Nghiên cứu đánh giá lựa chọn công nghệ phù hợp và thiết kế công nghệ hệ thống xử lý nước thải đô thị trên cơ sở mô hình

nguyễn quang thành

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------

nguyễn quang thành

NGàNH Kỹ THUậT MÔI TRƯờNG

"nghiên cứu đánh giá lựa chọn công nghệ phù hợp
và thiết kế công nghệ hệ thống xử lý nớc thải
đô thị trên cơ sở mô hình"

luận văn thạc sĩ khoa học

kHóA 2007 - 2009
H Ni
2009

Hà Nội - 2009


Lêi c¶m ¬n
Trước tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS.
Đặng Xuân Hiển đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành bản Luận văn
tốt nghiệp này.
Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới:
Viện Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều
kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học cao học 2007-2009.
Các thầy cô giáo của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại

học Bách khoa Hà Nội đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ động viên tôi trong suốt thời
gian học tập, nghiên cứu vừa qua.
Lãnh đạo và các đồng nghiệp trong Trung tâm tư vấn chuyển giao công
nghệ Nước sạch và Môi trường, đặc biệt là các cán bộ phòng Dự án của Trung
tâm đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt khóa học này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình và bạn
bè đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập.
Hà Nội, Ngày 09 tháng 11 năm 2009
Tác giả

Nguyễn Quang Thành


lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Tất cả các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung
thực, khách quan và cha từng đợc ai công bố trong bất cứ công trình nào
khác, nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 09 tháng 11 năm 2009

Tác giả luận văn

Nguyễn Quang Thành


1

Mục lục
danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .........................................5
danh mục các bảng.......................................................................................7

danh mục các hình vẽ .................................................................................8
mở đầu ................................................................................................................12
Chơng I: tổng quan về nớc thải đô thị.....................................15
1.1. Khái quát về tình hình đô thị hoá và hiện trạng môi trờng nớc tại các đô
thị ở Việt Nam........................................................................................................15
1.1.1. Hiện trạng hệ thống cấp nớc đô thị. ........................................................15
1.1.2. Hiện trạng hệ thống thoát nớc và vệ sinh môi trờng. .............................15
1.1.3. Hiện trạng xử lý nớc thải đô thị. ..............................................................17
1.2. Nguồn phát sinh nớc thải đô thị ..................................................................18
1.2.1. Khái niệm nớc thải đô thị. .......................................................................18
1.2.2. Lu lợng nớc thải đô thị.........................................................................18
1.3. Đặc tính của nớc thải đô thị .........................................................................20
1.3.1. Đặc điểm lý hóa của nớc thải ..................................................................20
1.3.2. Đặc điểm về vi sinh vật trong nớc thải ....................................................20
1.4. Một số chơng trình ứng dụng phần mềm mô phỏng tính toán trạm xử lý
nớc thải đô thị ......................................................................................................22
1.4.1. Chơng trình mô phỏng động lực cho mô hình xử lý nớc thải bằng công
nghệ sinh học (ASIM 4.0) ....................................................................................22
1.4.2. Chơng trình AQUASIM ...........................................................................23
1.4.3. Chơng trình Belebungs - Expert ..............................................................23
1.4.4. Phần mềm SASSPro...................................................................................23
1.4.5. Chơng trình DENIKAPlus.......................................................................24
1.5. Các sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị trên thế giới và ở
Việt Nam. ...............................................................................................................24
1.5.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị trên thế giới ...............24


2

1.5.2. Các sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị sử dụng ở Việt Nam

............................................................................................................................34
Chơng II: xử lý các chất ô nhiễm trong nớc thải đô thị
bằng các kỹ thuật sinh học ................................................................37
2.1. Các công đoạn xử lý nớc thải đô thị ............................................................37
2.2. Xử lý các chất ô nhiễm trong nớc thải đô thị bằng phơng pháp sinh học
................................................................................................................................38
2.2.1. Nguyên lý chung của quá trình oxi hoá sinh hoá ......................................38
2.2.2. Các quá trình diễn ra trong xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học ..39
2.3. Các công trình làm sạch nớc thải bằng phơng pháp sinh học.................46
2.3.1. Công trình xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học trong điều kiện tự
nhiên. ..................................................................................................................46
2.3.2. Các công trình xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học hiếu khí trong
điều kiện nhân tạo. ..............................................................................................47
2.3.3. Các công trình xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học yếm khí trong
điều kiện nhân tạo. ..............................................................................................53
Chơng III: cơ sở lý thuyết của mô hình tính toán và
chơng trình ứng dụng lựa chọn cho xử lý nớc thải đô
thị .........................................................................................................................55
3.1. Mô hình tính toán ứng dụng cho xử lý nớc thải đô thị...............................55
3.2. Mô tả chung về mô hình bùn hoạt tính số 1 (ASM1). ..................................56
3.2.1. Biến số trạng thái - thành phần COD trong ASM1 ....................................56
3.2.2. Biến số trạng thái - thành phần Nitơ trong ASM1 .....................................56
3.2.3. Biến số trạng thái - những thành phần khác trong ASM1 ..........................57
3.2.4. Các quá trình động lực ..............................................................................57
3.2.5. Những thông số mô hình............................................................................59
3.2.6. Những công thức trong mô hình ...............................................................62


3

3.3. Các chơng trình ứng dụng mô hình bùn hoạt tính trong xử lý nớc thải đô
thị ...........................................................................................................................64
3.4. Giới thiệu chơng trình Denika Plus.............................................................67
3.4.1. Mô tả chung về chơng trình. ....................................................................67
3.4.2. Cấu trúc của phần mềm Denika Plus. .......................................................69
3.4.3. Một số công thức tính toán sử dụng trong mô hình....................................70
Chơng iV: đánh giá lựa chọn công nghệ thích hợp để xử
lý nớc thải đô thị và thiết kế công nghệ theo phần mềm
denikaplus.......................................................................................................79
4.1. Các loại mô hình công nghệ đang ứng dụng trong xử lý nớc thải đô thị ..79
4.2. Các tiêu chí để đánh giá, lựa chọn.................................................................82
4.2.1. Hiệu quả xử lý của công nghệ...................................................................82
4.2.2. Tiêu chí về kinh tế. ....................................................................................82
4.3. ứng dụng chơng trình DenikaPlus để tính toán và đánh giá công nghệ ..83
4.3.1. Các giả thiết sử dụng trong đánh giá.........................................................83
4.3.2. Chi tiết tính toán các nhóm loại hình công nghệ bằng chơng trình
DenikaPlus..........................................................................................................84
4.3.3. Kết quả tính theo chơng trình DenikaPlus...............................................91
4.3.3.1. Tính toán theo Tiêu chuẩn A131.............................................................91
4.3.3.2. Tính toán theo Tiêu chuẩn HSG............................................................108
4.3.3.3. Tổng hợp kết quả của hai cách tính......................................................119
4.3.3.4. Tính toán theo A131với trờng hợp loại bỏ P bằng hoá chất. ..............121
4.3.4. Đánh giá lựa chọn công nghệ trên cơ sở kết quả tính theo mô hình. .......127
4.4. Tính toán thiết kế công nghệ hệ thống xử lý nớc thải đô thị bằng phơng
pháp sinh học theo công nghệ đã lựa chọn dựa trên phần mềm DenikaPlus. .130
4.4.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ lựa chọn. ....................................................130
4.4.2. Thông số thiết kế .....................................................................................131
4.4.3. Tính toán thiết kế công nghệ....................................................................132

4

kÕt luËn ..........................................................................................................139
tµi liÖu tham kh¶o...................................................................................141
Phô lôc.............................................................................................................144


5

danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
các ký hiệu
BOD

Thông số BOD5 (nhu cầu oxy sinh hoá), [mg/l]

COD

Thông số COD (nhu cầu oxy hoá học), [mg/l]

Q

Lu lợng nớc thải, [m3/ngày]

QTB

Lu lợng nớc thải trung bình [m3/ngày]

TDS

Tổng chất rắn hoà tan, [mg/l]

TKN

Tổng Nitơ Kjedahl, [mg/l]

KS

Hằng số bán bão hoà đối với chất hữu cơ [g COD/m3]

KNO

Hằng số bán boã hoà NOx, [g NO3/m3]

KNH

Hằng số bán bão hoà đối với amoni, [g NH4/m3]

KO,A

Hằng số bán bão hoà theo Oxy hoà tan, [g O2/m3]

YA

Hiệu suất tổng hợp vi khuẩn tự dỡng, [g sinh khối/g cơ chất N]

YH

Hiệu suất tổng hợp vi khuẩn dị dỡng, [g sinh khối/g COD]

S

Nồng độ chất dinh dỡng trong nớc thải, [mg/l]

SF

Hệ số an toàn

VAST

Thể tích bể bùn hoạt tính, [m3]

VNT

Thể tích vùng Nitrat, [m3]

VDT

Thể tích vùng khử Nitơ, [m3]

DS0

Tổng hàm lợng cặn lơ lửng trong dòng vào, [kgDS/m3]

ODC

Nhu cầu ôxy từ sự phân huỷ hợp chất cácbon, [kgO2/ngày]

RR

Tỷ lệ tuần hoàn bùn và dòng Nitrat lỏng

MLSS

Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng, [kg/m3]

X

Nồng độ sinh khối vi sinh vật trong nớc thải, [mg/l]

SSB

Hàm lợng bùn d, [kg DS/ngày]

Ptot

Nồng độ phốtpho tổng, [mg/l]


6

các chữ viết tắt
ASM

Mô hình bùn hoạt tính

ASIM

Chơng trình mô phỏng bùn hoạt tính

Anoxi c

Tiêu chuẩn Việt Nam

ATV-A131

Tiêu chuẩn tính toán trạm xử lý nớc thải bùn hoạt tính
của Đức

HSG

Phơng pháp tính toán trạm xử lý nớc thải bùn hoạt tính
của Nhóm nghiên cứu tại trờng Đại học của Đức, Thụy
Sĩ và áo

IAWQ

Hiệp hội Quốc tế về chất lợng nớc

IAWPRC

Hiệp hội quốc tế về Nghiên cứu Kiểm soát ô nhiễm nớc

Oxic

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí

PE

Số dân tơng đơng

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TC

Tiêu chuẩn

SBR

Bể phản ứng sinh học theo mẻ


7

danh mục các bảng
Bảng 1.1:

Mức độ sử dụng nớc ở một số đô thị trên thế giới

Bảng 1.2:

Các mầm bệnh có khả năng tồn tại trong nớc thải đô thị

Bảng 1.3:

Nồng độ chất bẩn trong nớc thải đô thị một số nớc khí hậu
nhiệt đới

Bảng 1.4:

Hiệu quả xử lý thực tế của hệ thống xử lý nớc thải ChuBu

Bảng 1.5:

Hiệu quả xử lý thực tế của trạm xử lý nớc thải Sakae I

Bảng 1.6:

Hiệu quả xử lý thực tế của Trạm xử lý nớc thải Nishiura Funabashi City

Bảng 1.7:

Hiệu quả xử lý thực tế của hệ thống xử lý nớc thải Taman Pelangi Indah

Bảng 1.8:

Hiệu quả xử lý thực tế của hệ thống xử lý nớc thải Sah Alam

Bảng 1.9:

Hiệu quả xử lý thực tế của hệ thống xử lý nớc thải Bandar Baru Sungai Buluh

Bảng 1.10:

Hiệu quả xử lý thực tế của hệ thống xử lý nớc thải Taman
Desa Tebrau

Bảng 3.1:

Những giá trị thông số mô hình điển hình tại pH trung tính

Bảng 3.2:

Tỷ số thể tích vùng thiếu khí và thể tích bể bùn hoạt tính

Bảng 4.1:

Thông số đầu vào và yêu cầu đầu ra sử dụng cho tính toán

Bảng 4.2:

Mức độ hiệu quả của quá trình xử lý sơ bộ

Bảng 4.3:

Tổng hợp kết quả các thông số theo 2 cách tính

Bảng 4.4:

Tóm tắt kết quả tính toán bằng chơng trình DenikaPlus theo
TC A131 của các phơng án (với công đoạn loại bỏ phốt pho
bằng phơng pháp sinh học thông thờng)

Bảng 4.5:

Thông số đầu vào và yêu cầu đầu ra sử dụng cho tính toán


8

danh mục các hình vẽ
Hình 1.1:

Sự biến động theo thời gian trong ngày của nớc thải đô thị

Hình 1.2:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Trung
tâm xử lý nớc thải ChuBu

Hình 1.3:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Trạm xử
lý nớc thải Sakae I

Hình 1.4:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Trạm xử
lý nớc thải Nishiura

Hình 1.5:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Trạm xử
lý nớc thải Taman Pelangi Indah

Hình 1.6:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Trạm xử
lý nớc thải Sah Alam - Rigional STP

Hình 1.7:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Trạm xử
lý nớc thải Bandar - Baru Sungai Buluh

Hình 1.8:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Trạm xử
lý nớc thải Taman Desa Tebrau

Hình 1.9:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Trạm xử
lý nớc thải Chaiyapoom

Hình 1.10:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Trạm xử
lý nớc thải Phuket

Hình 1.11:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Trạm xử
lý nớc thải Sriracha

Hình 1.12:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ sử dụng tại Trạm xử lý nớc thải
đô thị tỉnh Cần Thơ

Hình 1.13:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ sử dụng tại Trạm xử lý nớc thải
đô thị tỉnh Sóc Trăng


9

Hình 1.14:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ sử dụng tại hệ thống xử lý nớc
thải Thủ Dầu I

Hình 1.15:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại Phú Lộc,
Sơn Trà, Hoà Cơng, Ngũ Hành Sơn - Đà Nẵng

Hình 1.16:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị tại trạm xử
lý nớc thải Bắc Thăng Long - Vân Trì - Hà Nội.

Hình 2.1:

Sơ đồ dây quá trình khử phốt pho trong nớc thải bằng phơng
pháp sinh học

Hình 2.2:

Sơ đồ hệ xử lý nớc thải đô thị bằng kỹ thuật bùn hoạt tính

Hình 2.3:

Sơ đồ cơ chế hoạt động của màng vi sinh

Hình 3.1:

Thành phần Nitơ trong mô hình ASM1

Hình 3.2:

Cấu trúc dòng của Trạm xử lý

Hình 3.3:

Cấu trúc của phần mềm DenikaPlus

Hình 4.1:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý sinh học với hồ sinh học

Hình 4.5:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý sinh học với bể Anoxic-Oxic
(AO)

Hình 4.6:

Tải lợng đầu vào trạm xử lý của các phơng án

Hình 4.7:

Hiệu quả của công đoạn xử lý sơ bộ trong tính toán

Hình 4.8:

Không lựa chọn bổ sung tải lợng và phân trong dòng vào

Hình 4.9:

Không bổ sung bùn từ bể lọc nhỏ giọt trong dòng vào

Hình 4.10:

Không loại bỏ phốt pho bằng hoá chất trong xử lý

Hình 4.11:

Lựa chọn về loại bỏ phốt pho bằng sinh học

Hình 4.12:

Lựa chọn thiết bị cấp khí trong tính toán

Hình 4.13:

Lựa chọn giá trị dòng ra sau xử lý

Hình 4.14:

Lựa chọn giá trị dòng ra sau xử lý

Hình 4.15:

Lựa chọn bể Aeroten khử BOD trong tính toán

Hình 4.16:

Lựa chọn bể Aeroten khử BOD kết hợp Nitrat hoá trong tính
toán


10

Hình 4.17:

Kết quả tính toán bể Aeroten (PA1) theo A131

Hình 4.18:

Kết quả tính toán bể Aeroten (PA1) theo A131 (tiếp)

Hình 4.19:

Dữ liệu đầu vào tính toán trạm xử lý của PA kênh oxi hoá

Hình 4.20:

Lựa chọn phơng pháp xử lý sinh học với kênh oxi hoá

Hình 4.21:

Kết quả tính toán Kênh oxi hoá (PA2) theo A131

Hình 4.22:

Kết quả tính toán Kênh oxi hoá (PA2) theo A131 (tiếp)

Hình 4.23:

Dữ liệu đầu vào tính toán trạm xử lý của phơng án A-O

Hình 4.24:

Lựa chọn phơng pháp xử lý sinh học với quá trình A-O

Hình 4.25:

Kết quả tính toán quá trình A-O (PA3) theo A131

Hình 4.26:

Kết quả tính toán quá trình A-O (PA3) theo A131 (tiếp)

Hình 4.27:

Lựa chọn phơng pháp xử lý sinh học với bể SBR

Hình 4.28:

Kết quả tính toán bể SBR (PA4) theo A131

Hình 4.29:

Kết quả tính toán bể SBR (PA4) theo A131(tiếp)

Hình 4.30:

Kết quả tính toán lợng khí cấp của 4 phơng án

Hình 4.31:

Dữ liệu đầu vào tính toán trạm xử lý của phơng án hồ sinh học

Hình 4.32:

Lựa chọn loại hồ xử lý và các thông số tính toán

Hình 4.33:

Kết quả tính toán hồ sinh học làm thoáng nhân tạo

Hình 4.34:

Kết quả tính toán hồ sinh học làm thoáng nhân tạo (tiếp)

Hình 4.35:

Kết quả tính toán bể Aeroen khử BOD kết hợp nitrat hoá theo
HSG (PA1)

Hình 4.36:

Kết quả tính toán bể Aeroen khử BOD kết hợp nitrat hoá theo
HSG (PA1) (tiếp)

Hình 4.37:

Kết quả tính toán Kênh oxi hoá theo HSG (PA2)

Hình 4.38:

Kết quả tính toán Kênh oxi hoá theo HSG (PA2) (tiếp

Hình 4.39:

Kết quả tính toán quá trình A-O theo HSG (PA3)

Hình 4.40:

Kết quả tính toán quá trình A-O theo HSG (PA3) (tiếp)

Hình 4.41:

Kết quả tính toán bể SBR theo HSG (PA4)

Hình 4.42:

Kết quả tính toán bể SBR theo HSG (PA4) (tiếp)


11

Hình 4.43:

Kết quả tính toán lợng khí cấp của 4 phơng án theo HSG

Hình 4.44:

Lựa chọn phơng pháp tính toán hồ

Hình 4.45:

Kết quả tính toán hồ sinh học làm thoáng nhân tạo

Hình 4.46:

Kết quả tính toán hồ sinh học làm thoáng nhân tạo (tiếp)

Hình 4.47:

Thông số đầu vào trạm với nồng độ phốt pho thay đổi

Hình 4.48:

Kết quả tính toán theo A131 với quá trình loại bỏ P bằng
phơng pháp sinh học thông thờng

Hình 4.49:

Kết quả tính toán theo A131 với quá trình loại bỏ P bằng
phơng pháp sinh học thông thờng (tiếp)

Hình 4.50:

Kết quả tính toán theo A131 với quá trình loại bỏ P bằng
phơng pháp sinh học thông thờng (tiếp)

Hình 4.51:

Kết quả tính toán với lựa chọn loại bỏ phốtpho bằng hoá chất
theo ATV A131

Hình 4.52:

Kết quả tính toán với lựa chọn loại bỏ phốtpho bằng hoá chất
theo ATV A131

Hình 4.53:

Cân bằng và hoá chất kết tủa phốt pho

Hình 4.54:

So sánh lợng khí yêu cầu của các phơng án

Hình 4.55:

So sánh thể tích công trình xử lý sinh học của các phơng án

Hình 4.56:

So sánh lợng bùn d của các phơng án

Hình 4.57:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải đô thị lựa chọn

Hình 4.58:

Thông số đầu vào tính toán bể SBR

Hình 4.59:

Một số thông số đầu ra lựa chọn trong tính toán

Hình 4.60:

Một số thông số lựa chọn sử dụng trong tính toán bể SBR

Hình 4.61:

Kết quả tính toán bể SBR theo A131

Hình 4.62:

Kết quả tính toán bể SBR theo A131 (tiếp)

Hình 4.63:

Kết quả tính toán lợng khí oxy cần thiết


12

mở đầu
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.
Cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá, quá trình đô thị hoá
ở nớc ta đang diễn ra với tốc độ nhanh, với hơn 700 đô thị các loại tại thời
điểm hiện tại. Bên cạnh sự phát triển đó cũng nảy sinh nhiều vấn đề hết sức
bức xúc về ô nhiễm môi trờng đặc biệt là nguồn nớc thải từ các đô thị này.
Nớc thải đô thị không đợc xử lý hoặc xử lý không đầy đủ đợc xả vào các
sông hồ tiếp nhận đang gây ô nhiễm nguồn nớc trầm trọng.
Do vậy việc lựa chọn đợc giải pháp công nghệ xử lý nớc thải phù hợp
với điều kiện của các đô thị ở nớc ta là hết sức cần thiết và có ý nghĩa. Tuy
vậy, việc nghiên cứu lựa chọn công nghệ phù hợp để xử lý đúng đắn các hợp
chất hữu cơ chứa cacbon, nitơ, phốtpho trong nớc thải đô thị là vấn đề phức
tạp, cần thiết phải sử dụng các phơng pháp và công cụ mạnh nh mô hình
toán học để trợ giúp cho công việc nghiên cứu này.
1.2. Mục tiêu của đề tài.
- Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về nớc thải đô thị và các công nghệ
xử lý, ứng dụng phơng pháp mô hình để lựa chọn công nghệ phù hợp.
- Thiết kế công nghệ và lựa chọn các thông số thiết kế trên cơ sở mô
hình phục vụ việc thiết kế hệ thống xử lý nớc thải đô thị tập trung.
1.3. Nội dung của đề tài.
1.3.1. Tên đề tài
"Nghiên cứu đánh giá lựa chọn công nghệ phù hợp và thiết kế công
nghệ hệ thống xử lý nớc thải đô thị trên cơ sở mô hình"

1.3.2. Đối tợng nghiên cứu:
Nớc thải của các đô thị tập trung ở Việt Nam.
1.3.3. Phạm vi nghiên cứu:


13

- Phân tích đặc tính lu lợng và đặc tính các chất ô nhiễm trong nớc
thải sinh hoạt và đô thị, đặc biệt liên hệ với các đô thị của Việt Nam.
- Giới thiệu các công nghệ đang áp dụng để xử lý nớc thải đô thị của
các nớc trên thế giới và ở Việt Nam.
- Phân tích, lựa chọn công nghệ phù hợp với sự trợ giúp của mô hình,
lựa chọn các thông số động học và thông số công nghệ phù hợp.
- Tính toán thiết kế công nghệ.
1.3.4. Phơng pháp nghiên cứu:
- Thu thập thông tin, tài liệu đã đợc công bố, các số liệu tổng hợp,
tổng kết của các cơ quan có chức năng về môi trờng đô thị.
- Nghiên cứu tổng quan về các quá trình, phơng pháp xử lý nớc thải
đô thị, đặc biệt là quá trình xử lý bằng phơng pháp sinh học.
- Nghiên cứu về các phần mềm mô hình hóa quá trình xử lý nớc thải
bằng phơng pháp sinh học nh phần mềm ASIM, Belebungs - Expert;
SASSProV2, DENIKAplus.
- Tập hợp, đánh giá số liệu thu thập, kết quả phân tích, kết quả chạy
bằng phần mềm viết luận văn.
1.3.5. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:
a. Mục tiêu:
- Tổng quan về nguồn và chế độ hình thành cũng nh tính chất, độ
nhiễm bẩn của nớc thải đô thị.
- Các phơng pháp xử lý nớc thải và đặc biệt là phơng pháp sinh học.
- Các sơ đồ dây chuyền công nghệ ứng dụng để xử lý nớc thải đô thị.

- Đánh giá các công nghệ đã đợc áp dụng trong xử lý nớc thải đô thị
dựa trên sự trợ giúp của một số mô hình để lựa chọn công nghệ thích hợp áp
dụng xử lý nớc thải đô thị tập trung ở nớc ta.
b. Nhiệm vụ nghiên cứu:


14

- Nghiên cứu các phơng pháp xử lý nớc thải để làm cơ sở lý luận cho
việc ứng dụng các phơng pháp xử lý thích hợp cho nớc thải đô thị.
- Tổng hợp các loại mô hình công nghệ xử lý nớc thải đô thị đã đợc
ứng dụng vào xử lý tại các đô thị tập trung ở Việt Nam.
- Với sự trợ giúp của mô hình ứng dụng cho nớc thải đô thị phân tích,
lựa chọn công nghệ phù hợp để xử lý nớc thải ở các đô thị tập trung của nớc
ta.
- Tính toán thiết kế công nghệ hệ thống xử lý nớc thải với công nghệ
đã lựa chọn.


15

Chơng I: tổng quan về nớc thải đô thị
1.1. Khái quát về tình hình đô thị hoá và hiện trạng môi trờng nớc tại
các đô thị ở Việt Nam.
Hiện nay (tính đến năm 2006) cả nớc có 722 đô thị từ loại đặc biệt đến
loại 5, tổng số dân trên 25 triệu ngời (bằng 27% dân số cả nớc) với tổng
lợng nớc thải sinh hoạt và sản xuất cha qua xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu
chuẩn môi trờng là khoảng 3.110.000 (m3/ngày). Lợng nớc này đang đợc
xả trực tiếp vào nguồn nớc sông, hồ và biển ven bờ [2]. Dự kiến đến năm
2010, dân số đô thị sẽ chiếm tới 35-48% trong đó khoảng 50-60% thuộc 3

thành phố lớn nh Hà Nội, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh.
1.1.1. Hiện trạng hệ thống cấp nớc đô thị.
Theo kết quả thống kê tại các thành phố lớn nh Hà Nội, Hải Phòng,
Thành phố Hồ Chí Minh, khoảng 70% hệ thống cấp nớc đô thị lấy từ nguồn
nớc mặt, 30% lấy từ nguồn nớc ngầm. Hệ thống phân phối nớc lại cũ kỹ,
h hỏng, rò rỉ làm thất thoát tới 30-40% lợng nớc cung cấp. Nh vậy lợng
nớc máy cung cấp đến ngời dân đô thị còn thấp (ở các thành phố loại I, tỉ lệ
dân số đợc cung cấp nớc máy chiếm 49,2%, ở các thành phố loại II tỉ lệ này
là 47,1%. Còn lại phần lớn dân c tự khoan giếng lấy nớc sinh hoạt. Hiện
nay, số lợng giếng khoan trên địa bàn các thành phố nh Hà Nội, thành phố
Hồ Chí Minh là không thể kiểm soát nổi. Chính tình trạng giếng khoan một
cách bừa bãi nh vậy đã ảnh hởng không nhỏ đến nguồn nớc mặt và nớc
ngầm, gây ô nhiễm nguồn cung cấp nớc chính cho cho các nhà máy nớc đô
thị. [19]
1.1.2. Hiện trạng hệ thống thoát nớc và vệ sinh môi trờng.
Theo khảo sát của Hội cấp thoát nớc Việt Nam, hầu hết hệ thống thoát
nớc đô thị đều đợc xây dựng từ thời Pháp thuộc và là hệ thống cống chung


16

liên hoàn gồm: cống thu gom nớc ma và nớc thải sau đó tiêu thoát ra
mơng, hồ, ao và điểm xả cuối cùng là sông hoặc biển. Tuy nhiên hệ thống
này cũng chỉ tập trung tại các đô thị loại 4 trở lên, còn đô thị loại 5 (thị trấn)
thì phần lớn hệ thống thoát nớc chỉ là những rãnh hở hoặc có nắp chạy dọc
tuyến phố chính để thoát nớc ma. [20] Chất lợng các tuyến cống theo đánh
giá của các Công ty môi trờng đô thị tại các địa phơng là xuống cấp trầm
trọng (50% bị h hỏng nghiêm trọng, 30% đã xuống cấp và chỉ có 20% mới
đợc xây dựng là còn tốt). Tỷ lệ dân đô thị đợc sử dụng dịch vụ thoát nớc
còn thấp và giảm dần từ đô thị lớn đến đô thị nhỏ. Các đô thị: Thành phố Hà

Nội, Hạ Long, Hải Phòng, Đà Nẵng, Hng Yên, Vĩnh Yên, Vũng Tàu, Thành
phố Hồ Chí Minh,... đạt 60-85%. Các đô thị: Huế, Hải Dơng, Bắc Ninh, Hà
Đông: 50%. Các đô thị nh Đồng Xoài 10%; Tam Kỳ, Tây Ninh 20%; Quảng
Ngãi, Mỹ Tho, Biên Hòa: 30%; Thành phố Tuy Hòa (tỉnh Bình Định) tỷ lệ này
là 10%; thành phố Buôn Ma Thuột (tỉnh Đắc Lắc) 15%; thành phố Cao Bằng
20%. [21]
Hiện tại, một số đô thị mới xây dựng hệ thống thoát nớc đã đợc tách
riêng giữa nớc ma với nớc thải. Tuy vậy, thoát nớc trong các khu đô thị
hiện nay chúng ta mới chỉ quan tâm đợc ở giai đoạn đầu, đó là việc làm thế
nào để nớc không bị ứ đọng trong nội đô nhất là khi có ma lớn, còn vấn đề
xử lý nớc thải trong thoát nớc vẫn cha đợc chú trọng nhiều.
Tại các khu đô thị, tình trạng sử dụng nhà vệ sinh không hợp tiêu chuẩn vẫn
tồn tại (ở Hà Nội là các khu phố cổ, ở thành phố Hồ Chí Minh là các vùng
kênh rạch). Theo báo cáo chiến lợc vệ sinh thoát nớc đô thị Quốc gia cho
thấy, ở Hà Nội, số hộ gia đình không có nhà vệ sinh chiếm tới 43%, thành phố
Hồ Chí Minh là 18%.


17

1.1.3. Hiện trạng xử lý nớc thải đô thị.
Tốc độ đô thị hóa cao gây tác động lớn đối với môi trờng, trong đó có
môi trờng nớc. Các dòng nớc thải gây ô nhiễm môi trờng nớc mặt, nớc
ngầm, gây ô nhiễm đất. Các nguồn nớc thải chính ở các đô thị hiện nay là:
- Sinh hoạt đô thị thải ra một lợng tơng đối lớn, khoảng 80% lợng
nớc cấp. Lợng nớc thải này xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà không có
bất kỳ một biện pháp xử lý nào.
- Nớc ma chảy tràn, đặc biệt là nớc ma đợt đầu.
Nớc thải sinh hoạt ở các thành phố là một nguyên nhân chính gây nên
tình trạng ô nhiễm nớc và vấn đề này có xu hớng càng ngày càng xấu đi.

Nớc thải và nớc ma, nhất là nớc ma đợt đầu đều không đợc xử lý.
Trong các đô thị, do dân số tăng nhanh, nhng hệ thống thoát nớc không
đợc cải tạo xây dựng kịp thời, nên nớc thải trực tiếp chảy vào các sông mà
không đợc kiểm soát chặt chẽ.
Theo Sở Tài nguyên và Môi trờng Hà Nội lợng nớc thải xử lý đạt
tiêu chuẩn ở Hà Nội mới chỉ đạt khoảng 6%, còn lại hơn 90% xả trực tiếp
xuống sông hồ mà không qua khâu xử lý nào. Hiện tại thành phố Hà Nội đã
triển khai xây dựng hai trạm xử lý nớc thải tập trung là trạm Trúc Bạch với
công suất 2.300 m3/ngày.đêm và trạm Kim Liên công suất 3.700 m3/ngày.đêm
và một nhà máy xử lý nớc thải Bắc Thăng Long - Vân Trì công suất 42.000
m3/ngày.đêm (tuy nhiên do lợng nớc thải ít nên hiện nhà máy mới chỉ vận
hành 1 mô đun với công suất khoảng 5000m3/ngày.đêm). Tại thành phố Hồ
Chí Minh, nhà máy xử lý nớc thải Bình Hng giai đoạn 1 với công suất
141.000 m3/ngày.đêm cũng đã đợc khánh thành đa vào sử dụng. Nhà máy
này có chức năng xử lý toàn bộ nớc thải sinh hoạt của các khu dân c trên
phạm vi gần 1.000 ha thuộc các quận 1, 3, 5, 7, 10 và 11 của thành phố.


18

1.2. Nguồn phát sinh nớc thải đô thị
1.2.1. Khái niệm nớc thải đô thị.
Tính gần đúng, nớc thải đô thị thờng gồm khoảng 50% là nớc thải
sinh hoạt, 14% là các loại nớc thấm và 36% là nớc thải sản xuất. Nhu cầu
cấp nớc và nớc thải đô thị ở các nớc công nghiệp phát triển cao hơn rất
nhiều so với các nớc đang phát triển.
Bảng 1.1: Mức độ sử dụng nớc ở một số đô thị trên thế giới [8]
Nớc
Phần Lan
Pháp

Nauy

Địa danh
Hensiki
Khu vực nông
thôn
Thành phố
Oslo

Năm
1963
1963

Mức tiêu dùng
Trung bình
Trung bình

1963

Tổng tiêu dùng trung
bình
Riêng sản xuất công
nghiệp
Tiêu dùng trung bình
Lớn nhất
Tiêu dùng lớn nhất
Trung bình
Trong sinh hoạt
Công nghiệp

Cho các nhu cầu khác
Trung bình
Trung bình
Trung bình
Trung bình

áo

Viên

1969

Thụy
Điển

Stockholm

1961

Thụy Sĩ

Basel
Zurich
Los Angeles
Chicago

1968
1961
1960
1960

Mỹ

L/ngời.ngày
360
126
245
580
230
313
416
422
337
198
102
37
720
420
630
875

1.2.2. Lu lợng nớc thải đô thị
Lu lợng nớc thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và
các tính chất đặc trng của thành phố. Khoảng 65 đến 85% lợng nớc cấp
cho một ngời trở thành nớc thải. Lu lợng và hàm lợng các chất thải của


19

nớc thải đô thị thờng dao động rất lớn. Lu lợng nớc thải của các thành

phố nhỏ biến động từ giá trị nhỏ nhất bằng 20%QTB đến giá trị lớn nhất nhất
bằng 250%QTB, còn đối với các thành phố lớn sự dao động đó từ 50%QTB đến
200%QTB. Lu lợng nớc thải lớn nhất trong ngày vào lúc 10-12 giờ tra và
thấp nhất vào khoảng 5 giờ sáng. Hàm lợng BOD và chất rắn lơ lửng có dạng
đờng cong gần giống nh đờng cong lu lợng Q (l/s).

Hình 1.1: Sự biến động theo thời gian trong ngày của nớc thải đô thị [8]


20

Lu lợng và tính chất nớc thải đô thị còn thay đổi theo mùa, giữa ngày làm
việc và ngày nghỉ trong tuần cũng cần đợc tính đến khi đánh giá sự biến
động lu lợng và nồng độ chất ô nhiễm.
1.3. Đặc tính của nớc thải đô thị
1.3.1. Đặc điểm lý hóa của nớc thải
Nớc thải thờng đợc đặc trng bởi màu xám, mùi hôi, hàm lợng
chất rắn khoảng 0,1% và nớc là 99,9%. Chất rắn gồm chất rắn lơ lửng
(khoảng 30%) và chất rắn hoà tan (khoảng 70%). Chất rắn hoà ran có thể đợc
loại bỏ bằng quá trình hoá học và sinh học.
Về mặt hoá học, nớc thải thì bao gồm các chất hữu cơ, vô cơ và nhiều khí
hòa tan khác. Các hợp chất hữu cơ có thể gồm cacbonhydrat, prôtêin, chất
béo, mỡ, chất hoạt động bề mặt, dầu khoáng, thuốc trừ sâu, phenol,... Các hợp
chất vô cơ có thể gồm kim loại nặng, nitơ, phốtpho, pH, sunfua, Clo, kiềm,
hợp chất độc. Trong nớc thải đô thị, tỷ lệ giữa các chất vô cơ và hữu cơ là
khoảng 50%. Tuy nhiên, vì nớc thải bao gồm hàm lợng các chất rắn hoà tan
cao hơn chất rắn lơ lửng, khoảng 85-90% của tổng thành phần chất vô cơ và
khoảng 55 đến 60% tổng thành phần chất hữu cơ là ở dạng hoà tan. Khí hoà
tan nói chung trong nớc thải là H2S, CH4, NH3, O2, CO2 và N2. Ba khí H2S,
CH4, NH3 là kết quả từ quá trình phân huỷ các chất hữu cơ có mặt trong nớc

thải. [13]
1.3.2. Đặc điểm về vi sinh vật trong nớc thải
Về mặt sinh học, nớc thải bao gồm nhiều loại vi sinh vật nhng một
trong những loại đợc quan tâm là nguyên sinh vật, thực vật, nguyên sinh
động vật. Nhóm nguyên sinh vật bao gồm vi khuẩn, vi nấm, động vật nguyên
sinh và tảo. Nhóm thực vật bao gồm dơng xỉ, rong, rêu, hạt giống cây,... Các
loài không xơng sống và có xơng sống đợc xếp trong nhóm động vật. Đối
với quá trình xử lý nớc thải các tác nhân sinh học đóng vai trò quan trọng


21

nhất là nhóm nguyên sinh vật đặc biệt là vi khuẩn, vi nấm, nguyên sinh động
vật và tảo. Mặc dù vậy, nớc thải bao gồm nhiều vi sinh vật gây bệnh đợc
phát sinh từ con ngời, những ngời bị lây nhiễm bệnh hay những ngời mang
mầm bệnh đặc biệt.
Bảng 1.2: Các mầm bệnh có khả năng tồn tại trong nớc thải đô thị [13]
Loại mầm bệnh
Vi khuẩn

Nồng độ có thể/lít nớc thải đô
thị
5000

Enteroviruses

?

Pathogenic E. Coli
Salmonella spp

7000

Shigella spp

7000

Vibrio Cholerae

1000

Động vật nguyên sinh

Entamoeba histolytica

4500

Giun sán

Ascaris Lumbricoides

600

Hoolworms

32

Schistosoma mansoni

1

Taenia saginata

10

Trichuris trichiura

120

Nồng độ chất bẩn trong nớc thải sinh hoạt đô thị hoặc khu dân c phụ thuộc
vào đặc điểm hệ thống thoát nớc, chế độ và tiêu chuẩn thải nớc. Các chỉ tiêu
chất bẩn trong nớc thải đô thị một số nớc khí hậu nhiệt đới đợc trình bày
trong bảng 1.3.
Bảng 1.3: Nồng độ chất bẩn trong nớc thải đô thị một số nớc khí hậu
nhiệt đới [3]
Chỉ tiêu

Kodungaigur

Lima

Herzliga

Khu Kim

(ấn Độ)

(Pêru)

(Israel)

Liên (Hà
Nội)

COD, mg/l
BOD5, mg/l
Chất lơ lửng, mg/l
TDS, mg/l

282
402
1060
205

175
196
1187
-

285
427
1094
163

315
250
270
750

22

Clorua, mg/l
Nitơ amoni, mg/l
PO43-, mg/l
Coliform,
MPN/100ml

30
-

-

76
-

100
32
12,5
13.106

1.4. Một số chơng trình ứng dụng phần mềm mô phỏng tính toán trạm
xử lý nớc thải đô thị
1.4.1. Chơng trình mô phỏng động lực cho mô hình xử lý nớc thải bằng
công nghệ sinh học (ASIM 4.0)
ASIM (Chơng trình mô phỏng bùn hoạt tính - Activated Sludge
Simulation Program) là một chơng trình mô phỏng, cho phép mô phỏng
những hệ thống xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học ở nhiều dạng khác
nhau:
Những hệ thống bùn hoạt tính có đến 10 phản ứng khác nhau trong

chuỗi (hiếu khí, thiếu khí, yếm khí), bao gồm bùn tuần hoàn và dòng tuần
hoàn nội vùng, phản ứng theo mẻ, phản ứng có hóa chất,... Chơng trình tính
đến sự xác định của những vòng lặp kiểm soát quá trình (bộ điều chỉnh tơng
ứng đơn giản và bộ điều chỉnh hệ nhị phân loại bật/tắt) và sự mô phỏng động
lực của sự biến đổi tải lợng (biến đổi tải lợng theo ngày, theo mùa, biến đổi
nhiệt độ, biến đổi những thông số của hệ thống nh việc cấp khí, việc loại bỏ
bùn vợt quá giới hạn hay tỷ lệ tuần hoàn, ...).
Phân tích dữ liệu đợc cung cấp trong khả năng có thể để so sánh với dữ liệu
quan sát đợc với những kết quả mô phỏng dễ dàng biểu diễn dới dạng đồ
thị. Những kết quả mô phỏng có thể cung cấp dới dạng các bảng tính cho xử
lý thêm.
ASIM dựa trên một nghiên cứu nh một ví dụ để mô phỏng trạm xử lý
nớc thải có khả năng nitrat hoá. Nó cho phép tính toán cũng nh tính đến
việc mở rộng các phần tùy chọn. [15]