MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Chất lượng nước được xem là mối quan tâm hàng đầu trên thế giới. Khi ăn uống không đảm bảo vệ sinh rất dễ bị nhiễm một số bệnh như tiêu chảy, tả, kiết lị, thương hàn,…và lâu dài có thể ảnh hưởng đến sức khỏe nghiêm trọng. Nên mục tiêu của hầu hết tất cả các mạng lưới cấp nước đều phải đảm bảo đủ lưu lượng, áp lực và chất lượng nước đạt chuẩn về an toàn vệ sinh.
Duy trì chất lượng nước đảm bảo trong suốt quá trình phân phối là một thách thức lớn nhất đối với các đơn vị cấp nước, khi mà nước qua xử lý cung cấp đến người sử dụng sẽ thay đổi trong quá trình vận chuyển, và biện pháp xử lý tối thiểu đối với nguồn nước ăn uống là khử trùng. Khử trùng là quá trình xử lý nước được thực hiện để tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn, vi rút, cũng như các mầm bệnh khác trong nước uống. Trong tất cả phương pháp khử trùng nước hiện nay, phương pháp khử trùng bằng các chất oxi hóa mạnh, Clo là chất khử trùng được sử dụng phổ biến nhất trong nhiều hệ thống cấp nước để duy trì lượng Clo dư nhằm giảm thiểu sự tái nhiễm vi sinh bởi vì chi phí tương đối thấp, dễ sử dụng, dễ theo dõi và vô cùng hiệu quả trong việc tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh. Theo quy chuẩn về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt (QCVN 01- 1:2018/BYT) của Bộ Y Tế ban hành năm 2018, liên quan đến lượng Clo dư tối thiểu trong mạng lưới phải đảm bảo không dưới 0,2 mg/l.
Tuy nhiên, theo kết quả kiểm tra chất lượng nước tại TP.HCM tháng 06/2020 của trung tâm Kiểm soát bệnh tật thành phố, trong 113 mẫu hóa lý và 113 mẫu vi sinh thì chỉ có 81,42% mẫu đạt chỉ tiêu hóa lý, 97,35% mẫu đạt chỉ tiêu vi sinh, 80.53% mẫu đạt cả hai chỉ tiêu hóa lý và vi sinh (HCDC, 2020). Các mẫu nước giám sát chủ yếu không đạt chỉ tiêu Clo dư ở các bồn chứa nước, vệ tinh nước tại khu chung cư, nhà trọ, khu vực dân cư chưa có mạng lưới cấp nước ở quận 8, quận 12, Tp Thủ Đức, huyện Bình Chánh, huyện Củ Chi,… Giải thích về lượng Clo không đạt chuẩn trong nước ăn uống và sinh hoạt, Trung tâm Y tế dự phòng TP.HCM cho biết do áp lực nước hiện nay không đồng đều tại các khu vực, cụ thể thì nước tại các khu vực cuối hệ thống cấp nước có áp lực yếu, hàm lượng Clo dư thấp do thất thoát trên đường đi (Quang Khải và cộng sự, 2019). Một số 2 nơi thiếu Clo nhưng cũng có nhiều nơi lượng Clo trong nước lúc nào cũng xộc lên, đặc biệt những khu vực gần nguồn cấp nước gây ảnh hưởng rất nhiều đến sinh hoạt của người dân vì muốn nấu ăn phải hứng nước để vài giờ cho mùi Clo bay đi mới sử dụng được. Hiện nay, để đảm bảo phản ứng khử trùng xảy ra triệt để và còn được tiếp tục trong quá trình vận chuyển trên đường ống đến điểm dừng nước ở cuối mạng lưới đáp ứng nồng độ Clo dư tối thiểu là 0,2 mg/l, các nhà máy nước thường châm hàm lượng Clo ban đầu rất cao.
Điều này sẽ gây tiêu tốn lượng Clo thường gấp 3 - 5 lần lượng Clo dùng để khử trùng nước sau bể lọc, làm tăng giá thành xử lý; ngoài ra, phản ứng của Clo với các chất hòa tan trong nước tạo ra hợp chất trihalomethane-chất gây ung thư (NGO, 2018) và đẩy nhanh quá trình hình thành các sản phẩm phụ khử trùng gây hại cho người sử dụng (Al-Zahrani, 2016). Thêm vào đó, SAWACO đang tiến hành triển khai thực hiện thí điểm uống nước trực tiếp tại vòi theo khu vực, qua đó xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật, quy trình quản lý, vận hành, bảo trì bảo dưỡng và dự trù kinh phí. Làm cơ sở đến năm 2025 sẽ có khu vực uống nước trực tiếp tại vòi ở khu trung tâm thành phố, các khu dân cư, đô thị mới và hướng tới việc phục vụ cho người dân TP. Kiểm soát chất lượng nước thông qua mô hình hóa chất lượng nước trong mạng lưới phân phối là một lĩnh vực tương đối mới ở Việt Nam.
Các mô hình chất lượng nước hỗ trợ rất nhiều công tác như giúp người dùng có thể hiểu rõ hơn sự ảnh hưởng của việc vận hành mạng lưới đối với chất lượng nước, hiệu chỉnh mạng lưới thủy lực, tối ưu hóa vị trí, liều lượng, tần suất châm Clo khử trùng, xác định vị trí giám sát, theo dõi các vấn đề về chất lượng nước trong quá khứ. Ngày nay, có rất nhiều mô hình khác nhau được sử dụng để phân tích mạng lưới cấp nước như EPANET, H20map, WaterCAD, WaterGEMS,…Trong đó, mô hình thủy lực WaterGEMS và EPANET là hai mô hình đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trên thế giới vì những tính năng nhất định và cũng đã thu lại được những kết quả vô cùng to lớn. Tại Việt Nam, WaterGEMS đang là mô hình đang được các công ty cấp nước trong nước nghiên cứu ứng dụng rộng rãi vì nhiều tính năng vượt trội hơn hẳn so với EPANET với khả năng tương tác tiên tiến, xây dựng mô hình không gian địa lý, tích hợp các công cụ quản lý. Xuất phát từ những lý do trên, đề tài “Ứng dụng phần mềm WaterGEMS trong phân bổ tối ưu hàm lượng Clo trong mạng lưới cấp nước thuộc DMA Bình Thọ, Thành phố Thủ Đức” 3 đã được thực hiện.
Kết quả của nghiên cứu này là giới thiệu một cách tiếp cận đáng tin cậy để tối ưu nồng độ Clo trong mạng lưới phân phối nước nhằm duy trì lượng Clo dư theo đúng quy chuẩn của Bộ Y Tế ban hành để kiểm soát mầm bệnh mà không cần sử dụng chất khử trùng dư thừa để giảm thiểu chi phí và các khiếu nại của khách hàng về chất lượng nước. Mục tiêu đề tài 2.1 Mục tiêu chung: Ứng dụng phần mềm WaterGEMS trong xác định sự thay đổi hàm lượng Clo từ nhà máy cấp nước đến khu vực DMA, nhằm tạo giải pháp kiểm soát chất lượng nước sinh hoạt cung cấp cho người dân, hướng tới xây dựng khu vực uống nước trực tiếp tại vòi.2 Mục tiêu cụ thể: Để đạt được mục tiêu tổng quát nêu trên, các mục tiêu cụ thể sau đây đã được giải quyết: − Đánh giá hiện trạng hệ thống cấp nước tại khu vực phường Bình Thọ, tp Thủ Đức. − Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS đầu vào và ứng dụng phần mềm WaterGEMS mô phỏng thủy lực và nồng độ Clo dư thực tế tại khu vực DMA Bình Thọ. − Đề xuất giải pháp quản lý và tối ưu hóa hàm lượng Clo thích hợp tại nhà máy cấp nước, nhằm đảm bảo sức khỏe người sử dụng và tạo cơ sở tiền đề hướng tới xây dựng khu vực uống nước trực tiếp tại vòi.
Nội dung nghiên cứu: Để đạt được các mục tiêu cụ thể của đề tài, các nội dung sau đây đã được thực hiện: Nội dung 1: Tổng quan về hiện trạng hệ thống cấp nước tại khu vực phường Bình Thọ, tp Thủ Đức. Nội dung 2: Mô phỏng thủy lực và nồng độ Clo dư trên mạng lưới và so sánh với kết quả thực tế thu thập được tại khu vực DMA Bình Thọ, bao gồm các nội dung sau: − Thu thập, cập nhật dữ liệu mạng lưới cấp nước hiện hữu khu vực DMA Bình Thọ, Tp Thủ Đức (dữ liệu không gian và thuộc tính), 4 − Thu thập số liệu về áp lực, lưu lượng ở một số vị trí trên mạng lưới và dữ liệu sản lượng tiêu thụ của đồng hồ khách hàng, − Thu thập số liệu chất lượng nước về nồng độ Clo tại điểm đầu (nhà máy nước) và trạm quan trắc chất lượng nước trong khu vực nghiên cứu. Nội dung 3: Xác định hàm lượng Clo phù hợp tại đầu vào ở nhà máy nước Thủ Đức và đề xuất giải pháp đảm bảo chất lượng nước sinh hoạt theo đúng tiêu chuẩn. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 4.1 Đối tượng nghiên cứu: Sự thay đổi hàm lượng Clo trong mạng lưới phân phối nước DMA Bình Thọ; mạng lưới ống truyền tải (cấp 1, cấp 2) từ Nhà máy nước Thủ Đức đến DMA Bình Thọ và các vấn đề có liên quan.2 Phạm vi nghiên cứu: Đề tài được thực hiện thử nghiệm trên DMA Bình Thọ thuộc địa bàn phường Bình Thọ, TP Thủ Đức, TP.
Ranh giới của DMA là ba tuyến đường: Nguyễn Văn Bá, Võ Văn Ngân và Đặng Văn Bi. Đây hiện là một trong số những DMA sẽ được triển khai thành DMA thông minh đầu tiên trong kế hoạch phát triển mạng lưới thông minh của Công ty Cổ phần Cấp nước Thủ Đức nhằm có thể tăng cường năng lực vận hành mạng lưới phân phối nước sạch tại Thành phố Thủ Đức làm tiền đề phát triển khu vực uống nước trực tiếp tại vòi đến năm 2025 (TDW WASUCO, 2021). Vì thế, hiện trạng mạng lưới của DMA tương đối đầy đủ, đảm bảo tiêu chuẩn đầu vào cho việc mô phỏng áp lực, lưu lượng cũng như chất lượng nước. Ngoài ra, trong DMA hiện nay đã được lắp đặt một trạm quan trắc chất lượng nước cho kết quả liên tục trong 24/24 giờ, phục vụ cho việc giám sát chất lượng nước thường xuyên, trực quan hơn.
Phương pháp nghiên cứu: 5.1 Phương pháp luận Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm đạt tới chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học. Điều này có nghĩa rằng, các 5 nghiên cứu khoa học cần phải có những nguyên tắc và phương pháp cụ thể, mà dựa theo đó các vấn đề sẽ được giải quyết. Ứng dụng phần mềm WaterGEMS trong phân bổ tối ưu hàm lượng Clo trong mạng lưới cấp nước thuộc DMA Bình Thọ, tp Thủ Đức là nghiên cứu sự ảnh hưởng giữa nồng độ Clo dư và liều lượng Clo đầu vào cũng như một số thông số liên quan khác như lưu lượng, vận tốc, đường kính ống, … Từ sự ảnh hưởng này đề xuất giải pháp quản lý và tối ưu hóa hàm lượng Clo thích hợp châm ở nhà máy nước Thủ Đức đảm bảo đúng theo tiêu chuẩn. Làm tiền đề cho mục tiêu thực hiện uống nước trực tiếp tại vòi trên khu vực DMA.2 Phương pháp và kỹ thuật nghiên cứu: Để thực hiện các nội dung nghiên cứu nêu trên, các phương pháp nghiên cứu và công cụ hỗ trợ sau đây đã được sử dụng trong đề tài: 5.
