Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và đô thị hóa ngày càng phát triển, nhu cầu sử dụng nước sạch cho sinh hoạt, sản xuất và dịch vụ tăng mạnh, đặc biệt tại các khu vực đô thị và công nghiệp. Theo ước tính, nhu cầu sử dụng nước tại khu vực nghiên cứu tăng từ khoảng 4.700 m³/ngày lên đến hơn 10.000 m³/ngày trong vòng 5 năm tới, với tỷ lệ sử dụng nước cho khu công nghiệp chiếm tới 57,7% tổng lượng nước tiêu thụ. Tuy nhiên, nguồn nước mặt và nước ngầm hiện nay đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng bởi ô nhiễm từ các hoạt động sinh hoạt và công nghiệp, dẫn đến chất lượng nước đầu vào không ổn định, có lúc vượt quá tiêu chuẩn cho phép về độ đục, hàm lượng cặn lơ lửng và các chỉ tiêu hóa lý khác.

Luận văn tập trung nghiên cứu và đề xuất thiết kế cải tạo nâng cao hiệu suất xử lý nước tại Nhà máy nước sạch Tiền Trung, thành phố Hải Dương, nhằm đáp ứng nhu cầu cấp nước sạch ngày càng tăng và đảm bảo chất lượng nước đầu ra theo tiêu chuẩn quốc gia QCVN 01:2009/BYT. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát hiện trạng hệ thống công trình xử lý nước, phân tích chất lượng nguồn nước đầu vào và đầu ra trong khoảng thời gian từ năm 2014 đến 2015, đồng thời đề xuất các giải pháp kỹ thuật cải tạo các công trình như bể lắng, bể lọc và hệ thống quản lý vận hành.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả xử lý nước, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và góp phần phát triển bền vững hệ thống cấp nước đô thị. Các chỉ số chất lượng nước sau xử lý như độ đục giảm xuống dưới 1 NTU, hàm lượng sắt dưới 0,1 mg/l và vi sinh vật gây bệnh được kiểm soát nghiêm ngặt, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý nước cấp truyền thống và nâng cao, bao gồm:

  • Lý thuyết keo tụ và tạo bông cặn: Quá trình sử dụng hóa chất PAC (phèn nhôm polyme) để kết tủa các chất rắn lơ lửng và các chất hữu cơ hòa tan, tạo thành bông cặn dễ lắng trong bể lắng.
  • Mô hình xử lý sinh học và hóa học: Áp dụng các công nghệ làm thoáng, oxy hóa, lọc qua lớp vật liệu lọc đa tầng (cát, sỏi, than hoạt tính) nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ, vi sinh vật và kim loại nặng.
  • Khái niệm về các chỉ tiêu chất lượng nước: Độ đục (NTU), pH, độ cứng, hàm lượng sắt, mangan, các ion hòa tan, chỉ tiêu vi sinh (E.coli, Coliform), theo tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Tổng hợp số liệu thực tế từ Nhà máy nước sạch Tiền Trung, bao gồm kết quả phân tích mẫu nước đầu vào và đầu ra, báo cáo vận hành, khảo sát hiện trạng công trình và thiết bị.
  • Phương pháp thu thập: Khảo sát thực địa, phỏng vấn cán bộ vận hành, thu thập mẫu nước định kỳ từ tháng 4/2014 đến tháng 1/2015.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phân tích thống kê mô tả, so sánh các chỉ tiêu chất lượng nước với tiêu chuẩn quy định, đánh giá hiệu quả xử lý qua các giai đoạn công nghệ.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian 12 tháng, từ tháng 4/2014 đến tháng 4/2015, bao gồm khảo sát hiện trạng, thu thập và phân tích số liệu, đề xuất giải pháp cải tạo.

Cỡ mẫu khảo sát gồm 6 đợt lấy mẫu nước tại các vị trí đầu vào, sau bể lắng, sau bể lọc và đầu ra nhà máy. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên theo chu kỳ vận hành nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nguồn nước đầu vào biến động lớn: Độ đục dao động từ 10 đến 600 NTU, hàm lượng cặn lơ lửng (TSS) từ 140 đến 600 mg/l, vượt xa tiêu chuẩn cho phép (độ đục < 2 NTU). pH nước đầu vào duy trì trong khoảng 6,4 - 7,0, phù hợp với yêu cầu xử lý. Hàm lượng NH4+ dao động từ 1,0 đến 3 mg/l, COD từ 18 đến 40 mg/l, cho thấy nguồn nước bị ô nhiễm hữu cơ vừa phải.

  2. Hiệu quả xử lý tại bể lắng và bể lọc còn hạn chế: Độ đục sau bể lắng giảm xuống khoảng 10-13 NTU, chưa đạt yêu cầu. Sau bể lọc nhanh, độ đục giảm tiếp xuống dưới 1 NTU, đạt tiêu chuẩn QCVN. Tuy nhiên, hàm lượng cặn lơ lửng sau xử lý vẫn còn khoảng 20 mg/l, cao hơn mức cho phép. Vi sinh vật gây bệnh như E.coli và Coliform được kiểm soát tốt, với nồng độ dưới 3 MPN/100ml.

  3. Thiết bị và công trình vận hành đã xuống cấp: Các bể lắng, bể lọc và hệ thống bơm đều đã hoạt động trên 10 năm, nhiều thiết bị bị hư hỏng, rò rỉ, gây ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý. Công tác bảo dưỡng, sửa chữa chưa được thực hiện thường xuyên và đồng bộ.

  4. Chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn: Các chỉ tiêu như độ đục (0,44 - 0,61 NTU), pH (7,17 - 7,36), hàm lượng sắt (<0,1 mg/l), mangan (0,4 - 0,5 mg/l), nitrit và nitrat đều nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 01:2009/BYT. Vi sinh vật gây bệnh không phát hiện trong mẫu nước đầu ra.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến biến động chất lượng nước đầu vào là do nguồn nước mặt sông Rạng bị ảnh hưởng bởi các hoạt động sinh hoạt và công nghiệp trong khu vực, đặc biệt vào mùa mưa lũ khi lượng bùn đất và chất ô nhiễm tăng cao. Hiệu quả xử lý tại bể lắng chưa tối ưu do thời gian lắng ngắn, thiết kế bể chưa phù hợp với lưu lượng và chất lượng nước đầu vào biến động lớn. Việc sử dụng hóa chất PAC giúp tăng hiệu quả keo tụ, giảm độ đục đáng kể, tuy nhiên cần điều chỉnh liều lượng và quy trình vận hành để tối ưu hóa hiệu suất.

So sánh với các nghiên cứu tại các nhà máy nước khác trong nước như Vĩnh Long, Rạch Giá, cho thấy việc áp dụng công nghệ bể lắng lamella và bể lọc AquaruzV giúp nâng cao hiệu quả xử lý và tăng công suất vận hành. Do đó, việc cải tạo Nhà máy nước sạch Tiền Trung theo hướng này là phù hợp và cần thiết.

Việc bảo trì, sửa chữa thiết bị định kỳ là yếu tố then chốt để duy trì hiệu suất xử lý ổn định. Ngoài ra, cần tăng cường giám sát chất lượng nước đầu vào và đầu ra, áp dụng công nghệ xử lý nâng cao như lọc màng, oxy hóa nâng cao để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng nước sạch.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến động độ đục, COD, NH4+ theo thời gian, bảng so sánh các chỉ tiêu chất lượng nước đầu vào và đầu ra với tiêu chuẩn QCVN, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả xử lý và các điểm cần cải thiện.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo bể lắng theo công nghệ bể lắng lamella: Tăng diện tích bề mặt lắng, giảm kích thước bể, nâng cao hiệu quả loại bỏ cặn lơ lửng. Thời gian thực hiện dự kiến 12 tháng, do Ban quản lý Nhà máy phối hợp với đơn vị tư vấn thiết kế và thi công.

  2. Nâng cấp hệ thống bể lọc nhanh thành bể lọc AquaruzV: Áp dụng công nghệ lọc hiện đại giúp tăng khả năng loại bỏ các chất rắn lơ lửng và vi sinh vật, giảm chi phí vận hành. Thời gian hoàn thành trong vòng 18 tháng, chủ yếu do phòng kỹ thuật và nhà thầu thi công thực hiện.

  3. Tăng cường công tác bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị định kỳ: Lập kế hoạch bảo trì chi tiết, thay thế các thiết bị bơm, van, ống dẫn đã xuống cấp nhằm đảm bảo vận hành liên tục và an toàn. Thực hiện hàng quý, do bộ phận vận hành và bảo trì chịu trách nhiệm.

  4. Áp dụng hệ thống giám sát chất lượng nước tự động: Lắp đặt cảm biến đo độ đục, pH, clo dư và các chỉ tiêu quan trọng để theo dõi liên tục, kịp thời điều chỉnh quy trình vận hành. Thời gian triển khai trong 6 tháng, do phòng công nghệ thông tin và kỹ thuật phối hợp thực hiện.

  5. Đào tạo nâng cao năng lực cho cán bộ vận hành: Tổ chức các khóa huấn luyện về công nghệ xử lý nước mới, quản lý vận hành và an toàn lao động nhằm nâng cao hiệu quả và an toàn trong sản xuất. Thực hiện định kỳ hàng năm, do Ban giám đốc phối hợp với các trung tâm đào tạo chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và kỹ sư vận hành nhà máy nước: Nhận biết các vấn đề kỹ thuật, quy trình vận hành và bảo trì thiết bị, từ đó áp dụng các giải pháp cải tạo nâng cao hiệu suất xử lý nước.

  2. Các chuyên gia môi trường và kỹ thuật xử lý nước: Tham khảo các phương pháp xử lý nước cấp truyền thống và nâng cao, đánh giá hiệu quả công nghệ và đề xuất cải tiến phù hợp với điều kiện thực tế.

  3. Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nhà nước: Hiểu rõ về thực trạng chất lượng nước và nhu cầu cấp nước sạch, từ đó xây dựng các chính sách hỗ trợ phát triển hệ thống cấp nước đô thị bền vững.

  4. Sinh viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành kỹ thuật môi trường, cấp thoát nước: Học tập các phương pháp nghiên cứu thực tiễn, phân tích số liệu và áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế xử lý nước sạch.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần cải tạo bể lắng tại Nhà máy nước sạch Tiền Trung?
    Hiện trạng bể lắng có diện tích và thiết kế chưa phù hợp với lưu lượng và chất lượng nước đầu vào biến động lớn, dẫn đến hiệu quả lắng thấp, độ đục sau bể lắng vẫn cao (10-13 NTU). Cải tạo bể lắng lamella giúp tăng diện tích bề mặt lắng, nâng cao hiệu quả loại bỏ cặn.

  2. Hóa chất PAC có vai trò gì trong xử lý nước?
    PAC là phèn nhôm polyme có khả năng keo tụ mạnh, tạo bông cặn lớn, giúp loại bỏ các chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ hòa tan hiệu quả hơn so với phèn nhôm sulfate truyền thống, đồng thời ít ảnh hưởng đến pH nước.

  3. Chất lượng nước đầu ra có đảm bảo an toàn không?
    Kết quả phân tích cho thấy các chỉ tiêu như độ đục, pH, hàm lượng sắt, mangan và vi sinh vật đều nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

  4. Những khó khăn chính trong vận hành nhà máy hiện nay là gì?
    Thiết bị đã hoạt động lâu năm, nhiều hư hỏng, công tác bảo trì chưa đồng bộ, nguồn nước đầu vào biến động lớn về chất lượng, gây khó khăn trong duy trì hiệu suất xử lý ổn định.

  5. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả vận hành nhà máy?
    Ngoài cải tạo công trình xử lý, cần tăng cường bảo dưỡng thiết bị, áp dụng hệ thống giám sát tự động, đào tạo nhân viên vận hành và điều chỉnh quy trình vận hành phù hợp với biến động nguồn nước.

Kết luận

  • Nhu cầu sử dụng nước sạch tại khu vực nghiên cứu tăng nhanh, đòi hỏi nâng cao hiệu quả xử lý nước tại Nhà máy nước sạch Tiền Trung.
  • Chất lượng nguồn nước đầu vào biến động lớn, ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý, đặc biệt là độ đục và hàm lượng cặn lơ lửng.
  • Hiện trạng công trình và thiết bị vận hành đã xuống cấp, cần cải tạo và nâng cấp để đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn.
  • Đề xuất cải tạo bể lắng lamella, nâng cấp bể lọc AquaruzV, tăng cường bảo dưỡng thiết bị và áp dụng hệ thống giám sát tự động nhằm nâng cao hiệu suất xử lý.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thiết kế chi tiết, thi công cải tạo, đào tạo nhân viên và giám sát chất lượng nước liên tục để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước sạch và sức khỏe cộng đồng!