L- uý về công chúng:
2.3 Hệ thống lọc cỏt giỏn đoạn
Mụ tả chung
Theo tốc độ lọc cú thể phõn thành hai loại hệ thống lọc cỏt giỏn đoạn (LCGĐ) chớnh là hệ thống lọc chậm và lọc nhanh. Loại LCGĐ dạng lọc chậm được ứng dụng đầu tiờn tại Anh vào những năm đầu của thế kỷ XIX và đó được sử dụng rộng rói trờn thế giới. Sau một thời gian, loại LCGĐ dạng lọc nhanh đó được phỏt triển để xử lý nước sụng cú độ đục cao của cỏc con sụng chớnh ở Mỹ [McGhee, 1991]. Loại LCGĐ dạng lọc nhanh (với tải lượng thủy lực bề mặt từ 5 đến 15 m³/h.m²) cú cụng suất lọc cao gấp 50 lần so với loại LCGĐ dạng lọc chậm (0,1 đến 0,4 m³/h.m²). Hệ thống LCGĐ dạng lọc nhanh thụng thường bao gồm cỏc cụng đoạn: làm keo tụ; kết bụng; lắng; lọc và khử trựng [Thonart, 2006; McGhee, 1991]. Vật liệu lọc trong hệ thống lọc dạng chậm (kớch thước hạt trung bỡnh từ 0,15 đến 0,3 mm) thường nhỏ và mịn hơn so với dạng lọc nhanh (kớch thước hạt trung bỡnh từ 0,6 đến 2 mm). Phương phỏp rửa lọc đối với hai hệ thống này được thực hiện khỏc nhau. Hệ thống lọc nhanh yờu cầu phải rửa lọc thường xuyờn, thụng thường chu kỳ rửa lọc là 2 ngày/lần. Biện phỏp rửa lọc là sử dụng dũng chảy ngược qua lớp vật liệu lọc (rửa lọc ngược). Hệ thống lọc chậm giảm được tối đa tần suất làm sạch (thụng thường sau từ hai đến ba thỏng) bằng cỏch loại bỏ một phần (vài cm) lớp vật liệu lọc phớa trờn [Thonart, 2006]. Trong phần này chỉ đề cập tới hệ thống LCGĐ dạng lọc chậm là cụng trỡnh cú khả năng ứng dụng thớch hợp trong XLNT.
Cơ chế xử lý trong hệ thống lọc chậm là dựa trờn cỏc quỏ trỡnh: phõn hủy sinh học hiếu khớ diễn ra trong lớp cỏt lọc; lọc vật lý cỏc chất rắn và hấp thụ; dớnh bỏm cỏc chất hữu cơ làm hỡnh thành lớp màng gelatin gọi là màng sinh học (MSH) phủ trờn bề mặt của lớp vật liệu lọc [McGhee, 1991]. Theo cỏc nghiờn cứu được cụng bố bởi ACTE, 1981, lớp MSH này được hỡnh thành do sự phỏt triển của cỏc VSV dớnh bỏm trờn bề mặt của lớp cỏt lọc trong cỏc hệ thống lọc chậm hoặc lọc nhỏ giọt. Lớp MSH này được cấu thành bởi tập hợp cỏc loại vi khuẩn, tảo sợi, tảo cỏt, động vật nguyờn sinh, giun nhỏ và cỏc sinh vật khỏc. MSH cú khả năng giữ và ụxy húa cỏc chất hữu cơ, vi khuẩn và khử xỏc cỏc loại tảo chết cú trong nước thải.
MSH cũng được hỡnh thành và bao phủ trờn bề mặt của từng hạt cỏt lọc. Lớp MSH này phõn hủy cỏc chất đó được hấp phụ trờn bề mặt và trong MSH cũng diễn ra quỏ trỡnh cạnh tranh sinh tồn giữa cỏc loài VSV [Thonart, 2006]. Kết quả là lượng thức ăn sẵn cú cho VSV bị giảm đi và sự cạnh tranh của cỏc vi sinh vật tăng lờn theo chiều sõu của lớp vật liệu lọc. Trong nước sau lọc chỉ chứa cỏc loại muối vụ cơ thụng thường khụng gõy hại, nồng độ ụxy hũa tan thường thấp và trong nước tồn tại một lượng nhỏ CO2. Tuy nhiờn, bằng cỏc quỏ trỡnh làm thoỏng tiếp theo (vớ dụ bằng đập tràn khi xả ra nguồn) sẽ giải quyết được cỏc vấn đề này.
Sự tớch tụ cỏc chất bẩn được loại bỏ từ nước thải trong vật liệu lọc sẽ làm giảm khả năng thấm lọc ban đầu của hệ thống. Khả năng thấm lọc cú thể được phục hồi bằng cỏch sục khớ làm thoỏng cho hệ thống trong thời gian giữa cỏc thời điểm kết thỳc chu kỳ lọc (khi khụng tiếp nhận nước thải) và trước khi diễn ra chu kỳ lọc tiếp theo.
Trong trường hợp hệ thống LCGĐ được thiết kế cho mục đớch sử dụng nước sau xử lý để bổ sung cho nguồn nước ngầm thỡ phần đỏy của bói lọc sẽ được lút bằng lớp đất cú khả năng thấm tạo điều cho nước thấm xuống tầng chứa nước ngầm. Cỏc bói lọc đú đụi khi được gọi là bói lọc cỏt khụng đỏy. Tuy nhiờn trong hầu hết cỏc trường hợp thỡ đỏy của hệ thống lọc cỏt được bố trớ chống thấm (lút chống thấm hoặc bờ tụng húa) và nước thải sau khi thấm qua lớp cỏt lọc được thu bằng hệ thống ống thu nước dẫn tới đầu ra của bói lọc.
Hỡnh 2.10 Mặt cắt hệ thống lọc cỏt thụng thường loại lọc chậm
Cỏc hệ thống đặc trưng
Trờn hỡnh 2.11 giới thiệu hệ thống LCGĐ cải tiến cú bổ sung thờm hệ thống ống sục khớ. Cỏc ống sục khớ được bố trớ trong lớp cỏt lọc tại tầng đỏy của hệ thống với mục đớch làm thoỏng và tỏi tạo khả năng thấm của vật liệu cỏt lọc.
Hỡnh 2.11. Hệ thống lọc cỏt cú sục khớ.
a) Mặt bằng; b) mặt cắt dọc. Phạm vi ứng dụng và vận hành
Phạm vi ứng dụng
Hệ thống LCGĐ thường được sử dụng cho cỏc đụ thị nhỏ cú số dõn dưới 10.000 người [Xanthoulis, 1998]. Tuy nhiờn, LCGĐ cũng cú thể ứng dụng cho cỏc đụ thị lớn, vớ dụ, tại Agadir, Marục, đó xõy dựng một bói LCGĐ để phục vụ cho 400.000 người. Bói lọc cỏt thụng thường được sử dụng để xử lý nước thải sau bể tự hoại trước khi đưa tới trạm XLNT tập trung. Ngoài ra nú cú thể được sử dụng để xử lý bổ sung và nitrat húa nước thải sau xử lý bậc hai, và XLNT sau cỏc hồ sinh học [Crites và Tchobanoglous, 1998].
Vận hành
Để vận hành tốt hệ thống LCGĐ cần tuõn thủ theo cỏc hướng dẫn dưới đõy:
Hệ thống LCGĐ cần được vận hành giỏn đoạn theo chu kỳ.
Giai đoạn làm ngập nước trong bói lọc cần phải tiến hành trong thời gian ngắn nhất cú thể để tạo được thời gian làm khụ đủ dài tạo điều kiện cho quỏ trỡnh khụi phục lượng ụxy cần thiết trong lớp vật liệu lọc.
Nước xử lý cần phải được tưới đều trờn bề mặt bói thấm và nhanh chúng làm ngập đều trờn toàn bộ diện tớch bề mặt của bói lọc.
Cần thay đổi quy trỡnh vận hành tựy theo điều kiện thời tiết cụ thể tại khu vực
Thay vỡ lượng nước thải cần xử lý được cấp đều và liờn tục lờn bề mặt bói lọc cỏt, ta cần tưới nước thải vào bói lọc theo từng đợt. Theo Crites và Tchobanoglous (1998), đối với nước thải sau bể tự hoại thụng thường thỡ nờn cấp theo tần suất tối thiểu là 18 lần/ngđ, và 24 lần/ngđ đối với nước thải cú hàm lượng BOD lớn. Tần suất cấp nước thớch hợp cần được xỏc định cụ thể trong quỏ trỡnh vận hành. Hai giai đoạn hoạt động của bói lọc được phõn cỏch bằng giai đoạn bổ sung ụxy hay giai đoạn làm khụ, giai đoạn hoạt động thường kộo dài từ 2 đến 3 ngày.
Hệ thống thu gom nước sau xử lý
Để bổ sung ụxy trong lớp vật liệu lọc (nhằm duy trỡ điều kiện hiếu khớ), điều quan trọng là phải làm thoỏt nước sau xử lý ra khỏi bói lọc càng nhanh càng tốt. Hệ thống ống thu gom và thoỏt nước sau xử lý ra khỏi bói lọc cần được lắp đặt ở đỏy bói lọc và mỗi ống thu phải được nối với một ống thụng khớ. Cỏc ống thu gom nước phải được đặt trờn lớp sỏi khụng lẫn đỏ vụi với chiều dày từ 10 đến 25 cm và được phủ bởi một lớp sỏi khụng lẫn đỏ vụi khỏc dày 25 cm. Ống thoỏt chớnh phải được bố trớ ở trung tõm của bói lọc [Xanthoulis, 1998].
Hệ thống phõn phối và định lượng
Hệ thống phõn phối nước được yờu cầu phải phõn phối đều nước thải trờn toàn bộ diện tớch bói lọc. Phương phỏp phổ biến là sử dụng hệ thống ống tưới cú đục lỗ ở phớa trờn.
Vận hành và bảo dưỡng
Nhiệm vụ chớnh khi vận hành và bảo dưỡng bói lọc là quan trắc chất lượng nước thải sau xử lý (BOD, COD, SS, NH4.N, NO3-N và FC/100ml), kiểm tra thiết bị phõn phối nước thải (đầu vào và đầu ra bói lọc, hệ thống ống phõn phối đục lỗ, cỏc bơm v.v…) và bảo dưỡng bề mặt của bói lọc [EPA,1999]. Việc bảo dưỡng bề mặt bói lọc bao gồm làm khụ bề mặt sau đú loại bỏ lớp cỏt lọc phớa trờn (thường được lấy đi khoảng 2 đến 5 cm [Thonart, 2006; Xanthoulis, 1998]) tối thiểu là 4 thỏng một lần. Thiết bị phục vụ cho cụng tỏc bảo dưỡng này rất đơn giản vớ dụ như: cào cú lưỡi mỏng và rộng, bằng xẻng và vận chuyển bằng xe đẩy. Cụng nhõn vận hành bảo dưỡng cần được trang bị ủng và găng tay.
Chi phớ đầu tư
Bói lọc cỏt được xõy dựng và lắp đặt đơn giản. Cỏt lọc cú thể dễ dàng lựa chọn và sử dụng ngay loại sẵn cú tại địa phương với giỏ thành hợp lý. Vỡ vậy chi phớ đầu tư xõy dựng LCGĐ thường thấp. Tuy nhiờn, tựy theo điều kiện cụ thể của từng địa phương về giỏ thành vật liệu và nhõn cụng sẽ cú những tỏc động tới tổng chi phớ đầu tư xõy dựng bói lọc. Giỏ thành của một bói lọc cỏt phục vụ cho một hộ gia đỡnh ở Mỹ vào khoảng 10.000USD [EPA, 1999]. Ở chõu Âu, chi phớ để xõy dựng một bói lọc cỏt phục vụ cho hơn 100 người vào khoảng 1.000 €/người.
Nhõn cụng
Việc xõy dựng bói lọc khụng đũi hỏi người cụng nhõn cú trỡnh độ cao, thời gian vận hành và bảo dưỡng bói lọc chỉ khoảng 2 giờ mỗi ngày và cú thể được tiến hành bằng lao động phổ thụng [EPA, 1999].