Đề tài bể lắng ngang

Trong đó lắng là khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước, là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước.Và bể lắng ngang là cô

MỤC LỤC

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 4

GIẢI TRÌNH 5

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 7

1.1 SỰ LẮNG 7

1.2 BỂ LẮNG 7

1.2.1 Các loại bể lắng 7

1.2.2 Vị trí bể lắng trong xử lí nước 9

1.3 BỂ LẮNG NGANG 11

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO- HOẠT ĐỘNG BỂ LẮNG NGANG 12

2.1 CẤU TẠO 12

2.1.1 Các bộ cơ bản 12

2.1.2 Các bộ phận cấu tạo chi tiết của một số loại bể lắng ngang 13

2.1.3 Đặc điểm cấu tạo chung 15

2.2 QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA BỂ 15

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỂ LẮNG NGANG 16

3.1 NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA THIẾT KẾ MỘT ĐƠN VỊ LẮNG 16

3.2 BỐN KHU VỰC CHÍNH BỂ LẮNG NGANG 17

3.2.1 Khu vực đầu vào 18

3.2.2 Khu vực lắng 19

3.2.3 Khu vực đầu ra 20

3.2.4 Khu vực thu-xả cặn 23

3.1 TIÊU CHUẨN, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHO BỂ LẮNG NGANG 26

CHƯƠNG 4: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LẮNG TRONG BỂ LẮNG

NGANG 29

4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ XÁO TRỘN 29

4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ ỔN ĐỊNH 30

4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ XÓI MÒN 32

4.4 ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ KẾT BÔNG 33

CHƯƠNG 5: THỰC TIỄN 35

5.1 ỨNG DỤNG THỰC TẾ THIẾT KẾ BỂ LẮNG NGANG 35

5.1.1 Tính toán kích thước bể 35

5.1.2 Thiết kế ngăn phân phối 36

5.1.3 Thiết kế ngăn thu nước 37

5.1.4 Thiết kế vùng xả cặn 38

5.1.5 Tính lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng: 40

5.1.6 Tính toán máng thu cặn: 40

5.1.7 Kích thước xây dựng của bể: 41

5.2 CÔNG TRÌNH THỰC TIỄN ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG 42

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Các bể lắng đặc trưng được sử dụng trong xử lý nước 9

Bảng 2.Tải lượng tràn qua vách ngăn điển hình 23

Bảng 3 Tiêu chuẩn thiết kế điển hình cho bể lắng ngang hình chữ nhật 28

Bảng 4 Nồng độ hạt tương đối từ một thí nghiệm sự lắng 34

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1 Một số bể lắng phổ biến 8

Hình 3 Bể lắng dòng chảy ngang 11

Hình 4 Bốn khu vực chính của bể lắng ngang 12

Hình 5a Cấu tạo của bể lắng ngang hình thông thường 13

Hình 5b Cấu tạo bể lắng ngang với nhiều hố tập trung cặn 14

Hình 5c Cấu tạo bể lắng ngang kết hợp bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng 14

Hình 5d Cấu tạo chi tiết bể lắng ngang co hệ thống thu cặn cơ khí 15

Hình 6.Sự khác biệt giữa sự lắng rời rạc và sự lắng kết bông 16

Hình 7 Hai loại cửa đầu vào của bể lắng ngang 19

Hình 8.Khu vực đầu ra của bể lắng ngang 20

Hình 9a Cấu trúc thoát nước dạng máng tràn 21

Hình 9b Cấu trúc thoát nước dạng ngón 22

Hình 10.(a)Máng xả có lỗvà (b)Ống xả có lỗ 24

Hình 11 Bể lắng ngang thu cặn bằng biện pháp cơ khí 26

Hình 12a Ảnh hưởng của sự xáo trộn trong bể lắng ngang 29

Hình 12b Ảnh hưởng của sự xáo trộn đến hiệu quả của bể lắng 29

Hình 13a Dòng ngắn mạch gây ra bởi gió 31

Hình 13b Dòng ngắn mạch 32

Hình 14 Xói đáy (Bottom scour) 32

Hình 15a Sự tạo bông 33

Hình 15b Nồng độ hạt tương đối 34

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐẶT VẤN ĐỀ

Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, góp phần vào sự thành công trong các chiến lược phát triển kinh tế - xã hội.Hiện nay, nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hiếm và quan trọng này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt.Nguy cơ thiếu nước, đặc biệt là nước ngọt và nước sạch là một hiểm họa lớn đối với sự tồn vong của con người cũng như toàn bộ sự sống trên trái đất.Chính vì vậy để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cho người dân thì việc xử lí nước cấp là hết sức quan trọng, để đảm bảo chất lượng của bộ Y Tế Việt Nam quy định Hiện nay đã có nhiều phương pháp xử lí nước, bên cạnh một số phương pháp hiện đại như tuyển nổi, phương pháp màng thì phương pháp truyền thống lắng, lọc vẫn được áp dụng rộng rãi cho các nhà máy xử lí nước và đạt hiệu quả cao

Trong đó lắng là khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước, là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước.Và bể lắng ngang là công trình phổ biến, được sử dụng và thiết kế sớm nhất trong các công trình lắng nước.Ở chuyên đề này nhóm tập trung tìm hiểu về bể lắng ngag hình chữ nhật

MỤC TIÊU

Mục tiêu chính của đề tài là giới thiệu về bể lắng ngang, cấu tạo, nguyên tắc vận hành, thiết kế, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vận hành, và ứng dụng thực tiễn của bể

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu: tìm kiếm, tham khảo các sách, tài liệu nước ngoài, có

chọn lọc những thông tin hay, mới, hiệu quả để dịch xây dựng chuyên đề Ngoài

ra, nhóm còn tham khảo ý kiến giảng viên và trao đổi thông tin với các nhóm có đề tài tương tự để hỗ trợ kiến thức trong quá trình thực hiện

Nôi dung ngiên cứu: Để hoàn thành chuyên đề, nhóm phải thực hiện:

 Dịch tài liệu tham khảo chính, đọc hiểu nội dung chính

 Hình thành ý tưởng dàn bài, cân nhắc các nội dụng cần thiết cho chuyên đề

 Tìm kiếm các tài liệu, sách nước ngoài (trong nước) đã được công bố có liên quan Sàng lọc các thông tin phù hợp và có tính mới lạ

 Tham khảo tài liệu tiếng Việt và giảng viên để nắm chắc thông tin

 Chỉnh sửa bài làm

GIẢI TRÌNH

[1] Water and wastewater engineering , Design Principles and Practice,

Mackenzie L Davis, Ph.D., P.E., BCEE, Michigan State University

Dòng 1-5 trang 385

Dịch hết phần “10-4 SEDIMENTATION BASIN DESIGN” trang 408 

[2] Handbook of water and wastewater treatment technologies, Nicholas

P.Cheremisinoff, Ph.D N&P Limited, Boston Oxford Auckland Johannesburg Melbourne New Delhi

Dịch khung trang 316, bên trái 

[3] Macquarie Matrix: Vol.2.2, December 2012, Sedimentation tank design for

rural communities in the hilly regions of Nepal, E Wisniewski, Department of

Chemical and Biomolecular Engineering, Melbourne School of Engineering, The University of Melbourne

Dịch hết phần “Fundamental Design Principles of Sedimentation Units” Trang 163,164 

[4] Operation of Water Treatment Plants Volume I, Kenneth D Kerri,

University Interprises, Inc.; 6th Edition edition (2008)

Dòng 1-13 trang 403

Dịch lesson 14: Sedimentation and Flotation, phần Location in the Treatment Process: Vị trí bể lắng trong xử lí nước

Dịch hết phần “Zones” trang 2

[5] Water treatment, sedimation

Dòng 14-24 trang 53

Dịch hết phần Inflences on settling in a horizontal flow tank trang 58 cột 2

[6] Sedimentation, Monreo L Weber shirk School of Civil and environmental

engineering , Cornell university

Dịch slile 12, 13, 14,

[7] Primary treatment, report of plant tour at 1 S 649 Shaffner Road

Wheaton, IL 60187, Phone: 630-668-1515, Fax : 630-668-5536, Wheaton Sanitary District (web: http://www.wsd.dst.il.us )

Dịch cả trang PLAN TOUR

[8] Simple Methods for the Treatment of Drinking Water, Grabriele Heber,

GTZ; 1985

Dịch ở phần 3.3.2: 3.3.2 Simple Settling Basins dòng 2-6 

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

1.1 SỰ LẮNG

Lắng là khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước ( quá trình xử lý

mà trong đó các hạt lơ lửng như bông cặn, cát và đất sét được tách ra từ nước, làm sạch sơ bộ trước khi đưa vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước) Nước cần xử lý được đưa vào bể và giữ lại đó trong suốt quá trình làm việc.Nhờ diện tích tiết diện bể lớn, tốc độ dòng chảy nhỏ mà quá trình xảy ra trong bể gần như ở trạng thái tĩnh.Dưới tác dụng của lực trọng trường, các hạt cặn có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng của nước bao quanh nó sẽ tự lắng xuống [1] Khi xét đến khả năng liên kết giữa các hạt trong nước, người ta phân chia quá trình lắng tự do theo hai loại: lắng tự do của hạt không liên kết và lắng tự do khi các hạt

có khả năng liên kết với nhau Lắng tự do của các hạt riêng lẻ (không liên kết) xảy

ra khi khả năng liên kết tự nhiên của các hạt không đáng kể, ví dụ trường hợp các hạt cát Trong quá trình này các hạt cặn luôn duy trì tính đồng nhất, không thay đổi kích thước, không thay đổi khối lượng riêng và như vậy tốc độ lắng của chúng được xem như không đổi Ngược lại, trong quá trình lắng kèm theo quá trình keo

tụ tạo bông thì các hạt tương tác với nhau, tạo ra bông keo và do vậy kích thước và trọng lượng chúng có thể thay đổi ( tăng lên), vận tốc lắng cũng do vậy mà thay đổi (nhanh hớn) [1]

1.2 BỂ LẮNG

Để giữ lại các chất không tan hữu cơ đó (ở trạng thái chìm hoặc nổi trên mặt nước), người ta dung phương pháp lắng Công trình thực hiện quá trình lắng được gọi là bể lắng

1.2.1 Các loại bể lắng

Có rất nhiều loại bể lắng khác nhau

- theo hình dạng chúng có thể có hình dạng chữ nhật, hình vuông hoặc tròn;

- theo cách đưa nước vào chúng có thể là loại liên tục hoặc gián đoạn;

- theo hướng dòng chảy, có thể có loại nằm ngang hoặc thẳng đứng

Trong đó có 1 số bể lắng phổ biến là : bể lắng hình chữ nhật,

bể lắng hình chữ nhật hai tầng ,

bể lắng hình vuông hoặc tròn với dòng chảy đứng, bể lắng chất rắn tiếp xúc (còn được gọi

Bể lắng dòng đi lên, bể lắng chất rắn tiếp xúc là những bể độc quyền có kích thước

cơ bản và những thiết kế của nó đã được thiết lập từ trước bởi các nhà sản xuất thiết bị Chúng không được ưu tiên lựa chọn vì những lí do sau: (1) nhiệt độ dao động nhỏ ở mức 0,50C có thể gây ra dòng chảy mật độ cao ngắn mạch và (2) có một sự tổn thất nhanh về hiệu quả nếu thủy lực hoặc chất rắn quá tải Tuy nhiên cũng có những trường hợp chúng có thể thích hợp.Những điều nay được thảo luận chi tiết bởi Kawamura (2000) Dòng chảy ngang với ống dẫn trung tâm, ống dẫn ngoại vi, và những bể lắng dòng đi lên không được khuyến khích vì sự không ổn định về thủy lực của chúng (Kawamura, 2000) [1]

Bảng 1: Các bể lắng đặc trưng được sử dụng trong xử lý nước [1]

Bễ lắng ngang Bể dài hình chữ nhật

Nguồn cấp trung tâm Hình tròn, dòng chảy ngang

Nguồn cấp ngoại vi Hình tròn, dòng chảy ngang

Dòng chảy đứng, bễ lắng

chất rắn tiếp xúc

Tuần hoàn bùn vớ lớp phủ bùn, độc quyền

Bễ lắng modun tỉ lệ cao Hình chữ nhật, có tấm song song hoặc ống,

độc quyền

Bể lắng cát Bổ sung cát nhỏ, độc quyển

(Nguồn từ Kawamura, 2000)

1.2.2 Vị trí bể lắng trong xử lí nước

Các hình thức phổ biến nhất của quá trình lắng trầm tích là sau đông tụ/kết bông

và trước quá trình lọc Đây là loại lắng trầm tích đòi hỏi phải bổ sung hóa chất (trong đông tụ/kết bông) để loại bỏ các cặn bẩn trong nước Lắng ở giai đoạn này

có thể xử lý loại bỏ 90% các hạt lơ lửng trong nước, trong đó có cả vi khuẩn Mục đích lắng ở đây là để làm giảm nồng độ của các hạt lơ lửng trong nước nhằm giảm tải xử lý cho quá trình lọc.Có hai giai đoạn lắng trong quá trình xử lý nước

Lắng trong quá trình tiền xử lý được gọi là tiền lắng (presedimentation) Tiền lắng cũng có thể được gọi là lắng trầm tích đơn giản vì quá trình này phụ thuộc chỉ vào trọng lực của các hạt lơ lững trong nước Nếu không có đông tụ/kết bông, lắng đơn giản chỉ có thể loại bỏ các hạt thô dễ lắng ra khỏi nước mà không có sự bổ sung của hóa chất Loại lắng này thường diễn ra trong một hồ chứa, lưu vực sạn, đập vụn, hoặc giai đoạn đầu vào của quá trình xử lý

Trong khi lắng sau đông tụ/kết bông để loại bỏ hầu hết các hạt lơ lửng trong nước trước khi nước đến quá trình lọc, tiền lắng sẽ loại bỏ hầu hết các trầm tích trong nước trong giai đoạn tiền xử lý.Vì vậy, tiền lắng sẽ giảm tải việc xử lý trong giai

Hình 2 Sơ đồ quá trình thực hiện xử lý nước mặt.[5]

đoạn đông tụ/kết bông và trong bể lắng, cũng như giảm lượng hóa chất đông tụ cần thiết để xử lý nước.Ngoài ra, tiền lắng là rất hữu ích vì nước thô vào nhà máy

từ một hồ chứa thường có chất lượng nước đồng đều mà không một lưu vực nước nào có được như vậy

Phần còn lại của bài này sẽ quan tâm tới lắng sau đông tụ/kết bông Chúng ta sẽ xem xét các loại bể trầm tích và các bộ phận của một bể lắng điển hình, cụ thể ở đây là bể lắng dòng chảy ngang có hình dạng chữ nhật [4] Lắng thường được sử dụng trong xử lý nước mặt để tránh tắc nghẽn nhanh các bộ lọc cát sau keo tụ và

1.3 BỂ LẮNG NGANG

Bể lắng ngang là loại có thiết kế đơn giản nhất, cho phép nước chảy ngang qua một bể lắng khá dài Đây là loại bể thường được tìm thấy trong các nhà máy xử lý nước quy mô lớn.Bể lắng hình chữ nhật có nhiều lợi thế như khả năng dự báo, chi phí hiệu quả, và bảo trì thấp.Ngoài ra, các bể lắng hình chữ nhật ít có khả năng ngắn dòng, đặc biệt là khi chiều dài ít nhất bằng hai lần chiều rộng.Một bất lợi của

bể hình chữ nhật đòi hỏi một diện tích đất lớn [4]

 Ưu điểm:

o Dễ thiết kế, xây dựng và vận hành

o Áp dụn cho lưu lượng lớn ( > 15.000 m3/ngày)

 Khuyết điểm:

o Thời dan lưu dài

o Chiếm mặt bằng và chi phí cao

 Ứng dụng: thường áp dụng trong xử lí nước cấp

Hình 3 Bể lắng dòng chảy ngang.[5]

 Nước trong bể lắng dòng chảy ngang ( hình 2) được phân bố đều trên diện tích mặt cắt ngang của bể lắng trong khu vực đầu vào

 Sự ổn định (không biến động) của dòng chảy trong khu vực lắng ảnh hưởng nhiều đến sự lắng các chất huyền phù trong khu vực lắng

 Bùn được tích lại ở dưới đáy hoặc liên tục được thải bỏ

 Trong vùng cửa ra, bùn đặc bị lắng phải được ngăn chặn từ việc lắng lại và rửa sạch với nước thải.[5]

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO- HOẠT ĐỘNG BỂ LẮNG NGANG

2.1 CẤU TẠO

2.1.1 Các bộ cơ bản

Các bể lắng ngang có thể được xây dựng trên mặt đất với việc xây kín, bê tông hoặc bê tông cốt thép Ngoài ra, các bể xấy dưới đất có thể được sử dụng với những bức tường thẳng hay nghiệng kín nước theo chiều dọc hoặc bên trong dốc Cấu tạo bể lắng ngang bao gồm bốn bộ phận chính Mỗ khu vực có hoạt động đặc trưng riêng:

1.Khu đầu vào (Inlet zone) : Trong khu vực này, nước được dẫn vào trong bể với dòng chảy ổn định và xáo trộn thấtp trên toàn bộ mặt cắt ngang của bể

2 Khu vực lắng (Settling zone) : Một phần của bể nơi xảy ra quá trình lắng đọng trầm tích

3 Khu đầu ra (Outlet zone) : Chậm thống nhất hòa-off của nước làm rõ từ vùng giải quyết Sự phát triển bên ngoài của dòng chảy sẽ không làm phiền các prozess giải quyết

4 Khu vực chứa bùn( Sludge zone): Nơi thu thập , tập trung bùn Nếu bùn để bùn

tự trượt xuống khu thu bùn này, sàn của bể nên có độ dốc 45º Việc hút bùn (cặn) xảy ra tại ống hút bùn (8)

Hình 4 Bốn khu vực chính của bể lắng ngang

2.1.2 Các bộ phận cấu tạo chi tiết của một số loại bể lắng ngang

Hình 5a Cấu tạo của bể lắng ngang hình thông thường

(1) Mương dẫn nước thải vào bể

(2) Máng phân phối nước

Hình 5b Cấu tạo bể lắng ngang với nhiều hố tập trung cặn

(1) Mương dẫn nước thải vào bể (5) Mương dẫn nước thải ra khỏi bể (2) Máng phân phối nước (6) Các hố thu cặn

(3) Tấm chắn nửa chìm nửa nổi (7) Các ống thu cặn

(4) Máng thu nước sau lắng

Hình 5c Cấu tạo bể lắng ngang kết hợp bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

(1) Ngăc tách khí (4) ống phân phối nước vào

(2) Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng (5) Máng thu nước bề mặt

(3) Bể lắng ngang (Hình 4a) (6) Ống xả cặn

Hình 5d Cấu tạo chi tiết bể lắng ngang co hệ thống thu cặn cơ khí.[1]

2.1.3 Đặc điểm cấu tạo chung

- Chiều sâu công tác của bể có thể từ 2 - 3,5 m

- Chiều dài bể tối thiểu gấp 10 lần chiều sâu

- Bể lắng ngang thích hợp cho các trạm có công suất lớn (trên 30.000 m3/ngđ)

- Đòi hỏi diện tích xây dựng rộng và thường xây dựng ở ngoài trời

- Để phân phối nước vào bể cũng như thu nước, cách thông thường là dùng các vách ngăn đặt cách vách bể 1 - 2m

- Vận tốc vào 0,2 - 0,3 m/s và vận tốc nước ra 0,5 m/s

- Nước sau lắng được thu bằng máng tràn

- Đáy thường được thiết kế có độ dốc về phía đầu bể đễ dễ dàng khi xả cặn và tránh xáo trộn bùn

- Cặn có thể được thu bằng biệt pháp cơ khí hoặc thủ công :

 Độ dốc đáy bể lá 1% khi thu cặn bằng cơ khí

 Độ dốc là 5 – 10% khi thu cặn bằng thủ công

2.2 QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA BỂ

Sau qua trình đông tụ kết bông.Nước sẽ theo máng phân phối đều vào bể qua vách tràn thành mỏng hoặc tường đục lỗ xây dựng ở đầu bể tới khu vực lắng của bể Sau khi qua khu vực lắng nước sẽ tiếp tục di chuyển đến máng thu nước ở khu vực đầu ra Tại đây các cặn nổi cũng một phần giữ lại nhờ màng thu chất nổi, còn lượng nước sau khi lắng cặn sẽ tới máng thu và theo ống thoát nước dẫn ra ngoài chuẩn bị cho quá trình lọc Các cặn lắng (bùn lắnh) sẽ được thu gom lại tại hố thu cặn và cũng được xả ra ngoài theo ống xả cặn

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỂ LẮNG NGANG

3.1 NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA THIẾT KẾ MỘT ĐƠN VỊ LẮNG

Các thiết kế của hệ thống dòng là dựa trên nguyên tắc của trọng lực lắng xuống Trọng lực của sự lắng xuống xảy ra trong bể nước với các khu vực mặt cắt ngang lớn, nơi chảy đến nhỏ và dòng chảy ra ngoài tạo ra một trạng thái thụ động thực

sự trong hệ thống Dưới ảnh hưởng của trọng lực, các hạt có tỉ trọng cao hơn so với các chất lỏng xung quanh sẽ chìm (trầm tích) trong khi các hạt có tỉ trọng nhẹ hơn sẽ đi lên hay còn gọi là nổi (Huisman, 1986) Các hạt trong hệ thống sẽ được lớp bùn ở đáy hồ giữ lại Điều này cho thấy nước khi đi ra khỏi hệ thống trong trạng thái đã được làm trong (Huisman, 1986) Tỷ lệ tăng hay giảm của các hạt phụ thuộc vào kích thước hạt và mật độ tương đối của hạt so với chất lỏng.Hạt lớn hơn xuống nhanh hơn so với các hạt nhỏ hơn.Kích thước của hạt có thể được thay đổi bằng cách kết hợp Điều này cho thấy có 2 cách tách riêng việc lắng thành hai loại (Hình ): sự lắng rời rạc và sự lắng kết bông

Sự khác biệt hiển thị sơ đồ giữa sự lắng rời rạc và sự lắng kết bông

Hình 6.Sự khác biệt giữa sự lắng rời rạc và sự lắng kết bông.[9]

Sự lắng rời rạc xảy ra trong các hệ thống có nồng độ hạt nhỏ, nơi tập hợp hạt là không đáng kể và sự lắng xảy ra bởi các lực tự nhiên (lực trọng trường ) Trong sự lắng rời rạc,tốc độ đầu cuối hoặc tỷ lệ lắng của các hạt có thể được tính bằng cách

sử dụng định luật Stokes’s (phương trình 1) trong đó giả sử tỷ lệ chỉ phụ thuộc vào kích thước của hạt, hình dạng (cầu thể) và mật độ cũng như độ nhớt và mật độ các chất lỏng xung quanh.định luật Stokes’s là:

Ut=So=𝑑2∗𝑔∗(ᵦ−ᵦ𝑓)

18∗𝜇Trong đó :

Đối với tỷ lệ loại bỏ thấp, không đáng kể thì kết quả tăng khu vực bể là một cải tiến lớn trong việc loại bỏ hạt, tuy nhiên nếu loại bỏ tỷ lệ lớn đạt yêu cầu, tăng độ rộng của bể ngược lại diện tích mặt cắt cũng được yêu cầu (Camp, 1946),cái này là bất tiện trong trường hợp quỹ đất là nhỏ

Các thiết kế điển hình của một bể lắng liên quan đến bốn thành phần chính (hình 2) (Huisman, 1986)

3.2 BỐN KHU VỰC CHÍNH BỂ LẮNG NGANG[4]

Tất cả các bể trầm tích có bốn khu vực – khu vực đầu vào, khu vực lắng, khu vực chứa bùn, và khu vực đầu ra.Mỗi khu vực có sự chuyển tiếp thông suốt giữa khu vực trước và khu vực sau.Ngoài ra, mỗi khu có mục đích riêng của nó

Các khu vực có thể được nhìn thấy dễ dàng nhất trong một bể lắng ngang hình chữ nhật

3.2.1 Khu vực đầu vào

3.2.1.1 Chức năng

Hai mục đích chủ yếu của khu vực đầu vào của một bể lắng là để phân phối nước

và kiểm soát tốc độ của nước khi nó đi vào bể.Ngoài ra, các thiết bị khác ngay khu vực đầu nhằm để giảm bớt dòng chảy rối của nước vào bể làm cho dòng chảy ổn định hơn, phục vụ cho việc lắng thêm hiệu quả

3.2.1.2 Yêu cầu thiết kế

Dòng chảy vào trong một bể lắng phải được phân bố đều trên chiều rộng của bể để ngăn chặn sự ngắn dòng Ngắn dòng là một vấn đề, trong đó nước đi qua bể theo dòng chảy bình thường đến đầu ra không đủ thời cần thiết ngậm nước trong bể dẫn đến việc lắng không hiệu quả Chúng ta sẽ thảo luận ngắn dòng trong bài tiếp theo Ngoài việc phòng tránh ngắn dòng, cửa đầu vào sẽ điều khiển vận tốc của dòng chảy vào bể Nếu vận tốc nước là lớn hơn 0,5 ft/giây, thì các kết bông sẽ bị vỡ ra

do khuấy mạnh của nước Các cục kết bông bị vỡ trong bể lắng sẽ làm cho việc lắng ít hiệu quả

Nước sau khi keo tụ kết bông phải được dẫn đến bể lắng, vận tốc dòng chảy thường được dùng là trong khoảng 0,15-0,6 m/s Vận tốc này phải được giảm xuống và dòng chảy trải đều qua tiết diện của bể lắng Một bức tường khuếch tán

là cách hiệu quả nhất để thực hiện điều này.Các bức tường khuếch tán được đặt khoảng 2m phía hạ lưu của đường ống nạp vào.Sự hao hụt cột áp qua các lỗ nên từ 4-5 lần vận tốc của dòng chảy đến Vận tốc qua các lỗ thông thường phải khoảng

từ 0,20-0,30 m/s cho đủ hao hụt cột áp Các lỗ có đường kính khoảng 0,10-0,20m cách nhau khoảng 0,25-0,60m Chúng được phân bố đều trên tường Các lỗ thoát nước thấp nhất nên khoảng 0,6m phía trên sàn của bể (Willis, 2005).[1]

Có hai loại cửa đầu vào được hiển thị dưới đây Thứ nhất là vách ngăn có lỗ (Stilling Wall), kéo dài toàn bộ thiết diện bể từ trên xuống dưới và từ bên này sang bên kia Nước qua đầu vào và tiến vào vùng lắng của bể lắng qua các lỗ cách đều nhau trên vách ngăn

Hình 7 Hai loại cửa đầu vào của bể lắng ngang

Loại thứ hai của cửa đầu vào là cho phép nước vào bể bằng cách chảy qua các lỗ cách đều nhau phía dưới cùng của một khoang ( Channel or Flume) và sau đó chảy theo vách ngăn ở phía trước của khoang Sự kết hợp của khoang và vách để phân phối đều nước vào bể

3.2.2 Khu vực lắng

3.2.2.1 Chức năng

Khu vực lắng chỉ đơn giản là một khu rộng lớn để lắng các bông cặn trong nước Sau khi qua khu vực đầu vào, nước tiến vào vùng lắng với vận tốc nước giảm đáng kể.Đây là nơi mà phần lớn các kết bông lắng xảy ra và khu vực này là khu vực lớn nhất của bể lắng.Để đạt hiệu quả tối ưu, các khu lắng đòi hỏi dòng nước phải chảy chậm

3.2.2.2 Yêu cầu thiết kế

Tỷ lệ tràn là các thông số thiết kế chính cho điều chỉnh kích thước tỷ lệ bể lắng Các tỷ lệ này thường duy trì đủ để mà khu vực đầu vào không phải bổ sung thêm chiều dài được tính toán cho khu vực lắng này Nếu tỷ lệ tràn dựa trên nghiên cứu thí điểm, sau đó chiều dài của khu vực đầu vào sẽ được thêm vào chiều dài được tính toán từ tỷ lệ tràn

Trong lý thuyết thì độ sâu bể lắng [còn gọi là độ sâu mặt bên của nước(SWD)] không nên là một thông số thiết kế bởi vì hiệu quả loại bỏ dựa trên tỷ lệ tràn Tuy nhiên, cần có một độ sâu tối thiểu thực tiễn cần thiết cho các thiết bị loại bỏ bùn

Ngoài ra, độ sâu có thể là một thông số kiểm soát để giới hạn vận tốc dòng chảy qua và / hoặc xói của các hạt từ lớp phủ bùn Bể với thiết bị loại bỏ bùn cơ khí thường từ sâu 3 đến 5m (MWH, năm 2005, và Willis, 2005)

Để cung cấp dòng chảy nguyên khối và giảm thiểu ngắn mạch, 1 tỷ lệ độ dài đối với chiều rộng tối thiểu (L: W) là 4: 1 được khuyến khích Tỉ lệ tối ưu nhất là L:W 6:1 (Kawamura, 2000)

Những bể lắng được mở lớn hơn 30m chiều dài đặc biệt rất dễ bị ảnh hưởng của gió Đối với bể dài hơn, thiết bị chắn sóng ( mương tháo nước hoặc vách ngăn) được khuyến nghị đặt cách khoảng 30m Độ sâu bể thường được tăng thêm

khoảng 0,6m để cung cấp freeboard linh hoạt để hoạt động như một rào cản gió

Vận tốc dòng chảy ngang phải được kiểm soát để tránh sự hỗn loạn không đáng có lại khuấy trộn hay sói các hạt từ bùn GLUMRB (2003) khuyến cáo rằng vận tốc phải không quá 0.15m / phút Vận tốc 0,6 đến 1,2 m / phút được tìm ra là có thể chấp nhận cho độ sâu bể từ 2 đến 4 3 m (Willis, 200 5) Những con số của Reynolds và Froude có thể được sử dụng để kiểm tra sự rối loạn và phát tán lại

3.2.3 Khu vực đầu ra

3.2.3.1 Chức năng

Khu vực đầu ra điều khiển nước chảy ra khỏi bể lắng.Như khu vực đầu vào, khu vực đầu ra được thiết kế để tránh sự cố ngắn dòng trong bể.Ngoài ra, một cửa ra tốt sẽ đảm bảo rằng chỉ có nước được lắng rời khỏi bể và đi vào bể lọc.Cửa ra cũng có thể được sử dụng để kiểm soát mức độ nước trong bể

Hình 8.Khu vực đầu ra của

bể lắng ngang.[1]

3.2.3.2 Yêu cầu thiết kế

Cửa ra được thiết kế để đảm bảo rằng nước chảy ra khỏi bể lắng có tối thiểu lượng kết bông lơ lửng trong nó.Nước chất lượng tốt nhất thường được tìm thấy ở phần trên cùng của bể lắng, vì vậy cửa ra thường được thiết kế sao cho nước chỉ lướt qua cửa để ra khỏi bể lắng

Một khu đầu ra điển hình bắt đầu với một vách ngăn ở phía trước của dòng thoát ra.Vách ngăn này ngăn cản các vật liệu nổi thoát ra ngoài bể lắng và làm tắc nghẽn các bộ lọc Sau vách ngăn rồi đến cấu trúc dòng thoát ra, thường bao gồm một máng có khoét hình răng cưa nước tràn và đường ống nước thoát Một cấu trúc nước thoát ra điển hình được hiển thị dưới đây:

Hình 9a Cấu trúc thoát nước dạng máng tràn

Thành phần chính của cấu trúc nước thoát là máng thu nước, các rảnh răng cưa cho phép nước chảy ra khỏi bể lắng và hướng nó vào đường ống nước thoát Mục đích của các rảnh răng cưa giữa các vách nhằm ngăn nước chảy không kiểm soát vào máng, mặt khác để điều chỉnh lưu lượng nước hoạt động qua trong bể lắng Các vách chắn nhằm để lướt đều nước ra khỏi bể và tiếp tục ngăn các bông kết tủa không lắng được nổi trên bề mặt nước

Nước chảy qua các lỗ (rảnh răng cưa) tràn vào máng thu nước Sau đó, nước chảy vào cửa ra và tới ống nước thoát Ống này dẫn nước ra khỏi bể lắng và sang bước tiếp theo trong quá trình xử lý

Cấu trúc nước thoát ra có thể nằm ở phần cuối của một bể lắng hình chữ nhật hoặc nằm xung quanh các cạnh của một bể lắng tròn Ngoài ra, cấu trúc nước thoát ra có thể bao gồm vách tràn như các ngón tay (Finger Weirs) , một sự sắp xếp của máng thu nước mở rộng trong bể lắng như hình dưới đây

Hình 9b Cấu trúc thoát nước dạng ngón

Khu vực thu nước đầu ra bao gồm các ống thoát nước chạy song song theo chiều dài của bể (Hình 9a, 9c) Các ống phải trải dài một phần ba và tốt nhất là lên đến một nửa chiều dài bể nước

Như trong hình 9a chúng được cách quảng đều trên toàn chiều rộng của bể

Nếu sử dụng các ống có lộ, một hệ thống lỗ tháo được đặt nằm giữa các vách ngăn Máng tràn có ba lợi thế:

(1) giảm dần vận tốc dòng chảy về phía cuối của bể,

(2) giảm thiểu tác động của sóng gió,và

(3) thu gom nước được làm sạch nằm ở giữa của bể khi mật độ dòng chảy xảy ra Mực nước trong bể được kiểm soát bởitường chịu lực cuối hoặc máng tràn Máng tràn có rãng răng cưa hình chữ V được gắn với hệ thống thu nước Lỗ ngập nước

có thể được sử dụng trên hệ thống thu nước Những bộ phần này được sử dụng để tránh việc vỡ các bông cặn mong manh khi các bộ lọc cát nhanh thông thường được sử dụng

Mặc dù tải lượng thủy lực tràn qua vách ngăn tối ưu phụ thuộc vào thiết kế của các quá trình trước và sau đó, tỷ lệ tảitràn điển hình được đưa ra trong Bảng 10-3 GLUMRB (2003) xác định rằng việc nước tràn qua không được vượt quá 250 m3/d · m của mương thoát nứơc, các lỗ ngập nước không được đặt thấp hơn 1 m dưới dòng chảy và vận tốc lối vào qua lỗ ngập không được vượt quá 0,15 m/s [1]

Bảng 2.Tải lượng tràn qua vách ngăn điển hình

Loại bông cặn Tải lượng tràn qua vách ngăn, m3 /d ·m

Cặn chứa ít phèn

Cặn chứa nhiều phèn hơn

Một hố (cống) thu bùn được thiết kế ở dưới cùng của lưu vực cho phép bùn được

dễ dàng thoát ra khỏi hồ Đáy hồ nên có độ dốc về phía hố thu bùn để tạo thuận lợi cho việc loại bỏ bùn

3.2.4.2 Yêu cầu thiết kế

Trong một số nhà máy, loại bỏ bùn được thực hiện liên tục bằng việc sử dụng thiết

bị tự động Trong các nhà máy khác, bùn được loại bỏ bằng tay Nếu tháo bùn bằng tay thì lưu vực này nên được làm sạch ít nhất hai lần mỗi năm, hoặc thường xuyên hơn nếu bùn tích tụ quá mức Tốt nhất là nên làm sạch các bể lắng khi nhu cầu nước thấp, thường là vào tháng mưa và tháng có khí hậu tương đối mát lạnh Các nhà máy nên có ít nhất hai bể lắng trầm tích để nước có thể tiếp tục được xử lý trong khi một bể kia đang được làm sạch, bảo trì và kiểm tra

Nếu bùn không được loại bỏ trong bể lắng thường xuyên, hiệu quả (sử dụng được) khối lượng của bể sẽ giảm, làm giảm hiệu quả của quá trình lắng trầm tích.Ngoài

ra, bùn đóng trên đáy hồ có thể trở nên tự hoại, có nghĩa là nó đã bắt đầu phân hủy kỵ khí.Bùn tự hoại có thể dẫn đến mùi vị trong nước hoặc có thể nổi lên trên