Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cấp, thoát nước cơ bản (Mã môn học: MH 12) do Nguyễn Thế Sơn (Chủ biên) cùng Nguyễn Thị Mây biên soạn, được Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ban hành năm 2021. Môn học có thời lượng 60 giờ (bao gồm 56 giờ giảng dạy lý thuyết và 4 giờ kiểm tra), giữ vị trí là môn học chuyên môn cơ sở được giảng dạy song song với nhóm môn học kỹ thuật cơ sở, nhằm tạo nền tảng trước khi người học tiếp cận các mô đun chuyên môn nghề trong chương trình đào tạo nghề Cấp thoát nước trình độ trung cấp.

Mục tiêu học tập của giáo trình được cấu trúc rõ ràng theo ba chuẩn đầu ra chính:

  • Về kiến thức: Trình bày được sơ đồ dây chuyền công nghệ, các loại hóa chất xử lý nước cấp và mô tả cấu tạo, nguyên lý của các thiết bị pha chế định lượng; nắm vững các khái niệm cơ bản về hệ thống cấp nước sạch và hệ thống thoát nước thải.
  • Về kỹ năng: Phân tích được các chỉ tiêu tính chất lý, hóa, vi sinh và yêu cầu chất lượng nước cấp; phân loại chính xác các nguồn nước thiên nhiên, các dạng công trình thu nước ngầm và nước mặt.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành năng lực tổ chức thực hiện nhiệm vụ kỹ thuật và chịu trách nhiệm đối với kết quả công việc theo tác phong công nghiệp.

Giáo trình gồm 5 chương, tiếp cận theo logic quy trình kỹ thuật ngành nước: từ khảo sát nguồn và công trình thu, đánh giá tiêu chuẩn chất lượng nước, hóa chất và thiết bị xử lý, đến cấu tạo chi tiết của mạng lưới cấp và thoát nước. Điểm đặc sắc của tài liệu là hệ thống hóa đồng bộ các bảng số liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn chất lượng nước của Việt Nam và quốc tế, cùng các thông số quy cách vật liệu phụ kiện đường ống phục vụ thực hành nghề.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 5 chương chuyên đề:

  • Chương 1: Nguồn nước và công trình thu nước. Phân loại và phân tích đặc điểm các nguồn cung cấp nước: nước ngầm không áp (mạch nông 3–10 m, dễ ô nhiễm, trữ lượng chịu ảnh hưởng thời tiết), nước ngầm có áp (mạch sâu trên 20 m, trữ lượng phong phú, ít cặn), nước mặt (nước sông có độ đục và lưu lượng thay đổi theo mùa, nước suối có dao động mực nước lớn, nước hồ đầm có độ màu cao) và nước mưa (lượng mưa trung bình tại Việt Nam đạt 1500–2000 mm/năm). Phân tích cấu tạo công trình thu nước ngầm gồm giếng khơi (đường kính 1–1,5 m, có lớp đất sét chống thấm sâu 1,2 m và bệ giếng cao 0,8 m) và giếng khoan (đường kính 150–600 mm, công suất 5–500 l/s, gồm miệng giếng, thân ống vách, ống lọc lưới đan khe hở 10–25 mm và ống lắng cặn cao 2–5 m). Khảo sát các dạng công trình thu nước mặt sát bờ kiểu kết hợp hoặc phân ly, công trình thu nước giữa dòng, công trình thu dạng vịnh lòng chảo lắng cặn, ụ nổi và trạm bơm di động trên ray di chuyển theo mực nước lũ.
  • Chương 2: Tính chất, yêu cầu chất lượng nước cấp. Trình bày chi tiết các nhóm thông số:
    • Tính chất lý học: Nhiệt độ (miền Bắc 13–34°C, miền Nam 26–29°C), độ màu (đo bằng thang Platin – Coban, nước thiên nhiên thường < 200 PtCo), độ đục (đo bằng NTU/FTU, nước mặt từ 20–100 NTU, mùa lũ lên tới 500–600 NTU, nước ăn uống ≤ 5 NTU), mùi vị, độ nhớt, độ dẫn điện ($4{,}2,\mu\text{S/m}$ ở 20°C đối với nước tinh khiết) và tổng hoạt độ phóng xạ $\alpha, \beta$.
    • Tính chất hóa học: Độ pH, độ kiềm toàn phần (chuẩn độ bằng axit clohydric), độ cứng (toàn phần, tạm thời, vĩnh cửu), độ oxy hóa xác định bằng $\text{KMnO}_4$ (nguồn nước nhiễm bẩn khi $> 10,\text{mg O}_2\text{/l}$), các hợp chất nitơ ($\text{NH}_4^+, \text{NO}_2^-, \text{NO}_3^-$), hợp chất photphat, silic (dạng tồn tại biến đổi theo dải $\text{pH} < 8$, $\text{pH} = 8\text{–}11$ và $\text{pH} > 11$), clorua, sunfat ($> 400,\text{mg/l}$ gây tác động tiêu hóa và xâm thực bê tông), nhôm ($\text{Al}^{3+}$ ở vùng đất phèn có $\text{pH} = 2{,}5\text{–}4{,}5$), các khí hòa tan ($\text{CO}_2, \text{O}_2, \text{H}_2\text{S}$), hóa chất bảo vệ thực vật và chất hoạt động bề mặt.
    • Tính chất vi sinh vật: Đánh giá 3 nhóm vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm phân gồm nhóm Coliform (Escherichia Coli), Streptococcus faecalis và Clostridium perfringents.
    • Hệ thống tiêu chuẩn: Trích xuất đầy đủ dữ liệu từ Tiêu chuẩn nước thô của Mỹ, Tiêu chuẩn chất lượng nước ăn uống của Cộng đồng Châu Âu (EC), Tiêu chuẩn của Pháp, Tiêu chuẩn WHO, Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống sinh hoạt TC 505/BYT (ban hành ngày 13/4/1992) và Tiêu chuẩn TCN 33-85 của Bộ Xây dựng. Cung cấp bảng định mức dùng nước công nghiệp (như nước làm lạnh nhiệt điện 160–400 $\text{m}^3\text{/1000 kWh}$, lò luyện gang 24–42 $\text{m}^3\text{/tấn}$) và tiêu chuẩn nước sinh hoạt công nhân (35 l/người/ca cho xưởng nóng với hệ số không điều hòa $K_{h\max} = 2{,}5$).
  • Chương 3: Hóa chất dùng để xử lý nước và các thiết bị pha chế định lượng. Đặc tính hóa học và quy cách của phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ (loại tinh khiết chứa $40{,}3%,\text{Al}_2\text{SO}_4$, loại không tinh khiết chứa $35{,}5%,\text{Al}_2\text{SO}_4$), phèn sắt ($\text{FeSO}_4\cdot 7\text{H}_2\text{O}$ và $\text{FeCl}_3$), vôi tôi (tỷ lệ $3{,}5,\text{m}^3$ nước/tấn vôi tạo vôi nhão, $0{,}7,\text{m}^3$ nước/tấn vôi tạo bột sệt), soda $\text{Na}_2\text{CO}_3$ và xút $\text{NaOH}$. Cấu tạo bể hòa trộn phèn công tác bằng khí nén (gồm sàn bê tông đục lỗ và giàn ống phân phối khí nén) cùng thiết bị định lượng vôi sữa.
  • Chương 4: Khái niệm chung về hệ thống cấp nước. Phân loại hệ thống cấp nước theo đối tượng, chức năng, nguồn nước, nguyên tắc làm việc và phương pháp sử dụng (sơ đồ trực tiếp và tuần hoàn). Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm theo hàm lượng sắt ($\text{Fe} \le 9,\text{mg/l}$ xử lý bằng làm thoáng đơn giản và lọc nhanh; $\text{Fe} > 9,\text{mg/l}$ xử lý bằng làm thoáng, châm vôi/clo, keo tụ, lắng tiếp xúc, lọc nhanh và khử trùng) và dây chuyền xử lý nước mặt theo độ đục $C_o$ ($C_o < 50$, $C_o < 150$, $C_o < 2500$ và $C_o > 2500,\text{mg/l}$). Quy cách kỹ thuật của các loại đường ống: ống gang xám (miệng bát và mặt bích từ D50 đến D1000), ống gang dẻo đúc ly tâm, ống thép hàn và không hàn, ống nhựa (PVC, uPVC, PE chịu nhiệt $\le 30^\circ\text{C}$, Faolit, Teflon-4), ống bê tông cốt thép dự ứng lực (chịu áp đến $10,\text{at}$) và ống xi măng amiăng ($D < 600,\text{mm}$). Cấu tạo các loại phụ kiện (tê đều, tê thu, cút, măng xông, rắc co, côn), máy bơm ly tâm, van vòi, đồng hồ đo nước và két nước mái.
  • Chương 5: Khái niệm chung về hệ thống thoát nước. Phân tích thành phần, tính chất lý hóa và vi sinh của nước thải, nồng độ ô nhiễm giới hạn. Giới thiệu cấu tạo hệ thống thoát nước ngoài nhà (giếng thăm, ống cống vượt chướng ngại vật), hệ thống thoát nước trong công trình, thiết bị thu nước, thiết bị kiểm tra thông rửa và các công trình xử lý cơ bản như bể tự hoại.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết hóa lý môi trường nước: Cơ chế hình thành độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu; phản ứng thủy phân của phèn nhôm và phèn sắt trong môi trường kiềm để tạo bông keo tụ lắng cặn.
  • Nguyên lý thủy lực và truyền dẫn chất lỏng: Công thức xác định cột áp toàn phần của trạm bơm ly tâm: $$H_b = H_h + H_đ + H_{dd} + H_d + H_{cb}$$ (trong đó $H_h$ là chiều cao hút, $H_đ$ là chiều cao đẩy, $H_{dd}$ là tổn thất dọc đường, $H_d$ là áp lực tại điểm vòi bất lợi nhất, $H_{cb}$ là tổn thất cục bộ được tính bằng $10\text{–}30%$ của $H_{dd}$ tùy mạng lưới sinh hoạt hay chữa cháy).
  • Quy chuẩn kỹ thuật lắp đặt hạ tầng: Chiều sâu đặt ống cấp nước tối thiểu ngoài đường phố là $0{,}7,\text{m}$ tính từ mặt đất đến đỉnh ống; khoảng cách an toàn tới móng nhà và cây xanh từ $3\text{–}5,\text{m}$; khoảng cách giữa ống cấp nước và ống thoát nước theo phương đứng tối thiểu $0{,}1,\text{m}$ (ống cấp đặt trên ống thoát) và phương ngang từ $1{,}5\text{–}3,\text{m}$; độ dốc ống nhánh cấp nước trong nhà đạt $0{,}002\text{–}0{,}005$.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Tính toán cột áp máy bơm ly tâm, xác định liều lượng hóa chất keo tụ, tra cứu định mức lưu lượng cấp nước cho từng loại phân xưởng sản xuất và sinh hoạt.
  • Kỹ năng phân tích và đánh giá: Đọc hiểu và phân tích kết quả thử nghiệm mẫu nước thô (độ đục, độ kiềm, hàm lượng sắt, chỉ số Coliform) so với bảng giới hạn tiêu chuẩn TC 505/BYT để lựa chọn dây chuyền xử lý tương ứng.
  • Kỹ năng nhận diện và lắp ráp: Phân biệt các loại vật liệu đường ống, nhận dạng chính xác quy cách phụ kiện ren/hàn/bích (tê, cút $90^\circ/135^\circ$, côn thu, rắc co, măng xông) và đọc bản vẽ sơ đồ mạng lưới cấp nước dạng cụt hoặc mạng vòng.

Phương pháp giảng dạy và học tập

  • Tiếp cận sư phạm: Giáo trình được thiết kế theo cấu trúc bài giảng lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật với tổng thời lượng 60 giờ. Phương pháp sư phạm tập trung vào việc mô tả trực quan cấu tạo thiết bị, phân tích sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ và làm rõ mối tương quan giữa các thông số hóa lý nguồn nước với giải pháp kỹ thuật công trình.
  • Phân tích sơ đồ quy trình: Giáo trình cung cấp hệ thống sơ đồ xử lý nước ngầm và nước mặt phân nhánh rõ ràng theo từng ngưỡng thông số chất lượng đầu vào (như ngưỡng sắt $\le 9,\text{mg/l}$ hay $> 9,\text{mg/l}$; ngưỡng độ đục $C_o$ từ dưới $50,\text{mg/l}$ đến trên $2500,\text{mg/l}$). Giảng viên sử dụng các sơ đồ này để hướng dẫn học viên cách lập luận lựa chọn công nghệ.
  • Bài tập tra cứu quy chuẩn kỹ thuật: Học viên được rèn luyện kỹ năng tra cứu trực tiếp trên các bảng thông số có sẵn trong tài liệu:
    • Bảng kích thước cơ bản của ống gang mặt bích từ D50 đến D1000 (đối chiếu chiều dày thân ống, đường kính gờ bích $D_1, D_2, D_3, D_4$, số lượng và kích thước bu lông).
    • Bảng định mức tiêu thụ nước công nghiệp cho các cơ sở nhiệt điện, tuyển than, đúc thép, sản xuất vật liệu xây dựng.
  • Phương pháp đánh giá: Đánh giá kết quả học tập qua các bài kiểm tra định kỳ (4 giờ kiểm tra trong khung chương trình), tập trung vào khả năng trình bày cấu tạo công trình thu nước, giải thích cơ chế của thiết bị định lượng hóa chất và tính toán thông số thủy lực của trạm bơm.
  • Hướng dẫn tự học: Học viên cần kết hợp đối chiếu nội dung bài học với các văn bản quy chuẩn quốc gia hiện hành, quan sát thực tế mạng lưới cấp thoát nước tại các công trình xây dựng dân dụng và rèn luyện kỹ năng đọc bản vẽ bố trí đường ống bên trong công trình.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật đa dạng: Tài liệu tổng hợp song song các tiêu chuẩn chất lượng nước sinh hoạt và nước thô của Việt Nam (Tiêu chuẩn vệ sinh TC 505/BYT ngày 13/4/1992, Tiêu chuẩn TCN 33-85 của Bộ Xây dựng) cùng các tiêu chuẩn quốc tế như Tiêu chuẩn nước thô của Mỹ, Tiêu chuẩn nước ăn uống của Cộng đồng Châu Âu (EC), Tiêu chuẩn của Pháp và Tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Việc đối chiếu này cung cấp cái nhìn tổng quan về các chỉ tiêu kiểm soát lý học, hóa học và vi sinh vật học.
  • Khảo sát toàn diện công nghệ vật liệu đường ống: Giáo trình phân tích cụ thể ưu nhược điểm, phương pháp chế tạo và phạm vi sử dụng của nhiều chủng loại vật liệu đường ống:
    • Ống gang xám đúc khuôn cát và đúc liên tục.
    • Ống gang dẻo đúc ly tâm trong khuôn thép.
    • Ống thép hàn hồ quang và thép đúc không hàn.
    • Ống nhựa hiện đại gồm PVC không hóa dẻo, uPVC, Polyetylen (PE), Polypropylen, Faolit và Teflon-4.
    • Ống bê tông cốt thép dự ứng lực và ống xi măng amiăng.
  • Dữ liệu thực tế gắn liền với sản xuất công nghiệp: Tài liệu cung cấp bảng định mức tiêu hao nước chi tiết cho từng loại hình nhà máy và dây chuyền công nghệ (nhiệt điện, luyện gang, luyện thép lò mác tanh, cán ống, đúc thép, khai thác mỏ, đổ bê tông, sản xuất gạch ngói), giúp người học nắm vững yêu cầu cấp nước đặc thù ngoài lĩnh vực dân dụng.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Tài liệu được biên soạn làm giáo trình học tập chính thức cho học sinh, sinh viên theo học trình độ trung cấp nghề Cấp thoát nước. Ngoài ra, giáo trình cũng phù hợp làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị, Kỹ thuật Môi trường và Xây dựng Công trình Thủy.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Để tiếp thu hiệu quả nội dung môn học, người học cần có kiến thức nền tảng về Hóa học vô cơ (các phản ứng tạo muối, độ pH, tính chất kim loại), Vật lý đại cương (áp suất, cơ học chất lỏng) và kỹ năng đọc bản vẽ kỹ thuật cơ bản.
  • Giảng viên chuyên ngành: Giảng viên tại các trường cao đẳng, trung cấp nghề sử dụng giáo trình để biên soạn đề cương bài giảng, thiết kế bài tập tình huống kỹ thuật và xây dựng ngân hàng câu hỏi kiểm tra môn Cấp, thoát nước cơ bản (MH 12).
  • Kỹ thuật viên và công nhân ngành nước: Tài liệu là nguồn tra cứu chuyên môn cho cán bộ kỹ thuật, công nhân quản lý vận hành trạm cấp nước nông thôn, trạm xử lý nước cục bộ tại các nhà máy công nghiệp và thợ lắp đặt đường ống công trình dân dụng.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai? Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho học sinh, sinh viên theo học nghề Cấp thoát nước ở trình độ trung cấp; đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho công nhân, kỹ thuật viên vận hành hệ thống cấp thoát nước tại các cơ sở dân dụng và công nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học môn này? Người học cần nắm vững kiến thức Hóa học cơ bản (hiểu bản chất ion, pH, phản ứng keo tụ và tạo cặn), Vật lý cơ học (hiểu về áp suất, cột áp, tổn thất năng lượng dòng chảy) và khả năng đọc các ký hiệu bản vẽ xây dựng cơ bản.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu khác là gì? Giáo trình tập trung vào việc mô tả chi tiết cấu tạo cơ học của công trình thu, thiết bị định lượng hóa chất và phụ kiện đường ống; đồng thời cung cấp các bảng thông số quy cách thực tế (như kích thước ống gang mặt bích D50–D1000, định mức dùng nước công nghiệp) mà không đi sâu vào các công thức tính toán toán học phức tạp.

4. Làm sao để tự học giáo trình đạt hiệu quả cao? Người học nên học lý thuyết gắn liền với việc phân tích các sơ đồ dây chuyền xử lý nước ngầm và nước mặt; chủ động tra cứu bảng thông số vật liệu và đối chiếu các chỉ tiêu chất lượng nước với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành.

5. Có tài liệu bổ trợ nào cần tham khảo kèm theo? Người học nên tham khảo thêm các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành về cấp thoát nước (như TCVN 33:2006, QCVN 01-1:2018/BYT), các tài liệu hướng dẫn quy trình lắp đặt thiết bị vệ sinh và hồ sơ bản vẽ thiết kế mạng lưới cấp thoát nước đô thị thực tế.

Kết luận

Giáo trình Cấp, thoát nước cơ bản (Mã môn học: MH 12) do Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình ban hành là tài liệu học thuật có cấu trúc hoàn chỉnh, cung cấp toàn diện các khái niệm, quy chuẩn và giải pháp kỹ thuật trong lĩnh vực cấp thoát nước. Nội dung giáo trình tạo nền tảng chuyên môn vững chắc, giúp học viên hiểu rõ mối liên kết từ khâu khai thác nguồn nước thô, quy trình xử lý hóa lý, đến kỹ thuật phân phối và thoát nước công trình. Sau khi hoàn thành học phần này, người học có đủ cơ sở kiến thức để tiếp tục theo học các mô đun chuyên sâu về thi công lắp đặt mạng lưới đường ống, vận hành nhà máy xử lý nước và bảo dưỡng công trình cấp thoát nước đô thị.