Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Mô phỏng nồng độ chất ô nhiễm các công đoạn xử lý nước thải trạm xử lý nước thải KCN Hòa Cầm - Đề xuất, cải tiến vận hành để nồng độ đầu ra đạt QCVN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ THANH TÂM MÔ PHỎNG NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM CÁC CÔNG ĐOẠN XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI KCN HÒA CẦM ĐỀ XUẤT, CẢI TIẾN VẬN HÀNH ĐỂ NỒNG ĐỘ ĐẦU RA ĐẠT QCVN Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật mơi trường : 60.52.03.20 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Đà Nẵng - Năm 2017 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ĐÌNH HUẤN Phản biện 1: TS Phan Như Thúc Phản biện 2: PGS.TS Trần Cát Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học họp Đại học Bách khoa vào ngày 29 tháng 12 năm 2016 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách Khoa  Thư viện Khoa Môi trường, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Xử lý nước thải trình làm giảm chất nước đảm bảo tiêu chuẩn, quy chuẩn quan quản lý trước thải vào nguồn tiếp nhận Nước thải thường tập trung trạm xử lý nước thải (TXLNT) để xử lý đạt chuẩn trước thải ngồi mơi trường chất lượng nước đầu trạm xử lý ảnh hưởng nhiều đến chất lượng nguồn nước tiếp nhận Hiện nay, việc thiết kế vận hành TXLNT thường thực theo quy trình có sẵn dựa kinh nghiệm thực tế nên gặp nhiều vấn đề bất cập, cụ thể chất lượng nước không đạt yêu cầu vận hành không tốt dẫn đến tiêu hao nhiều lượng hiệu xử lý thấp.Việc hình thành phát triển mạnh mẽ khu công nghiệp địa bàn dẫn đến nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường vấn đề cần quan tâm, vấn đề chất thải nguy hại (CTNH) phát sinh khu công nghiệp vấn đề quan trọng tính chất nguy hại ảnh hưởng lâu dài chúng tới môi trường người Theo cách truyền thống, để xác định nồng độ chất ô nhiễm đầu vào đầu trạm xử lý nước thải thường phải lấy mẫu, đo đạc phân tích phịng thí nghiệm Cách làm tốn nhiều chi phí, thời gian cơng sức Khi có số liệu từ việc đo đạc thí nghiệm dịng vào dịng ra, việc sử dụng phần mềm để mơ diễn biến chất ô nhiễm nước thải theo công đoạn trạm xử lý cần thiết, sở mơ nồng độ ô nhiễm theo nhiều kịch khác Khi mơ q trình xử lý theo điều kiện thực tế việc tối ưu hóa vận hành dễ dàng thực phần mềm chuyên dụng để đưa chế vận hành cho phù hợp nhằm đem lại hiệu kinh tế cao đảm bảo tiêu chuẩn môi trường Mục tiêu nghiên cứu * Mục tiêu tổng quát Mô nồng độ chất ô nhiễm đầu vào công đoạn xử lý nước thải tìm phương án vận hành tối ưu cho cơng trình TXLNT Ứng dụng thí điểm TXLNT Khu cơng nghiệp (KCN) Hịa Cầm, Thành phố Đà Nẵng * Mục tiêu cụ thể - Phân tích, đánh giá trạng TXLNT KCN Hòa Cầm; - Đo đạc thông số ô nhiễm gồm COD, BOD5, Nitơ tổng, Phốtpho tổng qua cơng trình TXLNT KCN Hịa Cầm; - Chạy phần mềm mô nồng độ chất đầu vào TXLNT; - Tối ưu hóa số thơng số vận hành TXLNT KCN Hịa Cầm Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu TXLNT KCN Hịa Cầm, cụ thể: Cơng nghệ xử lý, tính chất lưu lượng nước thải, thông số vận hành TXLNT * Phạm vi nghiên cứu - Địa điểm nghiên cứu: khn viên TXLNT KCN Hịa Cầm Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp quan sát - Phương pháp phân tích tổng hợp - Phương pháp mơ hình hóa - Phương pháp đo đạc Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * Ý nghĩa khoa học - Kết mô nồng độ chất ô nhiễm biến đổi liên tục theo thời gian TXLNT KCN Hòa Cầm nhằm xác định hiệu xử lý cơng trình hệ thống xử lý đưa điều chỉnh vận hành nhằm tối ưu hóa hiệu xử lý chi phí xử lý - Cung cấp tài liệu tham khảo phương pháp mô trạm xử lý cách điều chỉnh thông số vận hành nhằm tiết giảm chi phí vận hành hệ thống cho TXLNT, nâng cao hiệu sử dụng lượng ý thức bảo vệ môi trường cho doanh nghiệp * Ý nghĩa thực tiễn - Nâng cao hiệu xử lý nước thải TXLNT KCN Hòa Cầm nhằm đạt tiêu chuẩn nguồn tiếp nhận; - Chỉ vấn đề bất cập TXLNT KCN Hòa Cầm, nguyên nhân đâu để từ có giải pháp xử lý hợp lý; - Q trình mơ áp dụng kịch xử lý phù hợp cho TXLNT KCN Hòa Cầm Bố cục đề tài Chƣơng - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nƣớc thải công nghiệp 1.1.1 Tính chất nước thải cơng nghiệp 1.1.2 Một số cố ô nhiễm môi trường nước thải công nghiệp 1.1.3 Công nghệ xử lý nước thải khu công nghiệp 1.2 Tổng quan Khu công nghiệp Hòa Cầm 1.2.1 Giới thiệu chung KCN Hòa Cầm 1.2.2 Tổng quan TXLNT KCN Hòa Cầm TXLNT KCN Hịa Cầm Cơng ty TNHH Khoa học Cơng nghệ Môi trường Quốc Việt xây dựng bắt đầu hoạt động vào năm 2012 với công suất thiết kế 2.000m3/ngày.đêm nhằm giảm thiểu ô nhiễm nước thải từ nhà máy, công ty đầu tư vào KCN TXLNT KCN Hịa Cầm hoạt động dựa hai q trình phân hủy kị khí nhờ hồ kị khí phân hủy hiếu khí bùn hoạt tính bể hiếu khí Ngồi ra, TXLNT cịn sử dụng bể lắng, hồ sinh học nhằm giảm lượng chất rắn lơ lửng ổn định nước thải trước xả nguồn tiếp nhận Hiện trạng cơng trình xử lý nước thải TXLNT KCN Hòa Cầm thể bảng 1.2 Bảng 1.2 Hiện trạng công trình xử lý nước thải TXLNT KCN Hịa Cầm Cơng trình Hiện trạng - Nước thải cịn chất thải rắn có kích thước lớn Hố ga tiếp nhận làm nghẹt đường cống thu gom làm nước thải chảy tràn môi trường - Máy bơm hay bị tắc nghẽn rác Máy bơm - Nguồn điện bị gián đoạn hệ thống xử lý Công trình Bể điều hồ Bể kị khí Bể sục hóa chất cấp bể lắng Bể Hiếu khí Bể lắng Hiện trạng bị cúp điện gây ảnh hưởng đến hoạt động bơm - Vào ngày thay đổi thời tiết lượng khí phát sinh nhiều gây mùi hôi thối - Các bơm lắp cố định bể thường hay bị cố Trạm ln có bơm dự phòng để thay cần - Tại bể thường phát sinh khí lớn nên có nguy cháy nổ cao - Thường bổ sung Fe(OH)3 (hoặc FeCl3) hàm lượng không hợp lý làm ảnh hưởng vai trò vi sinh vật nên hàm lượng nitơ đầu không đạt yêu cầu -Thỉnh thoảng phát sinh mùi -Cặn lắng làm tải lượng bể hiếu khí tăng lên - Sinh khối nên vai trò vi sinh vật bể không đáng kể, bùn dạng mịn, màu vàng - Có tượng bùn lên bề mặt, chất lơ lửng không kết lắng Hồ sinh học - Có tượng tái nhiễm, tảo phát triển nhiều đối chứng 1.3 Vấn đề mô tối ƣu hóa trạm xử lý nƣớc thải 1.3.1 Mơ trạm xử lý nước thải 1.3.2 Tổng quan lý thuyết tối ưu hóa 1.3.3 Phần mềm mơ tối ưu hóa gProms Đây chương trình ứng dụng chủ yếu vào q trình mơ tối ưu hóa q trình sản xuất vận hành hệ thống máy móc Phần mềm gProms giải tất trình thực tiễn mơ tốn học Hình 1.1 Ngun lý mơ gProms Hình 1.2 Kết mơ gProms Ưu điểm: khả đọc trực tiếp file liệu đầu vào mà khơng cần tốn học hóa liệu Bên cạnh đó, lập trình để gProms mơ để tìm tham số cho phương trình để cơng thức hóa liệu đầu vào, điều dễ sử dụng muốn thay đổi thời gian thực mà không phụ thuộc vào kết đo đạc hạn chế Nó hỗ trợ cho phần mềm khác bị hạn chế việc đọc liệu đầu vào Giao diện gProms thể hình 1.3 Bao gồm biến (Variable types), mơ hình (Models), Các q trình (Processes), Các mô liệu đo đạc (Experiments) thơng số tối ưu hóa (Parameter Estimations) Hình 1.3 Giao diện phần mềm gProms Hình 1.4 Cập nhật liệu đo đạc để mô Chƣơng 2- ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG & PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Trạm XLNT tập trung khu cơng nghiệp Hịa Cầm đưa vào sử dụng nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước thải từ KCN Được thiết kế với công suất 2000 m3/ngđ Công nghệ xử lý nước thải áp dụng TXLNT KCN Hịa Cầm trình bày hình sau: Nước thải Bể điều hịa Bể kị khí Khí nén Bể hiếu khí Bùn hoạt tính tuần hồn Bể lắng ly tâm Bùn hoạt tính dư Hồ sinh học Khí nén Bể cấp khí lại Sân phơi bùn Hồ sinh học Hồ đối chứng Chôn lấp Nguồn tiếp nhận Hình 2.2 Cơng nghệ xử lý nước thải TXLNT KCN Hòa Cầm 10 Chƣơng -KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hiện trạng TXLNT KCN Hòa Cầm 3.1.1 Hiện trạng thu gom nước thải KCN 3.1.2 Hiện trạng TXLNT KCN Hòa Cầm Bảng 3.1 Hạng mục chức cơng trình TXLNT Hịa Cầm Tên TT Kích thước Chức cơng trình Thu gom nước từ hệ thống nước Hố thu L×B×H=2×2×2 (m) KCN đưa nước gom vào cơng trình xử lý Điều hòa lưu lượng, pH nồng độ chất Bể điều nhiễm nước L×B×H=13,6×7×4,5 (m) hịa thải tránh tình trạng q tải cho cơng trình xử lý Giảm nồng độ CHC L×B×H=40×27×5 (m) nhờ vào hoạt động Bể kị khí VSV kị khí Giảm nồng độ CHC cịn lại sau hồ kị khí Bể hiếu L×B×H=26×14,7×4,5 nhờ vào hoạt động khí (m) VSV hiếu khí (bùn hoạt tính) Lắng chất lơ lửng Bể lắng D×H=26×5 (m) hồi lưu bùn tuần hồn bể hiếu khí Xử lý hợp chất 11 TT Tên cơng trình Hồ sinh học Kích thước Chức L×B×H=50×36×4,5 (m) Nitơ, phốt nước thải nhờ vào hệ vi sinh vật hồ Sử dụng bơm đảo nước thải nhằm cung cấp thêm O2 hòa tan vào nước thải nên hồ sâu đến 4,5m thời gian lưu nước từ 1-3 ngày Cấu tạo giống bể hiếu khí khơng sử dụng bùn hoạt tính Mục đích cấp khí nhằm tăng nồng độ oxy hịa tan nước thải cung cấp cho VSV nitrat hóa hồ sinh học hồ đối chứng Xử lý hợp chất Nitơ, phốt nước thải nhờ vào hệ vi sinh vật hồ Sử dụng bơm đảo Bể cấp khí cưỡng L×B×H=10,2×6,2×3,5 (m) Hồ sinh học L×B×H=40×26,5×4,5 (m) 12 TT Tên cơng trình Kích thước Hồ đối chứng L×B×H=40×27×4,5(m) 10 Hố khử trùng L×B×H=2×2×1(m) 11 Sân phơi bùn L×B×H=21×5,5×0,5(m) Chức nước thải với mục đích tương tự hồ sinh học Ổn định giám sát nước thải trước thải ngồi mơi trường Sử dụng bơm đảo nước thải với mục đích tương tự hồ sinh học Châm Javel nhằm xử lý vi khuẩn nước thải trước xả nguồn tiếp nhận Nước thải sau xử lý đảm bảo đạt cột A QCVN 40:2011/BTNMT Tiếp nhận bùn thải từ bể lắng Ghi L: Chiều dài (m) B: Chiều rộng (m) H: Chiều cao (m) D: Đường kính (m) Hiện TXLNT hoạt động khoảng 1/3 cơng suất (khoảng 400 ÷ 600 m3/ngđ) nên thời gian lưu nước bể hệ thống lớn thiết kế lý thuyết, điều dẫn đến hiệu xử lý 13 cơng trình khơng cao, lãng phí lượng sử dụng, lúc gây nên bất cập khác trình xử lý nước thải 3.2 Kết quan trắc, phân tích đánh giá Tiến hành lấy mẫu quan trắc vị trí (1) Nước thải vào, (2) nước thải sau bể kị khí, (3) nước thải sau bể hiếu khí, (4) nước thải sau hồ sinh học 1, (5) nước thải sau xử lý TXLNT KCN Hòa Cầm Trung tân Công nghệ môi trường Đà Nẵng phối hợp thực đồng thời tham khảo số liệu [11] nhằm đánh giá xác phản ánh trạng hiệu xử lý nước thải TXLNT KCN Hòa Cầm thời điểm thực luận văn Kết chất lượng nước thải trình bày biểu đồ hình 3.4 đến 3.7 Qua biểu đồ cho thấy sai số nồng độ chất nhiễm vị trí lớn, điều giải thời điểm quan trắc khác nhau, độ tin cậy thiết bị đo người phân tích Hình 3.4 Biểu đồ so sánh số liệu COD vị trí quan trắc với quy chuẩn 40:2011/BTNMT cột A Hình 3.5 Biểu đồ so sánh số liệu BOD5 vị trí quan trắc với QCVN 40:2011/BTNMT cột A 14 Hình 3.6 Biểu đồ so sánh số liệu Nitơ tổng vị trí quan trắc với quy chuẩn 40:2011/BTNMT cột A Hình 3.7 Biểu đồ so sánh số liệu Phốtpho tổng vị trí quan trắc với quy chuẩn 40:2011/BTNMT cột A 3.3 Kết mơ cơng trình xử lý 3.3.1 Thông số đầu vào trạm xử lý nước thải KCN Hòa Cầm 3.3.2 Nồng độ chất đầu bể Hiếu khí theo thiết kế 3.3.3 Nồng độ chất đầu bể lắng theo thiết kế 3.3.4 Mô nước thải đầu bể lắng vận hành thực tế 3.4 Đề xuất phƣơng án vận hành tối ƣu 3.4.1 Đề xuất theo phương án so sánh lý thuyết TXLNT 15 Nước thải vào TSS = 115 mg/l BOD5 = 56 mg/l BOD5 < 22,4 mg/l (η =60%) TSS < 34,5 mg/l (η =70%) Điều hịa Hiếu khí Bể lắng Hồ sinh học Hố khử trùng TSS ≤ 50 mg/l BOD5 ≤ 30 mg/l Xả thải Hình 3.29 Sơ đồ dây chuyền công nghệ TXLNT đề xuất  Ứng với dây chuyền xử lý đề xuất nhằm nâng cao hiệu suất xử lý cơng trình đề xuất phương án sau: + Giai đoạn Công suất hoạt động TXLNT đáp ứng nhu cầu đến 1000 m3/ngàyđêm Phương án 1: Thay đổi kích thước cơng trình phù hợp với giai đoạn Tính tốn kích thước cơng trình theo thời gian lưu lý thuyết Kích thước hữu dụng cơng trình thể bảng 16 Bảng 3.8 Kích thước cơng trình theo thời gian lưu lý thuyết với cơng suất