Phương pháp xử lý cơ học

7. Cấu trúc của đồ án

2.1.1 Phương pháp xử lý cơ học

Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng. Để tác các chất này ra khỏi nước thải thường sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực ly tâm, và lọc. Tùy theo kích thước, tính chất lý hoá, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp. Sơ đồ phân loại các phương pháp xử lý cơ học như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ phân loại các phương pháp xử lý cơ học 2.1.1.1 Song chắn rác

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây, các thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, lá cây, bao nilon, ... được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.

Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn. Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 - 100mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 - 25mm. Tùy theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác. Song chắn rác cũng có thể đặt cố định hoặc di động. Các loại song chắn rác được trình bày tóm tắt như sau:

Tách pha rắn ra khỏi SCR Lắng Lọc Tuyển Ly Lắng Nén Lọc Màng Khửnước Lắng đợt 1,2 Lắng cát Lắng Nhan Chậm Lớp MF-UF- RO Điện giải Khửnước Nén bùn

Hình 2.2: Sơ đồ phân loại song chắn rác

Song chắn rác được làm bằng kim loại, đăt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc 45-600 nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75-850 nếu làm sạch bằng máy.

Tiết diện của song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp. Song chắn tiết diện tròn có lực trở nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại. Do đó thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy.

Vận tốc nước chảy qua song chắn giới hạn trong khoảng từ 0,6-1m/s. Vận tốc cực đại dao động trong khoảng 0,75m/s - 1m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe. Vận tốc cực tiểu là 0,4m/s nhằm tránh phân hủy các chất thải rắn.

SCR Thô SCR Mịn Lưới chắn Cố định Di động Cố định Di động Trống quay Đĩa Đai Các loại song chắn rác

Hình 2.3: Các loại song chắn rác tự động

Do song chắn rác được đặt trong máng dẫn nước nên dễ xảy ra hiện tượng nén dòng và tạo ra các dòng xoáy nên tại ngăn để song chắn rác, thành máng được mở rộng một góc φ = 200. Nhà đặt song chắn rác phải thông gió thường xuyên. Trong nhà phải có bố trí các thiết bị nâng, cào, vớt rác và máy nghiền rác.

2.1.1.2 Bể lắng cát

Dùng để lắng các hạt cặn nặng như cát, sỏi, những hạt có kích thước lớn hơn 0.2 mm có trong nước thải sinh hoạt hoặc từ các hoạt động vệsinh đường phố. Những hạt này cũng có thể xuất hiện nhiều vào mùa mưa do bị nước mưa cuốn trôi xuống hệ

thống công thoát nước chung. Mục tiêu của đơn vị xử lý này là bảo vệ các thiết bịcơ

khí khỏi sự mài mòn, giảm cặn lắng trong ống, mương dẫn và bể phân hủy.

Khi thiết kế hệ thống này cần quan tâm đến chếđộ dòng chảy của nước. Vận tốc chảy phải đảm bảo sao cho các hạt cặn nặng lắng xuống mà các hạt cặn hữu cơ thì không. Vận tốc trong mương dẫn vào khoảng 0.4 m/s.

Cát sau khi được lấy ra từ bể lắng cát được đem đi phơi hoặc rửa các cặn hữu cơ

còn dính lại trên cát nhằm bảo đảm mỹ quan và không hấp dẫn ruồi, cuối cùng đem đi

Hình 2.4: Các dạng bể lắng cát 2.1.1.3 Bể lắng nước thải

Trong nước thải, khoảng 20% chất bẩn ở dạng không hòa tan, trong đó một phần là cát, xỉ được giữ ở bể lắng cát. Lượng chất bẩn không hoàn tan còn lại chủ yếu là cặn hữu cơ sẽ được giữ lại trong bể lắng đợt 1. Sinh khối sinh ra sau hệ thống sinh học hiếu khí được giữ lại ở bể lắng đợt 2. Vậy chức năng của bể lắng là khử SS, bông cặn hóa lý của quá trình keo tụ tạo bông (Bể lắng đợt 1) và bông bùn sinh học, màng vi sinh (bể lắng đợt 2).

Theo cấu tạo và hướng dòng chảy, người ta chia bể lắng thành các dạng bể lắng

đứng, lắng ngang, lắng ly tâm, lắng vách.

a. Bể lắng ly tâm

Bể lắng ly tâm có dạng hình tròn trên mặt bằng, đường kính bể từ 16 đến 40 m (có trưòng hợp tới 60m) ,chiều cao làm việc bằng 1/6 – 1/10 đường kính bể .Bể lắng ly tâm được dùng cho các trạm xử lý có công suất lớn hơn 20.000 m3/ngđ .

Trong bể lắng nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể .Cặn lắng được dồn vào hố thu cặn được xây dựng ở trung tâm đáy bể bằng hệ thống cào gom cặn ở phần dưới dàn quay hợp với trục 1 góc 450 .Đáy bể thường được thiết kế với độ dốc i = 0,02 –

(a) Sơ đồ hoạt động của bể lắng cát thông thường (b) Bể lắng cát xoay

0,05.Dàn quay với tốc độ 2-3 vòng trong 1 giờ . Nước trong được thu vào máng đặt dọc theo thành bể phía trên .

Hình 2.5: Bể lắng ly tâm

b. Bể lắng đứng

Bể lắng đứng có dạng hình tròn hoặc hình chữ nhật trên mặt bằng. Nước thải được dẫn vào ống trung tâm và chuyển động từ dưới lên theo phương thẳng đứng . Vận tốc dòng nước chuyển động lên phải nhỏ hơn vận tốc của các hạt lắng. Chiều cao công tác của vùng lắng từ 2,7-3,8 m. Vận tốc dòng chảy trong vùng công tác vào khoảng lớn hơn 0,7 mm/s. Thời gian lắng thường từ 1-2 h.

Nước trong được tập trung vào máng thu phía trên .Cặn lắng được chứa ở phần hình nón hoặc chóp cụt phía dưới. Hiệu suất của bể lắng đứng thấp vào khoảng 45- 48%. Bể có diện tích xây dựng nhỏ, dễ xả bùn, cặn.

c. Bể lắng ngang

Bể lắng ngang có hình dạng chữ nhật trên mặt bằng, tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dài không nhỏ hơn ¼ và chiều sâu đến 4m. Trong bể lắng nước thải chuyển động theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể và được dẫn tới các công trình xử lý

tiếp theo, vận tốc dòng chảy trong vùng công tác của bể không được vượt quá 40 mm/s. Bể lắng ngang có hố thu cặn ở đầu bể và nước trong được thu vào ở máng cuối bể .

d. Bể lắng vách

Loại bể lắng này có khối tấm hoặc ống tạo thành lớp mỏng để chuyển chế độ dòng chảy từ rối sang dạng chảy tầng, do đó làm quá trình lắng xảy ra dễ dàng hơn. Cặn liên tục trượt về phía dưới hoặc nổi lên trên tùy thuộc vào cách bố trí lớp mòng. Người ta bố trí khối lớp mỏng thuận chiều hoặc ngược chiều với dòng chảy trong bể. Khi nước và cặn chảy cùng chiều thì vận tốc trong bể là 0.4-0,5 m/h.

Khối lớp mỏng thưởng nghiêng một góc khoảng 35-600. Khối lớp mỏng có thể là các ống, vách inox hoặc PVC ghép với nhau có khe hở từ 25-150 mm. Hiệu quả lắng dạng này cao nhưng ít được áp dụng trong xử lý nước thải có nồng độ hữu cơ cao do việc hình thành lớp màng vi sinh bám dính gây cản trở dòng lưu chất trong vách.

2.1.1.4 Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng. Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn.

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt.

Hiệu suất quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí, hàm lượng chất rắn. Kích thước tối ưu của bọt khí nằm trong khoảng từ 15 đến 30m (bình thường từ 50 - 120m). Điều kiện tốt nhất để tách các hạt trong quá trình tuyển nổi là khi tỷ số giữa lượng pha khí và pha rắn đạt (0,01 - 0,1).

Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi được thực hiện theo các phương thức sau:

- Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Floation). Trong trường hợp này, thổi trực tiếp khí nén vào bể tuyển nổi để tạo thành bọt khí có kích thước từ 0,1 – 1mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí- nước chứa cặn. Cặn tiếp xúc với bọt khí, dính kết và nổi lên bề mặt.

- Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation). Trong trường hợp này, bão hòa không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí ra khỏi chân không. Hệ thống này thường ít sử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao.

- Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation). Sục không khí vào nước ở áp suất cao (2 – 4 atm), sau đó giảm áp giải phóng khí. Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kích thước từ 20 - 100m (Hình 3.3).

Hình 2.6: Bể tuyển nổi khí hòa tan DAF 2.1.1.5 Bể vớt dầu

Trong nước thải các ngành chế biến thực phầm như dầu ăn, bơ, chất hoạt động bề mặt thường có lẫn dầu mỡ, chất tạo bọt nổi, váng dầu…Bên cạnh đó, các ngành sản xuất hóa chất cũng tạo ra các hợp chất tương tự. Các chất này là có cấu trúc mạch dài rất khó phân hủy trong các hệ thống sinh học, mặt khác khi thải bỏ ra ngoài môi

trường, dầu mỡ sẽ tạo thành các váng dầu ngăn cản sự khếch tán oxy hòa tan vào

trong nước. Điều này gây cản trở cho các quá trình quang hợp và gây chết thủy sinh

Hình 2.7: Bể vớt dầu

2.1.1.6 Lọc

Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất có kích thước nhỏ khi không thể loại được bằng phương pháp lắng, Quá trình lọc ít khi dùng trong xử lý nước thải, thường chỉ sử dụng trong trường hợp nước sau khi xử lý đòi hỏi có chất lượng cao.

Để lọc nước thải, người ta có thể sử dụng nhiều loại bể lọc khác nhau. Thiết bị lọc có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục; theo dạng của quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suất trong quá trình lọc như lọc chân không (áp suất 0,085Mpa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5Mpa) hay lọc dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng. Trong các hệ thống xử lý nước thải công suất lớn không cần sử dụng các thiết bị lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt. Vật liệu lọc có thể là các thạch anh, than cốc hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâu hoặc than gỗ. Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương. Quá trình lọc xảy ra theo những cơ chế sau:

Sàng lọc để tách các hạt rắn hoàn toàn bằng nguyên lý cơ học, lắng trọng lực, giữ hạt rắn theo quán tính, hấp phụ hóa học, hấp phụ vật lý, quá trình dính bám, quá trình lắng tạo bông

Thiết bị lọc với lớp hạt có thể được phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín. Chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bị lọc

(a (b)

Chú thích: (a) Bể vớt dầu có thanh gạt cơ khí (b) Bể vớt dầu vách ngăn

hở dao động trong khoảng 1 -2m và trong tiết bị lọc kín 0,5 – 1m.

2.1.1.7 Bể điều hòa

Do lưu lượng của dòng thải biến động không đều theo thời gian. Việc biến động này do nhiều nguyên nhân như kế hoạch gia tăng sản xuất, qui trình công nghệ sản xuất, thay đổi nguyên liệu đầu vào. Ngoài ra còn lưu lượng còn phụ thuộc nhiều vào thiết kế của hệ thống thu gom nước và các yếu tố thời tiết như lượng mưa.

Bể điều hòa được xây dựng với mục tiêu:

 Khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động của lưu lượng  Nâng cao hiệu suất của các quá trình phía sau

 Giảm kích thước và chi phi của những xử lý phía sau

Thuận lợi khi áp dụng điều hoà lưu lượng:

 Xử lý sinh học được nâng cao, giảm nhẹ quá tải, pha loãng các chất gây ức chế sinh học và pH được ổn định

 Chất lượng đầu ra và hiệu quả nén bùn của bể lắng đợt 2 được cải thiện do bông cặn đặc chắc hơn

 Diện tích bề mặt lọc giảm, hiệu quả lọc được nâng cao, và hơn nữa chu kì rữa lọc đồng đều hơn do tải lượng thuỷ lực thấp hơn

 Trong xử lý hoá học, ổn định tải lượng sẽ dể dàng điều khiển giai đoạn chuẩn bị và châm hoá chất tăng cường độ tin cậy của quá trình

Ba bất lợi khi áp dụng điều hoà lưu lượng:

 Diện tích mặt bằng hoặc chỗ xây dựng cần tương đối lớn,

 Bể điều hoà ở những nơi gần khu dân cư cần được che kín để hạn chế mùi  Đòi hỏi phải khuấy trộn và bảo dưỡng và chi phí đầu tư tăng

2.1.2Phương pháp xử lý hóa lý

Phương pháp hóa lý sử dụng các phản ứng hóa học để xử lý nước thải. Các công trình xử lý hóa học thường kết hợp với các công trình xử lý lý học. Mặc dù có hiệu quả cao, nhưng phương pháp xử lý hóa học thường đắt tiền và đặc biệt thường tạo thành các sản phẩm phụđộc hại. Sơ đồcác phương pháp hoá lý được trình bày như sau:

Hình 2.8: Sơ đồ các phương pháp xử lý hóa lý 2.1.2.1 Trung hòa

Nước thải chứa các acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5-8,5 trước khi thải vào nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo. Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách sau:

- Trộn lẫn nước thải acid với nước thải kiềm - Bổ sung các tác nhân hóa học

- Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa

- Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước acid

Để trung hòa nước thải chứa acid có thể sử dụng các tác nhân hóa học như: NaOH, KOK, Na2CO3, nước ammoniac NH4OH, CaCO3, MgCO3, đôlômít (CaCO3.MgCO3) và xi măng. Song tác nhân rẻ nhất là vôi sữa 5 – 10% Ca(OH)2, tiếp đó là sôđa và NaOH ở dạng phế thải.

Trong trường hợp trung hòa nước thải acid bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa, vật liệu lọc sử dụng có thể là manhêtit (MgCO3), đôlômít, đá vôi, đá phấn,

Xừ lý hóa lý Trung hòa Hấp phụ Keo tụ tạo bông Trao đổi ion Oxy hóa Oxy hóa Ozon hóa Làm Điện giải Nhựa TD Chelate Zeolite Nhựa TD UV Than hoạt tính Nhôm hoạt tính

đá hoa và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro. Khi lọc nước thải chứa HCl và HNO3 qua lớp đá vôi, thường chọn tốc độ lọc từ 0,5–1m/h. Trong trường hợp lọc nước thải chứa tới 0,5% H2SO4 qua lớpđolomite, tốc độ lọc lấy từ 0,6–0,9m/h. Khi nồng độ H2SO4 lên đến 2% thì tốc độ lọc lấy bằng 0,35m/h.

Để trung hòa nước thải kiềm có thể sử dụng các acid (chứa CO2, SO2, NO2, N2O3…). Việc sử dụng khí acid không những cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu quả làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại.

Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước và chi phí hóa chất sử dụng.

2.1.2.2 Oxy hóa khử

Để làm sạch nước thải, có thể phân dạng các tác nhân oxy hóa như clo ở dạng khí