Bài 6: Lắng và tách nổi

Lắng là một quá trình xử lý, trong đó vận tốc của nước hạ xuống với vận tốc thấp nhất có thể để lắng trọng lực các hạt cặn lơ lững ra khỏi nước. Quá trình này còn được gọi là quá trình lắng hoặc làm trong nước.

Hầu hết các nhà máy xử lý nước đầu có quá trình xử lý lắng trầm tích. Tuy nhiên, quá trình lắng có thể không cần thiết trong nước đục thấp dưới 10 NTU. Trong trường hợp này, đông tụ và kết bông được sử dụng để tạo ra các pinpoint (kết bông nhỏ) được loại bỏ ra khỏi nước trong quá trình lọc.

 

Vị trí của bể lắng trầm tích trong quá trình xử lý 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. 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.

 

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 tiếp theo. 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.

 

Các loại bể lắng

Ba loại phổ biến của bể lắng trầm tích được trình bày dưới đây:

Bể lắng hình chữ nhật 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.

Bể lắng hình chữ nhật hai tầng cơ bản là hai bể trầm tích hình chữ nhật xếp chồng lên nhau. Đây là loại bể giúp tiết kiệm diện tích đất, nhưng có hoạt động và chi phí bảo trì cao hơn so với một bể hình chữ nhật một cấp.

Bể lắng hình vuông hoặc tròn với dòng chảy đứng thường được gọi là bể lắng đứng. Đây là loại bể có thể gây vấn đề ngắn dòng.

Một loại thứ tư của bể lắng là khá phức tạp. Bể lắng chất rắn tiếp xúc, còn được gọi là bể lắng lamen (sử dụng ống hoặc tấm lắng lamen), chất rắn theo dòng chảy lên tiếp xúc với tấm lắng lamen. Các chất rắn hay hạt lơ lững va chạm vào thành tấm lắng lamen, nhưng do trọng lực của các hạt này lớn hơn lực đẩy của dòng chảy, vì vậy chúng trượt xuống theo tấm lắng lamen và rơi vùng chứa bùn trong bể. 

 

Các khu vực của bể lắng

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 hình chữ nhật, chẳng hạn như hình hiển thị dưới đây:

Trong một bể lắng đứng (clarifier), nước thường đi vào bể khu vực trung tâm chứ không phải là từ một đầu vào và chảy ra theo hình vẽ trên. Nhưng bốn khu vực vẫn có thể được tìm thấy trong các bể lắng:

Khu đầu vào

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.

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 nước ngậm 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 kết bông bị gãy trong bể lắng sẽ làm cho việc lắng ít hiệu quả.

Có hai loại cửa đầu vào được hiển thị dưới đây. Thứ nhất là vách ngăn có lỗ, 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.

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 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.

 

Khu vực lắng

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.

Khu vực lắng chỉ đơn giản là một khu rộng lớn để lắng kết bông trong nước. Nhưng trong một số trường hợp, các ống lắng và các tấm lắng lamen (lamella) được sử dụng trong khu vực lắng, chẳng hạn như những hình trên.

 

Tấm lắng lamen (lamella)

Nước chảy qua các ống xéo lên hoặc tấm nghiêng. Kết bông lắng ra trong các ống hoặc tấm và trôi trở xuống phần dưới của bể lắng và sau đó rơi vào khu vực chứa bùn.

Một số hình ảnh minh họa khối/tấm lắng lamen do Cty TNHH Lamela nghiên cứu và phát triển

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Nguồn nước từ bể phản ứng vào bể lắng sẽ di chuyển theo chiều từ dưới lên theo các tấm lắng lamen (hoặc ống lắng) được thiết kế nghiêng 60°, trong quá trình di chuyển các cặn lắng (kết tủa hay bông lắng) sẽ va chạm vào nhau và bám vào bề mặt tấm lắng lamen. Khi các bông lắng kết dính với nhau trên bề mặt tấm lắng lamen đủ nặng và thắng được lực đẩy của dòng nước đang di chuyển lên thì bông kết tủa sẽ trượt xuống theo chiều ngược lại và rơi xuống đáy bể lắng (hay hố thu cặn), từ đó theo chu kỳ xả đi.

Với nguyên lý hoạt động như vậy, tấm lắng lamen phát huy tác dụng nhờ vào các bề mặt tiếp xúc của ống lắng, càng tăng bề mặt tiếp xúc của ống lắng thì hiệu quả lắng càng cao, giúp tăng hiệu quả sử dụng dung tích bể và giảm được thời gian lắng.

Đặc biệt, với việc nghiên cứu và ứng dụng tính chất khữ tĩnh điện trong khối lắng, các bông kết tủa không bám dính vào bề mặt ống lắng và nhanh chóng trượt xuống về hố thu cặn, điều này sẽ giúp kéo dài thời gian rửa bể lắng, tiết kiệm được nguồn nước rửa và hóa chất phản ứng.

ƯU ĐIỂM

- Kết cấu đan chéo có độ cứng cao, độ bền cao.

- Giá thành rẻ, hiệu quả sử dụng cao so với các tấm lắng lamen khác nhập từ nước ngoài về.

- Lắp đặt đơn giản, phù hợp với tất cả các loại bể lắng không cần tạo góc nghiêng.

- Tiết kiệm một lượng lớn chất keo tụ.

- Tiết kiệm nước rửa, tự rửa sạch bề mặt trên tấm lắng lamen.

- Dòng chảy ổn định, giúp tăng hiệu quả lắng. Độ đục sau lắng < 5NTU.

- Khữ tĩnh điện trên bề mặt tấm lắng lamen.

- Nâng công suất bể lắng một cách hiệu quả từ 2 đến 5 lần so với bể truyền thống.

 

PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TẤM LẮNG LAMEN

- Phù hợp với công trình cải tạo, nâng cấp bể lắng đứng, bể lắng ngang thành bể lắng lamen, đặc biệt là các công trình cải tạo hiệu quả lắng và nâng công suất các trạm nước nông thôn.

- Được sử dụng đa dạng cho các loại bể: hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật và không tạo góc chết.

- Ứng dụng hiệu quả cho cho các công trình xử lý nước sạch, xử lý nước thải.

Ống lắng và các tấm lắng lamen nâng cao hiệu quả và tốc độ lắng trong bể lắng. Mỗi ống hoặc các tấm lắng lamen có chức năng như một bể lắng thu nhỏ, giúp tăng diện tích lắng. Ống lắng và tấm lắng lamen (lamella) là rất hữu ích trong các nhà máy nơi khu vực có diện tích giới hạn, trong các nhà máy đóng gói, hoặc để tăng cường công suất của các bể lắng nông, cải tạo các bể lắng thế hệ cũ.

 

Khu vực đầu ra

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.

 

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:

 

 

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, một sự sắp xếp của máng thu nước mở rộng trong bể lắng như hình dưới đây.

 

 

Khu vực chứa bùn

Khu vực chứa bùn thường được đặt dưới cùng của bể lắng nơi bùn thu thập tạm thời. Vận tốc nước trong khu vực này rất chậm để ngăn chặn bùn không bị khuấy trộn lên lại.

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.

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 mặt nước và trở thành cặn bã. Bùn cũng có thể trở thành cặn lơ lửng trong nước và được chuyển sang bể lọc.

 

Xử lý bùn

Thành phần bùn

Bùn được tìm thấy ở dưới cùng của bể lắng được cấu thành chủ yếu từ nước. Các chất rắn trong bùn chủ yếu là chất kết tủa dư thừa, chẳng hạn như phèn. Phèn bùn có nồng độ chất rắn chỉ khoảng 1% có thể được loại bỏ khỏi bể lắng bằng phương pháp tự động, tuy nhiên từ 2% trở lên thì phải loại bỏ bằng phương pháp thủ công do trọng lượng khá nặng của chúng mà phương pháp tự động không giải quyết được.

Có nhiều lựa chọn để xử lý bùn lắng. Ở đây chúng ta sẽ thảo luận về xử lý trong dòng suối, vệ sinh hệ thống cống rãnh, đầm phá và bãi chôn lấp.

 

Xử lý trong luồng lạch và cống

Trong quá khứ, bùn và nước rửa ngược thường được thải vào suối và các luồng lạch khác. Tuy nhiên, thực tế này đang trở nên ít phổ biến và đã được quy định chặt chẽ. Nước rửa ngược và bùn chỉ có thể được thải vào dòng suối ra môi trường nếu có giấy phép xả được cấp bởi các cơ quan có thẩm quyền. Việc thải bùn và nước rửa ngược được yêu cầu giám sát hàng ngày trên diện rộng để đảm bảo không ô nhiễm môi trường khi bùn được thải ra.

Ngoài ra, bùn có thể được thải trực tiếp vào hệ thống thoát nước vệ sinh. Tuy nhiên, lựa chọn việc xử lý này cũng có nhược điểm của nó, bùn có thể gây ra tắc nghẽn hệ thống thoát nước. Ngoài ra, chúng làm tăng chi phí cho nhà máy xử lý nước thải. Thải bùn vào các dòng nước thải với số lượng lớn làm cho việc xử lý nước thải thêm khó khăn, vì vậy bùn thường được thải từ từ trong một thời gian dài và đòi hỏi một bể chứa lớn tại nhà máy xử lý nước.

 

Làm cô đặc bùn

Hầu hết các phương án đều yêu cầu vận chuyển bùn ra khỏi nhà máy xử lý. Bùn thường được sấy khô trước khi nó được vận chuyển đi bằng xe tải. Quá trình sấy khô này được gọi là khử nước hoặc cô đặc. Phèn bùn rất khó để cô đặc, nhưng một loạt các thiết bị đã được phát triển để làm cô đặc bùn, một số trong đó được giải thích dưới đây.

Trong nhiều trường hợp, bùn được xử lý bằng việc bổ sung các polyme để hỗ trợ trong quá trình khử nước. Ngoài ra, bùn có thể được đun nóng hoặc đông lạnh và rã đông để làm tăng nồng độ chất rắn. Xử lý bùn theo phương pháp cô đặc này được gọi là điều tiết bùn.

Khi bùn đã được điều tiết, nó có thể được làm cô đặc trong một đầm chứa, lọc khô hoặc dùng các thiết bị khác.

 

Đầm chứa là bể chứa khối lượng nhỏ, chúng là những thiết bị đơn giản được sử dụng để làm đặc bùn. Các đầm này chứa bùn và các chất rắn, do trọng lực lớn nên chúng định cư dưới cùng của đầm chứa trong khi nước sạch ở phía trên được bơm ra ngoài.

Sau một vài tháng, do trọng lực và sự bay hơi nước lượng bùn sẽ cô đặc đến một trạng thái rắn 30-50%. Bùn sau đó có thể được xử lý tại chỗ hoặc có thể được chở bằng xe tải đến một bãi rác để xử lý.

 

Lọc khô thường được sử dụng để làm cô đặc bùn dành cho bãi rác xử lý nhanh.

Một bộ lọc khô tương tự như trong thiết kế một bộ lọc cát với một lớp cát và một lớp sỏi. Bùn lắng lên phần trên của cát, nước thấm qua cát, sỏi và thoát đi. Khi bùn khô, nó được lấy ra một cách cẩn thận để không làm hao hụt cát và được chở bằng xe tải đến một bãi rác. Thời gian bùn được điều tiết, xử lý với các hóa chất, khử nước trong một bộ lọc khô có thể chỉ mất một vài ngày hoặc vài tuần.

Các quá trình khác được sử dụng để làm đặc bùn bao gồm máy ép bùn, máy ép lọc dây, máy ly tâm và các bộ lọc chân không. Các quá trình này dẫn đến bùn có hàm lượng chất rắn khác nhau, từ 30 đến 50%.

 

Tóm tắt

Lắng là một quá trình được sử dụng để loại bỏ các hạt lơ lửng trong nước thông qua trọng lực của các hạt lơ lững (lực hấp dẫn). Lắng có thể diễn ra trong giai đoạn tiền lắng như một hồ chứa, lưu vực sạn, đập vụn, hoặc bẫy cát, hoặc có thể lắng đọng trầm tích bằng đông tụ/kết bông và diễn ra trong một bể lắng hình chữ nhật, bể hình chữ nhật hai tầng, bể lắng đứng hoặc bể lắng tiếp xúc (tấm lắng lamen).

Bể lắng thường có bốn khu vực – (1) vùng đầu vào kiểm soát việc phân phối và vận tốc của nước vào bể - (2) vùng lắng, trong đó phần lớn việc lắng diễn ra – (3) khu vực cửa kiểm soát dòng nước ra  và (4) vùng  thu bùn. Bùn có thể được xử lý một trong cống hoặc dòng thải ra hoặc có thể được điều tiết và sau đó cô đặc lên trong một đầm chứa, bộ lọc khô, bộ lọc áp lực, bộ lọc áp lực dây, máy ly tâm hoặc bộ lọc chân không trước khi được vận chuyển đến bãi rác.

-Ths. Nguyễn Minh Trí luọc dịch-