Tài liệu Định hướng nâng cao hiệu quả thu gom và xử lý nước thải đô thị khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên đến năm 2020 Luận văn ThS. Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- Đoàn Văn Vũ ĐỊNH HƢỚNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU GOM VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI ĐÔ THỊ KHU VỰC PHÍA BẮC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN ĐẾN NĂM 2020 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- Đoàn Văn Vũ ĐỊNH HƢỚNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU GOM VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI ĐÔ THỊ KHU VỰC PHÍA BẮC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN ĐẾN NĂM 2020 Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Trịnh Thị Thanh Hà Nội - 2012 ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................v DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... viii KÍ HIỆU VIẾT TẮT ................................................................................................. ix MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................3 1.1. Tổng quan về hệ thống thoát nước và các vấn đề cơ bản trong thiết kế hệ thống thoát nước ......................................................................................................3 1.1.1. Tổng quan về hệ thống thoát nước ................................................................3 1.1.2. Các vấn đề cơ bản trong lựa chọn hệ thống thoát nước đô thị ......................7 1.2. Hệ thống và tổ chức thoát nước thải tại các đô thị Việt Nam ..........................8 1.2.1. Hiện trạng hệ thống thoát nước thải tại các đô thị Việt Nam ....................8 1.2.2. Định hướng hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam ....................................8 1.2.3. Tổ chức hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam ..........................................9 1.3. Tổng quan về công nghệ và công trình xử lý nước thải đô thị ......................11 1.3.1. Sơ lược về dây chuyền công nghệ xử lý nước thải ..................................11 1.3.2. Các công trình xử lý nước thải và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật .....................12 1.4. Giới thiệu chung về thành phố Thái Nguyên .................................................35 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................................................................................42 2.1. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................42 2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................42 2.3. Phương pháp nghiên cứu................................................................................42 2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu .....................................................42 2.3.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế ....................................................43 2.3.3. Phương pháp mô hình toán ......................................................................43 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..............................48 3.1. Hiện trạng hệ thống thoát nước và cơ sở hạ tầng, dân cư khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên .........................................................................................48 iii 3.1.1. Hiện trạng cơ sở hạ tầng ..........................................................................48 3.1.2. Hiện trạng hệ thống thoát nước chung khu vực nghiên cứu ....................50 3.1.3. Hiện trạng xả nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư...............................55 3.2. Nghiên cứu về quy hoạch và sự phát triển của thành phố Thái Nguyên đến năm 2020 ...............................................................................................................57 3.2.1. Quy hoạch thành phố Thái Nguyên đến năm 2020 .................................57 3.2.2. Sự phát triển của thành phố Thái Nguyên đến năm 2020 .......................60 3.3. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả thu gom và xử lý nước thải đô thị cho khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên ............................................................63 3.3.1. Những thuận lợi và khó khăn trong việc thu gom nước thải đô thị tại khu vực nghiên cứu ...................................................................................................63 3.3.2. Mục tiêu cần đạt khi đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả thu gom và xử lý nước thải khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên ...........................................64 3.3.3. Đề xuất các phương án thu gom và xử lý nước thải cho khu vực nghiên cứu......................................................................................................................64 3.4. Thiết kế mạng lưới thu gom và xử lý nước thải khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên theo phương án lựa chọn .................................................................66 3.4.1. Giải pháp chống ngập úng cục bộ............................................................66 3.4.2. Giải pháp thu gom nước thải theo từng tuyến đường cụ thể ...................68 3.4.3. Giải pháp xử lý nước thải đô thị khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên .73 3.4.4. Mô phỏng các quá trình thủy lực trên mạng thoát nước khu phía Bắc thành phố Thái Nguyên .....................................................................................85 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .......................................................................100 1. Kết luận ...........................................................................................................100 2. Khuyến nghị ....................................................................................................101 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................102 PHỤ LỤC ...............................................................................................................104 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống thoát nước chung ................................................................3 Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống thoát nước riêng .................................................................5 Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống thoát nước nửa riêng ..........................................................6 Hình 1.4. Sơ đồ tổ chức thoát nước và xử lý nước thải đô thị ..................................11 Hình 1.5. Sơ đồ chung của một trạm xử lý nước thải ...............................................12 Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại, quy mô 10 người sử dụng .................................13 Hình 1.7. Sơ đồ cấu tạo giếng thấm ..........................................................................13 Hình 1.8. Sơ đồ cấu tạo bãi lọc ngầm .......................................................................14 Hình 1.9. Sơ đồ quá trình xử lý nước thải trong đất .................................................16 Hình 1.10. Cơ chế quá trình xử lý nước thải trong hồ sinh vật .................................18 Hình 1.11. Nguyên lý quá trình XLNT bằng phương pháp bùn hoạt tính ................19 Hình 1.12. Các kiểu dòng chảy trong bể aeroten ......................................................19 Hình 1.13. Sơ đồ hoạt động của hệ thống aeroten SBR ............................................20 Hình 1.14. Sơ đồ hệ thống aeroten Bardenpho .........................................................21 Hình 1.15. Sơ đồ XLNT theo nguyên tắc thổi khí kéo dài .......................................22 Hình 1.16. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của kênh ôxy hoá tuần hoàn ......................23 Hình 1.17. Sơ đồ nguyên lý lọc dính bám.................................................................24 Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống đĩa lọc sinh học ..............................................................25 Hình 1.19. Sơ đồ cấu tạo bể lắng hai vỏ ...................................................................27 Hình 1.20. Sơ đồ cấu tạo bể lắng trong kết hợp ngăn lên men .................................28 Hình 1.21. Sơ đồ cấu tạo bể lọc kỵ khí .....................................................................28 Hình 1.22. Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể UASB ............................29 Hình 2.1. Các khối xử lý chính của mô hình SWMM ..............................................44 Hình 2.2. Sơ đồ mô phỏng mạng lưới thoát nước trong SWMM .............................45 Hình 2.3. Giao diện làm việc của mô hình Steady....................................................46 Hình 2.4. Giao diện tính toán cân bằng vật chất trên mô hình Steady......................46 Hình 2.5. Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu trong bản đồ tổng thể thành phố Thái Nguyên ......................................................................................................................47 v Hình 3.1. Sơ đồ thu gom nước trước nhà – Kiểu K1 ................................................68 Hình 3.2. Sơ đồ thu gom nước sau nhà – Kiểu K2 ...................................................69 Hình 3.3. Sơ đồ thu nước thải sau nhà có bơm – Kiểu K3 .......................................69 Hình 3.4. Sơ đồ thu nước thải với ga tách - Kiểu K4 ...............................................70 Hình 3.5. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải theo phương án 1 .................................78 Hình 3.6. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải theo phương án 2 .................................79 Hình 3.7. Sơ đồ công nghệ theo phương án chọn thiết lập trên Steady ....................81 Hình 3.8. Giao diện nhập các thông số cho nguồn đầu vào ......................................81 Hình 3.9. Nhập các thông số cho công trình tiền xử lý.............................................82 Hình 3.10. Nhập các thông số cho công trình xử lý sinh học ..................................82 Hình 3.11. Kết quả tính toán cân bằng chất hệ thống xử lý nước thải bằng mô hình Steady ........................................................................................................................83 Hình 3.12. Sơ đồ mô phỏng mạng thoát nước khu vực nghiên cứu .........................86 Hình 3.13. Giao diện nhập dữ liệu cho tiểu lưu vực .................................................87 Hình 3.14. Giao diện khai báo thông số mưa ............................................................87 Hình 3.15. Chuỗi thời gian mưa ................................................................................88 Hình 3.16. Đường đặc tính của trận mưa ..................................................................88 Hình 3.17. Sơ đồ chôn cống ......................................................................................89 Hình 3.18. Giao diện nhập dữ liệu cho nút ...............................................................89 Hình 3.19. Giao diện nhập dữ liệu cho cống.............................................................90 Hình 3.20. Giao diện khai báo hồ điều hòa ...............................................................90 Hình 3.21. Kết quả mô phỏng diễn biến của dòng chảy trên hệ thống thoát nước tại thời điểm đầu trận mưa .............................................................................................92 Hình 3.22. Kết quả mô phỏng diễn biến của dòng chảy trên hệ thống thoát nước tại thời điểm kết thúc trận mưa ......................................................................................92 Hình 3.23. Kết quả mô phỏng diễn biến của dòng chảy trên hệ thống thoát nước tại thời điểm đầu trận mưa .............................................................................................93 Hình 3.24. Kết quả mô phỏng diễn biến của dòng chảy trên hệ thống thoát nước tại thời điểm trận mưa kết thúc ......................................................................................93 vi Hình 3.25. Khai báo mức nước dâng trên sông Cầu và đường cong đại diện ..........94 Hình 3.26. Mực nước thải trong cống khi có nước dâng ..........................................95 Hình 3.27. Giao diện nhập thông số cửa van ............................................................95 Hình 3.28. Giao diện khai báo đối tượng bơm ..........................................................96 Hình 3.29. Diễn biến của dòng chảy trong cống khi có bơm ...................................96 Hình 3.30. Kiểu A - Trạm bơm trong điều kiện bình thường ...................................98 Hình 3.31. Kiểu B - Trạm bơm trong điều kiện lũ và Trạm xử lý nước thải vẫn làm việc ............................................................................................................................99 Hình 3.32. Kiểu C - Trạm bơm trong điều kiện lũ và Trạm xử lý nước thải không làm việc .....................................................................................................................99 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Bảng tổng hợp các công trình xử lý nước thải .........................................33 Bảng 1.2. Mực nước sông Cầu (m) ứng với tần suất lũ ............................................37 Bảng 1.3. Tài liệu quan sát mưa lũ của trạm khí tượng thủy văn Thái Nguyên .......37 Bảng 1.4. Giá trị sản xuất công nghiệp trên địa bàn thành phố Thái Nguyên ..........39 Bảng 1.5. Hoạt động phát thanh, truyề n hình ...........................................................40 Bảng 1.6. Số giáo viên và phổ thông trên địa bàn (năm 2010) .................................41 Bảng 3.1. Hiện trạng các tuyến đường (năm 2010) ..................................................48 Bảng 3.2. Thống kê dân số trong khu vực nghiên cứu đến năm 2011 ......................49 Bảng 3.3. Chất lượng môi trường nước mặt (trên các tuyến suối đổ ra sông Cầu) khu vực nghiên cứu, năm 2010 .................................................................................56 Bảng 3.4. Quy hoạch các khu dân cư phường Đồng Quang .....................................58 Bảng 3.5. Quy hoạch khu dân cư hồ điều hòa Xương Rồng.....................................58 Bảng 3.6. Quy hoạch khu dân cư số 2 phường Hoàng Văn Thụ ..............................58 Bảng 3.7. Quy hoạch khu dân cư số 4 phường Túc Duyên ......................................59 Bảng 3.8. Quy hoạch khu dân cư số 7 phường Túc Duyên ......................................59 Bảng 3.9. Quy hoạch khu dân cư số 2 phường Quang Trung ...................................60 Bảng 3.10. Tính toán số lượng dân trong khu vực nghiên cứu .................................60 Bảng 3.11. Dân số khu vực nghiên cứu theo quy hoạch phát triển ..........................61 Bảng 3.12. Thống kê tải trọng thuỷ lực yêu cầu của Trạm xử lý nước thải .............73 Bảng 3.13. Tải trọng chất ô nhiễm cần xử lý ............................................................74 Bảng 3.14. Yêu cầu chất lượng nước thải sau xử lý tại trạm ....................................74 Bảng 3.15. Thông số kỹ thuật cơ bản các công trình trong trạm xử lý nước thải .....84 Bảng 3.16. Phân chia số lượng tiểu lưu vực .............................................................85 Bảng 3.17. Bảng kết quả tính toán đối với hồ điều hòa ............................................94 Bảng 3.18. Thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thoát nước đề xuất ...................97 viii KÍ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu viết tắt Tên kí hiệu 1 BOD (Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy sinh học 2 COD (Chemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy hóa học 3 DO (Dissolve oxygen) Oxy hòa tan 4 EPA (The US Environment Protection Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Agency) Kỳ 5 MPN (Most Probable Number) Số vi khuẩn có thể lớn nhất 6 TSS (Total Suspended Solid) Tổng chất rắn lơ lửng 7 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 8 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 9 UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Bể lọc ngược qua tầng bùn kị khí 10 SBR (Sequencing Batch Reactor) Bể phản ứng theo mẻ 11 SWMM (Storm Water Management Model) Mô hình quản lý nước mưa 12 XLNT Xử lý nước thải ix MỞ ĐẦU Cùng với chất thải rắn, nước thải là vấn đề gây bức xúc tại hầu hết các đô thị Việt Nam. Thành phố Thái Nguyên là đô thị loại I, với hơn 250 ngàn dân cũng đang đứng trước thách thức của sự mâu thuẫn giữa phát triển kinh tế xã hội và các vấn đề ô nhiễm môi trường. Thành phố Thái Nguyên có số dân lớn, mỗi ngày ước tính có khoảng 20 – 30 ngàn mét khối nước thải chưa được xử lý/hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn, chứa một lượng rất lớn các chất ô nhiễm trong đó có các chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi khuẩn đổ vào nguồn tiếp nhận môi trường xung quanh. Đây cũng chính là một trong những nguyên nhân gây suy thoái chất lượng nước sông Cầu - một trong 3 con sông hiện đang được quan tâm do môi trường tại lưu vực đã và đang chịu tác động xấu từ các quá trình hoạt động phát triển kinh tế xã hội gây nên. Thực tế cho thấy, hiện nay, hệ thống thoát nước của hầu hết các khu vực thành phố Thái Nguyên đã xuống cấp, không còn khả năng đáp ứng được với nhu cầu tiêu thoát nước cho thành phố (đặc biệt là vào mùa mưa lũ) [14], quan trọng hơn là hàng ngày vẫn có hàng nghìn mét khối nước thải sinh hoạt của người dân sau khi xử lý sơ bộ qua các bể tự hoại đổ trực tiếp ra sông Cầu, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất nước nước sông. Đây cũng chính là một trong thách thức đặt ra cần giải quyết trong đó có lĩnh vực môi trường, khi thành phố Thái Nguyên đã là đô thị loại I vào năm 2010. Xuất phát từ điều kiện thực tiễn nêu trên, luận văn lựa chọn đề tài: “Định hướng nâng cao hiệu quả thu gom và xử ký nước thải đô thị khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên đến năm 2020”. Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá được hiện trạng thu gom và xử lý nước thải của khu trung tâm phía Bắc thành phố Thái Nguyên; dự báo khả năng thu gom, từ đó đề xuất được giải pháp nhằm cải thiện mạng lưới thu gom, xử lý nước thải cho khu vực, định hướng đến năm 2020. 1 Phạm vi nghiên cứu: Khu vực phía Bắc thành phố Thái Nguyên thuộc địa bàn của 09 phường: Quang Trung, Quán Triều, Quang Vinh, Phan Đình Phùng, Hoàng Văn Thụ, Trưng Vương, Gia Sàng, Đồng Quang, Túc Duyên. Tổng diện tích lưu vực nghiên cứu là khoảng 1200 ha. 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về hệ thống thoát nƣớc và các vấn đề cơ bản trong thiết kế hệ thống thoát nƣớc 1.1.1. Tổng quan về hệ thống thoát nước Hệ thống thoát nước là tổ hợp các công trình, thiết bị và các giải pháp kỹ thuật được tổ chức để thực hiện nhiệm vụ thoát nước thải ra khỏi khu vực. Phân loại hệ thống thoát nước thải: tùy thuộc vào phương thức thu gom, vận chuyển, mục đích và yêu cầu cần xử lý mà phân chia thành: - Hệ thống thoát nước chung; - Hệ thống thoát nước riêng: bao gồm hệ thống riêng hoàn toàn và hệ thống riêng không hoàn toàn. - Hệ thống thoát nước nửa riêng; - Hệ thống thoát nước hỗn hợp. * Hệ thống thoát nước chung Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống thoát nƣớc chung 1. Mạng lưới đường phố 2. Giếng thu nước mưa 3. Cống góp chính 4. Giếng tách nước mưa 5. Cống xả nước mưa 6. Mương rãnh thu nước mưa 7. Mạng lưới thoát nước xí nghiệp 8. Trạm xử lý nước thải 9. Cống xả 3 Hệ thống thoát nước chung là hệ thống, trong đó mọi loại nước thải (nước mưa, nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất) được dẫn – vận chuyển trong cùng một mạng lưới cống tới trạm xử lý nước thải hoặc vào nguồn tiếp nhận. Nhiều trường hợp người ta xây dựng những giếng tràn tách nước mưa tại những điểm cuối của đoạn cống góp nhánh và đầu các cống góp chính để xả phần lớn lượng nước mưa của các trận mưa lớn đổ ra nguồn nước gần đó để giảm bớt kích thước cống, giảm lưu lượng nước mưa tới trạm bơm, lên công trình xử lý và thu hồi toàn bộ nước thải khi trời không mưa và cả nước mưa đầu trận để xử lý [15]. - Ưu điểm của hệ thống: + Tốt nhất về mặt vệ sinh vì toàn bộ nước thải đều được xử lý (nếu không tách nước mưa); + Kinh tế đối với các khu nhà cao tầng vì tổng chiều dài của mạng tiểu khu và mạng đường phố giảm (30 – 40%) so với hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn. Chi phí quản lý mạng giảm từ 15 đến 20%. - Nhược điểm của hệ thống: Đối với các khu nhà thấp tầng thì: + Chế độ thủy lực trong ống dẫn và các công trình không điều hòa, nhất là trong điều kiện mưa lớn như ở nước ta (Khi lưu lượng nhỏ bùn cát có thể lắng đọng, còn khi mưa lớn có thể gây ngập úng cục bộ). Quản lý vận hành rất phức tạp. + Vốn đầu tư ban đầu cao do không có sự ưu tiên đối với từng loại nước thải. - Điều kiện áp dụng: + Giai đoạn đầu xây dựng hệ thống thoát nước riêng; + Những đô thị hoặc khu đô thị nhà cao tầng, trong nhà có bể tự hoại; + Nguồn tiếp nhận lớn, cho phép xả nước thải với mức độ xử lý thấp; + Địa hình thuận lợi cho thoát nước, hạn chế được số lượng thiết bị và cột nước bơm (hạn chế vốn đầu tư ban đầu); + Cường độ mưa khu vực nhỏ. 4 * Hệ thống thoát nước riêng 1. Mạng thoát nước sinh hoạt 2. Mạng thoát nước mưa 3. Đường ống có áp 4. Cống xả nước thải đã xử lý 5. Cống xả nước mưa và nước thải đã xử lý quy ước sạch Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống thoát nƣớc riêng Hệ thống thoát nước riêng là hệ thống có hai hay nhiều mạng lưới: một mạng lưới dùng để thoát nước thải bẩn (như nước thải sinh hoạt), trước khi xả ra nguồn tiếp nhận bắt buộc phải xử lý; một mạng lưới khác dùng để vận chuyển nước thải quy ước là sạch (như nước mưa) có thể xả thẳng vào nguồn tiếp nhận. Tùy vào mức độ ô nhiễm, nước thải sản xuất có thể được vận chuyển chung với nước thải sinh hoạt (nếu độ nhiễm bẩn cao) hoặc chung với nước mưa (nếu độ nhiễm bẩn thấp). Nước thải sản xuất có chứa các chất bẩn tương tự như nước thải sinh hoạt thì được dẫn chung với nước thải sinh hoạt trong cùng một mạng lưới. Nếu nước thải sản xuất có chứa các chất khác với nước thải sinh hoạt và không thể xử lý chung hoặc có chứa các chất độc (kiềm, axit,...) thì nhất thiết phải vận chuyển trong một mạng lưới riêng biệt [15]. - Ưu điểm: + Chỉ phải làm sạch nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất nên khối lượng các công trình đầu tư nhỏ, giá thành xử lý thấp; + Giảm được vốn đầu tư xây dựng; + Chế độ thủy lực của hệ thống ổn định, thuận lợi trong công tác vận hành. - Nhược điểm: + Tổng chiều dài hệ thống đường ống lớn (tăng 30 – 40% so với hệ thống thoát nước thải chung); + Tồn tại song song nhiều hệ thống công trình, mạng trong đô thị; 5 + Điều kiện vệ sinh kém hơn vì chất bẩn trong nước mưa không được xử lý mà thải trực tiếp ra ngoài môi trường (nhất là khi nguồn nước ít, khả năng pha loãng kém). - Điều kiện ứng dụng: + Đô thị lớn, tiện nghi; + Địa hình không thuận lợi, đòi hỏi xây dựng nhiều trạm bơm, cột nước bơm lớn; + Cường độ mưa lớn; + Nước thải đòi hỏi phải xử lý sinh hóa; + Hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn không phù hợp với những vùng ngoại ô, hoặc giai đoạn đầu xây dựng hệ thống thoát nước của đô thị. * Hệ thống thoát nước nửa riêng Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống thoát nƣớc nửa riêng Hệ thống thoát nước nửa riêng là hệ thống trong đó ở những điểm giao nhau giữa hai mạng lưới độc lập người ta xây dựng giếng tràn (hố ga tách) tách nước mưa. Tại những giếng này, khi lưu lượng nước mưa ít (giai đoạn đầu của trận mưa) chất lượng nước mưa bẩn, nước mưa sẽ chảy vào mạng lưới thoát nước sinh hoạt, theo cống góp chung đến dẫn đến trạm xử lý; khi lưu lượng nước mưa lớn (các trận mưa kéo dài, ví dụ, sau 20 phút đầu của trận mưa lớn), chất lượng nước tương đối sạch, nước mưa sẽ tràn qua giếng tách theo cống xả ra nguồn tiếp nhận [17]. 6 - Ưu điểm: + Về vệ sinh thì tốt hơn hệ thống thoát nước riêng vì trong thời gian mưa (ban đầu), các chất bẩn không theo nước mưa xả trực tiếp vào nguồn; + Phối hợp được ưu điểm của cả hai loại hệ thống trên. - Nhược điểm: + Vốn đầu tư ban đầu khá cao vì phải xây dựng đồng thời hai hệ thống; + Những chỗ giao nhau của hai mạng phải xây giếng (hố ga tách) nước mưa, thường không đạt hiệu quả mong muốn về vệ sinh. - Điều kiện ứng dụng: + Ứng dụng tốt tại các đô thị có dân số >50.000 người; + Yêu cầu mức độ xử lý cao khi: + Nguồn tiếp nhận trong đô thị nhỏ, không có dòng chảy; + Những nơi có nguồn nước sử dụng mục đích tắm, thể thao; + Nguồn tiếp nhận yêu cầu chất lượng nước thải tốt khi xả vào. 1.1.2. Các vấn đề cơ bản trong lựa chọn hệ thống thoát nước đô thị Tùy theo điều kiện cụ thể mà có thể lựa chọn loại sơ đồ hệ thống thoát nước phù hợp trên cơ sở so sánh các yếu tố kinh tế - kỹ thuật – môi trường. Không được xả nước thải vào kênh hở, nếu trong kênh v<0,05m/s và Q<1m3/s. Không được xả nước thải vào bãi tắm, hồ nuôi cá,...nếu không được sự đồng ý của đơn vị chủ quản. Thoát nước thải cho các nhà máy xí nghiệp, cơ sở sản xuất kinh doanh thường theo nguyên tắc riêng hoàn toàn. Trong các đô thị lớn (dân số > 50.000 người) với mức độ tiện nghi khác nhau có thể áp dụng hệ thống thoát nước nửa riêng (trên thế giới có khoảng 33% áp dụng hệ thống thoát nước loại này) [12]. Quy hoạch thoát nước phải tính đến điều kiện của địa phương và khả năng phát triển kinh tế, xây dựng công trình mới phải kết hợp hiệu quả của công trình sẵn có. Khi quy hoạch hệ thống thoát nước cần tính đến: 7 - Lưu lượng và nồng độ các loại nước thải ở các giai đoạn khác nhau; - Khả năng giảm lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm của nước thải công nghiệp bằng việc áp dụng công nghệ hợp lý với hệ thống thoát nước tuần hoàn hay nối tiếp trong các khu công nghiệp; - Cần xem xét lợi ích xử lý chung nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất công nghiệp; - Khái quát về chất lượng nước thải tại điểm sử dụng và tại các điểm xả vào nguồn tiếp nhận. 1.2. Hệ thống và tổ chức thoát nƣớc thải tại các đô thị Việt Nam 1.2.1. Hiện trạng hệ thống thoát nước thải tại các đô thị Việt Nam Hiện nay hệ thống thoát nước của các đô thị Việt Nam chủ yếu vẫn là hệ thống cống chung giữa nước mưa và nước thải. Hầu hết nước thải sinh hoạt chưa được xử lý. Do đặc điểm hình thành và phát triển thoát nước đô thị Việt Nam là trong điều kiện tài chính hạn chế do đó mạng lưới thoát nước vừa thiếu vừa chắp vá, mạng lưới cống chung chưa đem lại hiệu quả trong việc thoát nước thải. Cống thoát nước thường có độ dốc nhỏ, chất lượng thấp, nước ngầm thấm vào cống nhiều, về mùa khô nước chảy chậm gây hiện tượng lắng đọng cặn trong cống. Hệ thống cống thoát nước không kín ảnh hưởng tới các yêu cầu về cảnh quan môi trường [10]. 1.2.2. Định hướng hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam Theo tài liệu [3] việc lựa chọn hệ thống thoát nước phải đảm bảo các mục tiêu như: giá thành thấp, tôn trọng các điều kiện vệ sinh môi trường... Các căn cứ chính để lựa chọn là: - Các điều kiện kỹ thuật, điều kiện cụ thể của từng đô thị (địa hình, khí tượng, thuỷ văn, mạng lưới thoát nước hiện có, mật độ dân cư...) - Những điều kiện kinh tế: chi phí đầu tư, chi phí bảo trì, khai thác, vận hành thiết bị... - Quy hoạch phát triển đô thị... 8 Ngoài ra còn có các căn cứ khác như: Mục tiêu chủ yếu của việc thoát nước trong giai đoạn đầu: Nếu lấy nhiệm vụ chống ngập úng do mưa làm trọng thì tất yếu phải lựa chọn kiểu hệ thống mà trong đó phải thoả mãn yêu cầu trước hết là để thoát nước mưa, còn nhiệm vụ thoát nước thải chỉ là kết hợp. Trong trường hợp này ở nước ta thường áp dụng phổ biến kiểu cống chung trong đó nước thải phải được xử lý cục bộ bằng bể tự hoại. Tuy nhiên cần phải xem xét đến điều kiện khi đầu tư giai đoạn tiếp theo thì có thể từng bước chuyển đổi dần thành hệ thống cống riêng. Dự án thoát nước Nhiêu Lộc – Thị Nghè (NL-TN-1999) là ví dụ. Ngược lại nếu dự án nhằm mục tiêu chính là thu gom và xử lí nước thải thì việc lựa chọn kiểu hệ thống nào cần phải được so sánh dựa trên những căn cứ khoa học và những điều kiện cụ thể của từng đô thị nhưng nên thiên về việc áp dụng hệ thống cống riêng để đảm bảo lợi ích lâu dài. Dự án thoát nước Thành phố Huế là một ví dụ. Khả năng của nguồn vốn đầu tư: Cụ thể hơn là liệu có bao nhiêu tiền để thực hiện dự án đó. Đôi khi chính yếu tố này quyết định việc lựa chọn phương án. Trình độ dân trí: Việc lựa chọn hệ thống thoát nước phải cân nhắc sự phù hợp với tập quán xã hội của đa số người dân trong đô thị đó. 1.2.3. Tổ chức hệ thống thoát nước đô thị Việt Nam Đối với nước thải đô thị tổ chức thoát nước có thể theo hình thức tập trung, phân tán và thoát nước cục bộ. Khi thoát nước tập trung, nước thải từ các tuyến cống cấp II (tuyến cống lưu vực) đưa về tuyến cống cấp I (tuyến cống chính) sau đó được bơm về trạm xử lý nước thải tập trung. Như vậy nước thải sẽ được dẫn ra khỏi đô thị xử lý đến mức độ yêu cầu và xả ra nguồn nước mặt có khả năng tự làm sạch lớn (đối tượng sông hồ ngoại thành). 9 Dạng thoát nước tập trung đảm bảo cho môi trường có độ an toàn cao, ít bị ô nhiễm. Xử lý nước thải tập trung dễ kiểm soát và quản lý. Tuy nhiên việc đầu tư thoát nước thải tập trung rất tốn kém do việc xây dựng tuyến cống chính dài và sâu, số lượng trạm bơm chuyển tiếp nhiều... Mặt khác khi đô thị phát triển không đồng bộ theo không gian và thời gian việc xây dựng trạm xử lý tập trung và tuyến cống chính là không phù hợp. Việc đầu tư kinh phí lớn cho các công trình này ngay từ đầu rất khó khăn. Do khó khăn và không kinh tế khi xây dựng các tuyến cống thoát nước quá dài trên địa hình bằng phẳng và mực nước ngầm cao, người ta thường dùng hệ thống thoát nước phân tán theo các lưu vực sông hồ. Do đặc điểm địa hình và sự hình thành các đô thị nước ta, hệ thống thoát nước thường phân ra các lưu vực nhỏ và độc lập. Trạm xử lý nước thải phân tán thường là loại quy mô nhỏ và vừa. Xây dựng các trạm xử lý nhỏ và vừa sẽ tận dụng được điều kiện tự nhiên cũng như khả năng làm sạch của các sông hồ đô thị để phân huỷ chất bẩn. Việc xây dựng hệ thống thoát nước dạng phân tán cũng phù hợp với điều kiện kinh tế hạn hẹp và sự phát triển đô thị. Tổng giá thành xây dựng hệ thống thoát nước phân tán giảm đáng kể do không phải xây dựng các tuyến thoát nước thải tập trung, các khu vực đô thị trong cùng một lưu vực thường được phát triển đồng thời, do đó việc xây dựng hệ thống thoát nước phân tán sẽ không bị lãng phí. Các công trình xử lý phân tán thường được bố trí hợp khối, dễ vận hành và quản lý. Nhược điểm chính của hệ thống thoát nước phân tán là dễ làm mất cảnh quan do việc xây dựng trạm xử lý bên trong đô thị. Nếu thiết kế và vận hành không đúng kỹ thuật có thể gây ra mùi hôi thối khó chịu ảnh hưởng đến môi trường khu đô thị xung quanh. Nếu trong nước thải sau khi xử lý hàm lượng nitơ (N) và phốtpho (P) còn cao có thể gây nhiễm bẩn thứ cấp cho sông hồ đô thị do hiện tượng phú dưỡng. Trạm xử lý nước thải phân tán có quy mô, công nghệ và mức độ xử lý rất khác nhau, do đó việc quản lý và vận hành chúng rất phức tạp. Việc tìm vị trí đặt các trạm xử lý phân tán trong đô thị cũng có thể gặp nhiều khó khăn. 10 Hệ thống thoát nước phân tán thích hợp cho các đô thị có dạng hệ thống thoát nước riêng hoặc nửa riêng, nằm trong vùng địa hình bằng phẳng nhiều sông hồ... Các ví dụ điển hình cho hệ thống thoát nước phân tán là: hệ thống thoát nước Hà Nội với 7 vùng, hệ thống thoát nước thành phố Đà Lạt với 5 khu vực...[7]. Trong trường hợp các đối tượng thoát nước nằm ở vị trí riêng rẽ, độc lập hoặc cách xa hệ thống thoát nước tập trung, người ta thường sử dụng hệ thống thoát nước thải cục bộ kết hợp với xử lý tại chỗ. Nước thải sau khi xử lý đạt các tiêu chuẩn vệ sinh được cho thấm vào đất hoặc thải trực tiếp vào sông hồ...Ví dụ điển hình cho thoát nước cục bộ là ở khu vực Linh Đàm - Định Công - Pháp Vân thuộc phía Nam Hà Nội. Mạng lưới thoát nước cục bộ có thể có đường cống hoặc không có đường cống, trạm xử lý có hiệu quả xử lý khá cao, quản lý và vận hành đơn giản. Tuy nhiên do các công trình của trạm xử lý bố trí gần nhà ở và khu dân cư nên điều kiện vệ sinh còn hạn chế. Nhµ m¸y, xÝ nghiÖp CÊp n-íc sinh ho¹t CÊp n-íc sinh ho¹t Khu d©n c- 2 Khu d©n c- 1 N-íc m-a §« thÞ N-íc m-a ®ît ®Çu 2 T¸i sö dông 2 T¸i sö dông Xö lý t¹i chç 1 Xö lý t¹i chç CÊp n-íc tuÇn hoµn CÊp n-íc c«ng nghiÖp 3 Nguån tiÕp nhËn n-íc th¶i 1. Vị trí đặt trạm xử lý nước thải công nghiệp 2. Vị trí đặt trạm xử lý nước thải sinh hoạt phân tán 3. Vị trí đặt trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung Hình 1.4. Sơ đồ tổ chức thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải đô thị 1.3. Tổng quan về công nghệ và công trình xử lý nƣớc thải đô thị 1.3.1. Sơ lược về dây chuyền công nghệ xử lý nước thải Công nghệ xử lý nước thải được lựa chọn cho mỗi trường hợp cụ thể phụ thuộc vào hai yếu tố chính: thành phần, tính chất và các điều kiện đầu vào khác của 11