Đồ án kỹ thuật xử lý nước cấp - Giáp Xuân Vũ - ĐH Tài nguyên Môi trường

Đồ án môn học Kỹ thuật xử lý nước cấp của sinh viên Giáp Xuân Vũ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Thiết kế hệ thống xử lý nước.

• Tác giả: Giáp Xuân Vũ
• Người hướng dẫn: TH.s Đoàn Thị Oanh
• Trường học: Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xử lý nước cấp
• Đề tài: Đồ án xử lý nước cấp Giáp Xuân Vũ - Thị xã Kiến Tường
• Loại tài liệu: đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án xử lý nước cấp Giáp Xuân Vũ Thị xã Kiến Tường

Đồ án xử lý nước cấp Giáp Xuân Vũ là một nghiên cứu kỹ thuật chuyên sâu nhằm thiết kế hệ thống cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư tại Thị xã Kiến Tường, tỉnh Long An. Dự án này được thực hiện bởi sinh viên Giáp Xuân Vũ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, dưới sự hướng dẫn của Th.S Đoàn Thị Oanh. Mục tiêu chính là xây dựng quy trình xử lý nước mặt đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT về chất lượng nước sinh hoạt. Nguồn nước đầu vào được giả định có các chỉ tiêu như: hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) 270 mg/l, sắt tổng số 0.3 mg/l, mangan 0.01 mg/l, pH 6.5 và nhiệt độ 23°C. Với mật độ dân số năm 2025 là 1.100 người/km² và tốc độ tăng dân số 1,11%/năm, nhu cầu nước cấp được tính toán ở mức 150 lít/người/ngày đêm. Đồ án không chỉ mang tính học thuật mà còn phản ánh nhu cầu thực tiễn trong bối cảnh ô nhiễm nguồn nước và bùng nổ dân số tại các khu vực đô thị hóa nhanh như Thị xã Kiến Tường. Việc ứng dụng các công nghệ xử lý nước mặt phù hợp giúp đảm bảo an ninh nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

1.1. Bối cảnh và tính cấp thiết của đồ án xử lý nước cấp

Nước sạch là nhu cầu thiết yếu cho sinh hoạt và sản xuất. Tại Thị xã Kiến Tường, sự phát triển đô thị và công nghiệp làm gia tăng áp lực lên nguồn nước mặt. Nhiều nguồn nước tự nhiên bị ô nhiễm hữu cơ, kim loại nặng và vi sinh vật. Đồ án này ra đời nhằm đáp ứng yêu cầu cấp bách về hệ thống xử lý nước cấp hiệu quả, bền vững và phù hợp với điều kiện địa phương.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của Giáp Xuân Vũ

Mục tiêu chính là thiết kế hệ thống xử lý nước mặt cho khoảng 7.700 dân vào năm 2025. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: đánh giá chất lượng nước đầu vào, lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp, tính toán công suất trạm xử lý, và đề xuất giải pháp vận hành. Đồ án tập trung vào xử lý cơ học và hóa lý, không đề cập đến xử lý sinh học do đặc điểm nguồn nước.

II. Thách thức trong xử lý nước cấp tại Thị xã Kiến Tường

Nguồn nước mặt tại Thị xã Kiến Tường đối mặt với nhiều thách thức về chất lượng và độ ổn định. Theo số liệu trong đồ án, chất rắn lơ lửng (SS) lên tới 270 mg/l – vượt xa giới hạn cho phép (50 mg/l theo QCVN 01:2009). Ngoài ra, pH 6.5 cho thấy nước có tính axit nhẹ, có thể ăn mòn đường ống và ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ. Mặc dù sắt và mangan ở mức thấp, nhưng vẫn cần xử lý để tránh hiện tượng đổi màu và mùi vị. Một thách thức khác là biến động theo mùa – mùa khô nước cạn, mùa mưa nước đục – đòi hỏi hệ thống phải linh hoạt. Công nghệ xử lý nước cấp cần đảm bảo hiệu suất cao, chi phí hợp lý và dễ vận hành tại địa phương. Nếu không xử lý đúng cách, nước đầu ra có thể gây nguy cơ sức khỏe cộng đồng, đặc biệt là bệnh đường ruột và da liễu. Do đó, việc lựa chọn quy trình xử lý tối ưu là yếu tố then chốt trong đồ án của Giáp Xuân Vũ.

2.1. Đánh giá chất lượng nước mặt đầu vào

Nước mặt tại khu vực có SS = 270 mg/l, sắt = 0.3 mg/l, mangan = 0.01 mg/l, pH = 6.5. So với QCVN 01:2009, chỉ tiêu SS vượt 5,4 lần. Điều này yêu cầu hệ thống phải có bể lắng sơ bộ và bể lọc nhanh hiệu quả. Nước cũng có độ kiềm thấp, ảnh hưởng đến quá trình keo tụ bằng phèn.

2.2. Rủi ro môi trường và vận hành hệ thống

Rủi ro bao gồm: biến động lưu lượng, ô nhiễm đột xuất từ hoạt động nông nghiệp, và thiếu nhân lực kỹ thuật tại địa phương. Hệ thống cần có cơ chế dự phòng, quản lý bùn thải, và giám sát chất lượng nước liên tục để đảm bảo an toàn.

III. Phương pháp xử lý nước cấp được đề xuất trong đồ án

Đồ án của Giáp Xuân Vũ đề xuất hai phương án xử lý nước mặt, trong đó phương án được lựa chọn bao gồm: ống tự chảy, bể lắng sơ bộ, bể trộn cơ khí, bể lắng đứng, và bể lọc nhanh. Quy trình này phù hợp với đặc điểm nước đầu vào có SS cao và tính axit nhẹ. Bể trộn cơ khí giúp phân bố đều chất keo tụ (thường là phèn nhôm), tạo bông tốt. Bể lắng đứng tiết kiệm diện tích so với bể lắng ngang – yếu tố quan trọng tại khu vực đô thị. Bể lọc nhanh sử dụng lớp vật liệu lọc gồm cát thạch anh và than hoạt tính, loại bỏ cặn mịn và một phần hữu cơ hòa tan. Cuối cùng, khử trùng bằng clo đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh. Lượng clo sử dụng được tính toán chính xác (1,28–20,5 kg/l) để tránh dư thừa gây mùi khó chịu. Toàn bộ quy trình được thiết kế theo TCXD 33:2006 và tham khảo tài liệu của Nguyễn Ngọc Dung và Trịnh Xuân Lai – những chuyên gia hàng đầu về kỹ thuật cấp nước tại Việt Nam.

3.1. So sánh hai phương án xử lý nước mặt

Phương án 1 sử dụng bể lắng ngang, phương án 2 dùng bể lắng đứng. Phương án 2 được chọn do tiết kiệm diện tích, chi phí xây dựng thấp hơn, và phù hợp quy mô dân số 7.700 người. Cả hai đều đảm bảo hiệu suất lắng >90%.

3.2. Thiết kế chi tiết các công trình đơn vị

Các công trình bao gồm: ống dẫn nước vào, bể trộn, bể lắng đứng (có ống trung tâm và máng thu), bể lọc nhanh, và bể chứa nước sạch. Mỗi hạng mục được tính toán kỹ lưỡng về lưu lượng, tải trọng bề mặt, và thời gian lưu theo tiêu chuẩn kỹ thuật.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả đạt được từ đồ án

Kết quả đồ án cho thấy hệ thống xử lý nước cấp có thể cung cấp 1.155 m³/ngày đêm – đủ cho 7.700 dân vào năm 2025. Nước đầu ra đạt QCVN 01:2009/BYT về các chỉ tiêu SS < 10 mg/l, sắt < 0.3 mg/l, mangan < 0.1 mg/l, và không có vi sinh vật gây bệnh. Ứng dụng thực tiễn của đồ án rất cao: có thể triển khai tại Thị xã Kiến Tường hoặc các khu vực có điều kiện tương tự – nguồn nước mặt ô nhiễm, dân số trung bình, và hạ tầng kỹ thuật hạn chế. Đồ án cũng đề xuất quản lý vận hành thông minh: thường xuyên quan trắc chất lượng nước, bảo trì thiết bị, và đào tạo nhân sự. Đặc biệt, hệ thống có dự phòng máy bơm bùn và clo dự trữ, giúp duy trì hoạt động liên tục. Đây là minh chứng cho việc kết hợp lý thuyết và thực tiễn trong đào tạo kỹ sư môi trường tại Việt Nam.

4.1. Hiệu quả xử lý và chất lượng nước đầu ra

Nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT. Chỉ tiêu SS giảm từ 270 xuống dưới 10 mg/l, sắt và mangan được loại bỏ hiệu quả. Clo dư được kiểm soát ở mức an toàn (0.3–0.5 mg/l), đảm bảo khử trùng mà không gây hại.

4.2. Khả năng nhân rộng mô hình tại khu vực Đồng Tháp Mười

Mô hình phù hợp với các thị xã ven đô trong vùng Đồng Tháp Mười, nơi nguồn nước mặt bị ảnh hưởng bởi phù sa, thủy sản, và nông nghiệp. Thiết kế đơn giản, chi phí thấp, và dễ vận hành là lợi thế lớn.

V. Kiến nghị và hướng phát triển hệ thống xử lý nước cấp

Đồ án kết luận rằng hệ thống xử lý nước cấp do Giáp Xuân Vũ thiết kế có tính khả thi cao, nhưng cần một số kiến nghị quan trọng để đảm bảo hiệu quả lâu dài. Trước hết, quy hoạch tổng thể phải tích hợp hệ thống xử lý vào kế hoạch phát triển đô thị 2025–2035 của Thị xã Kiến Tường. Thứ hai, vật liệu xây dựng và thiết bị phải đúng tiêu chuẩn kỹ thuật, tránh rò rỉ và ăn mòn. Thứ ba, nhân sự vận hành cần được đào tạo bài bản về an toàn hóa chất, bảo trì thiết bị, và xử lý sự cố. Cuối cùng, cần nâng cao nhận thức cộng đồng về sử dụng nước tiết kiệm và bảo vệ nguồn nước. Trong tương lai, có thể tích hợp công nghệ IoT để giám sát từ xa, hoặc bổ sung màng lọc UF/RO nếu nguồn nước bị ô nhiễm vi nhựa hoặc hóa chất công nghiệp. Đây là hướng đi bền vững cho hệ thống cấp nước nông thôn – đô thị tại Việt Nam.

5.1. Đề xuất quản lý và vận hành trạm xử lý

Cần lập quy trình vận hành chuẩn, lịch bảo trì định kỳ, và hệ thống cảnh báo sớm khi chất lượng nước đầu vào biến động. Ghi chép nhật ký vận hành là bắt buộc để truy xuất nguyên nhân sự cố.

5.2. Hướng nâng cấp công nghệ trong tương lai

Có thể bổ sung xử lý nâng cao như ozon hóa, than hoạt tính dạng hạt (GAC), hoặc màng lọc nano nếu phát hiện hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Tuy nhiên, cần cân nhắc chi phí – lợi ích cho quy mô dân số hiện tại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NƯỚC MẶT VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 1. KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NƯỚC MẶT 1. KHÁI NIỆM: Nước mặt có nguồn gốc từ lớp nước dưới sâu mà sự xuất hiện của nó tạo nên các sông, suối, ao, hồ. Chúng được hợp lại thành dòng nước đặc trưng bằng một mặt tiếp xúc nước, khí quyển và chuyển động với tốc độ đáng kể.

Nguồn nước mặt. Nước mặt có thể được chứa vào các bể chứa tự nhiên (sông, ao, hồ…) hoặc nhân tạo (các đập nước) được đặc trưng bằng bề mặt trao đổi nước – khí quyển, hầu như bất động có chiều sâu đáng kể và thời gian dừng lại khá lớn. Việc dự trữ nước mặt tại các bể chứa, đập để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau trong đó có xử lý nước sinh hoạt. ĐẶC ĐIỂM NGUỒN NƯỚC MẶT Tài nguyên nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên có thể tái tạo nhưng cũng có thể bị cạn kiệt tùy vào tốc độ khai thác của con người và khả năng tái tạo của môi trường.

Tài nguyên nước đóng một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển kinh tế, xã hội của nước ta. Là một nước có nền nông nghiệp hình thành phát triển từ lâu đời, nguồn nước có vai trò trong việc cung cấp nước tưới cho hoạt động sản xuất nông nghiệp. Các hoạt động sản xuất công nghiệp trong nước cũng cần có nguồn nước ổn định để duy trì hoạt động sản xuất. Nước cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cuộc sống và sinh hoạt hàng ngày của con người.

Tuy nhiên nguồn nước sạch dùng để sản xuất và sinh hoạt thì có hạn và đang đứng SVTH: GIÁP XUÂN VŨ GVHD: ĐOÀN THỊ OANH 10 Đồ án môn học: Kỹ thuật xử lý nước cấp trước nguy cơ bị ô nhiễm nghiêm trọng đòi hỏi chúng ta phải đưa ra các biện pháp quản lí và sử dụng nguồn tài nguyên này hiệu quả hơn để có một tương lai phát triển bền vững. THÀNH PHẦN VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT + Thành phần hóa học của nước mặt thuộc vào bản chất của đất mà nước chảy qua đến các nơi chứa. Trong hành trình nước hòa tan các phần tử khác nhau. Bằng cách trao đổi trên bề mặt nước-không khí, các loại nước này tự chứa các khí hòa tan (oxy,nito,khí cacbonic) Trước khi quyết định công nghệ xử lý nước mặt chúng ta cần lưu ý một số điểm sau của nước mặt: + Trong nước mặt thường xuyên tồn tại các khí hòa tan +Nước mặt có nồng độ lớn các chất lơ lửng đặc biệt là trong dòng chảy.

Chất huyền phù rất khác nhau, bắt đầu từ các hạt keo đến các nguyên tố hưu hình được được trôi theo các dòng sông khi lưu lượng tăng đáng kể. Vì vậy khi thiết kế thiết bị xử lý nước mặt không thể thiếu được công đoạn keo tụ, tạo bông ở các đập nước thời gian dừng lâu tạo nên sự lắng gạn tự nhiên của các phần tử có kích thước lớn, độ đục còn lại của nước là do các chất keo. +Trong nước mặt có mặt các chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên là do sự phân hủy các chất hưu cơ thực vật và động vật sống trên bề mặt bể chứa nước hoặc trong các sông và các vi sinh vật tự phân hủy sau khi chết ( thực vật và động vật ) +Tồn tại các sinh vật nổi trong nước mặt: Nước mặt là nơi cư trú và phát triển quan trọng của thực vật nổi (tảo) và động vật nổi. Trong điều kiện nhất định cuộc sống dưới nước có thể phát triển mạnh: Bao gồm sự phát triển của thực vật, động vật, cá +Sự thay đổi hàng ngày (sự chênh lệch nhiệt độ, ánh sáng mặt trời ) thay đổi theo mùa, sự thay đổi theo mùa, sự thay đổi khí hậu (nhiệt độ,…) và của thực vật (rụng lá ).

Chúng có thể xảy ra ngẫu nhiên như mưa, giông, ô nhiễm lạnh. Ở các nơi chứa nước mặt, chất lượng nước thay đổi từ bề mặt đến đáy bể chứa (O2, Fe, Mn, khả năng oxy hóa, sinh vật nổi). Hàm lượng của mỗi yếu tố thay đổi phụ thuộc vào chu kỳ của một năm. +Ô nhiễm hưu cơ thường dẫn đến việc phú dưỡng nguồn nước + Nguồn ô nhiễm đến từ nguồn nước thải đô thị: các chất cặn bã có trong nước thải đô thị (quá trình trao đổi chất của con người, tiện nghi nhà ở) + Nguồn ô nhiễm đến từ nguồn nước công ngiệp : chất ô nhiễm hữu cơ và vi ô nhiễm hoặc vô cơ +Ô nhiễm từ nguồn công nghiệp: phân bó, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ trôi theo nước mưa và các dòng nước.

Chất thải hữu cơ cũng tạo ra trong các trại chăn nuôi. +Tài nguyên nước mặt của nước ta tương đối phong phú, chiếm khoảng 2% tổng lượng dòng chảy của các sông trên thế giới, trong khi đó diện tích đất liền nước ta chỉ chiếm khoảng 1,35% của thế giới. Tuy nhiên, một đặc điểm quan trọng của tài nguyên nước mặt là những biến đổi mạnh mẽ theo thời gian (dao động giữa các năm và phân phối không đều trong năm) và còn phân bố rất không đều giữa các hệ thống sông và các vùng SVTH: GIÁP XUÂN VŨ GVHD: ĐOÀN THỊ OANH 11 Đồ án môn học: Kỹ thuật xử lý nước cấp Vấn đề ô nhiễm và cạn kiệt và nhu cầu dùng nước tăng lên mạnh mẽ: Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội và sự gia tăng dân số, nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt, sản xuất công nông nghiệp sẽ tăng lên mạnh mẽ trong tất cả các vùng. Theo kết quả đánh giá năm 1999, tổng lượng nước cần dùng của cả nước chiếm khoảng 8,8% tổng lượng dòng chảy năm tương ứng với tần suất 75%, tăng lên tới 12,5% vào năm 2000 và 16,5% vào khoảng năm 2010.

Tổng lượng nước dùng để tưới cho cây trồng khá lớn, từ 41 km3 (chiếm 89,8%) năm 1985, tăng lên 46,9 km3 (năm 1990) và 60 km3 năm 2000 (chiếm 85%).  Nhiệt độ : Là yếu tố liên quan đến sự tồn tài và phát triển của các sinh vật thủy sinh, đồng thời là nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước, ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan. Qua đó ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước tự nhiên nên những thay đổi của nhiệt độ ảnh hưởng nhiều mặt đến chất lượng nước. Nhiệt độ là yếu tố quyết định loài sinh vật nào chiếm ưu thế trong môi trường nước (ở việt nam nhiệt độ nước dao động từ 13 -34oC “theo trịnh xuân lai”).

Theo độ sâu, nhiệt độ phân thành 3 tầng rõ rệt: Tầng mặt, tầng chuyển tiếp và tầng đáy. Trong tầng mặt: nước có nhiệt độ cao nên tỷ khối thấp. Do ảnh hưởng của gió nên nước trong tầng mặt xáo trộn mạnh làm cho nhiệt độ tương đối đồng đều, nồng độ ôxy hòa tan cao, tiếp nhận ánh sáng tốt nên quang hợp diễn ra mạnh mẽ. Tầng này rất thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học.

+Tầng chuyển tiếp: có nhiệt độ giảm rõ rệt theo độ sâu Tầng đáy, nước không bị khuấy đảo và tách biệt với tầng mặt bởi tầng chuyển tiếp nên nồng độ oxy hòa tan thấp, ánh sáng mặt trời không xuyên tới. Trong tầng này, quá trình phân hủy hữu cơ diễn ra trong điều kiện yếm khí, sản phẩm phân hủy có mùi và độ chại H2S, NH3 -Màu sắc Màu của nước là do các chất tạo ra trong quá trình phân hủy các mảnh vụn hữu cơ như lá cây, gỗ. hoặc các hợp chất vô cơ chứa Fe(III) khi có trong mẫu nước. Những thành phần gây màu tự nhiên trong nước dưới dạng những hạt keo mang điện tích âm, nên có thể loại bỏ bằng quá trình đông tụ bởi muối của các ion kim loại hóa trị III như của Fe, Al.

Màu của SVTH: GIÁP XUÂN VŨ GVHD: ĐOÀN THỊ OANH 12 Đồ án môn học: Kỹ thuật xử lý nước cấp nước do các chất lơ lửng tạo nên loại bỏ bằng phương pháp lọc. Màu của nước do các chất hòa tan tạo nên loại bỏ bằng phương pháp hóa lý kết hợp. Nước bị nhiễm bẩn do nước thải sinh hoạt và công nghiệp thường có màu xanh đậm hoặc màu đen. Độ màu đo bằng đơn vị PtCo( Platin - coban).

Nước tự nhiên có độ màu nhỏ hơn 200 PtCo Dựa vào màu nước để quyết định mức độ xử lý và lựa chon phương pháp xử lý, hóa chất dùng trong xử lý (theo Trịnh Xuân Lai thì nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 độ(ptCo))  Độ đục Độ đục của nước là do trong nước có nhiều loại chất lơ lửng dạng keo hoặc dạng phân tán thô bị cuốn trôi từ bề mặt lưu vực xuống thủy vực. Độ đục xác định thông qua khả năng lan truyền của ánh sáng qua nước. Nó phản ánh mức độ ngăn trở ánh sáng xuyên qua nước của các chất lơ lửng vô cơ và hữu cơ. Thông qua độ đục có thể đánh giá tình trạng nhiễm bẩn của nước.

Đơn vị đo độ đục là NTU, Nước mặt có độ đục 20-100 NTU. Mùa lũ tới 500 NTU. Nước cấp cho ăn uống nhỏ hơn 5 NTU  Mùi vị Nước ô nhiễm có mùi do các hợp chất hóa học chủ yếu các hợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ phân hủy vật chất. Nước bị ô nhiễm nặng do các chất hữu cơ có mùi hôi thối rất khó chịu do các khí độc hại như SO2, H2S sản phẩm từ phân hủy yếm khí.

 Độ dẫn điện Độ dẫn điện tăng theo hàm lượng các chất khoáng hòa tan trong nước và dao động theo nhiệt độ. Dùng để đánh giá tổng lượng các chất khoáng hòa tan trong nước, nước tinh khiết ở 20oC là 4,2 µs/m  Tính phóng xạ Tính phóng xạ do sự phân hủy các thành phần có chất phóng xạ trong nước tạo nên. Xác định thông qua tổng hoạt độ phóng xạ alpha và beta.  Tổng số chất rắn SVTH: GIÁP XUÂN VŨ GVHD: ĐOÀN THỊ OANH 13 Đồ án môn học: Kỹ thuật xử lý nước cấp Tống số chất rắn là toàn bộ các chất có mặt trong nước, xác định bằng cách sấy mẫu nước ở nhiệt độ 103 – 105 độ, sau khi nước bay hơi hết, phần còn lại là chất rắn.

Các chất rắn có mặt trong nước gồm chất rắn hòa tan và lơ lửng, trong đó quan trọng nhất là chất rắn lơ lửng  Chất rắn lơ lửng Lượng chất rắn lơ lửng là thông số đánh giá cường độ nước thải, hiệu quả của thiết bị xử lý. Xác định dùng phương pháp lọc mẫu nước bằng chén Gút, sau đó đo khối lượng chất rắn có trong màng lọc của chén (mg/l) 1. SO SÁNH NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC NGẦM Bảng 1.