MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. iii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. vi
KÍ HIỆU VIẾT TẮT ................................................................................................ vii
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

i

ii


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

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

iv


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

v


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, truyền hình ...........................................................40
Bảng 1.6. Số giáo viên và phổ thông trên địa bàn (năm 2010) .................................41

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)



Bể phản ứng theo mẻ

11

SWMM (Storm Water Management Model)

Mô hình quản lý nước mưa

12

XLNT

Xử lý nước thải

vii


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

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

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


- 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


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).

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


H thng thoỏt nc phõn tỏn thớch hp cho cỏc ụ th cú dng h thng thoỏt
nc riờng hoc na riờng, nm trong vựng a hỡnh bng phng nhiu sụng h...
Cỏc vớ d in hỡnh cho h thng thoỏt nc phõn tỏn l: h thng thoỏt nc H
Ni vi 7 vựng, h thng thoỏt nc thnh ph Lt vi 5 khu vc...[7].
Trong trng hp cỏc i tng thoỏt nc nm v trớ riờng r, c lp hoc
cỏch xa h thng thoỏt nc tp trung, ngi ta thng s dng h thng thoỏt nc
thi cc b kt hp vi x lý ti ch. Nc thi sau khi x lý t cỏc tiờu chun v
sinh c cho thm vo t hoc thi trc tip vo sụng h...Vớ d in hỡnh cho
thoỏt nc cc b l khu vc Linh m - nh Cụng - Phỏp Võn thuc phớa Nam
H Ni. Mng li thoỏt nc cc b cú th cú ng cng hoc khụng cú ng
cng, trm x lý cú hiu qu x lý khỏ cao, qun lý v vn hnh n gin. Tuy
nhiờn do cỏc cụng trỡnh ca trm x lý b trớ gn nh v khu dõn c nờn iu kin
v sinh cũn hn ch.

Nh à má y , x ín g h iệp

Cấp n - ớ c s in h h o ạ t

Cấp n - ớ c s in h h o ạ t

Kh u d ân c - 2

Kh u d ân c - 1


2. V trớ t trm x lý nc thi sinh hot phõn tỏn
3. V trớ t trm x lý nc thi sinh hot tp trung
Hỡnh 1.4. S t chc thoỏt nc v x lý nc thi ụ th
1.3. Tng quan v cụng ngh v cụng trỡnh x lý nc thi ụ th
1.3.1. S lc v dõy chuyn cụng ngh x lý nc thi
Cụng ngh x lý nc thi c la chn cho mi trng hp c th ph
thuc vo hai yu t chớnh: thnh phn, tớnh cht v cỏc iu kin u vo khỏc ca

11


nc thi, tiờu chun cht lng nc thi u ra Trong ni dung x lý nc thi
luụn bao gm hai phn chớnh: x lý nc thi v x lý bựn cn [5] [6].
Ni dung chớnh ca quỏ trỡnh x lý nc thi bao gm:
-

X lý cỏc vt cht l lng vo keo;

-

X lý cỏc vt cht tan (ch yu l cỏc cht hu c);

-

X lý cỏc cht dinh dng (N,P...);

-

X lý cỏc vi sinh vt gõy bnh...



Hỡnh 1.5. S chung ca mt trm x lý nc thi
1.3.2. Cỏc cụng trỡnh x lý nc thi v ch tiờu kinh t k thut
1.3.2.1. Cỏc cụng trỡnh x lý ti ch
a/. B t hoi
C ch hot ng: B t hoi l cụng trỡnh x lý nc thi s b ng thi
thc hin hai chc nng: lng nc thi v lờn men cn lng. Do vn tc nc trong
b nh phn ln cn l lng c lng li. Sau ú cn lng lờn men ym khớ (lờn
men axit) to ra cỏc cht khớ. Mt s trng hp b c xõy dng thờm ngn lc k
khớ theo nguyờn lý lc ngc t di lờn [8].

12


Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo bể tự hoại, quy mô 10 ngƣời sử dụng
Hiệu quả xử lý: Hiệu quả lắng cặn (SS) đạt từ 40% - 60%. Khi ra khỏi bể tự
hoại COD của nước thải giảm 25 - 30%.
Phạm vi ứng dụng: Bể tự hoại có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành quản lý
thường dùng để xử lý nước thải tại chỗ cho các ngôi nhà tập thể, cụm dân cư dưới
500 người hoặc lưu lượng nước thải dưới 50 m3/ngày.
b/. Giếng thấm
Cơ chế hoạt động: Giếng thấm là công trình xử lý nước thải bằng phương
pháp lọc qua các lớp cát, sỏi và ôxy hoá kỵ khí các chất hữu cơ được hấp phụ trên
lớp cát sỏi đó.

>=300

A-A

A

600-900

A-A

0.20~0.25%

0 100
500

A

Hình 1.8. Sơ đồ cấu tạo bãi lọc ngầm
Hiệu quả xử lý: Hầu hết các vi khuẩn gây bệnh bị tiêu diệt do thời gian nước
lưu lại trong đất lâu.
Phạm vi ứng dụng: Bãi lọc ngầm thường được sử dụng sau bể tự hoại hay bể
lắng hai vỏ. Bãi lọc ngầm được sử dụng ở những nơi nước ngầm gần mặt đất và
không thể xây dựng giếng thấm.
1.3.2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
Một số các công trình xử lý cơ học như thiết bị chắn rác, bể lắng cát ... được
coi là công trình xử lý sơ bộ nước thải trước khi đưa vào dây chuyền công nghệ xử
lý vì vậy các công trình loại này không được xét đến trong nghiên cứu này.
Công trình xử lý bằng phương pháp cơ học được dùng đến nhiều nhất trong
các quy trình xử lý nước thải chính là các bể lắng. Các loại bể lắng thường được
dùng trước và sau công trình xử lý sinh học nhân tạo. Bể lắng dùng trước công trình
xử lý sinh học còn gọi là bể lắng đợt một, bể lắng đợt một có nhiệm vụ giảm bớt
lượng cặn lơ lửng và một phần BOD để đảm bảo cho hoạt động ổn định của công

14





Hình 1.9. Sơ đồ quá trình xử lý nƣớc thải trong đất
Hiệu quả xử lý: Hiệu suất xử lý nước thải trong cánh đồng ngập nước phụ
thuộc nhiều yếu tố như loại đất, độ ẩm của đất, tải trọng và chế độ cấp nước thải...
Cụ thể xử lý nước thải trong đất có thể giảm tới 85% - 95% SS, 90% - 95% BOD và
phần lớn các vi khuẩn gây bệnh.
Phạm vi ứng dụng: Do sử dụng tác nhân tự nhiên để xử lý nước thải do đó khó
điều khiển và kiểm soát. Tuy nhiên giá thành xây dựng rẻ, quản lý đơn giản và có
hiệu quả kinh tế cao khi thu hồi sinh khối cây trồng trên đó.
b/. Hồ sinh vật
Cơ chế hoạt động: Khi vào hồ do vận tốc nhỏ, các loại cặn được lắng xuống
đáy. Các chất bẩn hữu cơ còn lại trong nước sẽ được hấp phụ và ôxy hoá bởi các vi
khuẩn. Nguồn ôxy hoà tan được cung cấp cho quá trình ôxy hoá được lấy từ quá
trình khuếch tán ôxy từ không khí vào nước và từ sự quang hợp của các loài tảo,
ngoài ra có thể tăng cường lượng ôxy hoà tan bằng các biện pháp nhân tạo như
khuấy trộn bể mặt hay bơm sục không khí...[18].

16


Phân loại: Theo bản chất quá trình xử lý nước thải và điều kiện cung cấp ôxy
cho nó ta chia thành hai nhóm chính là: hồ sinh vật ổn định nước thải và hồ làm
thoáng nhân tạo.
Trong nhóm hồ sinh vật ổn định nước thải lại có thể chia làm ba loại theo cơ
chế của các phản ứng sinh học diễn ra trong hồ là: hồ sinh vật hiếu khí, hồ sinh vật
kỵ khí và hồ sinh vật tuỳ tiện.
Trong nhóm hồ làm thoáng nhân tạo có thể chia làm hai loại là: hồ sinh vật
làm thoáng hiếu khí, hồ này hoạt động như aeroten và không có sự lắng cạn, nước
thải trong hồ được xáo trộn hoàn toàn, hồ sinh vật làm thoáng tuỳ tiện có mức độ

và được tách ra tại bể lắng đợt hai. Một phần bùn hoạt tính được đưa về bể aeroten
để tham gia một chu trình xử lý nước thải mới.

18