Tóm tắt Luận án Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý sơ bộ nước mặt tại công trình thu nước bằng lắng lamen, lọc vật liệu nổi

uả kinh tế, vận hành quản lý và môi trường đều chưa đáp ứng yêu cầu như: chiếm nhiều diện tích xây dựng, chi phí quản lý máy - 2 - bơm cấp I, nạo vét hồ, bể lắng cao, bùn lắng (có thể có hóa chất keo tụ) đưa lên sân phơi bùn cũng chiếm diện tích chứa, gây mất vệ sinh môi trường và mỹ quan...điều đó không phù hợp với điều kiện đất đai và phát triển đô thị về lâu dài. Công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu trên thế giới áp dụng có nhiều kiểu loại: lắng lamen, lọc vật liệu nổi, kết hợp lắng lamen - lọc nổi, xiclon thủy lực, tường lọc cát, ống lọc vật liệu nổi...mỗi kiểu loại đều có ưu, nhược điểm, phạm vi ứng dụng, hiệu quả xử lý sơ bộ, giá thành xây dựng, quản lý và vận hành khác nhau. Các công trình xử lý sơ bộ này có thể bố trí riêng lẻ trước, sau hoặc kết hợp tại công trình thu nước mặt. Đây là các công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu mang lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, quản lý vận hành, khả năng áp dụng vào thực tế với nhiều công suất xử lý khác nhau. Ba kiểu loại lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi có thể xây dựng kết hợp tại công trình thu nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao để đạt hiệu quả đảm bảo ổn định chất lượng nước đầu vào cho các nhà máy nước mặt, các công trình đó đã được xây dựng ở một số nước trên thế giới. Đối với Việt Nam, ba kiểu loại công trình xử lý sơ bộ này vẫn chưa được xây dựng tại các công trình thu nước mặt. Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng ba kiểu loại trên trong điều kiện nước ta có ý nghĩa thực tiễn cao, đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý sơ bộ nước mặt tại công trình thu nước bằng lắng lamen, lọc vật liệu nổi” là cần thiết, đặc biệt đối với những nguồn nước mặt một số sông thuộc hệ thống sông Hồng - Thái Bình có hàm - 3 - lượng cặn lơ lửng cao trên 1500 mg/l, trong mùa mưa lũ có thể lên tới 3000 mg/l. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xác lập cơ sở lý luận và thực tiễn cho một tổ hợp công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu nước mặt, bao gồm: bể lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi, nhằm giảm hàm lượng cặn lơ lửng dao động lớn trong mùa mưa lũ (≥ 1500 mg/l) của hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình, đảm bảo sự ổn định và phù hợp cho dây chuyền công nghệ xử lý cấp nước sinh hoạt và công nghiệp. Đề xuất các thông số thiết kế công nghệ và cấu tạo công trình xử lý sơ bộ bằng bể lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi tại công trình thu nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao ≥ 1500 mg/l. Nghiên cứu áp dụng kết quả nghiên cứu tại công trình thu NMN Cẩm Thượng 2 - thành phố Hải Dương. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu: Công trình xử lý sơ bộ lắng lamen, lọc nổi và kết hợp lắng la men - lọc nổi tại công trình thu nước mặt. b) Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng: Các nguồn nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao ≥ 1500mg/l, dùng để cấp nước sinh hoạt và công nghiệp (thuộc hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Thái Bình). - 4 - Các trạm cấp nước có công suất  30.000 m3/ng.đ. Nghiên cứu điểm cho công trình thu NMN Cẩm Thượng 2 Hải Dương. 4. Nội dung nghiên cứu Tổng quan về các công trình xử lý sơ bộ, các kiểu loại công trình thu nước mặt và công trình xử lý sơ bộ nước mặt tại công trình thu ở Việt Nam và trên thế giới. Nghiên cứu các cơ sở lý luận và thực tiễn cho xử lý sơ bộ nước mặt tại công trình thu bằng bể lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp giữa lắng lamen - lọc nổi. Nghiên cứu thực nghiệm lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi. Đề xuất các thông số thiết kế công nghệ và giải pháp cấu tạo công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu nước mặt đối với những nguồn nước có hàm lượng cặn lơ lửng cao (thuộc hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Thái Bình). Áp dụng kết quả nghiên cứu cho công trình thu NMN Cẩm Thượng 2 Hải Dương. 5. Phương pháp nghiên cứu a) Điều tra, khảo sát, thu thập số liệu: Số liệu, tư liệu về nguồn nước mặt: hệ thống sông, hồ, điều kiện thủy văn, thủy lực dòng chảy, trữ lượng, chất lượng nguồn nước, khả - 5 - năng bổ cập, cung cấp cho nhu cầu sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp và các nhu cầu khác. Số liệu, tư liệu về các kiểu loại công trình thu nước, công trình xử lý sơ bộ và công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu nước mặt trong và ngoài nước. Các dự án xây dựng hệ thống cấp nước (đặc biệt chú ý tới các dự án xây dựng hệ thống cấp nước có khai thác, sử dụng nguồn nước có hàm lượng cặn lơ lửng cao). Cách thức vận hành, quản lý hệ thống cấp nước của các địa phương ở nước ta. Các luật, nghị định, thông tư, tiêu chuẩn, quy chuẩn ngành, quốc gia về nguồn nước, chất lượng nguồn nước, hệ thống cấp nước sinh hoạt hiện nay. Các tài liệu giáo trình, bài báo, đề tài nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài nghiên cứu. (Sử dụng trong chương 1, 2 và 3). b) Nghiên cứu cơ sở lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết về tính toán, thiết kế công trình thu nước mặt. Nghiên cứu lý thuyết về quá trình lắng lamen, lọc nhanh trọng lực, lọc vật liệu nổi. (Sử dụng trong chương 1, 2 và 3). - 6 - c) Kế thừa kết quả nghiên cứu: Kế thừa các kết quả nghiên cứu về vật liệu lọc nổi. (Sử dụng trong chương 3). d) So sánh đối chứng: So sánh kinh tế, kỹ thuật, quản lý vận hành công trình giữa giải pháp thu kết hợp với xử lý sơ bộ truyền thống (nhà máy nước Cẩm Thượng 2 - Hải Dương) và giải pháp đề tài đề xuất, để nêu bật tính hiệu quả về kỹ thuật, kinh tế và quản lý vận hành của các giải pháp mới. (Sử dụng trong chương 4). e) Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình và áp dụng thực tế Xây dựng mô hình lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi và tiến hành nghiên cứu thực nghiệm. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu thực nghiệm, đề xuất các chỉ tiêu công nghệ và cấu tạo áp dụng vào công trình thực tế ở Việt Nam. (Sử dụng trong chương 3 và 4). f) Phương pháp chuyên gia: Hội thảo khoa học đề tài nghiên cứu, lấy ý kiến tham vấn về chuyên môn thuộc lĩnh vực đề tài nghiên cứu, cách trình bày, bố cục đề tài... Tham vấn chuyên gia về lựa chọn kiểu loại công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu, cách lập mô hình thí nghiệm, lựa chọn kết quả, - 7 - đề xuất các giải pháp công nghệ và cấu tạo công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu bằng lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi. Tham vấn chuyên gia về lựa chọn vật liệu xử lý, cấu tạo, vận hành và quản lý công trình. (Sử dụng trong các chương của luận án). 6. Kết quả nghiên cứu Đã đánh giá được ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng của các công trình xử lý sơ bộ, công trình thu nước mặt, công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu ở trong và ngoài nước. Đã đề xuất cấu tạo và các thông số tính toán công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao. Ứng dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế công trình thu nước mặt với việc sử dụng cột lọc vật liệu nổi tại NMN Cẩm Thượng 2 Hải Dương và đánh giá kinh tế kỹ thuật phương án được đề xuất. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài a) Ý nghĩa khoa học: Đã chứng minh được rằng với nguồn nước có độ đục cao ≥ 1500 mg/l: (1) sử dụng bể lắng lamen với vận tốc lắng 8 ÷ 10 mm/s đạt hiệu quả lắng ≥ 15%; (2) sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi với vận tốc 30 ÷ 40m/h, hiệu quả đạt ≥ 50%; (3) sử dụng kết hợp lắng lamen, sau đó lọc vật liệu nổi với các thông số thiết kế như (1) và (2), hiệu quả xử lí đạt ≥ 65%. - 8 - Kết quả này cho phép thiết lập dây chuyền công nghệ xử lý sơ bộ tại nguồn nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao trong mùa mưa lũ (thuộc hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Thái Bình) đảm bảo tính ổn định và phù hợp với công nghệ xử lý nước sinh hoạt và công nghiệp theo TCVN 33/2006/BXD. b) Ý nghĩa thực tiễn: Các thông số lựa chọn về công nghệ và cấu tạo công trình lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi trong luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ, kỹ sư chuyên ngành cấp thoát nước áp dụng trong tính toán, thiết kế công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao ≥ 1500 mg/l. Kết quả nghiên cứu của luận án mở ra triển vọng ứng dụng và phát triển loại công trình lắng lamen, lọc vật liệu nổi hay kết hợp giữa chúng tại các công trình thu nước mặt trong hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Thái Bình, cụ thể: (1) sử dụng ba kiểu loại công trình xử lý sơ bộ đối với nguồn nước sông Hồng và Thái Bình vào mùa lũ (210/365 ngày, chiếm 58% số ngày trong một năm), (2) tiến tới cải tạo và thay thế các công trình xử lý sơ bộ bằng hồ hoặc bể sơ lắng hiện nay trong tương lai và có thể xây dựng công trình đối với các trạm cấp nước mới, từ đó mang lại hiệu quả kinh tế và tính ổn định hiệu quả xử lý cấp nước sinh hoạt và công nghiệp. 8. Điểm mới của đề tài - 9 - Lần đầu tiên tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao bằng lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi đạt mục tiêu và đạt hiệu quả mong muốn. Các thông số tính toán, thiết kế công nghệ và cấu tạo công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao được lựa chọn thông qua phương pháp đánh giá thực trạng, nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm trên mô hình là đáng tin cậy và có ý nghĩa thực tiễn. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm lần đầu tiên chứng minh được rằng nếu sử dụng kết hợp dây chuyền lắng lamen và lọc vật liệu lọc nổi thì hiệu quả xử lý có thể đạt ≥ 65%, nghĩa là có thể đảm bảo hàm lượng cặn lơ lửng SSra (đầu ra sau xử lí sơ bộ) luôn < 1500 mg/l đối với nguồn nước hệ thống sông Hồng và Sông Thái Bình trong mùa mưa lũ. Với giá trị đầu ra này là đáp ứng qui định của Tiêu chuẩn 33/2006/BXD để lựa chọn dây chuyền xử lý thích hợp. Kết quả đánh giá kinh tế kỹ thuật phương án lọc vật liệu nổi áp dụng tại công trình thu nước Cẩm Thượng 2 - Hải Dương chứng tỏ kết quả nghiên cứu của đề tài có tính khả thi cao. 9. Cấu trúc của đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, luận án gồm 4 chương chính: - 10 - Chương 1: Tổng quan về công trình thu và công trình xử lý sơ bộ nước mặt. Chương 2: Cơ sở khoa học cho xử lý sơ bộ nước mặt tại công trình thu. Chương 3: Xây dựng mô hình, quy trình thực nghiệm xử lý sơ bộ nước mặt tại công trình thu. Chương 4: Kết quả thí nghiệm, đề xuất giải pháp xử lý sơ bộ nước mặt tại công trình thu. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THU VÀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC MẶT 1.1. Nguồn nước mặt 1.1.1. Trữ lượng nguồn nước mặt Tổng lượng dòng chảy sông ngòi trung bình hàng năm của nước ta khoảng 847 km3, trong đó tổng lượng ngoài vùng chảy vào là 507 km3 chiếm 60% và dòng chảy nội địa là 340 km3, chiếm 40%. 1.1.2. Chất lượng nguồn nước sông Trong 9 hệ thống sông lớn ở nước ta, thấy rằng hai hệ thống sông Hồng và Thái Bình có các chỉ tiêu, thông số thuộc phạm vi đề tài nghiên cứu,cụ thể: hàm lượng cặn lơ lửng ≥ 1500mg/l, mức nước dao động về hai mùa không vượt quá 10m và các trạm cấp nước cho các tỉnh, địa phương thuộc hai hệ thống sông này có công suất khai thác vừa và nhỏ, trong đó có nhà máy nước Cẩm Thượng 2 - thành phố - 11 - Hải Dương là địa phương dự kiến đề xuất ứng dụng cho kết quả nghiên cứu của đề tài. 1.2. Đánh giá hiện trạng công trình xử lý sơ bộ tại các nhà máy xử lý nước mặt thuộc hệ thống sông Hồng - Thái Bình 1.2.1. Công trình xử lý sơ bộ a) Bể lắng sơ bộ Công trình này phù hợp với các địa phương khai thác nguồn nước có độ đục vượt quá 1500mg/l [1]. Diện tích xây dựng không đáp ứng để xây dựng hồ sơ lắng. Nước thô qua bể sơ lắng sẽ loại bỏ hầu hết lượng cặn cát có kích thước lớn hơn 10-4 mm. b) Hồ lắng sơ bộ Công trình này thường áp dụng đối với các địa phương không có các hồ được hình thành từ tự nhiên, nguồn nước khai thác có độ đục vượt quá 1500mg/l [1]. Công suất khai thác bất kỳ. Nước thô qua hồ sẽ sơ lắng hầu hết lượng cặn cát có kích thước lớn hơn 10-4 mm. 1.2.2. Đánh giá hiện trạng công trình xử lý sơ bộ nước mặt a) Ưu điểm của các công trình đang sử dụng + Các công trình xử lý sơ bộ nước mặt phổ biến nhất vẫn sử dụng giải pháp xử lý cơ học, sử dụng hồ sơ lắng, bể sơ lắng hoặc tường lọc cát, hiệu quả xử lý khá tốt (đạt 40 ÷ 70%), vận hành đơn giản. Các hồ sơ lắng được kè bằng đá hộc, vữa xi măng mac 200, kè với mái dốc m = 1/2, đáy hồ được trải một lớp vải nilon chống thấm dày 1mm, ngoài ra còn bố trí các cửa phai thu nước, âu thuyền để vớt - 12 - rác nổi và hút cặn lắng theo định kỳ. Bể lắng sơ bộ thường làm bằng bê tông cốt thép, dung tích có thể lưu nước trong 1 ÷ 2 ngày, cặn lắng được định kỳ hút đưa lên sân phơi bùn, hoặc xả ngược lại ra nguồn thu (sông, hồ, kênh). Nhìn chung các công trình hiện có về mặt kỹ thuật là đảm bảo yêu cầu, các công trình mang tính phổ biến ở các đô thị sử dụng nguồn nước có hàm lượng cặn cao, cặn thường giảm từ (2000 ÷ 1500) mg/l xuống còn (1000 ÷ 500) mg/l vào mùa mưa và giảm từ (190 ÷ 170) mg/l xuống còn (90 ÷ 80) mg/l vào mùa khô, đáp ứng được đầu vào dây chuyền xử lý chính theo tiêu chuẩn [1]. b) Nhược điểm của các công trình đang sử dụng + Diện tích xây dựng công trình rất lớn, thường phải xây dựng 2 trạm bơm cấp I (bơm từ sông về hồ, sau khi sơ lắng lại bơm từ hồ về trạm xử lý) dẫn đến tốn kém năng lượng cần thiết cho bơm, chi phí xây dựng ban đầu rất lớn, các phương án này về lâu dài là không khả thi, chỉ được áp dụng cho các đô thị có nhiều quỹ đất để xây dựng hồ. + Phương án sử dụng tường lọc sơ bộ mới chỉ áp dụng cho công suất nhỏ, phù hợp với các nguồn nước hồ đầm, quy trình vận hành khá sơ sài, không có phương án rửa lọc cho tường lọc...vì thế tính hiệu quả lâu dài là không khả thi. 1.3. Khái quát về các loại công trình xử lý sơ bộ ngay tại công trình thu và ưu, nhược điểm. 1.3.1. Khái quát chung - 13 - Trong những thập kỷ gần đây, nguồn nước mặt bị nhiễm bẩn bởi nhiều hợp chất hữu cơ và chất dinh dưỡng (như Ni tơ, Phốt pho) gây nên hiện tượng nhiễm bẩn nguồn nước mặt, trong nước mặt có chứa các chất không tan hoặc ít tan như: hạt sét, cát, hợp chất của cacbonat, hợp chất của ôxit sắt, ôxit nhôm, những hợp chất của phân tử cao của axit humic, các loại tảo, rêu.... Nồng độ các chất lơ lửng trong nước mặt dao động trong biên độ rất rộng (từ 2 ÷ 3 mg/l hoặc đến vài nghìn mg/l). 1.3.2. Các loại công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu nước mặt và ưu, nhược điểm. Trong số 12 kiểu loại công trình xử lý sơ bộ tại CTT nước mặt, có 8 kiểu loại thông dụng liên quan đến đề tài, đó là: (1) Dạng vịnh; (2) Hồ chứa và lắng, bể lắng; (3) Kênh và thảm thực vật cao cấp; (4) Xử lý sinh học sơ bộ bằng màng bám dính; (5) CTT và lọc cát; (6) Xiclon thủy lực; (7) Công trình xử lý sơ bộ tại CTT bằng lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi; (8) Công trình xử lý sơ bộ tại CTT trong hệ thống tưới; (9) Công trình xử lý sơ bộ tại CTT bằng các thiết bị lưới lọc; (10) Công trình xử lý sơ bộ tại CTT trong điều kiện khí hậu đặc biệt và điều kiện đóng băng vĩnh cửu; (11) Công trình xử lý sơ bộ tại CTT dạng giếng thấm; (12) Công trình xử lý sơ bộ tại CTT để điều hòa nước và xử lý sơ bộ nước ngầm trong tầng chứa nước. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC MẶT TẠI CÔNG TRÌNH THU - 14 - 2.1. Các quá trình, công trình xử lý nguồn nước mặt hàm lượng cặn lơ lửng cao và các yếu tố ảnh hưởng. 2.1.1. Xử lý sơ bộ bằng công trình và hóa chất 1. Hồ chứa và lắng sơ bộ 2. Song chắn và lưới chắn rác 3. Bể lắng sơ bộ 4. Xử lý nước tại nguồn bằng hoá chất 5. Clo hoá sơ bộ 6. Các công trình xử lý sơ bộ khác (như lọc cát, lắng lamen, lọc vật liệu nổi, xiclon thủy lực, giếng thấm, lưới lọc, vịnh sơ lắng...) 2.1.2. Quá trình xử lý nước có độ đục và màu cao 1. Xử lý nước mặt có độ đục cao Độ đục của nước là một trong những chỉ tiêu cơ bản để chọn biện pháp xử lý đối với nguồn nước mặt, độ đục của nước nguồn càng cao thì việc xử lý càng phức tạp và tốn kém. 2. Xử lý nước mặt có độ màu cao Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên, các hợp chất sắt, mangan không hoà tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, còn các loại thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh lá cây, nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen. 2.1.3. Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý sơ bộ nước mặt - 15 - 1. Yếu tố công suất 2. Yếu tố vận tốc dòng chảy 3. Yếu tố chất lượng nước đầu vào và đầu ra trong quá trình xử lý 4. Yếu tố thuỷ lực phương, chiều dòng chảy trong quá trình xử lý 5. Yếu tố cấu tạo công trình 6. Các yếu tố khác: yếu tố biến đổi khí hậu, lũ, lũ quét, sóng, bồi lắng sông, ảnh hưởng của ô nhiễm nguồn nước mặt, hiện tượng nước biển dâng.... 2.2. Sự tương quan giữa bể lọc thông thường và lọc vật liệu nổi 1. Điểm tương đồng Khi lọc qua hai loại bể lọc này, quy luật giữ cặn bẩn trong lớp vật liệu là giống nhau 2. Điểm khác biệt - Phương và chiều dòng chảy: - Tốc độ gia tăng tổn thất: - Chiều cao lớp vật liệu lọc: 2.4. Quá trình lắng và lọc tại Công trình thu nước mặt - Tính ổn định thủy lực dòng chảy từ nguồn vào ngăn lắng, lọc: vì vận tốc dòng chảy của nguồn nước thay đổi theo mùa, vì thế cách thu nước vào công trình thu cần chú ý đặt hướng vào sao cho vuông góc với dòng chảy của nguồn. - 16 - - Mực nước nguồn thay đổi theo hai mùa(mùa mưa và mùa khô), vì thế cần tính toán áp lực nước sông, tổn thất qua các thiết bị chắn rác, ống dẫn... - Mặt khác, do chất lượng nước nguồn vào hai mùa khác nhau, vì thế chất lượng nước sau bể lắng, lọc cũng khác nhau, hiệu quả lắng, lọc vào hai mùa cũng khác nhau. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH, QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC MẶT TẠI CÔNG TRÌNH THU 3.1. Một số công trình đơn vị xử lý sơ bộ nước mặt tại công trình thu nước - Tấm lắng Lamen hay ống lắng đặt nghiêng - Xiclon thuỷ lực - Cột lọc vật liệu lọc nổi (nhựa PE, HDPE hoặc Polystyren...) - Ống lọc khoan lỗ chứa vật liệu lọc nổi - Tường lọc 3.2. Đề xuất công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu nước Căn cứ vào ưu nhược điểm của từng phương án công trình nêu trên, ngoài ra xét trên tình hình thực tế áp dụng và tính hiệu quả của từng phương án, có thể áp dụng các mô hình: lắng lamen, cột lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi là có tính khả thi. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC MẶT TẠI CÔNG TRÌNH THU - 17 - 4.1. Kết quả thí nghiệm lắng lamen - Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào bể lắng 3000 mg/l (điển hình) Hình 4.1. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc lắng và hiệu quả lắng ứng với C0 = 3000 mg/l 4.2. Kết quả thí nghiệm lọc vật liệu nổi - Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào bể lọc 1500 mg/l, vận tốc lọc 40 m/h. Hình 4.2. Hiệu quả lọc (%) và thời gian lọc V40m/h - SS1500mg/l - H1100mm. 38.20 33.25 29.20 26.20 22.15 18.85 11.70 y = -16.18ln(x) + 55.652 R² = 0.9985 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 2 4 6 8 10 12 14 16 H iệ u qu ả lắ ng (% ) Vận tốc lắng (mm/s) 79.42 76.56 73.70 69.27 67.98 66.05 63.55 62.55 62.27 61.9160.33 59.41 58.90 58.83 58.21 57.95 57.53 57.21 56.71 y = -8.413ln(x) + 109.63 R² = 0.9853 50.00 55.00 60.00 65.00 70.00 75.00 80.00 85.00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 H iệ u qu ả lọ c( % ) Thời gian lọc (phút) - 18 - 4.3. Kết quả thí nghiệm kết hợp lắng lamen - lọc vật liệu nổi Khi thí nghiệm mô hình thí nghiệm kết hợp, kết quả đo trong trường hợp này có hai tác dụng: Thứ nhất: chất lượng nước đầu ra bể lắng lamen có thể lấy làm thông số công nghệ của bể lắng lamen làm việc độc lập. Thứ hai: chất lượng nước đầu ra bể lắng lamen khi đó là kết quả đầu vào bể lọc nổi, có thể lấy làm thông số công nghệ của dây chuyền kết hợp giữa lắng lamen và lọc nổi. - Trường hợp hàm lượng cặn đầu ra bể lắng 2450 mg/l để vào bể lọc nổi: Hình 4.3. Hiệu quả lọc (%) và thời gian lọc; V40m/h - SS2450mg/l 4.4. Cấu tạo công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu nước Công trình xử lý sơ bộ tại CTT bằng lắng lamen a. Thu, xả cặn bằng máy bơm kỹ thuật 76.9 73.7 70.4 65.4 64.0 61.8 59.0 57.8 56.7 56.1 54.3 53.3 52.2 51.4 50.8 50.6 y = -10.49ln(x) + 115.41 R² = 0.9826 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0 80.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 H iệ u qu ả lọ c( % ) Thời gian lọc (phút) - 19 - b. Thu, xả cặn bằng ezector, tận dụng lưu lượng, áp lực máy bơm I c. Điều kiện áp dụng: có thể thay thế bể lắng cát hoặc kênh lắng cát, mực nước sông thay đổi không quá10m vào các mùa, công suất thiết kế  30.000 m3/ng.đ, vận tốc dòng chảy không vượt quá 3 m/s vào mùa lũ, nguồn nước có nhiều cặn cát có kích thước trung bình và lớn (lớn hơn 0,2mm), chiều cao thiết kế phần ngăn lắng ≥ 1m, công trình có khả năng chống lũ. Công trình xử lý sơ bộ tại CTT bằng lọc vật liệu nổi a. Thu, xả cặn bằng máy bơm kỹ thuật b. Thu, xả cặn bằng ezector, tận dụng lưu lượng, áp lực máy bơm I c. Điều kiện áp dụng: Khi sử dụng cột lọc nổi, có thể áp dụng vào các công trình sau: công suất thiết kế  30.000 m3/ng.đ, vận tốc dòng chảy không vượt quá 5m/s vào mùa lũ, nguồn nước có hàm lượng cặn lơ lửng lớn hơn 1500, mg/l, chiều cao thiết kế phần ngăn lọc ≥ 0,8m và công trình có thể hợp khối. Công trình xử lý sơ bộ bằng lắng lamen kết hợp lọc vật liệu nổi a. Thu, xả cặn bằng máy bơm kỹ thuật b. Thu, xả cặn bằng ezector, tận dụng lưu lượng, áp lực máy bơm I c. Điều kiện áp dụng:mực nước sông thay đổi không quá 5m vào các mùa, công suất thiết kế  30.000 m3/ng.đ, vận tốc dòng chảy không - 20 - vượt quá 5m/s vào mùa lũ, nguồn nước có hàm lượng cặn lơ lửng vượt quá 1500mg/l. 4.5. Đề xuất áp dụng giải pháp xử lý sơ bộ tại công trình thu nước cho thành phố Hải Dương. Công nghệ xử lý sơ bộ đang sử dụng: CTT - Trạm bơm nước thô cấp 1 - Ống dẫn nước thô - Hồ sơ lắng - Trạm bơm nước thô cấp 2 (trạm bơm nâng) - Trạm xử lý chính Công nghệ xử lý sơ bộ tại CTT đề xuất: CTT kết hợp xử lý sơ bộ bằng ngăn lọc vật liệu lọc nổi - Trạm bơm nước thô cấp 1 - Ống dẫn nước thô - Trạm xử lý chính. So sánh kinh tế kỹ thuật của phương án đề xuất với phương án hiện trạng: Giá thành xây dựng cụm công trình xử lý sơ bộ tại CTT so với phương án hiện trạng giảm 41,3%, xuất đầu tư trên 1 m3 nước sạch giảm 3,25% và giảm 14,5% chi phí vận hành trong 1 tháng. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1. Trong số 9 hệ thống sông chính ở Việt Nam thì một số sông thuộc hệ thống sông Hồng và Thái Bình có hàm lượng cặn lơ lửng cao (lớn hơn 1500 mg/l) và thường rơi vào mùa mưa lũ (cụ thể vào tháng 6 đến tháng 9 trong năm). 2. Đối với những nguồn nước có hàm lượng cặn cao thuộc hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Thái Bình, công trình xử lý sơ bộ tại công trình thu thường sử dụng hồ (hoặc bể) sơ lắng, các công trình - 21 - này giảm được hàm lượng cặn lơ lửng theo yêu cầu trước khi đưa tới dây chuyền xử lý chính, tuy nhiên diện tích xây dựng hồ (hoặc bể) sơ lắng lớn, chi phí xây dựng và quản lý cao, ít phù hợp với điều kiện thực tại cũng như lâu dài và sự biến đổi khí hậu (lũ, lụt, nước biển dâng) trong thời gian tới. Đề tài đề xuất ba kiểu loại công trình xử lý sơ bộ tại CTT: lắng lamen, lọc nổi và kết hợp giữa chúng đã chứng minh được về hiệu quả kinh tế, kỹ thuật tốt hơn các giải pháp xử lý sơ bộ hiện tại đang sử dụng. 3. Thông qua thí nghiệm lắng lamen, lọc nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi, đề tài đã thiết lập được các hàm số thực nghiệm như sau: (i) Công trình lắng lamen: quan hệ giữa hiệu quả lắng và vận tốc lắng, cụ thể: E = - 16.1ln(v) + 55.65, dung sai R² = 0.998 (ứng với hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào 3000 mg/l), E = - 16.2ln(v) + 55.29, dung sai R² = 0.998 (ứng với hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào 2000 mg/l) và E = - 16.2ln(v) + 54.09, dung sai R² = 0.998 (ứng với hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào 1500 mg/l). (ii) Công trình lọc vật liệu nổi (hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào SS = 1500 mg/l): quan hệ giữa hiệu quả lọc và thời gian lọc ứng với các vận tốc khác nhau, cụ thể: E = - 8.41ln(t) + 109.6, dung sai R² = 0.985 (ứng với vận tốc lọc 40 m/h); E = - 10.9ln(t) + 128.2, dung sai R² = 0.915 (ứng với vận tốc lọc 30 m/h). - 22 - (iii) Công trình kết hợp lắng lamen - lọc vật liệu nổi: quan hệ giữa hiệu quả lắng và vận tốc lắng (tương tự trường hợp i); quan quan hệ giữa hiệu quả lọc và thời gian lọc ứng như sau: + Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào lọc SS = 2450 mg/l: E = - 10.4ln(t) + 115.4, dung sai R² = 0.982 (vận tốc lọc 40 m/h); E = - 11.5ln(t) + 127.5, dung sai R² = 0.906 (vận tốc lọc 30 m/h). + Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào lọc SS = 1650 mg/l: E = - 9.89ln(t) + 115.9, dung sai R² = 0.981 (vận tốc lọc 40 m/h); E = - 12.4ln(t) + 136.2, dung sai