KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S85 (9/2023)
157
BÀI BÁO KHOA HC
GIẢI PHÁP THU TRỮ VÀ XỬ LÝ NƯỚC MƯA CHI PHÍ THẤP
QUY MÔ HGIA ĐÌNH VÀ CỤM HỘ GIA ĐÌNH TRONG ĐIỀU KIỆN
HẠN HÁN, XÂM NHẬP MẶN TẠI CÁC TỈNH VEN BIỂN
VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
Nguyễn Văn Tỉnh1, Nguyn Đức Vit2, Ngô Minh Đức3
Tóm tắt: Trong những năm gần đây, biến đổi khí hu và xâm nhp mn là nguyên nhân gây khan hiếm
nước sinh hoạt cho người dân Đồng bng Sông Cu Long, đặc bit các hgia đình cm h gia
đình sinh sng các khu vc nông thôn các tnh ven biển chưa điều kin tiếp cận nước sinh hot t
các trm x cấp nước tập trung. Đặc thù hgia đình nông thôn Đồng bng Sông Cu Long sinh
sng phân tán, nguồn nước thường xuyên b ô nhim mn, phèn... Do vy, cn gii pháp công ngh
phù hp để người dân th chđộng d trnước trong mùa mưa xử nước nguồn nước mưa dự
trđó đạt tiêu chun phc v sinh hot trong giai đoạn xy ra hn hán, xâm nhp mặn. Đồng thời, để
đảm bo tính kh thi, nhân rng bn vng ca gii pháp k thut này, cần xét đến các yếu t khác
như chi phí đầu thấp, d dàng lắp đặt, vn hành, bảo dưỡng, ưu tiên sử dng nhng ngun vt liu
lc của địa phương. Bài báo này sẽ cung cp kết qu nghiên cu v gii pháp gii pháp thu tr x
nước mưa chi phí thấp quy hgia đình cm hgia đình trong điều kin hn hán, xâm nhp mn
ti các tnh ven biển vùng Đồng bng Sông Cu Long.
Từ khoá: Cấp nước sinh hot nông thôn, hn hán, xâm nhp mn, nước mưa, chi phí thấp.
1. ĐẶT VN ĐỀ *
Tổng lượng mưa năm Đồng bằng Sông Cửu
Long (ĐBSCL) ứng tần suất 75% thường đạt từ
1.200-1.400 mm trlên. Sngày mưa trong năm
đạt t100-140 ngày mưa, khu vực trung tâm có số
ngày mưa từ 100-120 ngày, ng dần khu vc
ven biển (130-145 ngày) (MCRP, 2019-2025). Do
tác động của biến đổi khí hu, tđầu mùa lũ năm
2020 đến nay, lượng mưa trên lưu vực sông Mê
Công thiếu hụt từ 30-40% so vi trung bình nhiều
m, dòng chảy sông Mê ng mức rất thấp
(Ch thị 36/CT-TTg, 2020). vy, trong giai
đoạn xảy ra hạn hán, thiếu nước và xâm nhp mn
thì nước a là nguồn được thu tr sdụng
phbiến tại ĐBSCL, t lệ sử dụng nước mưa cao
các vùng khó khăn về nguồn nước các huyện
thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà
Vinh, Sóc Trăng, Cà Mau, Bc Liêu, Kiên
Giang… (Đoàn Thu , 2013), đặc biệt tại các
huyện hải đảo như Phú Quốc, Kiên Hải… thì nước
1 Vin Quy hoạch Thủy li, BNông nghip và Phát trin
nông thôn
2 Cục Thủy li, BNông nghip và Phát trin nông thôn
3 Vin Nước, Tưới tiêu và Môi trường
mưa nguồn nước chủ yếu cho ăn uống, sau đó
mới đến lượng nước mặt và nước ngầm.
Kết quả khảo t năm 2022 cho thy phn ln
các ng trình, dụng cụ thu nước mưa của người
dân nông thôn được áp dụng theo phương thức
truyền thống như bể xây, chum, lu, vại,… xếp
hàng dài i i hiên. Quy trình ng nghthu
tr và x lý nước mưa hiện nay tại Vit Nam,
trong đó các tỉnh ven biển vùng ĐBSCL không
nhiều sự khác biệt. bản gồm 3 bước
chính như sau:
- Bước 1: Hứng nước mưa. Nguồn ớc mưa
được ưu tiên để hứng lọc nhiều nhất nước
mưa trên mái nhà.
- Bưc 2: Lc ớc mưa. ớc a sau khi
hứng sẽ được chảy qua bộ phn lọc chứa các vật
liệu lc như: than hot tính, sỏi, cát thạch anh, đá
khoáng, hạt trao đổi ion, các lp đá đ lưu thông
ng chảy… nhm loi bỏ cặn bẩn,c chất độc hại,
các loại tạp chất, các chất hữu có trong nước.
- Bước 3: Trnước mưa. Sau khi thực hiện lọc
xong sẽ được di chuyển tới bể chứa. Ngoài ra, nếu
sử dụng để uống có thể nghiên cứu lắp thêm 1 đến
2 cốc lọc sơ bộ kết hợp với máy lọc nước Nano và
đèn UV (tia cc tím).
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S85 (9/2023)
158
Hình 1. Thu trữ nước mưa đơn giản quy mô
hộ gia đình ở vùng ĐBSCL
Tuy nhiên, trên thc tế thì ng ngh x lý nước
mưa hin có ĐBSCL đang gặp mt s vn đnhư:
- T l h s dng nước mưa tại mt stỉnh
ven bin còn rt thp, ch yếu do thiếu dng c d
trữ nước.
- Nhiu hgia đình nông thôn s dng mái n
hoc ng hứng nước mưa, mt sh còn s
dụng mái lá, fibroximăng... nh hưng đến cht
lượng nước mưa thu được.
- Nhiu hgia đình chưa thực hiện đúng quy
trình thu hứng như cn xả nước mưa đầu mùa, đầu
trn, hay lọc b..., dn đến chất lượng nước
mưa không đảm bo và mau hng.
Do vy, ng ngh x lý nước mưa chi phí
thp giải pháp hướng đến hình x cu
tạo đơn gin, chi phí đầu tư, vận hành bo
dưỡng thấp nhưng vẫn phải đảm bo x cn,
kim loi nng, tp cht, vi khun, mm bnh.
2. TIÊU CHÍ CÔNG NGHTHU TR, X
LÝ NƯỚC MƯA CHI PHÍ PHẤP
2.1. Tiêu chí về công nghệ lọc
Công nghxử đơn giản, hiệu quả xử n
định và lâu dài. Trên sở hình x lý nước
mưa hiện trạng, tiến hành phân tích và thnghim
để giảm thiu tối đa các cp lọc nhưng vẫn đm
bảo cht lượng nước đầu ra.
Nhỏ gọn, dng lắp đặt, sử dụng phợp với
quy mô hộ gia đình, cụm dân cư nhỏ lẻ.
Tuổi thọ dài hơn so với các công nghệ xử lý có
sử dụng các thiết bị điện - cơ khí.
Ít ph thuộc vào các yếu t về xây dựng, c
thiết bị điện, cơ khí.
Có thể sử dụng tối đa lượng nước thu được sau
xử lý.
Đạt mức đxử đạt tiêu chuẩn cho nước ăn
uống và sinh hoạt của người dân.
2.2. Tiêu chí về vật liệu lọc
Vật liệu dễ chế tạo, dễ cung ứng, thay thế.
Thi gian sử dụng của các vật liệu lọc.
Ưu tiên s dng ngun vt liu sn có ti
đa phương.
Nếu là áp dụng cho cụm hộ gia đình thì cn
thuận tiện cho vic vn chuyển vật tư, vật liệu
trong quá trình thi ng; thuận tiện cho việc bảo
v và qun lý.
2.3. Tiêu chí về chi phí
Giá thành mua và thay thế phù hợp.
Chi phí vận hành bo dưỡng các trang thiết
b, vật liệu lọc thấp.
Đáp ứng được nhu cầu, mục đích sdụng đi
với các hộ gia đình hoặc cụm hộ gia đình thu
nhp thấp và trung bình khu vực nông thôn các
tỉnh ven biển ĐBSCL.
Bảng 1. Thống kê giá thành của một số loại vật liệu lọc tại Kiên Giang năm 2022
TT Tên sản phẩm Thông s Giá bán(VNĐ/kg)
1 Than hot tính lọc nước Dạng viên ã hoạt hóa) 16.000
2 Than hoạt tính gáo dừa Dạng viên, dạng mạnh 14.000-50.000
3 Cát Mangan lọc nước Dạng mảnh 14.000
4 Cát thạch anh lọc nước 5.000
5 Si lọc nước 4.900
2.4. Tiêu chí vận hành, sử dụng
Yêu cầu kỹ năng vận hành đơn giản so với c
công nghệ kỹ thut thông thường khác.
Nhu cu bảo dưỡng và thay thế ít.
n cứ những tiêu chí đ xut, nghiên cu
đã tập trung thiết kế h thống thu, xử và tr
c a với cách làm đơn gin và chi p
thấp có kh năng áp dng, nhân rng cho các
h gia đình cm hộ gia đình ng tn
ĐBSCL.
3. ĐXUẤT CÔNG NGHỆ THU TRỮ, X
LÝ NƯỚC MƯA CHI PHÍ THẤP
3.1. Xác định th tích b chứa nước mưa
phù hp
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S85 (9/2023)
159
a. Các thông stính toán dung tích bể chứa
nước mưa
- Lượng mưa, thời gian giữa hai trận mưa,
tổng lượng mưa trong khu vực.
- Diện tích mái nhà thu nước mưa.
- Nhu cu và mục đích sử dụng.
- ợng nước cần cung cấp để đáp ứng nhu cầu.
- Không gian lắp đặt (vị trí, diện tích và chiều
cao bể chứa nước mưa).
Tùy theo điều kiện thực tế và nhu cầu sdụng
nước của hộ gia đình hoc cm hgia đình slựa
chọn bể chứa nước mưa có thể tích phù hợp.
b. Xác định diện tích mái thu nước mưa
Diện tích mái nhà thu nước mưa phần diện
tích mái nhà được kết nối với các máng xối, được
xác định theo các công thức tính toán diện tích
(Hình 2).
Hình 2. Sơ đồ mái nhà thu gom nước mưa
Din tích mái nhà thu nưc mưa: S = Lx B2 (CT1)
Trong đó:
- L là chiu i máng xi theo mét.
- B2 chiu rng mái thu theo mét.
c. Xác định lượng mưa hiệu quả tính toán
Lưng mưa hiu qu = A x (lưng mưa B) (CT2)
Trong đó:
- A: h s hiệu quả thu gom nước mưa, xác
định từ 0,8-0,85 (Martin, 1980).
- B: Lượng nước mưa thất thoát (do bốc hơi,
làm ướt mái nhà,...), được xác định khoảng
24 mm/năm, hoặc 2 mm/tháng (Martin, 1980).
- Lương mưa, lượng mưa hiệu quả được c
định theo mm.
d. Xác định lượng mưa lớn nhất thu được
Lượng mưa ln nhất thu được = Lượng mưa
hiệu quả x Diện tích mái nhà thu nước mưa (CT3)
Trong đó:
- Lượng mưa hiệu quả xác định theo CT2
(mm/m2)
- Din tích mái nhà thu nước a theo CT1 (m2)
- Lượng nước mưa lớn nhất thu được xác định
theo lít hoặc m3.
đ. Xác định nhu cầu sử dụng nước mưa
- Số ni sử dụng nước trong hộ gia đình.
- ợng nước tiêu thbình quân cho mỗi nời.
- Mục đích sử dụng nước mưa n uống, rửa
chén, rửa rau quả, tắm giặt, vệ sinh,...).
e. Xác định thể tích bể chứa nước mưa
Th tích bể chứa nước mưa thể được c
định theo phương pp tính toán n bằng nước
trong b chứa (theo năm, tháng, ngày, hoặc từng
trận mưa), sau đó xem xét các yếu tố: điều kin
không gian lắp đặt bể chứa nước mưa, điều kin
kinh tế của hộ gia đình chi plợi ích của bể
chứa nước mưa, khnăng quản và bảo dưỡng
để lựa chọn bể chứa thể tích phù hợp (Đinh
Dip Anh Tun, 2018; Nguyễn Đăng nh, 2019).
Nếu chọn bể chứa lớn thì sẽ chiếm nhiều không
gian lắp đặt và chi phí cao, do vy cần chọn b
vừa đủ đáp ng nhu cầu sử dụng nước. Cách c
định thể tích bể chứa nước mưa tính toán thể
tích bể đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cho cả năm,
hoc các tháng mùa mưa trong năm, dựa trên s
liệu mưa trung bình hằng tháng.
Áp dụng các công thc nêu trên (CT1, CT2,
CT3) cho h gia đình 5 người nhu cu ti thiu
khoảng 125 lít/ngày (đáp ng TCVN 13606:2023)
diện tích mái hứng phổ biến tại khu vc nghiên
cu 50m2, lượng mưa trung bình tháng ĐBSCL
vào mùa mưa 250-300mm t dung tích b chứa
nước mưa vào a mưa (ttháng 5 đến tháng 11)
là 3m3; dung tích bể chứa ti thiu sdụng cho c
m 17m3. Theo đó, đề xuất dung tích bchứa
t15-25m3 phợp nhu cầu sử dụng nước quy
hgia đình cho cả m, đc bit là trong thi
gian xảy ra hạn hán, thiếu nước và xâm nhp mn.
3.2. Đề xut mô hình thu nước mưa
Nghiên cứu đã đưa ra giải pháp mô hình là một
h thống thu nước liên tục và thloại bnước
mưa đầu trn thu nước mưa sạch sử dụng trong
ăn uống và sinh hoạt, gồm:
- Thu nước mưa (mái nhà, máng xối) lưới
chắn rác. Tuy nhiên, cn khuyến cáo người n
không thu nước mưa từ mái fibro-xi măng do
tiềm ẩn nguy cơ gây ung thư.
- Truyền dẫn và làm sạch nước mưa (thiết bị b
nước đầu trận mưa, lưới lọc…).
- Thùng chứa nước mưa đầu trận.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S85 (9/2023)
160
- Bể nước mưa (bể chứa, lu kiệu…).
- Xử lý nước mưa (lọc, khử trùng…).
Trong đó, phần loại bỏ nước mưa đu mùa, đầu
trận áp dụng theo kết qu ca nghiên cứu “Đề xuất
giải pháp thu tr nước mưa h gia đình vùng Đồng
bng Sông Cửu Long” (Đoàn Thu , 2014), gm
có 3 giai đoạn: (i) Loại bỏ ợng mưa đầu mùa; (ii)
Loại bỏợng mưa đu trận; (iii) Lọc bộ.
3.3. Đề xut mô hình trnước mưa
Hằng năm, ĐBSCL thường xuất hiện c đợt
khô hạn ngắn ngày (cui tháng 7 hoc đầu tháng
8) kéo i t5-10 ngày, trong một số năm xuất
hiện các đợt khô hạn kéo dài t 15-20 ngày. Do
đó, b chứa nước trong mùa mưa với dung tích
15-25m3 sẽ đủ đảm bảo lượng nước sử dụng trong
suốt thời gian khô hạn này.
Khảo sát, đánh g phân tích chi pđầu
của từng loại hình thu trnước mưa ở lu, téc, bồn,
bchứa gạch y và i trnước ngọt bằng nhựa
dẻo (Bảng 2).
Bảng 2. Phân tích ưu nhược điểm các loại hình trữ nước hộ gia đình năm 2022
Loi công trình Vt liu Ưu điểm Nhược điểm Chi phí cho b
dung tích 15m3
Lu Xi măng - Giá thành r, thi ng ti ch
- Có th di chuyn
- D hng, v, rò r
- Cn nhiu lu chiếm din tích
- Ô nhiễm nưc
> 2 triu/lu 100 lít
Nha
- Lắp đặt thun tin
- Độ bn khá cao
- Nhiu loi dung tích
- D di chuyn
- Cn bo qun tránh ánh n
ng
trc tiếp
- Cn nhiu bn chiếm din ch
- Giá thành cao
> 15 triu
Téc/ Bn
Inox
- Lắp đặt thun tin
- Độ bn cao
- Nhiu loi dung tích
- D di chuyn
- Giá thành khá cao
- Cn nhiu bn chiếm din tích
> 40 triu
B cha Gch xây,
bê tông
- Dung tích theo kích thước xây dng
- thđặt các công trình x nước trước khi tr
vào b
- Giá thành cao
- Xây dng kiên c
, không di
chuyển được
> 25 triu
Túi trữ nưc ng
t
bng nha do Nha do
- Túi 2-3 lớp kín nước
- Lắp đặt, vận hành đơn giản, d v sinh, di chuyn
- Kích thước đặt hàng theo nhu cu, tn dụng đượ
các khong không gian nh hẹp để đặt túi
- Không b bc hơi, thẩm thu
- Dùng xong có th cất đi
- Giá thành p hp, có th ng lâu dài (khong 40 năm)
3 triu
Qua phânch các điều kiện kinh tế - xã hi các
tnh ven biển vùng ĐBSCL, đề xuất giải pháp tr
nước mưa bằng loại túi chứa nước ngọt bằng nha
do với nhiều ưu điểm vượt trội vgiá thành, cht
lượng và tính linh hoạt, tiện lợi. Ví dụ, vi dung tích
tr t 15m3-25m3, chi phí ch t 3-5 triệu đồng (đơn
giá năm 2022), trong khi những loại hình tr nước
khác đều có chi phí hàng chục triu đồng.
3.4. Đề xut mô hình xử lý nước mưa
a) Gii pháp x nước mưa hộ gia đình
không s dụng điện năng
Đối với giải pháp cấp và x lý nước mưa h
gia đình không sdụng điện chủ yếu phục vụ nhu
cu nước uống của người dân.
Nhu cu đảm bảo nước uống trung bình 4
lít/ngày.người (theo khuyến o của WHO, trong
đó, nam gii 3,7 lít/ngày.người, n gii 3,2
lít/ngày.người). Theo đó, hgia đình 5 người
nhu cu nước ung khoảng: 5 người x 4
lít/ny.người = 20 lít/ngày.
Hình 3. Sơ đồ x lý nước mưa hộ gia đình
không s dụng điện năng
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S85 (9/2023)
161
Sơ đồ x lý gm:
- Hệ thống loại bỏ nước mưa đầu trận
- Bể cha ớc mưa 1.000 lít
- B lọc chậm
- Bể cha sau lọc
- Hệ thống khử trùng bằng bức xạ mặt trời
Thuyết minh sơ đồ công ngh x lý:
Ngun c a từ mái hng ca h gia
đình s đưc dn qua h thng loi b c
a đu trn chy vào b cha. T b cha
c s cho qua thiết b x bng b lc
chm. B lc chm gm các lp si, cát thch
anh, than hot tính, t thch anh c dng
loi b nhng tp cht ô nhim trong c.
Nước đi v b cha, quá trình dit khun đưc
đóng thành các chai thy tinh th tích
khoảng 1 lít (nên pi dưi ánh sáng mt tri).
Kim đnh chất lưng c đầu ra cho thy
đảm bo cht ng c theo Quy chun Vit
Nam (QCVN) 01-1-2018/BYT.
b) Gii pháp x nước mưa hộ gia đình s
dụng điện năng
Theo Tiêu chun Vit Nam (TCVN)
13606:2023, đnh mc cp nước cho điểm dân cư
nông thôn cn ti thiu là 60 lít/người.ngày.
Theo đó, phn thiết kế s 2 h thng cp
nước đầu ra đ phc v mt h gia đình 5
người đm bo mc đích ăn ung sinh hoạt,
c th:
- Đu ra để ăn ung: 5 người x 4 t/người.ngày
= 20 lít/ngày.
- Đầu ra để tm git, vsinh thông thường vi
công sut: 5 người x 60 lít/người.ngày = 300
lít/ngày.
Hình 4. Sơ đồ công ngh x nước mưa hộ
gia đình s dụng điện năng
Thiết b công nghệ như sau:
- B lọc thô đầu ngun: chế to bng vt liu
composite cha túi lc t đường kính 50
Micocromet (µm).
- Thiết b lc s 1 (lc chn, lc trao đi, lc
hp ph): s dng các loi vt liu lọc địa phương
(cát, đá, sỏi…).
- Thiết b lc s 2: gm các màng lc có đường
kính ln hơn 5µm đến 0.01µm.
- Thiết bị lọc s 3: thiết b kh trùng tiêu dit
loi b vi khun, vi rút bng đèn UV.
- Các van V1, V2: điu tiết lưu lượng lấy nước
khi vn hành.
Thuyết minh sơ đồ công ngh x lý:
- Nguồn nước mưa qua hệ thng loi bnước
mưa đầu trn, dn v b lọc b kết hp to
ngun, sau đó nước sđược bơm qua thiết b lc
s 1 nhm tách các ht cn kích thưc nhn
hp phụ c hp cht hữu , , kim loi
nng, i v, hoc các tp cht phù du trong
nguồn nước... có trong nước.
- ớc sau đó được lc tiếp qua b lc s 2
gm 2 ct lọc tương ng vi 2 cp lc được tích
hp thành mt thiết b. Ct lc s 1 cha lõi lc
được làm t c si tPP ép cht vào nhau có
kích thước l lc 5µm. Ct lc s 2 cha màng vi
lc (MF) với kích thước l lc 0,2-0.01µm.
Thiết b lc này nhm loi bỏ c chất lửng ln
hơn 0.01-0.2µm.
- hai vtrí đầu nước ra phc văn ung
sinh hoạt thông thường. Khi V1 mở, V2 đóng
cung cấp nước phc vụ ăn uống. Khi V1 đóng, V2
m cung cấp nước vào b cha bng túi nha do
có thể tích 15m3 để phc v sinh hot.
- Nước phc văn ung sđi qua thiết b kh
trùng bằng đèn UV nhằm loi b các sinh vt có
kh năng gây bệnh. Kiểm định chất lượng nước
đầu ra cho thấy đảm bo chất lượng nước theo
QCVN 01-1-2018/BYT.
c) Gii pháp x lý nước mưa cho mt cm h
gia đình nhỏ lẻ
Thiết kế h thng có 2 đầu ra cp nước phc v
sinh hoạt thông thường và ăn ung cho 01 cụm h
gia đình nhỏ lẻ (đáp ng s biến động trong tương
lai gn, ước nh s khong 40 ni/cụm h
gia đình nhỏ l).
- Đầu ra ăn uống: 40 người x 4 lít/ngày.người
= 160 lít/ngày
- Đầu ra công sut: 40 người x 60
lít/ngày.người = 2.400 lít/ngày = 2,4 m3/ngày