CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.1 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ HỌC
Những phương pháp loại các chất rắn có kích thước và tỷ trọng lớn trong nước thải được gọi chung là phương pháp cơ học.
Xửlý cơ học là khâu sơ bộ chuẩn bị cho xử lý sinh học tiếp theo. Xửlý nước thải bằng phương pháp cơ học thường thực hiện trong các cơng trình và thiết bị như song
chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ…Đây là các thiết bị cơng trình xửlý sơ bộ tại chỗ
tách các chất phân tán thô nhằm đảm bảo cho hệ thống thốt nước hoặc các cơng trình xửlý nước thải phía sau hoạt động ổn định.
Phương pháp xử lý cơ học tách khỏi nước thải sinh hoạt khoảng 60% tạp chất
không tan, tuy nhiên BOD trong nước thải giảm khơng đáng kể. Đểtăng cường q trình xử lý cơ học, người ta làm thoáng nước thải sơ bộtrước khi lắng nên hiệu suất xử lý của
các cơng trình cơ học có thểtăng đến 75% và BOD giảm đi 10 – 15%.
2.1.1 Song chắn rác: [4]
Nhiệm vụ: là một cơng trình xửlý cơ học sơ bộ trong hệ thống xửlý nước thải sản xuất và sinh hoạt. Song chắn rác dùng để giữ lại các chất thải rắn có kích thước lớn trong
nước thải để đảm bảo cho các thiết bị và cơng trình xử lý tiếp theo. Có thể phân loại song chắn rác theo các hình thức như sau:
+ Theo khe hở của song chắn rác, có 3 kích cỡ: loại thơ lớn (30 – 200mm), loại trung bình (16 – 30mm), loại nhỏ(dưới 16mm).
+ Theo cấu tạo của song chắn rác: loại cốđịnh và loại di động.
+ Theo cách thức làm sạch thiết bị chắn rác ta có thể chia làm hai loại: loại làm sạch bằng tay, loại làm sạch bằng cơ giới.
Hình 2.1 Song chắn rác. [4]
2.1.1.1 Song chắn rác thô:
a. Nguyên lý cấu tạo: Song chắn rác gồm các thanh bằng thép không gỉ, sắp xếp cạnh nhau và hàn cốđịnh trên khung thép, thường được đặt nghiêng 45 – 900 so với phương
ngangtrên mương dẫn nước. Khoảng cách giữa các thanh gọi là khe hở. Một số loại của thanh chắn rác:
+ Tiết diện hình trịn (d = 8 – 10 mm).
+ Tiết diện hình chữ nhật (s x b = 10 x 10; 8 x 60 mm…).
+ Tiết diện hình bầu dục.
b. Nguyên lý hoạt động: Song chắn rác được đặt trước ngăn tiếp nhận nước thải để
loại bỏ tập vật có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống như: làm tắc bơm, đường ống hoặc mương dẫn. Lượng rác giữ lại trên SCR < 0,1 m3/ngày khi vớt rác bằng tay và ≥ 0,1 m3/ngày khi vớt rác bằng cơ giới.
c. Vị trí đặt: ngay tại mương dẫn nuước thải hay đầu vào nước thải, trước bơm, hoặc bể
lắng cát.
d. Ứng dụng:khi nước thải có chứa rác hay các hạt có kích thước lớn như nilong, lá cây,
Bảng 2.1 Thơng số thiết kếđiển hình của song chắn rác thô [5]
Thông sốPThủ công (Manual)hương pháp làm sạch (Clean method) Cơ khí (Mechanical)
Kích thước thanh song chắn
Ngang 5 – 15 mm 5 – 15 mm
Bề rộng 25 – 40 mm 25 – 40 mm
Khoảng cách khe hở giữa các
thanh song chắn 25 – 50 mm 16 – 75 mm
Độ dốc so với phương đứng 30 – 45o 0 – 30o
Vận tốc nước trong kênh dẫn
trước song chắn rác 0,3 – 0,6 m/s 0,6 – 1,0 m/s
Tổn thất áp lực cho phép 150 mm 150 – 600 mm
e. Ưu điểm
+ Khơng tốn chi phí điện năng. + Vận hành dễ dàng.
+ Thiết kếđơn giản.
+ Thích hợp với lưu lượng lớn, chắn rác lớn.
f. Khuyết điểm
+ Cần người vận hành.
+ Rất khó khăn khi vệ sinh.
+ Vận tốc dòng nước giảm khi song chắn rác nhiều rác.
+ Không chắn được rác nhỏ.
Bảng 2.2 Đặc điểm các loại rác ra khỏi nước thải bằng song chắn rác thô [5] Khoảng cách khe hở giữa các thanh song chắn (mm)Độ ẩm ( %) Khối lượng riêng (kg/m3) Thể tích rác (L/1000 m3) Khoảng giá trịGiá trị điển hình 12,5 60 – 90 700 – 1100 37 – 74 50 25 50 – 80 600 – 1000 15 – 37 22 37,5 50 – 80 600 – 1000 7 – 15 11 50 50 – 80 600 – 1000 4 – 11 6 2.1.1.2 Song chắn rác cơ khí:
Hình 2.2 Song chắn rác cơ khí. [20]
a. Nguyên lý cấu tạo: song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng 1 góc 45 – 600 nếu làm sạch thủ cơng hoặc nghiêng 1 góc 75 – 850 nếu làm sạch bằng máy. Tiết diện của song chắn rác có thể trịn, vng hoặc hỗn hợp. Song chắn rác tiết diện trịn có trở lực nhỏ nhất nhưng dễ bị tắc bởi các vật giữ lại. Do đó
thơng dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vng góc phía sau và cạnh trịn
phía trước hướng đơi diện với dịng chảy. Vận tốc nước chảy qua song chắn rác giới hạn trong khoảng 0,6 – 1 m/s. Vận tốc cực đại dao động trong khoảng 0,75 – 1 m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe của song. Vận tốc cực tiểu là 0,4 m/s nhằm tránh phân hủy các chất rắn.
b. Nguyên lý hoạt động: chỉ dùng cho những trạm xử lý nhỏcó lượng rác > 0,1 m3/ngày
đêm và hoạt động liên tục, răng cào lọt vào các khe hở giữa các thanh kim loại, cào
được gắn vào xích bản lềở hai bên song chắn rác có liên hệ với động cơ điện qua bộ
truyền động. Cào cơ giới có thể chuyển động từ trên xuống dưới hoặc từdưới lên theo
dịng nước.
c. Bố trí bể: Thiết bị chắn rác bố trí tại các máng dẫn hay mương dẫn nước thải trước trạm bơm nước thải và trước các cơng trình xửlý nước thải.
Bảng 2.3 Đặc điểm và khối lượng của các loại rác ra khỏi nước thải bằng song chắn rác tinh [5] Loại song chắn rác Khe hở giữa các song thanh chắn (mm)
Độ ẩm (%)Khối lượng riêng (kg/m3) Thể tích rác (L/1000 m3) Khoảng giá trịGiá trị điển hình Song chắn rác tinh 12,5 80 – 90 900 – 1100 44 – 110 75 Song chắn rác quay 6,25 80 – 90 900 – 1100 30 – 60 45 d. Ưu điểm:
+ Giữđược các loại rác có đường kính nhỏ, các hợp chất tương đối mịn.
+ Hiệu quả mang lại cao hơn, nếu sử dụng song chắn rác tinh thì (có thể) loại bỏ bể lắng đợt 1 ở cơng trình sau. + Khơng cần người vận hành. + Dễ dàng khi vệ sinh. + Vận tốc dòng chảy ổn định. + Loại bỏđược SS nhỏ: 1 – 10 mm. e. Khuyết điểm:
+ Tốn chi phí điện năng. + Dễ bị bít nghẹt.
+ Thích hợp với lưu lượng nhỏ.
2.1.2 Bểđiều hòa: [4]
Lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải các khu dân cư, cơng
trình cơng cộng như các nhà máy xí nghiệp luôn thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào
các điều kiện hoạt động của các đối tượng thoát nước này. Sựdao động về lưu lượng
nước thải, thành phần và nồng độ chất bẩn trong đó sẽ ảnh hưởng không tốt đến hiệu quả làm sạch nước thải. Trong q trình lọc cần phải điều hồ lưu lượng dòng chảy, một trong những phương án tối ưu nhất là thiết kế bểđiều hồ lưu lượng.
Bểđiều hịa được phân loại như sau: + Bểđiều hòa lưu lượng.
+ Bểđiều hịa nồng độ.
Hình 2.3 Bểđiều hịa. [20]
a. Mục tiêu: ổn định lưu lượng và nồng độ ô nhiễm của nước thải, nâng cao hiệu suất các cơng trình phía sau.
b. Nguyên tắc: cốđịnh thể tích bể và cung cấp khí oxy để khử các thành phần ơ nhiễm.
c. Vị trí đặt:đặt trước bể lắng 1 khi SS < 400mg/l và sau bể lắng 1 khi SS > 400mg/l.
d. Ứng dụng:khi nước có lưu lượng và nồng độ không ổn định.
e. Nguyên lý cấu tạo: bể điều hịa là bể chứa hình chữ nhật, thường được xây dựng bằng bê tông – cốt thép. Đáy bể điều hịa có rốn tập trung nước khi cần có thể tháo khơ bể bằng bơm chiều lưu động hoặc bằng cách xảnước trọng lực. Bểđiều hịa có 2 loại:
+ Bểđiều hòa lưu lượng – nồng độ: bên trong có thiết bị khuấy trộn (thiết bị cơ học hoặc khí nén). Hệ thống khí nén có thể là các ống đục lỗ, đĩa phân
phối khí, ejector sục khí, ống đứng kiểu bơm airlift.
+ Bểđiều hòa lưu lượng: bên tróng khơng có thiết bị khuấy trộn. Bểđược chia thành nhiều ngăn, định kì tháo khơ từng ngăn để xúc cát và lắng cặn ra ngoài.
f. Nguyên lý hoạt động: bểđiều hòa thường được đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng I. Nhờvào cơ chế sục khí liên tục và lưu nước trong một thời gian nhất định, lưu lượng và nồng độ và các chất ô nhiễm trong nước thải được ổn định. Đểđưa nước sang các cơng trình sau phải dùng máy bơm.
Bểđiều hoà đặt sau hố thu gom, nhận nước thải trực tiếp từ hốgom, đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất. Tại mỗi bểđiều hịa, chúng ta có thể dùng cánh khuấy hoặc sục khí để điều hịa nồng độ các chất trong nước thải. Ởđây, ta lựa chọn phương pháp khuấy trộn là sục khí bằng máy nén. Phương pháp này sử dụng lượng điện năng không lớn và cịn có tác dụng tăng lượng oxy hịa tan trong nước, giúp cho q trình oxy hóa Crom và
Xyanua trong nước thải tốt hơn. Nước thải sau khi điều hịa có hàm lượng oxy hịa tan cao.
h. Ưu điểm:
+ 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 rửa lọc đồng đều hơn do tải lượng thuỷ lực thấp hơn.
+ Trong xử lý hoá học, ổn định tải lượng sẽ dễ dàng điều khiển giai đoạn chuẩn bị và châm hoá chất tăng cường độ tin cậy của quy trình.
i. Nhược điểm:
+ Diện tích mặt bằng hoặc chỗ xây dựng cần tương đối lớn.
+ Bểđiều hoà ở những nơi gần khu dân cư cần được che kín để hạn chế mùi.
+ Địi hỏi phải khuấy trộn và bảo dưỡng.
+ Chi phí đầu tư tăng.
2.1.3 Bể lắng: [4]
Bể lắng dùng để tách các chất rắn lơ lửng có trọng lượng riêng lớn hơn trọng
lượng riêng của nước. Chất rắn lơ lửng nặng hơn nên sẽ lắng xuống đáy, còn chất rắn hòa tan sẽtheo dịng nước đến cơng trình xử lý tiếp theo. Dùng những thiết bị thu gom các cặn đến cơng trình xử lý cặn.
Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt một
trước cơng trình xứ lý sinh học và bể lắng đợt hai sau cơng trình xử lý sinh học.
Theo cấu tạo và hướng dòng chảy người ta phân ra các loại: bể lắng ngang, bể
lắng đứng và bể lắng ly tâm...
a. Nguyên tắc: tách các chất lơ lửng dưới tác dụng của trọng lực.
b. Vị trí đặt: sau bể tuyển nổi hay các bể trước đó.
c. Ứng dụng: khi nước thải có chứa nhiều chất lơ lửng lắng được (> 150mg/l). 2.1.3.1 Bể lắng đứng :
a. Nguyên lý cấu tạo: bể lắng đứng là bể chứa hình trụ vng hoặc trụtrịn, đáy hình
nón hoặc chóp cụt, đường kính bể nhỏ hơn ba lần chiều dài bể và thường được xây dựng bằng bê tông – cốt thép. Bể lắng đứng gồm 3 vùng:
+ Vùng lắng: ống trung tâm và tấm hắt phân phối nước.
+ Vùng đầu ra: máng răng cưa và mương thu nước quanh bể.
+ Vùng chứa cặn: góc nghiêng của đáy bể với phương ngang≥ 500.
b. Nguyên lý hoạt động: nước đi vào ống trung tâm. Sau khi ra ống trung tâm, nước chảy trong bểtheo phương thẳng đứng từdưới lên trên. Các hạt cặn lắng xuống vùng chứa cặn nhờ tác dụng của trọng lực và được xả ra ngoài bằng máy bơm hoặc áp suất thủy tĩnh (cột nước khoảng 1,5 – 2,0 m).
c. Ưu điểm:
+ Ít tốn diện tích xây dựng.
+ Thuận tiện cho công tác xả cặn.
+ Thời gian lưu nước ngắn hơn so với bề lắng ngang.
d. Nhược điểm:
+ Hiệu suất lắng thấp hơn bể lắng ngang.
+ Thường áp dụng cho các cơng trình có lưu lượng nhỏ (< 3000 m3/ngày).
+ Số lượng bể nhiều, chiều cao xây dựng càng lớn giá thành xây dựng càng cao.
Hình 2.4 Bể lắng đứng. [4]
a. Nguyên lý cấu tạo: bể lắng ly tâm là bể chứa hình trụ trịn (D = 16 – 40 m), chiều cao bể bằng 1/16 – 1/10 đường kính bể và thường được xây dựng bằng bê tông cốt thép. Bể lắng ly tâm gồm 3 vùng:
+ Vùng đầu vào: ống dẫn nước vào đáy bể.
+ Vùng lắng: ống trung tâm (dống = 15 – 20% Dbể và hống = 55 – 65% Hbể), hệ
thống gạt bùn và ống thu bùn, cánh gạt, máng thu và ngăn thu chất nổi, bộ
truyền động.
+ Vùng đầu ra: máng răng cưa và mương thu nước quanh bể.
b. Nguyên lý hoạt động: nước từ vùng lắng chuyển động từ trong ra ngoài và từdưới
lên. Nước cần xử lý vào ống trung tâm rồi vào giữa ngăn phân phối, rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần đều từ tâm bể ra. Các hạt cặn lắng xuống vùng chứa cặn nhờ tác dụng của trọng lực và được xả ra ngoài bằng máy bơm hoặc áp suất thủy tĩnh (cột nước khoảng > 1,5 m).
c. Ưu điểm:
+ Chiều cao xây dựng thấp thích hợp ở những khu vực có mực nước ngầm cao.
+ Thường áp dụng cho các cơng trình có lưu lượng lớn (≥ 30000 m3/ngày).
+ Có thể xả cặn và vừa làm việc bình thường.
d. Nhược điểm:
+ Quá trình xây dựng và vận hành, bảo dưỡng phức tạp →chi phí thường cao.
+ Hệ thống cấu tạo gạt bùn phức tạp và làm việc trong điều kiện ẩm ướt nên dễ bịhư.
Hình 2.5 Bể lắng ly tâm. [4]
a. Nguyên lý cấu tạo: bể lắng ngang là bể chứa hình chữ nhật, tỷ lệ chiều rộng/chiều
dài ≥ 1/4, chiều cao bể khoảng 4m và thường được xây bằng bê tông – cốt thép. Bể
lắng ngang gồm 4 vùng:
+ Vùng đầu vào: vách ngăn có lỗ hoặc mương phân phối nước vào.
+ Vùng lắng: tấm chắn nửa nổi, nửa chìm và máng thu chất nổi.
+ Vùng đầu ra: máng răng cưa và máng thunước.
+ Vùng chứa cặn: độ dốc hố thu cặn ≥ 450, có thể làm một hố thu cặn ở đầu bể hoặc nhiều hố thu cặn dọc theo chiều dài bể(ít được thiết kế vì tạo thành nhiều vùng xoáy nước làm giảm khảnăng lắng của các hạt cặn và tăng thêm
khối tích khơng cần thiết cho cơng trình).
Hình 2.6 Bể lắng ngang. [4]
b. Nguyên lý hoạt động: nước chảy trong bểtheo phương ngang từ đầu bểđến cuối bể. Các hạt cặn trong nước lắng xuống hố thu gom nhờ tác dụng của trọng lực và được xả ra ngoài bằng máy bơm hoặc áp suất thủy tĩnh (cột nước ≤ 1,5 m với bể lắng I và ≤ 0,9m với bể lắng II sau bể Aerotank hoặc ≤ 1,2 m với bể lắng 2 sau Biophin).
c. Ưu điểm:
+ Hiệu quả lắng cao hơn bể lắng đứng.
+ Thường áp dụng cho các cơng trình có lưu lượng lớn (> 15000 m3/ngày).
+ Xây dựng và vận hành đơn giản.
d. Nhược điểm:
+ Chiếm nhiều diện tích xây dựng và chi phí cao.
+ Thời gian lưu nước dài.
2.1.4 Bể tách dầu mỡ: [5]
2.1.4.1 Bể tách dầu dòng chảy ngang
a. Nhiệm vụ chức năng: Loại bỏ dầu mỡ.
c. Vị trí đặt: Sau bể lắng cát, song chắn rác hay kết hợp với bể lắng cát.
d. Ứng dụng:Khi nước thải có chứa nhiều dầu mỡ hay các chất khơng tan có khảnăng
nổi trên mặt nước, nồng độ từ 20 – 200mg/l, vượt quá QCVN.
Hình 2.7 Bể tách dầu mỡ tự nhiên. [4]
2.1.4.2 Bể tách dầu dạng tròn
a. Ưu điểm:
+ Đáy rất dốc, có ngăn cơ đặc dầu, có thanh gạt bùn → quét được tất cả các vị trí trên bề mặt lắng.
+ Ống phân phối trung tâm có thểđược lắp đặt thêm thiết bị hút dầu ra ngoài.