên cứu và phát triển
Khu giáo dục đào tạo
Trung tâm thành phố công nghệ cao
Khu dịch vụ tổng hợp
Khu chung cư kết hợp văn phòng
Khu giải trí và thể dục thể thao
Nước thải tại Khu CNC Hòa Lạc có tính chất và thành phần đa dạng Tuy nhiên, nhà máy xử lý nước thải tập trung chỉ tiếp nhận nước thải phù hợp với tiêu chuẩn trong bảng 3.1 Đối với các khu vực đặc thù như khu phần mềm và khu công nghiệp CNC, nơi có tính chất nước thải vượt quá tiêu chuẩn, cần xây dựng nhà máy xử lý sơ bộ trước khi đưa nước thải về nhà máy xử lý tập trung của Khu CNC Hòa Lạc.
Theo bảng 2.8 ở trang 40 trong chương 2, quá trình tính toán cho chất lượng nước thải đầu vào và theo báo cáo nghiên cứu khả thi, các thông số thành phần yêu cầu của nước thải tập trung tại khu CNC Hòa Lạc đã được trình bày trước và sau khi xử lý trong bảng 3.1.
Bảng 3 1 Thành phần của nước thải tập trung khu CNC Hòa Lạc trước và sau khi xử lý
TT Thông số Đơn vị Nước thải tập trung chưa xử lý
Nước thải tập trung sau xử lý (Theo QCVN 40:2011, cột A)
III.2 Đề xuất các phương án và lựa cho ̣n công nghê ̣
III.2.1 Đề xuất các phương án công nghệ
Sau khi tiến hành nghiên cứu toàn diện về công nghệ xử lý nước thải, báo cáo đã đề xuất ba phương án khả thi cho khu CNC Hòa Lạc, đảm bảo hiệu quả và phù hợp với nhu cầu thực tế.
A Phương án 1: Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí -hiếu (AO)
Dây chuyền này sử dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí – hiếu khí (AO) với các công đoạn xử lý như hình 3.1
Hình 3 1 Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sử dụng công nghệ AO
Bùn hoạt tính tuần hoàn
Sân phơi cát Nước thải
Nước thải từ trạm bơm được đưa lên song chắn rác để tách rác ra khỏi nước thải Rác sẽ được tập trung chờ khô và sau đó được đưa đến bãi rác xử lý cùng với bùn ép từ dây chuyền ép bùn Tiếp theo, nước thải sẽ được dẫn đến bể lắng cát.
Tại bể lắng cát, các cặn vô cơ có kích thước và trọng lượng lớn được giữ lại ở đáy, sau đó được chuyển đến sân phơi cát và cuối cùng đưa đến bãi rác để xử lý Nước thải tiếp tục được dẫn đến bể lắng 1.
Tại bể lắng 1, cặn có kích thước lớn sẽ lắng xuống đáy bể và được chuyển đến bể nén bùn, trong khi nước thải sẽ được dẫn sang bể kỵ khí trước khi chuyển tiếp sang bể hiếu khí.
Trước khi vào bể hiếu khí, nước thải được trộn với bùn hoạt tính tuần hoàn từ bể lắng 2 Khí cung cấp cho bể aeroten từ hệ thống cấp khí, kết hợp với bùn tuần hoàn, giúp quá trình phân hủy sinh học hiếu khí diễn ra nhanh chóng trong bể aeroten Sau đó, nước thải tiếp tục được chuyển sang bể lắng 2.
Tại bể lắng 2, cặn hữu cơ chủ yếu là bùn hoạt tính được lắng xuống đáy bể, trong khi nước được thu hồi từ mặt bể và khử trùng bằng clo trước khi xả ra môi trường Một phần bùn hoạt tính sẽ được đưa trở lại bể aeroten để phục vụ quá trình xử lý sinh học, trong khi phần bùn dư sẽ được chuyển sang bể nén bùn.
Tại bể nén bùn, bùn được nén trọng lực và lắng xuống, sau đó chuyển sang bể ổn định để xử lý Nước lắng từ bể sẽ quay lại bể aeroten để tiếp tục xử lý Tại bể ổn định, bùn được xử lý bằng phương pháp hiếu khí với thiết bị cung cấp khí, rồi chuyển sang hệ thống máy ép bùn để làm khô Nước tách ra từ máy ép sẽ được xử lý lại, trong khi bùn ép sẽ được thu gom và đưa đi chôn lấp tại bãi rác.
B Phương án 2: Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sử dụng bể aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ ( SBR)
Dây chuyền này sử dụng phương pháp xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính với các công đoạn xử lý như hình 3.2
Hình 3 2 : Dây chuyền công nghệ sử dụng bể aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR)
Ra bãi rác Nước thải
Trong phương án 2, nước thải được xử lý qua song chắn rác để loại bỏ rác, sau đó dẫn vào bể lắng cát và bể lắng 1 Khác với phương án 1, nước thải sau bể lắng 1 được đưa đến bể điều hòa nhằm đảm bảo sự đồng đều cho các mẻ trong bể SBR Nước thải sau đó được bơm vào bể aeroten hoạt động theo phương pháp gián đoạn, trong đó diễn ra các quá trình xử lý sinh học như thổi khí, lắng bùn và gạn nước trong Các giai đoạn hoạt động bao gồm làm đầy nước thải, thổi khí, lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư Cuối cùng, nước thải được thu gom qua các miệng thu nổi và đưa đến bể khử trùng trước khi thải ra môi trường.
Bùn từ bể lắng đợt 1 và bể SBR được chuyển đến bể nén bùn, nơi bùn được nén bằng trọng lực và lắng xuống đáy bể Sau đó, bùn sẽ được ép khô và tập trung để đưa đi chôn lấp tại bãi rác Nước tách ra từ quá trình ép bùn sẽ được đưa trở lại để xử lý.
C Phương án 3: Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sử dụng phương pháp kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí ( A 2 O)
Dây chuyền này sử dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí – thiếu khí - hiếu khí (A2O) với các công đoạn xử lý như hình 3.3
Hình 3 3: Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sử dụng công nghệ A 2 O
Bùn hoạt tính tuần hoàn
Sân phơi cát Nước thải
Nước thải từ trạm bơm được đưa lên song chắn rác để loại bỏ rác thải Rác sau đó sẽ được thu gom, làm khô và chuyển đến bãi rác xử lý cùng với bùn ép từ dây chuyền ép bùn Tiếp theo, nước thải sẽ được dẫn đến bể lắng cát.
Tại bể lắng cát, các cặn vô cơ có kích thước và trọng lượng lớn được giữ lại ở đáy và sau đó được chuyển đến sân phơi cát, cuối cùng được đưa đến bãi rác để xử lý Nước thải tiếp theo được dẫn đến bể lắng 1.
Tại bể lắng 1, cặn lớn sẽ lắng xuống đáy bể và được chuyển đến bể nén bùn, trong khi nước thải sẽ được dẫn sang bể kỵ khí, tiếp theo là bể thiếu khí và cuối cùng là bể hiếu khí.
Trước khi vào bể kỵ khí, nước thải được trộn với bùn hoạt tính từ bể lắng 2 Khí cung cấp cho bể aeroten được lấy từ hệ thống cấp khí, kết hợp với bùn tuần hoàn, giúp quá trình phân hủy sinh học hiếu khí diễn ra nhanh chóng Sau đó, nước thải sẽ được chuyển tiếp sang bể lắng 2.
Đề xuất phương án sử du ̣ng thiết bi ̣
Các thiết bị máy móc trong dây chuyền công nghệ lựa chọn cần có độ bền cao và chức năng phù hợp để đảm bảo quản lý vận hành lâu dài Việc lắp đặt các thiết bị cơ khí phải được thực hiện sao cho thuận tiện cho công tác bảo dưỡng và tương tác hiệu quả với các thiết bị và đường ống khác.
Toàn bộ trang thiết bị máy móc cho nhà máy XLNT khu CNC Hòa Lạc bao gồm các thành phần sau:
1) Thiết bị gom nước thải
2) Thiết bị xử lý nước thải
III.4.1 Thiết bị gom nước thải
Lưu đồ khu gom nước thải
Nước thải chưa xử lý→cửa dẫn vào→bể lắng cát→giếng thu nước
Lưu lượng nước thải theo thiết kế: Qh= 46,800 m 3 /ngàyvới lưu lượng dòng chảy nước thải tối đa theo giờ (HMWF)
Nước thải chưa qua xử lý dẫn đến nhà máy XLNT thay đổi nên chọn và lắp đặt loại bơm chìm trong giếng thu nước
Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản
Loại bơm đẩy: Bơm chìm
Thông số kỹ thuật : φ300x6.480 m 3 /phút/bơm x10.0 m x 22 kW x 6 bơm
III.4.2 Thiết bị xử lý nước thải
Nước thải chưa xử lý được bơm từ trạm bơm vào bể thu của bể sơ lắng qua ống thu, sau đó được phân bố đều cho từng bể trong khu xử lý thứ cấp.
Lưu đồ xử lý thứ cấp
- Trạm bơm Bể sơ lắng →Bể →Bể thiếu→→Bể → Bể lắng cuối Khử trùng kỵ khí khí hiếu khí ↓
Bùn cặn hoạt tính hồi lưu
Chất rắn lơ lửng tách từ bể sơ lắng cần được đưa qua bể nén bùn, sau đó tách nước bằng thiết bị ép bùn Bùn đã được tách phải được vận chuyển đến khu xử lý bùn Thiết bị của bể sơ lắng cần bao gồm các bộ phận với chức năng phù hợp.
Thiết bị gom bùn đã lắng,
Dụng cụ hớt váng nổi, ống dẫn và hố chứa váng nổi,
Ống dẫn bể nước mưa,
Điều kiện và các thông số thiết kế
Căn cứ vào các điều kiện sau, loại máy hút tối ưu và bơm bùn chưa qua xử lý được chọn gồm:
6 Bể sơ lắng mỗi bể có hình chữ nhật với chiều rộng 9,6 m, chiều dài 13,0 mvà chiều sâu 3,0 m
Công suất bùn tại bể sơ lắng theo thiết kế: 6,156 tấn/ngày
Lượng bùn theo thiết kế: 307,8 m3/ngày
Số giờ vận hành trung bình: 12 giờ
Lựa chọn thiết bị tối ưu
Bể xử lý hình chữ nhật sẽ sử dụng thiết bị gạt bùn kiểu xích nâng cho bể sơ lắng Thiết bị này sẽ được lắp đặt trong mỗi khoang của bể và được điều khiển bởi một mô tơ, cho phép vận hành đồng thời hai thiết bị gạt bùn với chỉ một mô tơ.
Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản
Thiết bi ̣ ga ̣t bùn : loại xích nâng, 2 thiết bi ̣/1 mô tơ
Yêu cầu kỹ thuật : W4,6 m x L8,8 m x 1,5 kWx6 bể
Bơm bùn chưa xử lý: Bơm bùn kiểu không tắc
Yêu cầu kỹ thuật : φ150x0,5 m3/phútx12 mx5,5 kW b) Bể phản ứng ( Kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí)
Bể phản ứng bao gồm 3 ngăn theo Quy trình A2O đó là “Ngăn kỵ khí”, “Ngăn thiếu khí” và “Ngăn hiếu khí”
Tên Ngăn Thời gian lưu tại bể -
Ngăn kỵ khí 1,5 giờ Ngăn thiếu khí 8,5 giờ
Quy trình xử lý A2O được áp dụng tại nhà máy xử lý nước thải này yêu cầu lắp đặt máy khuấy trộn riêng cho từng bể kỵ khí, bể thiếu khí và máy thổi khí cho bể hiếu khí.
Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản
Máy trộn: Máy khuấy chìm cho bể kỵ khí : 2,2kWx6 máy
: Máy khuấy chìm cho bể thiếu khí : 2,2kWx24 máy
Máy thổi khí : Thiết bị thổi khí chìm cho bể hiếu khí : 3,7kWx30 máy
Bơm tuần hoàn chìm : φ300mm x 6,25 m 3 /phút/bể x 6 bơm
Hoạt động của quy trình xử lý A2O
Phương pháp quản lý và vận hành quy trình xử lý A2O cần xem xét các yếu tố hoạt động tự thoát khí và tự khử ni tơ Các chỉ số hoạt động có thể so sánh với dữ liệu trước đó, bao gồm cường độ của chất rắn lơ lửng dạng lỏng hỗn tạp (MLSS) và chất tải của chất rắn lơ lửng có nhu cầu ôxy hóa sinh học (BOD-SS) Những chỉ số này sẽ được chấp nhận và quyết định cho bể phản ứng trong quy trình thiết kế.
chất tải BOD-SS : 0,10 kgBOD/kgMLSS/ngày
Hệ số dòng chảy lưu thông : 1,50
Tổng thời gian giữ nước : 22,0 giờ
Lưu chuyển bùn hoạt tính:
Quy trình A2O là phương pháp hiệu quả để loại bỏ nitơ, thông qua việc chuyển bùn hoạt tính từ đáy bể hiếu khí sang bể kỵ khí và bể thiếu khí, đảm bảo tuân thủ các tính toán đã được thiết lập cho quy trình này.
Hệ số chuyển bùn hoạt tính cần được xác định dựa trên tỷ lệ loại bỏ nitơ yêu cầu, với giả định từ 100% đến 150% tùy thuộc vào hàm lượng chất rắn lơ lửng hỗn tạp (MLSS) Bên cạnh đó, việc lựa chọn thiết bị cho bể lắng cuối cũng rất quan trọng trong quy trình xử lý nước thải.
Bể lắng cuối có vai trò quan trọng trong việc lắng bùn từ bể phản ứng và tách nước đã được xử lý Kết quả của quá trình xử lý cuối cùng được thiết kế để đảm bảo hiệu quả tối ưu.
Thiết bị yêu cầu cho bể lắng cuối gồm:
Thiết bi ̣ ga ̣t bùn về đáy bể
Bơm bùn cặn thu hồi và bơm bùn dư
Thiết bị hớt xỉ nổi, ống dẫn và hố thu
Ống thoát của bể nước mưa
Dựa trên các tiêu chí cụ thể, việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị thu bùn tối ưu, bơm bùn cặn thu hồi và bơm bùn dư cho bể lắng cuối là rất quan trọng.
Thiết bi ̣ ga ̣t bùn về đáy bể
Loại bể hình chữ nhật: Rộng 4,6 m, dài 37,8 m và sâu3,0 m
Bơn bùn cặn thu hồi
Lưu lượng bùn thiết kế: 308 m 3/ ngày
Lưu lượng chất rắn thiết kế: 6,156 tấn Bùn khô/ngày
Lưu lượng bùn thiết kế: 693 m 3 /ngày
Lưu lượng chất rắn thiết kế: 6,467 tấn bùn khô/ngày
Lựa chọn loại thiết bị tối ưu
Bể lắng cuối được thiết kế tương tự như bể sơ lắng để đáp ứng các điều kiện đã nêu Số lượng và công suất máy bơm được xác định dựa trên yêu cầu vận hành và bảo trì của quy trình A2O Đề xuất sử dụng bơm cánh quạt ép ly tâm với đường kính φ150 mm cho việc thu hồi bùn cặn, trong khi bơm không tắc với đường kính 200 mm được đề xuất để bơm bùn dư.
Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản
Thiết bị thu bùn :Máy thu bùn kiểu xích nângYêu cầu kỹ thuật
Bơm bùn cặn thu hồi
Loại : Bơm cánh quạt ép ly tâm
Yêu cầu kỹ thuật : φ150mm x 2,08m 3 /min x H14,0m x 11,0kW x 12 bơm
Yêu cầu kỹ thuật : φ200mm x 0,6m 3 /min x H8,0m x 7,5kWx2 bơm d) Thiết bị khử trùng
Yêu cầu thiết bị bao gồm:
Thiết bị đi ̣nh lượng chất khử trùng
Thiết bị chứa chất khử trùng có tường vây,
Ống cấp nước đã xử lý và
Các thiết bị định lượng khác
Hóa chất khử trùng: NaClO (Sodium Hypochlorite)
Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản
Bơm đi ̣nh lượng NaClO (Sodium Hypochlorite): Đường kính lỗ phun φ25mm cho cả đầu hút và đầu xả
Bể chứa NaClO (Sodium Hypochlorite): Dung tích chứa: 0,60 m 3 /bể
III.4.3 Thiết bị ép bùn
Thiết bị này giúp giảm khối lượng bùn bằng cách giảm lượng nước trong quá trình cô đặc, từ đó làm cho việc vận chuyển bùn để tái chế trở nên dễ dàng hơn.
Lựa chọn thiết bị tối ưu
Hàm lượng nước trong bùn cô đặc thường đạt 96-98% Sau khi tách nước, lượng nước còn lại trong bùn giảm xuống còn 78-80%, và thể tích bùn có thể giảm còn khoảng 1/7 đến 1/8 so với thể tích ban đầu Hai phương pháp chính để khử nước trong bùn là lọc và ly tâm.
Lựa chọn thiết bị ép bùn và Yêu cầu kỹ thuật
Theo đánh giá quy trình lựa chọn ép bùn, thiết bị ép bùn loại ép ma sát được ưu tiên nhờ vào các đặc tính nổi bật của nó.
Bùn cặn sẽ được đẩy vào sàng lọc loại hình trụ và giếng cần trục vít hình chóp
Phụ gia kết tụ phù hợp nhất
Phụ gia kết tụ hữu cơ sẽ được bơm vào thiết bị ép bùn
Khử nước hiệu quả phụ thuộc vào đặc tính của bùn cặn và điều kiện vận hành, bao gồm tốc độ quay và tỷ lệ bơm phun hóa chất khử Chỉ số thực hiện sẽ được đánh giá dựa trên hàm lượng nước, tỷ lệ phun hóa chất khử và số vòng quay hồi quy mỗi phút.
Vận hành và bảo dưỡng
Mô ̣t số bản vẽ dây chuyền công nghê ̣ lựa cho ̣n ( phương án 3)
Sludge Thickener Sludge Storage Tank
Hình 3 4: Sơ đồ cao trình nước NMXLNT
Nước thải vào Bù n tuần hoàn
Bể phản ứ ng ( Ngăn kỵ khí + Thiiếu khí + Thổi khí)
Bùn từ bể lắng 1
Nướ c thải ra Bể Lắng cát
Bể nén bùn Bể chứ a bùn
Hình 3 6: Mặt bằng khu vực xử lý nước thải
Hình 3 8: Sơ đồ dòng chảy của nhà máy – trang thiết bị xử lý nước thải
Hình 3 9: Sơ đồ dòng chảy của nhà máy – trang thiết bị xử lý nước thải
Hình 3 10: Sơ đồ dòng chảy của bùn trong nhà máy – trang thiết bị xử lý bùn