Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
- Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn: Nước sạch là yếu tố thiết yếu duy trì sự sống và kiểm soát dịch bệnh lây truyền qua nguồn nước. Tại các vùng nông thôn, gần 50% số hộ gia đình chưa được tiếp cận nước sạch hợp vệ sinh; trong khi đó, nhu cầu nước sinh hoạt tại các khu vực đô thị và phụ cận không ngừng gia tăng. Tác động của biến đổi khí hậu, hiện tượng nước biển dâng kết hợp với triều cường làm gia tăng mức độ xâm nhập mặn vào sâu trong các hệ thống sông ngòi tự nhiên. Huyện Cần Giờ (TP. Hồ Chí Minh) là địa bàn có đặc điểm địa chất thủy văn thuộc phân vị trầm tích tầng Holocen có bề dày lớn, bị nhiễm mặn sâu và lan tỏa, khiến trữ lượng nước ngầm ngọt cực kỳ khan hiếm (chỉ xuất hiện cục bộ ở các giồng cát xã Long Hòa nhưng cũng thường xuyên nhiễm phèn, mặn). Nguồn nước mặt dồi dào từ mạng lưới sông ngòi cửa sông Đồng Nai – Sài Gòn chịu tác động trực tiếp của chế độ bán nhật triều Biển Đông nên có độ mặn rất cao. Lượng nước sạch tiêu thụ tại huyện Cần Giờ năm 2006 đạt 1,3 triệu $\text{m}^3$ và tăng trưởng bình quân 10%/năm. Căn cứ định mức tối thiểu 32 $\text{m}^3/\text{người/năm}$, với quy mô dân số khoảng 69.000 người thời điểm đó, nhu cầu thực tế cần trên 2,2 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$, trong khi năng lực cấp nước thực tế qua sà lan và trạm phân phối của Công ty Dịch vụ công ích Cần Giờ chỉ đạt khoảng 1,6 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$. Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO) để khử mặn nước lợ sông Lòng Tàu thành nước sinh hoạt đạt chuẩn là giải pháp cấp bách và mang tính chiến lược lâu dài.
- Mục tiêu nghiên cứu:
- Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước lợ thích hợp cho việc thiết kế hệ thống cấp nước huyện Cần Giờ.
- Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho huyện Cần Giờ công suất $10.000\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$, tạo môi trường sinh hoạt an toàn, góp phần phòng ngừa dịch bệnh do ô nhiễm hoặc thiếu hụt nguồn nước sạch.
- Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Khảo sát thực tế, thu thập thông tin về điều kiện tự nhiên, dân số, bản đồ và hiện trạng cấp nước huyện Cần Giờ.
- Xác định thành phần, chỉ tiêu ô nhiễm của nguồn nước thô cần xử lý (độ đục, độ màu, pH, TDS, nitrat, clorua, sắt, canxi, magie...).
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các công nghệ xử lý nước lợ (trao đổi ion, công nghệ màng bán thấm MF, UF, RO).
- Tính toán thiết kế chi tiết các hạng mục công trình của trạm xử lý nước cấp theo phương án được lựa chọn.
- Đánh giá tính khả thi và tính toán sơ bộ hiệu quả kinh tế của dự án.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Nguồn nước mặt nhiễm mặn (nước lợ) lấy từ sông Lòng Tàu và quy trình công nghệ khử mặn, xử lý nước cấp sinh hoạt.
- Phạm vi không gian: Địa bàn huyện Cần Giờ, TP. Hồ Chí Minh (gồm 7 đơn vị hành chính: thị trấn Cần Thạnh và 6 xã: Long Hòa, Thạnh An, Lý Nhơn, Tam Thôn Hiệp, An Thới Đông, Bình Khánh; diện tích tự nhiên 70.421 ha).
- Phạm vi thời gian: Dữ liệu khảo sát hiện trạng giai đoạn 2000–2008; định hướng tính toán mở rộng và dự báo nhu cầu dùng nước đến năm 2025.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
- Khung lý thuyết, tiêu chuẩn và mô hình áp dụng:
- Tiêu chuẩn chất lượng: Quyết định số 1329/2002/BYT-QĐ của Bộ Y tế về Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống và sinh hoạt.
- Lý thuyết công nghệ trao đổi ion: Cơ chế khử khoáng bằng cách cho dòng nước lần lượt qua bể lọc H-cationit và OH-anionit theo các chu trình phản ứng hóa học:
$$RH + NaCl \rightarrow RNa + HCl$$
$$2RH + Na_2SO_4 \rightarrow 2RNa + H_2SO_4$$
$$2RH + Ca(HCO_3)_2 \rightarrow R_2Ca + 2CO_2\uparrow + 2H_2O$$
- Lý thuyết quá trình màng lọc và thẩm thấu ngược (Hyberfiltration): Cơ chế vận chuyển dung môi ngược chiều građien nồng độ tự nhiên dưới tác động của áp suất cơ học vượt quá áp suất thẩm thấu ($\Delta P > \Delta \pi$). Phân loại màng theo kích thước lỗ lọc: Vi lọc (Microfiltration - MF, kích thước $0,1 - 2,\mu\text{m}$), Siêu lọc (Ultrafiltration - UF, kích thước $0,005 - 0,1,\mu\text{m}$, áp suất $< 2,5\text{ bar}$), và Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO, kích thước lỗ $\approx 0,001,\mu\text{m}$).
- Lý thuyết phân cực nồng độ: Mức độ tích tụ ion trên bề mặt màng xác định theo tỷ số $C_m / C_e$ ($C_m$: nồng độ chất tan sát bề mặt màng; $C_e$: nồng độ chất tan trong dòng nước cấp), làm cơ sở xác định áp suất làm việc, lưu lượng thu hồi và chu kỳ rửa màng.
- Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp điều tra, thu thập và thống kê số liệu: Khảo sát dữ liệu khí tượng, thủy văn, địa hình, hiện trạng phân phối nước và tăng trưởng dân số huyện Cần Giờ.
- Phương pháp phân tích hóa lý môi trường: Đánh giá đặc tính lý hóa mẫu nước thô sông Lòng Tàu đối chiếu với tiêu chuẩn 1329/2002/BYT-QĐ.
- Phương pháp so sánh, lựa chọn giải pháp kỹ thuật: Phân tích ưu – nhược điểm kỹ thuật giữa các công trình lắng (lắng ngang, lắng đứng, lắng trong có tầng cặn lơ lửng, xiclon thủy lực), công nghệ khử độ cứng (vôi, soda, trao đổi ion) và công nghệ khử mặn (trao đổi ion, điện phân, chưng cất, lọc qua màng bán thấm RO).
- Phương pháp tính toán thiết kế công trình kỹ thuật môi trường: Xác định kích thước hình học, thông số thủy lực, liều lượng hóa chất, công suất thiết bị cơ điện cho từng hạng mục đơn công trình.
- Nguồn dữ liệu:
- Số liệu dân số, hiện trạng cấp nước từ Ủy ban nhân dân huyện Cần Giờ và Công ty Dịch vụ công ích huyện Cần Giờ.
- Số liệu phân tích chất lượng nước sông Lòng Tàu và phiếu kết quả xét nghiệm mẫu nước (Số N:4526 ngày 27/01/2005) của Viện Pasteur TP. Hồ Chí Minh.
- Tài liệu nghiên cứu địa hình, thủy văn vùng cửa sông từ Đề tài trọng điểm quốc gia do PGS.TS Huỳnh Thị Minh Hằng chủ nhiệm (2004).
- Dữ liệu khảo sát trạm xử lý nước lợ Tam Thôn Hiệp công suất $5.000\text{ m}^3/\text{ngày}$ của Công ty CP Đặng Đoàn Nguyễn (sử dụng thiết bị Severn Trent Services - Hoa Kỳ).
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Hệ thống xử lý nước cấp công suất $10.000\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$ được thiết kế theo sơ đồ dây chuyền công nghệ Phương án 1, tích hợp các công trình đơn vị từ tiền xử lý hóa lý truyền thống đến công nghệ màng bán thấm áp lực cao.
| Hạng mục công trình |
Chức năng kỹ thuật chính |
Thông số kỹ thuật & Hóa chất vận hành |
| Công trình thu ven bờ & Song chắn rác |
Thu nước mặt từ sông Lòng Tàu, loại bỏ rác thô có kích thước lớn |
Lấy nước theo chu kỳ triều, bảo vệ trạm bơm cấp I |
| Trạm bơm cấp I |
Bơm nước thô từ công trình thu lên khối công trình xử lý |
Bơm trục đứng/ngang chuyên dụng cho nước lợ |
| Bể trộn cơ khí |
Hòa trộn nhanh, đồng đều hóa chất keo tụ và chất oxy hóa |
Sử dụng phèn nhôm/sắt kết hợp châm Clo sơ bộ |
| Bể phản ứng cơ khí |
Tạo điều kiện thủy lực cho các hạt cặn va chạm tạo bông cặn lớn |
Hệ thống cánh khuấy điều chỉnh tốc độ vòng quay |
| Bể lắng ngang |
Lắng trọng lực các bông cặn hình thành sau quá trình keo tụ |
Phù hợp công suất lớn, lưu lượng ổn định |
| Bể lọc nhanh trọng lực |
Tách triệt để huyền phù, cặn mịn còn lại trong nước sau lắng |
Vật liệu lọc cát thạch anh, định kỳ rửa lọc bằng nước và gió |
| Hệ thống lọc tinh (Lõi lọc chỉ) |
Tiền xử lý trực tiếp trước màng RO, chặn cặn kích thước nhỏ |
Lõi lọc chỉ (Cartridge filter) bảo vệ bề mặt màng RO |
| Trạm lọc Thẩm thấu ngược (RO) |
Tách loại ion hòa tan ($Cl^-$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$), khử mặn triệt để |
Màng Polyamide/TFC dạng xoắn ốc (Spiral Wound), lỗ $0,001,\mu\text{m}$ |
| Bể tiếp xúc khử trùng |
Tiêu diệt triệt để vi sinh vật, vi khuẩn, bảo đảm an toàn phân phối |
Châm dung dịch Clo khử trùng sau màng RO |
| Bể chứa nước sạch & Trạm bơm cấp II |
Lưu trữ nước đạt chuẩn 1329/2002/BYT-QĐ và điều áp cấp mạng lưới |
Bơm cấp nước áp lực vào hệ thống đường ống phân phối |
| Khối xử lý cặn bùn |
Thu gom cặn từ bể lắng và nước rửa lọc, làm khô bùn thải |
Hồ cô đặc, nén và làm khô bùn kết hợp Sân phơi bùn |
- Quy trình làm sạch màng RO: Định kỳ 6 tháng/lần thực hiện rửa màng bằng hóa chất chuyên dụng:
- Dung dịch axit citric hoặc amonium citrat ($\text{pH} = 4 \div 8$) để hòa tan kết tủa oxit kim loại.
- Dung dịch axit clohydric citric để tẩy rửa cặn lắng cacbonat.
- Dung dịch kiềm enzyme / thuốc tẩy ($\text{pH} = 8 \div 11$) nhằm loại bỏ hợp chất hữu cơ và màng vi sinh vật bám dính.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 1 làm rõ tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ tình trạng thiếu nước ngọt nghiêm trọng tại Cần Giờ do nguồn nước ngầm khan hiếm và nước mặt sông Lòng Tàu bị nhiễm mặn. Nội dung chương xác định cụ thể 2 mục tiêu nghiên cứu, 5 nội dung công việc triển khai, sơ đồ phạm vi địa lý huyện Cần Giờ và khái quát cấu trúc 7 chương của đồ án.
Chương 2: Tổng quan về huyện Cần Giờ
Trình bày chi tiết điều kiện tự nhiên, địa hình, khí hậu, thủy văn và kinh tế - xã hội của huyện Cần Giờ.
- Vị trí & Địa hình: Diện tích $70.421\text{ ha}$ ($32.109\text{ ha}$ đất lâm nghiệp, $22.850\text{ ha}$ sông rạch chiếm 32%), gồm 7 xã/thị trấn. Địa hình lòng chảo trũng thấp, cao độ $0,0 - 2,5\text{ m}$, phân chia 5 cấp độ ngập triều.
- Khí hậu & Thủy văn: Nhiệt độ trung bình $25 - 29^\circ\text{C}$, lượng mưa bình quân $1.600\text{ mm/năm}$ (mùa mưa chiếm $>90%$, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 thiếu nước gay gắt). Chế độ bán nhật triều không đều, mạng lưới sông lớn gồm Soài Rạp, Lòng Tàu, Đồng Tranh, Thị Vải.
- Dân số & Nhu cầu dùng nước: Dân số năm 2008 là 69.553 người; dự báo đến năm 2025 đạt khoảng 110.000 người (tính theo tỷ lệ tăng tự nhiên 2,16%/năm kết hợp tăng cơ học).
- Hiện trạng cấp nước: Thống kê mức tiêu thụ nước 6 tháng đầu năm 2005 tại các xã (Cần Thạnh: $168.319\text{ m}^3$, An Thới Đông: $189.797\text{ m}^3$, Tam Thôn Hiệp: $89.422\text{ m}^3$, Bình Khánh: $117.379\text{ m}^3$). Trình bày chính sách bù giá nước theo QĐ 61/2001/QĐ-UB ($10.000\text{ đ/m}^3$) và QĐ 56/2005/QĐ-UB (sinh hoạt: $5.000\text{ đ/m}^3$, sản xuất: $7.500\text{ đ/m}^3$, dịch vụ: $9.000\text{ đ/m}^3$). Khảo sát thực tế nhà máy nước Tam Thôn Hiệp của Công ty CP Đặng Đoàn Nguyễn khởi công ngày 13/6/2008, phát nước ngày 8/8/2008 công suất $5.000\text{ m}^3/\text{ngày}$ từ nguồn nước sông Lòng Tàu.
Chương 3: Công nghệ xử lý nước lợ
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hai nhóm công nghệ chính:
- Phương pháp trao đổi ion: Cơ chế hạt nhựa cationit và anionit, phản ứng trao đổi ion, ưu điểm tách kim loại nặng nhưng nhược điểm không xử lý kinh tế khi nồng độ muối $> 3.000\text{ mg/l}$, quy trình hoàn nguyên bằng axit (1-15%) và kiềm/soda ($\text{Na}_2\text{CO}_3$) phức tạp.
- Công nghệ màng lọc và thẩm thấu ngược (RO): Phân tích cấu trúc màng vi lọc (MF), siêu lọc (UF - áp suất $< 2,5\text{ bar}$, tuổi thọ 3-5 năm), thẩm thấu ngược (RO - lỗ lọc $0,001,\mu\text{m}$, áp lực cao). Đánh giá 4 kiểu cấu tạo màng (sợi rỗng, xoắn ốc, tấm phẳng, hình ống). Phân tích các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thu hồi nước và tắc màng: hiện tượng phân cực nồng độ ($C_m/C_e$), nhiệt độ dòng vào (nhiệt độ tăng làm tăng lưu lượng thấm qua màng), áp suất vận hành và dải pH hoạt động.
Chương 4: Đặc tính nguồn nước cấp và lựa chọn công nghệ xử lý
Đánh giá chất lượng nước sông Lòng Tàu dựa trên kết quả phân tích mẫu nước thô đối chiếu với Tiêu chuẩn 1329/2002/BYT-QĐ.
| STT |
Thông số phân tích |
Đơn vị |
Nước nguồn sông Lòng Tàu |
Tiêu chuẩn 1329/2002/BYT-QĐ |
| 1 |
pH |
- |
7,04 |
6,5 – 8,5 |
| 2 |
Độ đục |
NTU |
25,1 |
$< 2$ |
| 3 |
Độ màu |
TCU |
40 |
$< 15$ |
| 4 |
Độ kiềm |
$\text{mg CaCO}_3\text{/l}$ |
65 |
- |
| 5 |
Oxy tiêu thụ |
$\text{mg/l O}_2$ |
36 |
$< 2$ |
| 6 |
Amonia ($\text{NH}_4^+$) |
$\text{mg/l}$ |
0,7 |
$< 1,5$ |
| 7 |
Nitrat ($\text{NO}_3^-$) |
$\text{mg/l}$ |
2,67 |
$< 50$ |
| 8 |
Nitrit ($\text{NO}_2^-$) |
$\text{mg/l}$ |
0,2 |
$< 3$ |
| 9 |
Clorua ($\text{Cl}^-$) |
$\text{mg/l}$ |
8.479 |
$< 250$ |
| 10 |
Sulfat ($\text{SO}_4^{2-}$) |
$\text{mg/l}$ |
163 |
$< 250$ |
| 11 |
Natri ($\text{Na}^+$) |
$\text{mg/l}$ |
2.814 |
$< 200$ |
| 12 |
Chất rắn lơ lửng (SS) |
$\text{mg/l}$ |
473 |
$< 3$ |
| 13 |
Tổng chất rắn hòa tan (TDS) |
$\text{mg/l}$ |
6.633 |
$< 1.000$ |
| 14 |
Sắt tổng cộng ($\text{Fe}$) |
$\text{mg/l}$ |
0,3 |
$< 0,5$ |
| 15 |
Magnesi ($\text{Mg}^{2+}$) |
$\text{mg/l}$ |
695 |
$< 0,5$ |
| 16 |
Kali ($\text{K}^+$) |
$\text{mg/l}$ |
240 |
$< 12$ |
| 17 |
Canxi ($\text{Ca}^{2+}$) |
$\text{mg/l}$ |
138 |
$< 100$ |
- Lựa chọn phương án kỹ thuật:
- Khử SS và cặn lơ lửng: So sánh bể lắng, tuyển nổi, lọc $\rightarrow$ Chọn bể lắng ngang vì hiệu quả xử lý cao, vận hành ổn định với trạm công suất lớn.
- Xử lý hữu cơ/DO: Dùng Clo oxy hóa sơ bộ.
- Khử độ mặn ($Cl^- = 8.479\text{ mg/l}$, $TDS = 6.633\text{ mg/l}$): Đối chiếu khoảng nồng độ xử lý kinh tế (trao đổi ion thích hợp khi độ mặn $< 2.000\text{ mg/l}$; lọc màng bán thấm RO thích hợp với độ mặn lên đến $10.000\text{ mg/l}$) $\rightarrow$ Chọn màng lọc thẩm thấu ngược (RO).
Chương 5: Tính toán thiết kế theo phương án 1
Trình bày chi tiết tính toán công nghệ và xác định thông số kích thước hình học, vật liệu, thủy lực cho 10 hạng mục công trình đơn vị:
- Công trình thu ven bờ và trạm bơm nước thô.
- Công trình điều chế, định lượng hóa chất (phèn, clo, hóa chất chống cáu cặn).
- Bể trộn cơ khí (tính toán công suất khuấy trộn, thời gian lưu nước).
- Bể phản ứng cơ khí tạo bông cặn.
- Bể lắng ngang (tính toán diện tích mặt thoáng, chiều dài, chiều rộng, hệ thống thu nước và xả cặn).
- Bể lọc nhanh trọng lực (tính toán diện tích lọc, chiều dày lớp cát, tổn thất áp lực, chu kỳ và lưu lượng rửa lọc).
- Trạm lọc tinh lõi chỉ và hệ thống module màng RO (tính toán lưu lượng qua màng, áp lực lọc, tỷ lệ thu hồi nước ngọt).
- Bể tiếp xúc và trạm khử trùng nước sau RO.
- Hồ cô đặc, nén và làm khô bùn cặn.
- Sân phơi bùn và phương án vận chuyển bùn khô đến bãi chôn lấp.
Chương 6: Tính toán kinh tế
Xác lập dự toán chi phí đầu tư và chi phí vận hành cho phương án 1:
- Bảng tổng hợp chi phí xây dựng cơ bản và mua sắm máy móc thiết bị công nghệ.
- Tính toán chi phí tiêu hao hóa chất (phèn keo tụ, clo khử trùng, hóa chất rửa màng) và điện năng tiêu thụ cho toàn bộ hệ thống bơm áp lực, động cơ cánh khuấy.
- Thống kê chi phí định biên nhân sự, nhân công vận hành và quản lý trạm.
- Dự trù chi phí bảo dưỡng định kỳ, sửa chữa thay thế thiết bị màng lọc và tổng hợp đơn giá xử lý cho $1\text{ m}^3$ nước sạch thương phẩm.
Chương 7: Kết luận và kiến nghị
Tổng kết toàn bộ kết quả tính toán kỹ thuật của đồ án, khẳng định tính khả thi của dây chuyền công nghệ RO trong điều kiện nguồn nước lợ Cần Giờ; đề xuất các kiến nghị về cơ chế quản lý, vận hành và lộ trình đầu tư mở rộng trạm xử lý.
Kết quả và đóng góp
- Kết quả chính:
- Thiết kế hoàn chỉnh trạm xử lý nước cấp công suất $10.000\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$ sử dụng nguồn nước mặt sông Lòng Tàu, giải quyết triệt để các thông số ô nhiễm vượt ngưỡng so với Quyết định 1329/2002/BYT-QĐ: độ đục ($25,1\text{ NTU} \rightarrow < 2\text{ NTU}$), SS ($473\text{ mg/l} \rightarrow < 3\text{ mg/l}$), Clorua ($8.479\text{ mg/l} \rightarrow < 250\text{ mg/l}$), TDS ($6.633\text{ mg/l} \rightarrow < 1.000\text{ mg/l}$), Natri ($2.814\text{ mg/l} \rightarrow < 200\text{ mg/l}$), Canxi ($138\text{ mg/l} \rightarrow < 100\text{ mg/l}$) và Magnesi ($695\text{ mg/l} \rightarrow < 0,5\text{ mg/l}$).
- Đưa ra bộ thông số kích thước hình học, thông số thủy lực và chế độ vận hành cụ thể cho 10 hạng mục công trình từ công trình thu, keo tụ - tạo bông, lắng ngang, lọc nhanh đến hệ thống màng RO và khu xử lý bùn.
- Lập dự toán chi tiết về chi phí xây dựng, thiết bị, hóa chất, điện năng tiêu thụ và nhân công vận hành cho nhà máy.
- Giải pháp và kiến nghị đề xuất:
- Ứng dụng dây chuyền công nghệ kết hợp tiền xử lý hóa lý truyền thống (keo tụ phèn, lắng ngang, lọc cát nhanh) với tiền xử lý tinh (lõi lọc chỉ) để giảm độ đục xuống dưới $1\text{ NTU}$ trước khi cấp vào màng RO nhằm ngăn ngừa hiện tượng phân cực nồng độ và tắc màng.
- Thiết lập quy trình súc rửa màng định kỳ bằng hóa chất chuyên dụng (axit citric, HCl, kiềm enzyme) 6 tháng/lần nhằm duy trì tuổi thọ màng từ 2 đến 5 năm.
- Quy hoạch và quản lý đồng bộ bùn thải sau lắng và lọc thông qua hồ nén bùn và sân phơi bùn trước khi chuyển đến bãi chôn lấp.
- Đóng góp của đồ án:
- Cung cấp một phương án thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, có tính thực tiễn cao cho bài toán cấp nước sạch tại vùng ngập mặn đặc thù Cần Giờ, nơi nguồn nước ngầm không thể khai thác quy mô công nghiệp.
- Kế thừa và mở rộng kinh nghiệm thực tiễn từ mô hình nhà máy nước Tam Thôn Hiệp ($5.000\text{ m}^3/\text{ngày}$), nâng quy mô công suất lên $10.000\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$, đáp ứng định hướng phát triển dân số và kinh tế - xã hội địa phương đến năm 2025.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Đồ án tập trung tính toán kỹ thuật chuyên sâu theo Phương án 1 (công nghệ RO kết hợp xử lý hóa lý truyền thống) mà chưa đi sâu tính toán so sánh chi tiết kinh tế - kỹ thuật định lượng độc lập của toàn bộ các phương án phụ (Phương án 2, 3, 4).
- Nguồn dữ liệu chất lượng nước thô phụ thuộc vào các đợt quan trắc mẫu đại diện tại sông Lòng Tàu; chưa bao quát hết biến động độ mặn cực đoan theo từng mùa và sự phân tầng mặn - ngọt phức tạp theo chu kỳ triều trong nhiều năm liên tục.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Nghiên cứu tích hợp thêm công nghệ siêu lọc (Ultrafiltration - UF) làm công đoạn tiền xử lý trước RO thay thế một phần cụm lắng - lọc truyền thống nhằm tối ưu diện tích xây dựng trạm.
- Nghiên cứu phương án tối ưu hóa thu hồi năng lượng (Energy Recovery Devices - ERD) trên dòng nước thải cô đặc (concentrate stream) của hệ thống RO nhằm giảm thiểu chi phí điện năng vận hành trạm.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng tham khảo: Sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Môi trường, Cấp thoát nước; các kỹ sư thiết kế công trình xử lý nước cấp và cán bộ kỹ thuật quản lý hạ tầng đô thị tại các khu vực ven biển, hải đảo hoặc vùng ngập mặn.
- Nội dung giá trị:
- Cung cấp phương pháp luận và trình tự tính toán chi tiết từng hạng mục công trình xử lý nước cấp từ nguồn nước lợ công suất lớn ($10.000\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$).
- Cung cấp tài liệu tổng hợp số liệu thực tế về điều kiện tự nhiên, địa chất thủy văn, chất lượng nước sông Lòng Tàu và hiện trạng cấp nước huyện Cần Giờ.
- Là tài liệu tham khảo thực tiễn về việc ứng dụng công nghệ màng thẩm thấu ngược (RO) trong xử lý nước mặt ven biển tại Việt Nam.
Câu hỏi thường gặp
1. Chất lượng nước thô sông Lòng Tàu có những chỉ tiêu nào vượt ngưỡng tiêu chuẩn nước sinh hoạt 1329/2002/BYT-QĐ?
Nước sông Lòng Tàu có nhiều chỉ tiêu vượt chuẩn rất cao: Clorua đạt $8.479\text{ mg/l}$ (chuẩn $< 250\text{ mg/l}$), Tổng chất rắn hòa tan TDS đạt $6.633\text{ mg/l}$ (chuẩn $< 1.000\text{ mg/l}$), Natri đạt $2.814\text{ mg/l}$ (chuẩn $< 200\text{ mg/l}$), Magnesi đạt $695\text{ mg/l}$ (chuẩn $< 0,5\text{ mg/l}$), Canxi đạt $138\text{ mg/l}$ (chuẩn $< 100\text{ mg/l}$), Chất rắn lơ lửng SS đạt $473\text{ mg/l}$ (chuẩn $< 3\text{ mg/l}$), Độ đục đạt $25,1\text{ NTU}$ (chuẩn $< 2\text{ NTU}$), Độ màu đạt $40\text{ TCU}$ (chuẩn $< 15\text{ TCU}$) và Oxy tiêu thụ đạt $36\text{ mg/l O}_2$ (chuẩn $< 2\text{ mg/l O}_2$).
2. Tại sao đồ án không lựa chọn công nghệ trao đổi ion để khử mặn mà chọn màng thẩm thấu ngược RO?
Theo phân tích kinh tế - kỹ thuật trong Chương 4 của đồ án, phương pháp trao đổi ion chỉ vận hành hiệu quả và kinh tế khi nguồn nước có độ mặn dưới $2.000\text{ mg/l}$ (nếu độ mặn cao hơn, quá trình bão hòa diễn ra rất nhanh, đòi hỏi nhiều bậc lọc phức tạp và chi phí hóa chất hoàn nguyên axit - kiềm cực kỳ tốn kém). Trong khi đó, nguồn nước sông Lòng Tàu có độ mặn cao ($Cl^- = 8.479\text{ mg/l}$, $TDS = 6.633\text{ mg/l}$), nằm trong dải xử lý tối ưu của màng thẩm thấu ngược RO (xử lý kinh tế với độ mặn lên đến $10.000\text{ mg/l}$).
3. Màng lọc thẩm thấu ngược RO được cấu tạo từ vật liệu gì và chu kỳ vệ sinh bằng hóa chất như thế nào?
Màng RO trong đồ án sử dụng vật liệu Polyamide, Cellulose Acetate hoặc màng mỏng tổng hợp TFC với kích thước lỗ lọc khoảng $0,001,\mu\text{m}$. Trong quá trình vận hành, để chống tắc màng, hệ thống được làm sạch định kỳ 6 tháng/lần bằng các dung dịch hóa chất chuyên dụng: dung dịch axit citric / amonium citrat ($\text{pH} = 4 \div 8$) để hòa tan oxit kim loại; dung dịch axit clohydric citric để khử cặn cacbonat; và dung dịch kiềm enzyme / thuốc tẩy ($\text{pH} = 8 \div 11$) để tách bỏ cặn hữu cơ và màng vi sinh vật.
4. Hiện trạng cấp nước tại Cần Giờ trước khi đồ án được thực hiện có đặc điểm gì nổi bật?
Trước khi có các nhà máy nước tại chỗ, huyện Cần Giờ chủ yếu tiếp nhận nước sạch vận chuyển bằng đường thủy qua xà lan, ghe lồng (năng lực 6 tháng đầu năm 2005 là 8.090 tấn với 39 phương tiện) và phân phối qua 26 điểm cấp nước cục bộ dưới chính sách bù giá của UBND TP.HCM (QĐ 61/2001/QĐ-UB và QĐ 56/2005/QĐ-UB). Đến ngày 8/8/2008, nhà máy nước Tam Thôn Hiệp công suất $5.000\text{ m}^3/\text{ngày}$ (vốn 8,5 triệu USD) của Công ty Đặng Đoàn Nguyễn sử dụng thiết bị lọc RO của hãng Severn Trent Services (Mỹ) mới chính thức vận hành cấp nước tại chỗ đầu tiên trên địa bàn.
5. Dây chuyền công nghệ theo Phương án 1 gồm những công trình đơn vị nào?
Dây chuyền công nghệ gồm: Công trình thu ven bờ + Song chắn rác $\rightarrow$ Trạm bơm cấp I $\rightarrow$ Bể trộn cơ khí (châm phèn, clo) $\rightarrow$ Bể phản ứng cơ khí $\rightarrow$ Bể lắng ngang $\rightarrow$ Bể lọc nhanh trọng lực $\rightarrow$ Lõi lọc chỉ $\rightarrow$ Trạm màng lọc RO $\rightarrow$ Bể tiếp xúc khử trùng $\rightarrow$ Bể chứa nước sạch $\rightarrow$ Trạm bơm cấp II; kết hợp với tuyến xử lý cặn gồm Bể chứa bùn $\rightarrow$ Hồ cô đặc, nén và làm khô bùn $\rightarrow$ Sân phơi bùn $\rightarrow$ Bãi chôn lấp.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Tính toán thiết kế trạm xử lý nước cấp cho huyện Cần Giờ công suất $10.000\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$" của sinh viên Nguyễn Khắc Vinh đã giải quyết trọn vẹn bài toán kỹ thuật khử mặn nước lợ sông Lòng Tàu phục vụ nhu cầu sinh hoạt của cư dân huyện Cần Giờ. Bằng việc kết hợp hợp lý giữa quy trình tiền xử lý hóa lý truyền thống (trộn, lắng ngang, lọc nhanh) và công nghệ màng lọc thẩm thấu ngược (RO), hệ thống đảm bảo xử lý triệt để hàm lượng cặn lơ lửng, độ đục và nồng độ muối hòa tan cao ($Cl^- = 8.479\text{ mg/l}$, $TDS = 6.633\text{ mg/l}$) về đạt tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống sinh hoạt theo Quyết định 1329/2002/BYT-QĐ. Toàn bộ các hạng mục công trình công nghệ, thông số kỹ thuật, quy trình bảo dưỡng màng và dự toán kinh tế được xác lập chi tiết, tạo cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc cho công tác đầu tư phát triển hạ tầng cấp nước tại các vùng ngập mặn ven biển.
