Hà Nội, Thứ Sáu Ngày 24/11/2017

Công nghệ làm không dùng hóa chất CHEMILES để xử lý nước ngầm

Mtđt, 17:37 14/11/2017

Công nghệ CHEMILES có khả năng áp dụnghiệu quả để nâng cao chất lượng nước tại nhà máy nước Tương Mai và các nhà máy xử lý nước ngầm khác có ô nhiễm sắt, mangan, amoni, asen ở Việt Nam.

Tóm tắt

Công nghệ xử lý nước ngầm CHEMILES do Công ty Nagaoka, Nhật Bản phát triển, có khả năng xử lý đồng thời nguồn nước ngầm nhiễm sắt, mangan, amoni và asen với giải pháp làm thoáng cải tiến, lọc nhanh cao tải (17m/h), không dùng hóa chất.Sau khi hoàn tất thử nghiệm ở quy mô pilot tại Nhà máy nước Tương Mai, Công ty Nước sạch Hà Nội năm 2014-2015, công nghệ CHEMILES đã được áp dụng thí điểm với quy mô thực tế tại Nhà máy nước Tương Mai từ tháng 6/2016. Kết quả cho thấy các chỉ tiêu sắt, mangan, amoni, asen và chất hữu cơ trong nước sau xử lý bằng CHEMILES đạt quy chuẩn Nhật Bản và Việt Nam về chất lượng nước ăn uống. Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động. Chi phí xử lý nước là 214 VNĐ/m3. Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ CHEMILES có khả năng áp dụnghiệu quả để nâng cao chất lượng nước tại nhà máy nước Tương Mai và các nhà máy xử lý nước ngầm khác có ô nhiễm sắt, mangan, amoni, asen ở Việt Nam.

  1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Việc nâng cao chất lượng nước cấp ở thành phố Hà Nội là một yêu cầu cấp bách, để thỏa mãn yêu cầu ngày càng tăng cao của người dân. Đối với các nhà máy nước sử dụng nguồn nước ngầm, công nghệ xử lý phổ biến hiện đang áp dụng là làm thoáng bằng giàn mưa, thùng quạt gió hoặc tháp làm thoáng cao tải, lắng tiếp xúc, lọcnhanh và khử trùng bằng clo.Công nghệ này có hiệu quả xử lý tốt với sắt, mangan, asen, nhưng kém hiệu quả với nguồn nước có chứa amoni,chủ yếu do các công trình làm thoáng không cung cấp đủ oxy cho quá trình chuyển hóa amoni.Mặt khác, quá trình xử lý gồm nhiều công đoạn riêng biệt nên khối tích xây dựng lớn, đòi hỏi nhiều nhân công để quản lývận hành.

Hình 1. Nguyên lý làm việc của hệ thống CHEMILES

Công nghệ xử lý nước ngầm CHEMILES (Hình 1) của Công ty Nagaoka (Nhật Bản) cho phép xử lý đồng thời nước ngầm nhiễm sắt, mangan, amoni và asen chỉ trong một tháp lọc, không cần bể keo tụ và lắng tiếp xúc. Hệ thống sử dụng oxy không khí làm tác nhân oxy hóa, không cần sử dụng hóa chất oxy hóa, keo tụ.Quá trình làm thoáng được tối ưu hóa bằng các ống làm thoáng đặc biệt kiểu ejector.Oxy của không khí được hòa trộn, khuyếch tán đều với nước ngầm ở mức gần bão hòa.Sắt, mangan, asen và amoni được xử lý qua các quá trình oxy hóa, lọc tiếp xúc kết hợp với lọc sinh học, diễn ra trong tháp lọc với vật liệu lọc là cát thạch anh truyền thống.Vận tốc lọc của hệ CHEMILES đạt tới 17m/h, gấp nhiều lần so với các quá trình lọc xử lý nước ngầm thông thường (5~7 m/h), nhờ đó làm giảm diện tích lắp đặt và chi phí xây dựng cần thiết.Hệ thống CHEMILES được thiết kế dưới dạng các module tháp lọc bằng kim loại hoặc dạng bể bê tông. Các quá trình lọc, rửa lọc đều được lập trình vận hành tự động.

Hệ thống đã được ứng dụng rộng rãi tại Nhật Bản và tại Trung Quốc, Malaysia với công suất tới 50,000 m3/ngày. Tại Việt Nam, công nghệ CHEMILES cũng được nghiên cứu thử nghiệm với quy mô Pilot tại Nhà máy nước Tương Mai từ tháng 6/2014 tới tháng 1/2015 qua sự giới thiệu của Hội Cấp thoát nước Việt Nam, chương trình hợp tác giữa Công ty Nước sạch Hà Nội, Công ty Nagaoka và Viện Khoa học Kỹ thuật và Môi trường, Trường Đại học Xây dựng [1]. Dự án thử nghiệm Pilot đã chứng minh được công nghệ CHEMILES có thể xử lý triệt để nguồn nước ngầm có chứa đồng thời sắt, mangan và amoni tại nhà máy nước Tương Mai mà không cần dùng hóa chất. Các chỉ tiêu tổng sắt, mangan, amoni trong nước sau xử lý thỏa mãn quy chuẩn nước uống trực tiếp tại vòi của Nhật Bản: sắt < 0.3 mg/L; mangan < 0.05 mg/L và amoni < 0.1 mg/L.Tuy nhiên, do ở quy mô Pilot nên các thông số kinh tế của hệ thống như chỉ tiêu tiêu thụ điện năng, chi phí quản lý vận hành, chi phí bảo dưỡng, chi phí đầu tư không phản ánh chính xác. Để đánh giá một cách tổng thể cả về mặt kinh tế, kỹ thuật, một hệ thống CHEMILES với quy mô thực tế 2,500 m3/ngày đêm đã được đưa vào lắp đặt, vận hành và theo dõi, đánh giá tại Nhà máy nước Tương Mai, với sự tài trợ của tổ chức JICA Nhật Bản.

  1. THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

2.1. Hệ thống CHEMILES công suất 2,500 m3/ngày đêm

Hệ thống CHEMILES được lắp đặt tại nhà máy nước Tương Maitừ tháng 6/2016.Hệ thống có diện tích lắp đặt 21 m x 12 m,bao gồm 3 tháp lọc bằng thép đường kính 3,200mm, cao 3,700mm, được tích hợp với một bơm nước thô công suất 11 kW, ba bơm nước sạch 11 kW, một bơm rửa ngược 26 kW và một bể chứa nước sạch có dung tích chứa 85 m3. Hệ thống được lập trình hoạt động tự động và thông số vận hành được tự động truyền tải để giám sát qua Internet. Công suất lọc là 8,500 m3/ngày đêm. Do hàm lượng amoni trong nước ngầm cao, một phần nước sau lọc được được tuần hoàn lại. Tỷ lệ tuần hoàn được lựa chọn tối ưu dựa trên kết quả của dự án thử nghiệm pilot là 1 nước thô : 2 nước sạch [1]. Do vậy tổng công suất nước sạch của hệ thống là 2,500 m3/ngày đêm. Vật liệu lọc sử dụng là cát lọc thông thường,có đường kính hạt trung bình 0.6mm. Chiều cao lớp vật liệu lọc trong tháp lọc là 2,000 mm.

Hình 2. Ảnh và sơ đồ bố trí mặt bằng của hệ thống CHEMILES tại Nhà máy nước Tương Mai

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Việc lấy mẫu đánh giá hệ thống được thực hiện từ ngày 1/7/2016 tới 31/3/2017. Sau khi hệ thống được vận hành, nước thô và nước sạch của hệ thống CHEMILES được lấy mẫu định kỳ 1 lần/2 tuần.Từ ngày 11/8/2016, nước sau xử lý của CHEMILES được dẫn vào bể chứa nước sạch của nhà máy. Nước sau bơm II của nhà máy nước Tương Mai cũng được theo dõi và phân tích.

Công tác lấy mẫu và phân tích tại hiện trường bằng máy HACH DR900được thực hiện bởi Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng. Các thông số phân tích bao gồm sắt, mangan, amoni, pH. Từ ngày 18/10/2017, bổ sung thêm chỉ tiêu asen và chỉ số Độ oxy hóa KMnO4. Các mẫu nước đồng thời được lấy mẫu phân tích đối chứng bởi Phòng Kiểm nghiệm chất lượng nước, Công ty Nước sạch Hà Nội. Ngoài ra, mẫu nước thô, nước sau xử lý của CHEMILES và nước sạch sau Trạm bơm cấp II của Nhà máy nước Tương Mai cũng được định kỳ gửi phân tích tại Viện Sức khỏe Nghề nghiệp và Môi trường, Bộ Y tế với 31 chỉ tiêu theo dõi thuộc nhóm A và B,Quy chuẩn nước ăn uống QCVN 01: 2009/BYT.

Để đánh giá các chỉ tiêu quản lý vận hành, hệ thống được tích hợp đồng hồ nước thô, đồng hồ nước sạch, và đồng hồ điện, để xác định lượng nước thô, nước sau xử lý, nước rửa lọc và lượng điện tiêu thụ.Tổng chi phí điện năng, hóa chất của nhà máy Tương Mai trước và sau khi áp dụng CHEMILES cũng được thống kê. Hệ thống được bảo trì hai lần vào tháng 11/2016 và tháng 4/2017. Chi phí nhân công, vật tư cho bảo trì cũng được tổng hợp.

  1. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hiệu quả xử lý nước của hệ thống CHEMILES tạiNhà máy nước Tương Mai

Các đồ thị dưới đây thể hiện kết quả chất lượng nước sau xử lý của hệ thống CHEMILES. Các chỉ tiêu sắt, mangan, amoni, asen và chất hữu cơ trong nước sau xử lý của CHEMILES đều thỏa mãn quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT của Việt Nam và quy chuẩn nước uống Nhật Bản.

Bảng 1. Chất lượng nước sau xử lý của CHEMILES

Hình 3. Chất lượng nước sau xử lý của CHEMILES

Hệ thống đạt hiệu quả xử lý sắt và amoni ngay sau khi bắt đầu vận hành. Hiệu suất xử lý trung bình cao (trên 98%) và ổn định trong suốt thời gian theo dõi. Với chỉ tiêu mangan, hệ thống cần thời gian ổn định khoảng 1 tháng để xử lý triệt để (<0.05 mg/L). Chất lượng nước sau khi xử lý của CHEMILES thỏa mãn quy chuẩn nước ăn uống của Việt NamQCVN 01:2009/BYT (Fe < 0,3 mg/L; Mn < 0,3 mg/L; NH3-N < 3 mg/L)và tiêu chuẩn nước uống của Nhật Bản (Fe < 0,3 mg/L; Mn < 0,05 mg/L; NH3-N < 0,1 mg/L). Do vậy, khi hòa trộn với nước sau xử lý của hệ thống cũ tại nhà máy nước Tương Mai, chất lượng nước tổng thể của nhà máy có thể được cải thiện. Các bảng sau thể hiện sự cải thiện chất lượng nước của nhà máy trước và sau khi áp dụng hệ thống CHEMILES.

Bảng 2. Hiệu quả nâng cao chất lượng nước của hệ thống CHEMILES

Sau xử lý,NMN Tương Mai

Sắt (mg/L)

Mangan

Amoni

Kết quả

Tỷ lệ

Kết quả

Tỷ lệ

Kết quả

Tỷ lệ

Trước thời điểm 11/8/2016

0.02 – 0.09

90.32%

0.079 – 0.111

51.43%

2.57 – 3.0

25.9%

0.10 – 0.12

9.68%

0.113 – 0.141

48.57%

3.34 – 3.6

51.85%

3.86 – 4.12

22.25%

Sau thời điểm 11/8/2016

0.04 – 0.09

95.12%

0.070 – 0.110

65.63%

2.83 – 3.0

42.86%

0.10 – 0.15

4.88%

0.112 – 0.142

34.37%

3.2 – 3.6

54.29%

3.86

2.85%

Chất lượng nước theochỉ tiêu sắt của nhà máy nước Tương Mai đạt Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT. Tuy nhiên, tỷ lệ phần trăm mẫu nước có sắt dưới 0.09mg/L của Nhà máy sau khi đưa nước hệ CHEMILES vào bể chứa đạt 95.12%, cao hơn so với khi chưa đưa nước sau CHEMILES vào bể chứa (90.32%). Chất lượng nước theochỉ tiêu mangan của Tương Mai đạt QCVN 01:2009/BYT.Khi đưa nước sau CHEMILES vào bể chứa, đã giúp cho chất lượng nước về chỉ tiêu Amoni của nhà máy tốt lên.Mẫu nước có chỉ tiêu Amoni đạt Quy chuẩn ở mức 42.86%, cao hơn so với trước đây, khi chưa đưa nước sau xử lý hệ CHEMILES vào bể chứa (25.9%).

3.2. Các thông số quản lý vận hành của hệ thống CHEMILES

Chi phí vận hành của Nhà máy nước Tương Mai khi áp dụng công nghệ CHEMILES được tính toán ở bảng sau:

Bảng 3. Chi phí vận hành của hệ thống CHEMILES (VNĐ)

Chỉ số

Cách tính

Kết quả

Tiêu thụ điện năng

0.134 kWh/m3 x 1,600 VNĐ/kWh =

214.4

Tiêu thụ hóa chất

0 mg/L

0

Nhân công

0

0

Tổng chi phí vận hành, VNĐ/m3

214.4

Ghi chú: chưa bao gồm chi phí vận hành cho bơm giếng, bơm cấp 2, Clo khử trùng.

Qua dữ liệu theo dõi của Nhà máy nước Tương Mai, chỉ tiêu tiêu thụ điện, hóa chất keo tụ và khử trùng Clo trước và sau khi áp dụng CHEMILES được thể hiện ở bảng dưới đây. Công nghệ CHEMILES không sử dụng hóa chất keo tụ nên lượng tiêu thụ hóa chất PAC của nhà máy có giảm đi.Ngoài ra, do hàm lượng Amoni của nước sau Trạm bơm cấp II giảm khi áp dụng CHEMILES nên lượng Clo tiêu thụ để khử trùng cũng giảm.Tuy nhiên, do sử dụng bơm để hút nước sau xử lý nên công nghệ CHEMILES tiêu thụ điện năng nhiều hơn so với công nghệ cũ.

Bảng 4. Chỉ tiêu tiêu thụ điện, hóa chất của nhà máy nước Tương Mai trước và sau khi áp dụng CHEMILES

Chỉ tiêu

Trước khi áp dụng CHEMILES

Sau khi áp dụng CHEMILES

Chênh lệch

Giá tiền chênh lệch (VND/m3)

Đơn giá

Chỉ tiêu điện năng(kWh/m3)

0,419

0,478

0,059

94,4

1.600

VNĐ/kWh

Chỉ tiêu phèn PAC(g/m3)

0,517

0,453

-0,064

-9,28

145.000

VNĐ/kg

Chỉ tiêu Clo(g/m3)

1,65

1,604

-0,046

-0,653

14.200

VNĐ/kg

Tổng chi phí vận hành thay đổi

84,467

VNĐ/m3

Tổng lượng nước thô, nước sau xử lý của CHEMILES được ghi lại bằng đồng hồ nước.Tỷ lệ nước dùng cho rửa ngược của CHEMILES được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 5.Lượng nước dùng cho rửa ngược của CHEMILES

Chỉ số

Ký hiệu

Kết quả

Tổng lượng nước thô

(A)

644.660 m3

Tổng lượng nước sạch

(B)

615.840 m3

Tổn thất nước cho rửa ngược

(C) = (A) - (B)

28.820 m3

% theo tổng lượng nước thô

4,47%

Trong quá trình nghiên cứu, hệ thống CHEMILES được bảo trì hai lần vào tháng 11/2016 và tháng 4/2017. Công tác bảo trì được thực hiện trong 3 ngày, bao gồm sục rửa ống phun oxy hóa làm thoáng, sục rửa đường ống nước thô, máng thu nước thải, ống phun rửa bề mặt. Quá trình bảo trì không cần bổ sung hay thay thế vật liệu lọc cũng như thiết bị trong hệ thống. Ngược lại, do hệ thống sử dụng cát lọc mới nên sau quá trình lọc, bề mặt hạt cát được bao phủ bởi lớp oxit sắt và oxit mangan nên kích thước hạt cát lớn hơn so với ban đầu, khiến tăng chiều cao lớp cát lọc trong bể lọc. Trong quá trình bảo trì, một phần cát lọc được xúc bỏ ra khỏi tháp lọc.Hiện tượng này thường xảy ra trong một năm đầu khi bắt đầu vận hành hệ thống.Sau đó, khi kích thước hạt cát lọc đạt tới mức giới hạn sẽ bị phá vỡ và thải ra khỏi tháp lọc trong quá trình rửa ngược định kỳ và chiều cao lớp cát lọc trong tháp lọc được ổn định.Chi phí cho công tác bảo trì chỉ gồm chi phí nhân công, dụng cụ cọ rửa đơn giản.Tổng chi phí bảo trì là 5.000.000 VNĐ/lần.

  1. 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nghiên cứu đã đánh giá một cách tổng thể hiệu quả của công nghệ CHEMIES ở quy mô thực tế, cả về chất lượng nước, chi phí vận hành, quản lý và bảo trì.Có thể rút ra được một số kết luận như sau về công nghệ CHEMILES tại Nhà máy nước Tương Mai:

  • Công nghệ CHEMILES có thể xử lý triệt để đồng thời sắt, mangan, amoni, asen, chất hữu cơ, chất lượng nước sau xử lý thỏa mãn quy chuẩn của Việt Nam và Nhật Bản về nước uống.
  • Tất cả các chỉ tiêu hóa lý đã phân tích nước sau xử lý của hệ thống Chemiles đạt Quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT và đạt ở mức rất tốt, ổn định. Hệ thống Chemiles với công suất 2,500 m3/ngày đêm giúp nâng cao chất lượng nước nhà máy Tương Mai.
  • Do không sử dụng hóa chất trong quá trình xử lý nên công nghệ có thể giảm chi phí tiêu thụ hóa chất, chi phí nhân công vận hành châm hóa chất.Công nghệ CHEMILES tiêu thụ điện năng nhiều hơn so với công nghệ hiện tại, tuy nhiên giảm lượng tiêu thụ hóa chất và lượng bùn keo tụ PAC trong bùn thải.
  • Hệ thống CHEMILES vận hành và bảo dưỡng đơn giản. Hệ thống vận hành tự động và có thể giảm triệt để nhân công vận hành hệ thống.

Công nghệ CHEMILES có khả năng áp dụng hiệu quả cho các nhà máy mới, cũng như các nhà máy cần cải tạo, nâng cấp để xử lý đồng thời sắt, mangan và amoni tại Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và các khu vực khác ở Việt Nam.

  1. Oiwa Tadao(1), ThS. Ohashi Katsutoshi(1), KS. Nakamoto Kento(1), ThS.Nguyễn Thành Trung(1), PGS.TS. Nguyễn Việt Anh(2), ThS. Trần Hoài Sơn(2), ThS. Nguyễn Việt Anh(1), ThS. Đinh Viết Cường(2), KS. Trn Quc Hùng(3), KS.Bạch Tuyết Hồng(3), KS. Dương Mai Hương(3), CN. Ngô Ngọc Anh(3), KS. Trần Ngọc Hưng(3)

(1) Công ty Nagaoka, Osaka, Nhật Bản (E-mail: nguyen@nagaokajapan.co.jp).

(2) Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường (IESE), Trường Đại học Xây dựng

(3) Công ty TNHH MTV Nước sạch Hà Nội

Bạn đang đọc bài viết Công nghệ làm không dùng hóa chất CHEMILES để xử lý nước ngầm tại chuyên mục Công nghệ mới. Thông tin phản ánh, liên hệ đường dây nóng : 0913 385 005 - 0917 681 188 Hoặc email: bandientu.mtdt@gmail.com
Tin cùng chuyên mục Công nghệ mới