Tổng quan nghiên cứu

Huyện Thuận Thành, tỉnh Bắc Ninh, với dân số khoảng 147.538 người năm 2010, nằm ven sông Đuống, có vị trí địa lý thuận lợi cách Hà Nội khoảng 25 km. Khu vực phía Tây huyện gồm các xã Trí Quả, Xuân Lâm và Hà Mãn với dân số dự báo đến năm 2030 là khoảng 25.734 người, trong đó 90% dân số được dự kiến sử dụng nước sinh hoạt tập trung. Nhu cầu cấp nước sinh hoạt khu vực này ngày càng cấp thiết do sự phát triển kinh tế xã hội, đô thị hóa nhanh, gia tăng dân số và các khu công nghiệp mới gây áp lực lên nguồn nước ngầm và nước mưa truyền thống.

Nguồn nước mặt sông Đuống có trữ lượng lớn, ổn định, tuy nhiên hàm lượng cặn lơ lửng dao động khoảng 25-56 mg/l, đặc biệt cao vào mùa mưa do phù sa. Chất lượng nước mặt có dấu hiệu ô nhiễm cục bộ bởi các chất hữu cơ, vi sinh vật và kim loại nặng, đòi hỏi áp dụng công nghệ xử lý phù hợp để đảm bảo tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT về nước ăn uống. Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế hệ thống xử lý nước sinh hoạt sử dụng nguồn nước sông Đuống cho khu dân cư phía Tây huyện Thuận Thành, nhằm đáp ứng nhu cầu nước sạch, cải thiện sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững môi trường. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tính toán công suất, lựa chọn công nghệ xử lý và thiết kế trạm xử lý nước với công suất 4.100 m³/ngày đêm, dự kiến vận hành trong giai đoạn đến năm 2030.

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 mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao, bao gồm:

  • Lý thuyết keo tụ tạo bông: Quá trình trung hòa điện tích bề mặt các hạt keo mịn trong nước, tạo thành các bông cặn lớn hơn để dễ dàng lắng và loại bỏ. Các chất keo tụ phổ biến gồm phèn nhôm (Al₂(SO₄)₃), phèn sắt (FeSO₄), và PAC (Poly Aluminium Chloride). pH và liều lượng hóa chất là các yếu tố quyết định hiệu quả keo tụ.
  • Mô hình xử lý nước mặt: Bao gồm các công đoạn cơ học (lưới chắn rác, hồ sơ lắng, bể lắng lamen), hóa học (keo tụ, tạo bông), và lọc (bể lọc nhanh trọng lực). Mô hình này đảm bảo loại bỏ hiệu quả cặn lơ lửng, độ màu, vi sinh vật và các chất ô nhiễm khác.
  • Khái niệm chính: Suspended Solids (SS), Biochemical Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD), Coliform, pH, độ màu, và các chỉ tiêu chất lượng nước theo QCVN 01:2009/BYT.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn, dân số, nhu cầu sử dụng nước, chất lượng nước sông Đuống và nước ngầm tại khu vực nghiên cứu. Dữ liệu được lấy từ các trạm quan trắc, báo cáo ngành và khảo sát thực địa.
  • Phương pháp phân tích: Thống kê mô tả, so sánh với tiêu chuẩn Việt Nam, phân tích hóa lý và vi sinh tại phòng thí nghiệm. Thí nghiệm Jartest được sử dụng để xác định pH và liều lượng tối ưu của các chất keo tụ.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích mẫu nước thực hiện từ tháng 9 đến tháng 11 năm 2016, thiết kế và tính toán công trình hoàn thiện năm 2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nhu cầu cấp nước sinh hoạt: Dân số khu vực phía Tây huyện Thuận Thành dự báo đến năm 2030 là 25.734 người, với tỷ lệ sử dụng nước sinh hoạt tập trung 90%, tương đương khoảng 23.161 người. Tổng công suất cấp nước tính toán là 4.100 m³/ngày đêm, bao gồm nhu cầu sinh hoạt, bệnh viện, trường học và tưới cây.

  2. Chất lượng nước sông Đuống: Mẫu nước có độ màu trung bình 278 Pt-Co, cặn lơ lửng 56 mg/l, BOD5 dao động 18 mg/l, Coliform vượt giới hạn cho phép tại một số vị trí. Các chỉ tiêu kim loại nặng như As, Fe, Mn đều nằm trong giới hạn an toàn. Nước sông Đuống phù hợp làm nguồn cấp nước mặt sau xử lý.

  3. Hiệu quả xử lý keo tụ: Qua thí nghiệm Jartest, pH tối ưu cho keo tụ là 7.0 với phèn nhôm liều lượng 25 mg/l đạt hiệu suất xử lý độ màu 98,92% và cặn lơ lửng 100%. PAC có pH tối ưu 7.0, liều lượng 50 mg/l với hiệu suất xử lý độ màu 97,12%. Phèn sắt có hiệu quả thấp hơn với liều lượng 100 mg/l. Do đó, phèn nhôm được lựa chọn làm chất keo tụ chính.

  4. Thiết kế công trình: Hồ sơ lắng chia làm 2 ngăn với thể tích mỗi ngăn 5.130 m³, bể lắng lamen được chọn để tiết kiệm diện tích và tăng hiệu quả lắng. Bể lọc nhanh trọng lực sử dụng vật liệu cát thạch anh, tốc độ lọc 6-15 m/h. Trạm bơm cấp I và II được thiết kế với công suất phù hợp, có biến tần điều chỉnh lưu lượng theo nhu cầu.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý keo tụ với phèn nhôm phù hợp với các nghiên cứu trong ngành xử lý nước mặt, cho thấy khả năng loại bỏ cặn lơ lửng và độ màu cao, đồng thời chi phí hợp lý hơn so với PAC. Việc lựa chọn bể lắng lamen giúp giảm diện tích xây dựng và tăng hiệu quả lắng so với bể lắng ngang truyền thống. Kết quả phân tích chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa pH, liều lượng phèn và hiệu suất xử lý độ màu, SS; bảng so sánh chỉ tiêu nước đầu vào và đầu ra; biểu đồ diễn biến BOD và Coliform trên sông Đuống theo mùa. So sánh với các nghiên cứu tương tự cho thấy hệ thống thiết kế phù hợp với điều kiện địa phương và yêu cầu kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và vận hành trạm xử lý nước: Triển khai xây dựng trạm xử lý nước công suất 4.100 m³/ngày đêm tại xã Trí Quả, huyện Thuận Thành, hoàn thành trong vòng 2 năm, đảm bảo cấp nước sạch cho khu dân cư phía Tây.

  2. Áp dụng công nghệ keo tụ bằng phèn nhôm: Sử dụng phèn nhôm với liều lượng 25 mg/l và duy trì pH 7.0 trong quá trình xử lý để tối ưu hiệu quả loại bỏ cặn và độ màu, giảm chi phí vận hành.

  3. Giám sát chất lượng nước thường xuyên: Thiết lập hệ thống quan trắc liên tục các chỉ tiêu chất lượng nước đầu vào và đầu ra, đặc biệt là Coliform, BOD, SS để đảm bảo an toàn vệ sinh và điều chỉnh công nghệ kịp thời.

  4. Tuyên truyền và nâng cao nhận thức cộng đồng: Phối hợp với chính quyền địa phương tổ chức các chương trình giáo dục về sử dụng nước sạch và bảo vệ nguồn nước, góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý cấp nước và môi trường: Để tham khảo phương pháp thiết kế và vận hành hệ thống xử lý nước mặt có hàm lượng cặn cao, phục vụ quy hoạch cấp nước sạch khu vực nông thôn.

  2. Chuyên gia kỹ thuật môi trường và xử lý nước: Nghiên cứu chi tiết về công nghệ keo tụ, thiết kế bể lắng lamen và bể lọc nhanh, áp dụng trong các dự án xử lý nước tương tự.

  3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật môi trường: Là tài liệu tham khảo thực tiễn về quy trình nghiên cứu, thí nghiệm và thiết kế công trình xử lý nước cấp.

  4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp cấp nước: Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của hệ thống xử lý nước mặt, từ đó đưa ra quyết định đầu tư phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn nguồn nước sông Đuống làm nguồn cấp nước sinh hoạt?
    Nguồn nước sông Đuống có trữ lượng lớn, ổn định, chất lượng tương đối tốt và khả năng tự làm sạch cao, phù hợp với nhu cầu cấp nước sinh hoạt khu vực phía Tây huyện Thuận Thành.

  2. Phèn nhôm có ưu điểm gì trong xử lý nước?
    Phèn nhôm có khả năng keo tụ cao, hiệu quả loại bỏ cặn và độ màu tốt, chi phí thấp, dễ sử dụng và phổ biến trong các hệ thống xử lý nước mặt.

  3. Làm thế nào để xác định liều lượng phèn nhôm tối ưu?
    Thông qua thí nghiệm Jartest, điều chỉnh pH và liều lượng phèn nhôm để đạt hiệu suất xử lý cao nhất với độ màu và cặn lơ lửng thấp nhất.

  4. Bể lắng lamen có ưu điểm gì so với bể lắng truyền thống?
    Bể lắng lamen có hiệu suất lắng cao hơn, diện tích xây dựng nhỏ hơn khoảng 5 lần, tiết kiệm chi phí và phù hợp với nguồn nước có hàm lượng cặn lớn.

  5. Làm sao đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn?
    Bằng việc thiết kế đúng quy trình công nghệ, kiểm soát pH, liều lượng hóa chất, vận hành bể lọc nhanh và khử trùng bằng clo, đồng thời giám sát chất lượng nước thường xuyên.

Kết luận

  • Đã xác định được nhu cầu cấp nước sinh hoạt khu vực phía Tây huyện Thuận Thành với công suất 4.100 m³/ngày đêm đến năm 2030.
  • Nguồn nước sông Đuống có hàm lượng cặn lơ lửng cao nhưng phù hợp làm nguồn cấp nước mặt sau xử lý bằng công nghệ keo tụ.
  • Phèn nhôm với liều lượng 25 mg/l và pH 7.0 là chất keo tụ tối ưu, đạt hiệu suất xử lý độ màu và cặn lơ lửng trên 98%.
  • Thiết kế hệ thống xử lý gồm hồ sơ lắng, bể lắng lamen, bể lọc nhanh và trạm bơm cấp nước phù hợp với điều kiện địa phương và tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT.
  • Đề xuất xây dựng trạm xử lý nước trong vòng 2 năm, đồng thời giám sát chất lượng nước và tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng.

Hành động tiếp theo: Triển khai xây dựng trạm xử lý nước, hoàn thiện hệ thống giám sát chất lượng và đào tạo nhân lực vận hành. Đề nghị các cơ quan chức năng và nhà đầu tư quan tâm để đảm bảo cung cấp nước sạch bền vững cho người dân.