7. Cấu trúc của luận án
4.2 Tính toán thiết kế, đánh giá hiệu quả và khả năng áp dụng công nghệ L-SBR
- Áp dụng công thức tính toán SBR với các thông số thí nghiệm trên mô hình L- SBR được kết quả tính toán như Phụ lục IX (Cột 7). Áp dụng các thông số đầu vào theo thiết kế đối với nhà máy XLNT Yên Sở cho công nghệ SBR/C-Tech (Phụ lục IX (Cột 1)) có thể tích bể VT = 129.387m3, L-SBR (cột 8) là 128.865m3 – tương đương thể tích thực tế của bể SBR/C-Tech nhà máy XLNT Yên Sở là 16.200 * 8 bể = 129.600m3. Cũng áp dụng các hệ số thực nghiệm như cột 1 và 8, áp dụng thông số đầu vào thực tế của nước thải lưu vực Cầu Bây phân tích trong 4 đợt lấy mẫu cho thấy sự khác biệt SBR/C-Tech (cột 2) là 193.918m3 (SBR/C- Tech không đảm bảo thông số SS đạt QCCP), L-SBR (cột 9) là 137.484m3. Như vậy, mặc dù BOD5 vào thấp hơn thiết kế nhưng để xử lý TN đạt QCCP bằng việc duy trì MLSS cao thì phải tăng thể tích bể, SBR/C-Tech tăng 50%, L-SBR tăng 6% so với thể tích SBR/C-Tech của nhà máy XLNT Yên Sở đều ở công suất 200.000m3/ngày. Điều này có nghĩa khi thiết kế chọn thể tích bể trên cơ sở thông số đầu vào thực tế hiện nay (thể tích lớn hơn), sẽ vừa xử lý được nước thải trong điều kiện hiện tại và có thể đáp ứng tương lai khi BOD5 tăng (BOD5:TN giảm); - Chi phí vận hành xử lý nước thải chủ yếu là chi phí điện để cấp oxy cho quá trình
sinh học. Vì BOD5 vào thấp hơn thiết kế nên lượng oxy yêu cầu cung cấp thấp hơn. SBR/C-Tech thiết kế (Phụ lục IX (cột 1)) cần 28.362.309kgO2/ngày, thực tế chỉ cần 9.598.159kgO2/ngày (tương đương 35%); L-SBR thiết kế 30.638.002kgO2/ngày, thực tế chỉ cần 10.368.281kgO2/ngày (cũng tương đương 35%). Lượng oxy cần cho L-SBR theo thiết kế và thực tế khi duy trì MLSS cao đều cao hơn SBR/C-Tech 7%. Khi tính toán thiết kế cần phải dự báo lượng oxy cho tương lai, khi BOD5 tăng. Có thể thực hiện đầu tư thiết bị cấp khí đủ ngay từ đầu hoặc đầu tư theo giai đoạn khi đầu vào thay đổi;
- L-SBR không phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài, khác với SBR/C-Tech thực tế đã phải thực hiện bổ sung C. Chi phí định lượng đường như là nguồn C bổ sung có thể tính theo công thức (2.22) được kết quả như Bảng 4-5, theo đó tổng chi phí vận hành khi bổ sung đường tính toán được (theo đơn giá đường năm 2013 là 18.000Đồng/kg) là 3.858Đồng/m3, so với chi phí vận hành thực tế (khi chưa điều chỉnh vận hành, trước tháng 10/2013) khi tính đủ toàn bộ các chi phí điện, nhân
109
công, tổng là 4.100Đồng/m3. Có nghĩa, khi áp dụng L-SBR cho nhà máy XLNT Yên Sở, khi xử lý đạt QCCP cột A có thể tiết kiệm chi phí O&M được khoảng 2.172Đồng/m3 (hay gần 160 tỷ Đồng/năm cho công suất 200.000m3/ngày); Bảng 4-5. Tính toán chi phí đường dùng để bổ sung nguồn C cho nhà máy XLNT Yên
Sở đạt được QCVN cột A
TT Thông số tính toán Giá trị
1 BOD5:TN tối ưu 3
2 fC/N SBR 0,6 3 EBOD 95% 4 BOD5:TN thực tế 1,82 5 TN vào, mg/l 47 6 TN ra, mg/l 16,20 7 BOD5 vào cần để xử lý TN, mg/l 162,11 8 BOD5 thực tế, mg/l 76,00 9 BOD5 cần bổ sung, mg/l 86,11
10 BOD5 trong 1 kg đường, kg/kg 0,75
11 Lượng đường cần bổ sung cho 1m3 nước thải, kg 0,12
12 Đơn giá đường (năm 2013), Đồng/kg 18.000
13 Chi phí cho phần bổ sung đường, Đồng/m3 2.172
14 Chi phí vận hành khi không bổ sung đường (hiện nay), Đồng/m3 1.686 15 Tổng chi phí vận hành khi bổ sung đường, Đồng/m3 3.858 16 Chi phí vận hành thực tế (trước đây) khi bổ sung đường, Đồng/m3 4.100 Hiệu quả xử lý N của công nghệ thể hiện qua yếu tố hiệu quả f(C/N) được tính theo công thức (4.3). Kết quả tính toán f(C/N) theo kết quả thí nghiệm trên mô hình L-SBR như Bảng 4-6. f(C/N) đối với chất hữu cơ trong nước thải 1,32 ÷ 1,54, đối với bùn 0,66 ÷ 1,10 so với công nghệ SBR đã được nghiên cứu trước đây là 0,3 ÷ 0,6 (Bảng 4-8, [39]). L- SBR được vận hành sử dụng nguồn C xử lý TN chủ yếu từ bùn, do đó hiệu quả xử lý của L-SBR có thể được xem là 0,66 ÷ 1,10. f(C/N) của L-SBR cao hơn cho thấy hiệu quả xử lý TN với nguồn C hạn chế của L-SBR tốt hơn, có nghĩa là việc cải tiến công nghệ đạt hiệu quả theo giả thuyết khoa học và cơ sở thực tiễn đã nêu.
𝐹(𝐶 𝑁⁄ ) = (𝐵𝑂𝐷5⁄𝑇𝑁)𝑡ố𝑖 ư𝑢 (𝐵𝑂𝐷5⁄𝑇𝑁)𝑡ℎự𝑐 𝑡ế∗ 𝐸𝑇𝑁 𝐸𝐵𝑂𝐷 (4.3) Nguồn: [39]
Trong đó: - (BOD5:TN)thực tế: Tỷ lệ BOD5:TN thực tế của nước thải vào; - (BOD5:TN)tối ưu: Tỷ lệ tối ưu đối với từng chất như Bảng 4-7;
110
- fC/N: Yếu tố hiệu của từng công nghệ tương ứng như Bảng 4-8; - E là hiệu suất xử lý; trong đó ETN ứng với TN, EBOD ứng với BOD5. Bảng 4-6. Tỷ lệ f(C/N) theo kết quả thí nghiệm trên mô hình L-SBR
TT Mô tả Giá trị, kết quả tính toán
Thông số tính toán Vào Ra
1 BOD5, mg/l 84,6 5,7 2 TN, mg/l 48,3 13,5 3 EBOD 93,3% 4 ETN 72,0% 5 (BOD5:TN)thực tế 1,75 Tính toán Nhỏ nhất Lớn nhất
6 (BOD5:TN)tối ưu đối với chất hữu cơ trong nước thải 3,0 3,5 7 (BOD5:TN)tối ưu đối với chất hữu cơ trong bùn 1,5 2,5 8 fC/N (với chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt) 1,32 1,54
9 fC/N (với chất hữu cơ trong bùn) 0,66 1,10
Bảng 4-7. Tỷ lệ (C/N) tối ưu trong nước thải, bùn được sử dụng để xử lý N
Nguồn gốc chất hữu cơ (C/N)tối ưu Đơn vị
Chất hữu cơ trong nước thải 3-3.5 kg BOD5/kg N
Chất hữu cơ trong bùn 1.5-2.5 kg BOD5/kg N
Nguồn: [39].
Bảng 4-8. Yếu tố hiệu quả, fC/N của các công nghệ
Công nghệ fC/N
SBR 0,3-0,6
A2O 0,4-0,6
OD 0,3-0,5
Nguồn: [39].
Từ công thức (4.3) tính được giá trị TNvào như công thức (4.4).
𝑇𝑁𝑣à𝑜 = 𝑇𝑁𝑟𝑎/(1 − (𝐵𝑂𝐷5 𝑇𝑁 ) 𝑡ℎự𝑐 𝑡ế (𝐵𝑂𝐷5 𝑇𝑁 ) 𝑡ố𝑖 ư𝑢 ∗ 𝑓𝐶𝑁 ∗ 𝐸𝐵𝑂𝐷) (4.4)
Để đạt được QCCP cột B (TNra = 32,4mg/l) hoặc cột A (TNra = 16,2mg/l), khi áp dụng EBOD tối đa tương ứng từng công nghệ (SBR cơ bản, L-SBR, A2O, OD là 95%) [77]); áp dụng (BOD5/TN)tối ưu = 3 (giá trị tối thiểu) trong Bảng 4-7; hệ số fC/N tối đa tương ứng với từng công nghệ SBR cơ bản, A2O, OD tại Bảng 4-8, L-SBR tại Error! Reference source
111
ot found. (fC/N = 1,54), từ công thức (4.4) tính được giá trị TN tối đa trong nước thải để TN trong nước thải sau xử lý đạt QCCP cột A, B tương ứng với từng giá trị (BOD5:TN)thực tế như Bảng 4-9:
- Với TN trong nước thải đầu vào tại các nhà máy XLNT Việt Nam được khảo sát tối đa là 56mg/l; nước thải lưu vực sông Cầu Bây tối đa là 50,1mg/l thì L-SBR đều có thể xử lý TN đạt QCCP cột A cũng như cột B mà không phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài. Có nghĩa 100% số nhà máy XLNT tại Việt Nam hiện nay có thể xử lý TN đạt QCCP cột A mà không phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài nếu áp dụng L-SBR.
Bảng 4-9. TNvào tối đa để TNra đạt QCCP tương ứng tỷ lệ BOD5:TN khác nhau
Nồng độ TNvào (mg/l) tối đa để TN trong nước thải sau xử lý đạt Cột B, Cột A tương ứng với tỷ lệ BOD5:TN khác nhau
BOD5:TNthựctế 1,6 2,0 2,2 2,5 2,6 2,8 3,2 3,56 3,74 4,27 4,49 Công nghệ SBR cơ bản TN / A(1) 47 52 56 62 64 69 83 TN / B(2) 23 26 28 31 32 35 41 50 56 86 Công nghệ L-SBR TN / A(1) 137 717 TN / B(2) 69 358 Công nghệ A2O TN / A 47 52 56 62 64 69 83 TN / B 23 26 28 31 32 35 41 50 56 86 Công nghệ OD TN / A 43 47 50 54 55 58 66 75 TN / B 22 24 25 27 28 29 33 38 40 50 56
Ghi chú: (1) – Nồng độ TN (mg/l) trong nước thải đầu vào tối đa để TN ra đạt được Cột B của QCCP. (2) – Nồng độ TN (mg/l) trong nước thải đầu vào tối đa để TN ra đạt được Cột A của QCCP
- Đối với công nghệ SBR cơ bản, A2O thì chỉ xử lý đạt được TN đạt QCVN cột A khi TN = 56mg/l (max Việt Nam) với điều kiện BOD5:TN > 3,74, có nghĩa khi BOD5:TN ≤ 3,74 (tương đương khoảng 95% số nhà máy XLNT đang vận hành tại Việt Nam – xem Hình 1-5) thì phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài; khi TN = 50,1mg/l (max Cầu Bây) với điều kiện BOD5:TN > 3,46, có nghĩa khi BOD5:TN ≤ 3,56 (tương đương khoảng 91% số nhà máy XLNT đang vận hành tại Việt Nam – xem Hình 1-5) thì phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài.
112
- Đối với công nghệ OD thì chỉ xử lý đạt được TN đạt QCVN cột A khi TN = 56mg/l (max Việt Nam) với điều kiện BOD5:TN > 4,49, có nghĩa khi BOD5:TN ≤ 4,49 (tương đương 100% số nhà máy XLNT đang vận hành tại Việt Nam – xem Hình 1-5) thì phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài; khi TN = 50,1mg/l (max Cầu Bây) với điều kiện BOD5:TN > 4,27, có nghĩa khi BOD5:TN ≤ 4,27 (tương đương 100% số nhà máy XLNT đang vận hành tại Việt Nam – xem Hình 1-5) thì phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài.
Các số liệu thực nghiệm, tính toán có thể đánh giá L-SBR như sau:
- Về suất đầu tư: L-SBR có thể tích bể SBR lớn hơn 6%, lượng oxy cần thiết cao hơn 7% so với SBR/C-Tech. Thể tích bể tăng làm chi phí xây dựng bể SBR tăng (bể SBR mới chỉ một hạng mục trong các hạng mục xây dựng khác), tổng phần xây dựng chỉ chiếm khoảng 30 ÷ 40% giá trị đầu tư nhà máy XLNT, trong đó bể SBR chỉ chiếm khoảng 50% phần xây dựng. Oxy tăng làm chi phí thiết bị sục khí tăng. Thiết bị sục khí chiếm khoảng 10 ÷ 15% giá trị đầu tư nhà máy. Như vậy, tổng đầu tư L-SBR tăng tối đa chỉ 2 ÷ 3% so với SBR/C-Tech. Khi so sánh suất đầu tư các công nghệ tại Hình 2-5, Phụ lục VII, thì với mức tăng chi phí đầu tư 2 ÷ 3% so với SBR/C-Tech vẫn đảm bảo L-SBR có suất đầu tư thấp so với các công nghệ OD, A2O, CAS, TF, SBR khi chưa được cải tiến hay bổ sung hạng mục để xử lý TN trong điều kiện BOD5, BOD5:TN thấp;
- Về chi phí vận hành: tương tự, L-SBR có lượng oxy cần thiết cao hơn 7% so với SBR/C-Tech làm tăng chi phí điện vận hành. Chi phí điện tối đa chỉ khoảng 50% tổng chi phí, do đó chi phí vận hành tăng tối đa chỉ 3,5% so với SBR/C-Tech. Khi so sánh chi phí vận hành các công nghệ tại thì với mức tăng chi phí vận hành khoảng 3,5%, thậm chí 7% so với SBR/C-Tech vẫn đảm bảo L-SBR có chi phí vận hành thấp so với các công nghệ OD, A2O, CAS, TF, SBR, bắt đầu tiệm cận với chi phí vận hành của hồ (các công nghệ này được so sánh khi khi chưa được cải tiến hay bổ sung hạng mục để xử lý TN trong điều kiện BOD5, BOD5:TN thấp); - Về diện tích chiếm đất: L-SBR có thể tích bể SBR lớn hơn 6% so với SBR/C-
Tech thì có hai phương án bố trí mặt bằng tăng chiều sâu bể 6% giữ nguyên mặt bằng, hoặc tăng mặt bằng bể SBR 6%. Diện tích các bể SBR tối đa chỉ khoảng 50 ÷ 60% tổng chi phí tùy một số yêu cầu cụ thể về mặt bằng, do đó diện tích
113
tăng tối đa chỉ 3 ÷ 4% so với SBR/C-Tech. Khi so sánh diện tích chiếm đất các công nghệ tại thì với mức tăng diện tích chiếm đất 3 ÷ 4% so với SBR/C-Tech vẫn đảm bảo L-SBR có diện tích chiếm đất thấp so với các công nghệ OD, A2O, CAS, TF, hồ (các công nghệ này được so sánh khi khi chưa được cải tiến hay bổ sung hạng mục để xử lý TN trong điều kiện BOD5, BOD5:TN thấp);
Như vậy, L-SBR giữ được hầu như các ưu điểm của SBR về diện tích chiếm đất, chi phí vận hành, chi phí đầu tư thấp so với các công nghệ khác đang áp dụng tại Việt Nam nhưng xử lý được TN trong điều kiện BOD5, BOD5:TN thấp mà không phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài. Nếu như so sánh với thực tế nhà máy XLNT Yên Sở công suất 200.000m3/ngày thì L-SBR tiết kiệm được gần 200 tỷ Đồng/năm, với lưu vực sông Cầu Bây 106.244m3/ngày có đặc tính nước thải tương tự nhà máy XLNT Yên Sở sẽ tiết kiệm được ít nhất 100 tỷ Đồng/năm – mang lại hiệu quả kinh tế lớn. Trong điều kiện đặc thù nước thải thực tế Việt Nam hiện nay hầu hết có BOD5, BOD5:TN thấp thì các công nghệ tiết kiệm như L-SBR có khả năng lớn để có thể áp dụng trong thực tiễn.