Tổng quan về giáo trình
Giáo trình Hướng Dẫn Thực Tập Vận Hành Nhà Máy Xử Lý Nước Thải được biên soạn bởi Bộ môn Thoát nước thuộc Khoa Quản lý Xây dựng & Đô thị, Trường Cao đẳng Xây dựng số 1, dưới sự chủ biên của tác giả Lê Thị Minh Nga. Tài liệu được ban hành chính thức theo Quyết định số 368ĐT/QĐ-CĐXD1 ngày 10 tháng 08 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Xây dựng số 1, phục vụ trực tiếp cho chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng ngành Kỹ thuật thoát nước & Xử lý nước thải (KTTN&XLNT).
Trong cấu trúc chương trình đào tạo, tài liệu đảm nhiệm vai trò là giáo trình hướng dẫn cho Mô đun 30: Thực tập vận hành nhà máy xử lý nước thải. Đây là mô đun thực hành chuyên môn mang tính tổng hợp, đặt ở giai đoạn đào tạo chuyên sâu nhằm giúp sinh viên chuyển tiếp từ kiến thức lý thuyết sang kỹ năng thao tác thực địa.
Mục tiêu học tập của giáo trình là trang bị cho người học năng lực thực hiện đầy đủ các công đoạn vận hành trong một nhà máy xử lý nước thải, bao gồm:
- Vận hành các công trình xử lý cơ học (song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng sơ cấp).
- Vận hành các công trình sinh học tự nhiên (hồ sinh học, bãi lọc ngập nước, cánh đồng lọc) và sinh học nhân tạo (bể Aerotank, bể Anoxic, bể lọc sinh học).
- Vận hành các hệ thống phụ trợ (công trình xử lý bùn cặn, hệ thống phân phối khí nén, hệ thống định lượng hóa chất, khử trùng).
- Khai thác hệ thống truyền dẫn và điều khiển tự động (SCADA).
- Thực hiện công tác an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và quy trình giao nhận ca theo đúng quy định.
Cấu trúc giáo trình được thiết kế theo tiến trình dây chuyền công nghệ thực tế tại các nhà máy xử lý nước thải, phân bổ thời lượng chi tiết cho từng bài học lý thuyết và thực hành. Điểm đặc thù của tài liệu là phương pháp tiếp cận gắn liền với các thông số thiết bị, bảng tra cứu vận hành và các trường hợp xử lý sự cố cụ thể từ thực tế công trình (như Trạm bơm Đồng Diều và Nhà máy Xử lý nước thải Bình Hưng).
Nội dung kiến thức cốt lõi
Các chương và chủ đề chính
Giáo trình gồm 7 bài học chuyên đề, bao quát toàn bộ các cụm công trình trong dây chuyền xử lý nước thải:
-
Bài 1: Vận hành công trình cơ học (Thời lượng: 30 giờ)
- Nguyên lý và thiết bị: Sơ đồ xử lý bậc 1 bao gồm song chắn rác thô (khe hở >10 mm), trạm bơm nước thải đầu vào (T101), song chắn rác tinh (khe hở 2 mm), bể điều hòa (T102) tích hợp hệ thống sục khí và lọc trống quay, sân phơi cát, cụm hóa lý gồm bể keo tụ (T103, kiểm soát pH bằng NaOH/H₂SO₄), bể tạo bông (T104, châm polymer anion), bể lắng sơ cấp 1 (T105) và hệ thống tách váng dầu mỡ.
- Hệ thống thiết bị chuyên dụng: Mương lắng cát trọng lực (2 mương hoạt động song song, thể tích mỗi bể 221 m³, lưu lượng thiết kế 141.000 m³/ngày đến cực đại 192.000 m³/ngày, vận tốc kiểm soát từ 0,091 đến 0,123 m/s), hệ thống cần trục pa lăng điện 2 tấn (Mitsubishi S-5-LDKG3, gầu cạp Tobu 0,25 m³, động cơ Hitachi, tời Nichiden-Shoko). Thiết bị đo mức bằng áp suất Endress+Hauser FHB 20 với ma trận lập trình thông số từ ô V0H0 đến V9H9.
- Xử lý sự cố: Khắc phục tình trạng nhảy CB điện, tắc nghẽn song chắn rác cơ khí, kẹt xích tải, mòn khớp bánh răng, kiểm tra mã cảnh báo hệ thống (Level HH, Grit Removal Equipment).
-
Bài 2: Vận hành công trình xử lý sinh học tự nhiên (Thời lượng: 30 giờ)
- Phân loại công trình: Cánh đồng lọc (lọc chậm với lưu lượng nạp vài cm/tuần; chảy tràn đạt hiệu suất SS, BOD₅ từ 95–99%; lọc nhanh nạp 10–250 cm/tuần); bãi lọc ngập nước (dòng chảy bề mặt và dòng chảy ngầm); hồ sinh học ổn định nước thải.
- Cơ chế sinh hóa: Quá trình nitrate hóa hiếu khí và khử nitrate thiếu khí tại vùng rễ thực vật; cơ chế cộng sinh giữa vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ và quang hợp của rong tảo tạo oxy; khả năng đệm kim loại nặng lên đến 30 mg/l (theo nghiên cứu của Mara & Pearson, 1986) và hiệu suất diệt khuẩn gây bệnh đạt $10^5$ theo tiêu chuẩn WHO.
-
Bài 3: Vận hành công trình xử lý sinh học nhân tạo (Thời lượng: 40 giờ)
- Nguyên lý chuyển hóa: Phân hủy hiếu khí (sản phẩm gồm 60% CO₂, H₂O và 40% sinh khối vi sinh vật) và phân hủy kị khí (70% chất trung gian và 5% khí methane CH₄).
- Sơ đồ dây chuyền: Bể thiếu khí Anoxic (T201) thực hiện phản ứng khử nitrat:
$$\text{C}{10}\text{H}{19}\text{O}_3\text{N} + 10\text{NO}_3^- \longrightarrow 5\text{N}_2\uparrow + 10\text{CO}_2\uparrow + 3\text{H}_2\text{O} + \text{NH}_3\uparrow + 10\text{OH}^-$$
Bể hiếu khí Aerotank (T202A, B) oxy hóa ammonia ($\text{NH}_4^+$) thành nitrite ($\text{NO}_2^-$) rồi thành nitrate ($\text{NO}_3^-$); bể lắng thứ cấp 2 (T203) thu gom bùn hoạt tính để tuần hoàn về bể thiếu khí.
- Công nghệ màng sinh học và bùn hoạt tính: Bể lọc dính bám Biophin (cao tải, nhỏ giọt), đĩa quay sinh học RBC, bể Aerotank, Oxitank, UASB.
-
Bài 4: Vận hành công trình xử lý bùn cặn (Thời lượng: 30 giờ)
- Quy trình công nghệ làm khô, ổn định sinh học, cô đặc bùn và vận hành máy ép bùn cơ học.
-
Bài 5: Vận hành thiết bị, đường ống dẫn khí
- Vận hành máy thổi khí, đĩa phân phối khí, hệ thống van và đường ống cấp khí; kiểm soát nồng độ oxy hòa tan (DO) duy trì $\ge 2\text{ mg/l}$.
-
Bài 6: Vận hành hệ thống đường ống, thiết bị hóa chất, khử trùng
- Vận hành bơm định lượng, bồn pha hóa chất (keo tụ, trợ keo, kiềm, axit, hóa chất khử trùng), kiểm tra và xử lý sự cố rò rỉ hóa chất.
-
Bài 7: Kỹ thuật truyền dẫn và điều khiển (SCADA)
- Vận hành hệ thống điều khiển tự động SCADA, phân tích mã thông báo lỗi, lập báo cáo bảo trì bơm và hiệu chuẩn thiết bị đo.
Kiến thức nền tảng được xây dựng
Giáo trình củng cố hệ thống lý thuyết kỹ thuật thông qua ba nền tảng:
- Thủy lực và cơ học lắng: Kiểm soát vận tốc dòng chảy trong mương lắng cát trong khoảng $0,15\text{ m/s} \le v \le 0,30\text{ m/s}$ nhằm tránh hiện tượng lắng cặn hữu cơ hoặc cuốn trôi cát vô cơ; tính toán thời gian lưu nước và lưu lượng đỉnh.
- Động học phản ứng sinh học: Chu trình chuyển hóa dinh dưỡng (C, N, P), cân bằng tỷ lệ sinh khối bùn hoạt tính, cơ chế phản ứng nitrate hóa và khử nitrate, quá trình hấp phụ và kết tủa phosphate với các ion kim loại ($\text{Al}$, $\text{Fe}$, $\text{Ca}$) và mùn sét.
- Đo lường và điều khiển tự động: Cơ chế đo áp suất vi sai, tín hiệu dòng điện $4\text{--}20\text{ mA}$, chuyển đổi tín hiệu cảm biến sang mực nước thực tế và logic cảnh báo tự động.
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng kỹ thuật cơ điện: Vận hành và bảo dưỡng cần trục, pa lăng tải trọng 2 tấn, gầu cạp, bơm chìm nước thải, máy thổi khí, máy ép bùn.
- Kỹ năng phân tích, quan trắc: Lấy mẫu nước theo giờ và theo chu kỳ lưu nước; phân tích các chỉ tiêu BOD₅, SS, Tổng N, Tổng P, DO, độ ẩm, độ tro của cặn; kiểm tra vi sinh vật ở $37^\circ\text{C}$ và trứng giun sán.
- Kỹ năng quy trình: Thực hiện quy trình bàn giao ca theo mẫu biên bản (QT21-01, QT21-02), kiểm tra trạng thái thiết bị và hệ thống điện trước ca làm việc.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Phương pháp sư phạm
Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo theo năng lực thực hiện (Competency-Based Training). Mỗi bài học được phân định rõ ràng các mục tiêu kiến thức, kỹ năng thao tác và thái độ tuân thủ an toàn. Nội dung đi từ cấu tạo, sơ đồ nguyên lý làm việc đến các bước thao tác thực tế và quy trình xử lý sự cố.
Bài tập tình huống và thực hành xưởng
- Phân bổ thời gian: Thời lượng thực hành chiếm phần lớn trong cấu trúc môn học (ví dụ: Bài 1 chiếm 30 giờ với 12 giờ vận hành nhóm công trình và 6 giờ xử lý sự cố; Bài 3 chiếm 40 giờ).
- Thao tác mẫu trên thiết bị thực tế: Sinh viên thực hành quy trình cài đặt và đọc ma trận cảm biến đo mức Endress+Hauser FHB 20, tính toán độ sâu thực tế của mương lắng dựa trên công thức:
$$\text{Độ sâu thực tế} = \text{Giá trị đo hiển thị} + 800\text{ mm}$$
- Mô phỏng quy trình giao nhận ca: Thực hành ghi chép sổ nhật ký vận hành, kiểm tra thiết bị trước giờ giao ca 15 phút, áp dụng các biểu mẫu tiêu chuẩn (QT21-01 cho vị trí trực, QT21-02 cho quản lý ca).
Phương pháp đánh giá
- Đánh giá quá trình thông qua kỹ năng thao tác thực tế tại các công trình xử lý và thiết bị cơ khí.
- Đánh giá khả năng chẩn đoán sự cố dựa trên bảng tổng hợp lỗi (động cơ dừng đột ngột, cào rác không tải, bùn ứ đọng, đĩa thổi khí bị nghẽn).
- Đánh giá kết quả phân tích mẫu nước và báo cáo kỹ thuật bảo trì thiết bị định kỳ.
Điểm nổi bật và cập nhật
- Tính thực tiễn cao thông qua số liệu công trình thực tế: Giáo trình trích xuất trực tiếp các thông số kỹ thuật, cấu hình thiết bị và quy trình vận hành từ các hệ thống xử lý lớn như Trạm bơm Đồng Diều và Nhà máy Xử lý nước thải Bình Hưng. Các thông số về lưu lượng dòng vào ($141.000\text{ m}^3/\text{ngày}$), vận tốc dòng chảy ($0,091\text{--}0,123\text{ m/s}$), dung tích gầu cạp ($0,25\text{ m}^3$) được đưa trực tiếp vào bài học.
- Hướng dẫn chi tiết thiết bị đo lường công nghiệp: Cung cấp chi tiết bảng ma trận tham số cài đặt cho thiết bị đo áp suất và truyền tin Endress+Hauser FHB 20, giải thích rõ các dải đo từ $4\text{ mA}$ đến $20\text{ mA}$, mã báo lỗi hệ thống (V9H0, V9H1) và chức năng khóa/mở khóa ma trận (V9H9).
- Chuẩn hóa công tác quản trị vận hành: Đưa quy trình giao nhận ca tiêu chuẩn và các biểu mẫu biểu mục tiêu (QT21-01, QT21-02) vào nội dung giảng dạy, rèn luyện tác phong công nghiệp cho học viên.
- Tích hợp các bảng biểu bảo dưỡng phòng ngừa (O&M): Hướng dẫn chi tiết chu kỳ kiểm tra (hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng, mỗi 3 tháng, 6 tháng, hàng năm) cho các chi tiết cơ điện như khớp ly hợp, xích tải, phanh điện từ, công tắc giới hạn hành trình và cuộn dây cáp.
Đối tượng sử dụng giáo trình
- Sinh viên ngành Kỹ thuật thoát nước & Xử lý nước thải (Trình độ Cao đẳng): Tài liệu học tập chính thức cho Mô đun 30. Sinh viên sử dụng để chuẩn bị bài trước khi lên xưởng thực hành, tra cứu quy trình trong quá trình thực tập tại trạm xử lý và ôn tập đánh giá kết thúc mô đun.
- Điều kiện tiên quyết: Sinh viên cần hoàn thành các học phần cơ sở ngành bao gồm: Hóa học nước và Phân tích chất lượng nước, Vi sinh vật học môi trường, Thủy lực đại cương, Máy và Thiết bị công trình môi trường.
- Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm giáo trình giảng dạy, biên soạn đề cương bài giảng thực hành, thiết lập các tiêu chí đánh giá kỹ năng nghề và xây dựng các bài tập mô phỏng xử lý sự cố.
- Kỹ thuật viên và công nhân vận hành: Tài liệu tham khảo cho các nhân viên đang làm việc tại các trạm xử lý nước thải đô thị, khu công nghiệp trong việc thiết lập quy trình vận hành chuẩn (SOP), quản lý ca kíp và bảo dưỡng thiết bị cơ điện.
Câu hỏi thường gặp
1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?
Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho sinh viên trình độ Cao đẳng khối ngành Kỹ thuật môi trường, Thoát nước và Xử lý nước thải. Ngoài ra, cán bộ kỹ thuật và công nhân vận hành tại các nhà máy xử lý nước thải có thể sử dụng làm tài liệu tra cứu quy trình O&M.
2. Cần trang bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?
Người học cần nắm vững kiến thức về hóa lý nước thải, quá trình sinh hóa cơ bản (hiếu khí, kị khí, thiếu khí), nguyên lý hoạt động của máy bơm, máy thổi khí, van đóng mở và các quy định an toàn điện, an toàn lao động.
3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết xử lý nước thải là gì?
Tài liệu tập trung hoàn toàn vào kỹ năng thực hành và vận hành (Operation & Maintenance). Nội dung không đi sâu vào tính toán thiết kế mà tập trung vào quy trình khởi động, điều chỉnh thông số, bảo dưỡng thiết bị cơ điện, đọc dữ liệu cảm biến đo lường và xử lý sự cố phát sinh tại hiện trường.
4. Phương pháp tự học giáo trình này như thế nào để đạt hiệu quả?
Người học nên kết hợp đọc sơ đồ công nghệ với việc tra cứu bảng xử lý sự cố trong từng bài học; đối chiếu các thông số lý thuyết (như vận tốc mương lắng, nồng độ DO, pH) với các bảng tham số cài đặt thiết bị thực tế được cung cấp trong giáo trình.
5. Tài liệu có cung cấp quy trình bảo dưỡng thiết bị định kỳ không?
Có. Giáo trình cung cấp các bảng biểu bảo dưỡng định kỳ chi tiết theo ngày, tuần, tháng, quý và năm cho toàn bộ hệ thống cơ điện (cần trục, pa lăng, môtơ, xích tải, cảm biến, thiết bị đóng cắt CB).
Kết luận
Giáo trình Hướng Dẫn Thực Tập Vận Hành Nhà Máy Xử Lý Nước Thải (Mô đun 30) của Trường Cao đẳng Xây dựng số 1 là tài liệu giảng dạy thực hành chuẩn hóa, cung cấp hệ thống kiến thức và quy trình thao tác kỹ thuật hoàn chỉnh cho ngành Thoát nước và Xử lý nước thải.
Lộ trình học tập được thiết kế mạch lạc, đi tuần tự từ khâu xử lý cơ học bậc 1, xử lý sinh học tự nhiên, xử lý sinh học nhân tạo chuyên sâu, đến các công đoạn phụ trợ về bùn cặn, cấp khí, châm hóa chất và điều khiển SCADA. Để nâng cao hiệu quả đào tạo, người học nên kết hợp nghiên cứu giáo trình cùng các sổ tay hướng dẫn vận hành bảo dưỡng (O&M) của nhà sản xuất thiết bị và các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải hiện hành.