Nghiên cứu giải pháp tối ưu trong vận hành các hệ thống cấp nước nông thôn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐẶNG BẢO LỘC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI ƯU TRONG VẬN HÀNH CÁC HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÔNG THÔN TẠI ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ CẦN THƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐẶNG BẢO LỘC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI ƯU TRONG VẬN HÀNH CÁC HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÔNG THÔN TẠI ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ CẦN THƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ SỞ HẠ TẦNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VÕ ANH TUẤN Tp Hồ Chí Minh, Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, bên cạnh nổ lực cố gắng thân, quan tâm giúp đỡ nhiệt tình Q Thầy Cơ, bạn bè gia đình Tơi xin gửi lời cám ơn chân thành đến: Thầy Võ Anh Tuấn tận tình hướng dẫn, động viên cung cấp kiến thức cần thiết tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian học tập thực luận văn Quý Thầy Cơ thuộc Bộ mơn Cấp nước – Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước quan tâm giúp đỡ tơi q trình học tập Q Thầy Cơ giảng dạy lớp cao học Kỹ thuật sở hạ tầng K25 nhiệt tình giảng dạy truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm thực tiễn quý báu Xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Anh Chị Em Trung tâm Nước Vệ sinh môi trường nông thôn thành phố Cần Thơ ủng hộ nhiệt tình tạo điều kiện tốt trình thực luận văn Sau xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến gia đình chịu nhiều vất vả, nuôi dưỡng dạy dỗ trưởng thành, đồng thời tạo điều kiện tốt cho học tập đạt kết ngày hôm Đặc biệt người vợ thân yêu giúp đỡ động viên tinh thần cho hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 Học viên thực Đặng Bảo Lộc i LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Đặng Bảo Lộc Ngày sinh: 1979 Đơn vị công tác: Trung tâm Nước Vệ sinh môi trường nông thôn thành phố Cần Thơ Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp tối ưu vận hành hệ thống cấp nước nông thôn địa bàn thành phố Cần Thơ Học viên lớp: 25CTN12-CS2 Chuyên ngành: Kỹ thuật sở hạ tầng Mã học viên: 17813050 Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân, Kết luận văn “Nghiên cứu giải pháp tối ưu vận hành hệ thống cấp nước nông thôn địa bàn thành phố Cần Thơ” hoàn toàn trung thực chưa cơng bố trước Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 Học viên thực Đặng Bảo Lộc ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH BẢNG v DANH SÁCH HÌNH .vi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.1 Phạm vi nghiên cứu 3.2 Thời gian nghiên cứu Nội dung nghiên cứu 5.1 Cách tiếp cận 5.2 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hoạt động cung cấp nước giới 1.2 Tổng quan hoạt động cung cấp nước Việt Nam 1.3 Tổng quan hoạt động cung cấp nước khu vực Đồng sông Cửu Long 1.4 Tổng quan hoạt động cung cấp nước thành phố Cần Thơ 1.4.1 Giới thiệu chung 1.4.2 Cấp nước đô thị 12 1.4.3 Cấp nước nông thôn 13 1.5 Cơ cấu tổ chức Trung tâm Nước Vệ sinh môi trường nông thôn thành phố Cần Thơ 16 1.6 Những hạn chế, bất cập, khó khăn q trình quản lý vận hành 17 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu 19 2.1.1 Cơ sở khoa học 19 2.1.2 Cơ sở pháp lý 21 2.3 Tính thực tiễn đề tài 24 2.4 Phương pháp thực 26 iii 2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 26 2.4.2 Phương pháp xác định giải pháp tối ưu cho hệ thống cấp nước tập trung xã Đơng Bình, huyện Thới Lai, thành phố Cần Thơ 27 2.4.3 Phương pháp xác định giải pháp tối ưu cho hệ thống cấp nước khu tái định cư xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ 28 3.1 Giải pháp tối ưu điện tiêu thụ bơm giếng trạm cấp nước tập trung xã Đồng Bình, huyện Thới Lai, thành phố Cần Thơ 32 3.1.1 Sơ đồ công nghệ trạm cấp nước tập trung xã Đơng Bình, huyện Thới Lai, thành phố Cần Thơ 32 3.1.2 Thí nghiệm điều chỉnh cao trình đặt bơm cấp hệ thống cấp nước tập trung xã Đơng Bình, huyện Thới Lai, thành phố Cần Thơ 32 3.1.3 Kết điều chỉnh áp dụng biện pháp cải tiến cho trạm cấp nước tập trung xã Đồng Bình, huyện Thới Lai, thành phố Cần Thơ 35 3.2 Xác định tối ưu lượng phèn hệ thống cấp nước khu tái định cư xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ 36 3.2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống cấp nước khu tái định cư xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ 37 3.2.2 Thu thập kết lượng phèn sử dụng tháng năm 2017, 2018 hệ thống cấp nước khu tái định cư xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ 38 3.2.3 Lượng phèn sử dụng áp dụng để vận hành cho hệ thống cấp nước khu tái định cư xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ theo kết thí nghiệm Jartest 38 3.3 Đề xuất giải pháp vận hành cho hệ thống cấp nước vùng nghiên cứu 45 3.3.1 Đối với hệ thống cấp nước khu tái định cư xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền 45 3.3.2 Đối với hệ thống cấp nước tập trung xã Đơng Bình, huyện Thới Lai 46 3.4 Giải pháp chung quản lý vận hành cho hệ thống cấp nước thành phố Cần Thơ 48 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 50 Phụ lục 55 iv DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Thống kê công suất thiết kế đơn vị cấp nước địa bàn thành phố Cần Thơ 10 Bảng 2.1 Liều lượng phèn để xử lý nước 30 Bảng 3.1 Cao trình đặt bơm, điện lưu lượng trạng hệ thống cấp nước tập trung xã Đơng Bình, huyện Thới Lai, thành phố Cần Thơ 33 Bảng 3.2 Điều chỉnh độ cao đặt bơm 35 Bảng 3.3 Cao trình đặt bơm, điện lưu lượng sau điều chỉnh cao trình đặt bơm hệ cấp nước tập trung xã Đơng Bình 36 Bảng 3.4 Chênh lệch điện tiêu thụ bơm cấp trước sau điều chỉnh hệ cấp nước tập trung xã Đơng Bình, huyện Thới Lai, thành phố Cần Thơ 36 Bảng 3.5 Kết đầu chạy thực nghiệm tháng 11/2018 hệ thống 39 Bảng 3.6 Kết đầu chạy thực nghiệm tháng 12/2018 hệ thống 41 Bảng 3.7 Kết đầu chạy thực nghiệm tháng 01/2019 hệ thống 42 Bảng 3.8 Kết đầu chạy thực nghiệm tháng 02/2019 hệ thống 43 v DANH SÁCH HÌNH Hình Vị trí hệ thống cấp nước tập trung Xã Đơng Bình Hình Vị trí hệ thống cấp nước khu tái định cư xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ Hình 1.1 Bản đồ trạm cấp nước nơng thôn Tp Cần Thơ Hình 1.2 Trụ sở Cơng ty cổ phần Cấp thoát nước Cần Thơ 12 Hình 1.3 Trụ sở Cơng ty cổ phần Cấp nước Cần Thơ 13 Hình 1.4 Trụ sở Cơng ty cổ phần Cấp nước Cái Răng 13 Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ xử lý nước mặt Trung tâm Nước VSMT 15 nông thôn thành phố Cần Thơ 15 Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm Trung tâm Nước VSMT nông thôn thành phố Cần Thơ 15 Hình 2.1 Thiết bị thí nghiệm 27 Hình 2.2 Mơ hình thí nghiệm Jartest 29 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống cấp nước tập trung xã Đông Bình, huyện Thới Lai, thành phố Cần Thơ 32 Hình 3.2 Sơ đồ trước sau điều chỉnh độ sâu đặt bơm 34 Hình 3.3 Sơ đồ cơng nghệ trạm cấp nước khu tái định cư xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ 37 Hình 3.4 Lượng phèn sử dụng trạm từ 11/2017 đến tháng 10/2018 38 Hình 3.5 Xác định lượng phèn tối ưu với độ đục thấp tháng 11/2018 39 Hình 3.6 Xác định lượng phèn tối ưu với độ đục thấp tháng 12/2018 40 Hình 3.7 Xác định lượng phèn tối ưu với độ đục thấp tháng 01/2019 41 Hình 3.8 Xác định lượng phèn tối ưu với độ đục thấp tháng 02/2019 43 Hình 3.9 Lượng phèn sử dụng từ Tháng 11/2018 đến tháng 2/2019 so với tháng 11/2017 đến tháng 10/2018 44 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Danh mục : Tiếng Anh BĐKH : Climate Change Biến đổi khí hậu CPO : Central Project Ban Quản lý Trung ương Office dự án Thủy lợi ĐBSCL : Mekong Delta Đồng sông Cửu Long EC : Electro-Conductivity Độ dẫn điện QCVN : Vietnam Standards Quy chuẩn Việt Nam NNPTNT : Agriculture Rural Nông nghiệp Phát triền Development Nông thôn UBND : People's Committee Uỷ ban nhân dân USEPA : U.S Environmental Ban bảo vệ môi trường Hoa Protection Agency Kỳ VSMTNT : Environment Vệ sinh môi trường nông sanitation country thôn WB : Word Bank Ngân hàng giới WHO Tiếng Việt World Health Organization vii Tổ chức Y tế Thế giới MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nước nhu cầu thiết yếu sống (Trần Thao, 2017) Tình trạng nhiễm nước mặt nước đất ngày gia tăng (Lê Quốc Tuấn, 2009) Nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước do môi trường nước bị ô nhiễm vi trùng, vi khuẩn chất ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm kim loại nặng (Asen, Cadimi, thủy ngân, ) ô nhiễm hóa chất độc hại từ hoạt động sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, bệnh viện…được thải trực tiếp vào môi trường mà không qua khâu xử lý xử lý chưa đạt quy chuẩn (Lê Thị Thanh Tâm, 2013) Mặt khác, trạm cấp nước vùng ĐBSCL hầu hết đạt chuẩn hợp vệ sinh, nhiên nhiều trạm cấp nước không đảm bảo cấp nước đạt quy chuẩn QCVN 02:2009/BYT công nghệ xử lý chưa phù hợp vận hành quản lý chưa đảm bảo theo yêu cầu, đặc biệt với trạm cấp nước ngầm đơn giản không qua xử lý (Đoàn Thu Hà, 2013) Tại Cần Thơ, tỷ lệ hộ dân nông thôn sử dụng nước 74,5%, với số lượng trạm cấp nước 101 trạm (Trung tâm Nước Vệ sinh môi trường nông thôn thành phố Cần Thơ, 2018); Tuy nhiên, đa số trạm xây dựng từ năm 1998 đến nên xuống cấp, công nghệ xử lý nước lạc hậu Việc đầu tư nâng cấp không đồng bộ, dẫn đến trạm cấp nước vận hành không ổn định, bộc lộ nhiều hạn chế, gây khó khăn cho việc quản lý vận hành, từ làm tăng chi phí vận hành, ảnh hưởng đến giá thành sản xuất nước, người dân nơng thơn khó tiếp cận với nước sạch, làm tăng nguy mắc bệnh liên quan đến nguồn nước Chính phủ ban hành Nghị định 117/2007 NĐ-CP ngày 11/7/2007 sản xuất, cung cấp tiêu thụ nước sạch, có số quy định đầu tư quản lý, khai thác cơng trình cấp nước nông thôn Ngày 30 tháng năm 2014, Bộ Xây dựng ban hành Quyết định số 590/QĐ-BXD công bố dự toán sản xuất nước quản lý vận hành mạng cấp nước, đưa định mức sử dụng hóa chất, điện tiêu thụ, nhân cơng quản lý vận hành Việc cung cấp nước vấn đề cần thiết không đô thị mà cịn vùng nơng thơn, đặc biệt vùng sâu, vùng xa Vấn đề đặt làm để cung cấp Phụ lục Bảng Xác định lượng phèn tối ưu thí nghiệm Jastest Tháng 11/2018 Cốc Phèn (mg/L) pH Độ đục (NTU) 15 7.54 10.12 20 7.52 8.63 25 7.5 6.91 30 7.45 8.08 35 7.33 8.27 40 7.25 8.49 Bảng Xác định lượng phèn tối ưu thí nghiệm Jastest Tháng 12/2018 Cốc 20 25 30 35 40 45 pH 7.51 7.5 7.5 7.46 7.34 7.35 Độ đục (NTU) 10.62 9.08 8.45 7.22 8.58 8.88 Phèn (mg/L) 55 Bảng Xác định lượng phèn tối ưu thí nghiệm Jastest Tháng 01/2019 Cốc 10 15 20 25 30 35 pH 7.52 7.51 7.5 7.47 7.39 7.33 Độ đục (NTU) 9.68 8.28 6.58 7.71 7.82 8.10 Phèn (mg/L) Bảng Xác định lượng phèn tối ưu thí nghiệm Jastest Tháng 02/2019 Cốc 15 20 25 30 35 40 pH 7.64 7.57 7.51 7.41 7.49 7.42 Độ đục (NTU) 9.99 8.55 6.79 7.95 8.07 8.36 Phèn (mg/L) 56 57 58 Ý kiến phản biện 59 60 61 Ý kiến phản biện 2: 62 63 Biên hội đồng: 64 65 66 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN GIẢI TRÌNH SỬA LUẬN VĂN Họ tên học viên: ĐẶNG BẢO LỘC Mã số học viên: 17813050 Lớp: 25CTN12-CS2 Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ SỞ HẠ TẦNG Tên đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI ƯU TRONG VẬN HÀNH CÁC HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÔNG THÔN TẠI ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ CẦN THƠ Những nội dung chỉnh sửa luận văn theo yêu cầu Hội đồng: TT Nội dung góp ý, đề nghị chỉnh sửa (Ghi cụ thể nội dung cần chỉnh sửa, mục, trang…) Viết lại bổ sung phương pháp nghiên cứu? Bổ sung sở lý thuyết thay đổi cao trình đặt máy bơm lại thay đổi lưu lượng, điện năng? Cơ sở đưa lượng phèn hợp lý nghiên cứu Nội dung chỉnh sửa, bổ sung Đã viết lại phương pháp nghiên cứu a Phương pháp kế thừa Mục 5.2a Trang b Phương pháp thực nghiệm Mục 5.2a Trang Cơ sở lý thuyết thay đổi cao trình đặt máy bơm lại thay đổi lưu lượng, điện năng? Mục 2.1.1 Trang 20 Theo TCVN 9141:2012 Cơng trình thủy lợi trạm bơm tưới, tiêu nước - yêu cầu thiết kế thiết bị động lực khí Cột nước thay đổi nhiều sử dụng biểu đồ quan hệ công suất theo thời gian để sơ chọn số máy Công suất thời đoạn cấp nước i xác định công thức: (i=1; n=1) N = 9,81xQxH Trong đó: N cơng suất (kW) Q lưu lượng máy bơm (m3/h) H cao trình đặt máy bơm (m) Căn vào sổ ghi chép vận hành Trung tâm Nước Vệ sinh môi trường nông thôn thành phố Cần Thơ, năm 2017, 2018 để nghiên cứu: Vùng nghiên cứu có cấp nước nơng thơn, quy mơ nhỏ, trình độ quản lý cịn hạn chế, chưa có thí nghiệm lượng phèn, chưa xác định khối lượng xác nên phải áp dụng thí nghiệm Jartest để xác định lượng phèn tối ưu 67 cho hệ thống Mục 2.4.3 Trang 29 Cho biết Hình 3.2 hệ thống có giếng khoan q trình thực nghiệm học viên có tính đến độ hạ mực nước giếng tương hỗ xung quanh có hay khơng Rà sốt bổ sung danh mục tài liệu tham khảo Bỏ đồ Quận (Huyện) phần Phụ lục không cần thiết Trang 56 Sơ đồ giếng bơm có 02 giếng, lý điều chỉnh cao trình đặt bơm lần chênh lệch 2m máy bơm thực tế vận hành quan sát thấy thay đổi lưu lượng không nhiều, thay đổi cao trình đặt máy bơm với độ chệnh thay đổi Độ hạ mực nước giếng tương hỗ xung quanh: nghiên cứu đề cập đến điện nên học viên không nghiên cứu đến độ hạ mực nước giếng tương hỗ xung quanh Mục 3.1.3 Trang 35 Đã bổ sung tài liệu tham khảo gồm 26 tài liệu Tiếng Việt 05 tài liệu Tiếng Anh Trang 52 Đã bỏ bớt đồ phần Phụ lục theo góp ý Đề nghị Hội đồng xác nhận học viên chỉnh sửa luận văn theo ý kiến Hội đồng: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… NGƯỜI HƯỚNG DẪN , Ngày … tháng .năm 20 HỌC VIÊN (Ký ghi rõ họ tên) TS Võ Anh Tuấn Đặng Bảo Lộc CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN PGS.TS Nguyễn Thu Hiền 68 69 ... giải pháp tối ưu vận hành hệ thống cấp nước nông thôn địa bàn thành phố Cần Thơ” Mục tiêu nghiên cứu Tìm giải pháp tối ưu vận hành hệ thống cấp nước nông thôn cho địa bàn thành phố Cần Thơ nhằm góp... 3: GIẢI PHÁP TỐI ƯU TRONG VẬN HÀNH CÁC HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÔNG THÔN TẠI THÀNH PHỐ CẦN THƠ 3.1 Giải pháp tối ưu điện tiêu thụ bơm giếng trạm cấp nước tập trung xã Đồng Bình, huyện Thới Lai, thành... nghiên cứu đạt nội dung cụ thể sau: Xác định trạng cấp nước nông thôn thành phố Cần Thơ Đánh giá hiệu chi phí vận hành hệ thống cấp nước nông thôn thành phố Cần Thơ Đề xuất giải pháp tối ưu vận