BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN VĂN HIỂN 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 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ SỞ HẠ TẦNG MÃ SỐ: 62.58.02.10 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2016 Luận án hoàn thành Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS TS Hoàng Văn Huệ PGS TS Trần Thanh Sơn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại: Vào hồi ngày tháng Có thể tìm hiểu luận án Thư viện Quốc gia, Thư việnTrường Đại học Kiến trúc Hà Nội năm DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyễn Văn Hiển: tham gia đề tài NCKH cấp Nhà nước “Nghiên cứu công nghệ tự rửa bể lọc vật liệu xử lý nước cấp cho sinh hoạt” - TS Trần Thanh Sơn chủ trì, năm 2014 Nguyễn Văn Hiển: “Cải tiến công nghệ công trình thu nước mặt nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật hệ thống cấp nước” - Tạp chí Xây Dựng - Tháng 3/2009 “Xây dựng mô hình thực nghiệm để xử lý sơ nước mặt công trình thu nước” - Tạp chí Người Xây Dựng - Tháng & 4/2014 “Kết thực nghiệm mô hình lắng lọc đề xuất tiêu công nghệ xử lý sơ nước mặt công trình thu nước” - Tạp chí Người Xây Dựng - Tháng & 4/2014 “Tính ưu việt bể lọc nhanh tự rửa số đề xuất ứng dụng vào dây chuyền công nghệ xử lý nước sạch” - Tạp chí Xây Dựng Tháng 6/2014 “Lọc tiếp xúc keo tụ - giải pháp xử lý nguồn nước mặt cấp cho nhu cầu sinh hoạt” - Tạp chí Xây Dựng - Tháng 8/2014 -1- MỞ ĐẦU Sự cần thiết phải nghiên cứu Hệ thống sông ngòi nước ta có chiều dài khoảng 55.000km (trong có 2372 sông nhánh thuộc hệ thống sông chính), với trữ lượng nước lớn, nguồn nước mặt chủ yếu phục vụ cho sinh hoạt sản xuất Tuy nhiên hàm lượng cặn lơ lửng hệ thống sông dao động từ (80 ÷180) mg/l vào mùa khô (200 ÷4000) mg/l vào mùa lũ Trong hệ thống sông lớn Việt Nam, có hai hệ thống sông Hồng Thái Bình có hàm lượng cặn lơ lửng dao động theo mùa lớn nhất, đặc biệt vào mùa lũ có độ đục cao (phổ biến từ tháng đến tháng 11 năm), cụ thể: sông Hồng (180 ÷ 4000 mg/l), sông Thái Bình (170 ÷ 1500 mg/l) Với hàm lượng cặn lơ lửng cao vào mùa lũ không đáp ứng với công nghệ xử lý nước mặt theo tiêu chuẩn hành Để đáp ứng tiêu chuẩn lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp với nguồn nước có hàm lượng cặn lơ lửng cao, công trình xử lý sơ nước ta xây dựng (như nhà máy nước Cẩm Thượng - Hải Dương, An Dương - Hải Phòng sử dụng hồ sơ lắng, Nam Định sử dụng bể sơ lắng ) Nhìn chung công trình lắng sơ đáp ứng điều kiện giảm hàm lượng cặn lơ lửng xuống 1500 mg/l để đưa dây chuyền công nghệ xử lý Tuy nhiên xét hiệu kinh tế, vận hành quản lý môi trường 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 chiếm diện tích chứa, gây vệ sinh môi trường mỹ quan điều không phù hợp với điều kiện đất đai phát triển đô thị lâu dài Công trình xử lý sơ công trình thu 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 kiểu loại có ưu, nhược điểm, phạm vi ứng dụng, hiệu xử lý sơ bộ, giá thành xây dựng, quản lý vận hành khác Các công trình xử lý sơ bố trí riêng lẻ trước, sau kết hợp công trình thu nước mặt Đây công trình xử lý sơ công trình thu mang lại hiệu kỹ thuật, kinh tế, quản lý vận hành, khả áp dụng vào thực tế với nhiều công suất xử lý khác Ba kiểu loại lắng lamen, lọc vật liệu kết hợp lắng lamen lọc xây dựng kết hợp công trình thu nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao để đạt hiệu đảm bảo ổn định chất lượng nước đầu vào cho nhà máy nước mặt, công trình xây dựng số nước giới Đối với Việt Nam, ba kiểu loại công trình xử lý sơ chưa xây dựng công trình thu nước mặt Vì việc nghiên cứu ứng dụng ba kiểu loại điều kiện nước ta có ý nghĩa thực tiễn cao, đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu xử lý sơ nước mặt công trình thu nước lắng lamen, lọc vật liệu nổi” cần thiết, đặc biệt nguồn nước mặt số sông thuộc hệ thống sông Hồng - Thái Bình có hàm -3- lượng cặn lơ lửng cao 1500 mg/l, mùa mưa lũ lên tới 3000 mg/l Mục tiêu nghiên cứu Xác lập sở lý luận thực tiễn cho tổ hợp công trình xử lý sơ công trình thu nước mặt, bao gồm: bể lắng lamen, lọc vật liệu kết hợp lắng lamen - lọc nổi, nhằm giảm hàm lượng cặn lơ lửng dao động lớn mùa mưa lũ (≥ 1500 mg/l) hệ thống sông Hồng sông Thái Bình, đảm bảo ổn định phù hợp cho dây chuyền công nghệ xử lý cấp nước sinh hoạt công nghiệp Đề xuất thông số thiết kế công nghệ cấu tạo công trình xử lý sơ bể lắng lamen, lọc vật liệu kết hợp lắng lamen lọc công trình thu nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao ≥ 1500 mg/l Nghiên cứu áp dụng kết nghiên cứu công trình thu NMN Cẩm Thượng - thành phố Hải Dương Đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu: Công trình xử lý sơ lắng lamen, lọc kết hợp lắng la men - lọc công trình thu nước mặt b) Phạm vi nghiên cứu ứng dụng: Các nguồn nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao ≥ 1500mg/l, dùng để cấp nước sinh hoạt công nghiệp (thuộc hệ thống sông Hồng 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 Hải Dương Nội dung nghiên cứu Tổng quan công trình xử lý sơ bộ, kiểu loại công trình thu nước mặt công trình xử lý sơ nước mặt công trình thu Việt Nam giới Nghiên cứu sở lý luận thực tiễn cho xử lý sơ nước mặt công trình thu bể lắng lamen, lọc vật liệu kết hợp lắng lamen - lọc Nghiên cứu thực nghiệm lắng lamen, lọc vật liệu kết hợp lắng lamen - lọc Đề xuất thông số thiết kế công nghệ giải pháp cấu tạo công trình xử lý sơ công trình thu nước mặt nguồn nước có hàm lượng cặn lơ lửng cao (thuộc hệ thống sông Hồng hệ thống sông Thái Bình) Áp dụng kết nghiên cứu cho công trình thu NMN Cẩm Thượng Hải Dương Phương pháp nghiên cứu a) Điều tra, khảo sát, thu thập số liệu: Số liệu, tư liệu nguồn nước mặt: hệ thống sông, hồ, điều kiện thủy văn, thủy lực dòng chảy, trữ lượng, chất lượng nguồn nước, khả -5- bổ cập, cung cấp cho nhu cầu sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp nhu cầu khác Số liệu, tư liệu kiểu loại công trình thu nước, công trình xử lý sơ công trình xử lý sơ công trình thu nước mặt nước Các dự án xây dựng hệ thống cấp nước (đặc biệt ý tới 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 địa phương nước ta Các luật, nghị định, thông tư, tiêu chuẩn, quy chuẩn ngành, quốc gia nguồn nước, chất lượng nguồn nước, hệ thống cấp nước sinh hoạt Các tài liệu giáo trình, báo, đề tài nghiên cứu nước có liên quan đến đề tài nghiên cứu (Sử dụng chương 1, 3) b) Nghiên cứu sở lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết tính toán, thiết kế công trình thu nước mặt Nghiên cứu lý thuyết trình lắng lamen, lọc nhanh trọng lực, lọc vật liệu (Sử dụng chương 1, 3) -6- c) Kế thừa kết nghiên cứu: Kế thừa kết nghiên cứu vật liệu lọc (Sử dụng chương 3) d) So sánh đối chứng: So sánh kinh tế, kỹ thuật, quản lý vận hành công trình giải pháp thu kết hợp với xử lý sơ truyền thống (nhà máy nước Cẩm Thượng - Hải Dương) giải pháp đề tài đề xuất, để nêu bật tính hiệu kỹ thuật, kinh tế quản lý vận hành giải pháp (Sử dụng chương 4) e) Nghiên cứu thực nghiệm mô hình áp dụng thực tế Xây dựng mô hình lắng lamen, lọc vật liệu kết hợp lắng lamen - lọc tiến hành nghiên cứu thực nghiệm Trên sở kết nghiên cứu thực nghiệm, đề xuất tiêu công nghệ cấu tạo áp dụng vào công trình thực tế Việt Nam (Sử dụng chương 4) f) Phương pháp chuyên gia: Hội thảo khoa học đề tài nghiên cứu, lấy ý kiến tham vấn chuyên môn thuộc lĩnh vực đề tài nghiên cứu, cách trình bày, bố cục đề tài Tham vấn chuyên gia lựa chọn kiểu loại công trình xử lý sơ công trình thu, cách lập mô hình thí nghiệm, lựa chọn kết quả, -7- đề xuất giải pháp công nghệ cấu tạo công trình xử lý sơ công trình thu lắng lamen, lọc vật liệu kết hợp lắng lamen - lọc Tham vấn chuyên gia lựa chọn vật liệu xử lý, cấu tạo, vận hành quản lý công trình (Sử dụng chương luận án) Kết nghiên cứu Đã đánh giá ưu, nhược điểm phạm vi áp dụng công trình xử lý sơ bộ, công trình thu nước mặt, công trình xử lý sơ công trình thu nước Đã đề xuất cấu tạo thông số tính toán công trình xử lý sơ công trình thu nước mặt có hàm lượng cặn lơ lửng cao Ứng dụng kết nghiên cứu để thiết kế công trình thu nước mặt với việc sử dụng cột lọc vật liệu NMN Cẩm Thượng Hải Dương đánh giá kinh tế kỹ thuật phương án đề xuất Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài a) Ý nghĩa khoa học: Đã chứng minh với nguồn nước có độ đục cao ≥ 1500 mg/l: (1) sử dụng bể lắng lamen với vận tốc lắng ÷ 10 mm/s đạt hiệu lắng ≥ 15%; (2) sử dụng bể lọc vật liệu lọc với vận tốc 30 ÷ 40m/h, hiệu đạt ≥ 50%; (3) sử dụng kết hợp lắng lamen, sau lọc vật liệu với thông số thiết kế (1) (2), hiệu xử lí đạt ≥ 65% - 10 - Chương 1: Tổng quan công trình thu công trình xử lý sơ nước mặt Chương 2: Cơ sở khoa học cho xử lý sơ nước mặt công trình thu Chương 3: Xây dựng mô hình, quy trình thực nghiệm xử lý sơ nước mặt công trình thu Chương 4: Kết thí nghiệm, đề xuất giải pháp xử lý sơ nước mặt 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 nước ta khoảng 847 km3, tổng lượng vùng chảy vào 507 km3 chiếm 60% dòng chảy nội địa 340 km3, chiếm 40% 1.1.2 Chất lượng nguồn nước sông Trong hệ thống sông lớn nước ta, thấy hai hệ thống sông Hồng Thái Bình có tiêu, thông số thuộc phạm vi đề tài nghiên cứu,cụ thể: hàm lượng cặn lơ lửng ≥ 1500mg/l, mức nước dao động hai mùa không vượt 10m trạm cấp nước cho tỉnh, địa phương thuộc hai hệ thống sông có công suất khai thác vừa nhỏ, có nhà máy nước Cẩm Thượng - thành phố - 11 - Hải Dương địa phương dự kiến đề xuất ứng dụng cho kết nghiên cứu đề tài 1.2 Đánh giá trạng công trình xử lý sơ nhà máy xử lý nước mặt thuộc hệ thống sông Hồng - Thái Bình 1.2.1 Công trình xử lý sơ a) Bể lắng sơ Công trình phù hợp với địa phương khai thác nguồn nước có độ đục vượt 1500mg/l [1] Diện tích xây dựng không đáp ứng để xây dựng hồ sơ lắng Nước thô qua bể sơ lắng loại bỏ hầu hết lượng cặn cát có kích thước lớn 10-4 mm b) Hồ lắng sơ Công trình thường áp dụng địa phương hồ hình thành từ tự nhiên, nguồn nước khai thác có độ đục vượt 1500mg/l [1] Công suất khai thác Nước thô qua hồ sơ lắng hầu hết lượng cặn cát có kích thước lớn 10-4 mm 1.2.2 Đánh giá trạng công trình xử lý sơ nước mặt a) Ưu điểm công trình sử dụng + Các công trình xử lý sơ nước mặt phổ biến sử dụng giải pháp xử lý học, sử dụng hồ sơ lắng, bể sơ lắng tường lọc cát, hiệu xử lý tốt (đạt 40 ÷ 70%), vận hành đơn giản Các hồ sơ lắng kè đá hộc, vữa xi măng mac 200, kè với mái dốc m = 1/2, đáy hồ trải lớp vải nilon chống thấm dày 1mm, bố trí cửa phai thu nước, âu thuyền để vớt - 12 - rác hút cặn lắng theo định kỳ Bể lắng sơ thường làm bê tông cốt thép, dung tích lưu nước ÷ ngày, cặn lắng định kỳ hút đưa lên sân phơi bùn, xả ngược lại nguồn thu (sông, hồ, kênh…) Nhìn chung công trình có mặt kỹ thuật đảm bảo yêu cầu, công trình mang tính phổ biến đô thị sử dụng nguồn nước có hàm lượng cặn cao, cặn thường giảm từ (2000 ÷ 1500) mg/l xuống (1000 ÷ 500) mg/l vào mùa mưa giảm từ (190 ÷ 170) mg/l xuống (90 ÷ 80) mg/l vào mùa khô, đáp ứng đầu vào dây chuyền xử lý theo tiêu chuẩn [1] b) Nhược điểm công trình sử dụng + Diện tích xây dựng công trình lớn, thường phải xây dựng trạm bơm cấp I (bơm từ sông hồ, sau sơ lắng lại bơm từ hồ trạm xử lý) dẫn đến tốn lượng cần thiết cho bơm, chi phí xây dựng ban đầu lớn, phương án lâu dài không khả thi, áp dụng cho đô thị có nhiều quỹ đất để xây dựng hồ + Phương án sử dụng tường lọc sơ áp dụng cho công suất nhỏ, phù hợp với nguồn nước hồ đầm, quy trình vận hành sơ sài, phương án rửa lọc cho tường lọc tính hiệu lâu dài không khả thi 1.3 Khái quát loại công trình xử lý sơ công trình thu ưu, nhược điểm 1.3.1 Khái quát chung - 13 - Trong thập kỷ gần đây, nguồn nước mặt bị nhiễm bẩn nhiều hợp chất hữu chất dinh dưỡng (như Ni tơ, Phốt pho) gây nên tượng nhiễm bẩn nguồn nước mặt, nước mặt có chứa chất không tan tan như: hạt sét, cát, hợp chất cacbonat, hợp chất ôxit sắt, ôxit nhôm, hợp chất phân tử cao axit humic, loại tảo, rêu Nồng độ chất lơ lửng nước mặt dao động biên độ rộng (từ ÷ mg/l đến vài nghìn mg/l) 1.3.2 Các loại công trình xử lý sơ công trình thu nước mặt ưu, nhược điểm Trong số 12 kiểu loại công trình xử lý sơ CTT nước mặt, có kiểu loại thông dụng liên quan đến đề tài, là: (1) Dạng vịnh; (2) Hồ chứa lắng, bể lắng; (3) Kênh thảm thực vật cao cấp; (4) Xử lý sinh học sơ màng bám dính; (5) CTT lọc cát; (6) Xiclon thủy lực; (7) Công trình xử lý sơ CTT lắng lamen, lọc vật liệu kết hợp lắng lamen - lọc nổi; (8) Công trình xử lý sơ CTT hệ thống tưới; (9) Công trình xử lý sơ CTT thiết bị lưới lọc; (10) Công trình xử lý sơ CTT điều kiện khí hậu đặc biệt điều kiện đóng băng vĩnh cửu; (11) Công trình xử lý sơ CTT dạng giếng thấm; (12) Công trình xử lý sơ CTT để điều hòa nước xử lý sơ nước ngầm tầng chứa nước CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO XỬ LÝ SƠ BỘ NƯỚC MẶT TẠI CÔNG TRÌNH THU - 14 - 2.1 Các trình, công trình xử lý nguồn nước mặt hàm lượng cặn lơ lửng cao yếu tố ảnh hưởng 2.1.1 Xử lý sơ công trình hóa chất Hồ chứa lắng sơ Song chắn lưới chắn rác Bể lắng sơ Xử lý nước nguồn hoá chất Clo hoá sơ Các công trình xử lý sơ 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 màu cao Xử lý nước mặt có độ đục cao Độ đục nước tiêu để chọn biện pháp xử lý nguồn nước mặt, độ đục nước nguồn cao việc xử lý phức tạp tốn Xử lý nước mặt có độ màu cao Độ màu thường chất bẩn nước tạo nên, hợp chất sắt, mangan không hoà tan làm nước có màu nâu đỏ, chất mùn humic gây màu vàng, loại thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh cây, nước bị nhiễm bẩn nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh đen 2.1.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới trình xử lý sơ nước mặt - 15 - Yếu tố công suất Yếu tố vận tốc dòng chảy Yếu tố chất lượng nước đầu vào đầu trình xử lý Yếu tố thuỷ lực phương, chiều dòng chảy trình xử lý Yếu tố cấu tạo công trình Các yếu tố khác: yếu tố biến đổi khí hậu, lũ, lũ quét, sóng, bồi lắng sông, ảnh hưởng ô nhiễm nguồn nước mặt, tượng nước biển dâng 2.2 Sự tương quan bể lọc thông thường lọc vật liệu Điểm tương đồng Khi lọc qua hai loại bể lọc này, quy luật giữ cặn bẩn lớp vật liệu giống Điểm khác biệt - Phương chiều dòng chảy: - Tốc độ gia tăng tổn thất: - Chiều cao lớp vật liệu lọc: 2.4 Quá trình lắng lọc Công trình thu nước mặt - Tính ổn định thủy lực dòng chảy từ nguồn vào ngăn lắng, lọc: vận tốc dòng chảy nguồn nước thay đổi theo mùa, cách thu nước vào công trình thu cần ý đặt hướng vào cho vuông góc với dòng chảy nguồn - 16 - - Mực nước nguồn thay đổi theo hai mùa(mùa mưa mùa khô), cần tính toán áp lực nước sông, tổn thất qua thiết bị chắn rác, ống dẫn - Mặt khác, chất lượng nước nguồn vào hai mùa khác nhau, chất lượng nước sau bể lắng, lọc khác nhau, hiệu lắng, lọc vào hai mùa khác 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 nước mặt công trình thu nước - Tấm lắng Lamen hay ống lắng đặt nghiêng - Xiclon thuỷ lực - Cột lọc vật liệu lọc (nhựa PE, HDPE Polystyren ) - Ống lọc khoan lỗ chứa vật liệu lọc - Tường lọc 3.2 Đề xuất công trình xử lý sơ công trình thu nước Căn vào ưu nhược điểm phương án công trình nêu trên, xét tình hình thực tế áp dụng tính hiệu phương án, áp dụng mô hình: lắng lamen, cột lọc vật liệu kết hợp lắng lamen - lọc 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 thí nghiệm lắng lamen Hiệu lắng(%) - Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào bể lắng 3000 mg/l (điển hình) 40.00 38.20 35.00 y = -16.18ln(x) + 55.652 R² = 0.9985 33.25 30.00 29.20 25.00 26.20 20.00 22.15 18.85 15.00 11.70 10.00 10 12 14 16 Vận tốc lắng (mm/s) Hình 4.1 Biểu đồ quan hệ vận tốc lắng hiệu lắng ứng với C0 = 3000 mg/l 4.2 Kết thí nghiệm lọc vật liệu - Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào bể lọc 1500 mg/l, vận tốc lọc 40 Hiệu lọc(%) m/h 85.00 80.00 y = -8.413ln(x) + 109.63 R² = 0.9853 79.42 75.00 76.56 70.00 67.98 73.70 69.27 65.00 60.00 55.00 62.27 66.05 59.41 58.83 57.95 57.21 63.55 62.55 61.91 60.33 58.90 58.21 57.53 56.71 50.00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Thời gian lọc (phút) Hình 4.2 Hiệu lọc (%) thời gian lọc V40m/h - SS1500mg/l - H1100mm - 18 - 4.3 Kết thí nghiệm kết hợp lắng lamen - lọc vật liệu Khi thí nghiệm mô hình thí nghiệm kết hợp, kết đo trường hợp có hai tác dụng: Thứ nhất: chất lượng nước đầu bể lắng lamen lấy làm thông số công nghệ bể lắng lamen làm việc độc lập Thứ hai: chất lượng nước đầu bể lắng lamen kết đầu vào bể lọc nổi, lấy làm thông số công nghệ dây chuyền kết hợp lắng lamen lọc - Trường hợp hàm lượng cặn đầu bể lắng 2450 mg/l để vào bể Hiệu lọc(%) lọc nổi: 80.0 75.0 76.9 70.0 y = -10.49ln(x) + 115.41 R² = 0.9826 73.7 70.4 65.0 65.4 60.0 64.0 61.8 59.0 55.0 57.8 56.7 56.1 50.0 45.0 54.3 53.3 52.2 51.4 50.8 50.6 40.0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Thời gian lọc (phút) Hình 4.3 Hiệu lọc (%) thời gian lọc; V40m/h - SS2450mg/l 4.4 Cấu tạo công trình xử lý sơ công trình thu nước Công trình xử lý sơ CTT lắng lamen a Thu, xả cặn máy bơm kỹ thuật - 19 - b Thu, xả cặn ezector, tận dụng lưu lượng, áp lực máy bơm I c Điều kiện áp dụng: thay bể lắng cát kênh lắng cát, mực nước sông thay đổi không quá10m vào mùa, công suất thiết kế  30.000 m3/ng.đ, vận tốc dòng chảy không vượt m/s vào mùa lũ, nguồn nước có nhiều cặn cát có kích thước trung bình lớn (lớn 0,2mm), chiều cao thiết kế phần ngăn lắng ≥ 1m, công trình có khả chống lũ Công trình xử lý sơ CTT lọc vật liệu a Thu, xả cặn máy bơm kỹ thuật b Thu, xả cặn ezector, tận dụng lưu lượng, áp lực máy bơm I c Điều kiện áp dụng: Khi sử dụng cột lọc nổi, áp dụng vào công trình sau: công suất thiết kế  30.000 m3/ng.đ, vận tốc dòng chảy không vượt 5m/s vào mùa lũ, nguồn nước có hàm lượng cặn lơ lửng lớn 1500, mg/l, chiều cao thiết kế phần ngăn lọc ≥ 0,8m công trình hợp khối Công trình xử lý sơ lắng lamen kết hợp lọc vật liệu a Thu, xả cặn máy bơm kỹ thuật b Thu, xả cặn ezector, tận dụng lưu lượng, áp lực máy bơm I c Điều kiện áp dụng:mực nước sông thay đổi không 5m vào mùa, công suất thiết kế  30.000 m3/ng.đ, vận tốc dòng chảy không - 20 - vượt 5m/s vào mùa lũ, nguồn nước có hàm lượng cặn lơ lửng vượt 1500mg/l 4.5 Đề xuất áp dụng giải pháp xử lý sơ công trình thu nước cho thành phố Hải Dương Công nghệ xử lý sơ sử dụng: CTT - Trạm bơm nước thô cấp - Ống dẫn nước thô - Hồ sơ lắng - Trạm bơm nước thô cấp (trạm bơm nâng) - Trạm xử lý Công nghệ xử lý sơ CTT đề xuất: CTT kết hợp xử lý sơ ngăn lọc vật liệu lọc - Trạm bơm nước thô cấp - Ống dẫn nước thô - Trạm xử lý So sánh kinh tế kỹ thuật phương án đề xuất với phương án trạng: Giá thành xây dựng cụm công trình xử lý sơ CTT so với phương án trạng giảm 41,3%, xuất đầu tư m3 nước giảm 3,25% giảm 14,5% chi phí vận hành tháng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong số hệ thống sông Việt Nam số sông thuộc hệ thống sông Hồng Thái Bình có hàm lượng cặn lơ lửng cao (lớn 1500 mg/l) thường rơi vào mùa mưa lũ (cụ thể vào tháng đến tháng năm) Đối với nguồn nước có hàm lượng cặn cao thuộc hệ thống sông Hồng hệ thống sông Thái Bình, công trình xử lý sơ công trình thu thường sử dụng hồ (hoặc bể) sơ lắng, công trình - 21 - giảm hàm lượng cặn lơ lửng theo yêu cầu trước đưa tới dây chuyền xử lý chính, nhiên diện tích xây dựng hồ (hoặc bể) sơ lắng lớn, chi phí xây dựng quản lý cao, phù hợp với điều kiện thực lâu dài biến đổi khí hậu (lũ, lụt, nước biển dâng) thời gian tới Đề tài đề xuất ba kiểu loại công trình xử lý sơ CTT: lắng lamen, lọc kết hợp chúng chứng minh hiệu kinh tế, kỹ thuật tốt giải pháp xử lý sơ sử dụng Thông qua thí nghiệm lắng lamen, lọc kết hợp lắng lamen - lọc nổi, đề tài thiết lập hàm số thực nghiệm sau: (i) Công trình lắng lamen: quan hệ hiệu lắng 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) 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 (hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào SS = 1500 mg/l): quan hệ hiệu lọc thời gian lọc ứng với 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 hiệu lắng vận tốc lắng (tương tự trường hợp i); quan quan hệ hiệu lọc thời gian lọc ứng 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 R² = 0.877 (vận tốc lọc 30 m/h) + Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào lọc SS = 1250 mg/l: E = - 9.99ln(t) + 116.4, dung sai R² = 0.982 (vận tốc lọc 40 m/h); E = 10.3ln(t) + 121.8, dung sai R² = 0.931 (vận tốc lọc 30 m/h) Nghiện cứu thực nghiệm mô hình lắng lamen, lọc vật liệu nổi, cho kết quả: (1) lắng lamen với vận tốc ÷ 10 mm/s, hiệu lắng đạt từ Elắng = 23 ÷ 17 %; lọc vật liệu lọc sử dụng hạt vật liệu PE với chiều cao lọc 800 ÷ 1100mm, vận tốc lọc 30 ÷ 40 m/h, hiệu lọc đạt Elọc ≥ 50% khoảng thời gian 480 ÷ 570 phút (lớn 60 %); kết hợp lắng lamen - lọc vật liệu nổi: với thông số lắng lọc trường hợp (1) (2), hiệu xử lý đạt Exl ≥ 65% (lớn 80%) Có ba kiểu loại ứng dụng vào thực tiễn: (1) sử dụng lắng lamen áp dụng nguồn nước sông Hồng Thái Bình hàm lượng cặn lơ lửng dao động khoảng 1500 ≤ SSmxx ≤ 1700 mg/l; (2) cột lọc vật liệu hàm lượng cặn lơ lửng dao động - 23 - khoảng 1500 < SSmax< 2500 mg/l; (3) kết hợp lắng lamen với lọc vật liệu hàm lặng cặn lơ lửng dao động 2500 ≤ SSmax ≤ 3000 mg/l Cả ba kiểu loại đề xuất áp dụng cho trạm xử lý nước có công suất vừa nhỏ (≤ 30.000 m3/ng.đ) Trường hợp hàm lượng cặn lơ lửng 1500 mg/l qua công trình xử lý sơ Trên sở tính toán thấy rằng, nhà máy nước Cẩm Thượng - thành phố Hải Dương, áp dụng kiểu loại công trình xử lý sơ CTT lọc vật liệu thay hồ sơ lắng, hiệu xử lý cao hơn, giảm diện tích xây dựng công trình, giá thành xây dựng quản lý giảm Cụ thể giá thành xây dựng cụm công trình xử lý sơ CTT so với phương án trạng giảm 41,3%, xuất đầu tư m3 nước giảm 3,25% giảm 14,5% chi phí vận hành tháng Kiến nghị: Nên áp dụng ba kiểu loại công trình xử lý sơ CTT lắng lamen, lọc vật liệu kết hợp lắng lamen - lọc cho sông thuộc hệ thống sông Hồng Thái Bình có hàm lượng cặn lơ lửng lớn 1500 mg/l Áp dụng kết nghiên cứu thực nghiệm vào trường hợp nhà máy nước Cẩm Thượng - thành phố Hải Dương cần phải nghiên cứu bổ sung thêm cấu tạo xử lý sơ công trình thu thích ứng với chất lượng nước nguồn khác mùa năm Cụ thể cần nghiên cứu qui hoạch xây dựng hai cửa thu hợp lý: (1) dùng trường hợp mùa mưa lũ hàm lượng cặm cao ≥ 1500 - 24 - mg/l (thường xuất từ tháng đến tháng năm[40]), nước nguồn cho qua công trình xử lý sơ (2) dùng trường hợp hàm lượng chất lơ lửng không vượt 1500 mg/l (mùa khô) - kết luận (5) Cần có hỗ trợ để thực nghiên cứu bổ sung công trình thu nhà máy nước khác, hệ thống sông Hồng, Thái Bình, có hàm lượng cặn lơ lửng ≥ 1500 mg/l để lấy kết nhân rộng mang lại hiệu kinh tế, kỹ thuật mà luận án đề xuất [...]... 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... 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:... 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. .. 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... 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 thu lực - Cột lọc vật liệu lọc nổi (nhựa PE, HDPE hoặc Polystyren ) - Ống lọc khoan lỗ chứa vật liệu. .. 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... 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... 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... 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. .. công trình xử lý sơ bộ tại CTT bằng lắng lamen, lọc vật liệu nổi và kết hợp lắng lamen - lọc nổi cho các sông thu c hệ thống sông Hồng và Thái Bình có hàm lượng cặn lơ lửng lớn hơn 1500 mg/l 2 Áp dụng kết quả nghiên cứu thực nghiệm vào trường hợp nhà máy nước Cẩm Thượng 2 - thành phố Hải Dương cần phải được nghiên cứu bổ sung thêm về cấu tạo xử lý sơ bộ tại công trình thu thích ứng với chất lượng nước