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 và sản xuất tại các khu vực đô thị tăng mạnh. Tại thành phố Hải Dương, nhà máy nước sạch Tiền Trung có công suất xử lý khoảng 5.000 m³/ngày, phục vụ nhu cầu nước sinh hoạt và sản xuất của hàng nghìn hộ dân và doanh nghiệp. Tuy nhiên, nguồn nước mặt sông Rạng – nguồn cấp chính cho nhà máy – có chất lượng biến động theo mùa, đặc biệt vào mùa mưa, gây ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước. Nước thô đầu vào thường có độ đục dao động từ 10 đến 600 NTU, hàm lượng cặn lơ lửng và các chỉ tiêu hóa lý khác vượt mức cho phép, đòi hỏi quy trình xử lý phải được điều chỉnh linh hoạt và nâng cao hiệu suất.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát hiện trạng công nghệ xử lý nước tại nhà máy nước sạch Tiền Trung, phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước đầu vào và đầu ra, từ đó đề xuất các giải pháp cải tạo, nâng cấp hệ thống công trình xử lý nhằm tăng hiệu suất và chất lượng nước cung cấp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình xử lý nước mặt tại nhà máy Tiền Trung, thành phố Hải Dương, trong giai đoạn từ năm 2014 đến 2015. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo nguồn nước sạch, an toàn cho cộng đồng, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và phát triển bền vững hệ thống cấp nước đô thị.

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:

  • Quá trình keo tụ và tạo bông cặn: Sử dụng phèn PAC (phèn nhôm polyme) để kết hợp các hạt keo trong nước, tạo thành bông cặn dễ lắng trong bể lắng.
  • Công nghệ lắng và lọc: Áp dụng các loại bể lắng (bể lắng đứng, bể lắng ngang, bể lắng lamella) và bể lọc nhanh với vật liệu lọc đa tầng (sỏi, cát thạch anh) nhằm loại bỏ các chất rắn lơ lửng và vi sinh vật.
  • Khử trùng bằng clo: Sử dụng clo lỏng để tiêu diệt vi khuẩn, đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn vệ sinh.
  • Các chỉ tiêu chất lượng nước: Đánh giá dựa trên các chỉ tiêu lý hóa như độ đục (NTU), pH, độ cứng, hàm lượng sắt, mangan, các ion hòa tan, và chỉ tiêu vi sinh như E.Coli, Coliform.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ nhà máy nước sạch Tiền Trung, bao gồm kết quả phân tích mẫu nước đầu vào và đầu ra, hồ sơ vận hành, báo cáo bảo trì thiết bị.
  • Phương pháp khảo sát: Tiến hành khảo sát hiện trạng hệ thống công trình xử lý, đánh giá hiệu quả vận hành, kiểm tra các thiết bị và quy trình vận hành.
  • Phân tích số liệu: Sử dụng phương pháp thống kê mô tả để phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước, so sánh với tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT về chất lượng nước sinh hoạt.
  • Thời gian nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 4 năm 2014 đến tháng 1 năm 2015, với các đợt lấy mẫu định kỳ nhằm đánh giá biến động chất lượng nước theo mùa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước đầu vào biến động lớn: Độ đục nước thô dao động từ 10 đến 600 NTU, đặc biệt tăng cao vào mùa mưa (tháng 7-8), vượt xa giới hạn cho phép (2 NTU). Hàm lượng cặn lơ lửng (TSS) cũng biến động từ 140 đến 600 mg/l, gây khó khăn cho quá trình xử lý.

  2. Hiệu quả xử lý tại bể lắng và bể lọc: Sau bể lắng, độ đục giảm xuống còn khoảng 0,44 – 1,37 NTU, đạt yêu cầu tiêu chuẩn. Tuy nhiên, hàm lượng cặn lơ lửng vẫn còn khoảng 20 mg/l, cho thấy cần cải tiến công nghệ lắng và lọc. Bể lọc nhanh với vật liệu lọc đa tầng giúp giảm đáng kể các chất rắn và vi sinh vật.

  3. Chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn: Các chỉ tiêu pH duy trì ổn định trong khoảng 6,5 – 8,5; hàm lượng sắt, mangan đều dưới ngưỡng cho phép (sắt < 0,1 mg/l). Chỉ số vi sinh như E.Coli và Coliform đều không phát hiện hoặc ở mức rất thấp, đảm bảo an toàn vệ sinh.

  4. Vấn đề vận hành và bảo trì thiết bị: Các thiết bị bơm, máy khuấy, hệ thống phân phối hóa chất hoạt động ổn định nhưng có dấu hiệu hao mòn sau gần 10 năm sử dụng. Công tác bảo dưỡng, sửa chữa chưa được thực hiện thường xuyên, ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành.

Thảo luận kết quả

Biến động chất lượng nước đầu vào chủ yếu do đặc điểm thủy văn và khí hậu khu vực Hải Dương, với mùa mưa kéo dài làm tăng lượng bùn đất và chất hữu cơ trong nước sông Rạng. Điều này đòi hỏi nhà máy phải có quy trình vận hành linh hoạt, điều chỉnh liều lượng hóa chất và thời gian lắng phù hợp để đảm bảo hiệu quả xử lý.

So sánh với các nhà máy nước tương tự tại Việt Nam như Vĩnh Long, Rạch Giá, nhà máy Tiền Trung có công suất nhỏ hơn nhưng gặp thách thức tương tự về biến động nguồn nước. Việc áp dụng công nghệ lắng lamella và bể lọc AquaruzV tại các nhà máy lớn đã chứng minh hiệu quả nâng cao chất lượng nước và tăng công suất xử lý, là cơ sở để đề xuất cải tạo tại Tiền Trung.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến động độ đục và TSS theo tháng, bảng so sánh các chỉ tiêu nước đầu vào và đầu ra với tiêu chuẩn QCVN, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả xử lý và các điểm cần cải tiến.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo hệ thống bể lắng: Thiết kế lại bể lắng theo công nghệ lamella nhằm tăng diện tích lắng, giảm thời gian lưu nước, nâng cao hiệu suất loại bỏ cặn lơ lửng. Thời gian thực hiện dự kiến 12 tháng, do đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công đảm nhận.

  2. Nâng cấp bể lọc nhanh: Thay thế vật liệu lọc cũ bằng cát thạch anh chất lượng cao, bổ sung hệ thống rửa lọc tự động để duy trì tốc độ lọc ổn định và giảm thiểu tắc nghẽn. Thời gian thực hiện 6 tháng, do phòng kỹ thuật nhà máy phối hợp với nhà cung cấp vật liệu.

  3. Tối ưu hóa quy trình vận hành hóa chất: Áp dụng hệ thống điều khiển tự động liều lượng phèn PAC và clo, đảm bảo liều lượng phù hợp theo biến động chất lượng nước đầu vào, giảm lãng phí và tăng hiệu quả xử lý. Thời gian triển khai 3 tháng, do phòng vận hành và nhà cung cấp thiết bị tự động hóa thực hiện.

  4. Tăng cường công tác bảo trì, bảo dưỡng thiết bị: Lập kế hoạch bảo trì định kỳ, thay thế các thiết bị bơm, máy khuấy đã xuống cấp, đảm bảo vận hành liên tục và an toàn. Thời gian thực hiện liên tục hàng năm, do phòng kỹ thuật và quản lý nhà máy chịu trách nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và kỹ sư vận hành nhà máy nước: Nghiên cứu cung cấp thông tin chi tiết về quy trình xử lý nước, giúp cải thiện hiệu quả vận hành và bảo trì thiết bị.

  2. Các chuyên gia môi trường và kỹ thuật cấp nước đô thị: Tham khảo các giải pháp công nghệ và phương pháp đánh giá chất lượng nước, phục vụ cho việc thiết kế và nâng cấp hệ thống cấp nước.

  3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật môi trường, cấp thoát nước: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn về xử lý nước mặt, giúp nâng cao kiến thức chuyên môn.

  4. Các cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và môi trường: Tham khảo để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và giám sát chất lượng nước cấp tại các khu vực đô thị.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chất lượng nước đầu vào lại biến động lớn?
    Nguồn nước mặt sông Rạng chịu ảnh hưởng của mùa mưa, lũ lụt làm tăng lượng bùn đất và chất hữu cơ, gây biến động độ đục và các chỉ tiêu khác. Ví dụ, độ đục có thể tăng từ 10 NTU lên đến 600 NTU trong mùa mưa.

  2. Công nghệ keo tụ bằng phèn PAC có ưu điểm gì?
    Phèn PAC tạo bông cặn nhanh, hiệu quả loại bỏ các hạt keo và chất hữu cơ, ít làm biến đổi pH nước, giảm lượng hóa chất sử dụng so với phèn nhôm sunfat truyền thống.

  3. Làm thế nào để duy trì hiệu quả lọc tại bể lọc nhanh?
    Cần thực hiện rửa lọc định kỳ bằng nước và khí, thay thế vật liệu lọc khi hao hụt, đồng thời kiểm soát tốc độ lọc phù hợp để tránh tắc nghẽn và giảm hiệu suất.

  4. Tại sao cần nâng cấp bể lắng lamella?
    Bể lắng lamella tăng diện tích bề mặt lắng trong cùng thể tích, giúp giảm thời gian lưu nước và tăng hiệu quả loại bỏ cặn, phù hợp với nguồn nước có độ đục cao.

  5. Các chỉ tiêu vi sinh có được kiểm soát tốt không?
    Nước sau xử lý tại nhà máy Tiền Trung đạt tiêu chuẩn về vi sinh, với chỉ số E.Coli và Coliform đều không phát hiện hoặc ở mức rất thấp, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Kết luận

  • Nguồn nước mặt sông Rạng có chất lượng biến động lớn, đặc biệt về độ đục và cặn lơ lửng, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước tại nhà máy Tiền Trung.
  • Quy trình xử lý hiện tại đạt hiệu quả cơ bản, nhưng còn tồn tại hạn chế ở khâu lắng và lọc, cần cải tạo để nâng cao công suất và chất lượng nước.
  • Đề xuất cải tạo bể lắng lamella, nâng cấp bể lọc nhanh, tối ưu hóa vận hành hóa chất và tăng cường bảo trì thiết bị nhằm nâng cao hiệu suất xử lý.
  • Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn trong việc đảm bảo nguồn nước sạch, an toàn cho cộng đồng và phát triển bền vững hệ thống cấp nước đô thị.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thiết kế chi tiết, lựa chọn nhà thầu thi công và giám sát thực hiện cải tạo trong vòng 12 tháng tới.

Hành động ngay hôm nay để nâng cao chất lượng nước sạch cho cộng đồng và phát triển bền vững hệ thống cấp nước tại Hải Dương!