Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Thành phố Long Xuyên là đô thị loại 2 trực thuộc tỉnh An Giang, giữ vai trò trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa và khoa học kỹ thuật của vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Quá trình phát triển kinh tế – xã hội làm gia tăng nhanh chóng nhu cầu sử dụng nước sạch. Trong khi đó, hệ thống cấp nước hiện hữu của thành phố nói chung và xã cù lao Mỹ Hòa Hưng nói riêng qua nhiều đợt cải tạo chắp vá vẫn không đáp ứng đủ nhu cầu dùng nước thực tế cũng như định hướng quy hoạch phát triển đô thị.

Tại địa bàn xã Mỹ Hòa Hưng, trạm cấp nước hiện hữu được xây dựng từ năm 1877 với công suất ban đầu 240 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$, qua nhiều đợt nâng cấp cải tạo chỉ đáp ứng được khoảng 60% nhu cầu của các hộ dân trong xã. Khoảng 40% hộ dân còn lại buộc phải sử dụng nước mưa và nguồn nước sông Hậu trực tiếp chưa qua xử lý đầy đủ cho sinh hoạt. Thực trạng này tiềm ẩn nhiều nguy cơ đối với sức khỏe cộng đồng. Nhằm cụ thể hóa chủ trương của Ủy ban nhân dân tỉnh An Giang về điều chỉnh quy hoạch chung thành phố đến năm 2020, việc đầu tư xây dựng trạm xử lý nước cấp mới công suất 1.200 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$ là yêu cầu cấp thiết để đảm bảo 100% hộ dân tại xã Mỹ Hòa Hưng được tiếp cận nguồn nước sạch đạt chuẩn chất lượng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể như sau:

  • Mục tiêu nghiên cứu: Tính toán thiết kế trạm xử lý nước cấp cho khu dân cư xã Mỹ Hòa Hưng, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang với công suất 1.200 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$, chất lượng nước sau xử lý đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống (QCVN 01:2009/BYT của Bộ Y tế).
  • Nhiệm vụ nghiên cứu (4 nhiệm vụ theo văn bản):
    1. Tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, hiện trạng cấp nước và các công nghệ xử lý nước cấp hiện nay.
    2. Xác định đặc tính chất lượng nước nguồn sông Hậu và lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý phù hợp.
    3. Tính toán thiết kế công nghệ và dự toán chi phí xây dựng, thiết bị, vận hành cho từng công trình đơn vị.
    4. Thể hiện chi tiết cấu tạo các công trình đơn vị của trạm xử lý trên bản vẽ kỹ thuật khổ A3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt từ nguồn nước mặt sông Hậu.
  • Phạm vi không gian: Khu dân cư xã Mỹ Hòa Hưng, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang (diện tích tự nhiên 15 $\text{km}^2$).
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được triển khai thực hiện từ tháng 12/2010 đến tháng 03/2011.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng và quy chuẩn môi trường hiện hành của Việt Nam kết hợp các nguyên lý kỹ thuật môi trường chuyên ngành:

  • Khung pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật:
    • Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCXDVN 33:2006: "Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình - Tiêu chuẩn thiết kế".
    • Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 01:2009/BYT: "Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống" (Bộ Y tế ban hành).
  • Cơ sở lý thuyết các quá trình xử lý:
    • Quá trình cơ học: Quá trình lắng trọng lực nhằm giảm hàm lượng cặn lơ lửng và giảm 90–95% vi trùng thông qua cơ chế hấp phụ; quá trình lọc nhanh trọng lực qua lớp vật liệu lọc cát thạch anh nhằm giữ lại cặn mịn, keo sắt và vi sinh vật.
    • Quá trình hóa lý: Quá trình keo tụ và tạo bông cặn sử dụng phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ kết hợp chất kiềm hóa (vôi sống $\text{CaO}$) nhằm trung hòa điện tích hệ keo dương, thúc đẩy các hạt cặn liên kết thành bông cặn lớn có khả năng lắng nhanh.
    • Quá trình hóa học: Quá trình khử trùng nước bằng hóa chất Clo với thời gian tiếp xúc tối thiểu 30 phút và hàm lượng Clo tự do dư sau 30 phút duy trì ở mức 0,2–0,5 mg/l.
  • Phương pháp nghiên cứu thực tế:
    • Phương pháp thu thập số liệu: Tiếp cận các tài liệu điều tra dân số, khí tượng, thủy văn và báo cáo phân tích hóa lý nguồn nước sông Hậu từ Viện Pasteur.
    • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết & so sánh: Phân tích kinh nghiệm vận hành từ các nhà máy nước đang hoạt động tại Đồng bằng sông Cửu Long (Nhà máy nước Vĩnh Long, Sóc Trăng) và miền Trung (Nhà máy nước Cầu Đỏ - Đà Nẵng); so sánh ưu nhược điểm giữa phương án khuấy trộn thủy lực (vách ngăn) và khuấy trộn cơ khí.
    • Phương pháp toán học và thủy lực: Sử dụng các phương trình thủy lực dòng chảy, cân bằng khối lượng, tính toán công suất động cơ khuấy, tổn thất áp lực đường ống và chọn bơm cấp nước.
    • Phương pháp đồ họa kỹ thuật: Ứng dụng phần mềm AutoCAD để thể hiện mặt bằng tổng thể và chi tiết trắc dọc, mặt cắt các công trình đơn vị.
  • Nguồn dữ liệu: Số liệu kiểm nghiệm mẫu nước mặt sông Hậu do Viện Pasteur thực hiện; số liệu quy hoạch dân số và điều kiện tự nhiên được cung cấp bởi Ủy ban nhân dân xã Mỹ Hòa Hưng và Phòng Tài nguyên Môi trường thành phố Long Xuyên.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này làm rõ tính cấp thiết của việc xây dựng hệ thống cấp nước mới cho xã Mỹ Hòa Hưng trong bối cảnh trạm cũ (240 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$) đã xuống cấp nghiêm trọng. Tác giả xác lập mục tiêu thiết kế trạm xử lý nước cấp 1.200 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$ đạt chuẩn QCVN 01:2009/BYT, xác định đối tượng nghiên cứu là nguồn nước sông Hậu, giới hạn phạm vi nghiên cứu tại xã Mỹ Hòa Hưng từ tháng 12/2010 đến tháng 03/2011, hệ thống hóa 5 phương pháp thực hiện và phân tích ý nghĩa kinh tế - xã hội của dự án cấp nước.

Chương 2: Tổng quan về xã Mỹ Hòa Hưng, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang

Nội dung chương trình bày toàn diện các đặc trưng tự nhiên và kinh tế - xã hội của khu vực thiết kế:

  • Điều kiện tự nhiên: Xã cù lao Mỹ Hòa Hưng có diện tích 15 $\text{km}^2$, phía Nam giáp nội ô TP. Long Xuyên. Khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình năm 27,1°C, độ ẩm trung bình 81,5%. Thủy văn sông Hậu chịu chế độ bán nhật triều, mực nước cao nhất đạt +4,9 m, mực nước thấp nhất là -0,5 m. Địa hình tương đối bằng phẳng, cao độ biến đổi từ 1,5 m đến 4,5 m, nền đất yếu đòi hỏi xử lý móng khi xây dựng, mực nước ngầm nông ổn định ở độ sâu 1,0 m so với mặt đất.
  • Đặc điểm kinh tế - xã hội: Kinh tế mũi nhọn là nông nghiệp (rau màu) và nuôi trồng thủy sản. Dân số năm 2009 đạt 4.500 người, dự báo đến năm 2020 với tỷ lệ tăng tự nhiên 1,2%/năm là 6.000 người. Cơ sở hạ tầng giáo dục hoàn thiện 3 cấp (thành lập trường THPT Mỹ Hòa Hưng năm 2010), trạm y tế xã đạt chuẩn quốc gia.
  • Hiện trạng cấp nước: Hệ thống cũ công suất 240 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$ khai thác nước sông Hậu chỉ phục vụ được 60% dân số, 40% hộ dân còn lại dùng nước mưa và nước sông trực tiếp.

Chương 3: Tổng quan về các chỉ tiêu chất lượng nước và các biện pháp xử lý nước

Chương 3 tổng thuật cơ sở lý thuyết về các chỉ tiêu nước thô và quy chuẩn nước ăn uống:

  • Phân tích chi tiết ba nhóm chỉ tiêu: Vật lý (nhiệt độ, hàm lượng cặn lơ lửng dao động 20–5.000 mg/l, độ màu, mùi vị); Hóa học (độ cứng, độ kiềm toàn phần, độ oxy hóa $\text{KMnO}_4$, hàm lượng sắt, mangan, silic, sunfat, clorua, florua, asen, kim loại nặng); Vi sinh (vi khuẩn chỉ thị E. coli và Coliform tổng số theo TCXDVN 33:2006 không vượt quá 20 con/lít).
  • Trình bày Bảng 3.1 quy định giới hạn tối đa 33 chỉ tiêu chất lượng nước cấp ăn uống sinh hoạt theo QCVN 01:2009/BYT.
  • Tổng quan nguyên lý các công trình xử lý cơ học (song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng trọng lực/ly tâm, bể lọc nhanh/chậm), hóa lý (keo tụ bằng phèn nhôm, phèn sắt, hấp phụ than hoạt tính liều lượng 3–15 mg/l) và hóa học (khử trùng Clo, kiềm hóa ổn định nước).
  • Khảo cứu công nghệ xử lý nước mặt thực tế tại Nhà máy nước Vĩnh Long (2.000 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$), Nhà máy nước Cầu Đỏ Đà Nẵng (2.500 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$) và Nhà máy nước Sóc Trăng (3.000 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$).

Chương 4: Phân tích lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp

Tác giả phân tích số liệu kiểm nghiệm chất lượng nước sông Hậu do Viện Pasteur thực hiện để làm cơ sở chọn công nghệ:

Chỉ tiêu Đơn vị tính Giá trị kiểm nghiệm nước sông Hậu QCVN 01:2009/BYT
pH - 7,5 6,5 - 8,5
Độ đục NTU 160 2
Màu biểu kiến Pt-Co 50 15
Tổng chất rắn hòa tan (TDS) mg/l 180 1.000
Hàm lượng nhôm mg/l 0,8 0,2
Độ kiềm tổng cộng $\text{mg CaCO}_3/\text{l}$ 65 Không quy định
Điện dẫn suất $\mu\text{S/cm}$ 136 Không quy định
Canxi ($\text{Ca}^{2+}$) mg/l 30 75 - 100
Chất rắn không tan (SS) mg/l 80 Không quy định

Nhận xét nguồn nước: Mẫu nước sông Hậu có độ đục (160 NTU) và độ màu (50 Pt-Co) cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn nước sinh hoạt, hàm lượng cặn lơ lửng 80 mg/l đòi hỏi phải qua dây chuyền xử lý keo tụ, tạo bông, lắng, lọc và khử trùng.

Tác giả đề xuất và so sánh hai phương án dây chuyền công nghệ:

  • Phương án 1: Nước sông Hậu $\rightarrow$ Công trình thu $\rightarrow$ Trạm bơm cấp 1 $\rightarrow$ Bể trộn vách ngăn $\rightarrow$ Bể phản ứng vách ngăn $\rightarrow$ Bể lắng ly tâm $\rightarrow$ Bể lọc nhanh $\rightarrow$ Khử trùng Clo $\rightarrow$ Bể chứa nước sạch (sử dụng phèn và $\text{NaOH}$).
  • Phương án 2: Nước sông Hậu $\rightarrow$ Công trình thu $\rightarrow$ Trạm bơm cấp 1 $\rightarrow$ Bể trộn cơ khí $\rightarrow$ Bể phản ứng cơ khí $\rightarrow$ Bể lắng ly tâm $\rightarrow$ Bể lọc nhanh $\rightarrow$ Khử trùng Clo $\rightarrow$ Bể chứa nước sạch (sử dụng phèn nhôm và vôi tôi $\text{CaO}$).

Kết luận lựa chọn: Chọn Phương án 2 vì bể trộn và bể phản ứng cơ khí cho phép điều chỉnh chủ động cường độ khuấy trộn, rút ngắn thời gian phản ứng, thể tích bể nhỏ gọn, giảm diện tích đất xây dựng và sử dụng vôi tôi giúp tiết kiệm chi phí hóa chất so với $\text{NaOH}$.

Chương 5: Tính toán thiết kế các công trình đơn vị trong trạm xử lý nước cấp cho xã Mỹ Hòa Hưng

Tác giả thực hiện tính toán chi tiết quy mô công suất và các thông số kỹ thuật - hình học của từng hạng mục công trình:

  • Tính toán công suất trạm xử lý:

    • Dân số quy hoạch đến 2020: $N = 6.000$ người; Tiêu chuẩn cấp nước: $q = 100\text{ l/người.ngày.đêm}$.
    • Nhu cầu nước sinh hoạt trung bình: $Q_{\text{tb,ngày}} = 600\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$; Nhu cầu nước sinh hoạt ngày lớn nhất ($K_{\text{ngày,max}} = 1,4$): $Q_{\text{ngày,max}} = 840\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$.
    • Nước tưới cây, tưới đường (8%): $Q_{\text{tưới}} = 68\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$.
    • Nước chữa cháy (chữa 3 giờ, 10 l/s): $Q_{\text{chữa cháy}} = 108\text{ m}^3$.
    • Hệ số rò rỉ và tự dùng trạm ($K = 1,13$). Lưu lượng tính toán thiết kế lựa chọn: $Q = 1.200\text{ m}^3/\text{ngày.đêm} = 50\text{ m}^3/\text{h} = 14\text{ l/s}$.

  • Công trình thu và trạm bơm cấp 1:

    • Ống tự chảy dẫn vào ngăn thu: Đường kính $D = 114\text{ mm}$, vận tốc chảy $v = 1,5\text{ m/s}$, chiều dài tuyến ống $L = 93\text{ m}$. Bố trí 2 ngăn thu và 2 ngăn hút.
    • Song chắn rác: Thanh thép tròn đường kính $d = 10\text{ mm}$, khe hở $a = 40\text{ mm}$, diện tích công tác $\omega = 0,06\text{ m}^2$, chiều cao song chắn $H = 0,25\text{ m}$.
    • Lưới chắn rác: Lưới thép không gỉ sợi $d = 1\text{ mm}$, mắt lưới $4 \times 4\text{ mm}$, có tấm bảo vệ sợi $3\text{ mm}$ (mắt $25 \times 58\text{ mm}$), diện tích công tác $0,08\text{ m}^2$, kích thước $B \times H = 0,5 \times 0,2\text{ m}$.
    • Kích thước ngăn thu và ngăn hút: Chiều rộng $B_{\text{t}} = B_{\text{h}} = 2,5\text{ m}$; chiều dài ngăn thu $L_{\text{t}} = 2,5\text{ m}$; hố thu cặn kích thước $0,3 \times 0,3 \times 0,25\text{ m}$; chiều cao nhà quản lý $H = 3\text{ m}$.
    • Máy bơm cấp 1: Bố trí 2 bơm ly tâm trục ngang (1 máy vận hành, 1 máy dự phòng), lưu lượng $Q_{\text{b}} = 50\text{ m}^3/\text{h}$, cột áp thiết kế $H_{\text{b}} = 40\text{ m}$. Chiều dài ống hút $L_{\text{h}} = 7\text{ m}$ ($D_{\text{h}} = 300\text{ mm}$), ống đẩy $L_{\text{đ}} = 7\text{ m}$ ($D_{\text{đ}} = 300\text{ mm}$, vận tốc $v = 1,38\text{ m/s}$).

  • Hệ thống định lượng và châm hóa chất:

    • Phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$: Liều lượng phèn sạch tính theo cặn $SS = 80\text{ mg/l}$ là $33\text{ mg/l}$. Khối lượng phèn tiêu thụ trong ngày: $39,6\text{ kg/ngày}$. Lượng phèn dự trữ 30 ngày: $1.188\text{ kg}$ (thể tích $1,08\text{ m}^3$, diện tích kho $1,5\text{ m}^2$). Bể hòa trộn phèn dung dịch 10%: kích thước $L \times B \times H = 0,6 \times 0,6 \times 0,6\text{ m}$. Bể tiêu thụ phèn dung dịch 5%: 2 bể dung tích mỗi bể $0,53\text{ m}^3$ ($L \times B \times H = 0,6 \times 0,6 \times 0,6\text{ m}$). Động cơ khuấy phèn công suất $N = 1\text{ kW}$ (100 vòng/phút). Bơm định lượng phèn: 1 bơm công suất $q = 35\text{ l/h}$, $H = 50\text{ m}$.
    • Vôi sống $\text{CaO}$: Liều lượng vôi kiềm hóa $7,81\text{ mg/l}$. Khối lượng vôi nguyên chất $9,4\text{ kg/ngày}$, vôi thương phẩm 60% là $41,67\text{ kg/ngày}$. Lượng vôi dự trữ 30 ngày: $1.250\text{ kg}$ (diện tích kho $1\text{ m}^2$). Bể hòa trộn và tiêu thụ vôi sữa 5%: kích thước $L \times B \times H = 0,5 \times 0,5 \times 0,5\text{ m}$. Máy khuấy vôi cánh quạt phẳng công suất $N = 2\text{ kW}$ (150 vòng/phút). Bơm định lượng vôi: 3 bơm (2 chạy, 1 dự phòng) công suất $q = 10\text{ l/h}$, $H = 50\text{ m}$.

  • Bể trộn cơ khí:

    • Thể tích bể: $V = 5,04\text{ m}^3$ (thời gian lưu nước $t = 6\text{ phút} = 360\text{ s}$).
    • Kích thước hình học: Bể hình vuông $L \times B \times H = 1,5 \times 1,5 \times 2,7\text{ m}$ (chiều cao xây dựng gồm $0,4\text{ m}$ chiều cao bảo vệ). Bố trí 4 tấm chắn trên 4 thành bể với chiều rộng $W_{\text{b}} = 75\text{ mm}$, chiều cao $2.500\text{ mm}$.
    • Máy khuấy: Kiểu tuabin 2 cánh, đường kính cánh $D = 750\text{ mm}$ đặt cách đáy $0,75\text{ m}$, kích thước bản cánh rộng $150\text{ mm}$, dài $375\text{ mm}$. Cường độ khuấy $G = 800\text{ s}^{-1}$, công suất động cơ $N = 5\text{ kW}$, tốc độ quay $120\text{ vòng/phút}$, số Reynolds $N_{\text{R}} = 1,12 \times 10^6$ (đảm bảo dòng chảy rối hoàn toàn).
    • Đường ống công nghệ: Ống dẫn nước vào bể đường kính ngoài $140\text{ mm}$ ($v = 1\text{ m/s}$), ống dẫn nước sang bể phản ứng đường kính $D_{\text{r}} = 150\text{ mm}$ ($v = 0,8\text{ m/s}$).

  • Bể phản ứng cơ khí:

    • Kiểu bể: Bể tạo bông dòng chảy ngang gồm 3 ngăn có vách ngăn hướng dòng thẳng đứng, dung tích tổng cộng $W = 25\text{ m}^3$ (thời gian lưu nước $t = 30\text{ phút}$).
    • Kích thước tổng thể: Dài $L = 7,8\text{ m}$, rộng $B = 1,8\text{ m}$, cao $H = 1,8\text{ m}$. Kích thước mỗi ngăn: dài $l = 2,6\text{ m}$, rộng $b = 1,8\text{ m}$, cao $h = 1,8\text{ m}$.
    • Guồng khuấy: Mỗi ngăn đặt một guồng khuấy trục ngang gồm 4 bản cánh đối xứng, diện tích bản cánh chiếm 20% mặt cắt ngang bể. Chiều dài bản cánh $l_{\text{c}} = 1,6\text{ m}$, chiều rộng $b_{\text{c}} = 0,1\text{ m}$, đường kính guồng $D = 1,4\text{ m}$.
    • Vận tốc quay: Điều chỉnh giảm dần qua 3 ngăn để bảo vệ bông cặn: Ngăn 1 quay $8\text{ vòng/phút}$, Ngăn 2 quay $6\text{ vòng/phút}$, Ngăn 3 quay $4\text{ vòng/phút}$.

Thiết kế kỹ thuật và tính toán hệ thống

Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật các công trình đơn vị được thiết kế trong hệ thống xử lý nước cấp xã Mỹ Hòa Hưng:

Hạng mục công trình Thông số hình học / Quy mô Thiết bị & Đặc tính kỹ thuật chính Chế độ vận hành
Công trình thu & Ngăn hút 2 ngăn thu, 2 ngăn hút; $B = 2,5\text{ m}$, $L = 2,5\text{ m}$; Ống tự chảy $D114\text{ mm}$ ($L = 93\text{ m}$) - Song chắn rác: $d = 10\text{ mm}$, khe $40\text{ mm}$, $\omega = 0,06\text{ m}^2$
- Lưới chắn rác: phẳng, mắt $4\times 4\text{ mm}$, $\omega = 0,08\text{ m}^2$		 Tự chảy từ sông Hậu, vận tốc qua ống $1,5\text{ m/s}$
Trạm bơm cấp 1 Nhà quản lý $H = 3\text{ m}$; Ống hút/đẩy $D300\text{ mm}$ ($L = 7\text{ m}$) 2 bơm ly tâm trục ngang: $Q_{\text{b}} = 50\text{ m}^3/\text{h}$, $H_{\text{b}} = 40\text{ m}$ 1 bơm hoạt động liên tục, 1 bơm dự phòng
Hệ châm phèn nhôm - Bể hòa trộn 10%: $0,6 \times 0,6 \times 0,6\text{ m}$
- 2 Bể tiêu thụ 5%: $0,6 \times 0,6 \times 0,6\text{ m}$		 - Động cơ khuấy: $N = 1\text{ kW}$, $n = 100\text{ v/ph}$
- 1 Bơm định lượng phèn: $q = 35\text{ l/h}$, $H = 50\text{ m}$		 Liều lượng phèn $33\text{ mg/l}$ ($39,6\text{ kg/ngày}$), pha định kỳ $12\text{ h/lần}$
Hệ châm vôi kiềm hóa Bể hòa trộn & tiêu thụ vôi 5%: $0,5 \times 0,5 \times 0,5\text{ m}$ - Động cơ khuấy cánh phẳng: $N = 2\text{ kW}$, $n = 150\text{ v/ph}$
- 3 Bơm định lượng vôi: $q = 10\text{ l/h}$, $H = 50\text{ m}$		 Liều lượng vôi $\text{CaO}$ $7,81\text{ mg/l}$ ($41,67\text{ kg vôi thương phẩm/ngày}$); 2 bơm chạy, 1 dự phòng
Bể trộn cơ khí $V = 5,04\text{ m}^3$; $L \times B \times H = 1,5 \times 1,5 \times 2,7\text{ m}$; 4 tấm chắn dòng rộng $75\text{ mm}$ Máy khuấy tuabin 2 cánh ($D = 750\text{ mm}$): Động cơ $N = 5\text{ kW}$, $n = 120\text{ v/ph}$, $G = 800\text{ s}^{-1}$ Thời gian lưu nước $6\text{ phút}$; $N_{\text{R}} = 1,12 \times 10^6$
Bể phản ứng cơ khí $W = 25\text{ m}^3$; 3 ngăn ($L \times B \times H = 7,8 \times 1,8 \times 1,8\text{ m}$); Vách ngăn hướng dòng 3 guồng khuấy trục ngang 4 cánh ($l_{\text{c}} = 1,6\text{ m}$, $b_{\text{c}} = 0,1\text{ m}$, $D = 1,4\text{ m}$) Thời gian lưu nước $30\text{ phút}$; Tốc độ quay giảm dần: 8 - 6 - 4 vòng/phút

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả tính toán kỹ thuật:
    • Hoàn thành dây chuyền công nghệ xử lý nước sông Hậu công suất 1.200 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$ ($50\text{ m}^3/\text{h}$), đưa chất lượng nước sau xử lý đạt chuẩn loại A theo QCVN 01:2009/BYT.
    • Xác lập bảng kích thước và thông số vận hành chi tiết cho các công trình: công trình thu - trạm bơm cấp 1, bể hòa trộn - tiêu thụ hóa chất, bể trộn cơ khí nhanh ($t = 6\text{ phút}$, $G = 800\text{ s}^{-1}$) và bể phản ứng tạo bông cơ khí 3 ngăn ($t = 30\text{ phút}$, phân cấp tốc độ khuấy 8 – 6 – 4 vòng/phút).
    • Xác định chính xác lượng hóa chất tiêu thụ hàng ngày gồm $39,6\text{ kg}$ phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ và $41,67\text{ kg}$ vôi thương phẩm 60% phục vụ kiềm hóa.
    • Lập các danh mục tính toán kinh tế gồm: bảng giá thành mua sắm thiết bị trạm bơm cấp 1 và trạm xử lý, tổng chi phí xây dựng cơ bản, bảng chi phí tiêu thụ điện năng và bảng chi phí hóa chất vận hành.
  • Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:
    • Lựa chọn giải pháp khuấy trộn cơ khí cho cả bể trộn và bể tạo bông thay cho công trình thủy lực, giúp kiểm soát linh hoạt hiệu quả keo tụ khi chất lượng nước sông Hậu biến động theo mùa lũ.
    • Bố trí vận tốc ống tự chảy ở mức $1,5\text{ m/s}$ nhằm chống hiện tượng bồi lắng bùn cát phù sa trong đường ống dẫn nước thô từ lòng sông vào bể thu.
  • Đóng góp của đồ án:
    • Đưa ra giải pháp kỹ thuật công nghệ hoàn chỉnh giải quyết triệt để tình trạng thiếu nước sạch cho 40% hộ dân còn lại tại xã cù lao Mỹ Hòa Hưng.
    • Cung cấp tài liệu thiết kế công nghệ và dự toán chi tiết phục vụ kế hoạch phát triển mạng lưới cấp nước sạch đô thị thành phố Long Xuyên giai đoạn đến năm 2020.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Nội dung đồ án tập trung chủ yếu vào tính toán công nghệ trạm xử lý nước cấp và công trình thu trạm bơm cấp 1; chưa đi sâu tính toán chi tiết mạng lưới đường ống phân phối cấp 2, cấp 3 đến từng cụm dân cư trên địa bàn xã.
    • Bộ số liệu chất lượng nước sông Hậu được kiểm nghiệm tại một thời điểm trung bình từ Viện Pasteur, chưa phản ánh đầy đủ chuỗi dữ liệu biến động chất lượng nước theo mùa khô sâu và đỉnh lũ qua nhiều năm.
  • Hướng phát triển:
    • Khảo sát, bổ sung chuỗi số liệu quan trắc chất lượng nước sông Hậu liên tục trong năm để tối ưu hóa liều lượng châm hóa chất phèn - vôi theo mùa.
    • Mở rộng tính toán thủy lực cho toàn bộ mạng lưới truyền tải và phân phối nước sạch xã Mỹ Hòa Hưng.
    • Nghiên cứu thiết kế bổ sung hệ thống xử lý bùn cặn xả đáy từ bể lắng và nước rửa lọc nhằm bảo vệ môi trường tiếp nhận xung quanh trạm xử lý.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích đối với:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị và Cấp thoát nước khi thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp về tính toán thiết kế trạm xử lý nước mặt công suất nhỏ và vừa (1.000 – 3.000 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$).
  • Cán bộ kỹ thuật, kỹ sư quản lý vận hành tại các trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn, đặc biệt là các khu vực cù lao, ven sông thuộc vùng Đồng bằng sông Cửu Long.
  • Các phần tính toán thủy lực bể trộn cơ khí, bể phản ứng tạo bông trục ngang phân cấp tốc độ khuấy và tính toán lượng hóa chất phèn - vôi kiềm hóa trong đồ án có tính ứng dụng thực tế cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Công suất thiết kế của trạm xử lý nước cấp xã Mỹ Hòa Hưng được xác định dựa trên cơ sở nào?
Công suất thiết kế được xác định là 1.200 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$ ($50\text{ m}^3/\text{h} = 14\text{ l/s}$). Con số này được tính toán dựa trên quy mô dân số dự báo đến năm 2020 của xã là 6.000 người, tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt $100\text{ l/người.ngày}$, hệ số dùng nước không điều hòa ngày lớn nhất $K_{\text{ngày,max}} = 1,4$ ($Q_{\text{sinh hoạt,max}} = 840\text{ m}^3/\text{ngày}$), bổ sung nước tưới cây - rửa đường 8% ($68\text{ m}^3/\text{ngày}$), lưu lượng chữa cháy 3 giờ ($108\text{ m}^3$) và hệ số rò rỉ, tự dùng của trạm là 1,13.

2. Nước sông Hậu qua kiểm nghiệm của Viện Pasteur có những chỉ tiêu nào không đạt chuẩn nước sinh hoạt?
Theo kết quả kiểm nghiệm, nguồn nước sông Hậu có độ đục đạt 160 NTU (trong khi QCVN 01:2009/BYT quy định tối đa 2 NTU), độ màu biểu kiến đạt 50 Pt-Co (quy chuẩn quy định tối đa 15 Pt-Co) và hàm lượng chất rắn không tan (SS) là 80 mg/l. Do đó, nước bắt buộc phải trải qua quá trình keo tụ, tạo bông, lắng và lọc để khử đục và màu.

3. Vì sao tác giả lựa chọn phương án bể trộn và bể phản ứng cơ khí thay vì bể vách ngăn thủy lực?
Bể trộn và bể phản ứng cơ khí cho phép người vận hành chủ động điều chỉnh tốc độ và cường độ khuấy trộn ($G$) phù hợp với biến động cặn của nước sông Hậu, thời gian lưu nước ngắn hơn giúp thể tích công trình nhỏ gọn, tiết kiệm diện tích xây dựng (vốn bị hạn chế tại vùng đất yếu cù lao) và cho phép sử dụng vôi tôi $\text{CaO}$ để kiềm hóa mà không lo lắng cặn vôi gây tắc nghẽn như ở bể vách ngăn.

4. Khối lượng hóa chất phèn nhôm và vôi tôi cần dùng trong một ngày đêm là bao nhiêu?
Với công suất $1.200\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$, liều lượng phèn nhôm sạch là $33\text{ mg/l}$, tương ứng tiêu thụ $39,6\text{ kg phèn/ngày}$. Liều lượng vôi sống kiềm hóa là $7,81\text{ mg/l}$ tính theo $\text{CaO}$ nguyên chất ($9,4\text{ kg/ngày}$), tương ứng với lượng vôi thương phẩm độ tinh khiết 60% tiêu thụ thực tế là $41,67\text{ kg/ngày}$.

5. Bể phản ứng tạo bông cơ khí được cấu tạo và điều chỉnh tốc độ khuấy như thế nào?
Bể phản ứng cơ khí có tổng dung tích $25\text{ m}^3$, chia làm 3 ngăn liên tiếp ngăn cách bởi vách hướng dòng thẳng đứng ($l \times b \times h = 2,6 \times 1,8 \times 1,8\text{ m}$). Mỗi ngăn lắp một guồng khuấy trục ngang gồm 4 bản cánh ($1,6 \times 0,1\text{ m}$, đường kính guồng $1,4\text{ m}$). Tốc độ quay của guồng được điều chỉnh giảm dần qua 3 ngăn: Ngăn 1 quay 8 vòng/phút, Ngăn 2 quay 6 vòng/phút và Ngăn 3 quay 4 vòng/phút nhằm tăng cường tiếp xúc ở giai đoạn đầu và tránh phá vỡ bông cặn đã kết cụm ở giai đoạn sau.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trần Thị Thu Hà đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ tính toán thiết kế trạm xử lý nước cấp cho xã Mỹ Hòa Hưng, thành phố Long Xuyên với công suất 1.200 $\text{m}^3/\text{ngày.đêm}$. Bằng việc phân tích đặc tính nước thô sông Hậu và so sánh kỹ thuật kinh tế, tác giả đã lựa chọn dây chuyền công nghệ phù hợp ứng dụng khuấy trộn cơ khí kết hợp lắng ly tâm, lọc nhanh và khử trùng bằng Clo. Hệ thống tính toán chi tiết từ công trình thu, trạm bơm, bể định lượng hóa chất đến các bể xử lý chính đáp ứng quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT, mang lại giải pháp kỹ thuật khả thi phục vụ mục tiêu cấp nước sạch bền vững cho cộng đồng dân cư địa phương.