Cải tạo Nhà máy nước ngầm Phú Mỹ - Công suất 20.000 m3/ngđ

Ngô Xuân Trường, Trương Minh Hiền 
Công ty CP Tư vấn - Thiết kế - Xây dựng Hoàn Mỹ Việt Nam (PERNAM)
Phạm Tấn Luận 
Công ty CP Cấp nước Phú Mỹ (PHUMYWASUCO)

Tóm tắt

Trong tình hình biến đổi khí hậu như hiện nay, vấn đề sản xuất phải thân thiện với môi trường đang là mục tiêu hàng đầu mà các công ty cấp nước đang hướng đến. Là một doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực cấp nước, Công ty CP TV-TK-XD Hoàn Mỹ Việt Nam (Pernam) đã nhận thức được trách nhiệm trong vấn đề bảo vệ môi trường. Pernam đã áp dụng công nghệ "Xử lý Sắt, Mangan và nâng pH không dùng hóa chất" thành công xử lý nước ngầm tại Việt Nam. Dây chuyền công nghệ này cơ bản dựa vào các nguyên lý: sinh học, cơ học, hấp thụ và hoạt hóa của nước và không khí bằng lọc nhanh và châm khí cưỡng bức. Công ty CP Cấp Nước Phú Mỹ (Phumywasuco) đã yêu cầu Pernam cải tạo dây chuyền xử lý hiện hữu với công suất 20.000 m3/ngđ. Công nghệ này đã giúp cho Phumywasuco đưa chất lượng nước sản phẩm cao hơn tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT, tiết kiệm được chi phí hoá chất (xút) đồng thời giảm lượng nước tiêu hao trong quá trình vận hành hệ thống xử lý.

Giới thiệu về hiện trạng nhà máy nước Phú Mỹ

Là Công ty cấp nước, hoạt động sản xuất kinh doanh trực tiếp ảnh hưởng tới cộng đồng. PhuMywasuco luôn chú trọng việc cải tiến công nghệ, nâng cấp, đầu tư mới trang thiết bị để tăng hiệu quả sản xuất, nâng cao chất lượng nước sản phẩm đầu ra. Mặc dù, hệ thống xử lý hiện có cho chất lượng nước đầu ra đều đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT. Song PhuMywasuco đặt tiêu chuẩn riêng cho mình phải cao hơn. Thí dụ, hàm lượng sắt (Fe) và Mangan (Mn) sau xử lý phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,05 mg/l, thay vì 0,3 mg/l theo QCVN 01:2009/BYT và không sử dụng xút (NaOH) trong quá trình tăng pH cho nước. Như vậy, sẽ góp phần tốt hơn cho môi trường, trong tình hình biến đổi khí hậu hiện nay.

Phumywasuco hiện nay đang sử dụng hai nguồn: nước mặt từ nhà máy xử lý nước Châu Đức được lấy từ hồ Đá Đen, công suất 60.000 m3/ngđ và nguồn nước ngầm được lấy từ 18 giếng tầng nông nằm dọc theo quốc lộ 51, công suất 20.000 m3/ngđ. Đây là hai nguồn cung cấp nước sinh hoạt và sản xuất cho thị xã Phú Mỹ - Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu. Hệ thống xử lý nước ngầm hiện có được xây dựng từ năm 2000.

Chất lượng nguồn nước ngầm được thể hiện trong bảng 1. Mẫu nước được lấy trong ống góp nước thô DN400, ngày 03/07/2018.

Bảng 1: Kết quả kiểm nghiệm nước thô
 
STT Chỉ tiêu Đơn vị Kiểm tra QCVN 01/2009 BYT
1 Fe mg/l 7,03 0,3
2 Mn mg/l 0,2 0,3
3 Chỉ số Pecmanganat mg/l KPH 2
4 Độ đục NTU 25,7 2
5 Độ kiềm mg/l 25 27
6 pH   5,45 6,5÷8,5
 
Theo bảng 1, thì các chỉ tiêu sắt (Fe= 7,03 mg/l), độ đục (NTU= 25,7) và độ pH = 5,45 không đạt theo quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT, cần phải xử lý. Theo bảng này thì chỉ tiêu mangan (Mn = 0,2 mg/l) nằm trong quy chuẩn cho phép QCVN 01:2009/BYT. Nhưng theo kinh nghiệm thực tế, lượng mangan này mặc dù nhỏ, nếu không được xử lý triệt để thì khi ra mạng Mn2+ sẽ bị oxy hoá và trở thành Mn4+. Một lớp Mn4 màu đen sẽ bám vào thành ống, làm ảnh hưởng đến chất lượng nước cấp và lâu ngày làm hẹp tiết diện đường kính ống.

Tại nhà máy nước Phú Mỹ, nước thô (nguồn nước ngầm) được chia thành 4 nhánh, mỗi nhánh có công suất 5.000 m3/ngày (khoảng 210 m3/giờ) chảy qua 4 module xử lý bao gồm: làm thoáng bằng tháp “Ejector” và lọc cát trọng lực. Sau khi qua hệ thống xử lý, nước sau lọc được châm xút (NaOH) để tăng độ pH lên >= 6,5 và châm Clo để khử trùng. Sơ đồ công nghệ xử lý nước hiện hữu được biểu thị trong hình 1.

Kết quả kiểm nghiệm nước sau xử lý của hệ thống hiện hữu được thể hiện trong bảng 2.

Bảng 2: Chất lượng nước sạch sau bể chứa
 
STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả QCVN 01:2009/BYT
10h 22h  
1 Fe mg/l 0,15 0,14 0,3
2 Mn mg/l 0,2 0,19 0,3
3 pH - 6,5 6,5 6,5÷8,5
4 NTU - 0,5 0,7 2
 
 
  
Nước thô đầu vào có pH, độ kiềm thấp và việc kết hợp xử lý sắt, mangan trong cùng một công đoạn, do đó hiệu suất thấp, không loại bỏ được hoàn toàn lượng Fe, Mn trong nước. Theo kết quả bảng 2, hệ thống xử lý nước hiện nay xử lý được sắt (Fe= 0,15 mg/l) ≤ 0,3 mg/l, nhưng vẫn chưa triệt để, cũng giống như mangan, khi bơm ra mạng sắt sẽ bị oxy hóa, sẽ tạo thành cặn sắt bám trên đường ống gây ra nước đục, thường xuyên phải súc xả đường ống, do đó lượng nước tiêu hao sẽ tăng. Hơn nữa, để tăng độ pH từ 5,45 lên ≥ 6,5 cần phải châm xút (NaOH). Ngoài ra, xút sẽ làm cho độ dẫn điện của nước tăng lên, có thể không phù hợp với một số khách hàng sản xuất công nghiệp, như nhà máy nhiệt điện. Hơn nữa, việc vận hành châm NaOH cần phải chính xác (tuỳ thuộc vào lưu lượng) và chi phí sản xuất cho 1 m3 nước cao.

Đề xuất dây chuyền công nghệ mới

Căn cứ vào quy mô công suất, chất lượng nước nguồn, mặt bằng xây dựng và điều kiện tự nhiên của khu vực, trình độ quản lý vận hành và dựa trên kinh nghiệm thực tế của công ty và để khắc phục nhược điểm của dây chuyền công nghệ cũ, dây chuyền công nghệ mới phù hợp để áp dụng cho Nhà máy nước Phú Mỹ là công nghệ xử lý nước ngầm bằng bồn lọc áp lực theo công nghệ Hà Lan.
 
Công nghệ tân tiến này đã chứng minh khả năng làm việc đạt hiệu quả cao trong việc xử lý Fe, Mn, các khí hòa tan (như CO2, CH4¬, H2S) và nâng pH, không dùng hóa chất.. Dây chuyền công nghệ Hà Lan được thể hiện ở hình 3.


Hình 3: Sơ đồ dây chuyền xử lý được cải tạo tại nhà máy nước Phú Mỹ

Với công nghệ xử lý nước nêu trên không những đạt được hiệu quả kinh tế và chất lượng tốt mà còn sử dụng các vật liệu lọc thiên nhiên, bền vững và thân thiện với môi trường.

Thuyết minh dây chuyền xử lý

Nước thô được lấy từ hệ thống các giếng khai thác thông qua bơm chìm, nhờ đường ống dẫn, nước thô được đưa đến hệ thống bồn lọc áp lực bước 01 (là 4 bồn lọc Fe lắp đặt mới, hình 4). Trong bồn lọc Fe này bao gồm các bước phản ứng, lắng và lọc. Nước được tiếp xúc với không khí bằng máy nén khí, cung cấp oxy để giải phóng các khí như H2S, CO2, CH4 …và chuyển phần lớn Fe2+ thành Fe3+ (khử được khoảng 98% ion sắt trong nước thô). Lượng sắt kết tủa (Fe3+) được lắng trên bề mặt cát lọc và giữ lại gần như hoàn toàn tại lớp cát lọc của bước 01 mà chúng đi qua.

Sau đó nhờ áp lực sẵn có từ các bơm giếng, nước sẽ chảy lên tháp làm thoáng (aeration tower). Nước sẽ chảy từ trên xuống dưới qua một lớp packing (packing được làm bằng vật liệu nhựa PVC).
 
Khi chảy qua lớp packing này nước sẽ được đánh tia ra thành các hạt nhỏ li ti, tạo bề mặt tiếp xúc với không khí được cấp từ một quạt gió. Qua đó khí CO2 sẽ được đẩy ra và độ kiềm trong nước sẽ tăng. Do đó độ pH trong nước cũng sẽ tăng lên theo các phản ứng tự nhiên, mà không cần phải dùng xút hoặc đá vôi. Sau khi nước đã chảy qua tháp nâng pH, thì độ pH trong nước sẽ > 6,5.

Tại bể lọc bước 02 (là 4 bể lọc hở bê tông hiện hữu), cát lọc hiện hữu được thay thế bằng cát lọc Mn, khi đó toàn bộ hàm lượng sắt và mangan còn lại trong nước được giữ lại gần như hoàn toàn tại lớp cát lọc ở bể lọc này.

Trong quá trình xử lý có phản ứng sinh học và hóa học, do đó thời gian lọc trong quá trình này rất quan trọng, cần đủ thời gian để phản ứng xảy ra, vận tốc lọc của bồn lọc Fe được thiết kế khoảng 15 m/h. Các quá trình diễn ra như sau:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
NH4+ + 2O2 +H2O NO3- + 2H3O+
4Fe2+ + O+ 18H2O 4Fe(OH)3↓ + 8H3O+
2Mn2+ + O2 + 6H2O   2MnO2↓ + 4H3O+
 
Việc rửa ngược sẽ sử dụng lại bơm rửa ngược và máy thổi khí hiện hữu của nhà máy. Quy trình rửa lọc được thiết kế kết hợp rửa nước và gió, thời gian rửa lọc trung bình được áp dụng là 12 phút. Pernam có một quy trình rửa lọc tối ưu. Do đó vật liệu lọc sẽ ít phải thay thường xuyên. Hiện nay tại nhà máy của Cty TNHH Cấp nước Hà Lan, chúng tôi đang áp dụng quy trình này. Quá trình gần 10 năm sử dụng, vật liệu lọc vẫn còn tốt.

Chu kỳ rửa lọc tại bể lọc bước 02 sẽ ít hơn bồn lọc bước 01. Thường chu kỳ rửa lọc tại bước 02 là 2 tuần một lần, vì nước khi qua bể lọc bước 02 này đã được xử lý gần như hoàn toàn (bảng 3). Quy trình rửa lọc này được cài đặt tự động hoàn toàn do đó không cần nhiều nhân viên vận hành và đạt được sự chính xác cao. Lượng nước rửa lọc là 80 m3 trên mỗi lần rửa lọc.

Chất lượng nước sau xử lý

Bảng 3: Bảng so sánh các chỉ tiêu chất lượng nước
STT CHỈ TIÊU NƯỚC THÔ NƯỚC SAU XỬ LÝ QCVN 01:2009 BYT
1 pH 5,45 6.6 6,5÷8,5
2 Sắt (Fe) 7.03 ≤0,05 0,3
3 Mangan (Mn) 0,2 ≤0,05 0,3
4 Độ kiềm 27 100 -
5 NTU 25.7 0,2 2

Hệ thống sau khi cải tạo đảm bảo xử lý triệt để hàm lượng sắt và mangan trong nước để phòng ngừa sự bám cặn trong đường ống. Các chỉ tiêu sau xử lý gồm Fe ≤ 0,05 mg/l, Mn ≤ 0,05 mg/l. Độ pH tăng từ 5,45 lên 6,6 và độ đục = 0,2 NTU.
 
Kết luận

Phumywasuco mong muốn chất lượng nước sạch được sản xuất có chất lượng cao hơn tiêu chuẩn QCVN 01:2009 và thân thiện với môi trường. Hệ thống xử lý nước ngầm hiện hữu đã được xây dựng từ năm 2000. Phumywasuco đã yêu cầu Pernam thiết kế, lắp đặt và cải tạo hệ thống hiện hữu với dây chuyền xử lý sắt, mangan và tăng pH không dùng hoá chất. Đồng thời cải tạo hệ thống scada cho hệ thống xử lý theo công nghệ 4.0.

Sau 3 tháng thiết kế, lắp đặt và cải tạo, hệ thống xử lý theo công nghệ Hà Lan được đưa vào sử dụng ngày 16/01/2019. Chất lượng nước sau xử lý có hàm lượng Fe và Mn < 0,05 mg/l. Độ pH tăng từ 5,45 lên 6,6 mà không cần phải dùng xút (NaOH). Độ đục giảm xuống < 0,2 NTU.

Ưu điểm của dây chuyền xử lý mới:

• Hệ thống được thiết kế theo dạng các đơn nguyên, bằng thép carbon sơn epoxy 7 lớp. Mỗi đơn nguyên được thiết kế cho công suất 210 m3/h.
• Hệ thống SCADA tự động, hiện đại giúp thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa. Người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông. 
• Trong quá trình xử lý hoàn toàn không dùng hoá chất, thân thiện với môi trường. Do đó không cần hòa trộn NaOH trong bể chứa, giảm lượng châm Chlorine.
• Dễ quản lý và vận hành, bảo trì đơn giản.
• Công nghệ hiện đại, nhỏ gọn, dễ dàng nâng cấp, tăng công suất và luôn đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 01:2009, Quy chuẩn Quốc gia về chất lượng nước ăn uống.
• Do được thiết kế và chế tạo sẵn theo dạng các đơn nguyên. Vì vậy việc lắp đặt nhanh, gọn nên quá trình mở rộng tăng công suất nhà máy được thực hiện nhanh chóng và dễ dàng. Việc tăng công suất nhà máy chỉ cần lắp thêm bồn lọc và máy nén khí mà không cần đầu tư thêm máy thổi khí và bơm rửa ngược.
• Khi cần thiết có thể di chuyển hệ thống xử lý đi nơi khác dễ dàng.
• Các đơn nguyên có thể chế tạo tại Việt Nam, do vậy giá cả rất cạnh tranh, chi phí đầu tư thấp.
• Tuổi thọ trên 30 năm nếu bảo dưỡng tốt.
Chi phí lắp đặt mới và cải tạo hệ thống xử lý nhà máy nước Phú Mỹ với công suất 20.000 m3/ngđ là 15 tỷ đồng (tương đương với suất đầu tư 750.000 đồng/m3). Lượng xút (NaOH) tiết kiệm được là 53 g/m3 (tương đương khoảng 2 tỉ đồng/năm).
 

CÔNG TY CỔ PHẦN TV TK XD HOÀN MỸ VIÊT NAM

Địa chỉ: 18 đường 5, KDC Trung Sơn, Bình Hưng, Bình Chánh, TP. HCM
Điện thoại: 028.54319185    Email: ngoxuanvinh@pernam.com.vn    Website: www.pernam.com.vn 

Bài viết cùng chuyên mục

Tạp chí CTN online
Báo Môi trường và đô thị
Quảng cáo trang con [vị trí 02]