Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nguồn nước đóng vai trò thiết yếu đối với sự sinh tồn, phát triển của sinh vật và sức khỏe con người. Tuy nhiên, hoạt động phát triển kinh tế - xã hội, quá trình đô thị hóa và các hiện tượng tự nhiên như mưa lũ, bão gió, cùng với nước thải sinh hoạt và công nghiệp đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến các nguồn nước mặt và nước ngầm. Để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và đáp ứng tiêu chuẩn vệ sinh, nguồn nước thô trước khi đưa vào sinh hoạt bắt buộc phải trải qua các quy trình xử lý kỹ thuật nhằm loại bỏ tạp chất lơ lửng, vi sinh vật và các hợp chất độc hại.

Thành phố Lai Châu là đô thị miền núi đang trong giai đoạn phát triển nhanh về quy mô dân số và xây dựng hạ tầng kỹ thuật. Cùng với quá trình mở rộng đô thị, chất lượng nguồn nước tự nhiên tại địa phương xuất hiện nhiều biến động. Do đó, việc bảo đảm nguồn nước sinh hoạt đạt chuẩn vệ sinh là yêu cầu cấp thiết của các cấp quản lý địa phương. Xuất phát từ bối cảnh thực tiễn này, đề tài "Đánh giá công nghệ xử lý nước của Công ty Cổ phần Nước sạch Lai Châu" được thực hiện nhằm kiểm tra, đánh giá toàn diện hiệu suất dây chuyền công nghệ xử lý nước sạch đang vận hành tại địa phương.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Mục tiêu chung: Đánh giá hiệu quả xử lý của dây chuyền công nghệ xử lý nước tại Công ty Cổ phần Nước sạch Lai Châu.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Tìm hiểu quy trình công nghệ xử lý nước đang được áp dụng tại các trạm cấp nước của công ty.
    • Đánh giá chất lượng nguồn nước thô đầu vào và nước sạch đầu ra sau xử lý qua hệ thống.
    • Khảo sát công tác quản lý và quy trình vận hành kỹ thuật hệ thống xử lý.
    • Đánh giá cơ cấu tổ chức và quy mô hoạt động sản xuất kinh doanh của công ty.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ xử lý nước và chất lượng nguồn nước cấp của Công ty Cổ phần Nước sạch Lai Châu.
  • Phạm vi không gian: Địa bàn thành phố Lai Châu, tỉnh Lai Châu. Khảo sát thực địa và lấy mẫu tại 3 cơ sở gồm Nhà máy nước Tà Lèeng (xã San Thàng), Nhà máy nước Nùng Nàng và Nhà máy nước Quyết Thắng; trong đó số liệu quan trắc chuyên sâu được thu thập tại Nhà máy nước Tà Lèeng.
  • Phạm vi thời gian: Nghiên cứu được triển khai thực hiện từ tháng 01/2018 đến tháng 04/2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở khoa học và pháp lý

Đề tài dựa trên các khái niệm cơ bản về tài nguyên nước, cơ chế ô nhiễm nước, tiêu chuẩn nước sạch và các quá trình xử lý nước cấp truyền thống bao gồm: lắng sơ bộ, keo tụ - tạo bông, lắng lamen, lọc qua vật liệu lọc, khử trùng bằng hóa chất và ổn định nước.

Hệ thống căn cứ pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng trong khóa luận gồm:

  • Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014 (thông qua ngày 23/06/2014, hiệu lực từ 01/01/2015).
  • Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 (hiệu lực từ 01/01/2013).
  • Nghị định số 117/2007/NĐ-CP về sản xuất, cung cấp và tiêu thụ nước sạch; Nghị định số 19/2015/NĐ-CP quy định chi tiết thi hành Luật BVMT; Nghị định số 33/2017/NĐ-CP về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực tài nguyên nước và khoáng sản.
  • Thông tư số 24/2017/TT-BTNMT quy định kỹ thuật quan trắc môi trường; Thông tư số 50/2015/TT-BYT kiểm tra vệ sinh, chất lượng nước ăn uống, sinh hoạt.
  • Các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia: QCVN 01:2009/BYT (chất lượng nước ăn uống), QCVN 02:2009/BYT (chất lượng nước sinh hoạt), QCVN 08:2015/BTNMT (chất lượng nước mặt), QCVN 14:2015/BTNMT (nước thải sinh hoạt).

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả kết hợp đồng bộ các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thu thập số liệu:

  • Phương pháp thu thập thông tin, tài liệu: Thu thập hồ sơ quản lý, số liệu thiết kế công nghệ, báo cáo sản xuất kinh doanh của công ty và các văn bản pháp luật, tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan.
  • Phương pháp điều tra thực địa: Khảo sát thực tế hiện trạng các công trình thu nước, trạm xử lý và mạng lưới cấp nước tại TP. Lai Châu để xác định vị trí lấy mẫu đại diện.
  • Phương pháp lấy mẫu: Thực hiện theo TCVN 5992:1995 (hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu) và TCVN 5993:1995 (hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu). Lấy mẫu tại đầu vòi dẫn trực tiếp từ ống chính, xả bỏ nước đọng từ 3–5 phút trước khi lấy mẫu vào bình chứa chuyên dụng. Vị trí lấy mẫu gồm: nước thô đầu vào, nước sau xử lý tại bể chứa và nước tại vòi sử dụng của hộ dân ở cả 3 trạm (Tà Lèeng, Nùng Nàng, Quyết Thắng).
  • Phương pháp phân tích mẫu phòng thí nghiệm:
STT Chỉ tiêu quan trắc Phương pháp phân tích / Tiêu chuẩn áp dụng
1 pH Đo điện thế bằng máy theo TCVN 6492:2011 (ISO 10523:2008) / APHA 4500
2 Màu sắc Cảm quan
3 Mùi vị Cảm quan
4 Độ đục Đo bằng máy đo độ đục (thang đo NTU) theo TCVN 6184:2008
5 Hàm lượng Clorua ($Cl^-$) TCVN 6194:1996
6 Độ cứng tổng số / Độ cứng tính theo $CaCO_3$ TCVN 6224:1996
7 Mangan tổng ($Mn$) TCVN 6002:1995
8 Sắt tổng số ($Fe^{2+} + Fe^{3+}$) TCVN 6177:1996
9 Nitrat ($NO_3^-$) TCVN 6180:1996
10 Nitrit ($NO_2^-$) Phương pháp Thường quy Viện Y học lao động & Vệ sinh môi trường
11 Canxi ($Ca$) TCVN 6198:1996
12 Amoni ($NH_4^+$) Phương pháp Thường quy Viện Y học lao động & Vệ sinh môi trường
  • Phương pháp xử lý số liệu và so sánh: Sử dụng Microsoft Excel để thống kê, tính toán hiệu suất xử lý, vẽ biểu đồ diễn biến các chỉ tiêu và đối chiếu với giới hạn cho phép tại QCVN 01:2009/BYT.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của vấn đề kiểm soát chất lượng nước cấp đô thị trong bối cảnh phát triển kinh tế và gia tăng dân số tại thành phố Lai Châu. Xác định mục tiêu tổng quát, mục tiêu cụ thể, các yêu cầu kỹ thuật cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài đối với công tác bảo vệ môi trường địa phương.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Khái quát về tài nguyên nước toàn cầu và tại Việt Nam, nêu rõ thực trạng tỷ lệ dân cư tiếp cận nước sạch (đô thị đạt 46–50%, nông thôn đạt 36–43% theo số liệu trích dẫn). Tổng hợp lịch sử phát triển kỹ thuật cấp nước thế giới từ thời La Mã cổ đại đến nay và các công nghệ cấp nước đô thị tại Việt Nam từ năm 1894. Phân tích nguyên lý các công trình đơn vị trong dây chuyền xử lý nước cấp: song chắn rác, lắng cát, làm thoáng, clo hóa sơ bộ, keo tụ - tạo bông, lắng trọng lực/lắng lamen, bể lọc cát, hấp phụ than hoạt tính, flo hóa và khử trùng nước.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Quy định chi tiết về đối tượng, phạm vi thời gian (tháng 1 đến tháng 4 năm 2018), địa bàn thực hiện tại Công ty Cổ phần Nước sạch Lai Châu. Trình bày chi tiết mạng lưới các điểm lấy mẫu (nước thô, nước bể chứa, nước hộ gia đình tại trạm Tà Lèeng, Nùng Nàng, Quyết Thắng), quy trình kỹ thuật lấy mẫu và phương pháp phân tích 13 chỉ tiêu hóa lý, cảm quan trong phòng thí nghiệm.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này tập trung vào 4 nội dung trọng tâm:

  1. Tổng quan cơ cấu và kế hoạch sản xuất kinh doanh của đơn vị:
    • Công ty Cổ phần Nước sạch Lai Châu (tiền thân thành lập năm 2004 với 9 nhân sự, công suất ban đầu 2.000 $m^3$/ngày đêm) đã phát triển công suất thiết kế lên 22.000 $m^3$/ngày đêm vào năm 2018.
    • Mục tiêu chỉ tiêu sản xuất giai đoạn 2016–2021: giảm tỷ lệ thất thoát nước từ 25% (năm 2016) xuống 20% (năm 2021).
Năm Sản lượng nước máy ($m^3$) Sản lượng nước thương phẩm ($m^3$) Tỷ lệ thất thoát bình quân (%) Giá bán nước máy bình quân (đồng/$m^3$)
2016 5.000.000 3.750.000 25 5.500
2017 5.250.000 3.990.000 24 5.500
2018 5.512.500 4.244.625 23 5.500
2019 5.788.125 4.514.738 22 5.500
2020 6.077.531 4.801.250 21 5.500
2021 6.381.408 5.105.126 20 5.500

  1. Dây chuyền công nghệ xử lý nước sạch:

    • Nước thô dẫn về qua tuyến ống DN400 có lắp van điều tiết, đồng hồ lưu lượng và đầu đo độ đục kết nối về CPU điều khiển.
    • Bơm vào bể trộn với dung dịch phèn khô định mức pha 3% và polymer châm tự động, khuấy trộn tốc độ cao.
    • Chuyển tiếp qua bể phản ứng sơ cấp và thứ cấp có vách ngăn ziczac kết hợp khuấy tốc độ thấp nhằm tạo bông cặn tối ưu.
    • Chảy qua bể lắng lamen với hệ thống tấm lắng đặt nghiêng xếp chồng để rút ngắn đường lắng và giữ cặn triệt để dưới đáy.
    • Qua bể lọc cát loại bỏ cặn lơ lửng còn sót lại (ước tính loại 20% chất lơ lửng và 80% vi trùng còn lại), có cảm biến mức siêu âm tự động điều khiển quy trình rửa lọc.
    • Nước sau lọc được châm hóa chất khử trùng (nước Javen điều chế bằng phương pháp điện phân muối trực tiếp) và bổ sung vôi trung hòa pH trước khi vào bể chứa nước sạch phân phối.

  2. Hiện trạng nguồn nước thô đầu vào (Nhà máy nước Tà Lèeng):

    • Nguồn nước mặt suối có chất lượng cảm quan tốt: trong suốt, không mùi vị lạ, không phát hiện sắt và mangan ($Fe = 0$ mg/l, $Mn = 0$ mg/l).
    • pH ổn định trong ngưỡng trung tính ($7,5 - 7,6$). Độ cứng ($11,75 - 15$ mg/l tính theo $CaCO_3$), Canxi ($1,5 - 1,8$ mg/l), Magie ($1,7 - 1,9$ mg/l), Nitrat ($16,03 - 24,06$ mg/l), Nitrit ($0,03 - 0,04$ mg/l) đều nằm sâu dưới ngưỡng tối đa cho phép.
    • Hạn chế: Nước thô hoàn toàn không có clo dư ($0$ mg/l), độ đục dao động từ $2,03$ đến $6,51$ NTU vượt ngưỡng quy chuẩn ($2$ NTU) do ảnh hưởng dòng chảy cuốn theo bùn đất trong mùa mưa xuân; hàm lượng Amoni biến động tăng cao trong tháng 1 ($0,5$ mg/l) và tháng 4 ($0,85$ mg/l) do hoạt động phân bón, thuốc bảo vệ thực vật từ đất canh tác nông nghiệp.

  3. Đánh giá hiệu quả làm sạch của hệ thống:

    • Dây chuyền công nghệ thể hiện hiệu quả rõ rệt đối với các chỉ tiêu vượt ngưỡng của nước thô, đưa toàn bộ thông số về đạt chuẩn QCVN 01:2009/BYT.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp kết quả đánh giá công nghệ, khẳng định quy trình xử lý của công ty vận hành đạt hiệu quả và phù hợp với đặc thù nguồn nước địa phương. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật, đào tạo nhân lực và tăng cường kiểm tra giám sát định kỳ.

Kết quả và đóng góp

Kết quả xử lý thực nghiệm tại Nhà máy nước Tà Lèeng

Số liệu phân tích đối chứng nguồn nước thô đầu vào và nước sạch sau xử lý qua 4 tháng quan trắc (T1 đến T4/2018) được tổng hợp chi tiết:

STT Chỉ tiêu Đơn vị Đầu vào (T1 - T4) Sau xử lý (T1 - T4) QCVN 01:2009/BYT Hiệu suất xử lý
1 Màu sắc TCU Trong 0 15 Hoàn toàn đạt chuẩn
2 Mùi vị - Không 0 Không mùi, vị lạ Đạt chuẩn
3 Độ đục NTU 2,03 – 6,51 0,12 – 0,32 2 90% – 97%
4 Clo dư mg/l 0 0,43 – 0,51 0,3 – 0,5 Bổ sung đạt chuẩn
5 pH - 7,5 – 7,6 7,5 – 7,6 6,0 – 8,5 Duy trì ổn định
6 Amoni ($NH_4^+$) mg/l 0,09 – 0,85 0,05 – 0,07 1,5 60% – 95%
7 Sắt tổng số ($Fe$) mg/l 0 0 0,5 Nước nguồn sạch
8 Mangan ($Mn$) mg/l 0 0 0,3 Nước nguồn sạch
9 Độ cứng ($CaCO_3$) mg/l 11,75 – 15,0 11,75 – 14,0 350 0% – 7%
10 Canxi ($Ca$) mg/l 1,5 – 1,8 1,5 – 1,85 75 Ít biến đổi
11 Magie ($Mg$) mg/l 1,7 – 1,9 1,7 – 1,9 50 Ít biến đổi
12 Nitrat ($NO_3^-$) mg/l 16,03 – 24,06 9,05 – 17,2 50 28,5% – 47,5%
13 Nitrit ($NO_2^-$) mg/l 0,03 – 0,04 0,01 – 0,02 3 33,3% – 75%

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Đối với Công ty Cổ phần Nước sạch Lai Châu:
    • Nghiêm túc theo dõi quá trình vận hành, tuân thủ đúng quy trình kỹ thuật các trạm xử lý để ngăn ngừa sự cố máy móc, rò rỉ hóa chất.
    • Xây dựng chương trình quan trắc định kỳ, lấy mẫu thử nghiệm thường xuyên nguồn nước thô và nước thành phẩm nhằm kịp thời phát hiện biến động chất lượng nước.
    • Tổ chức tập huấn, đào tạo chuyên môn cho công nhân vận hành hệ thống điều khiển tự động và pha chế hóa chất.
    • Đảm bảo nghiêm ngặt các quy chuẩn cấp nước sinh hoạt và an toàn vệ sinh lao động.
  • Đối với cơ quan quản lý nhà nước:
    • Các cơ quan chức năng tỉnh Lai Châu cần tăng cường kiểm tra, thanh tra định kỳ công tác bảo vệ môi trường, vận hành xả thải và chất lượng nước cấp của công ty.

Đóng góp của đề tài

Tác giả đã cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm quan trắc qua 4 tháng liên tục về các chỉ tiêu chất lượng nước tại nhà máy nước đại diện trên địa bàn TP. Lai Châu; chứng minh tính tương thích và hiệu quả kỹ thuật của dây chuyền xử lý nước mặt tự chảy kết hợp lắng lamen và lọc nhanh trong điều kiện nguồn nước vùng cao ít bị nhiễm kim loại nặng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Phạm vi số liệu phân tích chuyên sâu tập trung chủ yếu tại Nhà máy nước Tà Lèeng (xã San Thàng), chưa mở rộng chuỗi phân tích chi tiết định lượng cho từng tháng của 2 nhà máy còn lại (Nùng Nàng và Quyết Thắng) do điều kiện tương đồng về nguồn nước và công nghệ.
    • Thời gian quan trắc thực hiện trong 4 tháng (từ tháng 1 đến tháng 4/2018), thuộc mùa khô và đầu mùa mưa xuân, chưa bao quát toàn bộ chu kỳ thủy văn mùa mưa lũ lớn trong năm khi độ đục của nước suối có thể tăng đột biến.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng quan trắc chất lượng nước thô và đánh giá tải lượng xử lý của hệ thống trong mùa mưa lũ cao điểm (tháng 6 đến tháng 9).
    • Nghiên cứu bổ sung các chỉ tiêu vi sinh chuyên sâu (E.coli, Coliforms) tại bể chứa và mạng lưới đường ống cấp nước đến các hộ dân tiêu thụ cuối cùng.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Cấp thoát nước: Tham khảo cấu trúc trình bày một báo cáo đánh giá trạm xử lý nước cấp thực tế; quy trình lấy mẫu nước vòi dẫn theo TCVN 5992:1995 và TCVN 5993:1995; phương pháp xử lý số liệu quan trắc đối chứng với QCVN 01:2009/BYT.
  • Cán bộ kỹ thuật và đơn vị quản lý vận hành cấp nước đô thị miền núi: Tham khảo thông số công nghệ vận hành dây chuyền xử lý nước mặt: tỷ lệ pha dung dịch phèn khô 3%, cơ chế tạo keo tụ - tạo bông ngăn ziczac, hiệu quả lắng lamen và ứng dụng khử trùng bằng thiết bị điện phân muối tạo Javen trực tiếp tại chỗ.
  • Cơ quan quản lý môi trường địa phương (Sở TN&MT, Phòng TN&MT TP. Lai Châu): Sử dụng tư liệu số liệu chất lượng môi trường nền nguồn nước suối và hiện trạng cấp nước đô thị trên địa bàn thành phố năm 2018.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn nước thô đầu vào của Nhà máy nước Tà Lèeng có đặc điểm chất lượng như thế nào trước khi xử lý?
Nguồn nước thô từ suối có nền chất lượng tương đối sạch, không phát hiện sắt và mangan ($0$ mg/l), độ cứng thấp ($11,75 - 15$ mg/l $CaCO_3$), pH trung tính ($7,5 - 7,6$). Tuy nhiên, độ đục của nước thô ở cả 4 tháng đều vượt ngưỡng quy chuẩn ($2,03 - 6,51$ NTU so với giới hạn $\le 2$ NTU), không chứa clo dư ($0$ mg/l) và có hàm lượng Amoni tăng cao cục bộ vào các tháng 1 và 4 ($0,5 - 0,85$ mg/l) do ảnh hưởng từ phân bón nông nghiệp.

2. Quy trình công nghệ xử lý nước của Công ty Cổ phần Nước sạch Lai Châu gồm những công đoạn chính nào?
Quy trình gồm 6 công đoạn liên hoàn: Nước thô $\rightarrow$ Bể trộn (châm phèn khô định mức 3% và polymer, máy khuấy tốc độ cao) $\rightarrow$ Bể phản ứng sơ cấp & thứ cấp (vách ngăn ziczac, máy khuấy tốc độ thấp) $\rightarrow$ Bể lắng lamen (tấm nghiêng xếp chồng) $\rightarrow$ Bể lọc cát (cảm biến siêu âm, rửa lọc tự động) $\rightarrow$ Khử trùng bằng nước Javen (điện phân muối) kết hợp châm vôi điều chỉnh pH $\rightarrow$ Bể chứa nước sạch $\rightarrow$ Mạng lưới tiêu dùng.

3. Hiệu suất xử lý độ đục và các hợp chất nitơ của hệ thống đạt mức bao nhiêu?

  • Độ đục: Nước sạch đầu ra giảm xuống còn $0,12 - 0,32$ NTU, đạt hiệu suất xử lý từ $90%$ đến $97%$.
  • Amoni ($NH_4^+$): Giảm xuống còn $0,05 - 0,07$ mg/l, đạt hiệu suất từ $60%$ đến $95%$.
  • Nitrat ($NO_3^-$): Hiệu suất xử lý đạt từ $28,5%$ đến $47,5%$.
  • Nitrit ($NO_2^-$): Hiệu suất xử lý đạt từ $33,3%$ đến $75%$.

4. Tại sao hiệu suất xử lý độ cứng, Canxi và Magie của hệ thống được đánh giá là không đáng kể?
Nguồn nước thô đầu vào từ suối tự nhiên vốn có độ cứng rất thấp ($11,75 - 15$ mg/l $CaCO_3$, thấp hơn nhiều so với ngưỡng tối đa $350$ mg/l của QCVN 01:2009/BYT); hàm lượng Canxi ($1,5 - 1,8$ mg/l) và Magie ($1,7 - 1,9$ mg/l) rất nhỏ. Do mục tiêu của dây chuyền công nghệ là keo tụ làm trong và khử trùng chứ không áp dụng các bể làm mềm nước chuyên biệt (như trao đổi ion), nên các chỉ tiêu khoáng này sau xử lý gần như giữ nguyên và hiệu suất xử lý độ cứng chỉ dao động từ $0%$ đến $7%$.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Vũ Văn Nguyện đã khảo sát và đánh giá thực nghiệm toàn diện dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp của Công ty Cổ phần Nước sạch Lai Châu tại Nhà máy nước Tà Lèeng trong 4 tháng đầu năm 2018. Kết quả nghiên cứu xác nhận nguồn nước thô có chất lượng nền tốt ngoại trừ độ đục vượt chuẩn và thiếu hụt clo dư. Dây chuyền công nghệ ứng dụng keo tụ phèn - polymer, lắng lamen, lọc cát và khử trùng Javen điện phân đã xử lý hiệu quả các thông số ô nhiễm, đảm bảo 100% chỉ tiêu nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT phục vụ sinh hoạt đô thị.