Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sinh hoạt xã Đa Lộc - ĐH Mỏ Địa chất

Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước sông thành nước sạch sinh hoạt cho xã Đa Lộc, Hậu Lộc, Thanh Hóa. Giải pháp công nghệ tiên tiến đảm bảo chất lượng nước an

• Tác giả: Nguyễn Thị Linh
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Thị Phương Thảo
• Trường học: Trường Đại học Mỏ - Địa chất
• Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường
• Đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý nước sông Lèn làm nguồn cấp nước sạch sinh hoạt cho xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế hệ thống xử lý nước sông cấp sinh hoạt

Hệ thống xử lý nước sông làm nước cấp sinh hoạt đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn nước an toàn cho cộng đồng. Tại xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa, nhu cầu nước sạch sinh hoạt ngày càng tăng do sự phát triển kinh tế xã hội. Nguồn nước sông tại đây có chất lượng biến động, chứa nhiều tạp chất hữu cơ, vi sinh vật và các chất ô nhiễm từ hoạt động sản xuất nông nghiệp. Thiết kế hệ thống xử lý cần đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn nước sạch theo QCVN 01-1:2018/BYT, với các công đoạn tiền xử lý, lọc, khử trùng và điều chỉnh pH. Hệ thống sử dụng công nghệ tiên tiến kết hợp phương pháp vật lý, hóa học và sinh học để loại bỏ triệt để các tác nhân gây hại, đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt chuẩn sinh hoạt.

1.1. Đặc điểm nguồn nước sông Đa Lộc

Nguồn nước sông tại xã Đa Lộc chịu ảnh hưởng bởi chế độ thủy văn sông Mã, đặc biệt trong mùa mưa lũ có hàm lượng phù sa cao. Nước sông chứa nhiều vi khuẩn E.coli, coliform, kim loại nặng như sắt, mangan và các hợp chất hữu cơ từ hoạt động nông nghiệp. Độ đục dao động từ 20-100 NTU, pH trung bình 6.5-7.5. Mùa khô, lưu lượng nước giảm, hàm lượng clo tự do tăng cao do xâm nhập mặn từ cửa sông. Các chỉ tiêu ô nhiễm vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT bao gồm COD, BOD5, tổng vi sinh vật. Đặc biệt, hàm lượng asen trong nước ngầm và nước sông cục bộ vượt mức 0.05 mg/L.

1.2. Tiêu chuẩn kỹ thuật nước cấp sinh hoạt

Nước cấp sinh hoạt phải đáp ứng QCVN 01-1:2018/BYT với các chỉ tiêu chính: vi sinh (E.coli ≤ 0 CFU/100ml), kim loại nặng (sắt ≤ 0.3 mg/L, mangan ≤ 0.1 mg/L), pH 6.5-8.5, độ đục ≤ 2 NTU. Nước không chứa mùi vị lạ, không gây kích ứng da niêm mạc. Tại xã Đa Lộc, hệ thống cần xử lý triệt để asen (≤ 0.01 mg/L), giảm hàm lượng nitrat/nitrit theo quy định. Công nghệ xử lý phải đảm bảo hiệu suất loại bỏ ≥ 95% vi sinh vật, ≥ 80% kim loại nặng và ổn định chất lượng đầu ra trong mọi điều kiện thời tiết.

II. Phân tích vấn đề ô nhiễm nguồn nước tại xã Đa Lộc

Xã Đa Lộc hiện sử dụng nguồn nước ngầm và nước mưa chứa đựng nhiều rủi ro về sức khỏe cộng đồng. Nước ngầm bị nhiễm mặn do khai thác quá mức, hàm lượng asen vượt ngưỡng cho phép gây nguy cơ ung thư da và nội tạng. Nước mưa chứa nhiều bụi bẩn, vi sinh vật từ mái nhà và không gian mở. Các phương pháp xử lý sơ bộ tại hộ gia đình như lọc thô, đun sôi không đủ hiệu quả do thiếu hệ thống xử lý chuyên nghiệp. Tình trạng thiếu hụt nguồn nước sạch vào mùa khô càng trầm trọng, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và đời sống dân sinh. Hệ thống xử lý tập trung tại xã là giải pháp cấp bách, đáp ứng nhu cầu sử dụng 24/7 cho 5000 dân cư.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước sông

Ô nhiễm nguồn nước sông Đa Lộc xuất phát từ nhiều nguồn thải: hoạt động chăn nuôi gia súc thải trực tiếp ra sông, sử dụng phân bón hóa học trôi vào nguồn nước, rác thải sinh hoạt chưa qua xử lý đổ xuống sông. Ngoài ra, nước thải sản xuất từ các cơ sở chế biến nông sản tại địa phương chưa được xử lý triệt để. Hiện tượng xói mòn đất do khai thác cát sỏi làm tăng hàm lượng phù sa. Mùa mưa lũ, nước sông tràn bờ cuốn theo vi sinh vật từ đất liền. Chất lượng nước còn chịu ảnh hưởng bởi thủy triều từ cửa sông, mang theo nước mặn xâm nhập sâu vào nội địa.

2.2. Hậu quả thiếu nước sạch sinh hoạt

Thiếu nước sạch sinh hoạt gây ra nhiều hệ lụy về sức khỏe như dịch tiêu chảy, bệnh ngoài da, nhiễm ký sinh trùng. Chi phí y tế tăng cao do điều trị các bệnh liên quan đến nước. Năng suất lao động giảm do người dân mất thời gian tìm kiếm nguồn nước thay thế. Trẻ em dễ mắc các bệnh nhiễm trùng đường tiêu hóa, ảnh hưởng đến sự phát triển thể chất. Hệ thống xử lý nước tập trung sẽ giảm thiểu chi phí cho mỗi hộ gia đình, nâng cao chất lượng cuộc sống. Đồng thời, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển du lịch và sản xuất nông nghiệp bền vững.

III. Giải pháp thiết kế hệ thống xử lý nước sông

Hệ thống xử lý nước sông Đa Lộc áp dụng công nghệ xử lý đa cấp gồm tiền xử lý, lọc, khử trùng và ổn định pH. Nước thô được bơm từ sông vào bể lắng cát để loại bỏ phù sa. Quá trình keo tụ bằng phèn nhôm (PAC) kết hợp trợ keo tụ (PAM) loại bỏ 80% độ đục. Lọc nhanh bằng cát thạch anh kết hợp than hoạt tính xử lý kim loại nặng. Khử trùng bằng clo (ClO2) diệt vi sinh vật, điều chỉnh pH bằng vôi tôi. Hệ thống vận hành tự động với lưu lượng 50 m³/giờ, đáp ứng nhu cầu sử dụng của 5000 người. Nước sau xử lý đạt QCVN 01-1:2018/BYT, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho sinh hoạt.

3.1. Quy trình công nghệ xử lý

Quy trình gồm 5 giai đoạn: tiền xử lý (lắng cát, loại bỏ rác), keo tụ-tạo bông (dùng PAC 10-20 mg/L, PAM 0.1 mg/L), lắng trong (thời gian lưu 2-4 giờ), lọc nhanh (tốc độ 8-10 m/h), khử trùng (ClO2 2-3 mg/L, thời gian tiếp xúc 30 phút). Giai đoạn điều chỉnh pH sử dụng vôi tôi (Ca(OH)2) đưa pH về 7.0-7.5. Hệ thống trang bị cảm biến đo độ đục, pH, clo dư tự động điều chỉnh liều lượng hóa chất. Nước sau xử lý được bơm vào bể chứa sạch dung tích 100 m³, cung cấp liên tục 24/7.

3.2. Thiết bị và vật liệu lọc

Bể lọc nhanh sử dụng lớp vật liệu cát thạch anh (d=0.5-1.0 mm, chiều dày 800 mm) kết hợp than hoạt tính (d=1.0-2.0 mm, chiều dày 300 mm). Hệ thống rửa lọc bằng nước và khí nén, cường độ rửa 12-15 L/s.m² trong 5-7 phút. Bể chứa hóa chất bằng composite chống ăn mòn, dung tích 5 m³ cho PAC, 2 m³ cho ClO2. Máy bơm chìm công suất 15 kW, lưu lượng 50 m³/h, cột áp 20 m. Hệ thống điều khiển PLC giám sát toàn bộ quá trình, cảnh báo sự cố tự động.

IV. Kết luận và đề xuất ứng dụng thực tế

Thiết kế hệ thống xử lý nước sông Đa Lộc mang lại giải pháp bền vững, đáp ứng nhu cầu nước sạch sinh hoạt cho cộng đồng. Hệ thống vận hành ổn định, chi phí đầu tư hợp lý (khoảng 2 tỷ VND), thời gian hoàn vốn 5-7 năm nhờ tiết kiệm chi phí y tế và nâng cao năng suất lao động. Công nghệ xử lý tiên tiến đảm bảo chất lượng nước đạt tiêu chuẩn, bảo vệ sức khỏe người dân. Đề xuất triển khai mô hình quản lý cộng đồng, đào tạo nhân viên vận hành tại chỗ. Nhân rộng mô hình cho các xã lân cận, góp phần phát triển kinh tế-xã hội bền vững cho huyện Hậu Lộc.

4.1. Hiệu quả kinh tế xã hội

Hệ thống tiết kiệm 30-40% chi phí so với mua nước đóng chai, nâng cao chất lượng cuộc sống. Giảm 50% số ca mắc bệnh liên quan đến nước, tiết kiệm chi phí y tế 500 triệu VND/năm. Tạo việc làm cho 5-7 lao động địa phương trong vận hành bảo trì. Giá thành nước sinh hoạt giảm từ 20.000 VND/m³ xuống 5.000 VND/m³, phù hợp thu nhập người dân. Nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước.

4.2. Khuyến nghị triển khai

Cần sự hỗ trợ từ chính quyền địa phương trong công tác tuyên truyền, huy động nguồn vốn đầu tư. Lựa chọn nhà thầu có kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý nước, đảm bảo tiến độ thi công 6-8 tháng. Tổ chức tập huấn vận hành hệ thống cho cán bộ địa phương, đảm bảo duy trì hoạt động lâu dài. Thiết lập hệ thống giám sát chất lượng nước định kỳ 6 tháng/lần. Xây dựng quy chế quản lý, thu phí sử dụng hợp lý để bảo trì hệ thống. Đánh giá hiệu quả sau 1 năm vận hành, đề xuất cải tiến công nghệ nếu cần thiết.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI HUYỆN HẬU LỘC, THANH HOÁ 1. Điều kiện tự nhiên 1.Vị trí địa lý, địa hình Vị trí địa lý Hậu Lộc là một huyện ven biển thuộc tỉnh Thanh Hóa.  Phía Đông bắc cách trung tâm thành phố Thanh Hóa khoảng 25 km  Phía Bắc giáp giáp huyện Nga Sơn, Hà Trung  Phía Tây và nam Hoằng Hóa.

 Phía đông giáp với biển Đông Địa hình: Huyện Hậu Lộc có tổng diện tích là 141,5 km2, có đủ ba dạng địa hình: đồng bằng, đồi núi và ven biển. Hậu Lộc bao gồm 1 thị trấn Hậu Lộc và 26 xã: Cầu Lộc, Châu Lộc, Đa Lộc, Đại Lộc, Đồng Lộc, Hải Lộc, Hoa Lộc, Hòa Lộc, Hưng Lộc, Liên Lộc, Lộc Sơn, Lộc Tân, Minh Lộc, Mỹ Lộc, Ngư Lộc, Phong Lộc, Phú Lộc, Quang Lộc, Thành Lộc, Thịnh Lộc, Thuần Lộc, Tiến Lộc, Triệu Lộc, Tuy Lộc, Văn Lộc, Xuân Lộc. Trụ sở huyện đặt tại thị trấn Hậu Lộc.1: Bản đồ huyện Hậu lộc SVTH: Nguyễn Thị Linh 4 GVHD: TS Vũ Thị Phương Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Đặc điểm khí hậu, thuỷ văn Hậu Lộc có đầy đủ ba dạng địa hình, từ đông bằng thuộc các xã Lộc Tân, Thịnh Lộc, Xuân Lộc, Hoa Lộc, Phú Lộc., đến vùng đồi núi thuộc các xã Triệu Lộc, Tiến Lộc, Thành Lộc, Châu Lộc, Đại Lộc, Đồng Lộc.

và ven biển là các xã HòaLộc, Ngư Lộc, Hải Lộc, Minh Lộc, Hưng lộc, Đa Lộc. Huyện có hệ thống sông đào khá dày đặc, hằng năm cung cấp nước tưới cho nông nghiệp và thoát lũ vào mùa mưa. Do vậy, tình trạng hạn hán và ngập lụt ít khi xảy ra. Tuy nhiên, là một huyện ven biển miền trung có khí hậu đặc trưng của vùng bắc Trung Bộ Việt Nam - là vùng có điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất trong cả nước.

Hàng năm thường xảy ra nhiều thiên tai như bão, lũ, gió Lào, hạn hán, mà nguyên nhân cơ bản là do vị trí, cấu trúc địa hình tạo ra. Vùng này cũng chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc lạnh, trời thường khá lạnh vào mùa đông; mùa hè, nhiệt độ có thể lên tới 37-38 °C. Hiện trạng các nguồn tài nguyên thiên nhiên 1. Hiện trạng tài nguyên đất Huyện Hậu Lộc có tổng diện tích là 141,5 km2, bao gồm đồng bằng, đồi núi và ven biển.

 Đất đồng bằng chiếm khoảng 75,7 % tổng diện tích chủ yếu trồng hoa màu, lương thực thực thực phẩm, xây dựng các công trình nhà ở.  Đất đồi núi chiếm khoảng 11.3% chủ yếu là đồi núi đá phục vụ cho việc chăn thả gia xúc, một số đồi trồng mía và dứa gai (trái thơm).  Đất ven biển chiếm khoảng 13% chủ yếu là đất cát, cồn cát chủ yếu trồng rừng phi lao chắn gió chắn sự xâm lấn của cát vào đất canh tác của dân. Đát cát có thể tận dụng trồng một số loại thực phẩm ngắn ngày như: các loại khoai, cây họ đậu.

Hiện trạng tài nguyên nước Huyện có hệ thống sông đào khá dày đặc, hằng năm cung cấp nước tưới cho nông nghiệp và thoát lũ vào mùa mưa. Mặt khác phía đông còn giáp với biển Đông nên nguồn nước ở đây rất dồi dào, đủ loại nước ngọt, nước lợ, nước mặn. Đó là điều kiện môi trường sống khá phong phú cho nhiều loài động thực vật phát triển, cho nên ngoài việc trồng trọt chăn nuôi nông nghiệp ra huyện Hậu Lộc còn có đủ điều kiện thuận lợi cho phát triển ngành ngư ngiệp (đánh bắt, nuôi trồng thuỷ hải sản) - Nguồn nước mặt bao gồm : SVTH: Nguyễn Thị Linh 5 GVHD: TS Vũ Thị Phương Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Nước biển: huyện Hậu Lộc có đường bờ biển dài hơn 12 km, nằm ngay gần cửa sông nên nguồn nước biển phù hợp cho các sinh vật biển ven bờ phát triển như: khều, cua ba khía, cá còi,cá bống…thuộn lợi cho việc nuôi ngao. Ngoài ra nước biển còn dùng để sản xuất muối hạt + Nước sông, ao, hồ: là nguồn cung cấp nước ngọt phục vụ cho vệc tưới tiêu trong nông nghiệp + Nước mưa: huyện Hậu Lộc mang khí hậu nhiệt đới gió mùa, nống ẩm mưa nhiều nên nguồn nước mưa được người dân nơi đây tận dụng sử dụng khá phổ biến.

- Nước ngầm: Huyện có hệ thống sông đào khá dày đặc nên nguồn nước ngầm có trữ lượng tương đối. Tuy nhiên cũng đáng báo động trong một vài năm tới vì nước ngầm là nguồn nước sử dụng chính của người dân trong huyện và các vùng lân cận, mặt khác là một huyện ven biển nên nếu cứ tiếp tục khai thác nước ngầm sử dụng thì nguy cơ nước ngầm bị nhiễm mặt là rất cao, gây ảnh hưởng hậu quả nghiêm trọng: thiếu nước ngọt sử dụng, đất nhiễm mặn, sinh vật không phát triển, rất khó khắc phục. Hiện trạng tài nguyên rừng Về tài nguyên rừng, huyện Hậu Lộc chủ yếu có các khu rừng phòng hộ ven biển là các khu rừng ngập mặt và rừng phi lao. - Đề phòng bão lũ các xã ven biển tiến hành trồng rừng ngập mặn để phòng hộ với các loại cây ngập mặn chủ yếu như: sú, vẹt, bần - Trồng rừng phi lao để chắn gió, chắn cát lấn vào khu vực đất nhà dân.

Đây cũng là một địa điểm nghỉ mát thú vị, là nơi tận dụng kinh doanh của người dân trong xã : café võng, trà đá võng… Mặc dù huyện cũng có mọt số khu vực là đồi núi như chủ yếu là đồi núi đá nên chỉ có cây cỏ bụi sinh sống nên không có tiềm năng về cây công nghiệp lâu năm. Hiện trạng tài nguyên biển Huyện Hậu Lộc có đường bờ biển dài khoảng hơn 12km với hai cửa sông đổ ra biển ở hai đầu nên nguồn nước biển ven bờ rất thích hợp cho việc nuôi ngao – đây là là một nghề khá phổ biết của dân ven biển, và là môi trường sinh sống của các loại sinh vật biển ven bờ mang lại nguồn kinh tế thu nhập cho người dân ven biển như: dắt, don, khều, ngao, sò, cá còi. Việc tiếp giáp với biển Đông là điều SVTH: Nguyễn Thị Linh 6 GVHD: TS Vũ Thị Phương Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP kiện rất tốt cho ngành ngư nghiệp phát triển tạo công việc và thu nhập cho một số xã không có đất nông nghiệp canh tác như Minh Lộc, Ngư Lộc. Đặc điểm kinh tế - xã hôi 1.

Kinh tế Theo số liệu điều tra ngày 01/04/2009 của tổng cục thống kê, toàn huyện có tất cả 163.971 người Giá trị tổng sản phẩm GDP năm 2005 đạt 755 tỷ đồng. Tốc độ tăng trưởng bình quân 5 năm(2000-2005) đạt 9,6%. Cơ cấu kinh tế năm 2005. Nông–Lâm-Ngư nghiệp: 55,0%; Công nghiệp–Tiểu thủ công nghiệp–Xây dựng (CN-TTCS-XD): 14,2%; Thương mại – Dịch vụ: 30,8% 1.

Xã hội + Giáo dục và Đào tạo Huyện Hậu Lộc có tất cả năm trường Trung học phổ thông và một Trung tâm giáo dục thường xuyên, mỗi xã đều có ít nhất một trường Trung học cơ sở và một trường Tiểu học cơ sở. Các trường đang không ngừng nâng cao chất lượng đào tạo. Các trường Trung học phổ thông là Trung học phổ thông Hậu Lộc 1, Trung học phổ thông Hậu Lộc 2, THPT Hậu Lộc 3, Trường THPT Hậu Lộc 4, Trung học phổ thông Đinh Chương Dương. + Văn hoá Hằng năm trên địa bàn huyện vẫn duy trì, phát huy các nét văn hoá truyền thống, các lễ hội truyền thống như: lễ hội đền Bà Triệu, lễ hội Cầu Ngư….

Gây dựng các quỹ khuyến học để khuyến khích, phát huy truyền thống hiếu học của ông cha ta để lại… SVTH: Nguyễn Thị Linh 7 GVHD: TS Vũ Thị Phương Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC SÔNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC SÔNG LÀM NGUỒN CẤP NƯỚC SINH HOẠT 2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước sông 2. Các chỉ tiêu vật lý - Nhiệt độ Nhiệt độ của nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu.

Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêu thụ. Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường. Ví dụ: ở miền Bắc Việt Nam, nhiệt độ nước thường dao động từ 13 – 34 0C, trong khi đó nhiệt độ trong các nguồn nước mặt ở miền Nam tương đối ổn định hơn (26 – 290C). - Độ màu Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên.

Các hợp chất sắt, mangan không hoà tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, còn các loại thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh lá cây. Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen. Đơn vị đo độ màu thường dùng là platin – coban. Nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 Pt-Co.

- Độ đục Nước là một môi trường truyền ánh sáng tốt. Khi trong nước có các vật lạ như các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật,.khả năng truyền ánh sáng bị giảm đi. Nước có độ đục lớn chứng tỏ có chứa nhiều cặn bẩn. Đơn vị đo đục thưòng là mg SiO2/l, NTU, FTU; trong đó đơn vị NTU và FTU là tương đương nhau.

Nước mặt thường có độ đục 20 -100 NTU, mùa lũ có khi cao đến 500 – 600 NTU. Nước cấp cho ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU. Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước. - Mùi vị Mùi vị trong nước thường do các hợp chất hoá học, chủ yếu là là các hợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân huỷ vật chất gây nên.

Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối. Nước sau khi tiệt trùng với các hợp chất clo có thể bị nhiễm mùi clo hay clophenol. Tuỳ theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hoà tan, nước có thể có các vị mặn, ngọt, chát, đắng,. SVTH: Nguyễn Thị Linh 8 GVHD: TS Vũ Thị Phương Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Độ nhớt Độ nhớt là đại lượng biểu thị sự ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau.

Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực và do vậy nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước. Độ nhớt tăng khi hàm lượng các muối hoà tan trong nước tăng và giảm khi nhiệt độ tăng. - Độ dẫn điện Nước có độ dẫn điện kém. Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khoáng hoà tan trong nước và dao động theo nhiệt độ.

- Tính phóng xạ Tính phóng xạ của nước là do sự phân huỷ các chất phóng xạ trong nước tạo nên. Các chất này có thời gian bán phân huỷ rất ngắn nên nước thường vô hại.