Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nước là nguồn nguyên liệu thiết yếu trong hoạt động sản xuất công nghiệp, đặc biệt đối với ngành sản xuất thực phẩm và đồ uống. Tại các cơ sở sản xuất bia, nguồn nước cấp không chỉ phục vụ các hoạt động vệ sinh, phụ trợ mà còn quyết định trực tiếp đến chất lượng cảm quan, độ ổn định sinh hóa và hương vị đặc trưng của thành phẩm.

Đề tài được thực hiện tại Công ty TNHH Nhà máy Bia Heineken Việt Nam, có trụ sở chính tại số 170 Lê Văn Khương, phường Tân Thới An, Quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh. Hiện tại, công ty đang sử dụng nguồn nước cấp từ mạng lưới cấp nước đô thị tại Quận 12. Tuy nhiên, nguồn nước này mới chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn nước cấp sinh hoạt cơ bản, chưa đạt các chỉ tiêu kỹ thuật khắt khe phục vụ sản xuất đồ uống cao cấp theo tiêu chuẩn nội bộ của tập đoàn và tiêu chuẩn nước dùng trong chế biến thực phẩm. Do đó, việc nghiên cứu, tính toán và thiết kế một hệ thống xử lý nước cấp độc lập, chủ động nguồn nguyên liệu tại chỗ là yêu cầu cấp thiết.

Mục đích của đồ án: Dựa trên điều kiện thực tiễn về chất lượng nguồn nước thô, yêu cầu chất lượng nước sau xử lý và nhu cầu tiêu thụ nước của nhà máy, đồ án tiến hành thiết kế hệ thống xử lý nước cấp bảo đảm tính khả thi về kinh tế, hiệu quả kỹ thuật, đáp ứng toàn diện nhu cầu sinh hoạt của công nhân viên và hoạt động sản xuất bia.

Nhiệm vụ nghiên cứu (gồm 6 nội dung chính):

  1. Khảo sát hiện trạng sử dụng nước của Công ty TNHH Nhà máy Bia Heineken Việt Nam tại Quận 12.
  2. Khảo sát và tính toán nhu cầu sử dụng nước cho mục đích sinh hoạt và sản xuất.
  3. Phân tích chất lượng các nguồn nước khả thi và lựa chọn nguồn nước cấp thích hợp.
  4. Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp tối ưu.
  5. Tính toán, thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý được đề xuất.
  6. Thể hiện các giải pháp kỹ thuật thông qua bản vẽ thiết kế công nghệ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nguồn nước ngầm tại khu vực nhà máy và hệ thống công nghệ xử lý nước cấp phục vụ sinh hoạt và sản xuất bia.
  • Phạm vi không gian: Nhà máy Bia Heineken Việt Nam tại Quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh (khai thác tầng chứa nước Pliocen trên $n_2^2$ với 5 giếng khoan).
  • Phạm vi thời gian: Thu thập, khảo sát dữ liệu chất lượng nước quan trắc giai đoạn 2020 – 2022; hoàn thành tính toán thiết kế vào tháng 04 năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng các lý thuyết hóa lý cơ bản trong kỹ thuật xử lý nước ngầm và hệ thống quy chuẩn kỹ thuật xây dựng, vệ sinh an toàn hiện hành:

  • Khung lý thuyết hóa lý:
    • Lý thuyết khử sắt: Khử sắt tồn tại ở dạng muối hòa tan không bền $\text{Fe(HCO}_3)_2$ thông qua quá trình làm thoáng lấy oxy hòa tan, oxy hóa $\text{Fe}^{2+}$ thành $\text{Fe}^{3+}$ kết tủa $\text{Fe(OH)}_3$ và giải phóng khí $\text{CO}_2$. Đồ án thiết lập mối quan hệ giữa pH, nồng độ oxy hòa tan và thế oxy hóa khử ($E$).
    • Lý thuyết khử cứng bằng hóa chất: Sử dụng vôi sữa $\text{Ca(OH)}_2$ để kết hợp với $\text{CO}_2$ tự do và phản ứng với các ion $\text{HCO}_3^-$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$ nhằm tạo kết tủa $\text{CaCO}_3$ và $\text{Mg(OH)}_2$. Đồng thời kết hợp phèn nhôm để keo tụ bông cặn.
    • Lý thuyết khử trùng và lọc màng: Sử dụng Clo lỏng để thủy phân tạo axit hipoclorit ($\text{HOCl}$) và ion $\text{OCl}^-$ có tính oxy hóa mạnh nhằm phá hủy màng tế bào vi sinh vật; ứng dụng màng thẩm thấu ngược (RO) với kích thước lọc 1 – 10 Å để loại bỏ toàn bộ các ion hòa tan, hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử $> 20\text{ Dalton}$.
  • Hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn áp dụng:
    • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt: QCVN 01-1:2018/BYT.
    • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt: QCVN 08-MT:2015/BTNMT.
    • Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước, mạng lưới đường ống và công trình: TCXDVN 33:2006 (TCXD 33-2006).
    • Tiêu chuẩn tính toán cấp nước sinh hoạt: TCVN 13606-2023.
  • Phương pháp nghiên cứu:
    • Phương pháp khảo sát, thống kê và tổng hợp dữ liệu: Thu thập số liệu công suất nhà máy, số lượng công nhân, chỉ tiêu môi trường và kết quả quan trắc chất lượng nước sông Đồng Nai (theo chỉ số WQI) và nguồn nước ngầm tại Quận 12.
    • Phương pháp phân tích so sánh: Đánh giá ưu nhược điểm kỹ thuật và kinh tế giữa hai nguồn nước (nước mặt và nước ngầm) và giữa các công trình đơn vị (làm thoáng giàn mưa đối chiếu làm thoáng quạt gió; các kiểu bể trộn, bể phản ứng, bể lắng).
    • Phương pháp tính toán công nghệ và cân bằng vật chất: Tính toán cân bằng lưu lượng giờ lớn nhất, tải lượng hóa chất (vôi, phèn, clo), xác định kích thước hình học, tổn thất áp lực và các thông số thủy lực của hệ thống.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu chung

Chương này nêu bật tầm quan trọng của nguồn nước trong đời sống và sản xuất đồ uống. Tác giả chỉ rõ hạn chế của nguồn nước thủy cục hiện tại của Quận 12 khi không đáp ứng được yêu cầu chất lượng nước nấu bia, từ đó xác lập mục đích và 6 nhiệm vụ thiết kế cụ thể của đồ án.

Chương II: Giới thiệu về Nhà máy Sản xuất Bia Quận 12

Trình bày tổng quan về Công ty TNHH Nhà máy Bia Heineken Việt Nam (địa chỉ 170 Lê Văn Khương, Tân Thới An, Quận 12, TP.HCM), đơn vị liên doanh giữa Heineken và SATRA với lịch sử phát triển từ năm 1991. Nhà máy có quy mô 1.600 nhân viên, vận hành 2 ca/ngày (8 giờ/ca, 26 ngày/tháng), công suất thiết kế 680 triệu lít bia/năm. Chương này cũng phân tích sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia, danh mục 12 nhóm sản phẩm chính (Heineken, Tiger, Larue, Bia Việt, Strongbow, Edelweiss...) và hiện trạng quản lý các nguồn phát thải (khí thải, tiếng ồn, nước thải sản xuất, chất thải rắn).

Chương III: Tính toán lưu lượng nước cấp và phân tích lựa chọn nguồn nước

Tác giả tiến hành tính toán chi tiết nhu cầu dùng nước của toàn bộ nhà máy:

  • Lưu lượng nước sinh hoạt: $Q_{sh\ max} = 118,8\ \text{m}^3/\text{ngày đêm}$ (dựa trên tiêu chuẩn $q = 25\ \text{lít/người.ngđ}$, $N = 1.600$ người, hệ số không điều hòa $K = 3$, $f = 99%$).
  • Lưu lượng nước sản xuất: $Q_{sx} = 4.937\ \text{m}^3/\text{ngày đêm}$ (tương ứng công suất sản xuất $P = 1.863\ \text{m}^3\text{ bia/ngày đêm}$ và tiêu chuẩn dùng nước $q_{tc} = 2,65\ \text{m}^3\text{ nước/m}^3\text{ bia}$).
  • Tổng công suất trạm xử lý: $Q_{ngày} = 5.106\ \text{m}^3/\text{ngày đêm}$ (đã bao gồm $50\ \text{m}^3/\text{ngày đêm}$ nước dùng nội bộ trạm), tương đương lưu lượng giờ $Q_{giờ} = 213\ \text{m}^3/\text{h}$ ($0,0592\ \text{m}^3/\text{s}$).

Chương III so sánh chất lượng nguồn nước mặt sông Đồng Nai (khu vực Biên Hòa) và nước ngầm tầng Pliocen trên tại Quận 12:

Chỉ tiêu đánh giá Nước mặt sông Đồng Nai Nước ngầm tại Quận 12 QCVN 01-1:2018/BYT Tiêu chuẩn nước nấu bia
Tính chất chất lượng WQI dao động 76 – 100, ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng ($\text{Fe, COD, TSS, NH}_4^+$) theo mùa Ổn định, không màu, không đục TCU $\le 15$, NTU $\le 2$ Không màu, trong suốt
pH Dao động theo mùa 5,5 6,5 – 8,5 5,6
Độ cứng ($\text{CaCO}_3$) Dao động $400\ \text{mg/l}$ $300\ \text{mg/l}$ $50 - 150\ \text{mg/l}$
Hàm lượng Sắt ($\text{Fe}^{2+}$) Vượt chuẩn vào mùa mưa $23\ \text{mg/l}$ (vượt 76,6 lần) $0,3\ \text{mg/l}$ $\le 0,3\ \text{mg/l}$
Khí hòa tan $\text{H}_2\text{S}$ Thấp $2\ \text{mg/l}$ Không quy định $0\ \text{mg/l}$
Tổng chất rắn hòa tan (TDS) Dao động $990\ \text{mg/l}$ $1.000\ \text{mg/l}$ --

Kết luận lựa chọn: Nước mặt sông Đồng Nai chất lượng không ổn định theo mùa, khoảng cách dẫn nước xa làm tăng chi phí truyền dẫn; trong khi nguồn nước ngầm tại chỗ có trữ lượng lớn, chất lượng ổn định, xử lý tập trung ít tốn kém hơn. Do đó, nhóm tác giả lựa chọn nguồn nước ngầm tại vị trí nhà máy.

Chương IV: Phân tích và lựa chọn công nghệ xử lý

Chương này làm rõ cơ sở lý thuyết tính toán các chỉ số hóa lý sau quá trình làm thoáng:

  • Hàm lượng $\text{CO}_2$ tự do ban đầu trong nước ngầm là $878\ \text{mg/l}$.
  • Hiệu quả khử $\text{CO}_2$ của thùng quạt gió đạt $90%$ ($a = 0,9$), đưa hàm lượng $\text{CO}_2$ còn lại về $124\ \text{mg/l}$ (vượt trội so với giàn mưa tự nhiên chỉ đạt $a = 0,5$, $\text{CO}_2$ còn lại $475\ \text{mg/l}$).
  • Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng quạt gió đạt $8,37\ \text{mg/l}$ (nhu cầu oxy cho khử sắt và oxy hóa là $7,3\ \text{mg/l}$, lượng dư $1,07\ \text{mg/l}$), trong khi làm thoáng tự nhiên chỉ đạt $4,2\ \text{mg/l}$ (không đủ oxy phản ứng).
  • Tính toán thế oxy hóa khử cho thấy $E = -0,2064\ \text{V} < 0$, đòi hỏi phải nâng pH bằng kiềm (vôi) để thúc đẩy phản ứng oxy hóa sắt triệt để.

Từ các phân tích trên, đồ án lựa chọn dây chuyền công nghệ: Nước ngầm giếng khoan $\rightarrow$ Thùng quạt gió $\rightarrow$ Bể trộn đứng (châm vôi sữa + phèn) $\rightarrow$ Bể phản ứng xoáy hình trụ $\rightarrow$ Bể lắng đứng $\rightarrow$ Bể lọc nhanh $\rightarrow$ Khử trùng Clo lỏng $\rightarrow$ Bể chứa nước sạch $\rightarrow$ Hệ thống lọc màng RO và khử trùng UV $\rightarrow$ Nước cấp sản xuất bia.

Chương V: Tính toán thiết kế các công trình đơn vị

Chương này thực hiện toàn bộ các phép tính thủy lực và kích thước công trình với lưu lượng thiết kế $Q = 213\ \text{m}^3/\text{h}$:

  1. Thùng quạt gió: Cường độ tưới $q_m = 50\ \text{m}^3/\text{m}^2.\text{h}$, diện tích $F = 4,26\ \text{m}^2$ (kích thước $2,84\ \text{m} \times 1,5\ \text{m}$), chiều cao tổng cộng $H = 3\ \text{m}$. Hệ thống phân phối nước gồm 1 ống chính $\text{HDPE } \varnothing 250$ và 22 ống nhánh $\text{HDPE } \varnothing 75$ với tổng cộng 132 lỗ phun $\varnothing 10\ \text{mm}$. Quạt gió cấp lưu lượng $Q_{gió} = 2.130\ \text{m}^3/\text{h}$ ($0,592\ \text{m}^3/\text{s}$).
  2. Thiết bị pha chế và dự trữ hóa chất:
    • Liều lượng vôi khử cứng $a_v = 569\ \text{mg/l}$ ($2.910\ \text{kg vôi/ngày}$, tiêu thụ $121,25\ \text{kg/h}$). Bể pha vôi sữa bằng bê tông cốt thép hình trụ nón, thể tích $W_v = 29,3\ \text{m}^3$, đường kính $d = 3,3\ m$, chiều cao tổng thể $H = 5,04\ \text{m}$, động cơ khuấy công suất $N = 0,83\ \text{kW}$ quay 45 vòng/phút, bơm định lượng dung dịch $5%$ đạt lưu lượng $0,068\ \text{m}^3/\text{h}$.
    • Liều lượng phèn keo tụ $p = 34,8\ \text{mg/l}$ ($180\ \text{kg phèn/ngày}$, tiêu thụ $7,41\ \text{kg/h}$). Bể pha phèn hình trụ tròn bằng gạch, dung tích $W_p = 0,89\ \text{m}^3$, đường kính $d = 1,04\ \text{m}$, chiều cao $H = 1,34\ \text{m}$, động cơ khuấy $N = 0,004\ \text{kW}$, bơm định lượng dung dịch $5%$ đạt lưu lượng $0,004\ \text{m}^3/\text{h}$.
    • Kho hóa chất dự trữ 40 ngày có tổng diện tích $F = 118,9\ \text{m}^2$ (kho vôi $114,8\ \text{m}^2$, kho phèn $4,1\ \text{m}^2$).
  3. Bể trộn đứng: Thể tích công tác $W = 5,325\ \text{m}^3$ (thời gian lưu nước $t = 1,5$ phút). Phần hình hộp phía trên có tiết diện $1,54\ \text{m} \times 1,54\ \text{m}$, chiều cao $h_t = 0,88\ \text{m}$; phần hình chóp phía dưới có góc nghiêng đáy $40^\circ$, chiều cao $h_d = 2,45\ \text{m}$. Chiều cao toàn phần của bể $H = 3,63\ \text{m}$ (bao gồm chiều cao bảo vệ $h_{bv} = 0,3\ \text{m}$). Máng thu nước vòng có 189 lỗ ngập $\varnothing 20\ \text{mm}$.
  4. Hệ thống phụ trợ và hoàn thiện: Bể phản ứng xoáy hình trụ đặt trong bể lắng đứng, bể lọc nhanh, hệ thống khử trùng bằng Clo lỏng qua thiết bị Clorator, bể chứa nước sạch, module màng lọc RO (kích thước mao quản $1 - 10\text{ Å}$) và đèn cực tím UV.

Chương VI: Kết luận

Tổng kết lại các kết quả tính toán thiết kế của hệ thống xử lý nước ngầm công suất $5.106\ \text{m}^3/\text{ngày đêm}$, khẳng định tính phù hợp của dây chuyền xử lý đối với tiêu chuẩn nước cấp sản xuất bia.

Thiết kế và tính toán kỹ thuật hệ thống

Hệ thống xử lý nước cấp cho Nhà máy Bia Heineken Quận 12 được thiết kế hợp khối và liên hoàn theo dây chuyền khép kín:

[Nước ngầm giếng khoan] 
[Bể chứa nước sạch]
[Nước cấp cho nấu bia và sinh hoạt]

Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật các công trình đơn vị đã tính toán

Công trình đơn vị Thông số hình học chính Thông số công nghệ và vận hành
Thùng quạt gió - Kích thước mặt bằng: $2,84\ \text{m} \times 1,5\ \text{m}$ ($F = 4,26\ \text{m}^2$)
- Chiều cao toàn phần: $H = 3,0\ \text{m}$ ($H_{vl} = 1,5\ \text{m}$)
- Vật liệu tiếp xúc: Ống nhựa xếp vuông góc cách nhau $50\ \text{mm}$		 - Cường độ tưới: $q_m = 50\ \text{m}^3/\text{m}^2.\text{h}$
- Lưu lượng khí cấp: $Q_{gió} = 2.130\ \text{m}^3/\text{h}$
- Ống chính $\text{HDPE } \varnothing 250$; 22 ống nhánh $\text{HDPE } \varnothing 75$ (132 lỗ $\varnothing 10\ \text{mm}$)
Bể pha vôi sữa - Thể tích: $W_v = 29,3\ \text{m}^3$
- Đường kính: $d = 3,3\ \text{m}$
- Chiều cao: $H = 5,04\ \text{m}$ ($h_{nón} = 2,0\ \text{m}, h_{trụ} = 2,74\ \text{m}, h_{bv} = 0,3\ \text{m}$)
- Góc nghiêng đáy nón: $40^\circ$		 - Liều lượng vôi kỹ thuật: $569\ \text{mg/l}$ ($121,25\ \text{kg/h}$)
- Động cơ khuấy: $0,83\ \text{kW}$ (4 cánh khuấy, 45 vòng/phút)
- Bơm định lượng dung dịch $5%$: $q = 0,068\ \text{m}^3/\text{h}$
Bể pha phèn - Thể tích: $W_p = 0,89\ \text{m}^3$
- Đường kính: $d = 1,04\ \text{m}$
- Chiều cao: $H = 1,34\ \text{m}$ ($h_{ct} = 1,04\ \text{m}, h_{bv} = 0,3\ \text{m}$)		 - Liều lượng phèn: $34,8\ \text{mg/l}$ ($7,41\ \text{kg/h}$)
- Động cơ khuấy: $0,004\ \text{kW}$ (4 cánh khuấy, 45 vòng/phút)
- Bơm định lượng dung dịch $5%$: $q = 0,004\ \text{m}^3/\text{h}$
Kho dự trữ hóa chất - Diện tích kho vôi: $F_v = 114,8\ \text{m}^2$
- Diện tích kho phèn: $F_p = 4,1\ \text{m}^2$
- Tổng diện tích kho: $F = 118,9\ \text{m}^2$		 - Thời gian lưu trữ dự phòng: 40 ngày tiêu thụ
- Chiều cao lớp phèn xếp: $2,0\ \text{m}$; lớp vôi: $1,5\ \text{m}$
Bể trộn đứng - Thể tích công tác: $W = 5,325\ \text{m}^3$
- Tiết diện đáy trên: $1,54\ \text{m} \times 1,54\ \text{m}$ ($F = 2,37\ \text{m}^2$)
- Chiều cao: $H = 3,63\ \text{m}$ ($h_d = 2,45\ \text{m}, h_t = 0,88\ \text{m}, h_{bv} = 0,3\ \text{m}$)
- Góc nghiêng đáy: $40^\circ$		 - Thời gian lưu nước trộn: $t = 1,5\ \text{phút}$
- Vận tốc nước dâng: $v_2 = 0,025\ \text{m/s}$
- Máng thu nước vòng: 189 lỗ ngập $\varnothing 20\ \text{mm}$, vận tốc chảy qua lỗ $v_1 = 1,0\ \text{m/s}$
Công trình khử trùng & RO - Thiết bị định lượng Clo hơi (Clorator)
- Màng bán thấm RO (kích thước lọc $1 - 10\ \text{Å}$)
- Đèn phát tia cực tím UV		 - Clo lỏng bình chứa áp lực 6 – 8 at
- RO loại bỏ hạt $> 20\ \text{Dalton}$ và ion kim loại
- Diệt khuẩn không sinh phụ phẩm hóa học

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán chính

  • Xác lập được công suất thiết kế trạm cấp nước hoàn chỉnh đạt $5.106\ \text{m}^3/\text{ngày đêm}$ ($213\ \text{m}^3/\text{h}$), giải quyết bài toán cấp nước đồng thời cho $1.600$ công nhân ($118,8\ \text{m}^3/\text{ngày}$) và dây chuyền sản xuất bia $680$ triệu lít/năm ($4.937\ \text{m}^3/\text{ngày}$).
  • Đưa ra giải pháp kỹ thuật xử lý triệt để các chỉ tiêu ô nhiễm đặc thù của nguồn nước ngầm Quận 12:
    • Giảm hàm lượng $\text{Fe}^{2+}$ từ $23\ \text{mg/l}$ xuống $\le 0,3\ \text{mg/l}$ thông qua làm thoáng cưỡng bức bằng thùng quạt gió (cung cấp oxy hòa tan đạt $8,37\ \text{mg/l}$, khử $90%\ \text{CO}_2$ tự do).
    • Khử độ cứng từ $400\ \text{mg/l}$ xuống ngưỡng quy định cho nấu bia ($50 - 150\ \text{mg/l}$) bằng phương pháp kết tủa vôi sữa kết hợp phèn nhôm với liều lượng vôi tính toán là $569\ \text{mg/l}$ và phèn là $34,8\ \text{mg/l}$.
    • Nâng pH từ 5,5 lên dải trung tính và loại bỏ hoàn toàn khí độc $\text{H}_2\text{S}$ ($2\ \text{mg/l}$).

Giải pháp và đóng góp kỹ thuật

  • Tác giả đã kết hợp công nghệ hóa lý truyền thống (làm thoáng quạt gió, bể trộn đứng, bể phản ứng xoáy, lắng đứng, lọc nhanh) với công nghệ lọc màng tiên tiến (thẩm thấu ngược RO và đèn UV). Sự kết hợp này bảo đảm nước đầu ra không chỉ đạt tiêu chuẩn sinh hoạt theo QCVN 01-1:2018/BYT mà còn đáp ứng tiêu chuẩn nghiêm ngặt về độ tinh khiết khoáng chất của nhà máy bia.
  • Tối ưu hóa mặt bằng và chi phí đầu tư thông qua việc lựa chọn bể phản ứng xoáy hình trụ đặt trực tiếp bên trong bể lắng đứng, tận dụng áp lực thủy lực tự nhiên để khuấy trộn và tạo bông cặn, giảm thiểu thiết bị cơ khí phức tạp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Đồ án tập trung tính toán chi tiết cho các công trình đơn vị tuyến đầu (thùng quạt gió, thiết bị hóa chất, bể trộn đứng), các thông số chi tiết của bể lắng đứng kết hợp phản ứng xoáy, bể lọc nhanh và màng lọc RO mới được trình bày ở mức độ nguyên lý và cấu tạo sơ bộ.
    • Chưa có số liệu thực nghiệm phân tích chi phí tiêu hao điện năng thực tế cho quạt gió cao áp và hệ thống bơm cao áp của màng RO trong điều kiện vận hành liên tục 2 ca/ngày.
  • Hướng phát triển:
    • Tính toán chi tiết chu kỳ rửa lọc, hệ thống thu hồi nước rửa lọc và định lượng nồng độ bùn cặn phát sinh ($\text{CaCO}_3, \text{Fe(OH)}_3, \text{Mg(OH)}_2$) để thiết kế sân phơi bùn hoặc máy ép bùn.
    • Lập mô hình tính toán chi phí vận hành (OPEX) và chi phí đầu tư ban đầu (CAPEX) chi tiết cho toàn bộ dây chuyền xử lý.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Cấp thoát nước, Kỹ thuật Tài nguyên Nước; các kỹ sư thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công nghiệp thực phẩm, đồ uống.
  • Các phần nội dung có giá trị ứng dụng cao:
    • Phương pháp luận và các bước tính toán chi tiết quá trình làm thoáng cưỡng bức khử sắt, cân bằng $\text{CO}_2$, tính toán thế oxy hóa khử $E$ và kiểm tra nồng độ oxy hòa tan theo nhiệt độ.
    • Chuỗi công thức tính toán lượng hóa chất (vôi sữa, phèn) cho bài toán khử độ cứng nước ngầm có hàm lượng bicacbonat và canxi cao, kèm phương pháp thiết kế cánh khuấy cơ khí và kho dự trữ hóa chất đạt chuẩn TCXDVN 33:2006.
    • Phương pháp xác định kích thước và tính toán thủy lực máng thu nước đục lỗ của bể trộn đứng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án không chọn nguồn nước mặt sông Đồng Nai mà lại chọn khai thác nước ngầm tại chỗ?

Theo dữ liệu khảo sát trong đồ án, nước sông Đồng Nai có chất lượng dao động lớn theo mùa, bị ô nhiễm dinh dưỡng ($\text{N-NH}_4^+, \text{N-NO}_2^-$) và hữu cơ ($\text{COD, TSS}$), đồng thời khoảng cách từ sông Đồng Nai về Quận 12 rất lớn làm tăng chi phí xây dựng đường ống dẫn. Ngược lại, nước ngầm tại chỗ thuộc tầng Pliocen trên ($n_2^2$) có trữ lượng dồi dào, chất lượng ổn định quanh năm, giúp tiết kiệm chi phí dẫn nước và đơn giản hóa khâu vận hành.

2. Thông số ô nhiễm nào trong nước ngầm Quận 12 vượt chuẩn nghiêm trọng nhất và giải pháp xử lý là gì?

Hàm lượng sắt ($\text{Fe}^{2+}$) trong nước ngầm đạt $23\ \text{mg/l}$, vượt tiêu chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT ($0,3\ \text{mg/l}$) hơn 76 lần. Đồ án giải quyết bằng công trình thùng quạt gió thổi khí cưỡng bức với lưu lượng khí $2.130\ \text{m}^3/\text{h}$ kết hợp châm vôi nâng pH nhằm oxy hóa hoàn toàn $\text{Fe}^{2+}$ thành kết tủa $\text{Fe(OH)}_3$ để lắng và lọc bỏ.

3. Vì sao phương pháp làm thoáng bằng thùng quạt gió được lựa chọn thay thế cho giàn mưa tự nhiên?

Tính toán lý thuyết cho thấy giàn mưa tự nhiên chỉ khử được $50%\ \text{CO}_2$ ($a = 0,5$), nồng độ oxy hòa tan chỉ đạt $4,2\ \text{mg/l}$ (không đủ cung cấp cho nhu cầu oxy hóa khử sắt là $7,3\ \text{mg/l}$). Trong khi đó, thùng quạt gió cưỡng bức khử tới $90%\ \text{CO}_2$ ($a = 0,9$), đạt nồng độ oxy hòa tan $8,37\ \text{mg/l}$ (dư $1,07\ \text{mg/l}$ bảo đảm phản ứng triệt để) và tiết kiệm diện tích xây dựng nhờ cường độ tưới cao ($q_m = 50\ \text{m}^3/\text{m}^2.\text{h}$).

4. Liều lượng và lượng hóa chất vôi sữa và phèn cần dùng cho trạm xử lý trong một ngày là bao nhiêu?

  • Vôi khử cứng: Liều lượng tính toán $a_v = 569\ \text{mg/l}$, tiêu thụ $2.910\ \text{kg/ngày}$ ($121,25\ \text{kg/h}$).
  • Phèn keo tụ: Liều lượng tính toán $p = 34,8\ \text{mg/l}$, tiêu thụ $180\ \text{kg/ngày}$ ($7,41\ \text{kg/h}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của nhóm tác giả đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất $5.106\ \text{m}^3/\text{ngày đêm}$ phục vụ Nhà máy Bia Heineken Việt Nam tại Quận 12. Dây chuyền công nghệ đề xuất kết hợp tối ưu giữa quá trình làm thoáng quạt gió cưỡng bức, khử cứng bằng vôi - phèn, lắng lọc truyền thống và công nghệ tinh lọc màng RO - UV, giúp xử lý triệt để nguồn nước ngầm có hàm lượng sắt và độ cứng rất cao. Các công trình đơn vị được tính toán chi tiết, tuân thủ đúng các tiêu chuẩn thiết kế cấp nước hiện hành, mang lại giá trị thực tiễn và tài liệu tham khảo kỹ thuật tin cậy.