Cơ sở lý luận và thực tiễn về quản lý hệ thống thoát nước và xử lý nước thải
Cơ sở lý luận về quản lý hệ thống thoát nước và xử lý nước thải
2.1.1 Một số khái niệm cơ bản
2.1.1.1 Thoát nước và hệ thống thoát nước a Khái niệm
Hệ thống thoát nước đóng vai trò quan trọng trong việc phục vụ nhu cầu sinh hoạt của cư dân thành phố và hỗ trợ sản xuất công nghiệp Đặc điểm nổi bật của hệ thống này là nằm dưới mặt đất, điều này khiến việc cải tạo và mở rộng trở nên khó khăn và tốn kém.
Hệ thống thoát nước bao gồm các dụng cụ, đường ống và công trình nhằm thực hiện ba chức năng chính: thu gom, vận chuyển và xử lý nước thải trước khi xả ra sông, hồ (Hoàng Đình Thu, 2005) Nhiệm vụ của hệ thống thoát nước là đảm bảo an toàn vệ sinh môi trường và bảo vệ nguồn nước.
Hoạt động hàng ngày của con người và động vật tạo ra nhiều nguồn ô nhiễm khác nhau, bao gồm chất thải sinh lý của con người và động vật nuôi, cũng như nước thải từ quá trình sản xuất Những nguồn ô nhiễm này được xả ra môi trường, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái.
Nước thải sau khi sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất, cùng với nước mưa chảy trên mái nhà, mặt đường và sân vườn, chứa nhiều hợp chất vô cơ, hữu cơ và vi trùng gây bệnh Nếu không được xử lý đúng cách, nước thải này có thể gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí, dẫn đến sự lây lan của các bệnh nguy hiểm ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng Hơn nữa, việc không thu gom và vận chuyển nước thải sẽ gây ra tình trạng ngập úng tại các khu dân cư và doanh nghiệp, hạn chế khả năng xây dựng, ảnh hưởng đến nền móng công trình, cản trở giao thông và gây thiệt hại cho một số ngành kinh tế.
Hệ thống thoát nước có nhiệm vụ thu gom và vận chuyển nhanh chóng tất cả các loại nước thải ra khỏi khu dân cư và khu công nghiệp Đồng thời, hệ thống này cần xử lý và khử trùng nước thải đạt tiêu chuẩn vệ sinh trước khi thải vào nguồn tiếp nhận Các bộ phận cơ bản của hệ thống thoát nước đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Theo tác giả Hoàng Đình Thu (2005), hệ thống thoát nước và xử lý nước thải bao gồm các bộ phận sau:
Đường ống thoát nước đường phố đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thoát nước đô thị, thu nước từ các nguồn như ống thoát nước tiểu khu, nhà ở, xí nghiệp, trường học, bệnh viện và cửa hàng Đây là phần đầu của mạng lưới thoát nước, với nhiều nhánh phân bổ rộng khắp thành phố, chiếm phần lớn chiều dài tổng thể của hệ thống Để nước có thể tự chảy theo độ dốc, cần chia khu dân cư thành các lưu vực thoát nước, với các đường phân thủy làm ranh giới Ống thoát nước đường phố được lắp đặt từ đường phân thủy đến vùng trũng của lưu vực, đảm bảo hiệu quả trong việc thu gom và dẫn nước đi.
- Ống góp lưu vực đặt dọc theo triền đất thấp thu nước từ nhiều ống thoát nước đường phố trong phạm vi lưu vực
- Ống góp chính thu nước từ hai ống góp lưu vực trở lên
Ống chuyển nước từ thành phố đến trạm bơm hoặc công trình xử lý, đảm bảo lưu lượng nước không bị thất thoát trong suốt quá trình truyền dẫn.
- Trên mạng lưới đường ống ở chỗ ngoặt, chỗ nối nhánh… xây dựng những giếng thăm, qua giếng thăm mà kiểm tra, tẩy rửa và thông cống khi bị tắc
Hệ thống ống dẫn nước hoạt động nhờ trọng lực, cho phép nước tự chảy mà không cần áp lực Tuy nhiên, việc vận chuyển nước bằng phương pháp này có thể gặp khó khăn ở những khu vực địa hình bằng phẳng, độ dốc thấp hoặc khi ống dẫn nước phải vượt qua gò cao Trong những trường hợp như vậy, cần sử dụng bơm để nâng nước lên cao Có nhiều loại trạm bơm như trạm bơm cục bộ, trạm bơm chuyển, trạm bơm khu vực và trạm bơm chính, thường được đặt ở vị trí thấp để dễ dàng xả nước khi có sự cố xảy ra.
Đoạn ống dẫn nước từ trạm bơm đến đầu ống tự chảy cao hơn, hoặc đến các công trình xử lý nước, được gọi là ống áp lực, ống có áp, hay ống đẩy, vì nước trong ống chảy dưới áp lực do máy bơm.
Để đảm bảo an toàn cho các trạm bơm, cần lắp đặt ống xả sự cố trước bơm, giúp xả nước từ ống tự chảy ra sông, hồ hoặc khu vực đất thấp gần đó.
Trên mạng lưới thoát nước mưa, có sự hiện diện của giếng thu nước mưa, trong khi đó, mạng lưới thoát nước chung và mạng lưới thoát nước riêng cũng bao gồm giếng nước thải nước mưa.
Việc làm sạch nước thải diễn ra tại trạm xử lý nước, nơi tập hợp các công trình được chia thành ba nhóm chính.
+ Các công trình làm sạch cơ học;
+ Các công trình làm sạch sinh học;
+ Các công trình xử lý cặn bùn
- Cuối cùng các công trình khử trùng nước thoát đã làm sạch và công trình thải nước ra sông (Hoàng Đình Thu, 2005) d Các loại hình hệ thống thoát nước
Hệ thống thoát nước bao gồm các công trình, thiết bị và giải pháp kỹ thuật được thiết kế để thực hiện chức năng thoát nước Theo Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (2001), hệ thống này được phân loại dựa trên phương thức thu gom, vận chuyển, cũng như mục đích xử lý và sử dụng nước thải.
+ Hệ thống thoát nước chung:
Hệ thống thoát nước chung là mạng lưới dẫn dắt tất cả các loại nước thải như nước mưa, nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất đến trạm xử lý hoặc nguồn tiếp nhận Ưu điểm của hệ thống này bao gồm việc tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
- Đảm bảo tốt nhất về phương diện vệ sinh vì toàn bộ phần nước bẩn đều được xả vào nguồn tiếp nhận (nếu có trạm xử lý)
Hệ thống thoát nước cho các khu nhà cao tầng mang lại giá trị kinh tế đáng kể, với tổng chiều dài mạng lưới tiểu khu và đường phố giảm từ 30% đến 40% so với hệ thống thoát nước riêng biệt Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí xây dựng mà còn giảm 15% đến 20% chi phí quản lý mạng lưới.
Cơ sở thực tiễn về quản lý hệ thống thoát nước và xử lý nước thải
2.2.1 Kinh nghiệm quản lý hệ thống thoát nước và xử lý nước thải một số nước trên thế giới
Nhật Bản được biết đến là một trong những quốc gia tiên tiến nhất thế giới về hệ thống thoát nước và xử lý nước thải Các thành phố tại đây sở hữu những công trình hiện đại và hiệu quả trong việc quản lý nước thải Sự thành công này đến từ việc nhà nước thực hiện quản lý chặt chẽ và hiệu quả đối với hệ thống thoát nước Để duy trì và phát triển hệ thống này, việc xây dựng quy hoạch đô thị và hạ tầng thoát nước là vô cùng cần thiết.
Sau Thế chiến thứ 2, Nhật Bản đã trải qua một thời kỳ đô thị hóa mạnh mẽ, đối mặt với nhiều thách thức tương tự như Việt Nam hiện nay, bao gồm tình trạng dân số đô thị quá đông, giao thông công cộng kém phát triển, cơ sở hạ tầng không đủ đáp ứng và ô nhiễm môi trường Chẳng hạn, thành phố Yokohama trong giai đoạn 1960 - 1980 đã chứng kiến sự gia tăng dân số đột ngột, từ 1,37 triệu lên 2,77 triệu người Sự bùng nổ dân số này đã dẫn đến tình trạng đô thị phát triển không kiểm soát, thiếu hụt nhà ở, cơ sở hạ tầng kỹ thuật và xã hội không kịp thời, cùng với ô nhiễm môi trường gia tăng và tình trạng ùn tắc giao thông nghiêm trọng.
Phó Cục trưởng phụ trách kỹ thuật Cục Chính sách Tổng hợp (Văn phòng
Bộ trưởng Matsui Naohito nhấn mạnh rằng quy hoạch là "chìa khóa" để giải quyết các thách thức trong phát triển đô thị như môi trường, tắc nghẽn giao thông và gia tăng dân số Nhật Bản đã áp dụng phương pháp kiểm soát mở rộng đô thị thông qua việc phân chia khu vực: khu vực điều chỉnh đô thị, khu vực đô thị hóa và mở rộng khu vực đô thị hóa Khu vực đô thị hóa là những nơi đã hình thành đô thị hoặc dự kiến phát triển thành khu vực đô thị hóa trong 10 năm tới, trong khi khu vực điều chỉnh đô thị hóa là những khu vực bị hạn chế đô thị hóa và không được đầu tư hạ tầng công cộng.
Cơ chế đảm bảo nguồn vốn cho phát triển đô thị và hệ thống thoát nước, xử lý nước thải ở Nhật Bản là sử dụng lợi nhuận từ phát triển và dự án tái điều chỉnh đất, giúp tăng nguồn vốn cho xây dựng hạ tầng đô thị Sự gia tăng dân số dẫn đến nhu cầu bất động sản, ôtô và sử dụng đường sắt tăng, từ đó tạo ra nguồn thu từ thuế bất động sản, thuế xăng và vé tàu Những nguồn thu này không chỉ hỗ trợ xây dựng mới mà còn hoàn thiện hệ thống thoát nước và xử lý nước thải Thêm vào đó, việc thu phí thoát nước cũng đóng góp đáng kể vào ngân sách, giúp nâng cao hạ tầng môi trường đô thị.
Trong giai đoạn tăng trưởng ổn định, các đô thị Nhật Bản không ngừng phát triển những khu đô thị mới, đồng thời xây dựng các trung tâm phát triển thân thiện với môi trường Bên cạnh việc tái phát triển đô thị, Nhật Bản còn chú trọng khai thác không gian ngầm để kết nối hệ thống giao thông đô thị, tàu điện ngầm và các khu phố lân cận, nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng đô thị.
Nhật Bản sẽ phát triển đô thị nhỏ gọn, thân thiện với môi trường để ứng phó với sự giảm dân số trong tương lai, nhằm giảm lượng CO2 và nâng cao tiện lợi cho giao thông công cộng Chiến lược này bao gồm việc chuyển đổi từ cấu trúc đô thị khuếch tán sang chuyên sâu, với các thành phố cũ trở thành trung tâm chính và hình thành các trung tâm dọc theo tuyến giao thông công cộng Đồng thời, việc quản lý xây dựng và vận hành hệ thống thoát nước và xử lý nước thải sẽ được điều chỉnh phù hợp với đặc thù của từng thành phố, góp phần tạo ra đô thị bền vững và giảm thiểu ô nhiễm.
*) Hệ thống thoát nước và xử lý nước thải của thành phố Osaka
Hầu hết các khu vực ở Osaka nằm trong vùng trũng và dưới mực nước biển, khiến thành phố dễ bị lũ lụt, đặc biệt trong những trận mưa lớn Để kiểm soát lũ, Osaka đã triển khai nhiều biện pháp như xây dựng hệ thống thoát nước và trạm bơm lớn, thiết lập hồ chứa nước mưa công cộng và sử dụng máy bơm tại các cống thoát nước Thành phố cũng áp dụng các biện pháp mềm mỏng như dự đoán mưa bằng radar và quản lý hệ thống thoát nước tập trung Những giải pháp tích hợp này đã giúp giảm thiệt hại do lũ lụt Ngoài ra, Osaka còn thúc đẩy tiết kiệm năng lượng và sử dụng hiệu quả tài nguyên từ nước thải đã qua xử lý, bùn và nhiệt khí thải, đồng thời khuyến khích sử dụng các hệ thống thoát nước hiệu quả trên mái nhà.
Ngoài ra, thành phố Osaka có kế hoạch về Quản lý duy trì hệ thống thoát nước và xử lý nước thải:
Kế hoạch quản lý tài sản nhằm quản lý và đánh giá hiệu quả số lượng lớn các công trình thoát nước lâu năm, đồng thời đảm bảo việc bảo trì và sửa chữa hệ thống một cách có hệ thống và hiệu quả.
Hệ thống quản lý đường ống thoát nước tại thành phố Osaka bao gồm 4,900 km đường ống và 180,000 hầm chứa Thành phố sử dụng một hệ thống quản lý thông tin để theo dõi và bảo trì hiệu quả các đường ống, đồng thời hỗ trợ việc phục hồi các đường ống cũ và đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dân.
*) Hệ thống thoát nước và xử lý nước thải của thủ đô Tokyo
Hệ thống thoát nước lũ dưới lòng thủ đô Tokyo, Nhật Bản, được biết đến là cống ngầm lớn nhất thế giới, với các giếng đứng khổng lồ và hơn 70 máy bơm công suất lớn Được xây dựng sâu 50m dưới lòng đất tại tỉnh Saitama, hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý nước mưa và ngăn ngừa ngập lụt cho khu vực ngoại ô Tokyo.
Từ những năm 1950, lưu vực các con sông chảy vào vịnh Tokyo đã trải qua quá trình đô thị hóa mạnh mẽ, với tỷ lệ đô thị hóa tăng từ 5% lên hơn 50% hiện nay, biến khu vực nông nghiệp thành một đô thị phát triển.
Hệ thống thoát nước hiện tại không đủ khả năng xử lý lượng nước lớn trong mùa mưa bão, dẫn đến sáu trận lũ lớn ảnh hưởng đến khu vực trong những năm 1980 và 1990, gây thiệt hại cho hơn 30.000 hộ gia đình Để giải quyết vấn đề này, Nhật Bản đã đầu tư 2 tỷ đô la vào một công trình nghiên cứu thiết kế kéo dài gần 17 năm.
Một loạt 5 bồn khổng lồ được đào sâu vào lòng đất, có chức năng thu dòng chảy tràn từ các con sông lân cận Mỗi bồn có kích thước 74m chiều cao và 32m đường kính, đủ lớn để chứa một tàu con thoi hoặc tượng Nữ thần Tự do, cùng với nhiều không gian để chứa phụ tùng.
Khi mưa lớn và bão xảy ra, nước lũ và nước mưa chảy vào các bồn chứa và một đường ống bê tông khổng lồ, dài 6.3km và sâu 50m dưới lòng đất Hệ thống này hoạt động như một "dòng sông ngầm", thu thập nước từ lưu vực sông một cách hiệu quả.
"Parthenon ngầm" là một hồ chứa dưới lòng đất với kích thước ấn tượng, dài 180m, rộng 80m và cao 18m Hồ chứa này có khả năng bơm nước ra ngoài sông Edo thông qua các tua-bin động cơ phản lực với công suất lên tới 200 m3/s.
