I. Tổng quan về đồ án thiết kế nhà máy nước Tân Hiệp III
Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung thiết kế mở rộng nhà máy nước Tân Hiệp III. Công trình có công suất thiết kế đạt 300.000 m³/ngày. Giai đoạn thực hiện quy hoạch trải dài từ năm 2020 đến năm 2030. Đề tài do sinh viên Phan Lê Gia Thuận thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Quỳnh Mai và KS. Trần Kim Thạch. Thành phố Hồ Chí Minh đối mặt với áp lực gia tăng dân số nhanh. Nhu cầu sử dụng nước sạch của các đô thị vệ tinh tăng mạnh. Nguồn khai thác nước ngầm hiện hữu gây sụt lún nghiêm trọng. Do đó, mở rộng hệ thống cấp nước mặt trở thành nhiệm vụ cấp bách. Dự án Tân Hiệp III giữ vai trò chiến lược trong mạng lưới cấp nước khu vực phía Tây và Tây Bắc thành phố. Công trình tiếp nhận nguồn nước thô từ sông Sài Gòn. Toàn bộ thiết kế bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành như TCVN 33:2006 và QCVN 08:2023/BTNMT. Mục tiêu chính là bảo đảm nguồn nước sạch an toàn, ổn định và bền vững lâu dài cho cộng đồng.
1.1. Bối cảnh quy hoạch cấp nước TP.HCM đến 2030
Hệ thống cấp nước TP.HCM đang mở rộng theo lộ trình phát triển đô thị. Thành phố chủ trương giảm dần việc khai thác nước ngầm. Biện pháp này nhằm bảo vệ tầng ngậm nước và chống sụt lún địa tầng. Công suất cấp nước toàn thành phố cần bổ sung thêm lượng lớn nước mặt. Nhà máy nước Tân Hiệp hiện hữu không còn đủ khả năng đáp ứng nhu cầu gia tăng. Do đó, dự án Tân Hiệp III được xây dựng với công suất 300.000 m³/ngày. Công trình bổ sung áp lực nước cho mạng lưới đường ống cấp một. Dự án phục vụ dân cư tại huyện Hóc Môn, Bình Chánh và quận lân cận. Quy hoạch này khẳng định tính tất yếu của công trình trong giai đoạn 2020-2030.
1.2. Mục tiêu kỹ thuật và phạm vi thiết kế đề tài
Đề tài hướng tới việc xác lập quy trình công nghệ xử lý nước mặt hoàn chỉnh. Công suất thiết kế đạt chuẩn 300.000 m³/ngày đêm. Nguồn nước cấp lấy trực tiếp từ sông Sài Gòn tại vị trí quy hoạch. Mục tiêu kỹ thuật bao gồm tính toán thủy lực cho từng đơn vị công trình. Kích thước bể trộn, bể phản ứng, bể lắng và bể lọc được xác định chính xác. Đề tài lập dự toán kinh tế chi tiết cho các hạng mục xây dựng và thiết bị. Bản vẽ kỹ thuật thể hiện đầy đủ mặt bằng và mặt cắt dây chuyền. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu tin cậy cho công tác đầu tư hạ tầng cấp nước đô thị.
II. Phân tích hiện trạng nguồn nước cấp nhà máy nước Tân Hiệp III
Chất lượng nước sông Sài Gòn phản ánh nhiều thách thức đối với hệ thống cấp nước sạch. Nguồn nước chịu ảnh hưởng bởi thủy triều và nước thải sinh hoạt thượng nguồn. Hàm lượng cặn lơ lửng, chất hữu cơ và vi sinh vật luôn biến động theo mùa. Mùa khô thường ghi nhận hiện tượng xâm nhập mặn sâu vào đất liền. Nồng độ amoni và độ màu có xu hướng gia tăng cục bộ. Những biến số này đòi hỏi dây chuyền công nghệ phải có độ linh hoạt cao. Nếu không có biện pháp xử lý chuẩn xác, rủi ro tắc nghẽn màng lọc hoặc suy giảm chất lượng nước sau lọc rất dễ xảy ra. Bên cạnh đó, việc suy giảm mực nước ngầm tại khu vực TP.HCM đang đặt ra yêu cầu cấp thiết. Mức khai thác ngầm trước đây gây sụt lún đất và ô nhiễm nguồn nước ngầm tầng nông. Dự án Tân Hiệp III đóng vai trò then chốt trong việc thay thế nguồn nước ngầm bằng nước mặt. Phân tích dữ liệu theo tiêu chuẩn QCVN 08:2023/BTNMT cho thấy nhu cầu phải tiền xử lý kết hợp lắng lọc tiên tiến. Bài toán công nghệ cần xử lý triệt để độ đục và chất hữu cơ trước khi khử trùng. Sự ổn định của nguồn nước thành phẩm là yêu cầu cao nhất của đồ án.
2.1. Biến động thủy văn và độ mặn sông Sài Gòn
Sông Sài Gòn chịu tác động mạnh từ chế độ bán nhật triều không đều. Biên độ triều lớn làm thay đổi dòng chảy liên tục trong ngày. Vào mùa kiệt, lưu lượng nước ngọt từ thượng nguồn hồ Dầu Tiếng giảm xuống. Nước mặn từ hạ lưu xâm nhập sâu qua trạm bơm Hòa Phú. Nồng độ clorua và tổng chất rắn hòa tan có thời điểm tăng cao. Hiện tượng này đe dọa trực tiếp chất lượng nước thô đầu vào. Đồ án khảo sát kỹ chu kỳ xâm nhập mặn trong nhiều năm liên tiếp. Việc giám sát số liệu giúp xây dựng kịch bản vận hành lấy nước hợp lý. Các giải pháp kiểm soát độ mặn bảo đảm dây chuyền xử lý hoạt động liên tục và an toàn.
2.2. Áp lực giảm khai thác nước dưới đất đô thị
Khai thác nước ngầm quá mức dẫn đến nhiều hệ lụy môi trường nghiêm trọng. Mực nước dưới đất tại các quận ven TP.HCM hạ thấp liên tục qua các năm. Tình trạng sụt lún công trình và nhiễm mặn tầng nước ngầm diễn biến phức tạp. Thành phố đã ban hành kế hoạch giảm dần sản lượng khai thác giếng khoan. Nguồn nước sạch thương phẩm từ hệ thống tập trung phải bù đắp phần thiếu hụt. Tân Hiệp III là mảnh ghép chiến lược nhằm gánh vác nhu cầu cấp nước mới. Công trình cung ứng nguồn nước ổn định cho sinh hoạt và sản xuất công nghiệp. Điều này tạo nền tảng vững chắc để đóng cửa các giếng khoan tự phát.
III. Giải pháp công nghệ xử lý tại nhà máy nước mới Tân Hiệp III
Đồ án đưa ra hai phương án dây chuyền công nghệ để so sánh kỹ thuật và kinh tế. Phương án một sử dụng công nghệ truyền thống cải tiến. Dây chuyền bao gồm bể trộn cơ học, bể phản ứng tạo bông có tầng cặn, bể lắng lamen và bể lọc nhanh trọng lực. Phương án hai áp dụng công nghệ màng lọc hiện đại như UF kết hợp lắng bậc cao. Sau quá trình phân tích đa tiêu chí, phương án truyền thống kết hợp lắng Lamella được lựa chọn nhờ tính khả thi cao. Dây chuyền này bảo đảm chi phí đầu tư ban đầu hợp lý và thuận tiện trong vận hành. Quy trình xử lý bắt đầu bằng công đoạn châm hóa chất keo tụ PAC và điều chỉnh pH bằng vôi. Nước thô sau khi hòa trộn hóa chất đi qua khối tạo bông cơ học để hình thành bông cặn lớn. Khối lắng Lamella tăng cường hiệu suất lắng hạt cặn nhỏ với tốc độ xử lý nhanh. Nước trong tiếp tục chảy qua bể lọc nhanh sử dụng lớp vật liệu lọc cát thạch anh và than hoạt tính. Cuối cùng, clo được châm vào bể chứa nước sạch để khử trùng triệt để vi sinh vật gây bệnh. Nước đầu ra đạt quy chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT về nước sạch sinh hoạt.
3.1. So sánh lựa chọn dây chuyền công nghệ tối ưu
Tác giả tiến hành so sánh toàn diện giữa hai phương án công nghệ khả thi. Phương án một kết hợp keo tụ tạo bông, lắng Lamella và lọc nhanh truyền thống. Phương án hai ứng dụng khối màng lọc UF hiện đại với hiệu quả tách hạt siêu mịn. Mặc dù công nghệ màng cho chất lượng nước cao, chi phí lắp đặt và bảo dưỡng màng rất lớn. Nguồn nước sông Sài Gòn có độ đục cao dễ làm suy giảm tuổi thọ màng lọc. Trong khi đó, cụm bể lắng Lamella tiết kiệm tới bốn mươi phần trăm diện tích xây dựng so với bể lắng ngang. Do đó, phương án lắng Lamella kết hợp lọc nhanh được lựa chọn làm giải pháp tối ưu.
3.2. Tính toán kỹ thuật và thiết kế công trình đơn vị
Quá trình tính toán kỹ thuật xác lập thông số cụ thể cho từng hạng mục công trình. Trạm bơm nước thô được tính toán lưu lượng phù hợp công suất 300.000 m³/ngày. Bể trộn thủy lực bảo đảm xáo trộn hóa chất đều trong thời gian ngắn. Bể phản ứng tạo bông có vách ngăn tạo điều kiện hình thành bông cặn kết tụ tốt. Cụm bể lắng Lamella gồm nhiều đơn nguyên vận hành song song, giúp bảo đảm lưu lượng lắng liên tục. Bể lọc nhanh sử dụng hệ thống rửa ngược bằng nước và khí nén tự động. Bể chứa nước sạch dự trữ dung tích điều hòa nhu cầu sử dụng trong ngày. Thiết kế bảo đảm an toàn vận hành và tiết kiệm năng lượng điện tiêu thụ.
IV. Kết luận và ứng dụng đồ án nhà máy nước sạch Tân Hiệp III
Đồ án tốt nghiệp tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM hoàn thành trọn vẹn mục tiêu đề ra. Thiết kế chứng minh tính khả thi cao về cả phương diện kỹ thuật lẫn kinh tế. Dây chuyền xử lý 300.000 m³/ngày đêm xử lý hiệu quả nguồn nước sông Sài Gòn. Các thông số thiết kế tuân thủ nghiêm ngặt quy chuẩn môi trường hiện hành của Việt Nam. Giải pháp công nghệ lắng Lamella kết hợp lọc nhanh giúp tiết kiệm quỹ đất xây dựng. Chi phí đầu tư và chi phí vận hành được tối ưu hóa rõ rệt so với công nghệ màng lọc đắt đỏ. Công trình mang lại giá trị thực tiễn to lớn cho hệ thống cấp nước đô thị TP.HCM. Dự án góp phần giải quyết tình trạng thiếu hụt nước sạch tại khu vực mở rộng. Việc đưa nhà máy vào vận hành sẽ giảm thiểu áp lực khai thác nước dưới đất. Điều này giúp ngăn chặn hiện tượng sụt lún nền địa chất và xâm nhập mặn tầng sâu. Hơn nữa, đồ án đóng vai trò tài liệu tham khảo học thuật giá trị cao cho sinh viên ngành môi trường. Mô hình tính toán là nguồn tư liệu hữu ích cho các dự án mở rộng nhà máy nước tương lai.
4.1. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật của giải pháp đề xuất
Phương án đề xuất mang lại hiệu quả vượt trội về mặt chi phí và kỹ thuật. Việc áp dụng tấm lắng lamen giúp giảm diện tích mặt bằng xây dựng đáng kể. Chi phí xây dựng cụm lắng và lọc giảm hơn hai mươi lăm phần trăm. Hệ thống tiêu thụ điện năng ở mức vừa phải, giảm chi phí vận hành lâu dài. Hóa chất sử dụng là phèn nhôm và PAC phổ biến, dễ mua với giá thành ổn định. Thời gian thi công và lắp đặt trang thiết bị được rút ngắn tối đa. Tuổi thọ công trình kéo dài với chi phí bảo dưỡng định kỳ thấp. Dự án khẳng định tính cân đối hài hòa giữa vốn đầu tư và chất lượng thành phẩm.
4.2. Hướng phát triển và khuyến nghị vận hành thực tế
Để duy trì hiệu suất cao, trạm xử lý cần áp dụng hệ thống điều khiển SCADA tự động. Việc tự động hóa giúp kiểm soát liều lượng hóa chất keo tụ theo độ đục nước sông. Ban quản lý cần thiết lập trạm quan trắc tự động tại điểm thu nước thô Hòa Phú. Công tác quan trắc cảnh báo sớm hiện tượng nhiễm mặn hoặc tràn dầu bất thường. Vào những ngày mặn xâm nhập cao, trạm bơm cần điều chỉnh lịch bơm theo con nước triều thấp. Đề tài khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu bổ sung mô-đun lọc than hoạt tính dạng hạt. Bước đi này giúp xử lý triệt để các hợp chất vi ô nhiễm hữu cơ mới phát sinh trong tương lai.
