Ô nhiễm môi trường nguồn nước và không khí là một trong những vấn đề môi trường đang nhận được nhiều sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu đến cộng đồng xã hội. Cụ thể là tình trạng nguồn nước sông và bầu không khí trên sông bị ô nhiễm một phần do sự xả thải và phát thải của các tàu du lịch hoạt động trên các lưu vực sông ngòi. Với hai mục tiêu nghiên cứu trọng chính bao gồm thiết kế hệ thống điện gió Darrieus và hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp xử lý sinh học hiếu khí từng mẻ kết hợp giá thể sinh học từ nắp và vỏ chai nhựa cho tàu du lịch, đề tài “Thiết kế mô hình điện gió - xử lý nước thải sinh hoạt xả thải từ tàu du lịch trên khu vực Bến Nghé - sông Sài Gòn” đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu chính bao gồm khảo sát thực tế, lấy số liệu qua phiếu khảo sát, so sánh, đánh giá, xét nghiệm mẫu nước thực tế. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải của tàu kết hợp với việc ứng dụng nguồn năng lượng sạch thay thế dầu Diezel cho tàu du lịch là điều cần thiết và nếu nghiên cứu được tiếp tục phát triển chuyên sâu thì việc áp dụng sản phẩm vào thực tiễn hoàn toàn khả thi.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Dựa trên kết quả phân tích chất lượng nước thải sinh hoạt từ ba tàu du lịch hiện đang hoạt động trên khu vực Bến Nghé - sông Sài Gòn bao gồm Tàu du lịch Hòn Ngọc Viễn Đông, Tàu du lịch Động Dương 27 và 25 do Trung tâm Môi trường và Sinh thái thuộc Viện Khoa học thủy lợi Miền Nam thực hiện vào tháng 03/2017, các chỉ tiêu ô nhiễm COD, BOD, SS cao nhất được đề xuất lựa chọn để xử lý trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt trên tàu bao gồm COD = 4978 mg/l; BOD = 3582 mg/l; SS = 2746 mg/l.
Việc xử lý nước thải từ tàu du lịch được thực hiện theo quy trình cụ thể như sau: Nước thải trên tàu được chia làm hai loại nước thải đen và nước thải xám. Nước thải đen được thu từ Toilet và đưa về ngăn tiếp nhận thứ nhất (1) của ngăn tự hoại. Nước thải xám được thu từ nhà bếp và nước thoát sàn trên tàu, sau đó được đưa về ngăn tiếp nhận thứ hai (2) của ngăn tự hoại. Tại ngăn tiếp nhận thứ nhất và thứ hai, váng nổi cùng dầu mỡ sẽ được thu gom lại và đưa về thùng chứa bùn (9). Nước thải chung từ hai ngăn tiếp nhận được đưa qua ngăn lắng (3) của ngăn tự hoại. Tại ngăn lắng, cặn sẽ lắng xuống và được đưa về thừng chứa bùn. Nước sau lắng được đưa qua ngăn kỵ khí (4) để tiếp tục xử lý. Tại ngăn kỵ khí, sử dụng hệ thống cánh quạt quay nhỏ kết hợp giá thể sinh học nắp chai nhựa để quá trình kỵ khí diễn ra nhanh hơn và hiệu quả hơn. Nước sau khi kỵ khí sẽ tiếp tục qua ngăn xử lý sinh học hiếu khí từng mẻ SBR (5,6). Tại ngăn SBR diễn ra 04 pha xử lý như sau: pha làm đầy ngăn, pha xử lý hiếu khí với sự hỗ trợ của hệ thống sục khí kết hợp giá thể sinh học nắp chai nhựa, pha lắng, pha thu nước bằng phễu thu nước - dẫn qua ngăn lọc sinh học kết hợp xả bùn dư. Ngăn lọc sinh học (7) tái sử dụng các vỏ chai nhựa tạo thành các tầng giá đỡ các vật liệu lọc cát, sỏi. Nước sau khi lọc sẽ đưa về ngăn khử trùng (8) bằng tia UV và được xả nước ngoài sông Sài Gòn. Thiết kế các ngăn có độ dốc i = 2% để có thể thu bùn tự động. Vật liệu của các ngăn được làm bằng vật liệu Composite để đảm bảo tuổi thọ của công trình (xem Hình 1).
Đối với việc thiết kế mô hình điện gió Darrieus thì điều kiện tiên quyết đến việc tính toán mô hình là vận tốc gió trung bình tại khu vực nghiên cứu - Bến Nghé Sài Gòn. Với đặc điểm khí tượng đặc trưng chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính và chủ yếu là gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Ðông Bắc, Gió Tây -Tây Nam từ Ấn Ðộ Dương thổi vào trong mùa mưa, vận tốc gió trung bình tại Tp.HCM từ tháng 3 đến tháng 6 là 3,6m/s và gió thổi mạnh nhất vào tháng 8 với vận tốc trung bình 4,5 m/s. Từ tháng 11 đến tháng 2, gió Bắc- Ðông Bắc từ biển Đông thổi vào trong mùa khô với vận tốc trung bình 2,4 m/s. Ngoài ra Tp.HCM còn tiếp nhận luồng gió tín phong theo hướng Nam - Ðông Nam từ tháng 3 đến tháng 5 với vận tốc trung bình 3,7 m/s. Về cơ bản thì Tp.HCM thuộc vùng không có gió bão, do đó đề xuất chọn vận tốc gió trung bình tại khu vực nghiên cứu là 3m/s để tính toán thiết kế turbine gió hoạt động trên sông Sài gòn - Bến Nghé. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống điện gió Darrieus được thể hiện ở Hình 2 dưới đây.
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống điện gió Darrieus
Một trong các thành phần quan trọng trong cấu tạo hệ thống điện gió Darrieus là cánh turbine Darrieus. Số cánh của turbine có ảnh hưởng không nhiều tới năng lượng sinh ra của turbine gió vì hệ số năng lượng phụ thuộc vào diện tích quét của cánh mà không phụ thuộc vào diện tích cánh. Tuy nhiên, khi thiết kế turbine phải chú ý bố trí các cánh sao cho diện tích quét của cánh là lớn nhất để năng lượng sinh ra của turbine gió đạt mức yêu cầu mà vẫn đảm bảo tính kinh tế. Số cánh thông thường nhất cho kiểu Darrieus là hai cánh, số lượng này vừa đảm bảo cân bằng cho turbine vừa tiết kiệm vật liệu. Nghiên cứu gần đây cho thấy lực khí động học tác dụng lên hai cánh sẽ đạt xấp xỉ cực đại trong cùng một thời gian, điều này đặc biệt có ý nghĩa khi thiết kế turbine có kích thước lớn. Tuy vậy, dao động tuần hoàn là lý do gây cộng hưởng cho turbine nhỏ nên turbine nhỏ không phù hợp khi thiết kế chọn số cánh bằng hai. Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là dạng turbine nhỏ được thiết kế theo kiểu Darrieus có cải tiến, chọn thiết kế turbine gió dạng cánh thẳng với 3 cánh