Bài viết giới thiệu về các nghiên cứu, ứng dụng của bể lọc vật liệu lọc nổi tự rửa với nước thải sinh hoạt sau xử lý sinh học bậc 2 và đề xuất một số giải pháp xử lý triệt để nước thải sinh hoạt tại Việt Nam hiện nay.
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỂ LỌC VẬT LIỆU LỌC NỔI TỰ RỬA GIẢI PHÁP TRONG XỬ LÝ TRIỆT ĐỂ NƯỚC THẢI SINH HOẠT HIỆN NAY Ở VIỆT NAM Ths Phạm Văn Dương* Tóm tắt: Các bể lọc vật liệu ứng dụng xử lý nước thải sinh hoạt giới từ năm 1961, Việt Nam bắt đầu có ứng dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt bước đầu thành công Việc ứng dụng bể lọc vật liệu xử lý triệt để nước thải sinh hoạt mang lại số ưu trước bể lọc cát truyền thống như: Quy trình rửa lọc đơn giản hơn, khơng cần trang bị bơm rửa lọc; tiết kiệm lượng nước; tổn thất qua lớp vật liệu lọc Quá trình xử lý sơ cấp thứ cấp loại bỏ nhỏ; cấu tạo bể đơn giản; giảm giá thành đầu tư xây dựng Bài báo phần lớn chất hữu (BOD) chất rắn giới thiệu nghiên cứu, ứng dụng bể lọc vật liệu lọc tự lơ lửng (SS) nước thải Tuy nhiên, rửa với nước thải sinh hoạt sau xử lý sinh học bậc đề xuất trường hợp mức độ xử lý số giải pháp xử lý triệt để nước thải sinh hoạt Việt Nam không đủ để đảm bảo xả nguồn tiếp Từ khóa: Bể lọc, vật liệu lọc nổi, tự rửa, xử lý triệt để, xử lý bậc nhận dùng cho tái sử dụng cho mục Abstract: The floating material filter tanks, which have been đích dịch vụ thị, cơng nghiệp nơng applied in domestic sewage treatment worldwide since 1961, have nghiệp Vì vậy, cơng đoạn xử lý bổ sung been applied succesfully in Vietnam in domestic sewage treatment thêm vào nhà máy xử lý nước initially The application of the floating material filter tanks in thải để loại bỏ chất rắn, chất hữu cơ, chất complete domestic sewage treatment has some advantages over dinh dưỡng chất độc hại [5] Xử lý triệt để the traditional sand filter tankers such as: simpler cleaning process, nước thải định nghĩa cơng đoạn no need to equip cleaning pump, water and energy saving, little xử lý bổ sung cần thiết để loại bỏ chất lơ losses through filter material, simple tank structure, lower cost of lửng hòa tan nước thải building filter tanks The article introduces researches, applications nồng độ giới hạn sau công đoạn xử lý bậc of self-cleaning floating material filter tankers to domestic sewage Hiện nay, xử lý nước thải triệt để phân after biologically treated level and proposes some solutions to thành loại sau: (i) xử lý bậc 3; (ii) xử completely treat the domestic sewage in Vietnam today lý hóa học – học (iii) xử lý kết hợp sinh Keywords: Filter tank, floating filter materials, self-cleaning, completely treat, level Nhận ngày 01/12/2017, chỉnh sửa ngày 08/12/2017, chấp nhận đăng ngày 20/12/2017 học – học [5] Một cách khác để phân loại xử lý triệt để dựa vào mục tiêu xử lý (i) bổ sung chất hữu loại bỏ chất rắn lơ lửng; (ii) loại bỏ chất dinh dưỡng (N, P); (iii) loại bỏ chất độc hại; (iv) làm giàu oxy (v) khử trùng * Khoa Kỹ thuật hạ tầng Mơi trường Đơ thị, Phó GĐ Trung tâm CNHTKT& MTĐT, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Số 57-58.2018 XÂY DỰNG & ĐÔ THỊ 95 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG Trên giới, bể lọc vật liệu lọc dạng hạt sử dụng 05 năm 1990 “Bể lọc cơng trình xử lý chất lượng để xử lý triệt để nước thải đa dạng cấu tạo, kết nước uống” tác giả Phạm Ngọc Thái Năm 1998, cấu nguyên lý hoạt động Từ bể lọc nhanh truyền tác giả Nguyễn Văn Tín đề cập sử dụng bể lọc vật liệu thống đến bể có cấu tạo đặc biệt khác, phổ (khơng tự rửa) cho dây chuyền khử sắt nước ngầm biến loại bể: (i) Bể lọc trọng lực với vật liệu công suất nhỏ Luận án Tiến sỹ “Nghiên cứu sử dụng lọc cát than; (ii) Bể lọc vừa làm việc vừa rửa lọc liên bể lọc vật liệu dây chuyền cụng nghệ khử sắt nước tục với dòng nước từ lên, vật liệu lọc cát – Bể lọc ngầm phương pháp làm thoáng cho trạm công Dinasand; (iii) Bể lọc với vật liệu lọc suất nhỏ ” Năm 2001 “Nghiên cứu quy trình rửa bể lọc vật [5] Bể lọc vật liệu lọc có loại khơng tự rửa loại tự rửa liệu thơng số tính tốn thiết kế hệ thống rửa bể lọc Bể lọc tự rửa có cấu tạo đơn giản, q trình rửa lọc hồn vật liệu nổi” PGS.TS Nguyễn Văn Tín thực toàn tự động dựa chế tự động không van, không khuôn khổ đề tài NCKH cấp [3] khóa, khơng phận chuyển động, khơng bị ăn Năm 2009, nghiên cứu bể lọc vật liệu lọc tự mòn phù hợp với trạm xử lý nước thải vừa nhỏ rửa PGS.TS Trần Thanh Sơn với đề tài cấp nhà nước Mặc dù có nhiều ưu điểm Việt Nam bể lọc vật liệu “Nghiên cứu công nghệ bể lọc vật liệu lọc tự rửa” mã lọc tự rửa chưa nghiên cứu cụ thể với loại số ĐTĐL.2009/T2 độc lập đặt sở cho việc tính tốn nước thải nói chung với nước thải sinh hoạt nói riêng thiết kế bể lọc vật liệu lọc tự rửa dây chuyền xử CÁC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VỀ BỂ LỌC VẬT LIỆU LỌC NỔI TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM lý nước mặt nước ngầm Kết nghiên cứu đề tài cho phép phát triển công nghệ khử sắt tiếp xúc lớp Các nghiên cứu bể lọc vật liệu lọc tự rửa vật liệu polystyrene Hiện tại, có 30 cụm thiết bị xử Tổng quan tài liệu nghiên cứu cho thấy bể lý nước đưa vào vận hành khu vực Hà Nội, lọc phát triển Nga, Ucraina xử lý nước nước Hưng Yên Thái Nguyên [2] thải từ năm 1961 [3] Đầu tiên, vật liệu nhựa polystyrene Năm 2016 Luận án Tiến sỹ Nguyễn Thanh Phong sử dụng làm vật liệu lọc cho trình lọc nhanh Trường Đại học Xây dựng Hà Nội với đề tài “Nghiên cứu Những bể lọc với vật liệu lọc polystyrene ký trình tự rửa bể lọc vật liệu lọc dùng cho trạm cấp hiệu FPZ Sau bể lọc sử dụng vật nước quy mô nhỏ ” nghiên cứu đề cập đến xi phơng, khóa lọc khác polyurethane nghiền, polypylene bọt, thủy lực khởi động xi phông bể lọc vật liệu lọc tự nylon, fluoropolymer, polyethylene Vào thập [2] rửa thủy lực [1] niên 70 80 kỷ 20, bể lọc phát triển Nghiên cứu H H Ngo and S Vigneswaran (năm Trung Quốc, cộng hòa Séc, Nhật Bản nước châu 2007) [6] trình xử lý nước thải giai đoạn xử Âu khác [6] Vào cuối thập niên 80, nghiên cứu lý bậc bể lọc vật liệu lọc Mơ hình bể lọc sử ứng dụng lọc sử dụng Việt dụng vật liệu polystyrene với đường kính trung bình Nam Hầu hết việc áp dụng FPZ lĩnh vực cấp De = 3,8 mm; tỷ trọng 0,87 g/cm3 độ rỗng 36% Bể nước Đối với trình xử lý triệt để nước thải sinh hoạt, lọc vật liệu lọc tự rửa có chiều dày vật liệu lọc 20cm lọc FPZ sử dụng q trình xử lý bậc nhằm Hóa chất keo tụ sử dụng phèn liều lượng (40-50 đạt quy chuẩn quốc gia chất lượng nước thải mg/l) Thí nghiệm với vận tốc lọc 2,5 m/h 5,4 m/h Với [9] Kế thừa nghiên cứu Nga Tiệp Khắc, thời gian lọc 4h cho kết cho hiệu suất xử lý SS 59% Việt Nam cơng trình nghiên cứu bể lọc vật liệu (v=2,5 m/h), 35% (v=5,4 m/h); đặc biệt hiệu suất xử lý (không tự rửa) nhà khoa học Việt Nam thực PO43 - 74% (v=2,5 m/h), 61% (v=5,4 m/h) Nghiên cứu sớm Điển hình Luận án Phó Tiến sỹ bể lọc sử dụng xử lý nước thải Phạm Ngọc Thái Trường Đại học Bách Khoa BRNO bậc giúp giảm tải ô nhiễm cho bể lọc than hoạt tính Tiệp Khắc năm 1986 với đề tài “Sử dụng bể lọc vật liệu sau bể lọc cấp thoát nước cho đối tượng nhỏ quân đội” Một nghiên cứu khác nhà khoa học Nhật Bản Đề tài nhánh thuộc chương trình cấp nhà nước 66A-02- Trung Quốc Weimin Xie, Qunhui Wang, Guanling Song, 96 HỌC VIỆN CÁN BỘ QUẢN LÝ XÂY DỰNG VÀ ĐÔ THỊ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG Masao Kondo, Masafumi Teraoka, Yukihide Ohsumi, Một trạm xử lý triệt để nước thải Hiroaki I Ogawa (năm 2003) Quá trình thực nghiệm để xử lý nước thải sinh hoạt từ cụm xử lý sinh học với nước thải giai đoạn xử lý bậc Mơ hình bể lọc sử cải tạo trạm xử lý nước thải thành phố Rovno, dụng vật liệu polystyrene với đường kính trung bình Ukraina Đặc thù loại bể lọc chúng trang De = 4mm Chiều sâu lớp vật liệu lọc 1,4m Kết bị hệ thống tự rửa thủy lực – hệ thống xi phơng có đường nghiên cứu đạt khả loại bỏ BOD kính 800mm hệ thống thu gom nước – hệ thống 10 mg/l tỷ lệ nitrat hóa 86% với tải lượng BOD xi phơng đường kính 600mm (dạng bể lọc hình 2c) Sự 0,7 kg/m ngày tổng nitơ 0,16 kg /m ngày Nhưng bố trí tương hỗ lẫn hệ thống xi phông tần suất rửa ngược mơ hình q nhiều 28-36 chế độ cơng nghệ cơng trình liên kết lần ngày thông số công nghệ công tác bể lọc [7] 3 Các ứng dụng bể lọc vật liệu lọc Bảng Kết công tác bể lọc vật liệu lọc * Trên giới nhà máy Rovno, Ukraina (vận tốc lọc trung bình – m/h ) [8] Số Các trạm xử lý phát triển nhà khoa học Nga để xử lý triệt để nước thải bể lọc vật liệu COD, BOD, NH4+, mg O2/l Vào Ra mg/l Vào Ra bể lọc Vào Ra mg O2/l Vào Ra 1,5 52,3 24,1 - - - - 13 1,9 48 21 11,5 4,5 - - 5,5 2,5 32 16 - - 0,24 0,07 12,5 1,9 36 16 - - - - 17 2,1 42 20 14,2 5,2 1,7 0,33 10 45,2 29 8,7 3,6 0,14 - 16 40,2 24,1 12,2 5,8 - - lượng Hình Bể lọc vật liệu lọc FPZ -3,4 – 150 Nga [8] SS, mgl/l lọc làm việc ổn định thành công thời Một trạm xử lý triệt để bể lọc vật liệu lọc gian dài cho trạm xử lý nước thải công suất từ 2.000 dạng FPZ- bể (có dạng hình 2c) hệ thống – 100.000 m /ngđ Các ưu điểm bể lọc vật liệu lọc thu gom nước sau lọc nằm lớp vật liệu lọc Công độ ổn định thông số công nghệ vận hành, suất nhà máy12.000 m3 /ngđ xây dựng theo thiết kế hiệu xử lý đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn, đầu tư Viện nghiên cứu máy thủy lực nông nghiệp Kishnev thấp khơng cao, chi phí vận hành tu bảo (Nga) Trong trạm xử lý nước thải sinh học nhà dưỡng thấp [8] máy “Máy nơng nghiệp Rivnhe” (hình 3) [8] Kết cấu bể lọc thể hình 2; loại (a) làm việc từ lên; loại (b) làm việc từ xuống; loại (c) làm việc với hệ thống thu nước sau xử lý nằm lớp VLL có trang bị hệ thống tự rửa thủy lực Hình Nhà máy xử lý nước thải “Máy nông nghiệp Rivnhe” [8] (a) (b) (c) Hình Các dạng bể lọc vật liệu lọc sử dụng nhà máy xử lý nước thải công suất từ 2.000 – 100.000 m3/ngđ Nga [8] Đường kính xi phơng lấy nước 250mm đường kính xi phơng rửa lọc 350mm Kết vận hành cụm xử lý triệt để nước thải bể lọc vật liệu lọc Số 57-58.2018 XÂY DỰNG & ĐÔ THỊ 97 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG chứng minh hiệu xử lý: Vận tốc lọc trung bình Đánh giá vấn đề cơng nghệ tồn chưa 8-10 m/h; chu kỳ lọc trung bình 24h; thời gian rửa lọc 1-4 đề cập nghiên cứu, ứng dụng bể lọc phút ; vật liệu lọc tự rửa xử lý triệt để nước thải [8] Trong suốt 15 năm vận hành bể lọc vật liệu lọc FPZ sinh hoạt sơ đồ xử lý triệt để nước thải sinh hoạt sau trình Thực trạng cho thấy bể lọc vật liệu lọc xử lý sinh học bậc khơng có biến dạng vật liệu sử dụng rộng rãi xử lý nước lọc phát Thậm chí việc thiếu công nghiên cứu xử lý triệt để nước thải sinh hoạt trình xử lý sơ trước bể lọc vật liệu lọc không làm ảnh hưởng đến hiệu công tác bể lọc vật Bể lọc vật liệu lọc sử dụng cơng trình xử lý bậc 3; liệu lọc Đã có nghiên cứu q trình nitrat hóa [8] * Tại Việt Nam bể lọc xử lý nước thải kết nghiên Các công trình xử lý nước có sử dụng bể lọc vật liệu cứu mờ nhạt; áp dụng Việt Nam bắt đầu triển khai từ năm 1990 Đóng góp đáng kể ứng dụng vật Vận tốc lọc nghiên cứu ứng dụng từ 5-15 m/h; Chu kỳ lọc giới hạn vòng 10 – 15 h; liệu lọc Việt Nam nhà khoa học TS Trịnh Xuân Lai, PGS.TS Nguyễn Văn Tín, TS Phạm Ngọc Thái [3] Trong xử lý nước thải bể lọc vật liệu lọc ứng dụng Hầu hết nghiên cứu bể lọc vật liệu lọc xứ lý nước thải sử dụng vật liệu polystyrene với cỡ hạt khác nhau; Việt Nam từ năm 1995 TS Trịnh Xuân Lai ứng dụng vào xử lý nước thải Bệnh viện Đa khoa Khánh Hòa, Ninh Vấn đề gia tăng tổn thất xử lý nước thải đề cập nghiên cứu; Thuận, Long Xuyên Mặc dù trạm xử lý hoạt Chưa có nghiên cứu bể lọc vật liệu lọc xử lý bậc [4] động tốt khơng có đánh giá nghiên cứu cơng trình xử lý sinh học GIẢI PHÁP thông số công nghệ ứng dụng công bố vào xử lý nước Đề xuất sơ đồ cơng nghệ có sử dụng bể lọc vật liệu lọc thải với công suất 400m /ngđ 600 m /ngđ tỉnh Thái tự rửa để xử lý triệt để nước thải sinh hoạt (hình 5) Bể Nguyên đưa vào hoạt động năm 2015 2016 (hình lọc vật liệu lọc tự rửa AbioF [3] sử dụng 4); Tuy nhiên bước đầu cho kết tốt chưa cơng trình xử lý bậc sau bể Aeroten (hình 5.a), sau bể lọc có nghiên cứu cụ thể thơng số cơng nghệ sinh học (hình 5.b), công nghệ AO kết hợp bể lọc AbioF bể AbioF với xử lý triệt để nước thải sinh hoạt (hình 5.c), cơng nghệ A2O kết hợp bể lọc AbioF (hình 6.d) Bể lọc vật liệu lọc AbioF [3] Hình Trạm xử lý nước thải sinh hoạt – sử dụng bể lọc vật liệu lọc tự rửa AbioF công suất 400 m3/ngđ công suất 600 m3/ngđ (dưới) (a) Chất keo tụ O2 Bể Nước thải sinh hoạt Bể Aeroten lắng Bể Bể lọc Bể lắng sinh học lắng Khử trùng Nước thải Bể lọc vật liệu lọc tự rửa AbioF NO3- Bể lắng Thiếu khí Bể NO3- Bể Kỵ khí Thiếu khí QCVN 14:2008/BTNMT (cột A) Khử trùng lắng Nước thải Bể lọc vật liệu lọc tự rửa AbioF lắng QCVN 40:2011/BTNMT (cột A) Chất keo tụ O2 Hiếu khí (d) Nước thải sinh hoạt QCVN 40:2011/BTNMT (cột A) QCVN 14:2008/BTNMT (cột A) Chất keo tụ O2 (c) Nước thải sinh hoạt Nước thải Bể lọc vật liệu lọc tự rửa AbioF (b) Nước thải sinh hoạt Khử trùng lắng Hiếu khí QCVN 40:2011/BTNMT (cột A) QCVN 14:2008/BTNMT (cột A) Chất keo tụ O2 Bể Khử trùng lắng Nước thải Bể lọc vật liệu lọc tự rửa AbioF QCVN 40:2011/BTNMT (cột A) QCVN 14:2008/BTNMT (cột A) Hình Các sơ đồ cơng nghệ sử dụng bể lọc vật liệu lọc tự rửa AbioF để xử lý triệt để nước thải sinh hoạt 98 HỌC VIỆN CÁN BỘ QUẢN LÝ XÂY DỰNG VÀ ĐƠ THỊ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG Trong trường hợp hóa chất keo tụ cho vào trước Trần Thanh Sơn (2013), Nghiên cứu công nghệ tự bể lọc bể lọc vật liệu lọc tự rửa AbioF hoạt động rửa bể lọc vật liệu lọc xử lý nước cấp cho sinh hoạt, Đề bể lọc tiếp xúc Còn bể lọc cấp oxi bể lọc vừa tài nghiên cứu độc lập cấp nhà nước mã số ĐTĐL.2009/ lọc học vừa xử lý sinh học T02, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Nước thải sau xử lý đạt quy định cột A QCVN 40:2011/BTNMT cột A QCVN 14:2008/BTNMT dùng cho mục đích dịch vụ thị, công nghiệp nông thôn KẾT LUẬN Trịnh Xuân Lai (2013), Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Metcalf & Eddy (2013), Wastewater engineering, Treatment and Resource Recovery, Inc McGraw-Hill Education, Thirth edition Việc ứng dụng bể lọc vật liệu xử lý triệt để H H Ngo and S Vigneswaran (2007), Research nước thải sinh hoạt mang lại số ưu trước bể lọc note application of floating medium filter in water cát truyền thống nêu Để bể lọc AbioF and wastewater treatment with contact – flocculation ứng dụng rộng rãi xử lý triệt để nước thải sinh hoạt filtration arrangement, School of Civil Engineering, cần có nghiên cứu thực nghiệm mơ hình pilot University of Technology, Sydney, p.o Box 123, Broadway với nước thải thực sau xử lý sinh học bậc Từ xác định Weimin Xie, Qunhui Wang, Guanling Song, Masao thơng số động học q trình xử lý Kondo, Masafumi Teraoka, Yukihide Ohsumi, Hiroaki I học, xử lý sinh học, chu kỳ lọc bể, tổn thất cột áp Ogawa (2003), Upflow biological filtration with floating bể lọc để làm sở cho việc tính toán thiết kế bể lọc filter media, Department of Environmental Science and điều kiện Việt Nam Engineering, Japan Н.Н.Гироль (2002), Опыт работы фильтров Tài liệu tham khảo с плавающей пенополистирольной загрузкой в Nguyễn Thanh Phong (2016), Nghiên cứu trình схемах очистки воды, д-р техн, Наук Украинский tự rửa bể lọc vật liệu lọc dùng cho trạm cấp nước государственный университет водного хозяйства и quy mô nhỏ, Luận án tiến sỹ kỹ thuật Trường đại học Xây природопользования, г.Ровно dựng Hà Nội Trần Thanh Sơn (2016), Bể lọc vật liệu lọc dây chuyền công nghệ xử lý nước thiên nhiên, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Số 57-58.2018 XÂY DỰNG & ĐÔ THỊ 99 ... cứu xử lý triệt để nước thải sinh hoạt trình xử lý sơ trước bể lọc vật liệu lọc không làm ảnh hưởng đến hiệu công tác bể lọc vật Bể lọc vật liệu lọc sử dụng cơng trình xử lý bậc 3; liệu lọc ... kỳ lọc trung bình 24h; thời gian rửa lọc 1-4 đề cập nghiên cứu, ứng dụng bể lọc phút ; vật liệu lọc tự rửa xử lý triệt để nước thải [8] Trong suốt 15 năm vận hành bể lọc vật liệu lọc FPZ sinh hoạt. .. (a) Chất keo tụ O2 Bể Nước thải sinh hoạt Bể Aeroten lắng Bể Bể lọc Bể lắng sinh học lắng Khử trùng Nước thải Bể lọc vật liệu lọc tự rửa AbioF NO3- Bể lắng Thiếu khí Bể NO3- Bể Kỵ khí Thiếu khí