Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nhu cầu sử dụng nước sạch phục vụ đời sống sinh hoạt và sản xuất công nghiệp ngày càng gia tăng dưới sức ép của quá trình đô thị hóa, gia tăng dân số và phát triển kinh tế. Tại thị trấn Phù Mỹ – trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa của huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định – các hoạt động phát triển tiểu thủ công nghiệp, thương mại, dịch vụ xen kẽ sản xuất nông nghiệp đang làm phát sinh khối lượng lớn nước thải và chất thải rắn sinh hoạt. Hầu hết các hộ gia đình trong khu vực chưa có công trình vệ sinh bảo đảm đúng quy chuẩn kỹ thuật; ý thức bảo vệ môi trường của một bộ phận người dân còn hạn chế, dẫn đến nguy cơ suy thoái và ô nhiễm nguồn tài nguyên nước. Đa số người dân nông thôn trên địa bàn vẫn phụ thuộc vào nguồn nước ngầm khai thác từ giếng khoan, giếng đào – nguồn nước tiềm ẩn rủi ro về kim loại nặng, asen, amoni và vi sinh vật gây bệnh, đe dọa trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng.

Nhà máy cấp nước sạch Phù Mỹ (tọa lạc tại thôn Bình Trị, xã Mỹ Quang, huyện Phù Mỹ) được xây dựng nhằm khai thác và xử lý nguồn nước ngầm phục vụ nhu cầu sinh hoạt cho nhân dân thị trấn Phù Mỹ và khu vực phụ cận. Tuy nhiên, đặc thù nước ngầm tại địa phương có hàm lượng khoáng chất hòa tan cao, độ pH thấp và chứa sắt, mangan, đòi hỏi hệ thống công nghệ xử lý phải vận hành liên tục và ổn định để đưa chất lượng nước đạt quy chuẩn của Bộ Y tế. Xuất phát từ thực tiễn vận hành và nhu cầu cấp nước sạch bền vững cho địa phương, tác giả Đặng Thị Phương thực hiện khóa luận tốt nghiệp: "Đánh giá quy trình công nghệ của hệ thống xử lý nước cấp tại Nhà máy cấp nước sạch Phù Mỹ, huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định".

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

  1. Mục tiêu tổng quát: Đánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý nước cấp và đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước cấp tại Nhà máy cấp nước sạch Phù Mỹ, huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Đánh giá được quy trình công nghệ và chất lượng nước cấp của hệ thống xử lý nước cấp tại Nhà máy cấp nước sạch huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định.
    • Đề xuất được các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước cấp tại Nhà máy cấp nước sạch huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ và các công trình đơn vị thuộc hệ thống xử lý nước cấp của Nhà máy cấp nước sạch Phù Mỹ.
  • Phạm vi không gian: Khu vực Nhà máy cấp nước sạch Phù Mỹ (thôn Bình Trị, xã Mỹ Quang, huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định) và mạng lưới phân phối nước đến một số hộ gia đình lân cận.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thu thập số liệu và quan trắc trong thời gian từ tháng 2 đến tháng 5 năm 2020.
  • Phạm vi nội dung: Tập trung khảo sát quy trình công nghệ, đánh giá chất lượng nước thô đầu vào và nước sạch đầu ra thông qua phân tích 4 thông số thực nghiệm cơ bản (pH, mangan tổng số $\text{Mn}^{2+}$, sắt tổng số $\text{Fe}_{ts}$, clor dư), đồng thời nhận diện các sự cố kỹ thuật để đề xuất giải pháp cải thiện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết dựa trên các đặc tính lý học, hóa học và vi sinh học của nguồn nước thiên nhiên, tập trung vào nguồn nước ngầm. Nước ngầm có ưu điểm là độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định, ít phụ thuộc biến động mùa vụ; tuy nhiên thường thiếu oxy hòa tan, chứa nhiều khí tự do ($\text{CO}_2, \text{H}_2\text{S}$) và nồng độ khoáng chất hòa tan cao, điển hình là hợp chất bicacbonat của sắt ($\text{Fe}(\text{HCO}_3)_2$) và mangan ($\text{Mn}(\text{HCO}_3)_2$).

Cơ sở hóa lý của quá trình khử sắt trong nước ngầm bằng làm thoáng và lắng lọc tuân theo phản ứng oxy hóa và thủy phân: $$4\text{Fe}(\text{HCO}_3)_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe}(\text{OH})_3\downarrow + 8\text{CO}_2$$

Quá trình làm thoáng có nhiệm vụ hòa tan oxy từ không khí vào nước nhằm chuyển hóa $\text{Fe}^{2+}$ thành $\text{Fe}^{3+}$ kết tủa hydroxyt sắt (III) màu nâu đỏ, đồng thời giải phóng khí $\text{CO}_2$ tự do để nâng cao giá trị pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng oxy hóa mangan thành $\text{Mn}^{4+}$ ($\text{Mn}(\text{OH})_4$ màu hung đen) kết tủa và tách ra ngoài nhờ lắng, lọc. Song song đó, công nghệ xử lý áp dụng kết hợp phương pháp cơ học (lắng trọng lực, lọc qua tầng cát thạch anh) và phương pháp hóa lý (clo hóa sơ bộ, keo tụ tiếp xúc và khử trùng nước bằng clo khí hóa lỏng trước khi cấp vào mạng lưới).

Hệ thống phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp thu thập và kế thừa số liệu: Thu thập tài liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội địa phương, hồ sơ thiết kế công nghệ và chuỗi số liệu quan trắc chất lượng nước định kỳ của nhà máy.
  • Phương pháp khảo sát hiện trường: Điều tra số lượng máy móc thiết bị, công trình đơn vị, quy trình vận hành thực tế, công tác bảo dưỡng và phòng ngừa sự cố rò rỉ hóa chất.
  • Phương pháp phỏng vấn: Phỏng vấn trực tiếp không dùng bảng hỏi đối với các kỹ thuật viên vận hành trạm xử lý; phỏng vấn bằng phiếu điều tra bảng hỏi đối với 30 hộ dân tiêu thụ nước xung quanh nhà máy nhằm đánh giá chất lượng nước sử dụng và tác động tiếng ồn.
  • Phương pháp thu mẫu: Tiến hành thu mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 6663-5:2009 (ISO 5667-5:2009). Địa điểm thu mẫu gồm bể chứa nước sạch $300\text{ m}^3$ và 2 điểm tại vòi sử dụng của hộ dân. Mẫu được thu theo 4 đợt vào 8 giờ sáng các ngày: Đợt I (13/02/2020), Đợt II (21/02/2020), Đợt III (28/02/2020), Đợt IV (05/03/2020). Dụng cụ lấy mẫu gồm chai nhựa dung tích 500 ml, bảo quản lạnh trong thùng xốp trước khi chuyển về phòng kiểm nghiệm.
  • Phương pháp phân tích mẫu: Thực hiện tại Phòng Kỹ thuật - Hóa nghiệm của Nhà máy cấp nước Phù Mỹ bằng thiết bị chuyên dụng và hóa chất định chuẩn:
Thông số phân tích Hóa chất và thuốc thử Dụng cụ / Thiết bị đo Phương pháp
Clor dư Thuốc thử gói DPD Free Chlorine Reagent (10 ml) Máy so màu quang phổ DR890 So màu quang điện
Sắt tổng số ($\text{Fe}_{ts}$) Thuốc thử gói Iron phenanthroline (10 ml) Máy so màu quang phổ DR890 So màu quang điện
Mangan ($\text{Mn}^{2+}$) Thuốc thử kiềm Alkaline Cyanide Reagent (50 ml), chỉ thị dung dịch PAN 0,1% Máy so màu quang phổ DR890 So màu quang điện
Độ pH Dung dịch chuẩn đệm pH Máy đo pH cầm tay AD12 Đo điện thế cực
  • Phương pháp so sánh và xử lý số liệu: Đánh giá chất lượng nước thô đối chiếu theo QCVN 09:2015/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước dưới đất); chất lượng nước sau xử lý và tại vòi cấp đối chiếu theo QCVN 01-1:2018/BYT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt). Toàn bộ dữ liệu được tổng hợp, xử lý thống kê trên phần mềm Microsoft Excel và Word.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về nước cấp, phân tích các chỉ tiêu lý học (nhiệt độ, độ màu, độ đục, mùi vị, hàm lượng chất rắn TSS, SS, DS), chỉ tiêu hóa học (pH, độ cứng CaCO3, COD, sulfat, florua, sắt, mangan) và chỉ tiêu vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm phân (Coliform, E. coli, Streptococci, Clostridia). Tác giả phân tích các giải pháp công nghệ xử lý cơ học (song chắn rác, lắng ngang, lắng đứng, lắng lamen lớp mỏng, lọc nhanh trọng lực, lọc chậm) và hóa lý (làm thoáng giàn mưa, clo hóa sơ bộ, keo tụ - tạo bông bằng phèn nhôm, phèn sắt, polymer, khử trùng bằng clo lỏng, than hoạt tính, trao đổi ion).

Phần tổng quan điểm luận các công trình nghiên cứu trên thế giới: nghiên cứu độ ăn mòn mạng lưới cấp nước tại Iran của Majid Mirzabeygi và cộng sự (2017); nghiên cứu chất lượng nước ngầm và nước khử mặn tại Dải Gaza của Al-Khatib và cộng sự (2009); nghiên cứu động học oxy hóa sinh học Mn(II) và Fe(II) của Ioannis A Katsoyianni và Anastasios Izouboulis (2004); đánh giá chỉ số WQI nước ngầm tại Nigeria của Jonathan Yisa và cộng sự (2012); nghiên cứu khử trùng điện hóa của Yasmine Delaedt và cộng sự (2008). Tại Việt Nam, tác giả tổng hợp các kết quả nghiên cứu xử lý amoni bằng bể lọc sinh học của Lương Văn Anh (2013), mô hình oxy hóa kết hợp keo tụ loại bỏ asen và kim loại nặng của Đặng Ngọc Chánh và cộng sự (2014), giáo trình xử lý nước cấp của Nguyễn Thị Thu Thủy, đánh giá hiện trạng cấp nước nông thôn Đồng bằng sông Cửu Long của Đoàn Thu Hà (2013), và giải pháp lọc hấp phụ giàu sắt loại bỏ asen của Danh Quán Lê (2018).

Về địa bàn nghiên cứu, Nhà máy cấp nước sạch thị trấn Phù Mỹ được thành lập theo Quyết định số 2846/QĐ-UBND ngày 11/6/2009 của UBND huyện Phù Mỹ, đi vào vận hành từ tháng 7/2009 bằng nguồn viện trợ của Vương quốc Bỉ và vốn đối ứng của Chính phủ Việt Nam. Nhà máy đặt tại thôn Bình Trị, xã Mỹ Quang; có nhiệm vụ cấp nước liên tục 24/24 giờ cho 15.000 dân thuộc thị trấn Phù Mỹ và các thôn Bình Trị, Trung Thành 1, 2, 3, 4 thuộc xã Mỹ Quang. Công suất xây dựng giai đoạn 1 là $1.200\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ (khai thác thực tế ban đầu $300\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ cho 1.200 hộ). Từ tháng 2/2015, nhà máy triển khai nâng cấp giai đoạn 2, xây thêm bể lắng và khoan bổ sung giếng để nâng công suất thiết kế lên $2.400\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$. Cơ cấu tổ chức của đơn vị gồm Ban Giám đốc (Giám đốc, Phó Giám đốc), 4 phòng chức năng (Tổ chức - Hành chính, Quan hệ khách hàng, Kỹ thuật, Kế toán - Tài chính) và quản lý 3 trạm cấp nước trực thuộc (Trạm thị trấn Phù Mỹ, Trạm xã Mỹ Thành, Trạm xã Mỹ Phong).

Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết kế hoạch nghiên cứu, thiết kế thực nghiệm và quy trình lấy mẫu. Nội dung nghiên cứu bao gồm 4 phần việc:

  1. Khảo sát quy trình công nghệ của hệ thống xử lý nước cấp tại nhà máy;
  2. Đánh giá chất lượng nước đầu vào và đầu ra của hệ thống;
  3. Đánh giá ưu nhược điểm, ghi nhận các sự cố kỹ thuật trong vận hành;
  4. Đề xuất giải pháp quản lý và kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả làm sạch.

Tác giả mô tả chi tiết phương thức kế thừa tài liệu lưu trữ, phỏng vấn thực tế cán bộ kỹ thuật vận hành máy, phỏng vấn 30 hộ dân tiêu thụ nước bằng phiếu điều tra xã hội học. Quy trình thao tác lấy mẫu nước tại bể chứa nước sạch và vòi nước hộ dân được chuẩn hóa theo TCVN 6663-5:2009 (mở vòi xả bỏ nước lưu trong đường ống từ 2 đến 3 phút với lưu lượng ổn định trước khi đưa vào chai 500 ml). Thiết bị đo và danh mục hóa chất thử nghiệm gồm máy so màu DR890, máy đo pH AD12, các gói thuốc thử DPD Free Chlorine, Iron phenanthroline, Alkaline Cyanide Reagent và dung dịch chỉ thị PAN 0,1%. Các quy chuẩn kiểm chứng chất lượng gồm QCVN 09:2015/BTNMT đối với nước thô và QCVN 01-1:2018/BYT đối với nước sạch sinh hoạt.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 tập trung phân tích nguồn nước thô, quy trình công nghệ, cấu tạo thiết bị, chất lượng nước qua các đợt quan trắc và hiện trạng cấp nước thực tế:

1. Tính chất nguồn nước ngầm đầu vào: Nguồn nước thô của nhà máy được khai thác từ 5 giếng khoan bố trí tại khu vực cánh đồng canh tác lúa và cây ngắn ngày (riêng giếng PW3 nằm trong khuôn viên nhà máy). Dữ liệu khai thác lưu lượng và độ sâu các giếng được thống kê cụ thể:

Tên giếng Độ sâu giếng (m) Lưu lượng lớn nhất ($\text{m}^3/\text{ngày đêm}$) Lưu lượng trung bình ($\text{m}^3/\text{ngày đêm}$) Lưu lượng nhỏ nhất ($\text{m}^3/\text{ngày đêm}$)
PW1 12,5 252 230 209
PW2 13,5 420 375 330
PW3 12,0 444 400 352
Gbs1 (PW4) 21,5 180 160 154
Gbs2 (PW5) 17,5 180 160 154

Kết quả phân tích 22 thông số chất lượng nước thô kế thừa từ các đợt kiểm nghiệm cho thấy hầu hết các chỉ tiêu đều nằm trong ngưỡng an toàn của QCVN 09:2015/BTNMT (nhiều độc chất và kim loại nặng không phát hiện như Hg, As, Cd, Selen, $\text{CN}^-$, $\text{Cr}^{6+}$; chỉ số Pecmanganat đạt $0,84\text{ mg/l}$; $\text{NH}_4^+$ đạt $0,31\text{ mg/l}$; độ cứng tổng số đạt $74 - 176\text{ mg/l}$; $\text{SO}_4^{2-}$ đạt $14 - 159\text{ mg/l}$). Tuy nhiên, có 2 chỉ tiêu không đạt quy chuẩn:

  • Độ pH: Dao động từ 3,04 đến 3,68, thấp hơn nhiều so với giới hạn quy chuẩn ($5,5 - 8,5$), thể hiện nước có tính axit cao.
  • Sắt tổng số ($\text{Fe}$): Hàm lượng dao động từ $2,5$ đến $7,91\text{ mg/l}$, trong đó có mẫu vượt ngưỡng giới hạn cho phép ($5\text{ mg/l}$).

2. Quy trình công nghệ và thông số kỹ thuật các công trình đơn vị: Dây chuyền xử lý nước cấp của nhà máy vận hành theo sơ đồ dòng: Nước từ 5 giếng khoan $\rightarrow$ Bơm nước thô $\rightarrow$ Giàn mưa kết hợp bể lắng tiếp xúc (đồng thời thực hiện Clo hóa sơ bộ) $\rightarrow$ Bể lọc nhanh trọng lực $\rightarrow$ Châm clo khử trùng $\rightarrow$ Bể chứa nước sạch $300\text{ m}^3$ $\rightarrow$ Trạm bơm cấp II $\rightarrow$ Đài nước $120\text{ m}^3$ $\rightarrow$ Mạng lưới phân phối. Bùn cặn lắng và nước rửa ngược bể lọc được xả về bể thu bùn để tách bùn trước khi thoát ra cống thải.

Các thông số kỹ thuật cấu tạo của hệ thống:

  • Bể lắng tiếp xúc kết hợp giàn mưa: Gồm 02 bể bằng bê tông cốt thép M250, kích thước mỗi bể $n \times b \times l \times h = 2 \times 4,0 \times 4,0 \times 6,08\text{ m}$, công suất làm việc $Q = 100\text{ m}^3/\text{h}$. Bên trên lắp giàn mưa diện tích $15\text{ m}^2$ thiết kế chồng tầng với các sàn tung mưa làm tăng diện tích tiếp xúc với oxy không khí, khử khí $\text{CO}_2, \text{H}_2\text{S}$, tăng pH và thúc đẩy oxy hóa sắt, mangan. Nước thô cấp vào được điều tiết qua van phân phối D150.
  • Hệ thống châm Clo sơ bộ: Bổ sung khí clo dạng dung dịch bằng bơm định lượng tại máng thu dưới tháp làm thoáng nhằm đẩy nhanh phản ứng oxy hóa kim loại và ức chế rêu tảo, vi sinh vật.
  • Bể lọc nhanh trọng lực: Gồm 03 bể lọc hở. Cấu tạo vật liệu lọc gồm lớp cát thạch anh dày $H = 1,2\text{ m}$ và lớp sỏi đỡ dày $H = 0,2\text{ m}$ (đường kính hạt $2 - 4\text{ mm}$). Vận tốc lọc trung bình $V_{TB} = 6\text{ m/h}$, cường độ rửa lọc $W = 16\text{ l/s/m}^2$. Quy trình rửa ngược kết hợp khí và nước: xả hạ mực nước cách máng $20\text{ cm}$, sục khí nén $4 - 6$ phút, bơm nước rửa lọc $4 - 6$ phút, loại bỏ cặn bám bẩn trên bề mặt vật liệu.
  • Bể chứa nước sạch: 01 bể dung tích điều hòa $300\text{ m}^3$, kích thước $10,5\text{ m}$, xây bằng bê tông cốt thép. Mái bể phủ đất trồng cỏ và xung quanh bố trí cây xanh để giảm bức xạ nhiệt ảnh hưởng đến chất lượng nước.
  • Trạm bơm nước sạch và rửa lọc: Lắp đặt 02 máy bơm cấp nước sạch lên đài ($Q = 50\text{ m}^3/\text{h}$, áp lực $H = 34,5\text{ m}$, công suất $N = 11\text{ kW}$) và 01 máy bơm rửa lọc ($Q = 330\text{ m}^3/\text{h}$, áp lực $H = 16\text{ m}$, công suất $N = 22\text{ kW}$).
  • Hệ thống định lượng Clo: Nhà hóa chất trang bị 01 bộ thiết bị Clorator công suất định lượng $0 - 2\text{ kg/h}$, 07 bình chứa clo lỏng loại $50\text{ kg/bình}$, 01 cân bàn $150\text{ kg}$, hệ thống cảm biến báo động rò rỉ clo và 01 bể chứa nước vôi trong để xử lý, trung hòa bình clo khi gặp sự cố khẩn cấp.
  • Đài nước: 01 đài nước dung tích $V = 120\text{ m}^3$, đặt trên cao nhằm tạo áp lực ổn định cho mạng lưới đường ống cấp nước và điều hòa lưu lượng giữa trạm bơm cấp II với nhu cầu tiêu thụ.

3. Đánh giá chất lượng nước qua xử lý và tại mạng lưới: Kết quả xét nghiệm mẫu nước sau xử lý tại bể chứa $300\text{ m}^3$ và vòi nước hộ dân qua 4 đợt quan trắc cho thấy công nghệ hoạt động hiệu quả:

  • Chỉ tiêu pH được cải thiện rõ rệt, nâng từ mức axit thấp ($3,04 - 3,68$) lên ngưỡng trung tính đạt tiêu chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT nhờ quá trình sục khí thoát $\text{CO}_2$ tại giàn mưa.
  • Nồng độ sắt tổng số ($\text{Fe}_{ts}$) và mangan ($\text{Mn}^{2+}$) sau xử lý giảm mạnh, đạt giới hạn quy định, không còn mùi tanh, màu nước đạt chuẩn.
  • Hàm lượng clo dư tại bể chứa và mạng lưới hộ gia đình luôn được duy trì ở ngưỡng cho phép, bảo đảm khả năng khử trùng kéo dài, ngăn ngừa tái nhiễm khuẩn trên đường ống dẫn nước.
  • Khảo sát 30 hộ dân cho thấy đa số hài lòng về độ trong và mùi vị của nước; một số phản ánh về cặn đường ống khi súc rửa mạng lưới cục bộ và tiếng ồn máy bơm phát sinh từ khu vực xử lý. Tác giả cũng tổng hợp bảng các sự cố kỹ thuật đối với máy bơm, van đường ống, tắc giàn mưa và rò rỉ hóa chất, từ đó xây dựng các khuyến nghị khắc phục.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã định lượng hóa và làm sáng tỏ hiện trạng công nghệ của Nhà máy cấp nước sạch Phù Mỹ qua các kết quả thực tế:

  • Dữ liệu nguồn nước ngầm: Khảo sát chi tiết 5 giếng khoan (PW1: 12,5m; PW2: 13,5m; PW3: 12,0m; PW4: 21,5m; PW5: 17,5m) với tổng lưu lượng khai thác trung bình đạt $1.325\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, đáp ứng công suất cấp nước cho nhà máy. Xác định rõ nguồn nước thô có đặc tính axit (pH thấp nhất 3,04) và hàm lượng sắt vượt chuẩn (lên tới $7,91\text{ mg/l}$ so với giới hạn $5\text{ mg/l}$ của QCVN 09:2015/BTNMT).
  • Hiệu quả xử lý công nghệ: Chứng minh dây chuyền gồm 2 bể lắng tiếp xúc kết hợp giàn mưa ($100\text{ m}^3/\text{h}$, kích thước $4 \times 4 \times 6,08\text{ m}$), clo hóa sơ bộ, 3 bể lọc nhanh cát thạch anh (lớp cát $1,2\text{ m}$, sỏi đỡ $0,2\text{ m}$, vận tốc lọc $6\text{ m/h}$, rửa lọc $16\text{ l/s/m}^2$), bể chứa $300\text{ m}^3$ và hệ thống clo hóa đã khử triệt để sắt, mangan, nâng pH và khử trùng nước đạt chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT.

Các giải pháp tác giả đề xuất:

  • Về mặt kỹ thuật:
    • Cân chỉnh kỹ thuật đối với van phân phối D150 nhằm chia đều lưu lượng nước thô vào 2 cụm giàn mưa; thường xuyên kiểm tra giữ thăng bằng mực nước giữa 2 ngăn bể lắng tiếp xúc.
    • Tuân thủ nghiêm ngặt chu kỳ rửa lọc nhanh bằng khí nén ($4 - 6$ phút) kết hợp bơm rửa lọc ($4 - 6$ phút, lưu lượng $330\text{ m}^3/\text{h}$) nhằm tránh hiện tượng chít nghẹt hạt cát thạch anh và tổn thất áp lực.
    • Thường xuyên bảo dưỡng hệ thống định lượng clo Clorator ($0 - 2\text{ kg/h}$), kiểm tra cân bàn, duy trì dung tích nước vôi trong tại bể sự cố để trung hòa clo rò rỉ kịp thời.
  • Về mặt quản lý:
    • Kiện toàn sự phối hợp giữa 4 phòng chức năng (Tổ chức - Hành chính, Quan hệ khách hàng, Kỹ thuật, Kế toán - Tài chính) và các trạm cấp nước cơ sở; nâng cao nghiệp vụ an toàn vận hành hóa chất cho công nhân.
    • Tăng cường tần suất quan trắc định kỳ chất lượng nước tại các điểm cuối mạng lưới phân phối; thiết lập sổ nhật ký theo dõi sự cố máy bơm cấp II và mạng lưới đường ống.

Đóng góp của nghiên cứu: Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện về chất lượng nước và hiện trạng vận hành của Nhà máy cấp nước Phù Mỹ sau khi hoàn thành giai đoạn 2 nâng công suất lên $2.400\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$; làm rõ mối tương quan giữa quy trình công nghệ tại trạm với chất lượng nước thực tế tại hộ dân tiêu thụ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tồn tại một số hạn chế do điều kiện thực tế được văn bản ghi nhận:

  • Hạn chế về trang thiết bị và hóa chất: Do điều kiện dụng cụ đo và hóa chất tại phòng thí nghiệm của Nhà máy cấp nước Phù Mỹ còn thiếu thốn, đề tài chỉ tiến hành đo đạc thực nghiệm đối với 4 chỉ tiêu (pH, Clor dư, $\text{Fe}_{ts}$, $\text{Mn}^{2+}$); các chỉ tiêu lý học, kim loại nặng khác và chỉ tiêu vi sinh vật phải dựa trên dữ liệu lưu trữ quan trắc kế thừa từ nhà máy.
  • Thời gian và dung lượng mẫu: Thời gian lấy mẫu thực nghiệm diễn ra trong vòng 1 tháng (4 đợt từ giữa tháng 2 đến đầu tháng 3 năm 2020), chưa theo dõi được sự biến động chất lượng nước ngầm qua các mùa trong năm (mùa mưa và mùa khô). Số lượng khảo sát xã hội học giới hạn ở 30 hộ dân xung quanh trạm xử lý.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng phân tích đầy đủ các chỉ tiêu vi sinh (Coliform, E. coli) và hợp chất hữu cơ độc hại theo chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT bằng các phương pháp thí nghiệm chuyên sâu.
  • Quan trắc diễn biến chất lượng nước ngầm và hiệu suất lắng lọc theo chu kỳ nhiều năm nhằm đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và hiện tượng hạ thấp mực nước ngầm tại huyện Phù Mỹ.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên, học viên chuyên ngành Quản lý tài nguyên và môi trường, Kỹ thuật môi trường, Cấp thoát nước: Cung cấp ví dụ thực tế về phương pháp tiếp cận đánh giá công nghệ trạm xử lý nước cấp, quy trình lấy mẫu theo chuẩn TCVN 6663-5:2009 và phương pháp phân tích quang phổ so màu DR890 trên mẫu nước ngầm.
  • Cán bộ quản lý, kỹ sư vận hành hệ thống cấp nước nông thôn: Cung cấp thông số thiết kế chi tiết (kích thước bể lắng tiếp xúc $4 \times 4 \times 6,08\text{ m}$, giàn mưa $15\text{ m}^2$, chiều dày tầng cát thạch anh $1,2\text{ m}$, sỏi đỡ $0,2\text{ m}$) và quy trình đóng mở van rửa ngược bể lọc kết hợp gió - nước, hữu ích cho việc áp dụng vào các nhà máy có điều kiện nguồn nước nhiễm sắt và pH thấp tương tự.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn nước thô của Nhà máy cấp nước sạch Phù Mỹ được lấy từ đâu và có đặc tính chất lượng nổi bật nào?
Nước thô được khai thác từ 5 giếng ngầm (PW1, PW2, PW3, PW4, PW5) với độ sâu từ $12,0\text{ m}$ đến $21,5\text{ m}$. Đa số 22 chỉ tiêu chất lượng nước ngầm đều đạt quy chuẩn QCVN 09:2015/BTNMT, nhưng có 2 chỉ tiêu chưa đạt: nước mang tính axit cao với pH thấp ($3,04 - 3,68$ so với ngưỡng quy chuẩn $5,5 - 8,5$) và sắt tổng số có mẫu đạt $7,91\text{ mg/l}$ (vượt ngưỡng cho phép $5\text{ mg/l}$).

2. Quy trình thao tác van khi rửa ngược bể lọc nhanh trọng lực tại nhà máy diễn ra như thế nào?
Người vận hành thực hiện đóng van nước thô từ bể lắng sang và đóng van thu nước sạch; mở van xả rửa lọc và van xả lọc đầu chờ mực nước hạ thấp cách máng thu $20\text{ cm}$ thì đóng van xả lọc đầu; mở van gió sục khí trong $4 - 6$ phút; sau khi mở van gió được 3 phút thì mở van cấp nước rửa lọc và khởi động bơm rửa lọc; chạy thêm 1 phút thì tắt bơm gió và đóng van gió; tiếp tục duy trì bơm rửa lọc trong $4 - 6$ phút rồi tắt bơm, đóng các van rửa và mở lại van nước thô, van thu nước sạch để tái lập chu kỳ lọc mới.

3. Bể lắng tiếp xúc kết hợp giàn mưa tại nhà máy có thông số kỹ thuật và vai trò gì?
Hệ thống gồm 2 bể bê tông cốt thép M250, kích thước mỗi bể $4,0 \times 4,0 \times 6,08\text{ m}$, công suất làm việc $100\text{ m}^3/\text{h}$, giàn mưa diện tích $15\text{ m}^2$ lắp chồng tầng bên trên. Công trình có nhiệm vụ hòa tan oxy từ không khí để oxy hóa $\text{Fe}^{2+}$ thành $\text{Fe}^{3+}$, $\text{Mn}^{2+}$ thành $\text{Mn}^{4+}$, đồng thời giải phóng khí $\text{CO}_2, \text{H}_2\text{S}$ nhằm làm tăng độ pH của nước, tạo bông cặn lắng xuống đáy bể.

4. Hệ thống khử trùng bằng clo tại nhà máy được trang bị các thiết bị gì để đảm bảo an toàn?
Trạm khử trùng sử dụng clo hóa lỏng với 01 thiết bị Clorator công suất $0 - 2\text{ kg/h}$, 07 bình clo lỏng loại $50\text{ kg/bình}$, 01 cân bàn $150\text{ kg}$, hệ thống cảm biến báo động rò rỉ clo và 01 hồ chứa dung dịch nước vôi trong để hấp thụ, trung hòa bình clo khi phát sinh sự cố rò rỉ. Clo được châm ở 2 vị trí: clo hóa sơ bộ sau bể lắng và khử trùng trước khi nước vào bể chứa $300\text{ m}^3$.

5. Khóa luận tiến hành đo đạc thực nghiệm những chỉ tiêu nào, tại những vị trí nào và vào thời gian nào?
Tác giả tiến hành thu mẫu 4 đợt vào lúc 8 giờ sáng các ngày 13/02/2020, 21/02/2020, 28/02/2020 và 05/03/2020. Vị trí lấy mẫu gồm 01 điểm tại bể chứa nước sạch $300\text{ m}^3$ và 02 điểm tại vòi sử dụng của hộ dân. Các chỉ tiêu phân tích thực nghiệm tại phòng kiểm nghiệm của nhà máy gồm: pH (đo bằng máy AD12), Clor dư, Sắt tổng số $\text{Fe}_{ts}$ và Mangan $\text{Mn}^{2+}$ (phân tích bằng máy so màu quang điện DR890).

Kết luận

Khóa luận của tác giả Đặng Thị Phương đã hệ thống hóa và đánh giá chi tiết quy trình công nghệ xử lý nước cấp công suất thiết kế $2.400\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ tại Nhà máy cấp nước sạch Phù Mỹ, tỉnh Bình Định. Dữ liệu nghiên cứu thực nghiệm khẳng định dây chuyền công nghệ kết hợp giàn mưa làm thoáng, clo hóa sơ bộ, lắng tiếp xúc, lọc nhanh cát thạch anh và khử trùng bằng clo lỏng đã xử lý hiệu quả nguồn nước ngầm có tính axit và hàm lượng sắt cao, đưa chất lượng nước sạch thành phẩm đạt quy chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT. Các phát hiện kỹ thuật về vận hành máy móc, chu kỳ rửa ngược bể lọc và giải pháp an toàn hóa chất clo là cơ sở thực tiễn quan trọng giúp nhà máy nâng cao độ ổn định và hiệu quả cấp nước phục vụ cộng đồng địa phương.