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

 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 được hoàn thành tại 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 được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại: 
Vào hồi giờ ngày tháng năm 
Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc gia, 
Thư việnTrường Đại học Kiến trúc Hà Nội. 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG 
BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 
1. Nguyễn Văn Hiển: tham gia đề tài NCKH cấp Nhà nước “Nghiên 
cứu công nghệ tự rửa bể lọc vật liệu nổi xử lý nước cấp cho sinh 
hoạt” - TS. Trần Thanh Sơn chủ trì, năm 2014. 
2. Nguyễn Văn Hiển: “Cải tiến công nghệ công trình thu nước mặt 
nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật hệ thống cấp nước” - Tạp 
chí Xây Dựng - Tháng 3/2009. 
3. “Xây dựng mô hình thực nghiệm để xử lý sơ bộ nước mặt tại công 
trình thu nước” - Tạp chí Người Xây Dựng - Tháng 3 & 4/2014. 
4. “Kết quả thực nghiệm trên mô hình lắng lọc và đề xuất chỉ tiêu 
công nghệ xử lý sơ bộ nước mặt tại công trình thu nước” - Tạp chí 
Người Xây Dựng - Tháng 3 & 4/2014. 
5. “Tính ưu việt của bể lọc nhanh tự rửa và một số đề xuất ứng dụng 
vào dây chuyền công nghệ xử lý nước sạch” - Tạp chí Xây Dựng - 
Tháng 6/2014. 
6. “Lọc tiếp xúc keo tụ - giải pháp mới xử lý nguồn nước mặt cấp cho 
nhu cầu sinh hoạt” - Tạp chí Xây Dựng - Tháng 8/2014. 
- 1 - 
MỞ ĐẦU 
1. Sự cần thiết phải nghiên cứu 
Hệ thống sông ngòi ở nước ta có chiều dài khoảng 55.000km 
(trong đó có 2372 sông nhánh thuộc 9 hệ thống sông chính), với trữ 
lượng nước lớn, là nguồn nước mặt chủ yếu phục vụ cho sinh hoạt và 
sản xuất. Tuy nhiên hàm lượng cặn lơ lửng của các hệ thống sông 
chính dao động từ (80 ÷180) mg/l vào mùa khô và (200 ÷4000) mg/l 
vào mùa lũ. 
Trong 9 hệ thống sông lớn ở Việt Nam, có hai hệ thống sông 
Hồng và 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 4 đến tháng 
11 trong 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 như 
vậy sẽ không đáp ứng với công nghệ xử lý nước mặt cơ bản theo tiêu 
chuẩn hiện hành. 
Để đáp ứng tiêu chuẩn lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp với 
nguồn nước có hàm lượng cặn lơ lửng cao, các công trình xử lý sơ bộ 
ở nước ta đã được 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 các công trình lắng sơ bộ này đã đáp 
ứng được điều kiện giảm hàm lượng cặn lơ lửng xuống dưới 1500 
mg/l để đưa về dây chuyền công nghệ xử lý chính. Tuy nhiên xét về 
hiệu quả 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  ...  
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 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). 
4. Nghiện cứu thực nghiệm trên mô hình lắng lamen, lọc vật liệu 
nổi, cho kết quả: (1) lắng lamen với vận tốc 8 ÷ 10 mm/s, hiệu quả 
lắng đạt từ Elắng = 23 ÷ 17 %; lọc vật liệu lọc nổi sử dụng hạt vật liệu 
PE với chiều cao lọc 800 ÷ 1100mm, vận tốc lọc 30 ÷ 40 m/h, hiệu 
quả lọc đạt Elọc ≥ 50% trong khoảng thời gian 480 ÷ 570 phút (lớn 
nhất là 60 %); kết hợp lắng lamen - lọc vật liệu nổi: với các thông số 
lắng và lọc như trường hợp (1) và (2), hiệu quả xử lý đạt Exl ≥ 65% 
(lớn nhất là 80%). 
 5. Có ba kiểu loại có thể ứng dụng vào thực tiễn: (1) sử dụng 
lắng lamen áp dụng đối với nguồn nước sông Hồng và Thái Bình khi 
hàm lượng cặn lơ lửng dao động trong khoảng 1500 ≤ SSmxx ≤ 1700 
mg/l; (2) cột lọc vật liệu nổi khi hàm lượng cặn lơ lửng dao động 
- 23 - 
trong khoảng 1500 < SSmax< 2500 mg/l; (3) kết hợp lắng lamen với 
lọc vật liệu nổi khi hàm lặng cặn lơ lửng dao động 2500 ≤ SSmax ≤ 
3000 mg/l. Cả ba kiểu loại đề xuất áp dụng cho các trạm xử lý nước có 
công suất vừa và nhỏ (≤ 30.000 m3/ng.đ). Trường hợp hàm lượng cặn 
lơ lửng dưới 1500 mg/l có thể không phải qua công trình xử lý sơ bộ. 
6. Trên cơ sở tính toán thấy rằng, đối với nhà máy nước Cẩm 
Thượng 2 - thành phố Hải Dương, khi áp dụng kiểu loại công trình xử 
lý sơ bộ tại CTT bằng lọc vật liệu nổi sẽ thay thế được hồ sơ lắng, 
hiệu quả xử lý cao hơn, giảm diện tích xây dựng công trình, giá thành 
xây dựng và quản lý giảm. Cụ thể 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. 
Kiến nghị: 
1. Nên áp dụng ba kiểu loại 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 thuộc 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 nguồn khác nhau giữa các mùa trong 
năm. Cụ thể cần nghiên cứu qui hoạch xây dựng hai cửa thu hợp lý: 
(1) dùng trong trường hợp mùa mưa lũ hàm lượng cặm cao ≥ 1500 
- 24 - 
mg/l (thường xuất hiện từ tháng 6 đến tháng 9 trong năm[40]), nước 
nguồn khi đó cho qua các công trình xử lý sơ bộ và (2) dùng trong 
trường hợp hàm lượng chất lơ lửng không vượt quá 1500 mg/l (mùa 
khô) - như kết luận (5). 
3. Cần có sự hỗ trợ để thực hiện nghiên cứu bổ sung tại công 
trình thu nhà máy nước bất kỳ khác, trong hệ thống sông Hồng, Thái 
Bình, có hàm lượng cặn lơ lửng ≥ 1500 mg/l để lấy kết quả nhân rộng 
sẽ mang lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật mà luận án đã đề xuất.