XỬ lý nước THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP cơ học

Được sử dụng để tách các chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Những công trình xử lý cơ học bao gồm: Ø Song chắn rác, lưới lọc: dùng để giữ các cặn bẩn có kích thước lớn (giấy, nilon, rau cỏ, rác …)

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC

2.1.Một số vấn đề thoát nước và thu gom nước thải

2.1.1.Các hệ thống thoát nước và thu gom nước thải

Hệ thống thoát nước bao gồm mạng lưới cống, kênh mương thu gom và chuyểntải, hồ điều hoà, các công trình đầu mối (trạm bơm, nhà máy xử lý, cửa xả) và phụ trợkhác nhằm mục đích thu gom, vận chuyển, tiêu thoát nước mưa, nước thải và xử lýnước thải Hệ thống thoát nước được chia làm các loại sau đây:

+ Hệ thống thoát nước chung là hệ thống trong đó tất cả mọi loại nước thải,nước mưa được thu gom trong cùng một hệ thống

+ Hệ thống thoát nước riêng là hệ thống thoát nước mưa và nước thải riêngbiệt

+ Hệ thống thoát nước nửa riêng là hệ thống thoát nước chung có tuyến cốngbao để tách nước thải đưa về nhà máy xử lý

Hệ thống thoát nước mưa bao gồm mạng lưới cống, kênh mương thu gom vàchuyển tải, hồ điều hoà, các công trình đầu mối (trạm bơm, cửa xả ) và phụ trợ khácnhằm mục đích thu gom và tiêu thoát nước mưa

Hệ thống thoát nước thải bao gồm mạng lưới cống, kênh mương thu gom vàchuyển tải, hồ điều hoà, các công trình đầu mối (trạm bơm, nhà máy xử lý, cửa xả )

và phụ trợ khác nhằm mục đích thu gom, tiêu thoát và xử lý nước thải

Cống bao là tuyến cống chính có các giếng tách nước thải để thu gom toàn bộnước thải khi không có mưa và một phần nước thải đã được hoà trộn khi có mưa trong

hệ thống thoát nước chung từ các lưu vực khác nhau và vận chuyển đến trạm bơmhoặc nhà máy xử lý nước thải

Hệ thống hồ điều hoà bao gồm các hồ tự nhiên hoặc nhân tạo để tiếp nhậnnước, điều hoà khả năng tiêu thoát nước cho hệ thống thoát nước

2.1.2.Nguyên tắc thiết kế và lắp đặt hệ thống thoát nước thải

+ Thiết kế và lắp đặt theo nguyên tắc tự chảy để tiết kiệm chi phí và tránh gâytổn thất về đường ông

+ Độ dốc của các ống nằm ngang phải ≥3,5%

+ Thiết kế và lắp đặt công trình trước có cao trình cao hơn công trình sau

+ Thiết kế và lắp đặt dựa theo thông số kỹ thuật của bể

+ Thiết kế và lắp đặt quy chuẩn xây dựng hiện hành

+ Thiết kế và lắp đặt thuận lợi cho việc sử dụng và quản lý kiểm tra

2.1.3.Các trạm bơm nước thải

Nhiệm vụ khi thiết kế trạm bơm nước thải:

+ Xác định lưu lượng nước thải mà trạm bơm phải làm việc cùng với sự daođộng của nó theo giờ trong ngày

+ Xác định được chiều cao bơm nước

+ Xác định được số lượng máy bơm trong trạm, dung tích bể thu

+ Tính toán các thiết bị cần thiết, song chắn rác, máy nghiền rác

+ Sau khi có Q, H tiến hành chọn bơm

2.2 Xử lý sơ bộ

2.2.1.Lọc qua song chắn rác/lưới chắn rác

Song chắn rác hoặc lưới chắn rác được đặt trước trạm bơm trên đường nướcchảy tập trung vào hầm bơm

- Song chắn rác đặt vuông góc với dòng chảy, song chắn gồm các thanh kimloại (thép không gỉ ) tiết diện 5x 200 mm đặt cách nhau 20 -50 mm trong một khungthép hàn hình chữ nhật, dễ dàng trượt lên xuống dọc theo hai khe hở thành mươngdẫn,vận tốc mương qua song vmax ≤ 1m/ s (ứng với Qmax)

- Lưới chắn rác thường đặt nghiêng 45 - 600 so với phương thẳng đứng ,vậnqua lưới vmax ≤ 0,6 m/s Khe rộng của mắt lưới thường 10- 20 mm Làm sách songchắn và lưới chắn bằng thủ công, hay bằng các thiết bị cơ khí tự động hoặc bán tựđộng Ở trên hoặc ở dưới bên cạnh mương đặt song, lưới chắn phải bố trí sàn thao tác

đủ chỗ để thùng rác và đường vận chuyển

2.2.2.Bể tách dầu/mỡ

Trên mạng lưới thu gom của đô thị có thể có các nhà máy công nghiệp xả nướcthải có lẫn dầu mỡ vào mạng Để tách lượng dầu mỡ này, phải đặt thiết bị thu dầutrước cửa xả vào cống chung hoặc trước bể điều hòa ở nhà máy

2.2.3.Lắng cát

Bể lắng cát đặt sau song chắn, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa lưu lượng vàchất lượng đặt trước bể lắng đợt một Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô,nặng như cát sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứngv.v…

để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giàm gánh nặng cho các công trình xử lýsau Theo đặc tính dòng chảy có thể phân loại bể lắng cát : Bể lắng cát có dòng chảyngang trong mương tiết diện hình chữ nhật, bể lắng cát có dòng chảy dọc theo mángtiết diện hình chữ nhật đặt theo chu vi bể tròn, bể lắng cát sục khí ,bể lắng cát có dòngchảy xoáy, bể lắng cát ly tâm

a Bể lắng cát ngang

Bể lắng cát có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể là bểlắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật Tính toán bể lắng cát ngang xuất phát từ độlớn (đường kính) của hạt cát muốn giữ lại Tốc độ lắng của các hạt cát trong nước thảicòn gọi là độ lớn thủy lựccủa hạt hay là tải trọng bề mặt của bể lắng cát: Uo = Q/F(m3/m2.ngày), (m/h); (mm/s)

Hình 2 Bể lắng cát ngangGhi chú

1 Song phân phối nước theo bề mặt ngang

2 Mương thu hẹp để giữ vận tốc nước không đổi trong bể lắng cát

3 Thể tích vùng chứa cát

b Bể lắng cát sục khí :

Bể lắng cát sục khí có cấu tạo như 1 bể chứa hình chữ nhật Dọc một phíatường của bể đặt hệ thống ống sục khí nằm cao hơn đáy bể 45 - 60 cm Dưới dàn ốngsục khí là máng thu cát Độ dốc ngang của đáy bể I = 0,2 - 0,4 dốc về phía máng thu

để cho cát trượt theo đáy vào máng

Tốc độ chuyển động xoay không đổi trong bể lắng cát thổi khí đảm bảo giữ cáccặn hữu cơ lơ lửng trong nước và các hạt cát va chạm vào nhau tách bởi cặn hữu cơbám quanh hạt, cát sạch hơn Cặn lắng trong bể lắng cát chứa 90% - 95 % là cặn vô

cơ, giữ lâu không bị thối

2.2.4.Bể điều hoà lưu lượng, nồng độ

Trong quá trình xử lý nước thải, nước thải chảy vào hệ thống xử lý nước thải có

sự thay đổi về lưu lượng và tính chất của nó Để đạt được hiệu quả xử lý tốt nhất, lưulượng dòng thải cần phải ổn định Ổn định lưu lượng dòng thải bằng cách xây dựng bể

điều hòa dòng chảy trước khi vào các hệ thống xử lý Trong hầu hết các trường hợp,

bể điều hòa được đặt sau lưới chắn rác, bể lắng cát và trước bể lắng sơ cấp

Bể điều hòa trong hệ thống xử lý nước thải kiểm soát tốc độ nước hoặc lưulượng qua hệ thống xử lý nước thải Ngoài ra, điều hòa dòng chảy có thể kiểm soátdòng chảy qua mỗi giai đoạn của hệ thống xử lý, cho phép đủ thời gian đối với cácquá trình xử lý bằng phương pháp vật lý, sinh học và hóa học

Bể điều hòa có thể được thiết kế trong dây chuyền xử lý hoặc bên cạnh dâychuyền xử lý Thể tích cần thiết của bể điều hòa được thiết kế dựa trên dòng khốilượng của nước thải biến đổi theo thời gian Các yếu tố chính cần phải nghiên cứutrong khi thiết kế bể điều hòa là hình dáng, lưu lượng, thiết bị trộn và cung cấp khôngkhí, hệ thống bơm,…

• Ưu nhược điểm khi sử dụng bể điều hòa trong xử lý nước

+ Ưu điểm

– Tăng cường xử lý sinh học, giảm thiểu bị sốc do tải trọng cao các chất ức chế

vi sinh vật vì chúng đã bị pha loãng và có pH ổn định

– Cải thiện quá trình lắng các bể lắng thứ cấp (sau xử lý sinh học) do duy trìđược tải trọng chất rắn

– Giúp pha loãng các chất gây ức chế sinh học

– Hỗ trợ quá trình châm hóa chất do nước thải ổn định hơn

– Nâng cao hiệu quả đối với nhà máy nhỏ công suất đã quá tải

2.2.5.Thiết bị đo lưu lượng nước thải trong hệ thống xử lý

+ Đồng hồ đo lưu lượng

+ Máng đo lưu lượng

2.3 Kỹ thuật lắng nước thải

2.3.1.Lý thuyết lắng nước thải

Lắng là quá trình tách khỏi cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành trong giaiđoạn keo tụ – tạo bông hoặc các bùn cặn su quá trình xử lý sinh học do trọng lực

Bể lắng sơ cấp dùng để loại bỏ các chất rắn có khả năng lắng và các chất nổi.Trong hệ thống xử lý nước thải bể lắng sơ cấp dùng để giữ lại các chất hữu cơ và cácchất không tan trong nước thải khi cho nước thải vào các bể xử lý sinh học

Trong công nghệ xử lý nước thải quá trình lắng được ứng dụng :

+ Loại bỏ các chất rắn có khả năng lắng

+ Loại bỏ dầu mỡ có trên bề mắt

+ Loại bỏ một phần chất hữu cơ

+ Chất rắn lơ lửng

+ BOD của nước thải

Hai đại lượng quan trọng trong việc thiết kế bể lắng chính là tốc độ lắng và tốc

độ chảy tràn Để thiết kế một bể lắng lý tưởng, đầu tiên người ta xác định tốc độ lắngcủa hạt cần được loại và khi đó đặt tốc độ chảy tràn nhỏ hơn tốc độ lắng

Lắng dạng I: Lắng tự do

Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt lắng một cách rời rạc và ở tốc độ lắngkhông đổi Các hạt lắng một cách riêng lẽ không có khả năng keo tụ, không dính bámvào nhau suốt quá trình lắng Để có thể xác định tốc độ lắng ở dạng này có thể ứngdụng định luật cổ điển của Newton và Stoke trên hạt cặn Tốc độ lắng ở dạng nàyhoàn toàn có thể tính toán được

Ứng dụng: Loại bỏ đá, cát trong nước thải

Lắng dạng II: Lắng keo tụ

Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt ( bông cặn) kết dính với nhau trongsuốt quá trình lắng Do quá trình bông cặn xảy ra trên các bông cặn tăng dần kíchthước và tốc độ lắng tăng Không có một công thức toán học thích hợp nào để biểu thịgiá trị này Vì vậy để có các thông số thiết kế về bể lắng dạng này, người ta thí nghiệmxác định tốc độ chảy tràn và thời gian lắng ở hiệu quả khử bông cặn cho trước từ cộtlắng thí nghiệm, từ đó nhân với hệ số quy mô ta có tốc độ chảy tràn và thời gian lắngthiết kế

Ứng dụng: Loại bỏ một phần SS ở nước thải chưa xử lý và nước thải sau quátrình xử lý sinh học

Lắng dạng III: Lắng vùng

Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt cặn có nồng độ cao (>1000mg/l).Các hạt cặn có khuynh hướng duy trì vị trí không đổi với các vị trí khác, khi đó cảkhối hạt như là một thể thống nhất lắng xuống với vận tốc không đổi Lắng dạng nàythường thấy ở bể nén bùn

Ứng dụng: Xảy ra ở bể lắng thứ cấp đặt sau bể xử lý sinh học

Lắng dạng IV: Lắng nén

Diễn ra khi hàm lượng các hạt đủ để tạo nên một cấu trúc nào đó và các hạt nàyphải được đưa liên tục vào cấu trúc đó Diễn ra ở đáy của các bể lắng thứ cấp và trongcác thiết bị cô bùn.

2.3.2.Cấu tạo và các đặc trưng của bể lắng bậc I

Bể lắng cát dùng để loại những hạt cặn lớn vô cơ chứa trong nước thải mà chủyếu là cát Trên trạm xử lý nước thải nếu để cát lắng lại trong các bể lắng sẽ gây khókhăn cho công tác lấy cặn Dưới tác động của lực trọng trường, các phần tử chất rắn

có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ được lắng xuống đáy trong quá trình nướcthải chuyển động qua bể lắng cát

Theo nguyên tắc chuyển động của nước ở trong bể cát, người ta phân biệt bểlắng cát ngang, bể lắng cát ngang nước chuyển động vòng, bể lắng cát đứng dòngchảy từ dưới lên… Thực tế thì bể lắng cát ngang được sử dụng rộng rãi nhất

Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dàikhông nhỏ hơn ¼ và chiều sâu đến 4m

Cấu tạo gồm: mương dẫn nước vào, mương phân phối, tấm nữa chìm nữa nổi,máng thu nước, máng thu và xả chất nổi, mương dẫn nước ra

2.3.3.Các loại bể lắng thường dùng trong xử lý nước thải

2.3.3.1 Bể lắng ngang

Điều kiện để hạt giữ lại trong bể lắng:vo = H/L*Q/H*B = Q/L*B

vh: Chuyển động theo dòng chảy

vs: Lắng do trọng lực

vo: Vận tốc lắng tới hạn Cấu tạo bể lắng ngang bể lắng ngang có dạng hìnhchữ nhật, có thể làm bằng gạch hoặc bê tông cốt thép

- Căn cứ vào biện pháp thu nước lắng người ta chia bể lắng ngang làm hai loại:

- Bể lắng thu nước cuối bể: Thường kết hợp với bể phản ứng có vách ngănhoặc bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

- Bể lắng ngang thu nước bề mặt: Thường kết hợp với bể phản ứng có lớp cặn

lở lửng Bể lắng ngang thường chia làm nhiều ngăn, chiều rộng mỗi ngăn từ 3-6m.Chiều dài không quy định Khi bể có chiều dài quá lớn có thể cho nước chảy xoaychiều Để giảm bớt diện tích bề mặt xây dựng có thể xây dựng bể lắng nhiều tầng

Để đảm bảo việc phân phối đều trên toàn bộ diện tích bể lắng, cần đặt váchngăn có đục lỗ ở đầu bể Phía dưới ở trên mặt của vùng chứa nén cặn không cần phảikhoan lỗ

Các lỗ của ngăn phân phối nước có thể tròn hoặc vuông, đường kính hay kíchthước cạnh 50*150mm, vận tốc nước qua lỗ 0,2-0,3 m/s

.- Xả cặn: Cặn ở bể lắng ngang thường tập trung ở nửa đầu bể, vì lượng cặn lớnnên việc xả cặn là rất quan trọng Nếu việc xả cặn không kịp thời sẽ làm giảm chiềulắng của bể Mặt khác cặn có chứa chất hữu cơ, khi lên men tạo nên bọt khí làm phá

- Điều kiện để hạt giữ lại trong bể lắng: Trong bể lắng đứng nước chuyển động

tự do theo phương chuyển động từ dưới lên ngược chiều với hướng rơi của hạt Ở điều

kiện dòng chảy lý tưởng, nếu gọi tốc độ dòng nước là Vu thì các hạt có tốc độ lắngVs>Vu mới lắng xuống được

- Cấu tạo bể lắng đứng

Bể lắng đứng thường có mặt hình vuông hoặc hình tròn, được sử dụng cho trạm

có công suất nhỏ Bể lắng đứng thường kết hợp với bể phản ứng xoay hình trụ

Bể lắng đứng có thể xây bằng gạch hoặc bê tông cốt thép

- Nguyên tắc làm việc

Nước chảy vào ống trung tâm giữa bể, đi xuống dưới vào bể lắng Nướcchuyển động theo chiều từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống đáy bể Nước đã lắngtrong được thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành bể và đưa sang bể lọc

Cặn tích lũy ở vùng chứa cặn được thải ra ngoài theo chu kỳ bằng ống và van

- Cấu tạo bể lắng lamellar: Có cấu tạo giống bể lắng ngang thông thường,nhưng khác với bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng lamellar được đặt thêmcác bản vách ngăn bằng thép không rỉ hoặc bằng nhựa.

Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 45-60o so với mặt phẳng nằm ngang

và song song với nhau

- Tác dụng và cơ chế của quá trình lắng Nước từ bể phản ứng vào bể lắng sẽchuyển động giữa các bản vách ngăn nghiêng theo hướng từ dưới lên và cặn lắngxuống đến bề mặt bản vách ngăn nghiêng sẽ trượt xuống theo chiều ngược lại và tậphợp về hố thu cặn, từ đó theo chu kỳ xả đi

Ưu điểm: Do cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng nên bể lắng loại nàyhiệu quả xử lý cao hơn bể lắng ngang

Nhược điểm: Chi phí lắp ráp cao, phức tạp Việc vệ sinh bể định kỳ khó khăn.

Theo thời gian thì các tấm lamellar sẽ cũ, xiêu vẹo

2.3.4.Thiết kế và vận hành bể lắng

2.4 Kỹ thuật tuyển nổi

2.4.1.Khái niệm, nguyên lý và bản chất của quá trình tuyển nổi

a, Khái niệm

Tuyển nổi là quá trình tách các tạp chất rắn không tan hoặc tan có tỉ trọng nhỏhơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền bằng cách sử dụng các chất hoạt động bề mặt hoặccác chất thấm ướt Nếu sự khác nhau về tỉ trọng đủ để tách gọi là tuyển nổi tự nhiên.

b, Nguyên lý và bản chất của quá trình tuyển nổi

Quá trình tuyển nổi được xây dựng dựa trên nguyên tắc cơ bản: tạo ra bọt khísao cho có thể ”thu hút” được dầu/chất bẩn sau đó gom bọt lại để lấy dầu/chất bẩn đó

Do đó, quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục dòng khí phân tán vào nước

để tạo ra các bọt khí li ti Để tạo cho các tạp chất bẩn có khả năng dễ nổi, người ta chovào nước chất tuyển nổi (tác nhân tuyển nổi) để thu hút và kéo các chất bẩn nổi lênmặt nước Những hạt chất bẩn sẽ bám dính vào các bọt khí và cùng nổi lên bề mặtnước, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt và cuối cùng hỗn hợp chấtbẩn và chất tuyển nổi được loại ra khỏi nước

Bản chất của quá trình tuyển nổi là dính kết phân tử của chất bẩn với bề mặtphân chia giữa khí và nước Sự dính kết diễn ra được là do có năng lượng tự do trên

bề mặt phân chia đó và nhờ hiện tượng bề mặt đặc biệt gọi là hiện tượng tẩm ướt.Hiện tượng này xuất hiện ở những nơi tiếp xúc giữa ba pha ( lỏng- rắn – khí), tức làxuất hiện theo chu vi tẩm ướt

2.4.2.Các phương pháp tuyển nổi

2.4.2.1 Tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch

Phương pháp này sử dụng rộng rãi với chất bẩn chứa chất thải có kích thướcnhỏ vì nó cho phép tạo bọt khí rất nhỏ Thực chất của phương pháp này là tạo ra dungdịch quá bão hòa không khí, khi giảm áp suất các bọt không khí sẽ tách ra khỏi dungdịch ở dạng các bọt khí cực nhỏ Khi các bọt khí này nổi lên bề mặt sẽ kéo theo cácchất bẩn.Tùy thuộc vào biện pháp tạo ra dung dịch quá bão hòa người ta chia ra cácloại tuyển nổi sau:

- Tuyển nổi chân không: Trong tuyển nổi chân không, nước thải được bão hòakhông khí ở áp suất khí quyển trong buồng thông khí, sau đó cho vào buồng tuyển nổitrong đó áp suất giữ ở khoảng 225-300 mmHg bằng bơm chân không Trong buồngtuyển nổi, các bong bóng khí rất nhỏ thoát ra làm nổi một phần chất bẩn Quá trìnhtuyển nổi kéo dài khoảng 20phút

Ưu điểm: sự tạo bọt khí và sự dính kết với các hạt bẩn diễn ra trong môi trườngyên tĩnh, ít tiêu hao năng lượng

Nhược điểm: độ bão hòa của nước không lớn, vì vậy không áp dụng được khihàm lượng chất lơ lửng cao hơn 300mg/l, cần phải chế tạo thiết bị tuyển nổi kín và bốtrí cào cơ khí trong đó, không áp dụng cho nhiệt độ nước thải cao, vì độ hòa tan củakhông khí sẽ giảm khi nhiệt độ cao

- Tuyển nổi bơm dâng: Thiết bị bơm dâng được sử dụng để xử lý nước thảitrong công nghiệp hóa học Phương pháp này có kết cấu đơn giản, năng lượng sử dụng

ít hơn 2- 4 lần tuyển nổi áp lực nhưng buồng tuyển nổi phải được bố trí cao