Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng tại khu vực phía Tây trung tâm thành phố Hà Nội, đặc biệt tại quận Nam Từ Liêm, đã tạo ra sức ép lớn lên hệ thống cơ sở hạ tầng kỹ thuật đô thị. Theo Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050, quận Nam Từ Liêm được xác định là một trong những đô thị lõi, giữ vai trò trung tâm hành chính, dịch vụ và thương mại mới. Trong bối cảnh đó, khu đô thị Mễ Trì (phường Mễ Trì) với tốc độ gia tăng dân số cơ học nhanh và sự chuyển dịch mạnh mẽ từ đất nông nghiệp sang xây dựng cơ bản đang đối mặt với tình trạng thiếu hụt nguồn nước sạch sinh hoạt. Hệ thống cấp nước tập trung hiện hữu của thành phố chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng của cư dân và các hoạt động thương mại dịch vụ tại khu vực.

Song song với áp lực nhu cầu, chất lượng các nguồn nước tự nhiên tại Hà Nội đang chịu tác động tiêu cực từ các hoạt động xả thải sinh hoạt và sản xuất chưa qua xử lý, cùng tác động của biến đổi khí hậu. Để bảo đảm an sinh xã hội, nâng cao chất lượng sống của nhân dân và phục vụ phát triển kinh tế bền vững theo định hướng cấp nước của Chính phủ đến năm 2025, việc thiết kế một trạm xử lý nước cấp độc lập cho khu đô thị Mễ Trì là yêu cầu kỹ thuật cấp thiết.

Khóa luận xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:

  • Mục tiêu chung: Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước cấp nhằm cung cấp nguồn nước sinh hoạt đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cho khu đô thị Mễ Trì, kiểm soát chất lượng nước đầu ra và hướng tới mục tiêu phát triển bền vững với chi phí hợp lý.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Nghiên cứu, đánh giá đặc tính và hiện trạng chất lượng các nguồn nước thô có tiềm năng khai thác tại khu vực nghiên cứu.
    2. Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp phù hợp với tính chất nước nguồn và quy chuẩn nước ăn uống sinh hoạt.
    3. Tính toán, thiết kế các công trình đơn vị trong dây chuyền công nghệ được lựa chọn và lập dự toán chi phí xây dựng, vận hành trạm xử lý.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ, quy trình tính toán thiết kế trạm xử lý nước cấp công suất $15.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ và đặc tính chất lượng nước thô (nước mặt sông Hồng, nước mặt hồ Mễ Trì).
  • Phạm vi không gian: Khu đô thị Mễ Trì, quận Nam Từ Liêm, thành phố Hà Nội và điểm khai thác nước thô từ sông Hồng.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện trong thời gian từ ngày 13/01/2020 đến ngày 01/05/2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung pháp lý, tiêu chuẩn và lý thuyết áp dụng

Khóa luận dựa trên hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và các cơ sở lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật cấp thoát nước:

  • Quy chuẩn chất lượng: QCVN 01:2009/BYT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống), QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt), và Quyết định số 09/2005/QĐ-BYT.
  • Tiêu chuẩn thiết kế kỹ thuật: TCXDVN 33:2006 (Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam: Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình – Tiêu chuẩn thiết kế).
  • Lý thuyết xử lý nước cấp: Áp dụng nguyên lý phối hợp ba nhóm biện pháp: cơ học (song chắn rác, lưới chắn, lắng trọng lực, lọc qua vật liệu hạt), hóa học (keo tụ bằng phèn nhôm, kiềm hóa bằng vôi sữa, khử trùng bằng Clo), và lý học (làm thoáng, tách khí). Cơ chế keo tụ - tạo bông dựa trên sự trung hòa điện tích của hệ keo dương $\text{Al}^{3+}$ với keo âm trong nước, kết hợp quá trình dính bám cơ học để hình thành bông cặn có kích thước và tỷ trọng lớn hơn nước.

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật môi trường:

  • Phương pháp thu thập và tìm kiếm tài liệu: Thu thập hồ sơ quy hoạch khu đô thị Mễ Trì, tài liệu chuyên ngành về các công nghệ xử lý nước mặt tại Việt Nam (như Nhà máy nước Thủ Đức, BOO Thủ Đức, Tam Hiệp).
  • Phương pháp kế thừa số liệu: Tiếp nhận dữ liệu quy hoạch dân số, điều kiện hạ tầng và chuỗi số liệu quan trắc chất lượng nước từ Công ty Cổ phần Kỹ thuật Công nghệ và Thiết bị điện HTN cùng các cơ quan quản lý tại địa phương.
  • Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát điều kiện địa hình, khí hậu, thủy văn, mạng lưới tiêu thoát nước và hiện trạng dân cư phường Mễ Trì.
  • Phương pháp phân tích và so sánh: Phân tích các thông số lý - hóa - vi sinh của nước thô, đối chiếu với QCVN 08-MT:2015/BTNMT và QCVN 01:2009/BYT để xác định các chỉ tiêu vượt ngưỡng cần loại bỏ; so sánh ưu nhược điểm của các sơ đồ công nghệ xử lý nước mặt.
  • Phương pháp tính toán kỹ thuật: Ứng dụng các công thức thủy lực và hóa lý theo TCXDVN 33:2006 để xác định dung tích, kích thước hình học, thời gian lưu nước, tổn thất áp lực của từng công trình đơn vị và dự toán kinh tế.
  • Phương pháp đồ họa kỹ thuật: Sử dụng phần mềm AutoCAD để thiết kế bản vẽ kiến trúc và mặt bằng công nghệ hệ thống xử lý.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu chất lượng nước sông Hồng sử dụng trong đề tài là chuỗi số liệu quan trắc phân tích phòng thí nghiệm trong 7 ngày liên tiếp do Phòng quản lý dự án thuộc Công ty Cổ phần Kỹ thuật Công nghệ và Thiết bị điện HTN cung cấp (do điều kiện phòng chống dịch bệnh Covid-19 hạn chế việc lấy mẫu thực địa độc lập).

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương này tổng hợp các kiến thức cơ sở về nước cấp và phân loại nguồn nước thô (nước biển, nước ngầm, nước mưa, nước mặt, nước khoáng). Tác giả phân tích chi tiết ba nhóm chỉ tiêu chất lượng nước:

  • Tính chất lý học: Nhiệt độ, mùi vị, độ màu (thang Platin - Coban), độ đục (đơn vị NTU), hàm lượng cặn không tan, độ dẫn điện.
  • Tính chất hóa học: Độ kiềm, pH, độ cứng, hàm lượng Mangan, Sunfat, Clorua, Florua, Sắt, Nhôm, độ oxy hóa (chỉ số Pecmanganat), các hợp chất Nitơ (Amoniac, Nitrit, Nitrat) và các chất khí hòa tan ($\text{O}_2, \text{CO}_2, \text{H}_2\text{S}$).
  • Chỉ tiêu vi sinh: Các nhóm sinh vật chỉ thị ô nhiễm phân gồm Coliform (điển hình là Escherichia coli), Streptococci (Streptococcus faecalis) và Clostridia khử sunfit (Clostridium perfringens).

Chương I cũng tổng kết các công đoạn xử lý cốt lõi (keo tụ - tạo bông, lắng trọng lực, lọc qua lớp vật liệu lọc, khử trùng, ổn định nước) và phân tích các mô hình xử lý nước mặt thực tế tại Việt Nam (Nhà máy nước Thủ Đức, BOO Thủ Đức, Tam Hiệp). Đồng thời, tác giả so sánh ưu nhược điểm của các loại bể: bể trộn (bể trộn đứng, vách ngăn), bể phản ứng (xoáy hình phễu, cơ khí, vách ngăn, có lớp cặn lơ lửng), bể lắng (lắng đứng, lắng ngang thu nước bề mặt, lắng trong có lớp cặn lơ lửng, lắng lớp mỏng Lamen), bể lọc (lọc chậm, lọc nhanh phổ thông) và trạm bơm.

Chương II: Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết mục tiêu tổng quát, 3 mục tiêu cụ thể, 3 nội dung nghiên cứu gắn liền với các bước triển khai kỹ thuật và 8 phương pháp nghiên cứu áp dụng trong toàn bộ khóa luận. Khung thời gian thực hiện nghiên cứu được xác định rõ từ tháng 01/2020 đến tháng 05/2020.

Chương III: Giới thiệu chung điều kiện tự nhiên – kinh tế – xã hội khu vực nghiên cứu

Chương này tổng quan về điều kiện tự nhiên thành phố Hà Nội: vị trí địa lý ($20^\circ53'$ đến $21^\circ23'$ vĩ độ Bắc, $105^\circ44'$ đến $106^\circ02'$ kinh độ Đông), địa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam, hệ thống thủy văn với 7 con sông chảy qua (trong đó sông Hồng chảy qua Hà Nội dài 163 km), bức xạ mặt trời trung bình 120 kcal/cm²/năm, lượng mưa trên 1.700 mm/năm. Tình trạng ô nhiễm các sông nội thành (sông Tô Lịch tiếp nhận $250.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, sông Kim Ngưu nhận $125.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ nước thải chưa xử lý) được nêu rõ.

Về khu đô thị Mễ Trì: Diện tích đất tự nhiên 467,3 ha, dân số 31.100 người phân bố tại 15 tổ dân phố; tiếp giáp các trục giao thông lớn (Đại lộ Thăng Long, Lê Quang Đạo, Phạm Hùng) và các công trình trọng điểm như Trung tâm Hội nghị Quốc gia. Tốc độ đô thị hóa nhanh làm giảm quỹ đất nông nghiệp và gia tăng áp lực cấp nước sạch.

Chương IV: Kết quả nghiên cứu

Đây là chương trọng tâm của khóa luận, bao gồm các nội dung chính:

  1. Đánh giá và lựa chọn nguồn nước thô: So sánh nguồn nước hồ Mễ Trì (hồ điều hòa, lưu lượng hạn chế, dễ bị ô nhiễm cục bộ) và nguồn nước sông Hồng (lưu lượng bình quân $2.640\text{ m}^3/\text{s}$, tổng lượng nước 83,5 tỷ $\text{m}^3/\text{năm}$). Tác giả lựa chọn khai thác nguồn nước mặt sông Hồng do bảo đảm trữ lượng cho công suất $15.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
  2. Tính toán nhu cầu dùng nước: Xác định quy mô cấp nước cho 40.000 người vào năm 2050 với tiêu chuẩn dùng nước $q_{tc} = 150\text{ lít/người/ngày đêm}$, tính toán chi tiết các thành phần lưu lượng sinh hoạt, công cộng, dịch vụ, công nghiệp, thất thoát và tiêu thụ nội bộ trạm xử lý.
  3. Phân tích chất lượng nước sông Hồng: Đánh giá chuỗi số liệu 7 ngày, chỉ ra 6 thông số vượt quy chuẩn kỹ thuật nguồn nước mặt dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (QCVN 08-MT:2015/BTNMT).
  4. Đề xuất và lựa chọn dây chuyền công nghệ: Thiết lập sơ đồ công nghệ xử lý nước cấp sử dụng bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng, bể trộn đứng, lọc nhanh và khử trùng Clo.

Chương V: Kết luận – Tồn tại – Kiến nghị

Đánh giá mức độ hoàn thành mục tiêu thiết kế trạm xử lý công suất $15.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, chỉ ra các mặt hạn chế về điều kiện khảo sát thực địa trong mùa dịch Covid-19 và đưa ra kiến nghị quản lý vận hành công trình.

Thiết kế và triển khai công nghệ xử lý

Cân bằng lưu lượng và công suất thiết kế

Lưu lượng trạm xử lý nước cấp được tính toán dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật quy định tại TCXDVN 33:2006 và quy hoạch phát triển khu đô thị Mễ Trì đến năm 2050 (dân số tính toán $N = 40.000$ người, tỷ lệ cấp nước $f = 100%$):

$$\text{Lưu lượng nước sinh hoạt trung bình: } Q_{sh}^{tb} = \frac{q_{tc} \times N \times f}{1000} = \frac{150 \times 40.000 \times 1}{1000} = 6.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$$

$$\text{Lưu lượng nước sinh hoạt ngày lớn nhất (với } K_{ng}^{max} = 1{,}2\text{): } Q_{sh}^{max} = 6.000 \times 1{,}2 = 7.200\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$$

STT Đối tượng tiêu thụ nước Tỷ lệ tính toán Lưu lượng ($\text{m}^3/\text{ngày}$)
1 Nước cấp sinh hoạt khu đô thị ($Q_{sh}$) Tiêu chuẩn $150\text{ l/người/ngày}$ 7.200
2 Nước cấp công cộng, tưới cây, cứu hỏa ($Q_{cc}$) $10% \times Q_{sh}$ 720
3 Nước cấp dịch vụ đô thị ($Q_{dv}$) $10% \times Q_{sh}$ 720
4 Nước cấp khu công nghiệp ($Q_{cn}$) $40% \times Q_{sh}$ 2.880
5 Nước thất thoát, rò rỉ ($Q_{tt}$) $20% \times (Q_{sh} + Q_{cc} + Q_{dv} + Q_{cn})$ 2.304
6 Nước dùng cho bản thân trạm xử lý ($Q_{txl}$) $8% \times \sum Q$ tiêu thụ 1.105,92
Tổng Tổng lưu lượng nước cần thiết ($Q_T$) Công suất trạm thiết kế 15.000

Lưu lượng tính toán theo giây: $Q = 15.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm} \approx 0{,}1736\text{ m}^3/\text{s}$ (tương đương $625\text{ m}^3/\text{h}$).

Đánh giá chất lượng nước thô đầu vào

Kết quả phân tích mẫu nước sông Hồng qua 7 ngày quan trắc cho thấy các chỉ tiêu ô nhiễm vượt ngưỡng QCVN 08-MT:2015/BTNMT cần xử lý triệt để:

STT Chỉ tiêu ô nhiễm Đơn vị Quy chuẩn (QCVN 08-MT:2015) Giá trị khảo sát thực tế Đánh giá sơ bộ
1 Độ đục NTU $\le 5$ 9 Vượt quy chuẩn
2 $\text{BOD}_5$ ($20^\circ\text{C}$) mg/l $\le 4$ 68 Vượt quá mức cho phép
3 COD mg/l $\le 10$ 120 Vượt quá mức cho phép
4 Sắt tổng số (Fe) mg/l $\le 0{,}5$ 1,5 Vượt quy chuẩn 3 lần
5 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l $\le 20$ 146 Vượt quy chuẩn 7,3 lần
6 Coliform MPN/100ml 50 6.000 Nhiễm vi sinh rất nặng
7 pH - 6,5 – 8,5 6,5 – 7,8 Đạt tiêu chuẩn
8 Asen mg/l $\le 0{,}01$ $< 0{,}004$ Đạt tiêu chuẩn
9 Mangan ($\text{Mn}^{2+}$) mg/l $\le 0{,}1$ $< 0{,}04$ Đạt tiêu chuẩn

Quy trình công nghệ đề xuất

Dây chuyền công nghệ xử lý được lựa chọn gồm các công trình đơn vị nối tiếp:

  1. Công trình thu và Trạm bơm cấp 1: Thu nước từ sông Hồng qua hệ thống song chắn rác (loại bỏ rác thô kích thước lớn) và lưới chắn rác (giữ rác tinh, rác lơ lửng), sau đó bơm nước thô về trạm xử lý.
  2. Bể trộn đứng: Nước thô được đưa vào đáy bể với vận tốc $v_đ = 1 \div 1{,}5\text{ m/s}$ nhằm tạo chuyển động dòng chảy rối mạnh, hòa trộn tức thời với dung dịch phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ (chất keo tụ) và vôi sữa $\text{Ca(OH)}_2$ (chất kiềm hóa, ổn định pH). Thời gian lưu nước trong bể trộn khoảng 5 phút.
  3. Ngăn tách khí: Bố trí sau bể trộn để giải phóng các bọt khí hòa tan, ngăn ngừa hiện tượng bọt khí bám vào bông cặn làm nổi cặn trong quá trình lắng.
  4. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: Nước chảy từ dưới lên qua lớp đệm bùn lơ lửng. Tại đây, quá trình keo tụ tiếp xúc diễn ra triệt để, các hạt cặn lơ lửng và chất hữu cơ liên kết với bông phèn tăng kích thước và bị giữ lại trong lớp cặn; hiệu suất lắng giữ lại cặn và loại bỏ 90% – 95% vi khuẩn bám dính.
  5. Bể lọc nhanh phổ thông: Nước sau lắng được dẫn qua bể lọc nhanh trọng lực sử dụng vật liệu lọc cát thạch anh (hoặc lọc 2 lớp vật liệu). Bể hoạt động với tốc độ lọc $6 \div 15\text{ m/h}$, giữ lại các hạt keo mịn, cặn hữu cơ nhỏ chưa lắng được, giảm độ đục xuống $\le 2\text{ NTU}$.
  6. Khử trùng nước bằng Clo: Châm dung dịch Clo lỏng/hợp chất Clo vào đường ống dẫn nước sau lọc trước khi vào bể chứa, bảo đảm thời gian tiếp xúc giữa Clo tự do và nước tối thiểu 30 phút nhằm tiêu diệt vi khuẩn đường ruột Coliform và vi sinh vật gây bệnh.
  7. Bể chứa nước sạch: Bố trí dạng nửa chìm nửa nổi bằng bê tông cốt thép, có nắp đậy và ống thông hơi để điều hòa lưu lượng và dự trữ nước sinh hoạt, nước cứu hỏa, nước rửa lọc.
  8. Trạm bơm cấp 2 và Đài nước: Sử dụng máy bơm ly tâm trục ngang bơm nước từ bể chứa lên mạng lưới phân phối và đài nước để duy trì áp lực cấp nước ổn định cho toàn bộ khu đô thị Mễ Trì.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Tính toán cân bằng nước: Xác lập biểu đồ và bảng cân bằng lưu lượng cấp nước chi tiết cho khu đô thị Mễ Trì với tổng nhu cầu thực tế là $14.929\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, chuẩn hóa công suất thiết kế trạm xử lý ở mức $15.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
  • Định lượng mức độ ô nhiễm nước thô: Xác định rõ mức độ vượt quy chuẩn của 6 chỉ tiêu ô nhiễm chính của nguồn nước mặt sông Hồng: TSS đạt 146 mg/l (vượt 7,3 lần), COD đạt 120 mg/l (vượt 12 lần), $\text{BOD}_5$ đạt 68 mg/l (vượt 17 lần), Coliform đạt 6.000 MPN/100ml (vượt 120 lần so với tiêu chuẩn nước sạch), Fe đạt 1,5 mg/l (vượt 3 lần).
  • Hoàn thiện phương án công nghệ: Lựa chọn và hoàn thiện sơ đồ công nghệ xử lý nước mặt dựa trên bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng kết hợp bể lọc nhanh và khử trùng Clo, bảo đảm nước sau xử lý đạt QCVN 01:2009/BYT.
  • Tính toán kích thước kỹ thuật: Xác định đầy đủ thông số hình học, chế độ thủy lực, cấu tạo công trình thu, bể trộn đứng, bể lắng, bể lọc nhanh, bể chứa nước sạch và trạm bơm bằng hệ thống công thức chuyên ngành; thể hiện trực quan qua bản vẽ kỹ thuật AutoCAD.

Giải pháp và đề xuất của tác giả

  • Đề xuất sử dụng nguồn nước mặt sông Hồng làm nguồn cấp thô bền vững, thay thế phương án khai thác nước hồ Mễ Trì nhằm bảo toàn chức năng điều hòa thoát nước mưa của hồ đô thị.
  • Đề xuất áp dụng bể trộn đứng thủy lực nhằm tiết kiệm điện năng vận hành so với khuấy trộn cơ khí, đồng thời bảo đảm khả năng hòa tan vôi sữa triệt để mà không gây lắng đọng cục bộ.
  • Kiến nghị duy trì giải pháp mạng lưới cấp nước có đài nước kết hợp trạm bơm 2 cấp truyền thống để bảo đảm an toàn vận hành hệ thống trong điều kiện kỹ thuật quản lý thiết bị biến tần chưa đồng bộ.

Đóng góp về mặt kỹ thuật và thực tiễn

Khóa luận cung cấp tài liệu tính toán công nghệ hoàn chỉnh cho một trạm xử lý nước cấp đô thị quy mô trung bình ($15.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$), kết nối chặt chẽ giữa các chỉ tiêu quy hoạch dân số Mễ Trì đến năm 2050 với các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành (TCXDVN 33:2006). Nghiên cứu làm rõ luận cứ khoa học trong việc xử lý nguồn nước sông Hồng có hàm lượng phù sa, chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ cao bằng tổ hợp công nghệ keo tụ lắng - lọc truyền thống cải tiến.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Dữ liệu quan trắc: Do ảnh hưởng của đại dịch Covid-19 trong giai đoạn thực hiện (đầu năm 2020), tác giả không thể trực tiếp lấy mẫu nước phân tích tại hiện trường mà phải sử dụng dữ liệu kế thừa thứ cấp từ Công ty Cổ phần Kỹ thuật Công nghệ và Thiết bị điện HTN.
  • Thời gian khảo sát: Dữ liệu quan trắc tập trung vào mùa khô (chuỗi 7 ngày), chưa phản ánh đầy đủ biên độ dao động chất lượng nước sông Hồng vào mùa mưa lũ (thời điểm độ đục và hàm lượng phù sa tăng vọt).
  • Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn trong tính toán công nghệ và khai toán sơ bộ, chưa đi sâu vào chi tiết kết cấu công trình ngầm, cơ chế tự động hóa SCADA hoặc đánh giá tác động môi trường của bùn thải từ bể lắng và nước rửa lọc.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng chương trình quan trắc chất lượng nước sông Hồng theo các mùa trong năm (đặc biệt là mùa lũ) để hiệu chỉnh chính xác liều lượng phèn, vôi và Clo tối ưu theo từng thời điểm.
  • Nghiên cứu công nghệ xử lý và thu hồi bùn cặn từ bể lắng và nước rửa lọc nhằm tái sử dụng hoặc thải bỏ an toàn ra môi trường.
  • Nghiên cứu ứng dụng công nghệ biến tần tự động và mô hình hóa mạng lưới cấp nước trên các phần mềm chuyên dụng (như EPANET) để tối ưu hóa phân phối áp lực cho toàn khu đô thị.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên các ngành: Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Kỹ thuật Cấp thoát nước, Hạ tầng Kỹ thuật Đô thị.
  • Nội dung tham khảo hữu ích:
    • Quy trình dự báo nhu cầu dùng nước và phương pháp tính toán cân bằng lưu lượng trạm xử lý nước cấp theo đúng quy chuẩn TCXDVN 33:2006.
    • Phương pháp luận phân tích, lựa chọn nguồn nước thô và so sánh các dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt tại Việt Nam.
    • Các công thức tính toán thủy lực cho các công trình đơn vị: trạm bơm cấp 1, bể trộn đứng, bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng, bể lọc nhanh cát thạch anh, bể chứa và trạm bơm cấp 2.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao nguồn nước mặt sông Hồng được lựa chọn thay vì hồ Mễ Trì để cấp nước cho dự án?

Mặc dù hồ Mễ Trì nằm ngay trong khu vực nghiên cứu, hồ có chức năng chính là hồ điều hòa thoát nước đô thị, dung tích giới hạn và chất lượng nước bị suy giảm do tiếp nhận nước thải sinh hoạt xung quanh. Việc khai thác lưu lượng lớn ($15.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$) sẽ phá vỡ cân bằng thủy văn và chức năng của hồ. Trong khi đó, sông Hồng có lưu lượng trung bình $2.640\text{ m}^3/\text{s}$ (tổng lượng 83,5 tỷ $\text{m}^3/\text{năm}$), hoàn toàn bảo đảm trữ lượng khai thác lâu dài và chất lượng nước thô ổn định hơn.

2. Trạm xử lý nước cấp được thiết kế với công suất bao nhiêu và phục vụ quy mô dân số nào?

Trạm xử lý được thiết kế với tổng công suất là $15.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ (lưu lượng tính toán $0{,}1736\text{ m}^3/\text{s}$). Công suất này được tính toán dựa trên quy mô dân số dự báo đến năm 2050 của khu đô thị Mễ Trì là $40.000$ người với tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt $150\text{ lít/người/ngày đêm}$, kết hợp nhu cầu nước công cộng ($10%$), dịch vụ đô thị ($10%$), khu công nghiệp ($40%$), thất thoát ($20%$) và lượng nước dùng cho bản thân trạm xử lý ($8%$).

3. Nguồn nước sông Hồng tại khu vực khảo sát có những chỉ tiêu nào vượt quy chuẩn kỹ thuật?

Theo số liệu quan trắc 7 ngày đối chiếu với QCVN 08-MT:2015/BTNMT, có 6 chỉ tiêu vượt ngưỡng: Độ đục trung bình 9 NTU (quy chuẩn $\le 5\text{ NTU}$), $\text{BOD}_5$ đạt 68 mg/l (quy chuẩn $\le 4\text{ mg/l}$), COD đạt 120 mg/l (quy chuẩn $\le 10\text{ mg/l}$), Sắt tổng số đạt 1,5 mg/l (quy chuẩn $\le 0{,}5\text{ mg/l}$), TSS đạt 146 mg/l (quy chuẩn $\le 20\text{ mg/l}$) và Coliform đạt 6.000 MPN/100ml (vượt xa giới hạn cho phép).

4. Bể trộn đứng và các loại hóa chất nào được sử dụng trong dây chuyền công nghệ?

Dây chuyền sử dụng bể trộn đứng thủy lực (vận tốc đáy $v_đ = 1 \div 1{,}5\text{ m/s}$, thời gian lưu 5 phút) để hòa trộn hóa chất mà không cần máy khuấy cơ khí. Hóa chất sử dụng gồm phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ làm chất keo tụ tạo bông cặn, vôi sữa $\text{Ca(OH)}_2$ để kiềm hóa và ổn định độ pH của nước, cùng dung dịch Clo châm sau lọc với thời gian tiếp xúc $\ge 30\text{ phút}$ để khử trùng triệt để vi sinh vật.

5. Vì sao đề tài sử dụng số liệu thứ cấp để đánh giá chất lượng nước đầu vào?

Trong thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp (tháng 01/2020 đến tháng 05/2020), do tác động của đại dịch Covid-19 và các quy định giãn cách xã hội, sinh viên không thể trực tiếp thực hiện công tác lấy mẫu và phân tích tại hiện trường. Do đó, tác giả đã kế thừa chuỗi số liệu quan trắc 7 ngày được đo đạc bởi Phòng quản lý dự án thuộc Công ty Cổ phần Kỹ thuật Công nghệ và Thiết bị điện HTN.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Lê Trần Đức đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán kỹ thuật tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho khu đô thị Mễ Trì với công suất $15.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ khai thác từ nguồn nước mặt sông Hồng. Dựa trên phân tích hiện trạng chất lượng nước thô và nhu cầu dùng nước của 40.000 dân cư đến năm 2050, tác giả đã đề xuất thành công dây chuyền công nghệ keo tụ bằng phèn nhôm và vôi sữa, lắng trong có lớp cặn lơ lửng, lọc nhanh phổ thông và khử trùng bằng Clo. Các công trình đơn vị được tính toán chi tiết về mặt thủy lực, kích thước hình học và mô tả kiến trúc qua bản vẽ kỹ thuật, bảo đảm cung cấp nguồn nước sạch đạt QCVN 01:2009/BYT, đóng góp giải pháp hạ tầng thiết thực cho sự phát triển bền vững của khu đô thị Mễ Trì.