Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu lọc ODM-2F loại bỏ cặn lơ lửng xử lý nước thải đô thị

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI. ******* HOÀNG HUỆ QUÂN NGHIÊN CỨU CÔNG TRÌNH LỌC ODM-2F ĐỂ LOẠI BỎ CẶN LƠ LỬNG TRONG XỬ LÝ NÂNG CAO NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ NHẰM MỤC ĐÍCH TÁI SỬ DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ SỞ HẠ TẦNG HÀ NỘI– 2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI. ******* NGHIÊN CỨU CÔNG TRÌNH LỌC ODM-2F ĐỂ LOẠI BỎ CẶN LƠ LỬNG TRONG XỬ LÝ NÂNG CAO NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ NHẰM MỤC ĐÍCH TÁI SỬ DỤNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ SỞ HẠ TẦNG MÃ SỐ: 62.10 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TRẦN HỮU UYỂN 2.

NGHIÊM VÂN KHANH HÀ NÔI - 2022 i Lời cảm ơn Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, đến nay tác giả đã hoàn thành luận án tiến sỹ. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS, TSKH Trần Hữu Uyển và PGS, TS. Nghiêm Vân Khanh đã tận tình hướng dẫn khoa học và động viên khuyến khích tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ Giáo dục và Đào tạo, Bộ Xây Dựng, Ban Giám Hiệu, Khoa Sau đại học Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã quan tâm sát sao và tạo điều kiện trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo của Bộ môn Cấp thoát nước- Khoa KTHT & MTĐT, Khoa SĐH đã có những trao đổi, góp ý về chuyên môn qui báu, đặc biệt là những vấn đề liên quan đến hướng đề tài luận án. Tác giả cũng gửi lời cảm ơn tới bạn bè đồng nghiệp nơi công tác và đặc biệt là tới gia đình người thân đã hết lòng đùm bọc yêu thương, động viên cổ vũ và tạo mọi thuận lợi nhất để tác giả yên tâm học tập và nghiên cứu. Tác giả xin cảm ơn tất cả! ii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực.

Những đóng góp của luận án chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác Tác giả NCS. Hoàng Huệ Quân iii MỤC LỤC Chương mục Trang Mục lục iii Danh mục từ và cụm từ viết tắt vii Danh mục hình và đồ thị ix Danh mục các bảng biểu xi Sơ đồ nghiên cứu luận án xiv MỞ DẦU 1 1. Tính cấp thiết 1 2. Mục đích nghiên cứu 3 3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 4. Nội dung nghiên cứu 4 5. Phương pháp nghiên cứu 4 6. Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5 7.

Một số khái niệm và thuật ngữ sử dụng trong luận án 6 8. Cấu trúc của luận án 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NÂNG CAO, GIẢI PHÁP TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI TÁI SINH VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1.1 Tổng quan về xử lý và xử lý nâng cao nước thải 8 1.1 Một số trạm xử lý nước thải sinh hoạt đô thị đang hoạt động tại Việt Nam 8 1.2 Mức độ và mục đích xử lý nâng cao nước thải 11 1.3 Công trình lọc nước và ứng dụng trong xử lý nâng cao nước thải 17 1.4 Công trình lọc MBBR và khả năng ứng dụng trong xử lý nâng cao nước thải 20 1.5 Công trình lọc ODM-2F và khả năng ứng dụng trong xử lý nâng cao nước 22 thải 1.6 Sơ đồ tổng thể công nghệ xử lý nâng cao nước thải theo yêu cầu tái sử dụng 23 1.2 Tổng quan về tái sử dụng nước thải 24 1.1 Tổng quan về tái sử dụng nước thải trên thế giới 24 iv 1.2 Tổng quan về tái sử dụng nước thải tại Việt Nam 32 1.3 Nhận xét đánh giá về xử lý và tái sử dụng nước thải 34 1.3 Tình hình nghiên cứu liên quan 36 1.1 Tình hình nghiên cứu liên quan ở nước ngoài.2 Tình hình nghiên cứu liên quan ở trong nước.3 Nhận xét đánh giá về tình hình nghiên cứu liên quan.4 Kết luận chương 1 40 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ XỬ LÝ VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NÂNG CAO NƯỚC THẢI ĐỂ TÁI SỬ DỤNG CHO MỤC ĐÍCH KHÔNG ĂN UỐNG TRONG ĐÔ THỊ 2.1 Chất lượng nước thải 42 2.1 Chất lượng nước thải trước xử lý nâng cao 42 2.2 Chất lượng nước thải sau xử lý nâng cao 43 2.2 Cơ sở lý thuyết khử chất bẩn hữu cơ, chất dinh dưỡng, và cặn lơ lửng 45 2.1 Lý thuyết khử chất hữu cơ và dinh dưỡng 45 2.2 Công nghệ xử lý sinh học để khử chất hữu cơ và dinh dưỡng 49 2.3 Các vật liệu lọc nước, vật liệu lọc đa năng ODM-2F và giá thể sinh học di 53 động 2.4 Lý thuyết lọc cặn qua lớp vật liệu lọc dạng hạt ODM-2F 61 2.3 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm 74 2.1 Cơ sở lý thuyết đồng dạng 74 2.2 Giả thuyết khoa học cho nghiên cứu thực nghiệm 77 2.5 Kết luận chương 2 77 CHƯƠNG 3.

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NÂNG CAO NƯỚC THẢI VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM LỌC ODM-2F 3.1 Lựa chọn công nghệ xử lý nâng cao nước thải để tái sử dụng không cho 79 ăn uống trong đô thị 3.1 Xác định sơ bộ công nghệ xử lý nâng cao nước thải 79 3.2 Đánh giá công nghệ xử lý nâng cao nước thải 81 i 3.2 Xây dựng mô hình nghiên cứu thực nghiệm pilot hiện trường 83 3.1 Tính toán thiết kế mô hình thực nghiệm 83 3.2 Mô tả mô hình thực nghiệm 87 3.3 Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu và qui hoạch thực nghiệm 88 3.1 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.2 Các thông số/chỉ tiêu và qui trình thực nghiệm 90 3.3 Phương pháp phân tích và xác định các thông số/chỉ tiêu thực nghiệm 91 3.4 Qui hoạch thực nghiệm 93 3.4 Kết quả và xử lý kết quả thực nghiệm pilot lọc ODM-2F 99 3.1 Kết quả thưc nghiệm 99 3.2 Xử lý kết quả thực nghiệm.5 Bàn luận nghiên cứu quá trình loại bỏ cặn lơ lửng bằng bể lọc vật liệu lọc 103 ODM-2F 3.1 Nồng độ thành phần của cặn lơ lửng trong nước thải trước và sau khi đến bể 109 lọc 3.2 Sự gia tăng tổn thấp áp lực của bể lọc vật liệu ODM-2F 110 3.5 Kết luận chương 3 111 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH LỌC ODM-2F VÀ ỨNG DỤNG 4.1 Xây dựng phương pháp tính toán công trình lọc ODM-2F.1 Xác định các thông số lọc 112 4.2 Xác định các thông số rửa lọc 118 4.3 Xác định các dịch vụ, nhu cầu dùng nước và công suất cấp nước trong đô 122 thị 4.4 Qui trình tính toán thiết kế công trình lọc 126 4.3 Ứng dụng kết quả nghiên cứu đối khu đô thị huyện Đan Phượng, TP Hà 127 Nội 4.1 Mô tả trạm xử lý nước thải sinh hoạt 127 4.2 Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nâng cao nước thải 128 ii 4.3 Tính toán thiết kế các công trình trong dây chuyền công nghệ xử lý nâng 129 cao nước thải 4.4 Đánh giá lợi ích kinh tế, môi trường của giải pháp xử lý nâng cao nước 134 thải và tái sử dụng cho mục đích cấp nước không ăn uống trong đô thị.1 Khái toán kinh tế xử lý nâng cao nước thải.2 Lợi ích về kinh tế và môi trường.1 Bàn luận về kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình lọc ODM-2F 136 4.3 Bàn luận về khả năng ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tế đô thị 137 Việt nam KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 PHỤ LỤC 151 vii DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Giải nghĩa tiếng việt Giải nghĩa tiếng Anh AAO Kỵ khí-Thiếu khí-Hiếu khí Anaerobic-Anaxic-Oxic ABR Công nghệ phản ứng kỵ khí có Anaerobic Baffled Reactor vách ngăn AO Anoxic-Oxic Thiếu khí-Hiếu khí (tạm dịch) ATP Adennosine Triphosphate Adennosine Triphosphate BOD Biological Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa BTNM Bộ Tài nguyên môi trường T COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học CN Công nghiệp CTN Cấp thoát nước DEWATS Decentralised Wastewater Hệ thống xử lý nước thải phân tán Treatment Systems KCN-KCX Khu công nghiệp-Khu chế xuất KHVN Khoa học Việt nam KH &CN Khoa học và Công nghệ KT-XH Kinh tế - xã hội LVS Lưu vực sông MBBR Moving Bed Biofilm Reactor Công nghệ lọc giá thể sinh học di động MBR Membrane Bio- Reactor Công nghệ màng sinh học NCKH Nghiên cứu khoa học NĐ Nghị định NMXLNT Nhà máy xử lý nước thải NTM Nông thôn mới NTSH Nước thải sinh hoạt NQ Nghị quyết OD Kênh oxy hóa TCCP Oxidation Ditch Tiêu chuẩn cho phép TSS Tổng chất rắn lơ lửng viii QCVN Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia Total Suspended Solid SBR Bể sinh học theo mẻ liên tục TF Lọc nhỏ giọt Sequencing Batch Reactor TP Thành phố Tricking filter UASB Bùn kỵ khí dòng chảy ngược Upflow anaerobic sludge XLNT Xử lý nước thải blanket XLNTTT Xử lý nước thải tập trung ix DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số TT Nội dung các hình và so đồ Trang 1 Hình 1. Phân bố các nhà máy XLNT đô thị năm 2015 và năm 13 2020 2 Hình 1. Sơ đồ công nghệ lọc MBBR 19 3 Hình 1.

Hai loại bể MBBR hiếu khí và thiếu khí 20 4 Hình 1. Sơ đồ tổng thể xử lý theo các yêu cầu tái sử dụng nước 23 thải 5 Hình 1. Các đối tượng sử dụng nước tái sinh ở Tấy/trung tâm 30 Basin, CA 6 Hình 1. Mô hình thu gom, xử lý và tái sử dụng nước thải tại 34 chỗ 7 Hình 2.1 Cơ chế loại bỏ phốt pho dư thừa 48 8 Hình 2.

Sơ đồ quá trình Bardenpho sửa đổi 50 9 Hình 2. Sơ đồ công nghệ AA/O 50 10 Hình 2. Sơ đồ công nghệ UCT (Univercity of Cape Tawn) 51 11 Hình 2.5: Sơ đồ công nghệ PhoStrip II 51 12 Hình 2. Sơ đồ công nghệ kết hợp lọc sinh học và bùn hoạt tính 52 13 Hình 2.

Sơ đồ công nghệ AO-MBR 53 14 Hình 2. Các loại giá thể lọc sinh học di động (MBBR) 56 15 Hình 2. Đồ thị phân bố cặn theo chiều sâu lớp lọc 60 16 Hình 2. Đồ thị tương quan giữa hàm lượng cặn lơ lửng (C) và 61 tổn thất thuỷ lực (P) với thời gian lọc hiệu quả trong quá trình lọc nước 17 Hình 3.

Sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lý nâng cao nước 83 thải để tái sử dụng cho mục đích không ăn uống trong đô thi 18 Hình 3. Sơ đồ dây chuyền mô hình thực nghiệm 87 19 Hình 3. Sơ đồ mô hình thực nghiệm 88 20 Hình 3. Đồ thị quan hệ phụ thuộc tỉ lệ SS/SSo – thời gian lọc t 103 (v=5m/h) x 21 Hình 3.