Công nghệ xử lý nước thải CXNT-M3226A-C02-070305.doc

Công nghệ xử lý nước thải

CHƯƠNG 2 CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ CƠ HỌC

2.1 SONG CHẮN RÁC (SCREEN)

2.1.1 Mục Đích

Loại chất thải có kích thước lớn, tránh tắc nghẽn bơm, đường ống, kênh dẫn

 Bảo đảm an toàn và điều kiện làm việc của toàn hệ thống

2.1.2 Phân Loại Song Chắn Rác

Theo kích thước khe hở: lớn, trung bình, nhỏ;

Theo phương pháp làm sạch: thủ công, cơ giới;

Theo cách cố định hoặc di động bề mặt song chắn rác

2.1.3 Song Chắn Rác Lớn (Coarse Screen-Bar Screen)

 Tổn Thất Áp Lực Qua Song Chắn Rác

 Tổn thất áp suất qua song chắn rác là hàm số của:

- Vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (u);

- Vận tốc dòng qua song chắn rác (v)

Trong đó:

- hL: tổn thất áp suất (m);

- 0,7: hệ số thải nghiệm tính đến tổn thất áp suất do quá trình chảy rối và xoáy;

- v : vận tốc dòng chảy qua khe hở giữa các thanh chắn;

- u : vận tốc của dòng chảy trong kênh dẫn (m/s);

- g : gia tốc trọng trường (m/s2)

g

u v

2 7

Trong đó:

 Tổn thất áp suất qua SCR là hàm số của:

- Vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (u);

- b : khe hở nhỏ nhất giữa các thanh chắn (m);

- u : vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (m/s);

-  : góc nghiêng của thanh chắn so với phương ngang;

- g : gia tốc trọng trường (m/s2);

-  : hệ số phụ thuộc vào hình dạng của thanh chắn

Lưu ý:

 Trở lực qua song chắn rác đã bị tắc

- H0 : trở lực đối với SRC sạch;

- P0 : phần trăm diện tích khe hở ban đầu;

- P : phần trăm diện tích khe hở tại thời điểm xác định

SRC thô : dkhe= 60 - 100 mm

 Tiêu Chuẩn Thiết Kế Song Chắn Rác (SCR)

- Vận tốc dòng chảy qua SCR : 0,6 - 1,0 m/s;

- A : dtích khe hở hiệu quả của phần SCR chìm trong nước.

Thiết kế tương tự như SCR lớn;

 Dạng Băng Chuyền (Belt or band screen)

- Lưới bằng kim loại đặt ở nguồn cấp nước;

- Gồm những tấm thép đục lỗ nối thành băng chuyền;

- Nước đi qua, rác bị giữ lại

 Song Chắn Rác Dạng Đĩa Và Dạng Trống (Disk Screen, Drum Screen)

Dạng đĩa

- Tương tự SCR băng chuyền;

- Đường kính đĩa = 2 - 5 m;

- Quay đĩa kim loại ngập một phần ngập trong nước;

- CTR mắc vào SCR, đưa lên trên và đẩy ra ngoài;

- Hệ thống cấp nước, đặt sau công trình thu;

- Trong XLNT, thay bể lắng 1, tiết kiệm chi phí XD;

- Tương tự SCR dạng trống, kích thước lỗ = 15-64 m;

- Đường kính SCR = 0,8 - 3 m;

- Vận tốc quay = 0,05 m/s;

- Làm sạch bằng áp suất tia nước;

- Ứng dụng xử lý tảo; giảm SS trong các công trình xử lý liên tục;

- Như một công trình xử lý độc lập đối với nước không có độ màu và độ đục do các hạt keogây ra

2.2 MÁY NGHIỀN RÁC

2.2.1 Mục Đích

Máy nghiền rác được sử dụng nhằm mục đích:

- Nghiền chất thải rắn có kích thước lớn không cần loại khỏi dòng nước thải;

- Tạo kích thước đồng đều

2.2.2 Vị Trí Đặt Máy Nghiền Rác

Trong hệ thống xử lý nuớc thải, máy nghiền rác có thể đặt ở những vị trí sau:

- Song song với song chắn rác;

- Song chắn rác  máy nghiền rác (nhằm loại những thành phần có nổi, có kích thước lớn cầntách khỏi dòng nước thải);

- Chỉ sử dụng máy nghiền rác (không có song chắn rác) và luôn luôn đặt ở mương dẫn nướcvào

- Phải bảo dưỡng dụng cụ cắt thường xuyên;

- SS tăng  ảnh hưởng công đoạn xử lý tiếp theo;

SCR

Máy nghiền rácSCR

Máy nghiền rác

- Gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và thiết bị làm thoáng.

- Tránh mài mòn và phá hỏng những bộ phận chuyển động cơ học;

- Giảm sự hình thành các chất lắng trong đường ống, kênh dẫn;

- Giảm số lần làm sạch thiết bị phân hủy

2.3.3 Cơ Sở Lý Thuyết

- Dựa vào quá trình lắng tự do của các hạt;

- Áp dụng định luật Stokes (với dòng chảy tầng)

+ Định luật Stoke (đv cáchạt hình cầu)

- Vs : vận tốc lắng (m/s);

- g : gia tốc trọng trường (m/s2);

- s : khối lượng riêng của chất rắn (kg/m3);

- L : khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3);

Đường chuyển động của hạt keo hữu cơ

Dieään tích tieát dieän ngang = W x H

- Diện tích tiết diện ngang của bể lắng cát:

- Chiều dài cần thiết của bể lắng cát:

W x hmaxx Vh= W x L x vs

+ hmax : Chiều cao cực đại của bể lắng cát;

+ vs : Vận tốc lắng của hạt cát d = 0,2 mm, vs= 0,021 m/s;

+ vh : Vận tốc theo phương ngang (vận tốc tới), vh= 0,3 m/s

- Tương đối dễ làm ráo nước;

- Sau khi làm khô, độ ẩm = 13-65%; VSS = 1 - 56%

Diện tích tiết diện ngang = W x H

LW

- Cát trơ (sạch) có  = 2,65 - 2,7 kg/L;

- Khi có chất hữu cơ dính bám  = 1,3 kg/L;

- Khi đổ thành đống  = 1.600 kg/m3;

- Kích thước hạt cát d = 0,2 - 2 mm;

- Cát chưa rửa có thể chứa  50% cặn hữu cơ

Lượng cát phát sinh từ bể lắng cát có thể ước tính bằng 0,037-0,22 m3cát/1000 m3nước thải

H

h2

Mương thu hẹp đểgiữ vt nước =const trong bể

- Chiều rộng cửa tràn thu hẹp từ B xuống b;

- Đáy cửa tràn chênh với đáy bể lắng cát một khoảng tính bằng P nhằm tạo độ chênh áp, nhờ

đó nước ra khỏi bể lắng có vận tốc không đổi

Trong đó:

+ Qmax, Qmin: lưu lượng tối đa và tối thiểu qua BLC khi tốc độ nước chảy qua bể là v khôngđổi;

+ K = Qmin/Qmax;

+ m: hệ số lưu lượng của cửa tràn phụ thuộc vào góc tới (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Giá trị m đối với cửa tràn theo góc tới 

- Vận tốc lắng của cát thay đổi theo kích thước hạt cát và nhiệt độ (Bảng 2.3)

Bảng 2.3 Vtốc lắng của cát trong nước ở t0C khác nhau

v B g m

v B

b

3 2 3 1 min

3 2 3 2 max

1

1

K v

B

Q K

K K v

- Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát:

+ hc : chiều cao lớp cát trong bể;

+ L : chiều dài bể lắng cát;

+ n : số ngăn công tác;

+ B : chiều rộng của một ngăn công tác

- Chiều cao xây dựng của bể lắng cát:

HXD= hmax+ hc+ 0,4

- Kiểm tra lại sao cho vmin0,15 m/s

- Diện tích hữu ích của sân phơi cát:

+ F : diện tích hữu dụng của sân phơi cát (m2);

+ P : lượng cát giữ lại ở bể lắng P = 0,02 l/ng.ngđ;

- Hiệu quả không phụ thuộc vào lưu lượng;

- Quá trình sục khí cung cấp năng lượng tách chất hữu cơ khỏi cát;

- Hiệu quả tách cát cao;

- Tránh quá trình phân hủy chất hữu cơ khi vận tốc dòng chảy nhỏ

Tính Toán Bể Lắng Cát Thổi Khí

n B L

- Vận tốc xoay 0,25 - 0,3 m/s;

- Tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu W : H = 1 - 1,5;

- Thời gian lưu nước HRT = 3 - 5 phút;

- Khí cấp vào = 3 - 8 m3/m2.h

Tốc độ chuyển động xoay được duy trì không đổi nhằm:

- Bảo đảm cặn hữu cơ ở trạng thái lơ lửng;

- Tạo điều kiện cho các hạt cát va chạm với nhau, tách bớt cặn hữu cơ bám quanh;

- Cát sạch hơn, thành phần vô cơ chiếm 90-95% nên để lâu khôn gây mùi hôi thối

Hệ thống sục khí được làm ống nhựa châm lỗ, đường kính lỗ = 3,5 - 5,0 mm Ống đặt ngập trongnước ở khoảng cách bằng 0,7 - 0,75 H và cách đáy bể 45-60 cm

Cát có thể được lấy khỏi bể lắng bằng phương pháp thủ công hay cơ giới, một cách lien tục haygián đoạn, cũng có thể dùng bơm phun tia dồn cát về máng thu Trong trường hợp này cần:

- Lắp ống cấp nước   100 mm;

- Cấp nước cho vòi đặt cách nhau 0,4 m;

- Lưu lượng nước lùa cát: Q = v.F = v.B.L (m3/s) Trong đó, v là vận tốc đẩy cát về máng thu =0,0065 m/s (đẩy cát cỡ 0,05 cm) và F là diện tích mặt bằng bể (m2)

Bảng 2.4 Thông số thiết kế bể lắng cát thổi khí

HRT đối với Q max (phút) 2 – 5 3

1,5 : 1 4,0 : 1 Khí cung cấp (ft 3 /phút.ft chiều dài) 2,0 : 5,0

- Yêu cầu về điều kiện khuấy trộn và thổi khí;

- Bơm và hệ thống điều khiển bơm

Cấu Trúc Đáy Bể

- Có thể làm bằng đất, bêtông, thép,…

- Độ dốc cạnh bên có thể dao động trong khoảng 3:1 – 2:1;

- Lớp lót đáy để tránh gây ô nhiễm nước ngầm;

- Dùng máy thổi khí nổi, độ sâu bể = 1,5-2,0 m để bảo đảm an toàn cho máy;

- Chiều cao an toàn phía trên mặt bể phụ thuộc vào diện tích bề mặt và điều kiện gió của từngđịa phương ( 1 m);

- Cần lưu ý những thiết bị cần thiết khác như thiết bị tách cặn, váng; máng chảy tràn thoátnước trong trường hợp có sự cố

Hình 2.5 Bể điều hòa.

Yêu Cầu Khuấy Trộn Và Thổi Khí

- Khuấy trộn để ngăn sự lắng cặn, tránh phân hủy chất hữu cơ;

- Khi SS = 200 mg/L, năng lượng khuấy trộn = 0,004 – 0,008 kW/m3nước thải;

- Thổi khí để tránh tạo điều kiện kỵ khí và giảm mùi hôi

Máy thổi khí nổi

- Vùng phân phối nước vào (Inlet Zone)

+ Phân bố đều dòng nước vào và SS trong tiết diện ngang của vùng lắng;+ Chiếm khoảng 25% chiều dài bể lắng

- Vùng lắng (Settling Zone) là vùng xảy ra quá trình lắng cặn.

- Vùng chứa bùn (Sludge Zone) có hình dạng và độ sâu phụ thuộc vào phương pháp làm sạchbùn và lượng bùn

Máng tràn

Vách ngăn châm lỗ Q

Hình 2.9 Bể lắng đứng.

Hình 2.10 Quỹ đạo lắng của hạt lắng độc lập trong bể lắng ngang.

- v0: vận tốc lắng tới hạn = V của hạt lắng theo độ sâu h0và HRT = t0

- Thời gian lưu nước t0

Q

h w l

A

Q w

- Ảnh hưởng của gió và nhiệt độ;

- Chuyển động đối lưu nhiệt và do chênh lệch nồng độ trong bể

Tất cả những thông số trên không thể tính bằng lý thuyết

+ Lưu lượng trung bình

+ Lưu lượng cực đại

+ Lưu lượng trung bình

+ Lưu lượng cực đại

Vận tốc tối đa trong vùng lắng

Thiết kế bể lắng phải kiểm tra:

- Vận tốc trong vùng lắng gần máng thu nước;

- Vận tốc trong vùng giáp ranh vùng lắng và vùng chứa cặn;

- Phải nhỏ hơn vận tốc kéo hạt cặn đã lắng nổi trở lại

- VH: vận tốc giới hạn trong vùng lắng (m/s);

- k: hằng số phụ thuộc vào tính chất cặn

+ k = 0,04 đối với cát rời;

+ k = 0,06 đối với cặn dính kết;

+ k = 0,05 đối với nước thải sinh hoạt

-  : khối lượng riêng của hạt cặn, thường = 1,2-1,5 kg/L;

- g : gia tốc trọng trường = 9,8 m/s2;

- d : đường kính tương đường của hạt cặn (m), d = 10-4(m);

- f : hệ số masát phụ thuộc vào đặc tính bề mặt hạt & Re, f = 0,02 – 0,03

2.5.4 Hiệu Quả Lắng Cặn và Khử BOD 5

Tính theo công thức thực nghiệm

Xác định V bùn sinh ra từ bể lắng đợt 1 khi xử lý 1 Mgal NT chứa SS = 220 mg/L Biết HRT = 2 (h) và E(%) = 60% Giả sử bùn có tỷ trọng là 1,03 và độ ẩm là 94%.

- Bít kín lỗ rỗng của vật liệu lọc trong bể lọc sinh học;

- Phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính trong bể bùn hoạt tính;

- Gây khó khăn cho quá trình lên men cặn

2.6.1 Nguyên Tắc

- Các hạt có h< nsẽ nổi;

- Hạt keo và nhũ tương không lắng và không nổi;

- Vận tốc nổi của hạt phụ thuộc vào kích thước, khối lượng riêng và độ nhớt hay Re

- Trong vùng Re < 0,25, vận tốc hạt nổi:

+ Vs': vận tốc nổi lên của pha nhẹ;

+ n : Khối lượng riêng của pha nhẹ;

+ n : Độ nhớt của pha nhẹ

2.6.2 Thiết Bị Tách Dầu

- Khi hàm lượng dầu trong nước thải  100 mg/L, sử dụng bể tách dầu

- Chiều dài làm việc của bể tách dầu

+ a : hệ số tính đến độ chảy rối của bể, phụ thuộc vào v*/Vs

+ v*/Vs = 15  a = 1,65;

+ v*/Vs = 10  a = 1,5;

+ v*: vận tốc tính toán của dòng chảy;

+ h : chiều sâu làm việc của bể

33

s

V

V

h V

- Vận tốc nước trong bể tách dầu ~ 0,005 - 0,01 m/s;

- Hạt dầu d = 80-100 m  vận tốc nổi = 1 - 4 mm/s;

- Bể tách dầu ngang:

+ Thường có 2 ngăn;

+ Chiều rộng của ngăn tách dầu = 2 - 3 m;

+ Chiều sâu lớp nước = 1,2 - 1,5 m;

+ HRT  2 giờ

2.6.3 DAF (DISSOLVED AIR FLOATATION)

- Thể tích khí cung cấp phụ tỷ lệ với khối lượng chất rắn cần xử lý:

=

- Tỷ lệ A/S thay đổi theo loại SS trong nước thải và được xác định bằng thực nghiệm+ Trong trường hợp không tuần hoàn

=

Trong đó:

+ Trong trường hợp tuần hoàn

=

- Toàn bộ nước tiếp xúc với áp suất khí;

- Hình thành bọt khí;

- Áp dụng được ở mức áp suất trung bình

- Có thể bị ảnh hưởng bởi quá trình xáo trộn trong bể

HỆ THỐNG TUYỂN NỔI DAF - KHÔNG TUẦN HOÀN

- 10-25% nước sau xử lý được tuần hoàn lại bình tạo áp;

- Bơm nước sạch nên hạn chế nghẹt bộ phân phối khí;

- Quá trình tạo cặn - bọt khí nổi không bị ảnh hưởng

- Kích thước bể lớn vì Q = Q (nước thải ) + Q(tuần hoàn).

HỆ THỐNG TUYỂN NỔI DAF - CÓ TUẦN HOÀN

- Tính diện tích bể tuyển nổi dựa trên:

+ Cường độ khí 6 - 10 m3/m2.h;

+ Thời gian tuyển nổi: 20 phút

+ Vận tốc nước trong bể tuyển nổi, thường U = 10,8 m/h;

+ HRT = 5 - 7 phút

+ U0: vận tốc nước trong vùng lắng, thường U0= 4,7 m/h

Bảng 2.8 Kích thước cơ bản của bể tuyển nổi kết hợp bể lắng

Q



2.7.2 Thiết Bị Lọc Dưới Tác Dụng Của Trọng Lực

- Bể lọc cát nhanh (Rapid sand filter)

- Bể lọc cát chậm (Slow sand filter)

- Vật liệu lọc sử dụng là cát, than hoạt tính,…

- Rửa lọc 1 lần/tháng hoặc 3 lần/tháng bằng cách bỏ lớp cát 50-80 mm phía trên;

- Lớp cát = 600 - 900 mm, nếu  400 mm, phải bổ sung cát mới;

- Hiệu quả phụ thuộc vào sự hình thành lớp sinh khối trên lớp vật liệu lọc

Ưu Điểm

- Khả năng làm sạch cao;

- Nước sau lọc có hàm lượng Silica, Fe, Al thấp;

- Không cần xử lý sơ bộ, trừ một số t/hợp có qua qt lắng;

- Không tiêu tốn hóa chất;

- Vận hành đơn giản, chi phí v/hành và bảo dưỡng thấp;

- Có khả năng khử vi sinh vật tốt;

- Chu kỳ rửa lọc lâu

Nhược Điểm

- Do Q qua thiết bị thấp nên tốn diện tích, chi phí đầu tư cao;

- Hiệu quả khử màu thấp;

- Hiệu quả khử độ đục thấp đối với nước thải có độ đục > 40 NTU;

- Thường gây mùi do quá trình phân hủy sinh học

2.7.4 Bể Lọc Nhanh

- Thường dùng trong hệ thống xử lý nước thải:

+ Nước thải  song chắn rác  bể phản ứng  bể tạo bông  bể lắng 2  bể lọc nhanh+ Nước thải  song chắn rác  bể keo tụ tạo bông  bể lọc nhanh

- Vận tốc lọc từ 5 – 15 m/h;

- Chu kỳ rửa lọc rất nhanh: 1 lần/12 giờ hoặc 1 lần/24 giờ;

- Rửa lọc bằng phương pháp rửa ngược, lượng nước dùng bằng 3-6% nước xử lý

Bảng 2.9 Số liệu điển hình trong thiết kế bể lọc nhanh hai hoặc nhiều lớp vật liệu lọc

Khoảng Điển hình

Lọc hai lớp

Antraxit

+ c : Khối lượng riêng của cát (kg/m3);

+ n : Khối lượng riêng của nước (kg/m3);

- Thời gian lọc

88 , 0

94 , 0 82

, 1

% 60

Đường cong đặc trưng % khối lượng hạt đi qua lỗ của hệ rây chuẩn.

- 100 g vật liệu - sấy 4 h, 1200C - làm nguội;

- Rây qua chuỗi gồm nhiều rây có kích thước khác nhau;

- Ghi lại khối lượng vật liệu được giữ lại trên mỗi rây;

- Tính khối lượng vật liệu đi qua mỗi rây

Chất lượng nước sau XL

Giới hạn chất lượng nước sau XL

- Tính dễ vỡ.

Hình 2.12 Đồ thị xác định kích thước hạt.

2.7.6 Phương Pháp Rửa Lọc Đối Với Bể Lọc Nhanh

- Rửa ngược bằng nước kết hợp với rửa bề mặt;

- Rửa ngược bằng nước kết hợp với khí

Chọn Phương Pháp Rửa Ngược

Dựa trên:

Kích thước vật liệu lọc

Hình dạng vật liệu lọc: dạng tròn dễ rửa hơn góc cạnh hoặc phẳng

Tỷ trọng vật liệu lọc: tỷ trọng càng cao, v/tốc ngược dòng càng lớn

Sử dụng chất keo tụ: loại và nồng độ chất tạo bông khác

+ Tính dính bám lên bề mặt hạt khác;

+ Đặc tính bông cặn

Các phương pháp rửa ngược

+ Làm giãn lớp vật liệu lọc 15-50%;

+ Vật liệu lọc di chuyển lên xuống  lớp màng bám trên bề mặt+ Khắc phục bằng rửa bề mặt

+ Vận tốc được duy trì tránh giãn nở lớp vật liệu lọc;

+ Lớp vật liệu lọc được xáo trộn bằng không khí;

+ Cát được duy trì ổn định, lớp bề mặt bị phá vỡ hoàn toàn bởi khí

Kích thước lỗ rây

- Rửa khí - nước nối tiếp nhau

+ Tránh thất thoát vật liệu lọc (cát mịn, than hoạt tính, anthracite);

+ Sục khí để tách cặn bẩn bám trên bề mặt vật liệu lọc;

+ Rửa bằng nước

- Quá trình rửa ngược tiêu thụ 5 - 10% nước đã xử lý;

Hình 2.13 Hệ thống rửa bằng không khí Hình 2.14 Rửa bề mặt.

2.7.7 Cải Tiến Quá Trình Của Bể Lọc Nhanh

DỰA TRÊN VẬT LIỆU LỌC

 Quá trình lọc qua một lớp vật liệu lọc thô;

 Quá trình lọc qua hai lớp vật liệu lọc;

 Quá trình lọc qua nhiều lớp vật liệu lọc

Hình 2.15 Lọc qua một lớp vật liệu lọc Hình 2.16 Lọc qua hai lớp vật liệu lọc.

Hình 2.17 Lọc qua nhiều lớp vật liệu lọc.

Lọc Qua Hai Lớp Vật Liệu Lọc (Dual Media Filtration)

+ Phân tầng khi rửa lọc;

+ Vật liệu lọc mịn nằm phía trên, thô nằm phía dưới

+ Khử chất rắn trên bề mặt;

+ Không sử dụng hết toàn hiệu quả của bộ lớp vật liệu lọc;

+ Tổn thất áp suất cao hơn;

+ Dễ xuất hiện áp suất âm

* Vật liệu lọc phải khác kích thước và tỷ trọng;

* Vật liệu lọc nhẹ hơn, lớn hơn ở trên (ví dụ: anthracite  = 1,35-1,7);

* Vật liệu lọc nặng hơn, mịn hơn ở dưới (ví dụ: cát  = 2,65-2,70)

* Lựa chọn vật liệu lọc để tránh hiện tượng trộn lẫn các lớp vật liệu lọc

+ Sắp xếp hạt từ thô  mịn theo chiều dòng chảy;

+ Sử dụng hiệu quả toàn bộ lớp vật liệu lọc và suốt thời gian lọc

- Phân loại thiết bị lọc hai lớp vật liệu lọc

+ Theo chiều dòng chảy

* Lọc ngược dòng;

* Lọc hai chiều

+ Lọc ngược dòng

* Vật liệu lọc từ thô  mịn theo chiều dòng chảy;

* Khi tổn thất áp lực lớn hơn áp lực của khối vật liệu nên làm giãn lớp vật liệu lọc;

* Tránh bằng cách đổ một lớp sỏi trên lớp cát

+ Lọc hai chiều

* Tránh giãn lớp cát lọc bằng áp suất lọc xuôi dòng;

* Nước đưa vào thiết bị theo chiều từ trên xuống và từ dưới lên;

* Nước sau lọc được thu bởi hệ thống thu nước lọc ở giữa lớp vật liệu lọc

- Nhược điểm

+ Tốc độ lọc từ trên xuống chậm hơn do:

* Hiện tượng phân tầng lớp vật liệu lọc;

* Tắt lọc ở lớp vật liệu lọc mịn phía trên  hai lớp vật liệu lọc