Đề tài Các công trình xử lí sơ bộ và xử lí bậc 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG Các công trình xử lí sơ bộ và xử lí bậc 1 Nhóm 8 – Lớp 09CMT Lê Thị Song Thảo 0922239 Trần Kim Thái 0922230 Nguyễn Hữu Thắng 0922241 Dương Thị Kim Thoa 0922246 Phạm Tấn Thông 0922250 Mai Xuân Thưởng 0922260 Lại Vũ Tình 0922265 Phạm Văn Vũ 0922306 Tháng 12/ 2011 MỤC LỤC Trang PHẦN 1. XỬ LÍ SƠ BỘ Song/ lưới chắn rác Các loại máy cắt/ nghiền Bể lắng cát Bể điều hòa lưu lượng Cách bố trí các công trình xử lí PHẦN 2. XỬ LÍ BẬC 1 3 4 12 14 28 22 23 2.1 Lý thuyết lắng 24 2.2 Một số loại bể lắng 28 2.3 Một số mô hình xử lý bậc 1 khác 35 Tài liệu tham khảo 37 PHẦN 1 XỬ LÍ SƠ BỘ SONG/ LƯỚI CHẮN RÁC CÁC LOẠI MÁY CẮT/ NGHIỀN BỂ LẮNG CÁT BỂ ĐIỀU HÒA LƯU LƯỢNG CÁCH BỐ TRÍ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÍ  Quá trình xử lí sơ bộ được thực hiện ở đầu quy trình xử lí nước thải nhằm mục tiêu là loại bỏ các chất rắn chưa qua xử lí; bảo vệ và nâng cao năng suất của các thiết bị xử lí tiếp theo. Các thiết bị xử lí sơ bộ bao gồm: song/ lưới chắn rác, máy cắt hoặc máy nghiền, bể lắng cát, và bộ điều hòa lưu lượng. 1.1 SONG CHẮN/ LƯỚI CHẮN Nguồn gốc của thuật ngữ song chắn và lưới chắn dựa trên mục đích sử dụng và kích thước khe hở của chúng. Bảng 1-1 Phân loại song chắn/ lưới chắn theo kích thước khe hở Loại Khe hở Ứng dụng Máng chặn rác (trash rack) 40-150 mm Chắn các mảnh vụn lớn và nặng. Chủ yếu được dùng trong cống rãnh, đặt trước máy bơm. Trong nhà máy xử lí nước thải (WWTP), thường được đặt trước lưới chắn thô. Song chắn (bar rack) hoặc lưới chắn thô 6- 75 mm Loại bỏ các chất rắn lớn. Lưới chắn mịn 1.5- 6 mm Loại bỏ chất rắn nhỏ. Phần lớn được đặt sau lưới chắn thô Lưới chắn rất mịn 0.25- 1.5 mm Làm giảm chất rắn lơ lửng ở gần giai đoạn xử lí bậc 1. Phần lớn được đặt sau lưới chắn thô hay lưới chắn mịn hoặc là sau cả 2 lưới chắn trên. Có thể được dùng khi dòng thải không qua xử lí bậc 1. Lưới chắn siêu mịn 1μm–0.3 mm Được dùng kết hợp với lưới chắn rất mịn để làm sạch dòng ra. Sources: Daukss, 2006, WEF, 1998. Tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng dòng thải sau khi xử lí, các công trình đã sử dụng trước và sẽ sử dụng sau khi xử lí mà người ta có thể dùng các loại song/ lưới chắn rác khác nhau. Thông thường, song chắn là loại được sử dụng phổ biến ở giai đoạn xử lí sơ bộ nên phần này sẽ đề cập chủ yếu đến song chắn rác (bar rack). Thiết Bị Làm Sạch Song Chắn Rác Hiện nay, có hai cách cào rác: thủ công và cơ giới. Các song chắn/ lưới chắn cào rác bằng cơ giới gồm có 4 nhóm chính: cào chuỗi (chain-driven), cào thuận nghịch (reciprocating rake), cào dây chuyền (catenary) và băng chuyền liên tục (continuous belt). Song Chắn Rác Cào Thủ Công Bằng Tay Hình 1-1 là một kiểu song chắn rác cào thủ công bằng tay, đây là loại được dùng phổ biến ở các công trình đầu mối của trạm bơm nước thải. Khi thiết kế cần lưu ý là chiều dài rãnh làm sạch bằng tay không nên vượt quá khoảng cách thuận lợi cho việc cào rác bằng tay, khoảng 3 m. Thanh chắn rác thường có chiều dày ≥ 10 mm theo và chiều sâu ≥ 50 mm. Các thanh này được hàn chặt trong một khung cứng với các khoảng cách phù hợp với dụng cụ cào rác. Phía trên kênh dẫn thường có các tấm đậy để ngăn cản mùi hôi của nước thải. Kênh dẫn nước thải cần được thiết kế để ngăn cản các tích tụ sạn sỏi và các vật liệu nặng khác lắng tụ trong kênh, nên xác định bề rộng kênh dẫn trước khu vực chắn rác sao cho vận tốc dòng chảy chỉ giới hạn trong khoảng 0,40 m/s - 0,80 m/s là tốt nhất. Hình 1-1 Một kiểu song chắn rác cào thủ công bằng tay Song Chắn Rác Cào Cơ Giới Cào xích quay (chain driven): Bộ phận cào rác vận hành bằng xích quay theo một đầu dẫn, rác được cuốn theo chiều đi xuống của dây xích và đưa lên một máng lọc đổ .Ưu điểm của kiểu này là việc lấy rác tương đối triệt để nhất là các loại rác "mềm" như giấy, vải, nylon,... các thanh chắn được bảo vệ khỏi bị hư hại do các mãnh vỡ gây ra. Khuyết điểm là nó thỉnh thoảng bị kẹt do các loại rác "cứng" gây ra, đồng thời do nó bánh răng nằm chìm dưới nước nên cần thiết phải tháo nước khỏi lòng kênh khi bảo dưỡng hay sửa chữa. Cào thuận nghịch (reciprocating rake): Cào thuận nghịch mô phỏng động tác cào thủ công bằng tay. Bộ phận cào rác di chuyển theo một giá đỡ, lên đến đầu giá đỡ, rác sẽ tự rơi xuống và đưa đi nơi khác. Độ nghiêng của giá đỡ có thể điều chỉnh tùy theo tình trạng rác thải. Ưu điểm của kiểu này là hầu hết các bộ phận lấy rác đều nằm trên mực nước, có thể dễ dàng làm sạch và quản lý mà không cần phải tháo sạch nước trong lòng kênh. Ngoài ra, do nó thu rác ở mặt trước của song chắn nên nó có hiệu quả trong việc chặn cũng như cào rác mà không bị rơi vào tình trạng mang rác sang dòng thải đầu ra. Khuyết điểm của nó là bộ phần cào rác chỉ hoạt động trên một chiều giá đỡ thay vì liên tục như loại xích quay. Cào dây chuyền (catenary): Cào dây chuyền là cào dây xích loại thu rác ở mặt trước, nhưng khác với cào dây xính, cào dây chuyền không có bánh răng chìm nên dễ làm sạch và bảo dưỡng. Bộ phận cào rác được giữ trên giá đỡ nhờ vào trọng lượng của dây xích nên nó có thể xử lí các vật thể nặng, tuy nhiên, nó cần không gian lắp đặt lớn. Băng chuyền liên tục (continuous belt): Đây là kiểu lấy rác bằng đầu cáp, bộ phận cào rác đi lên xuống trên một giá trục qua sự chuyển động của hệ thống dây cào và đầu trống quay. Bộ phận cào đi xuống bằng trọng lượng bản thân và nâng lên bằng cáp quay. Ưu điểm của băng chuyền liên tục là nó có thể xử lí cả chất rắn thô và chất rắn mịn, và không có băng răng chìm. Khuyết điểm của nó là khả năng cào rác bị giới hạn, quản lý hơi phức tạp, cuộn cáp hay bị vướng do chất thải rắn và bộ phận thắng hãm cơ học thường bị trục trặc. Hình 1-2 Song chắn rác có cào cơ giới: (a) cào dây xích (b) cào thuận nghịch, (c) cào dây chuyền, (d) băng chuyền liên tục. (Source: Metcalf & Eddy, 2003) Bảng 1-2 Ưu, nhược điểm của các loại cào Loại cào Ưu điểm Nhược điểm Cào dây xích Front clean/back return Vòng lặp ngắn. Dùng trong các ứng dụng đòi hỏi công suất cao. Có bộ phận chìm nên khó bảo dưỡng. Hiệu qua loại bỏ rác kém do có thể mang rác thừa sang dòng nước sau chắn. Front clean/ front return Vòng lặp ngắn. Ít mang rác sang dòng sau chắn Có bộ phận chìm nên khó bảo dưỡng. Dễ bị kẹt do các vật thể nặng Back clean/back return Vòng lặp ngắn. Các bộ phận chìm (dây xích, bánh răng và trục) được song chắn bảo vệ Có bộ phận chìm nên khó bảo dưỡng. Răng cào dài dễ bị nứt gãy. Rác có thể lẫn sang dòng sau chắn. Cào thuận nghịch Không có bộ phận chìm nên dễ vận hành và bảo dưỡng Có thể xử lí các vật thể lớn. Chi phí vận hành và bảo dưỡng tương đối thấp Sử dụng vật liệu inox nên giảm khả năng ăn mòn Công suất dòng chảy cao Cần độ cao trên mặt nước lớn. Vòng lặp dài; công suất cào bị giới hạn. Sạn lắng ở trước song chắn có thể cản trở chuyển động của cào. Chi phí tương đối cao do dùng vật liệu inox. Cào dây chuyền Bánh răng không chìm nên dễ bảo dưỡng. Độ cao cần thiết tương đối thấp Vòng lặp ngắn. Có thể xử lí các vật thể lớn Ít lẫn rác sang dòng sau chắn Thiết bị nặng và khó điều khiển. Tốn không gian lớn Tạo mùi do hệ thống mở Công tác bảo dưỡng và thay thế các bộ phận tốn nhiều thời gian và chi phí. Băng chuyền liên tục Dễ bảo dưỡng Ít bị kẹt Công tác bảo dưỡng và thay thế các bộ phận tốn nhiều thời gian và chi phí (Source: Metcalf & Eddy, 2003.) 1.1.2 Thiết Kế Song Chắn Rác Người ta thường thiết kế hai hoặc nhiều song chắn có cào cơ giới để khi một trong số các song chắn xảy ra sự cố thì vẫn không làm giảm hiệu suất của thiết kế. Vị trí: Trong đa số trường hợp, song chắn được đặt trước bể lắng cát để tránh làm tắc nghẽn thiết bị. Vận tốc:Vận tốc tối thiểu khoảng 0.4 m/s để làm giảm thiểu sự tích tụ chất rắn trong kênh dẫn. Vận tốc tối đa qua song chắn phải nhỏ hơn 0.9 m/s để giảm thiểu lực tác động của các vật chất trong dòng chảy qua lưới (GLUMRB, 2004). Để điều chỉnh tốc độ dòng chảy qua lưới, người ta thường lắp đặt thêm các bộ điều chỉnh như máng Parshall, hoặc mở rộng kênh dẫn để thay đổi vận tốc. Hình 1-3 (a) Kênh dẫn có song chắn rác. (b) cổng trượt. (c) tấm chặn. (d) fillet (dùng để hạn chế sự tích tụ chất rắn) Thanh chắn: Bảng 1-3 Thiết kế thanh chắn Thông số Phương pháp làm sạch Thủ công Cơ giới Chiều rộng 5 – 15 mm 5 – 15 mm Chiều cao 25 -40 mm 25 -40 mm Khoảng cách giữa các thanh 25 – 50 mm 6 – 75 mm Độ nghiêng (so với phương thẳng đứng) 30 – 450 0 – 300 Sources: Daukss, 2006: Metcalf & Eddy, 2003: WEF, 1998 Vật liệu: Các vật liệu để làm thanh chắn thường được sử dụng hiện nay là thép không gỉ và nhựa. Mặc dù đắt tiền hơn nhưng thép không gỉ được ưa thích hơn vì độ bền của nó. Tổn thất đầu vào: Tổn thất đầu vào do song chắn thô có cào cơ giới là một thông số kĩ thuật quan trọng. Dựa trên giả định về dòng chảy hai chiều ổn định, các tổn thất đầu vào khi nước sạch chảy qua song chắn có thể được tính bằng phương trình Bernoulli. Tổn thất đầu vào được tính dựa trên dòng chảy và vùng hiệu quả của khe hở. HL = k[(vthr)2- (vapproach)2]2g Trong đó: HL là tổn thất đầu vào, m k là hệ số tổn thất kinh nghiệm vthr là vận tốc qua song chắn, m/s vapproach là vận tốc gần đúng, m/s g là gia tốc trọng trường, = 9.81 m/s 2 Hệ số tổn thất đối với lưới chắn sạch thường là 1.67, đối với song chắn bị tắt cục bộ là 1.43(Metcalf & Eddy, 2003). Vận tốc gần đúng được tính cho các kênh dẫn ngược dòng với song chắn. Vận tốc qua lưới chắn được tính dựa trên vùng hiệu quả của khe hở. Nó là tổng hình chiếu theo phương thẳng đứng của các khe hở (WEF,1998). Tổn thất đầu vào thường được khống chế dưới 150 mm. Hình 1-4 Ví dụ về song chắn thô Số thanh chắn: N = chiêu rộngcua kênh - khoang cach giưa cac thanh chắnchiêu rộng cua thanh chăn + khoang cach giưa cac thanh chắn Số khoảng giữa các thanh là N + 1 Một số kinh nghiệm vận hành  Nếu rác lưu lại trên song chắn quá lâu sẽ gây ảnh hưởng đến dòng chảy. Một số biện pháp để tránh tình trạng này là: Cài đặt giờ: bật thiết bị làm sạch song chắn 5 phút và tắt 25 phút. Sử dụng hệ thống có thể thay đổi thời gian làm sạch để tăng tần số làm sạch đối với các dòng chảy tốc độ cao. Điều chỉnh tổn thất đầu vào kết hợp với chu kỳ làm sạch (thường từ 15 đến 30 phút) để đạt hiệu quả tối ưu. Các cảm biến để đo tổn thất đầu trong kênh vào có thể bị hỏng do các mảnh vụn, giẻ rách, và vật trôi khác nên người ta cũng có thể sử dụng các thiết bị tạo bọt vi sai (differential bubbler), radar, và siêu âm để đo độ sâu của nước thải Tấm chắn (stop log) có thể bị xói mòn nên người ta thường sử dụng một dây chuyền liên tục để nâng và hạ tấm chắn. Các kĩ sư vận hành thường thích sử dụng cổng trượt (slide gate) hơn là tấm chắn (stop log). 1.2  CÁC LOẠI MÁY CẮT/ NGHIỀN Ngoài phương pháp giữ lại các chất rắn thô trên song/ lưới chắn, người ta còn có thể sử dụng thiết bị cơ khí để cắt nhỏ hoặc nghiền chất rắn và trả chúng lại cho dòng chảy. Ba trong số những thiết bị phổ biến nhất là máy cắt, máy giầm, và máy nghiền. Có nhiều ý kiến khác nhau về lợi ích của việc sử dụng các thiết bị này. Thứ nhất, các chất rắn thô nên sớm được loại bỏ khỏi dòng thải để hạn chế các vấn đề trong các bước xử lí tiếp theo. Thứ hai, các vật liệu đã được cắt nhỏ sẽ dễ xử lí ở các bước tiếp theo. Ví dụ như giẻ và vật liệu nhựa thường tạo thành dây và quấn quanh máy bơm, tích tụ trong bể lắng và máy khuếch tán không khí, làm kẹt ống dẫn bùn và làm nghẽn bộ trao đổi nhiệt, hạn chế hiệu quả của chất rắn sinh học. Trong một số quy trình nhất định, như bể phản ứng màng sinh học (MBR), hoặc sản xuất chất rắn sinh học loại A, các thiết bị làm giảm chất rắn thô trên sẽ không được sử dụng, mà bắt buộc phải sử dụng lưới chắn mịn. Chúng có thể được đặt sau bể lắng cát để giảm làm mòn máy cắt, nhưng thông thường chúng được đặt trước bể lắng cát để tránh việc giẻ rách, túi và các mảnh vụn khác có thể gây nghẽn bể lắng cát. Tổn thất đầu vào của các thiết bị này thường từ 100 đến 300 mm và có thể lên đến 900mm đối với các thiết bị lớn ở tốc độ dòng chảy tối đa. Máy cắt: Máy cắt sử dụng một tấm chắn ngang để chặn các chất rắn trong dòng chảy và một thanh cắt quay hoặc dao động để cắt nhỏ vật liệu. Các chất rắn được giảm kích thước đến 6 – 20 mm, và tiếp tục đi theo dòng chảy. Trước đây, máy cắt được sử dụng rất phổ biến nhưng ngày nay người ta thường dùng lưới chắn, máy giầm, hay máy nghiền. Hình 1-5 Máy cắt Máy giầm: Máy giầm là máy nghiền tốc độ chậm thường sử dụng hai bộ lưỡi cắt. Kích thước của bộ lưỡi cắt thường là 6-9 mm. Giẻ và nhựa là các vật liệu thường gây cản trở hoạt động cắt. Hình 1-6 Máy giầm (Sources: Mackenzie L. Davis; Metcalf & Eddy, 2003.) Máy nghiền: Máy nghiền nghiền các chất rắn bởi một bộ quay cao tốc. Lưỡi cắt tác dụng lực lên vật liệu thông qua một vỉ cố định, bao quanh bộ quay. Hình 1-7 Máy nghiền 1.3 BỂ LẮNG CÁT Sạn trong nước thải bao gồm cát, sỏi, vỏ trứng, mảnh thủy tinh và những vật chất khác có tốc độ lắng lớn hơn nhiều so với chất hữu cơ. Việc loại bỏ sạn là nhằm tránh mài mòn thiết bị, tránh tắc nghẽn đường ống và kênh dẫn, và giúp giảm bớt cường độ làm sạch máy móc do lắng đọng kết tủa. Một mục tiêu không kém phần quan trọng của hệ thống loại bỏ sạn là tách các hạt rắn ra khỏi chất hữu cơ trong nước thải để có thể xử lí các chất hữu cơ trong các quy trình tiếp theo. Ngoài ra, bể còn có khả năng giữ lại các chất dầu, mỡ và các vật liệu nổi khác. 1.3.1 Lý thuyết. Ở mức độ cơ bản nhất, thông số quan trọng trong việc loại bỏ sạn là vận tốc lắng của hạt rắn. Để tách các hạt sạn trơ ra khỏi chất hữu cơ, các thiết bị loại bỏ sạn hoạt động dựa vào sự chênh lệch trọng lượng riêng giữa các chất rắn hữu cơ và vô cơ. Quá trình lắng trọng lực của các hạt được tính theo phương trình Newton: vs= [4g(ps-p)/(3CD.p)]1/2 và phương trình Camp: vscour = { 8 β g ( ρs – ρ ) d / [1000 (f) ] } 1/2 Trong đó: vs : vận tốc lắng, m/s g : gia tốc trọng trường = 9.81m/s2 ρs : khối lượng riêng của hạt, kg/m3 ρ : khối lượng riêng của nước, kg/m3 d : đường kính hạt, m CD: hệ số ma sát không thứ nguyên. vscour: vận tốc rửa cặn, m/s β : hằng số không thứ nguyên (0.04-0.06) f : hệ số ma sát không thứ nguyên Darcy-Weisbach (0.02-0.03) 1.3.2 Biện pháp loại bỏ sạn Bể lắng cát thường được thiết kế để tách các tạp chất rắn vô cơ có kích thước từ 0.2 đến 2 mm ra khỏi nước thải. Một số kiểu bể lắng phổ biến được đề cập trong phần này bao gồm: bể lắng cát ngang, bể lắng cát sục khí, bể lắng cát có dòng chảy xoáy. Bể lắng cát ngang: Bể lắng cát ngang là loại bể loại bỏ sạn lâu đời nhất. Bể là một kênh hở có tiết diện hình chữ nhật, hình tam giác hoặc parabol. Chiều dài bể thường tùy thuộc vào chiều sâu cần thiết, vận tốc lắng và tiết diện kiểm soát bể. Chiều sâu nằm trong bể khoảng từ 0.25 đến 1 m. Tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều sâu B/H = 1/2. Vận tốc dòng chảy trong bể thường được duy trì không đổi ở khoảng 0.3 m/s. Tốc độ được điều chỉnh bằng van tỉ lệ hoặc kênh Parshall. Với tốc độ như vậy, các hạt sạn nặng hơn sẽ lắng xuống đáy bể, trong khi các hạt nhẹ hơn sẽ tồn tại ở trạng thái lơ lửng và theo dòng trôi ra ngoài. Cặn được thu hồi bằng thủ công (bằng tay) hoặc bằng thiết bị cơ giới. Để đảm bảo cho việc loại bỏ sạn và rửa cặn lắng đọng, phải đảm bảo hai điều kiện sau: Tốc độ dòng chảy tràn của bể lắng phải bằng vận tốc lắng của hạt sạn. Vận tốc theo phương ngang phải nhỏ hơn vận tốc rửa các hạt trơ và phải lớn hơn vận tốc rửa các hạt hữu cơ. Thực tế, bể lắng cát thường được thiết kế hai ngăn để luân phiên nhau làm việc và cạo cặn. Hình 1-8 Mô hình bể lắng cát ngang hình chữ nhật thu bùn bằng bơm xoắn Bảng 1-4 Ưu điểm và khuyết điểm của bể lắng cát ngang kiểu hình chữ nhật Ưu điểm Khuyết điểm Có tính linh hoạt nhờ thiết bị điều chỉnh dòng chảy đầu ra Thiết kế khá đơn giản Cặn được loại bỏ dễ dàng nhờ vào việc điều chỉnh dòng chảy Khó duy trì tốc độc không đổi tại 0.3 m/s Các dây chuyền, bộ truyền động nằm chìm dưới nước nên dễ bị ăn mòn, khó bảo dưỡng Tổn thất đầu vào lớn Việc sử dụng van tỉ lệ làm tăng vận tốc ở đáy bể, khiến đáy bể dễ bị mài mòn Sources: Wastewater Technology Fact Sheet, US EPA Bể lắng cát sục khí: Không khí được đưa vào dọc theo một phía của bể, tạo ra dòng thải chuyển động theo quĩ đạo tròn và xoắn ốc quanh trục theo hướng dòng chảy. Khi đó, những hạt nặng hơn sẽ lắng xuống đáy bể. Các hạt nhẹ hơn (phần lớn là các chất hữu cơ) sẽ tiếp tục tồn tại ở dạng huyền phù và được vận chuyển ra khỏi bể. Kích thước của sạn lắng sẽ phụ thuộc vào vận tốc của dòng nước xoáy qua đáy bể, trong khi tốc độ khuyếch tán không khí và hình dạng bể sẽ quyết định tốc độ của dòng chảy xoáy. Các hạt lắng được dòng chảy xoáy vận chuyển qua đáy bể tới phễu hứng sạn và loại bỏ ra ngoài. Bể lắng cát sục khí cần có chiều sâu ít nhất 2 m để tạo nên vòng quay tròn hiệu quả. Tỉ số giữa chiều rộng và chiều sâu bể vào khoảng 3/2. Đầu phân phối khí đặt cách đáy bể một khoảng từ 0.45 đến 0.6 m Hình 1-9 Mô hình của bể lắng cát sục khí (Source: Metcalf & Eddy, 2003) Bảng 1-6 Ưu điểm và khuyết điểm của bể lắng cát sục khí Ưu điểm Khuyết điểm Hiệu suất khá ổn định Tổn thất đầu vào thấp Đạt hiệu quả tốt trong việc loại bỏ các chất hữu cơ thông qua tốc độ sục khí Bể có thể được dùng để thêm và trộn hóa chất keo tụ Sục khí có thể làm giảm việc tạo mùi Tiêu thụ nhiều năng lượng Cần bảo dưỡng hệ thống sục khí Giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi Tạo mùi Cần bảo dưỡng thiết bị loại bỏ sạn Sources: WEF, 1998, and Spangler, 2006. Bể lắng cát có dòng chảy xoáy: Hoạt động dựa trên một thiết bị tạo dòng xoáy để loại bỏ sạn. Nước thải được đưa vào bể theo phương tiếp tuyến. Ở giữa bể, một turbine quay được đặt dọc theo mặt đáy hình nón của bể sẽ tạo ra một dòng chảy xoáy hình bánh doughnut. Dòng xoáy này có xu hướng nâng các hạt hữu cơ nhẹ và lắng các hạt sạn vào một bồn chứa. Rãnh dẫn nước ra ngoài có độ rộng gấp đôi rãnh dẫn nước vào, dẫn đến vận tốc đầu ra thấp hơn vận tốc đầu vào, do đó, khiến cho sạn không thể đi vào dòng nước đầu ra. Chất rắn được loại bỏ ra khỏi bồn chứa bằng bơm cát hoặc bơm nâng khí. Thông thường, người ta sẽ dùng không khí hoặc nước để rửa các hạt sạn dính trong bồn chứa trước khi chúng được đưa ra ngoài. Hình 1-10 Bể lắng cát có dòng chảy xoáy (Source: Metcalf & Eddy, 2003.) Bảng 1-7 Ưu điểm và khuyết điểm của bể lắng cát sục khí có dòng chảy xoáy Ưu điểm Khuyết điểm Hiệu suất ổn định Đạt hiệu quả cao trong việc loại bỏ các hạt sạn mịn Tiết kiệm năng lượng Tổn thất đầu vào thấp Cần không gian nhỏ Thiết kế cần chính xác Các hạt sạn bị sít chặt nên khó loại thải Cánh turbin có thể bị vướng rác Adapted from WEF, 1998, and Spangler, 2006. Căn cứ vào lưu lượng nước thải và nồng độ các chất lơ lửng để lựa chọn bể lắng cát thích hợp. Tuy nhiên, được sử dụng thông dụng nhất hiện nay vẫn là bể lắng cát ngang. 1.4 BỂ ĐIỀU HÒA LƯU LƯỢNG Nước thải chảy vào nhà máy xử lí với tốc độ không ổn định. Sự thay đổi liên tục về lưu lượng và cường độ của dòng nước thải làm cho quá trình vận hành gặp khó khăn. Mục đích của việc điều hòa lưu lượng là nhằm làm giảm các biến đổi này để xử lý nước thải tại một tốc độ dòng gần như không đổi. Một số lợi ích của bể điều hòa là: Làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượng "sốc" của hệ thống do hoạt động quá tải hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ, giảm được diện tích xây dựng các bể sinh học (do tính toán chính xác). Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật. Chất lượng của nước thải sau xử lý và việc cô đặc bùn ở đáy bể lắng thứ cấp được cải thiện do lưu lượng nạp các chất rắn ổn định. Diện tích bề mặt cần cho hệ thống lọc nước thải giảm xuống và hiệu suất lọc được cải thiện, chu kỳ làm sạch bề mặt các thiết bị lọc cũng ổn định hơn. Vị trí: Bể điều hòa thường được đặt sau song chắn rác và bể lắng cát. Hai mô hình WWTP thường gặp là điều hòa trên dòng thải và điều hòa ngoài dòng thải. Trong mô hình điều hòa ngoài dòng thải, chỉ khi tốc độ dòng chảy lớn hơn một tốc độ đã định trước thì dòng chảy mới được đưa về bể điều hòa. Hình 1-11 Mô hình xử lí nước thải (WWTP) có bể điều hòa lưu lượng. (a) điều hòa trên dòng thải. (b) điều hòa ngoài dòng thải Thể tích: Các bước xác định thể tích cần thiết của bể điều chỉnh lưu lượng: Bước 1: Đo lưu lượng nước thải từng giờ từ 0 giờ ngày hôm trước đến 0 giờ ngày hôm sau (có thể thông qua việc đo lưu lượng nước sử dụng trừ đi lượng nước giữ lại trong các sản phẩm). Bước 2: Tính toán tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ (Ví dụ lưu lượng nước thải ở 0 - 1 giờ là 10 m3/h, lưu lượng nước thải ở 1 - 2 giờ là 20 m3/h, lưu lượng nước thải ở 2 - 3 giờ là 20 m3/h. Tổng lượng nước thải thải ra môi trường ở 0 giờ là 0 m3, 1 giờ là 10 m3, 2 giờ là 30 m3. Vẽ đồ thị biểu diễn tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ và tổng lượng nước thải theo lưu lượng trung bình thải ra môi trường theo từng giờ. Bước 3: Xác định điểm bụng của đồ thị, vẽ đường tiếp tuyến với đồ thị tại điểm bụng, hiệu số khoảng cách thẳng đứng chiếu từ điểm bụng của đường biểu diển tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ đến đường biểu diễn tổng lượng nước thải theo lưu lượng trung bình thải ra môi trường theo từng giờ là thể tích cần thiết của bể điều lưu. Hình 1-12 Sơ đồ cách tính thể tích cần thiết của bể điều lưu  Tuy nhiên, thể tích trên thực thể sẽ lớn hơn giá trị lí thuyết vì những lí do sau: Hoạt động của các thiết bị sục khí và khuấy trộn sẽ không cho phép thoát nước hoàn toàn. Nếu có dòng hồi lưu được đưa về bể thì phải điều chỉnh thể tích của bể. Những thay đổi đột ngột có thể xảy ra ngoài dự đoán. Sục khí và khuấy trộn: Cả hai mô hình bể điều hòa trên dòng thải và điều hòa ngoài dòng thải đều cần có sự sục khí và khuấy trộn thích hợp để ngăn chặn mùi hôi và sự tích tụ của chất rắn. Các hệ thống sục khí phải cung cấp khoảng 1,8 - 2,9 m 3 không khí / h.m3 để khuấy trộn. Máy có thể tạo các bọt khí lớn hoặc trung bình, nhưng không nên sử dụng bọt khí nhỏ do chúng có xu hướng làm tắc nghẽn thiết bị. Hệ thống sục khí được nên được tách riêng với các hệ thống cần sục khí khác để có thể dễ dàng kiểm soát quá trình sục khí (GLUMRB 2004). Đối với nước thải đô thị có nồng độ chất rắn lơ lửng khoảng 200 mg/L, phạm vi sục khí nằm trong khoảng từ 0,004 đến 0,008 kW/m 3. Để duy trì điều kiện hiếu khí, tốc độ sục khí nên ở khoảng từ 0,6 đến 0,9 m3/ h·m 3 (WEF, 1998). Hiệu suất vận chuyển oxi trong nước thải của các thiết bị sục khí thấp hơn so với trong nước máy (ở điều kiện tiêu chuẩn). Bể điều hòa có thể được làm bằng đất hoặc bê-tông. Ở bể trên đất, một lớp đệm bằng bê-tông được đặt bên dưới thiết bị sục khí để ngăn xói mòn đáy bể. Ngoài ra, cần phải có một công tắt ngắt trong trường hợp mực nước thải trong bể thấp hơn mức tối thiểu để hoạt động. Hình 1-13 Bể điều hòa bằng đất với máy khuấy 1.5 CÁCH BỐ TRÍ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÍ SƠ BỘ Có nhiều cách bố trí khác nhau trong quy trình xử lí sơ bộ. Điều này phụ thuộc vào các công trình đã áp dụng trước đó và sẽ áp dụng sau đó. Cách bố trí thông thường cho dòng chảy trọng lực trong đường cống Cách bố trí thông thường cho dòng chảy cưỡng bức với thanh chắn rác đặt ở trạm bơm Sử dụng hệ thống màng ở bước xử lí tiếp theo, dòng chảy trọng lực trong đường cống Sử dụng hệ thống màng ở bước xử lí tiếp theo, dòng chảy cưỡng bức với thanh chắn rác đặt ở trạm bơm PHẦN 2 XỬ LÍ BẬC 1 LÝ THUYẾT LẮNG MỘT SỐ LOẠI BỂ LẮNG MỘT SỐ MÔ HÌNH XỬ LÝ BẬC MỘT KHÁC Xử lí bậc 1 là bước đầu tiên trong quy trình xử lí nước thải, mục đích là nhằm loại bỏ các chất liệu hữu cơ dạng hạt (chất rắn lơ lửng). Các chất rắn lơ lửng này góp phần hình thành nhu cầu oxi sinh hóa (BOD5) của nước thải, nên việc loại bỏ chất rắn lơ lửng sẽ giảm làm BOD5, do đó, làm giảm nhu cầu oxi, tốc độ tiêu thụ năng lượng và các vấn đề liên quan đến việc xử lí sinh học ở giai đoạn sau. Ngoài ra, xử lí bậc 1 còn có chức năng loại bỏ lớp bọt (các chất nổi trên bề mặt nước thải) và các hạt trơ chưa được tách ra ở hầm loại bỏ sạn (trong xử lí sơ bộ). Lớp bọt bao gồm dầu ,mỡ, nhựa, lá cây, tóc và các vật liệu nổi khác. Nguyên lý của xử lí bậc 1 là lắng, hay còn gọi là lắng bậc 1. Đây là quy trình xử lí được sử dụng nhiều nhất trong xử lí nước thải. 2.1 LÍ THUYẾT LẮNG Lắng là quá trình tách khỏi nước cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành trong giai đoạn keo tụ tạo bông hoặc các bùn cặn sau quá trình xử lí sinh học. Trong thiết kế bể lắng, một trong những thông số quan trọng là vận tốc lắng của các hạt cần loại bỏ. Các đặc tính lắng của hạt có thể chia thành 4 nhóm: lắng đơn hạt, lắng keo tụ, lắng chen, và lắng nén. Các bể lắng tương ứng với từng quá trình này lần lượt được gọi là lắng loại 1, loại 2, loại 3 và loại 4. Mặc dù trong bể lắng bậc 1, tất cả các quá trình lắng nêu trên đều diễn ra, nhưng xu hướng chi phối chủ đạo là hiện tượng lắng loại 2 – lắng keo tụ. 2.1.1 Lắng Loại 1: Đặc trưng của lắng loại 1 là các hạt lắng rời rạc với vận tốc không đổi. Chúng lắng riêng từng hạt một và không keo tụ trong suốt quá trình lắng, ví dụ: cát, sạn. Nói chung, ứng dụng của lắng loại 1 là loại bỏ cát trong trước khi xử lí keo tụ, lắng cát trong bể lọc cát nhanh và trong các bể lắng cát ở quá trình xử lí sơ bộ. 2.1.2 Lắng Loại 2: Đặc trưng của lắng loại 2 là các hạt sẽ keo tụ trong suốt quá trình lắng. Lắng loại 2 xảy ra trong các quá trình keo tụ nhôm hoặc sắt, lắng (nước thải) bậc 1, và trong bể lắng của bộ lọc chậm. Do các hạt ở trạng thái keo tụ nên thời gian lưu và độ sâu của bể lắng là những yếu tố rất quan trọng chi phối hiệu quả của quá trình. Tốc độ chảy tràn : Tốc độ chảy tràn được đề nghị nằm trong khoảng từ 30 – 50 m3/ ngày.m2 trong trường hợp lưu lượng của thiết kế ở mức trung bình và không có tuần hoàn bùn hoạt tính (Metcalf & Eddy, 2003; U.S.EPA, 1975). GLUMRB (2004) đề nghị tốc độ chảy tràn ở lưu lượng trung bình là 40 m3/ ngày.m2. Trong trường hợp tuần hoàn bùn hoạt tính về bể lắng sơ cấp, tốc độ chảy tràn được đề nghị ở lưu lượng trung bình là từ 24 – 32 m3/ ngày.m2 (Metcalf & Eddy, 2003). Thời gian lưu: Thời gian lưu càng dài thì hiệu suất keo tụ càng tăng và hiệu quả của bể lắng càng cao do khi đó, các hạt rắn keo tụ và lắng nhanh hơn. Tuy nhiên, song song với quá trình các hạt rắn keo tụ là quá trình các hạt keo tách ra thành các hạt rắn, do đó sẽ có một thời điểm mà quá trình hình thành và quá trình phân tách của các hạt keo đạt trạng thái cân bằng (Parker et al., 1972). Khi đó, việc kéo dài thời gian lưu hầu như không làm tăng hiệu suất của quá trình. Ngoài ra, do các vật liệu lắng (thường là bùn và bùn thô) mang đặc tính sinh học nên sau khi lắng một thời gian, nó sẽ bị phân giải kị khí. Khí thoát ra từ quá trình phân hủy kị khí sẽ có xu hướng đẩy các vật liệu lắng trở lên dòng chảy, do đó, hiệu suất của quá trình sẽ bị giảm. Vì vậy, cần phải lựa chọn một thời điểm tối ưu, nằm trước thời điểm tạo sản phẩm khí từ quá trình phân giải kị khí, và nằm sau thời điểm đạt hiệu quả keo tụ cao, để loại bỏ bùn nhằm tối ưu hiệu suất của quá trình. Thời gian lưu theo lý thuyết, với tốc độ chảy trung bình, thường nằm trong khoảng từ 1.5 đến 2.5 giờ, với giá trị tối ưu là 2.0 giờ. Trong thực tế, thời gian lưu có thể ngắn hơn. Nếu thời gian lưu kéo dài hơn 1.5 giờ mà không thu hồi bùn thì vật liệu hữu cơ có thể hòa tan trở lại dòng chảy, gây giảm hiệu suất loại thải và tạo mùi. Độ sâu của bể: Ngoài thời gian lưu và tốc độ chảy tràn, độ sâu của bể cũng là một thông số quan trọng. Để thu giữ các hạt lắng, các hạt rắn phải va đập vào lớp bùn ở đáy bể. Nếu hạt rắn không đi hết chiều sâu của bể trong thời gian lưu qui định thì nó sẽ không được giữ lại để thải ra ngoài. Vận tốc dòng chảy :Vận tốc dòng chảy phải đủ nhỏ để tránh làm vật liệu lắng quay trở lại dòng chảy. Vận tốc dòng chảy được tính theo phương trình Camp (1942): vscour= { 8 β g ( ρs – ρ ) d / [1000 (f) ] } 1/2 Trong đó: vs : vận tốc lắng, m/s g : gia tốc trọng trường = 9.81m/s2 ρs : khối lượng riêng của hạt, kg/m3 ρ : khối lượng riêng của nước, kg/m3 d : đường kính hạt, m CD: hệ số ma sát không thứ nguyên. vscour: vận tốc rửa cặn, m/s β : hằng số không thứ nguyên (0.04 - 0.06) f : hệ số ma sát không thứ nguyên Darcy-Weisbach (0.02 - 0.03) Vận tốc dòng chảy thường được giới hạn trong khoảng từ 0.02 – 0.025 m/s. 2.1.3 Lắng Loại 3 Và Lắng Loại 4: Khi nước có nồng độ các hạt rắn cao (ví dụ: trên 1000 mg/L) thì sẽ diễn ra quá trình lắng loại 3 (lắng chen) và lắng loại 4 (lắng nén) song song với lắng rời rạc và lắng keo tụ. Lắng vùng xuất hiện trong quá trình lắng vôi làm mềm nước, lắng bùn hoạt tính và làm đặc bùn. Hình 2.1 biểu diễn các quá trình lắng loại 2, loại 3 và loại 4 diễn ra theo thời gian. Khi nồng độ các hạt rắn cao, khoảng trống giữa các hạt sẽ giảm. Điều này khiến vận tốc chất lỏng giữa các hạt tăng lên, làm giảm vận tốc lắng xuống thấp hơn so với vận tốc lắng của riêng từng hạt. Do nồng độ của các hạt cao nên chất lỏng có xu hướng di chuyển lên, qua khoảng trống giữa các hạt, dẫn đến việc các hạt ở trạng thái liên kết với nhau có xu hướng lắng ở một “vùng” và duy trì tại một vị trí tương đối. Điều này khiến xuất hiện một lớp nước tương đối trong ở phía trên vùng lắng. Hiện tượng này được gọi là lắng chen. Tốc độ lắng cản trở là một hàm số của nồng độ và đặc tính của hạt. Khi quá trình lắng tiếp tục diễn ra, bắt đầu hình thành một lớp các hạt bị nén. Tuy nhiên, các hạt liên kết với nhau và không thật sự lắng. Nói chính xác hơn là dòng nước phía trên lớp hạt bị nén và khiến cho các hạt chìm xuống. Do đó, hiện tượng này được gọi lắng nén. Hình 2.1 Giản đồ lắng loại 3 và loại 4 trong cột (a) và đồ thị biểu diễn đường cong lắng (b). (Source:Metcalf and Eddy, 2003) 2.2 MỘT SỐ LOẠI BỂ LẮNG Bể lắng đứng và bể lắng ngang là các thiết kế được sử dụng phổ biến nhất. Bể lắng vuông có thiết bị thu bùn tuần hoàn cũng được sử dụng, nhưng nhìn chung, loại bể này không đạt yêu cầu do bùn thường bị tích tụ trong góc bể, đồng thời, làm tắc nghẽn máy thu bùn. Bể lắng chồng hình chữ nhật (stacked rectangular tank) được sử dụng trong trường hợp không gian xung quanh bị giới hạn, loại bể này có chi phí thiết kế cao hơn nhiều và thiết kế cấu trúc cũng phức tạp hơn. Bể lắng đứng : Hình dạng : Bệ lắng đứng có dạng hình hộp hoặc hình trụ với đáy hình chóp Cấu tạo : Gồm máng dẫn nước , ống trung tâm, máng thu nước, máng tháo nước, van xả cặn và ống xả cặn nổi. Đường kính không vượt quá 3 lần chiều sâu và có thể đến 10m , chiều cao vùng lắng từ 4-5m. Ống trung tâm Máng tháo nước ra nước Ống xả cặn nổi Van xả bùn Nguyên tắc hoạt động: Nước chảy từ dưới lên, cặn lắng xuống. Nước thải theo máng chảy vào ống trung tâm ở tâm bể với vận tốc không quá 30 mm/s. Sau khi ra khỏi ống trung tâm nước thải va vào tấm chắn và thay đổi hướng đứng sang hướng ngang rồi dâng lên theo thân bể. Nước đã lắng trong tràn qua máng thu đặt xung quanh thành bể ra ngoài. Khi nước thải dâng lên theo thân bể thì cặn sẽ thực hiện một chu trình ngược lại là rơi từ trên xuống. Ưu điểm : thuận tiện trong công tác xả cặn, ít diện tích xây dựng, Khuyết điểm : chiều cao xây dựng lớn làm tăng giá thành xây dựng, số lượng bể nhiều , hiệu suất thấp. Ứng dụng : Dùng trong các công trình có lưu lượng nhỏ khoảng 20 m3/h , được dùng để xử lý nước thải đô thị cho các khu dân cư ít hơn 1000 -2000 người. Thời gian lưu nước trong bể từ 45-120 phút .Được dùng trong các công trình lớn hơn khi bể tích kết tủa nhỏ và mật độ cao. Áp dụng khi công suất nhỏ hơn 3000 m3/ngày, bể lắng đứng kết hợp bể phản ứng xoáy hình trụ (ống trung tâm). Bể lắng tròn (radian) Hình dạng: Có mặt bằng hình tròn, đường kính từ 16 – 40 m (có trường hợp đến 60m), chiều cao làm việc bằng 1/16 – 1/10 đường kính bể. Cấu tạo: Bể lắng tròn loại nhỏ (đường kính < 9 m) có thiết bị thu bùn được chống đỡ trên những cánh tay đòn bắc ngang qua bể. Các loại bể lớn hơn thì có một cột trụ ở giữa để đỡ thiết bị. Đáy bể được thiết kế dốc, tạo thành vòm hình nón. Bùn được thải vào một cái phễu đặt gần tâm bể. Để tăng hiệu suất, người ta thường thiết kế ít nhất là hai bể lắng. Bể thường được bố trí thành cặp với một hộp chia dòng ở giữa hai bể. Vật liệu thông dụng được dùng để xây bể là bê-tông. Bể lắng tròn (a) bơm nước từ tâm bể (b) bơm nước từ thành bể Bể lắng tròn phân phối vào bằng máng quanh chu vi bể và thu nước ra bằng máng ở trung tâm Bể lắng tròn phân phối nước vào và thu nước ra bằng máng đặt vòng quanh theo chu vi bể. Hai bể lắng tròn trong xử lí bậc 1 Nguyên lý hoạt động: Trong bể lắng tròn, theo lý thuyết, dòng chảy sẽ có dạng xuyên tâm, tỏa tròn. Nước thải có thể được đưa vào từ tâm bể hoặc dọc theo thành bể. Loại đưa nước vào từ tâm bể thường được sử dụng phổ biến trong xử lí bậc 1 hơn. Nước thải có thể được đưa vào từ một ống dẫn được treo lơ lửng trên một cầu dẫn hoặc bằng một ống được bọc bê-tông ở đáy bể. Ở giữa bể, dòng chảy đi vào một khoang tròn, được thiết kế để phân bố dòng nước thải đều theo mọi phương. Ưu điểm: Bể lắng tròn được ưa dùng do nó ít cần bảo dưỡng và có chi phí xây dựng thấp hơn so với bể lắng chữ nhật, thiết bị truyền động nằm trên mặt nước nên dễ bảo trì. Khuyết điểm: Cần có không gian lớn do các bể không thể xây chung vách và đòi hỏi có nhiều hệ thống ống dẫn và bơm. Ứng dụng: Lắng nguồn nước có hàm lượng cặn cao > 2000 mg/l thích hợp với công suất > 30.000 m3/ngày, có thể kết hợp với ngăn tạo bông ở trung tâm bể. c. Bể lắng ngang (hình chữ nhật): Bể lắng ngang: là loại bể nước chảy theo chiều ngang, có kích thước hình chữ nhật, làm bằng bê tông cốt thép và sử dụng khi công suất lớn hơn 3000 m3/ngày-đêm. Hình dạng: Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, có chiều sâu H từ 1.5 – 4m chiều dài bằng (8 – 12)H , chiều rộng từ 3 – 6 m, để phân phối nước ra ngoài người ta thường chia bể thành nhiều vách ngăn, bể có thể được làm bằng các vật liệu khác nhau như bê tông, bê tông cốt thép, gạch… tùy theo điều kiện kinh tế, trong bể lắng ngang hình chữ nhật dòng nước chảy theo phương ngang qua bể. Cấu tạo: gồm có mương dẫn nước vào, mương phân phối, tấm nửa chìm nửa nổi, máng thu nước, máng thu và xả chất nổi và mương dẫn nước ra. Người ta chia dòng chảy và quá trình lắng thành 4 vùng : Vùng phân phối nước: để thiết kế dòng chảy vào, người ta thường lắp đặt một tấm chắn và các tấm chắn rãnh dọc theo toàn bộ chiều rộng của bể lắng, chúng có chức năng phân phối đều dòng nước vào bể lắng theo toàn bộ diện tích cắt ngang dòng chảy sao cho không có hiện tượng xoáy ở vùng lắng. Các tấm chắn thường được đặt cách đầu vào từ 0.6 – 0.9 m và chìm trong nước từ 0.5 – 0.6 m, tùy thuộc vào độ sâu của bể. Vùng lắng chiếm hầu hết toàn bộ thể tích bể, lắng trog vùng này tuân theo định luật Stokes. Vùng thu nước ra có chức năng tháo nước trong ra một cách ổn định. Vùng chứa bùn có chức năng thu bùn từ các thiết bị nạo, thiết bị nạo bùn gồm hai chuỗi cào nằm ở hai bên của khu vực thu bùn, trong đó, chuỗi treo di chuyển ngang qua bề mặt của bể và đẩy các vật liệu nổi về phía dòng chảy ở đầu ra. Vật liệu nổi sẽ được giữ lại bằng một tấm chắn và chuyển xuống phễu chứa bùn. Vùng lắng Vùng lắng Vùng chứa bùn Vùng phân phối nước vào Vùng thu nước ra Máng tràn Ðộ dốc 1% Các vùng trong bể lắng ngang Vách ngăn châm lỗ Q Nguyên tắc hoạt động : Nước thải theo máng phân phối vào bể đập tràn thành mỏng hoặc tường đục lỗ xây dựng ở đầu bể, nước chảy theo phương ngang đồng thời cũng xảy ra quá trình lắng trong lúc di chuyển, sau khi chảy qua vùng lắng nước đi tới máng thu và xả chất nổi sau đó nước tới mương dẫn nước ra ngoài và chất nổi được xả ra đồng thời (các hạt cặn ngừng chuyển động khi chạm đáy bể). Ưu điểm : gọn, có thể làm hố thu cặn ở đầu bể và cũng có thể làm nhiều hố thu cặn dọc theo chiều dài của bể. Nhược điểm : giá thành cao, có nhiều hố thu cặn tạo nên những vùng xoáy làm giảm khả năng lắng của các hạt cặn, đồng thời không kinh tế vì tăng thêm khối lượng không cần thiết của công trình. Ứng dụng: Áp dụng cho những công trình có lưu lượng nước thải trên 15000 m3/ngày . Hiệu suất lắng đạt 60% .Vận tốc dòng nước chảy của nước thải trong bể lắng thường được chọn không lớn hơn 0.01 m/s, thời gian lưu từ 1 – 3 giờ. Các số liệu tham khảo để thiết kế bể lắng sơ cấp hình chữ nhật và trụ tròn Thông số Giá trị Khoảng biến thiên Giá trị thông dụng Hình chữ nhật Sâu(ft) 10 - 15 12 Dài(ft) 50 - 300 80 - 130 Rộng(ft) 10 - 80 16 - 32 Vận tốc thiết bị gạt váng và cặn (ft/min) 10 - 15 3 Hình trụ tròn Sâu(ft) 10 - 15 12 Đường kính (ft) 10 - 200 40 - 150 Độ dốc của đáy (in/ft) 0,75 - 2 1 Vận tốc thiết bị gạt váng và cặn (ft/min) 0,02 - 0,05 0,03 2.3 MỘT SỐ MÔ HÌNH XỬ LÍ BẬC 1 KHÁC Lắng Tăng Cường Phương pháp thúc đẩy quá trình liên kết giữa các hạt rắn trong dòng vào của bể lắng được gọi là lắng tăng cường. Thông thường, khái niệm lắng tăng cường đề cập đến việc thêm hóa chất. Quá trình này đươc gọi là xử lí bậc 1 tăng cường bằng hóa học (CEPT).Việc thêm các hóa chất khiến cho các hạt rắn đông tụ, khi đó, kích thước hạt sẽ tăng lên và làm tăng hiệu quả lắng. Phương pháp này sẽ làm hiệu quả loại bỏ đối với carbon hữu cơ tăng từ 20 – 80 % và từ 60 – 90 % đối với tổng chất rắn lơ lửng trong một thời gian ngắn hơn so với phương pháp truyền thống. Phèn nhôm: khi được thêm vào nước thải có chứa calcium hay magnesium bicarbonate phản ứng xảy ra như sau: Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 à 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống với một vận tốc chậm kéo theo nó là các chất rắn lơ lửng. Vôi: khi cho vôi vào nước thải các phản ứng sau có thể xảy ra Ca(OH)2 + H2CO3 à CaCO3 + 2H2O Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 à 2CaCO3 + 2H2O Quá trình lắng của CaCO3 sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Sulfate sắt và vôi: trong hầu hết các trường hợp sulfate sắt không sử dụng riêng lẻ mà phải kết hợp với vôi để tạo kết tủa. Các phản ứng xảy ra như sau: FeSO4 + Ca(HCO3)2 à 2Fe(HCO3)2 + CaSO4 + 2H2O Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 à 2Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O à 4Fe(OH)3 Khi Fe(OH)3 lắng xuống nó sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Trong các phản ứng này ta cần thêm 3,6 mg/L alkalinity, 4,0 mg/L vôi và 0,29 mg/L oxy. Ferric chloride: Phản ứng xảy ra FeCl3 + 3 H2O à Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl- 3H+ + 3HCO3- à 3H2CO3 Ferric chloride và vôi: Phản ứng xảy ra FeCl3 + Ca(OH)2 à 3CaCl2 + 2Fe(OH)3 Ferric sulfate và vôi: Phản ứng xảy ra Fe2(SO4)3 + Ca(OH)2 à 3CaSO4 + 2Fe(OH)3 Đặc biệt : Ngày nay người ta dùng PAC (Poly Aluminium Chloride ) là 1 chất trợ lắng thông dụng và hiệu quả để thay thế cho phèn nhôm . Bảng 21-2 Ưu điểm và khuyết điểm của CEPT Ưu điểm Khuyết điểm Tăng hiệu quả loại bỏ BOD, TSS, phosphorus và kim loại Tăng công suất của bể lắng bậc 1 do có tốc độ chảy tràn cao hơn Tăng công suất của quá trình xử lí sinh học Làm giảm tỉ lệ carbon : nitrogen (C/N), do đó, làm tăng tỉ lệ vi sinh vật nitrate hóa và tăng hiệu quả loại bỏ ammonia. Loại bỏ quá nhiều phosphorus, do đó, khiến dòng nước đầu ra thiếu chất dinh dưỡng Cần sử dụng nhiều hóa chất cũng như cần đảm bảo an toàn khi sử dụng hóa chất. Lượng bùn tăng Có thể làm giảm khả năng lắng của bùn sinh học. Tài liệu tham khảo Mackenzie L. Davis, Water and wastewater engineering, McGraw-Hill, 2010. Lê Anh Tuấn, Công trình xử lý nước thải. Wastewater Technology Fact Sheet, Screening and Grit Removal, EPA. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga, chương II. Đề tài bể lắng trong xử lý nước thải, Lê Thị Thúy Vi.