Giới thiệu chung
Sau sự cố môi trường biển tại một số tỉnh miền Trung 4/2016, nhiều cơ quan chuyên môn, nhiều nhà khoa học đã tham gia cùng các cơ quan trung ương và địa phương tìm nguyên nhân và đề xuất các giải pháp cải thiện hệ thống xử lý nước thải, kiểm soát ô nhiễm do nước thải của Công ty TNHH Gang thép Hưng nghiệp Forrmosa Hà Tĩnh (FHS). Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường (IESE), Trường Đại học Xây dựng là một trong những đơn vị đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường, UBND Tỉnh Hà Tĩnh và các cơ quan chức năng giao thực hiện một số nhiệm vụ quan trọng.
Theo Thông báo số 102/TB-BTNMT về kết luận của Bộ trưởng Bộ TNMT Trần Hồng Hà, Chủ tịch Hội đồng liên ngành giám sát việc khắc phục hậu quả do sự cố môi trường biển tại một số tỉnh miền Trung, Quyết định số 2604/QĐ-BTNMT ngày 09 tháng 11 năm 2016 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường, phê duyệt nguyên tắc Kế hoạch, lộ trình khắc phục các tồn tại, vi phạm về bảo vệ môi trường và kế hoạch giám sát môi trường của Công ty FHS, để tránh sự cố môi trường biển lại xảy ra, lãnh đạo Bộ TNMT và UBND tỉnh Hà Tĩnh đã có ý kiến chỉ đạo, yêu cầu Công ty FHS xây dựng hệ thống hồ sinh học, lưu nước sau các Trạm xử lý nước thải (XLNT) tối thiểu 5 ngày trước khi xả ra biển. Cơ sở của giá trị “5 ngày” là theo Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 7957:2008, cũng như kinh nghiệm quốc tế, phải đảm bảo dung tích để hệ thống hồ sinh học có tác dụng điều hòa, lưu trữ nước thải và đảm bảo diễn ra các quá trình sinh hóa xử lý nước thải.
Viện KHKTMT, Trường Đại học Xây dựng thực hiện nhiệm vụ: xây dựng phương án, lập quy hoạch chi tiết 1/500, thiết kế cơ sở, thiết kế thi công, quản lý dự án thi công xây dựng, khởi động, đưa hệ thống vào vận hành, chuyển giao công nghệ hệ thống hồ sinh học kiểm soát sự cố, chỉ thị sinh học và xử lý bổ sung nước thải cho Công ty FHS. Kinh phí dự án do Công ty FHS đầu tư. Các đơn vị phối hợp: Công ty Tư vấn Đại học Xây dựng (CCU) – tư vấn thiết kế cơ sở, Công ty CP Kỹ thuật và Xây dựng CEEN – tư vấn thiết kế bản vẽ thi công, Công ty CP Tư vấn công nghệ, thiết bị và kiểm định xây dựng (CONINCO), Bộ Xây dựng – tư vấn giám sát, Công ty CDC và Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (IBST), Bộ Xây dựng – tư vấn thẩm tra. Các đơn vị thi công: Công ty CP Xây dựng và thương mại Hoàng Kim, Công ty CP Công nghệ và giải pháp tự động hóa SH Việt Nam (VASSH), Tổng Công ty 36 – CTCP, Bộ Quốc phòng. Phương án thiết kế đã được Hội đồng kỹ thuật và Hội đồng liên ngành thông qua vào cuối tháng 10/2016, được sự góp ý của các sở ban ngành và lãnh đạo UBND tỉnh Hà Tĩnh (cuối tháng 12/2016), với sự tham gia của nhiều nhà khoa học có kinh nghiệm. Phương án thiết kế cũng đã được chuyên gia hàng đầu của thế giới về hồ sinh học và bãi lọc trồng cây, GS. Karin Tonderski, Đại học tổng hợp Linkoping, Thụy Điển và một số chuyên gia khác tư vấn, phản biện. Công tác khảo sát xây dựng được thực hiện ngay trong tháng 11/2016, và việc khởi công được tiến hành từ đầu tháng 1/2017.
Giới thiệu công nghệ và các giải pháp kỹ thuật đã áp dụng
Hệ thống hồ sinh học FHS, công suất 36.000 m3/ngày, có chức năng kiểm soát sự cố, chỉ thị sinh học, và xử lý bổ sung 2 dòng nước thải sau Trạm XLNT sinh hóa (xử lý nước thải từ xưởng luyện cốc, công suất tối đa 5.000 m3/ngày) và sau Trạm XLNT công nghiệp (xử lý các loại nước thải sản xuất, nước thải sinh hoạt, công suất tối đa 31.000 m3/ngày). Hệ thống hồ được bố trí tại khu đất với tổng diện tích 10 héc ta, với những chức năng chính sau đây:
- Có dung tích chứa đủ lớn, cho phép chủ động áp dụng các giải pháp ứng phó khi có sự cố từ các trạm xử lý nước thải;
- Có thả cá - chỉ thị sinh học, cho phép kiểm chứng để đảm bảo rằng nước thải không làm chết cá, trước khi xả ra biển.
- Cải thiện chất lượng nước, giảm thiểu các chất ô nhiễm, ổn định chất lượng dòng nước sau xử lý, tránh các cú sốc về nồng độ đối với môi trường biển.
- Tạo cảnh quan, sinh thái cho nhà máy và khu vực xung quanh; là nơi tiến hành các hoạt động tập huấn, tuyên truyền, nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường cho nhân viên và công chúng.
Hình 1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ hệ thống hồ sinh học kết hợp bãi lọc trồng cây FHS
Ở chế độ làm việc bình thường, nước thải xử lý đạt giá trị giới hạn của QCVN 52:2013/BTNMT, cột B và 5 thông số bổ sung (Màu, Fe, Mn, NH4+, S2-) đạt QCVN 40:2011/BTNMT, cột B từ Trạm XLNT sinh hóa được đưa đến hồ SH-3, sau đó đưa vào chuỗi bãi lọc trồng cây CB1, 2, 3, 4. Tương tự, nước thải sau Trạm XLNT công nghiệp đạt quy chuẩn được đưa đến hồ CN-3, CN-4, sau đó chảy sang chuỗi bãi lọc trồng thực vật CB1, 2, 3, 4 cùng với nước sinh hóa. CB1, CB4 được thiết kế là bãi lọc trồng cây ngập nước. CB2, CB3 là bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm. Sau chuỗi bãi lọc trồng thực vật, một phần nước được đưa đến bể chỉ thị sinh học dung tích 120m3, thả cá, phần còn lại được bơm ra biển qua trạm bơm 1C và đường ống D800.
Cách bố trí 2 chuỗi hồ riêng biệt (SH và CN) ở phần đầu, và xử lý chung ở giai đoạn cuối (CB), vừa đảm bảo độ an toàn, cho phép đảm bảo các hồ có dung tích chứa nước và xử lý nước thải tối đa, cho phép xử lý linh hoạt khi có sự cố xảy ra ở các công đoạn khác nhau trong toàn bộ hệ thống, mà không phá hỏng hệ sinh thái đã được thiết lập ở hệ thống hồ sinh học và bãi lọc trồng cây thủy sinh này. Giải pháp bố trí chuỗi bãi lọc trồng cây cho phép xử lý bổ sung, loại cặn, dinh dưỡng, độ màu, giữ tảo không trôi ra ngoài. Bãi lọc được bố trí kết hợp loại ngập nước (CB1, CB4) với dòng chảy ngầm (CB2, CB3) và các hành lang phân phối lại dòng chảy, cho phép tăng hiệu suất xử lý, tăng độ dẫn thủy lực, tránh nguy cơ tắc, dòng chảy tắt, đảm bảo hiệu suất cao, với giá thành hợp lý. Mỗi hồ đều có thiết kế đường ống chảy tắt (by-pass), cho phép điều tiết nước giữa các hồ, điều tiết dòng chảy, thời gian lưu nước, xả kiệt để nạo vét bùn, ...
Thời gian lưu nước trong hệ thống hồ của dòng nước thải sinh hóa (cần kiểm soát ưu tiên) là 13,1 ngày khi 1 lò cao hoạt động, và 6 ngày khi 2 lò cao hoạt động. Thời gian lưu nước của dòng nước thải công nghiệp tương ứng là 4,5 và 3,1 ngày.
Nhà điều hành (3 tầng) được xây dựng cạnh bãi lọc CB4 và trạm bơm ra biển 1C. Dữ liệu từ 4 Trạm quan trắc tự động chất lượng nước thải, đã được FHS lắp đặt sau Trạm xử lý nước thải sinh hóa, Trạm công nghiệp, Trạm sinh hoạt, và trên đường ống xả ra biển, được truyền về Nhà điều hành. Nơi đây cũng sẽ trở thành Trung tâm truyền thông về môi trường cho cộng đồng: nhân dân địa phương, các em học sinh, khách tham quan. Tín hiệu camera 24/7 giám sát cá trong bể cá chỉ thị được truyền lên màn hình trong phòng điều khiển. Dữ liệu chất lượng nước và hình ảnh cá chỉ thị cũng được truyền ra màn hình đặt ngoài cổng nhà máy FHS cho công chúng giám sát, đồng thời truyền qua mạng về Trung tâm Quan trắc Môi trường, Sở Tài nguyên & Môi trường Hà Tĩnh.
Hình 2. Thi công hồ CN4 Hình 3. Đưa vật liệu vào bãi lọc CB2
Hệ thống giám sát, cảnh báo sớm còn bao gồm bể phát hiện độc chất bằng cá – Fish toximeter, với camera giám sát và phần mềm nhận biết sự di chuyển của cá chỉ thị và tự động báo động khi phát hiện sự cố bất thường.
Hình 4. Trạm bơm tuần hoàn 1A Hình 5. Trạm bơm ra biển 1C
Hệ thống hồ được thiết kế với 4 cấp độ ứng phó sự cố:
Cấp độ ứng phó sự cố thứ 1: Phần mềm giám sát sẽ có cảnh bảo khi dữ liệu từ hệ thống quan trắc tự động sau Trạm XLNT sinh hóa và Trạm XLNT công nghiệp chỉ bất kỳ một chỉ tiêu đạt 80% giá trị kiểm soát, để người điều hành kiểm tra, xác nhận sự cố và nguyên nhân. Khi dữ liệu chỉ giá trị chất lượng nước đạt 90% giá trị kiểm soát, sẽ ngừng dẫn nước thải vào hệ thống hồ. Van tuần hoàn sau Trạm sinh hóa hoặc Trạm công nghiệp được mở, đưa nước sau xử lý trở lại về bể sự cố trong Trạm XLNT đó để xử lý lại. Khi nước thải đạt yêu cầu mới được đưa đến chuỗi hồ (nước thải sinh hóa chảy vào hồ SH3, nước thải công nghiệp chảy vào hồ CN3). Khi khắc phục được sự cố thì chuỗi hồ trở lại hoạt động bình thường.
Cấp độ ứng phó sự cố thứ 2: Sau khi kích hoạt cấp độ ứng phó sự cố 1, nếu nước hồi lưu về đầu trạm xử lý nhiều, dung tích chứa của bể sự cố không đủ, sẽ khởi động biện pháp ứng phó sự cố cấp 2. Lượng nước thải công nghiệp nhiễm bẩn được đưa đến chứa trong bể sự cố CN1, nước thải sinh hóa nhiễm bẩn được đến bể sự cố SH1. Sau khi Trạm XLNT sinh hóa hay công nghiệp khắc phục xong sự cố, nước thải đầu ra đạt chuẩn cho phép, sẽ khởi động Trạm bơm tuần hoàn (Trạm 1A bơm nước thải từ bể SH1 về Trạm sinh hóa để xử lý lại, Trạm 1B bơm nước thải từ CN1 về Trạm công nghiệp để xử lý lại). Nước thải sau xử lý đã đạt quy chuẩn được đưa vào hồ SH3 hay CN3. Chu trình hoạt động của 2 chuỗi hồ bắt đầu từ hồ SH3 và CN3.
Cấp độ ứng phó sự cố thứ 3: Biện pháp ứng phó sự cố cấp 2 đã được kích hoạt, lượng nước thải nhiễm bẩn được đưa đến chứa trong bể SH1 (hay CN1) nhưng dung tích của các bể trên không đủ. Chuyển từ cấp độ 2 sang cấp độ 3: van điện giữa bể SH1 và hồ SH2, hoặc giữa CN1 – CN2 được mở. Nước thải sự cố được chứa cả trong SH2 hay CN2, và được bơm dần về Trạm XLNT tương ứng (sinh hóa hay công nghiệp) để xử lý lại, rồi được đưa vào chuỗi hồ từ SH3 (hay CN3).
Cấp độ ứng phó sự cố thứ 4: Cấp độ ứng phó sự cố thứ 4 tính đến trường hợp chất lượng nước trong toàn bộ hệ thống hồ không đạt chuẩn. Khi đó nước thải từ hệ thống hồ sẽ ngừng xả ra biển. Bằng đường ống D350, nước được đưa từ Trạm bơm 1C ngược về hồ sự cố CN1. Từ đây nước được bơm dần về Trạm XLNT thải công nghiệp để xử lý lại.
Nhóm thiết kế sử dụng mô hình thủy lực để mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống hồ, để lựa chọn các thông số thiết kế tối ưu, đồng thời để đảm bảo hồ không bị tràn nước với trận mưa cực đại 630mm/2 ngày. Nhóm cũng sử dụng mô hình tính toán mô phỏng, cho phép dự báo được chất lượng nước sau xử lý qua chuỗi hồ - bãi lọc trồng cây theo các kịch bản khác nhau.
Hình 6. Trồng cây trong bãi lọc CB4 Hình 7. Bể cá chỉ thị (trước Trạm bơm ra biển)
Nhóm thiết kế đã tiến hành thực nghiệm trên mô hình bãi lọc pilot quy mô công suất 100m3/h, tổng diện tích 5000m2. Các kết quả thực nghiệm thu được đã cho phép nhóm triển khai thiết kế bản vẽ thi công chuỗi bãi lọc với tổ hợp bãi lọc dòng chảy ngầm và bãi lọc ngập nước, với thành phần cấp phối phù hợp, tận dụng các vật liệu địa phương, đảm bảo độ dẫn thủy lực và hiệu suất xử lý cao nhất với giá thành hợp lý.
Mặc dù công trình được thi công đúng vào mùa mưa, trong điều kiện mưa liên tục, điều kiện đi lại, ăn ở không thuận tiện, và nhiều khó khăn khác, nhưng các đơn vị đã rất quyết tâm, khẩn trương hoàn thành các hạng mục công trình với chất lượng cao. Toàn bộ công tác khảo sát xây dựng, thiết kế cơ sở, thiết kế bản vẽ thi công, nhà điều hành 3 tầng, bể cá chỉ thị sinh học, bể sự cố SH1, SH2, bể sự cố CN1, CN2, bãi lọc trồng cây CB4, trạm biến áp, các thiết bị bơm, đường ống, thiết bị điện, điều khiển, tự động hóa, đường giao thông liên quan đã được hoàn tất vào ngày 31/3/2017, đúng như yêu cầu của Bộ TNMT và UBND tỉnh Hà Tĩnh. Các hạng mục còn lại của hệ thống đã được hoàn thành cuối tháng 6/2017 (sớm hơn 2 tháng so với dự kiến).
Hình 8. Vận hành Bãi lọc thử nghiệm pilot
Hình 9. Màn hình SCADA và camera giám sát, điều khiển hoạt động hệ thống hồ FHS
Đánh giá chung
Mô hình hồ sinh học và bãi lọc trồng cây ngày càng được áp dụng rộng rãi để xử lý các loại nước thải khác nhau, kể cả nước thải công nghiệp. Hiện ở Việt Nam nhiều khu công nghiệp đã xây dựng hồ sinh học hay hồ điều hòa. Một số dự án thoát nước đô thị cũng đã áp dụng mô hình hồ sinh học hoặc bãi lọc trồng cây. Đây là mô hình đơn giản, thân thiện với môi trường, dễ quản lý sử dụng, chi phí vận hành thấp.
Hình 10. Lãnh đạo Bộ TNMT và Tỉnh Hà Tĩnh vào thăm, kiểm tra tiến độ công trình
Hệ thống hồ FHS là hệ thống hồ sinh học kết hợp với bãi lọc trồng cây quy mô lớn đầu tiên ở Việt Nam được thiết kế với đầy đủ chức năng kiểm soát sự cố, chỉ thị sinh học và xử lý bổ sung nước thải, với các hạng mục công trình và thiết bị hiện đại, cho phép hệ thống hoạt động linh hoạt: hệ thống hồ chứa nước thải sự cố và các tổ máy bơm tuần hoàn nước thải để xử lý lại, hệ thống quan trắc tự động, hệ thống Scada và camera giám sát, điều khiển từ xa, hệ thống đường ống chảy vòng (by-pass), các bể cá chỉ thị sinh học…
Hình 11. Toàn cảnh hệ thống hồ sinh học FHS
Hình 12. Bộ môn Cấp thoát nước và các học viên cao học Trường ĐHXD thăm công trình hồ sinh học FHS
Hình 13. Viện KHKTMT, Viện Công trình biển, và Viện Địa kỹ thuật xây dựng, Trường ĐHXD làm việc tại FHS
Công trình hồ sinh học là một trong những hạng mục quan trọng để đảm bảo an toàn về môi trường do nước thải tại Công ty FHS, làm cơ sở để Chính phủ cho phép FHS đưa vào vận hành thử nghiệm lò cao số 1 từ ngày 29/5/2017. Giải pháp hồ sinh học kiểm soát sự cố, chỉ thị sinh học và xử lý bổ sung nước thải của FHS do Viện KHKTMT, Trường ĐHXD và các đơn vị phối hợp thiết kế, thi công sẽ là một mô hình tốt, cho các khu công nghiệp và cơ sở sản xuất khác tham khảo, áp dụng. Với kinh nghiệm chuyên môn, cách tổ chức công việc chuyên nghiệp, hiệu quả, các chuyên gia của Trường ĐHXD đã nhận được sự đánh giá cao, sự tin tưởng của lãnh đạo Bộ TNMT, chính quyền địa phương, của doanh nghiệp và của cộng đồng./.
PGS.TS Nguyễn Việt Anh
Trưởng Bộ môn Cấp thoát nước, Viện trưởng Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường, Trường ĐHXD
