Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong tiến trình đô thị hóa và phát triển kinh tế - xã hội, việc cung cấp nước sạch đạt tiêu chuẩn vệ sinh là yêu cầu thiết yếu nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng, duy trì cân bằng sinh thái và thúc đẩy các ngành kinh tế. Thành phố Quy Nhơn là trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa và du lịch của tỉnh Bình Định, được Thủ tướng Chính phủ công nhận là đô thị loại I trực thuộc tỉnh từ năm 2010. Theo định hướng phát triển tại Quyết định số 1672/QĐ-TTg ngày 30/11/2018 của Thủ tướng Chính phủ, thành phố phấn đấu trở thành trung tâm kinh tế biển quốc gia và đô thị quan trọng của vùng Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế, sự gia tăng dân số và sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp (Phú Tài, Long Mỹ, Nhơn Hội) cùng ngành du lịch - dịch vụ đòi hỏi hệ thống hạ tầng cấp nước phải được đầu tư xây dựng đồng bộ với công suất đáp ứng nhu cầu dài hạn.
Đồ án môn học "Công nghệ xử lý nước cấp: Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định" do nhóm sinh viên Khoa Môi trường và Tài nguyên, Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Thị Lan Thảo nhằm giải quyết bài toán cấp nước sạch cho đô thị này.
Các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu - thiết kế được xác định cụ thể như sau:
- Khảo sát, tổng hợp điều kiện tự nhiên, địa hình, khí tượng thủy văn và hiện trạng kinh tế - xã hội của thành phố Quy Nhơn.
- Dự báo quy mô dân số và tính toán tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho các đối tượng (sinh hoạt, công cộng, dịch vụ, công nghiệp, tưới cây, rửa đường, chữa cháy, rò rỉ và lượng nước dùng cho bản thân trạm xử lý) trong thời hạn quy hoạch 10 năm để xác lập công suất thiết kế trạm xử lý.
- Phân tích, đánh giá đặc tính chất lượng của nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm tại địa phương, làm cơ sở lựa chọn nguồn nước cấp tối ưu.
- Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp phù hợp với đặc thù nguồn nước ngầm nhiễm sắt và mangan nhẹ.
- Tính toán thiết kế chi tiết thông số công nghệ và kích thước hình học của các công trình đơn vị trong hệ thống trạm xử lý.
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống công trình thu, xử lý và phân phối nước cấp đô thị. Phạm vi không gian nghiên cứu bao gồm toàn bộ địa bàn thành phố Quy Nhơn (16 phường và 5 xã), tập trung vào nguồn nước ngầm khai thác tại lưu vực sông Hà Thanh và sông Côn. Phạm vi thời gian tính toán công suất thiết kế là giai đoạn quy hoạch 10 năm (2020 - 2030), xuất phát từ quy mô dân số năm 2020 là 293.000 người với tỷ lệ gia tăng dân số tự nhiên $a = 1{,}42%/\text{năm}$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế
Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng
Đồ án xây dựng dựa trên các cơ sở lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật môi trường và cấp thoát nước:
- Cơ chế hóa lý của quá trình khử sắt và mangan: Quá trình oxy hóa $Fe^{2+}$ thành $Fe^{3+}$ bằng oxy không khí thông qua làm thoáng:
$$4Fe(HCO_3)_2 + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4Fe(OH)_3\downarrow + 8CO_2$$
Kết tủa hydroxyt sắt(III) hình thành dạng bông cặn không tan, dễ dàng được tách bỏ qua các công trình lắng và lọc hạt. Đồng thời, quá trình làm thoáng giúp giải phóng khí $CO_2$ và $H_2S$, làm tăng giá trị pH của nước nguồn, thúc đẩy nhanh tốc độ thủy phân.
- Lý thuyết quá trình lắng trọng lực: Phân tích chuyển động của hạt cặn lơ lửng dưới tác dụng của trọng lực và lực đẩy thủy lực trong bể lắng ngang và bể lắng ly tâm, xác định vận tốc lắng tĩnh $u_0$ và ảnh hưởng của hệ số dòng chảy rối $\alpha$.
- Lý thuyết lọc qua lớp vật liệu hạt: Cơ chế giữ cặn cơ học kết hợp dính bám bề mặt hạt cát thạch anh, sự gia tăng tổn thất áp lực theo chu kỳ lọc và chế độ rửa lọc ngược bằng nước kết hợp gió.
- Hệ thống văn bản quy chuẩn, tiêu chuẩn: Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCXDVN 33:2006 "Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình - Tiêu chuẩn thiết kế"; Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống và sinh hoạt ban hành kèm theo Quyết định số 1329/2002/BYT/QĐ của Bộ Y tế; Quyết định số 1672/QĐ-TTg phê duyệt Đồ án điều chỉnh quy hoạch chung thành phố Quy Nhơn.
Phương pháp nghiên cứu và thiết kế
- Phương pháp thu thập, kế thừa tài liệu thứ cấp: Thu thập dữ liệu địa chất thủy văn, số liệu quan trắc chất lượng nước bãi giếng ngầm sông Hà Thanh từ Dự án Vie-2146-2005 của Công ty Cấp thoát nước Bình Định; số liệu dân số, hạ tầng và định hướng phát triển từ Niên giám thống kê thành phố Quy Nhơn.
- Phương pháp tính toán nhu cầu dùng nước: Sử dụng phương pháp định mức dùng nước theo đầu người và đối tượng tiêu thụ dựa trên TCXDVN 33:2006 kết hợp công thức tăng trưởng dân số mũ để xác định lưu lượng ngày lớn nhất ($Q_{\text{ng.max}}$), lưu lượng giờ lớn nhất ($Q_{\text{h.max}}$) và các hệ số không điều hòa ($K_{\text{ng}}$, $K_{\text{giờ}}$).
- Phương pháp tính toán thủy lực công trình xử lý: Thiết lập và giải các phương trình thủy lực để xác định kích thước vùng lắng, diện tích bề mặt tháp làm thoáng, phân phối khí nén, đường kính ống dẫn nước, máng răng cưa thu nước, tổn thất áp lực qua lớp vật liệu tiếp xúc và lớp cát lọc.
- Phương pháp so sánh phương án công nghệ: So sánh chỉ tiêu kỹ thuật giữa phương án bể lắng ngang và bể lắng ly tâm trong xử lý nước ngầm công suất lớn.
Thiết kế và tính toán kỹ thuật hệ thống
Hệ thống xử lý nước cấp thành phố Quy Nhơn được thiết kế với tổng công suất xử lý $Q = 105.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ ($4.375\text{ m}^3/\text{h}$).
Tổng hợp nhu cầu dùng nước và công suất trạm
Dân số tính toán sau 10 năm đạt $N = 293.000 \times (1 + 0{,}0142)^{10} = 337.367{,}84\text{ người}$.
| STT |
Thành phần tiêu thụ nước |
Cơ sở tính toán / Định mức |
Lưu lượng tính toán ($\text{m}^3/\text{ngày đêm}$) |
| 1 |
Nước sinh hoạt dân cư ($Q_{\text{tb.sh}}$) |
$q_i = 200\text{ l/người.ngđ}$, tỷ lệ cấp $f_i = 99%$, $K_{\text{ng.max}} = 1{,}3$ |
$86.838{,}48$ |
| 2 |
Bệnh viện đa khoa tỉnh Bình Định |
$1.050\text{ giường nội trú}$, $1.300\text{ cán bộ}$ ($q = 300\text{ l/giường}$) |
$705{,}00$ |
| 3 |
Trường Đại học Quy Nhơn |
$1.200\text{ sinh viên}$ |
$90{,}00$ |
| 4 |
Khách sạn The Central |
$18\text{ phòng}$ ($33\text{ giường}$, định mức $250\text{ l/giường}$) |
$8{,}25$ |
| 5 |
Công nghiệp (Cty TNHH SX TM DV Thiên Ân) |
$2.000\text{ công nhân}$ ($q = 25\text{ l/người}$) |
$50{,}00$ |
| 6 |
Tưới cây xanh và rửa đường |
$F_{\text{cx}} = 6.048{,}25\text{ m}^2$ ($5\text{ l/m}^2$), $F_{\text{đ}} = 23.250{,}97\text{ m}^2$ ($0{,}4\text{ l/m}^2$) |
$39{,}54$ |
| 7 |
Nước rò rỉ, thất thoát mạng lưới |
$10%$ tổng lưu lượng nước hữu ích ($87.731{,}27\text{ m}^3/\text{ngđ}$) |
$8.773{,}13$ |
| 8 |
Nước chữa cháy dự phòng |
$3\text{ đám cháy đồng thời} \times 3\text{ giờ} \times 60\text{ l/s}$ |
$1.944{,}00$ |
| 9 |
Nước tự dùng cho bản thân trạm xử lý |
Theo tỷ lệ công nghệ |
$5.790{,}27$ |
| Tổng |
Tổng lưu lượng tính toán toàn hệ thống |
$Q_{\text{tổng}} = Q_{\text{tml}} + Q_{\text{cc}} + Q_{\text{bttxl}}$ |
$104.238{,}67 \rightarrow \text{Chọn } 105.000$ |
Dây chuyền công nghệ đề xuất
Trạm bơm giếng ngầm (Cấp 1) $\rightarrow$ Tháp làm thoáng cưỡng bức $\rightarrow$ Bể lắng ngang (hoặc Bể lắng ly tâm / Bể lọc sơ bộ) $\rightarrow$ Bể lọc tinh (Bể lọc nhanh cát thạch anh) $\rightarrow$ Bể khử trùng (Châm hóa chất Clo) $\rightarrow$ Bể chứa nước sạch $\rightarrow$ Trạm bơm cấp 2 $\rightarrow$ Mạng lưới tiêu thụ.
Kèm theo dây chuyền phụ trợ: Bể tuần hoàn thu hồi nước rửa lọc và Hồ cô đặc, nén, phơi bùn cặn.
Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật các công trình đơn vị
| Hạng mục công trình |
Số lượng đơn nguyên |
Thông số hình học chính |
Thông số công nghệ và thủy lực |
| Trạm bơm cấp 1 |
$32\text{ bơm giếng}$ |
Bơm chìm giếng khoan làm việc song song |
$Q_{\text{bơm}} = 138\text{ m}^3/\text{h}$ ($38\text{ l/s}$), chế độ bơm liên tục 24/24h |
| Tháp làm thoáng cưỡng bức |
$8\text{ tháp}$ |
Tháp tròn, đường kính $D = 3{,}8\text{ m}$, diện tích $f = 11\text{ m}^2/\text{tháp}$, chiều cao tổng thể $H = 3{,}3\text{ m}$ |
Cường độ mưa $q_m = 50\text{ m}^3/\text{m}^2.\text{h}$; chiều cao lớp đệm $H_{\text{vltx}} = 1{,}5\text{ m}$; 2 quạt cấp khí $Q_g = 6\text{ m}^3/\text{s}$, áp lực $H_g = 0{,}8\text{ m}$; ống chính $D400$, 24 ống nhánh $D70$ ($560\text{ lỗ } d10$) |
| Bể lắng ngang (Phương án 1) |
$4\text{ bể}$ |
Kích thước mỗi bể: $L \times B \times H = 89\text{ m} \times 9{,}6\text{ m} \times 3{,}0\text{ m}$ (chia 3 ngăn, mỗi ngăn rộng $3{,}2\text{ m}$), $H_{\text{tổng}} = 4{,}0\text{ m}$ |
Lưu lượng $Q_{\text{bể}} = 1.093{,}7\text{ m}^3/\text{h}$; tốc độ lắng cặn sắt $u_0 = 0{,}65\text{ mm/s}$; $Re = 8.160 < 20.000$; $Fr = 1{,}0 \times 10^{-5}$; máng thu nước răng cưa chữ V dài $45\text{ m}$ |
| Bể lắng ly tâm (Phương án so sánh) |
$4\text{ bể}$ |
Bể tròn, bán kính $R = 29\text{ m}$ ($D = 58\text{ m}$), chiều sâu công tác $H = 3{,}32\text{ m}$, độ dốc đáy $i = 0{,}08$ |
Diện tích vùng lắng $F = 2.648\text{ m}^2$; tốc độ dòng chảy $v_0 = 6{,}7\text{ mm/s}$; $Re = 9.203{,}35$; $Fr = 2{,}54 \times 10^{-5}$; máng thu nước chu vi $91\text{ m}$ ($910\text{ khe chữ V}$); cào bùn quay 2 vòng/h |
| Bể lọc tinh (Lọc nhanh) |
Bố trí nhiều ngăn |
Lớp cát lọc thạch anh dày $700\text{ mm}$ ($d = 0{,}5 - 1{,}25\text{ mm}$, $d_{\text{tđ}} = 0{,}6 - 0{,}65\text{ mm}$) |
Tổng diện tích lọc $F = 899\text{ m}^2$; tốc độ lọc bình thường $V_{\text{bt}} = 5\text{ m/h}$; cường độ rửa lọc $W = 14\text{ l/s.m}^2$ |
| Bể tuần hoàn nước rửa lọc |
$1\text{ bể}$ |
Dạng bể tròn, đường kính $D = 12\text{ m}$, chiều cao $H = 5\text{ m}$ |
Thể tích điều hòa lưu lượng $V = 480\text{ m}^3$; lưu lượng xả rửa lọc ngày đêm $W_{\text{th}} = 1.680\text{ m}^3/\text{ngđ}$; bơm tuần hoàn $Q_{\text{th}} = 200\text{ m}^3/\text{h}$ |
| Hồ cô đặc, nén và phơi bùn |
$1\text{ hồ}$ |
Mặt bằng hình chữ nhật: $B \times L = 28\text{ m} \times 70\text{ m}$, diện tích $F = 1.927\text{ m}^2$, chiều cao $H = 1{,}56\text{ m}$ |
Lượng bùn khô sinh ra $G = 2.355{,}15\text{ kg/ngày}$; chu kỳ lưu bùn 3 tháng ($211.983{,}5\text{ kg}$); đáy lót 3 tầng sỏi đỡ ($20\text{ mm}$, $8\text{ mm}$, $2\text{ mm}$ dày tổng cộng $400\text{ mm}$) |
Nội dung chính theo từng chương
Tổng quan về thành phố Quy Nhơn
Chương trình bày vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, khí hậu và tình hình kinh tế - xã hội của thành phố Quy Nhơn. Thành phố có diện tích tự nhiên $286\text{ km}^2$, dân số năm 2019 là $290.053\text{ người}$ (khu vực thành thị chiếm $91%$). Về mặt địa hình và thủy văn, thành phố có bờ biển dài $72\text{ km}$, chịu ảnh hưởng lũ lụt từ sông Hà Thanh và sông Côn vào mùa mưa, trong khi mùa khô kéo dài gây cạn kiệt nguồn nước mặt. Cơ cấu kinh tế chuyển dịch mạnh sang công nghiệp và dịch vụ cảng biển, du lịch thu hút trên $7{,}8\text{ triệu lượt khách}$ (năm 2019). Tác giả làm rõ cơ sở lựa chọn tầng chứa nước ngầm tại lưu vực sông Hà Thanh và bán đảo Phương Mai với trữ lượng dồi dào, đóng vai trò nguồn cung cấp nước ổn định.
Tính toán công suất trạm xử lý
Chương này thực hiện các bước tính toán dự báo dân số theo công thức tăng trưởng hình học và tính toán phân bổ lưu lượng chi tiết cho từng nhóm đối tượng tiêu thụ theo tiêu chuẩn TCXDVN 33:2006. Tác giả tính toán lưu lượng tiêu dùng sinh hoạt ($86.838{,}48\text{ m}^3/\text{ngđ}$), nhu cầu cơ sở y tế Bệnh viện Đa khoa tỉnh ($705\text{ m}^3/\text{ngđ}$), Đại học Quy Nhơn ($90\text{ m}^3/\text{ngđ}$), khách sạn The Central ($8{,}25\text{ m}^3/\text{ngđ}$), Công ty Thiên Ân tại KCN Phú Tài ($50\text{ m}^3/\text{ngđ}$), lưu lượng tưới cây xanh - rửa đường ($39{,}54\text{ m}^3/\text{ngđ}$), dự phòng chữa cháy ($1.944\text{ m}^3/\text{ngđ}$), thất thoát rò rỉ ($8.773{,}13\text{ m}^3/\text{ngđ}$) và nước tự dùng trạm xử lý ($5.790{,}27\text{ m}^3/\text{ngđ}$). Từ đó chốt công suất danh định cho trạm xử lý là $105.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
Tổng quan lý thuyết và chất lượng nước
Nội dung chương tập trung so sánh đặc tính lý hóa giữa nước mặt và nước ngầm. Nước ngầm có ưu điểm nhiệt độ ổn định, hàm lượng chất rắn lơ lửng rất thấp ($30 - 50\text{ mg/l}$), ít chịu ô nhiễm vi sinh bề mặt nhưng thường có hàm lượng khí $CO_2$ hòa tan cao, thiếu hụt oxy và chứa sắt ($Fe^{2+}$), mangan ($Mn^{2+}$). Chương cũng phân tích chi tiết các phương pháp xử lý cơ học (song chắn rác, lắng ngang, lắng đứng, lắng ly tâm, lọc hạt nhanh, lọc chậm) và hóa lý (làm thoáng tự nhiên, làm thoáng cưỡng bức, keo tụ - tạo bông bằng phèn nhôm $Al_2(SO_4)_3$, phèn sắt, khử trùng bằng Clo, Ozone, tia UV).
Đề xuất công nghệ
Dựa trên kết quả phân tích chất lượng nước bãi giếng Hà Thanh (dự án Vie-2146-2005), nguồn nước có $pH = 6{,}7 - 7{,}0$, tổng cặn $90 - 335\text{ mg/l}$, độ cứng toàn phần $12 - 163\text{ mg/l } CaCO_3$, sắt tổng số biến thiên $<0{,}01 - 0{,}28\text{ mg/l}$, mangan $0{,}03 - 0{,}6\text{ mg/l}$ và các hợp chất nitơ đều nằm trong ngưỡng QĐ 1329/2002/BYT/QĐ. Tác giả quyết định lựa chọn nguồn nước ngầm và đề xuất công nghệ khử sắt chủ đạo bằng phương pháp làm thoáng cưỡng bức nhằm nâng cao hàm lượng oxy hòa tan và nâng pH, tiếp nối bằng quá trình lắng, lọc nhanh qua cát thạch anh và khử trùng bằng Clo mà không cần bổ sung hóa chất keo tụ đắt tiền.
Thiết kế tính toán hệ thống
Chương này chiếm khối lượng tính toán lớn nhất trong đồ án, trình bày chi tiết công thức, thứ tự tính toán và kết quả kích thước hình học của từng công trình đơn vị:
- Thiết kế 8 tháp làm thoáng cưỡng bức ($D = 3{,}8\text{ m}$, $H = 3{,}3\text{ m}$) với hệ thống phân phối nước gồm ống chính $D400$ và 24 ống nhánh $D70$ đục 560 lỗ phân phối; hệ thống quạt gió công suất cấp khí $6\text{ m}^3/\text{s}$ ở áp lực $0{,}8\text{ m}$.
- Thiết kế và kiểm tra thủy lực bể lắng ngang 4 đơn nguyên ($89\text{ m} \times 9{,}6\text{ m} \times 3\text{ m}$), vận tốc dòng chảy $v_0 = 10{,}54 - 15{,}7\text{ mm/s}$, chỉ số Reynolds và Froude thỏa mãn điều kiện chuyển động chảy tầng ổn định.
- Tính toán bể lắng ly tâm đường kính $58\text{ m}$ với máng thu răng cưa và cầu cào bùn trục quay tâm.
- Tính toán bể lọc tinh cát thạch anh diện tích $899\text{ m}^2$, hệ thống phân phối nước và gió rửa lọc ngược.
- Thiết kế công trình xử lý phụ trợ: Bể tuần hoàn thu hồi nước rửa lọc đường kính $12\text{ m}$, cao $5\text{ m}$ (dung tích $480\text{ m}^3$) và Hồ cô đặc, nén, phơi bùn diện tích $1.927\text{ m}^2$ chịu tải lượng bùn khô $2.355{,}15\text{ kg/ngày}$.
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính
- Xác lập hoàn chỉnh luận chứng kinh tế - kỹ thuật và hồ sơ tính toán công nghệ cho trạm xử lý nước cấp đô thị loại I có công suất lớn $105.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, đáp ứng cấp nước sinh hoạt cho $337.368\text{ dân cư}$ Quy Nhơn đến năm 2030 cùng các hoạt động công nghiệp, du lịch.
- Lựa chọn giải pháp công nghệ làm thoáng cưỡng bức kết hợp lắng - lọc hạt truyền thống, tận dụng đặc tính nguồn nước ngầm bãi giếng sông Hà Thanh để tối ưu hóa chi phí xử lý (không sử dụng hóa chất keo tụ tạo bông).
- Tính toán cụ thể các chỉ tiêu kích thước, thông số thủy lực của chuỗi công trình xử lý chính và các công trình bảo vệ môi trường đi kèm (thu hồi $1.680\text{ m}^3/\text{ngày}$ nước rửa lọc và xử lý $211{,}98\text{ tấn cặn bùn}$ mỗi 3 tháng).
Giải pháp và kiến nghị
- Sử dụng trạm bơm cấp 1 gồm 32 máy bơm chìm giếng khoan hoạt động song song tại các bãi giếng lưu vực sông Hà Thanh và sông Côn nhằm đảm bảo phân vùng khai thác hợp lý, chống sụt lún và cạn kiệt tầng chứa nước cục bộ.
- Áp dụng giải pháp tuần hoàn toàn bộ lượng nước xả sau rửa lọc quay trở lại đầu trạm xử lý, giúp tiết kiệm tài nguyên nước ngầm và nâng cao hiệu quả thu hồi nước sạch của nhà máy.
- Bố trí hồ nén và phơi bùn có hệ thống tầng sỏi lọc ba lớp thu nước rỉ đáy để làm khô bùn hydroxyt sắt trước khi vận chuyển đi chôn lấp hợp vệ sinh.
Đóng góp về mặt học thuật và thực tiễn
Đồ án thể hiện tính hệ thống và chuẩn mực trong phương pháp tính toán công nghệ cấp thoát nước theo tiêu chuẩn TCXDVN 33:2006. Nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về chu trình tính toán thủy lực cho các công trình xử lý nước ngầm công suất lớn, đặc biệt là bảng so sánh tính toán song song giữa hai mô hình lắng ngang và lắng ly tâm.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Đồ án là công trình thiết kế môn học nên tập trung chủ yếu vào tính toán công nghệ và kích thước thủy lực cơ sở; chưa đi sâu vào tính toán kết cấu bê tông cốt thép, mô phỏng thủy lực mạng lưới đường ống cấp 2 ngoài đô thị, cũng như chưa thiết lập hệ thống tự động hóa đo đạc, giám sát và điều khiển (SCADA). Bên cạnh đó, đồ án chưa phân tích chi tiết tổng mức đầu tư (CAPEX) và chi phí vận hành thường niên (OPEX) để đánh giá tài chính toàn diện giữa các phương án lắng.
- Hướng phát triển tiếp:
- Nghiên cứu tích hợp hệ thống châm hóa chất khử trùng tự động theo nồng độ Clo dư thực tế trên mạng lưới.
- Ứng dụng phần mềm chuyên ngành (như EPANET) để mô phỏng áp lực và thủy lực dòng chảy trên toàn bộ mạng lưới truyền tải cấp 2 của thành phố Quy Nhơn.
- Đánh giá tính kinh tế chi tiết giữa phương án bể lắng ngang và bể lắng ly tâm nhằm tối ưu hóa diện tích xây dựng và chi phí điện năng vận hành cầu gạt bùn.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tư liệu học thuật và kỹ thuật giá trị cho:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Cấp thoát nước, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị và Quản lý Tài nguyên Nước đang thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp hoặc các chuyên đề tính toán công trình xử lý nước cấp.
- Kỹ sư thiết kế hạ tầng cấp thoát nước tham khảo chuỗi công thức tính toán kiểm tra thủy lực tháp làm thoáng cưỡng bức, bể lắng cặn sắt, bể lọc cát nhanh và công trình phụ trợ thu hồi nước rửa lọc.
- Nội dung đáng tham khảo nhất là bảng tính toán phân bổ lưu lượng chi tiết cho các đối tượng đô thị thực tế và các bước tính toán hệ thống phân phối nước - cấp khí nén cho tháp làm thoáng.
Câu hỏi thường gặp
1. Trạm xử lý nước cấp thành phố Quy Nhơn được thiết kế với công suất bao nhiêu và đáp ứng cho quy mô dân số nào?
Trạm xử lý được thiết kế với tổng công suất $105.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ ($4.375\text{ m}^3/\text{h}$), đáp ứng nhu cầu sử dụng nước của $337.367{,}84\text{ người}$ vào năm 2030 (tính từ mốc $293.000\text{ người}$ năm 2020 với tốc độ tăng trưởng dân số $1{,}42%/\text{năm}$ trong niên hạn 10 năm) cùng các nhu cầu dịch vụ, công nghiệp, du lịch và chữa cháy.
2. Tại sao đồ án lựa chọn nguồn nước ngầm bãi giếng Hà Thanh thay vì khai thác nước mặt sông Hà Thanh?
Nguồn nước mặt sông Hà Thanh chịu ảnh hưởng kép: mùa lũ nhận lũ quét từ vùng núi Vân Canh và triều cường xâm nhập, mùa khô lưu lượng cạn kiệt thiếu ổn định. Trong khi đó, nguồn nước ngầm bãi giếng Hà Thanh có trữ lượng dồi dào, chất lượng ổn định, độ đục và cặn lơ lửng rất thấp ($30 - 50\text{ mg/l}$), hàm lượng sắt và mangan ở mức cho phép hoặc nhiễm nhẹ, không bị ô nhiễm hữu cơ phức tạp, giúp đơn giản hóa dây chuyền xử lý và tiết kiệm chi phí hóa chất keo tụ.
3. Tháp làm thoáng cưỡng bức trong hệ thống có thông số thiết kế và cấp khí như thế nào?
Hệ thống gồm 8 tháp làm thoáng hình trụ tròn, đường kính mỗi tháp $D = 3{,}8\text{ m}$ ($f = 11\text{ m}^2$), tổng chiều cao $H = 3{,}3\text{ m}$ (lớp vật liệu đệm tiếp xúc cao $1{,}5\text{ m}$). Hệ thống cấp khí gồm 2 quạt gió (mỗi quạt cấp cho 4 tháp) với lưu lượng gió $Q_g = 6\text{ m}^3/\text{s}$ và áp lực gió $H_g = 0{,}8\text{ m}$, cấp qua ống chính $D650$ và ống nhánh $D350$.
4. Kích thước và thông số thủy lực kiểm tra của bể lắng ngang (Phương án 1) được xác định ra sao?
Hệ thống gồm 4 bể lắng ngang, mỗi bể chia thành 3 ngăn ($3{,}2\text{ m}/\text{ngăn}$), kích thước tổng thể $L \times B \times H = 89\text{ m} \times 9{,}6\text{ m} \times 3{,}0\text{ m}$ (chiều cao toàn phần kể cả bảo vệ và chứa bùn là $4{,}0\text{ m}$). Vận tốc dòng chảy đạt $10{,}54\text{ mm/s}$, số Reynolds $Re = 8.160 < 20.000$ và số Froude $Fr = 1{,}0 \times 10^{-5} > 10^{-5}$, đảm bảo dòng chảy ở trạng thái tầng ổn định cho cặn lắng tốt.
5. Lượng bùn cặn phát sinh từ trạm xử lý được tính toán và xử lý bằng công trình gì?
Lượng bùn cặn hydroxyt sắt khô sinh ra hàng ngày là $G = 2.355{,}15\text{ kg/ngày}$ (tương đương $211{,}98\text{ tấn}$ trong 3 tháng). Lượng bùn này được dẫn về Hồ cô đặc, nén và phơi bùn có kích thước mặt bằng $28\text{ m} \times 70\text{ m}$ (diện tích $1.927\text{ m}^2$, chiều cao $1{,}56\text{ m}$) với đáy lót 3 tầng sỏi đỡ để tách nước và làm khô bùn trước khi thu gom.
Kết luận
Đồ án môn học "Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định" đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán công nghệ cấp nước đô thị với công suất thiết kế $105.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$. Việc lựa chọn nguồn nước ngầm kết hợp công nghệ làm thoáng cưỡng bức - lắng - lọc cát nhanh - khử trùng Clo là giải pháp kỹ thuật hợp lý, phù hợp với đặc thù chất lượng nước địa phương và tối ưu hóa chi phí vận hành. Toàn bộ thông số hình học, thủy lực của các công trình chính và phụ trợ (thu hồi nước rửa lọc, phơi nén bùn) được tính toán chuẩn xác theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành, tạo nền tảng vững chắc cho việc triển khai các bước thiết kế kỹ thuật tiếp theo.
