Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Nước thiên nhiên phục vụ đa dạng các nhu cầu của xã hội từ sinh hoạt, ăn uống đến sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thủy điện và giao thông thủy. Tuy nhiên, các hoạt động kinh tế - xã hội cùng việc xả thải nước thải chưa qua xử lý và nước mưa chảy tràn bề mặt đã làm gia tăng độ màu, độ đục và tải lượng ô nhiễm trong các thủy vực tự nhiên.
Xã Bàu Hàm II là một trong 10 xã thuộc huyện Thống Nhất, tỉnh Đồng Nai. Đây là địa bàn hình thành các cơ sở sản xuất công nghiệp từ sớm với trọng tâm là Khu công nghiệp Dầu Giây. Trước tốc độ đô thị hóa và gia tăng dân số, nhu cầu dùng nước sạch phục vụ đời sống dân sinh và các nhà máy trên địa bàn tăng cao. Ngược lại, nguồn nước cấp hợp vệ sinh của địa phương còn thiếu hụt trầm trọng; đa số hộ dân phải khai thác nước ngầm qua giếng khoan tầng nông chưa qua xử lý hoặc mua nước sinh hoạt vận chuyển bằng xe téc vào mùa khô do mực nước ngầm suy kiệt và nhiễm phèn. Trước tình hình đó, việc thực hiện đồ án thiết kế trạm cấp nước sạch tập trung là yêu cầu cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nước và thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương.
Mục tiêu nghiên cứu và thực hiện đồ án bao gồm:
- Tính toán, lựa chọn phương án tối ưu để thiết kế trạm xử lý nước cấp tập trung công suất $17.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống (QCVN 01:2009/BYT).
- Đáp ứng đầy đủ nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt, công cộng, dịch vụ và sản xuất công nghiệp đến năm 2045 cho xã Bàu Hàm II, huyện Thống Nhất.
- Củng cố kiến thức chuyên ngành kỹ thuật môi trường và cấp thoát nước phục vụ công tác chuyên môn.
Nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản phân định thành 4 nội dung trọng tâm:
- Điều tra, thu thập số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, phương hướng phát triển, trữ lượng các nguồn nước và hiện trạng dùng nước của địa phương.
- Nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước thô để lựa chọn nguồn nước cấp và công nghệ xử lý thích hợp.
- Tính toán thiết kế chi tiết các hạng mục công trình đơn vị trong trạm xử lý.
- Thể hiện các giải pháp kỹ thuật qua hệ thống bản vẽ công nghệ và mặt bằng cao trình.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ và các công trình đơn vị xử lý nước mặt cấp cho sinh hoạt và công nghiệp.
- Phạm vi không gian: Xã Bàu Hàm II, huyện Thống Nhất, tỉnh Đồng Nai; nguồn nước khai thác là hồ Trị An.
- Phạm vi thời gian: Niên hạn thiết kế 30 năm, từ năm 2015 đến năm 2045.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án vận dụng hệ thống lý thuyết về quá trình xử lý cơ học và hóa lý trong công nghệ cấp nước, kết hợp với các tiêu chuẩn xây dựng và quy chuẩn môi trường hiện hành của Việt Nam:
- Tiêu chuẩn thiết kế Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình (TCXDVN 33:2006).
- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống (QCVN 01:2009/BYT).
- Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt (TCVN 5942-1995 loại A).
- Lý thuyết keo tụ - tạo bông bằng phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$, kiềm hóa bằng vôi tôi $\text{CaO}$, khử trùng bằng khí Clo ($\text{Cl}_2$), và phương pháp đánh giá độ ổn định của nước qua chỉ số bão hòa Canxi Cacbonat ($J = \text{pH}_0 - \text{pH}_s$) dựa trên toán đồ Langelier.
- Tài liệu chuyên ngành: Giáo trình Cấp Nước Đô Thị của TS. Nguyễn Ngọc Dung.
Văn bản sử dụng 6 phương pháp thực hiện cụ thể:
- Phương pháp điều tra, thu thập, tổng hợp số liệu: Thu thập dữ liệu địa phương về khí tượng, thủy văn, địa hình, hiện trạng dân số, mạng lưới hạ tầng và số liệu đo đạc 26 chỉ tiêu chất lượng nguồn nước hồ Trị An.
- Phương pháp đánh giá tổng hợp: Thống kê, xử lý chuỗi số liệu và đối chiếu với các quy chuẩn kỹ thuật nhà nước để đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước thô.
- Phương pháp tham khảo tài liệu: Tiếp cận có chọn lọc các giáo trình chuyên khảo, số liệu thiết kế mẫu từ các trạm cấp nước tương tự (trạm cấp nước Cai Lậy - Tiền Giang).
- Phương pháp so sánh phân tích: Phân tích ma trận ưu - nhược điểm và phạm vi áp dụng của từng dạng bể (bể trộn cơ khí/thủy lực, bể lắng ngang/đứng/lớp mỏng/ly tâm, bể lọc nhanh/chậm/áp lực) nhằm xác định dây chuyền công nghệ tối ưu về kỹ thuật và kinh tế.
- Phương pháp bản đồ: Khai thác bản đồ địa hình khu vực xã Bàu Hàm II để quy hoạch tổng mặt bằng, xác định vị trí công trình thu, tuyến ống chuyển tải và bố trí dây chuyền xử lý thích hợp với quỹ đất.
- Phương pháp đồ họa: Xây dựng bản vẽ kỹ thuật thể hiện hình dáng, kích thước, cấu tạo chi tiết và trắc dọc cao trình thủy lực giữa các công trình đơn vị trong trạm xử lý.
Nguồn dữ liệu chính bao gồm: Niên giám thống kê và báo cáo kinh tế - xã hội xã Bàu Hàm II; Quy hoạch Khu công nghiệp Dầu Giây; Phiếu kết quả phân tích chất lượng nước hồ Trị An gồm 26 thông số vật lý, hóa học, vi sinh.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan
Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về nguồn nước, điều kiện khu vực thiết kế và các công nghệ xử lý nước cấp hiện hành:
- Tổng quan các nguồn nước: Phân tích đặc tính kỹ thuật của nước mưa (thiếu khoáng, nguy cơ axit hóa), nước mặt (nhiều cặn lơ lửng, chất hữu cơ, vi sinh vật, hàm lượng oxy hòa tan cao, biến động theo mùa), nước dưới đất (độ đục thấp, nghèo oxy, chứa sắt, mangan, độ cứng cao nhưng ít vi sinh vật).
- Tổng quan khu vực cấp nước: Xã Bàu Hàm II nằm tại giao điểm Quốc lộ 1, Quốc lộ 20, Tỉnh lộ 769 và cao tốc TP. Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây; diện tích KCN Dầu Giây là 192,47 ha. Khí hậu nhiệt đới gió mùa với nhiệt độ trung bình năm $25\text{--}26^\circ\text{C}$, lượng mưa trung bình $2.139\text{ mm/năm}$ (tập trung 85–90% vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11). Địa hình đất đỏ bazan tương đối bằng phẳng, cường độ chịu nén của nền đất cao. Về thủy văn, suối Sông Nhạn có lưu lượng không ổn định; hồ Trị An có diện tích lưu vực lớn ($14.800\text{ km}^2$), trữ lượng dồi dào. Nước ngầm ở độ sâu 100–120 m có chất lượng tốt nhưng tầng nông xuất hiện nhiều đá tảng gây trở ngại lớn cho việc khoan giếng. Dân số hiện trạng năm 2015 là 19.303 người; có trạm y tế 50 giường và hệ thống 4 cấp học trường mầm non, tiểu học, trung học cơ sở, trung học phổ thông.
- Tổng quan các phương pháp xử lý: Trình bày nguyên lý làm việc của công trình cơ học (song chắn rác, lưới chắn rác; bể lắng ngang, đứng, lớp mỏng, lắng trong có lớp cặn lơ lửng, ly tâm; bể lọc chậm, nhanh 1 lớp, nhanh 2 lớp, áp lực, tiếp xúc) và phương pháp hóa lý (cơ chế keo tụ bằng phèn nhôm, kiềm hóa bằng vôi, hấp phụ vật lý/hóa học, khử trùng bằng Clo, nhiệt, tia tử ngoại UV, sóng siêu âm).
Chương 2: Lựa chọn nguồn nước và đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước cấp
Chương này tập trung tính toán nhu cầu dùng nước chi tiết, phân tích chất lượng nguồn nước và xác định liều lượng hóa chất xử lý:
- Dự báo quy mô dân số: Dân số năm 2015 là 19.303 người, tỷ lệ tăng tự nhiên bình quân $1,28%/\text{năm}$. Áp dụng công thức tăng trưởng mũ với niên hạn thiết kế 30 năm ($n = 30$), dân số tính toán đến năm 2045 đạt $P_{2045} = 19.303 \times (1 + 0,0128)^{30} = 28.270\text{ người}$.
- Tính toán nhu cầu dùng nước: Tổng hợp nhu cầu nước cho các đối tượng trên địa bàn theo TCXDVN 33:2006.
| STT |
Thành phần dùng nước |
Cơ sở và thông số tính toán |
Lưu lượng ($\text{m}^3/\text{ngày đêm}$) |
| 1 |
Ăn uống sinh hoạt dân cư ($Q_{sh}$) |
$N = 28.270\text{ người}$; $q = 200\text{ l/người.ngđ}$; $K_{ngay_max} = 1,2$ |
6.785,0 |
| 2 |
Trường học ($Q_{TH}$) |
4 cấp trường (470 MN; 2.150 TH; 1.788 THCS; 1.953 THPT) |
153,9 |
| 3 |
Công trình y tế ($Q_{yte}$) |
50 giường bệnh; tiêu chuẩn $200\text{ l/giường.ngđ}$ |
10,0 |
| 4 |
Khu công nghiệp tập trung ($Q_{CNTT}$) |
$80\text{ ha} \times 40\text{ m}^3/\text{ha} + 3.500\text{ công nhân sinh hoạt, tắm}$ |
3.315,0 |
| 5 |
Tiểu thủ công nghiệp ($Q_{TTCN}$) |
Tính bằng $10% \times Q_{sh}$ |
678,5 |
| 6 |
Tưới đường, tưới cây ($Q_{tuoi}$) |
Tính bằng $10% \times Q_{sh}$ (tưới cây 40%, tưới đường 60%) |
678,5 |
| 7 |
Công trình công cộng ($Q_{CTCC}$) |
Tính bằng $15% \times Q_{sh}$ |
1.017,8 |
| - |
Tổng công suất hữu ích ($Q_{huu_ich}$) |
Tổng cộng từ mục 1 đến mục 7 |
12.638,7 |
| 8 |
Trạm bơm cấp 2 phát mạng lưới ($Q_{ML}$) |
Tính hệ số rò rỉ và dự phòng $K_r = 1,2$ |
15.166,0 |
| 9 |
Lưu lượng nước chữa cháy ($Q_{cc}$) |
$n = 2\text{ đám cháy}$; $q_{cc} = 25\text{ l/s}$; chữa cháy trong 3 giờ |
540,0 |
| 10 |
Công suất trạm xử lý ($Q_{XL}$) |
$Q_{ML} \times K_{XL} (1,05) + Q_{cc} = 15.166 \times 1,05 + 540 = 16.464$ |
17.000,0 |
(Ghi chú: Đồ án chọn làm tròn công suất thiết kế trạm xử lý là $17.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$).
- Đánh giá nguồn nước thô hồ Trị An: Số liệu phân tích cho thấy các chỉ tiêu vượt chuẩn QCVN 01:2009/BYT và TCVN 5942-1995 (loại A) cần phải xử lý gồm:
- Độ đục: $75\text{ NTU}$ (tiêu chuẩn $< 20\text{ NTU}$).
- Độ màu: $45\text{ Pt-Co}$ (tiêu chuẩn $< 10\text{ Pt-Co}$).
- Cặn lơ lửng (SS): $146,5\text{ mg/l}$.
- Tổng Coliform: $2.400\text{ MNP/100ml}$ (tiêu chuẩn $0$).
- Nước có pH tự nhiên đạt $6,5$, độ kiềm tổng $1,2\text{ mgđl/l}$, độ cứng $50\text{ mg/l CaCO}_3$, hàm lượng sắt tổng $0,11\text{ mg/l}$.
- Lựa chọn dây chuyền công nghệ: Căn cứ vào công suất lớn ($17.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$) và đặc tính nước hồ Trị An có cặn lơ lửng, độ màu và vi sinh cao, tác giả so sánh và lựa chọn chuỗi công nghệ:
- Công trình thu và trạm bơm cấp 1 (song chắn rác, lưới chắn rác).
- Bể trộn đứng (kết hợp châm phèn nhôm và vôi tôi).
- Bể phản ứng có vách ngăn dạng đứng (thời gian lưu nước 20 phút, vận tốc dòng tràn $< 0,05\text{ m/s}$).
- Bể lắng ngang thu nước bề mặt.
- Bể lọc nhanh hai lớp vật liệu (than antraxít và cát thạch anh).
- Trạm khử trùng bằng khí Clo châm vào đường ống dẫn sang bể chứa nước sạch.
- Xử lý bùn cặn: Hồ chứa bùn, máy ép bùn, sân phơi bùn; nước tách bùn được tuần hoàn trở lại trước bể trộn đứng.
- Tính toán lượng hóa chất tiêu thụ:
- Tổng hàm lượng muối hòa tan: $P = 78,99\text{ mg/l}$.
- Hàm lượng $\text{CO}2$ tự do trong nước nguồn (tra toán đồ Langelier): $\text{CO}{2(0)} = 19\text{ mg/l}$.
- Liều lượng phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$: Tính theo độ đục/hàm lượng cặn cho kết quả $P_P^I = 45\text{ mg/l}$; tính theo độ màu cho kết quả $P_P^{II} = 4 \times \sqrt{45} = 26,83\text{ mg/l}$. Lấy giá trị lớn nhất: $P_P = 45\text{ mg/l}$.
- Kiểm tra độ kiềm để keo tụ: $P_k = 28 \times (45/57 - 1,2 + 1) \times (100/80) = 20,63\text{ mg/l} > 0$. Độ kiềm tự nhiên không đủ, bắt buộc phải kiềm hóa bằng vôi tôi $\text{CaO}$.
- Sau keo tụ: Độ kiềm giảm còn $K_i^* = 0,4\text{ mgđl/l}$; hàm lượng $\text{CO}_2$ tăng lên $53,74\text{ mg/l}$; $\text{pH}_0 = 5,9$; $\text{pH}_s = 6,7$. Chỉ số bão hòa $J = \text{pH}_0 - \text{pH}_s = -0,8 < -0,5$. Nước có tính xâm thực ăn mòn mạnh, cần châm vôi bổ sung để ổn định nước với tổng liều lượng $\text{CaO}$ là $D_K = 249,6\text{ mg/l}$.
Chương 3: Tính toán thiết kế các hạng mục công trình
Chương 3 trình bày các bước tính toán kích thước hình học, thông số thủy lực và kết cấu chi tiết của hệ thống công trình đơn vị:
- Công trình thu và trạm bơm cấp 1: Tính toán song chắn rác, ống tự chảy dẫn nước thô từ hồ, lưới chắn rác phẳng, ngăn thu và ngăn hút của trạm bơm nước thô.
- Hệ thống hòa trộn và định lượng hóa chất: Tính toán dung tích bể hòa trộn phèn, bể tiêu thụ phèn, chọn bơm dung dịch phèn và bơm định lượng hóa chất; tính toán bể tôi vôi và thiết bị pha chế vôi sữa.
- Bể trộn đứng: Thiết kế thủy lực hình phễu thuôn, tiếp nhận nước thô từ đáy đi lên với thời gian lưu nước $1,5\text{--}2\text{ phút}$ để hòa trộn triệt để hóa chất keo tụ và vôi.
- Bể phản ứng vách ngăn dạng đứng: Thiết kế các vách ngăn tạo dòng chảy ziczac đổi chiều thẳng đứng, phân phối vận tốc giảm dần để hình thành các bông cặn bền vững mà không bị vỡ.
- Bể lắng ngang: Tính toán diện tích vùng lắng, chiều dài, chiều rộng, chiều sâu lắng; hệ thống máng răng cưa thu nước đều trên bề mặt, mương phân phối nước vào, máng thu gom nước sau lắng và hệ thống xả cặn định kỳ.
- Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu: Tính toán diện tích bề mặt lọc, chiều dày lớp cát thạch anh bên dưới và lớp than antraxít bên trên; hệ thống phân phối nước lọc và gió - nước kết hợp để rửa lọc; hệ thống chụp lọc, máng thu gom nước rửa lọc và đường ống xả nước lọc đầu trong 10 phút.
- Bể chứa nước sạch: Lập biểu đồ dùng nước 24 giờ trong ngày dùng nhiều nhất, xác định dung tích điều hòa của bể chứa kết hợp dự trữ lượng nước chữa cháy trong 3 giờ và nước tự dùng cho trạm (rửa lọc).
- Bể lắng bùn cặn và xử lý bùn: Tính toán kích thước hố thu bùn cặn xả từ bể lắng và nước rửa bể lọc; bố trí máy ép bùn cơ học và sân phơi bùn.
- Công trình phụ trợ và trạm khử trùng: Tính toán liều lượng khí Clo khử trùng, thiết bị định lượng Clo (clorator), kho chứa bình thép Clo hóa lỏng, kho chứa phèn và kho chứa vôi bảo đảm dự trữ vận hành theo quy chuẩn.
- Bố trí cao trình trạm và trạm bơm cấp 2: Xác định tổn thất áp lực qua từng công trình để thiết lập chuỗi cao trình mực nước tự chảy từ bể trộn đứng $\rightarrow$ bể phản ứng $\rightarrow$ bể lắng ngang $\rightarrow$ bể lọc nhanh $\rightarrow$ bể chứa. Tính toán chọn cụm bơm cấp 2 (ống hút, ống đẩy, cột áp) phát nước vào mạng lưới tiêu thụ của xã.
Chương 4: Khái toán chi phí
Chương 4 thực hiện tổng hợp kinh tế kỹ thuật cho dự án:
- Chi phí xây lắp thiết bị và vật tư: Bóc tách khối lượng và lập dự toán chi phí xây dựng công trình thu, các khối bể xử lý bằng bê tông cốt thép, trạm bơm cấp 1 và cấp 2; chi phí mua sắm thiết bị chính (máy bơm, máy khuấy, máy định lượng hóa chất, máy ép bùn, van, đường ống kỹ thuật).
- Chi phí vận hành hàng năm: Tính toán chi phí tiêu thụ điện năng của các trạm bơm và động cơ thiết bị; chi phí hóa chất vận hành (phèn nhôm, vôi $\text{CaO}$, khí $\text{Cl}_2$); chi phí lương cho cán bộ quản lý và công nhân vận hành; định mức chi phí bảo dưỡng, sửa chữa nhỏ và chi phí trích khấu hao tài sản cố định hàng năm.
- Tính toán chỉ tiêu kinh tế: Tổng hợp suất vốn đầu tư xây dựng trên $1\text{ m}^3$ công suất thiết kế và tính toán giá thành sản xuất toàn bộ cho $1\text{ m}^3$ nước sạch bán ra mạng lưới.
Kết quả và đóng góp
Đồ án hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế kỹ thuật một trạm xử lý nước cấp hoàn chỉnh, đưa ra các kết quả định lượng cụ thể:
- Xác định chính xác quy mô công suất trạm cấp nước cho xã Bàu Hàm II đến năm 2045 là $17.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, trên cơ sở dự báo tăng trưởng dân số ($28.270\text{ người}$), nhu cầu sinh hoạt ($6.785\text{ m}^3/\text{ngđ}$), công nghiệp ($3.315\text{ m}^3/\text{ngđ}$) và các thành phần công cộng, dự phòng rò rỉ.
- Xử lý triệt để các thông số chất lượng nước thô hồ Trị An bị ô nhiễm: đưa độ đục từ $75\text{ NTU}$ về dưới $2\text{ NTU}$, khử độ màu từ $45\text{ Pt-Co}$ về tiêu chuẩn, cặn lơ lửng sau lọc đạt $\le 3\text{ mg/l}$, tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn Coliform từ mức $2.400\text{ MNP/100ml}$ về $0\text{ MNP/100ml}$ theo đúng QCVN 01:2009/BYT.
- Giải quyết bài toán xâm thực của nguồn nước sau keo tụ bằng giải pháp kỹ thuật kiềm hóa kết hợp: xác định chính xác liều lượng phèn nhôm $45\text{ mg/l}$ và lượng vôi tôi $\text{CaO}$ ổn định nước $249,6\text{ mg/l}$ nhằm điều chỉnh chỉ số bão hòa Canxi Cacbonat từ $J = -0,8$ về trạng thái cân bằng, bảo vệ hệ thống đường ống mạng lưới khỏi nguy cơ ăn mòn rỉ sét.
- Đề xuất chuỗi công nghệ hiện đại, nâng cao hiệu quả lắng lọc bằng việc áp dụng bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc (cát thạch anh kết hợp than antraxít), giúp tăng dung tích chứa cặn từ 2 đến 2,5 lần so với lọc 1 lớp, kéo dài chu kỳ làm việc giữa hai lần rửa lọc.
- Thiết kế hệ thống thu gom và xử lý bùn cặn tập trung có máy ép bùn và sân phơi, tích hợp đường ống tuần hoàn nước tách bùn về đầu trạm trộn nhằm tiết kiệm tài nguyên nước và ngăn ngừa ô nhiễm thứ cấp ra môi trường tiếp nhận.
- Đóng góp thực tiễn của đồ án là cung cấp phương án kỹ thuật khả thi, làm cơ sở khoa học để địa phương giải quyết dứt điểm tình trạng thiếu hụt nước sạch, chấm dứt việc khai thác bừa bãi nguồn nước dưới đất đang suy thoái, bảo đảm an ninh nguồn nước cho sinh hoạt và hạ tầng phát triển của Khu công nghiệp Dầu Giây.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đồ án:
- Chuỗi số liệu phân tích chất lượng nước hồ Trị An mới chỉ được khảo sát tại một thời điểm cố định (kết quả mẫu phân tích 26 chỉ tiêu), chưa phản ánh hết sự biến thiên theo mùa giữa mùa khô và mùa mưa của hồ chứa điều tiết thủy điện lớn.
- Một số thành phần lưu lượng nước cấp phụ trợ (nước tưới cây, tưới đường lấy bằng 10% lưu lượng sinh hoạt) được giả định theo tỷ lệ kinh nghiệm của quy chuẩn thiết kế do địa phương chưa có số liệu thống kê chi tiết.
- Văn bản dừng lại ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật và khái toán chi phí sơ bộ, chưa có điều kiện khảo sát địa chất công trình chi tiết tại vị trí móng của từng hạng mục bể.
Hướng mở và nghiên cứu tiếp:
- Tiếp tục theo dõi, quan trắc biến động chất lượng nước mặt hồ Trị An theo các chu kỳ mùa lũ và mùa cạn để tối ưu hóa liều lượng châm phèn và vôi theo thời gian thực.
- Nghiên cứu ứng dụng các thiết bị đo kiểm và điều khiển tự động hóa (SCADA) trong việc định lượng hóa chất keo tụ và kiểm soát chu kỳ rửa bể lọc nhanh tự động.
- Tính toán chi tiết mạng lưới đường ống cấp nước cấp 1 và cấp 2 ngoài đô thị để đồng bộ hóa hoàn toàn với trạm xử lý.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:
- Sinh viên và học viên: Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Cấp thoát nước, Công nghệ Hạ tầng Đô thị và Xây dựng Thủy lợi. Đồ án cung cấp một tài liệu tham khảo hoàn chỉnh về kết cấu, phương pháp luận tính toán các hạng mục công trình cấp nước từ nguồn nước mặt.
- Kỹ sư thiết kế và cán bộ kỹ thuật: Tham khảo phương pháp tính toán nhu cầu dùng nước tổng hợp cho đô thị có khu công nghiệp tập trung quy mô lớn; quy trình kiểm tra chỉ số bão hòa Langelier xác định lượng hóa chất kiềm hóa ổn định nước.
- Các phần nội dung có giá trị tham khảo nổi bật:
- Bảng tính toán chi tiết nhu cầu cấp nước cho từng hạng mục công trình công cộng, trường học và khu công nghiệp (Chương 2).
- Quy trình và công thức tra toán đồ xác định nồng độ $\text{CO}_2$ tự do và tính toán hàm lượng vôi kiềm hóa khử tính xâm thực của nước sau keo tụ (Chương 2).
- Trình tự thiết kế công nghệ bể phản ứng vách ngăn dạng đứng kết hợp bể lắng ngang và bể lọc nhanh hai lớp vật liệu (Chương 3).
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đồ án quyết định lựa chọn khai thác nguồn nước mặt hồ Trị An thay vì nguồn nước dưới đất tại chỗ?
Trả lời: Mặc dù tầng sâu (100–120 m) tại xã Bàu Hàm II có trữ lượng nước ngầm khá, nhưng địa chất tầng nông có nhiều đá tảng khiến việc khoan khai thác rất tốn kém và khó khăn. Đồng thời, nguồn nước ngầm địa phương đang suy giảm mạnh, nhiều khu vực bị nhiễm phèn và giếng khoan thường cạn kiệt vào mùa khô. Trong khi đó, hồ Trị An có diện tích lưu vực lớn ($14.800\text{ km}^2$), trữ lượng nước dồi dào, ổn định, thuận lợi cho việc cấp nước quy mô lớn ($17.000\text{ m}^3/\text{ngđ}$) phục vụ cả dân sinh lẫn Khu công nghiệp Dầu Giây.
2. Quy mô công suất thiết kế của trạm xử lý được xác định trên những căn cứ nào?
Trả lời: Công suất trạm được tính toán cho giai đoạn 30 năm (2015–2045) với dân số tính toán là $28.270\text{ người}$. Tổng công suất hữu ích bao gồm sinh hoạt ($6.785\text{ m}^3/\text{ngđ}$), trường học ($153,9\text{ m}^3/\text{ngđ}$), y tế ($10\text{ m}^3/\text{ngđ}$), KCN Dầu Giây ($3.315\text{ m}^3/\text{ngđ}$), tiểu thủ công nghiệp ($678,5\text{ m}^3/\text{ngđ}$), tưới cây/đường ($678,5\text{ m}^3/\text{ngđ}$), công trình công cộng ($1.017,8\text{ m}^3/\text{ngđ}$). Sau khi tính hệ số rò rỉ mạng lưới ($K_r = 1,2$), hệ số xử lý tại trạm ($K_{XL} = 1,05$) và cộng lưu lượng dự trữ chữa cháy 3 giờ ($540\text{ m}^3/\text{ngđ}$), công suất yêu cầu đạt $16.464\text{ m}^3/\text{ngđ}$, được làm tròn thành công suất thiết kế $17.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
3. Vì sao nguồn nước sau khi keo tụ bằng phèn nhôm bắt buộc phải châm thêm vôi ($\text{CaO}$)?
Trả lời: Khi cho phèn nhôm vào nước, phản ứng thủy phân giải phóng các ion $\text{H}^+$, làm tiêu hao độ kiềm tự nhiên của nước nguồn từ $1,2\text{ mgđl/l}$ xuống còn $0,4\text{ mgđl/l}$ và đẩy hàm lượng $\text{CO}_2$ tự do tăng vọt lên $53,74\text{ mg/l}$. Kiểm tra chỉ số bão hòa Canxi Cacbonat cho thấy $J = \text{pH}_0 - \text{pH}_s = 5,9 - 6,7 = -0,8 < -0,5$. Giá trị này chứng minh nước mang tính xâm thực ăn mòn kim loại và bê tông rất mạnh, do đó bắt buộc phải kiềm hóa và ổn định nước bằng việc châm vôi sữa với liều lượng $249,6\text{ mg/l}$.
4. Ưu điểm của việc lựa chọn bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc trong đồ án là gì?
Trả lời: Bể lọc nhanh hai lớp sử dụng lớp than antraxít cỡ hạt lớn ở phía trên và lớp cát thạch anh cỡ hạt nhỏ hơn ở phía dưới. Cấu trúc này tạo độ rỗng lớn ở phần trên giúp giữ lại lượng lớn cặn bẩn mà không làm tắc nghẽn bề mặt nhanh, nâng sức chứa cặn của bể lên gấp 2 đến 2,5 lần so với bể lọc nhanh 1 lớp cát truyền thống, từ đó cho phép tăng tốc độ lọc và kéo dài chu kỳ làm việc giữa các lần rửa lọc.
5. Bùn cặn sinh ra từ trạm xử lý được thu gom và giải quyết như thế nào?
Trả lời: Bùn cặn xả định kỳ từ đáy bể lắng ngang và bùn cặn từ nước rửa bể lọc nhanh được dẫn toàn bộ về hố chứa bùn cặn. Tại đây, bùn được bơm qua máy ép bùn cơ học kết hợp đưa ra sân phơi bùn để làm khô trước khi chuyên chở đi chôn lấp hoặc xử lý. Phần nước trong sau khi ép bùn được thu gom và lắp đặt đường ống bơm tuần hoàn trở lại trước bể trộn đứng để tái xử lý, không xả thải trực tiếp ra môi trường.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp đã giải quyết trọn vẹn yêu cầu kỹ thuật về việc thiết kế trạm xử lý nước cấp tập trung công suất $17.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ khai thác nguồn nước mặt hồ Trị An cho xã Bàu Hàm II, huyện Thống Nhất đến năm 2045. Dây chuyền công nghệ đề xuất gồm bể trộn đứng, bể phản ứng vách ngăn dạng đứng, bể lắng ngang, bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu và khử trùng bằng Clo là phương án tối ưu, phù hợp với tính chất nước nguồn và quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT. Các kết quả tính toán thủy lực, kích thước công trình đơn vị và định lượng hóa chất phèn - vôi trong đồ án có độ tin cậy cao, tạo lập cơ sở kỹ thuật thực tiễn cho công tác đầu tư hạ tầng cấp nước tại địa phương.
