Sổ tay cho nhà vận hành nước thải – Xử lý sơ cấp

Ngày đăng: 13/09/2023 1296 lượt xem

XỬ LÝ SƠ CẤP

Xử lý sơ cấp (lắng sơ cấp hoặc lọc sơ cấp) là loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng lắng và các chất rắn có khả năng nổi trên bề mặt. Những chất rắn có khả năng lắng kém loại bỏ trong suốt quá trình xử lý có thể là nguyên nhân gây quá tải cho quá trình xử lý sinh học sơ cấp. Thông thường, mỗi thiết bị lọc sơ cấp được mong muốn loại bỏ 90 đến 95% cặn lắng, 40 đến 60% tổng chất rắn lơ lửng, và 25 đến 35% BOD5.
 
Lưu ý: Thông thường, hiệu suất lý tưởng của các thiết bị lắng trong hệ thống xử lý của nhà máy được tính theo hiệu suất tổng hơn là tính theo hiệu suất của một đơn vị lắng đơn lẻ.
 
Trong phần này, chúng tôi tập trung vào lắng sơ cấp – sự hữu ích của các bể lắng lớn, nơi mà sự lắng đạt được trong điều kiện tương đối tĩnh (xem hình 1). Trong các bể này, các cặn rắn tập trung và được thải vào phễu dưới đáy bể, từ đây chúng được bơm đến bể xử lý bùn. Dầu, mỡ và những chất nổi lên trên bể (váng bọt) được vớt ra trên bề mặt. Còn phần nước thải tiếp tục được xả thải đến máng tràn phía trên miệng bể.
 

TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ SƠ CẤP

* Xử lý sơ cấp giúp giảm lượng chất hữu cơ trong nước thải đầu vào bằng cách loại bỏ một lượng lớn các chất có khả năng lắng, các chất lơ lửng và các chất nổi trên bề mặt bể.
 
* Xử lý sơ cấp có thể giảm tốc độ dòng nước thải qua bể lọc còn khoảng 1 đến 2 ft/phút, do đó sự lắng và sự tuyển nổi có thể diễn ra. Với lưu lượng đầu vào như thế này cũng làm tăng sự loại bỏ các chất rắn lơ lửng trong nước thải.
 
* Bể lắng sơ cấp loại bỏ váng bọt, dầu mỡ, bùn lắng và thu gom chúng tới thùng bơm, trạm bơm để loại bỏ hoặc xử lý thêm.
 
* Bể lắng có thể là hình chữ nhật hoặc hình trụ. Trong các bể lắng hình chữ nhật, nước thải chảy từ bể này sang bể khác và bùn lắng được chuyển đến phễu nằm dưới đáy bể nhờ một chuỗi các thanh chắn song song hoặc một thanh gạt bùn nằm dưới đáy bể. Những chất nổi trên bề mặt bể (hầu hết là dầu mỡ) được thu gom bằng thanh gạt trên bề mặt.
 
* Trong các bể lắng hình trụ, nước thải thường đi vào giữa bể và chảy ra ngoài. Bùn lắng được bơm đến phễu nằm giữa đáy bể. Các chất nổi trên bể được loại bỏ bằng cách xử lý bề mặt.
 
* Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất của bể lọc sơ cấp gồm:
– Tốc độ dòng chảy đi qua bể lọc thứ cấp
– Các đặc tính của nước thải (nồng độ, nhiệt độ, lượng nước thải và loại nước thải công nghiệp và cả tỉ trọng, kích thước, hình dạng của các hạt phân tử).
– Hiệu suất của quá trình tiền xử lý
– Tính chất tự nhiên và lượng nước thải tái chế bất kỳ đến bể lọc.
Hình 1 Xử lý sơ cấp
 
* Các thông số quan trọng trong bể lắng sơ cấp:
 

KIỂM SOÁT HỆ THỐNG, SỰ CỐ VÀ XỬ LÝ SỰ CỐ

Trước khi xác định nguyên nhân cũng như hướng giải quyết sự cố thì người vận hành cần phải nắm rõ quá trình vận hành thông thường của hệ thống là gì? (đó có phải là một sự cố hay hệ thống vận hành như bản thiết kế?).
 
Một vài thông số quan trọng của hệ thống vận hành thông thường có thể ảnh hưởng nghiêm trọng tới hiệu suất của hệ thống. Trong phần tiếp dưới đây, chúng tôi sẽ nói về những thông số vận hành quan trọng và sự kiểm soát cơ bản.
 
Bể lọc sơ cấp: hệ thống xử lý cơ bản:
 
Trong lọc sơ cấp, nước thải đi vào một bể lắng hoặc một bồn. Tốc độ giảm còn khoảng 1ft/phút.
 
Lưu ý rằng: tốc độ có thể được tính theo công thức ft/phút thay cho đơn vị ft/giây trong một số trường hợp. Ví dụ như trong trường hợp là thiết bị lọc cát, đơn vị tính sẽ là ft/60phút.
 
Những chất rắn nặng hơn nước như là bùn sẽ lắng xuống đáy còn những chất rắn nhẹ hơn nước như váng bọt sẽ nổi lên trên. Những chất rắn này sẽ được loại bỏ, nước thải tiếp tục chuyển đến bể lắng tiếp theo trên một đập tràn để tiếp tục được xử lý. Hiệu quả của quá trình xử lý được kiểm soát bởi thời gian lưu, nhiệt độ, cách thiết kế bể và điều kiện của thiết bị.
 
Lọc sơ cấp: các thông số vận hành (các thông số cần kiểm soát cơ bản):
 
* Sự phân bố dòng chảy: sự phân bố dòng chảy thông thường vào mỗi thiết bị được xem như bằng nhau và giống nhau. Tốc độ tải trọng bề mặt được tính toán trong bản thiết kế.
* Trạng thái của đập tràn: mỗi đập tràn là một cấp độ, dòng chảy trên các đập là giống nhau, tốc độ chảy tràn được tính toán trong bản thiết kế.
* Sự loại bỏ váng bọt: váng bọt tích tụ trên bề mặt bể, và sự loại bỏ váng bọt là không được xử lý liên tục.
* Sự loại bỏ bùn: những cụm bùn lớn không xuất hiện trên bề mặt; sự vận hành hệ thống được thiết kế; tốc độ bơm được kiểm soát để ngăn chặn sự tích tụ bùn qua hệ thống ống bơm và chiều cao của bể được thiết kế tuỳ theo yêu cầu.
* Hiệu suất: hệ thống mong muốn loại bỏ BOD5, TSS và chất rắn có khả năng lắng.
* Duy trì hệ thống: thiết bị máy móc được duy trì phù hợp với thiết kế.
 
Để hỗ trợ cho hệ thống xử lý sơ cấp, một vài bước kiểm tra kiểm soát quá trình xử lý có thể được sử dụng cho quá trình đánh giá và kiểm soát. Những thông số cần kiểm tra bao gồm:
 
Những thông số cần kiểm tra kiểm soát quá trình
* pH: 6.5-9.0
* Oxi hòa tan: <1.0 mg/l
* Nhiệt độ: tùy thuộc vào vùng khí hậu và nguyên nhân gây sự cố.
* Hàm lượng chất rắn lắng, ml/l
– Đầu vào: 5-15 ml/l
– Đầu ra: 0.3-5 ml/l
* BOD5, mg/l                 
– Đầu vào: 150-400 mg/l
– Đầu ra: 50-150 mg/l
* TSS, mg/l     
– Đầu vào: 150-400 mg/l
– Đầu ra: 50-150 mg/l
* % chất rắn: 4-8 %
* Các chất dễ bay hơi: 40-70 %
* Kim loại nặng: tùy theo yêu cầu thiết kế
* Jartests: tùy theo yêu cầu thiết kế
 
Lưu ý: những thông số được kiểm tra dựa vào nguồn nước thải đầu vào và ra và những nguồn thải có sẵn. Tất cả nên được tiến hành trước khi đánh giá hiệu suất của hệ thống xử lý nước thải.
 
TÍNH TOÁN KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ
Như một số thiết bị trong hệ thống xử lý nước thải, một vài tính toán kiểm soát quá trình cần được thực hiện để đánh giá hiệu suất của hệ thống xử lý nước thải. Một số thông số cần tính toán trong bể lắng sơ cấp:
 
* Phần trăm các chất được loại bỏ
* Thời gian lưu thủy tĩnh
* Tốc độ tải trọng bề mặt (tốc độ lắng bề mặt)
* Tốc độ tràn của đập tràn (tốc độ tải trọng tràn)
* Tốc độ bơm bùn
* Khả năng loại bỏ BOD, SS (lb/ngày)
 
Trong những phần dưới đây, chúng tôi sẽ lấy một vài tính toán kiểm soát quá trình xử lý và những sự cố ví dụ.
 
Lưu ý: những tính toán được thể hiện trong phần này cho phép bạn xác định những giá trị của mỗi hàm. Một bể lọc được vận hành tối ưu nên có những giá trị nằm trong một khoảng mong đợi. Ví dụ, khoảng mong muốn đạt được % loại bỏ các chất của bể lọc sơ cấp là:
* Những chất rắn có khả năng lắng: 90-95 %
* Chất rắn lơ lửng: 40-60 %
* BOD5: 25-35 %
 
Thời gian lưu thủy tĩnh của bể lọc được mong muốn nằm trong khoảng từ 1 đến 3 giờ. Tốc độ lắng/tải trọng bề mặt của bể lọc mong muốn đạt được trong khoảng 600-1200 gpd/sq ft (con số gần đúng). Và tốc độ chảy tràn là 10.000 đến 20.000 gpd/ft.
 
TỐC ĐỘ TẢI TRỌNG BỀ MẶT (TỐC ĐỘ LẮNG BỀ MẶT/TỐC ĐỘ TRÀN BỀ MẶT)
 
Tốc độ tải trọng bề mặt là lượng gallons nước thải qua một đơn vị diện tích của bể mỗi ngày. Đây là thông số cần được so sánh trong điều kiện thực tế với thiết kế. Tốc độ tải trọng bề mặt thông thường trong bản thiết kế là 300 đến 1200 gal/ngày/ft2.
 
Một số định nghĩa khác thay cho tốc độ tải trọng bề mặt như:
 
* Vận tốc tràn bề mặt
 
Tốc độ vượt tràn (tốc độ tải tràn)
 
Tốc độ vượt tràn (tốc độ tải tràn) là lượng nước đi ra khỏi bể lắng tương ứng với mỗi đơn vị chiều dài đập tràn. Kết quả của sự tính toán này có thể được so sánh với bản thiết kế. Thông thường, tốc độ vượt tràn được lấy khoảng 10.000-20.000gal/ngày/ft.
Lưu ý: 10.947 gal/ngày/ft nằm trong khoảng 10.000-20.000 mà nhà thiết kế đưa ra.
 
HÀM LƯỢNG BÙN ĐƯỢC BƠM RA KHỎI BỂ LẮNG
 
Sự xác định hàm lượng bùn bơm (lượng chất rắn và chất rắn dễ bay hơi được loại bỏ từ bể lắng) cung cấp thông tin cần thiết cho quá trình kiểm soát lắng của bể lắng.
(1) Hàm lượng chất rắn được bơm ra khỏi bể lắng, lb/ngày = tốc độ bơm (gpm) x thời gian bơm (phút/ ngày) x 8.34 (lb/gal) x % chất rắn (8.3)
(2) Hàm lượng chất rắn dễ bay hơi được bơm ra khỏi bể lắng, lb/ngày = tốc độ bơm (gpm) x thời gian bơm (phút/ngày) x 8.34(lb/gal) x % chất rắn dễ bay hơi (8.4)
 
Ví dụ 8.4
 
Vấn đề
Thời giam bơm bùn là 30 phút mỗi ngày. Mỗi lần bơm là 25 gal/phút. Thí nghiệm tính toán cho thấy 5.3 % là chất rắn và 68 % là chất rắn dễ bay hơi. Có bao nhiêu chất rắn dễ bay hơi từ bể lắng tới bể tiếp nhận? Giả sử một ngày có 24 tiếng.
 
Giải
Thời gian bơm = 30 phút
Tốc độ bơm = 25 gal/phút
% chất rắn = 5.3 %
% chất rắn dễ bay hơi = 68 %
Chất rắn dễ bay hơi, lb/ngày = 25 gal/phút x 30 phút/giờ x 24 giờ/ngày x 8.34 lb/gal x 68% x 5.3 % = 5410 lb/ngày
 
PHẦN TRĂM TỔNG CHẤT RẮN (% TS)
 
 
LOẠI BỎ BOD VÀ SS, lb/ngày
 
Để tính lượng BOD hay chất rắn lơ lửng bị loại bỏ mỗi ngày, cần phải biết mg/L BOD hay SS bị loại bỏ và lưu lượng nước thải của nhà máy. Sau đó, chuyển từ đơn vị mg/L sang lb/ngày
 
Hàm lượng SS = mg/L x MGD x 8.34 lb/ngày     (8.5)
 
Ví dụ 8.6
 
Vấn đề
Giả sử có 120 mg/l chất rắn lơ lửng được loại bỏ khỏi bể lọc, vậy có bao nhiêu chất rắn lơ lửng được loại bỏ khi lưu lượng dòng chảy là 6.250.000 gpd?
 
Giải
Hàm lượng SS = 120 mg/l x 6.25 MGD x 8.34 lb/ngày = 6.255 lb/ngày
 
Ví dụ 8.7
 
Vấn đề
Lưu lượng dòng chảy trong bể lọc 2 là 1.6 MGD. Nếu nồng độ BOD đầu vào là 200 mg/l và nồng độ BOD đầu ra là 70 mg/l. Vậy có bao nhiêu BOD được loại bỏ mỗi ngày?
 
Giải
Lb/ngày BOD được loại bỏ = 200 – 70 = 130 mg/l
Sau khi tính được mg/l BOD được loại bỏ, tính lb/ngày BOD được loại bỏ:
BOD (lb/ngày) = 130 mg/l x 1.6 MGD x 8.34 lb/gal = 1.735 lb/ngày
 
PHÂN TÍCH SỰ CỐ
 
Trong xử lý sơ cấp (làm sạch cho hệ thống xử lý tiếp theo), mục đích của hệ thống vận hành này là xác định những nguyên nhân gây ra sự cố, đưa ra hướng giải quyết và ngăn chặn sự cố tái lặp. Trong những lĩnh vực khác, mục đích của hệ thống vận hành này là có thể tiến hành phân tích sự cố và giải quyết sự cố trên những đơn vị xử lý của hệ thống xử lý nước thải khi được yêu cầu và phục hồi những đơn vị xử lý tới một điều kiện vận hành tối ưu. Rõ ràng, mục đích tạm thời của việc phân tích sự cố là để giải quyết nhanh sự cố. Và mục đích lâu dài là để đảm bảo sự cố không lặp lại một lần nữa, nguyên nhân gây ra hiệu suất xử lý kém trong tương lai.
 
Trong phần này, chúng tôi sẽ nói về những nguyên nhân gây ra sự cố trong quá trình xử lý sơ cấp. Những nguyên nhân này không phải bao gồm tất cả những sự cố mà chỉ cho thấy những sự cố thường gặp nhất.
 
SỰ LOẠI BỎ KÉM NHỮNG CHẤT RẮN LƠ LỬNG (LỌC SƠ CẤP)
 
Các yếu tố ảnh hưởng:
* Sự quá tải dòng thủy tĩnh
* Bùn tích lũy trong bể, làm giảm thể tích, làm chất rắn tràn ra khỏi bể
* Hiện tượng đảo dòng quá mạnh
* Nồng độ nước thải công nghiệp
* Gió
* Nhiệt độ hiện tại
 
Bùn nổi
 
Các yếu tố ảnh hưởng
* Bùn phân hủy trong bể
* Thiết bị thu gom bị phá hủy hoặc bị bào mòn
* Bùn tuần hoàn
* Hệ thống máy bơm, ống bơm có vấn đề
* Dòng bùn thải bị tắc nghẽn trong hệ thống thải
* Sự tuần hoàn bùn hoạt tính có quá trình nitrat hóa tốt
* Có quá nhiều bể xử lý
* Vách ngăn bị phá hủy hoặc có vấn đề
 
Nồng độ bùn rắn quá thấp
 
Các yếu tố ảnh hưởng:
* Dòng thủy tĩnh quá tải
* Hệ thống bơm bùn quá tải
* Hệ thống thu gom nước thải có vấn đề
* Tải trọng chất rắn trong nguồn nước vào giảm
 
Sự phân hủy của nước thải tự hoại hoặc bùn
 
Các yếu tố ảnh hưởng:
* Thiết bị thu gom nước thải bị phá vỡ hoặc bị bào mòn
* Không loại bỏ bùn thường xuyên
* Tiền xử lý không đạt yêu cầu
* Nước cống tự hoại trong bể thu gom
* Lưu lượng dòng chảy mạnh
* Hệ thống máy bơm, ống bơm có vấn đề
* Dòng bùn thải bị tắc nghẽn trong hệ thống thải
* Những bể thu gom bùn không đủ
* Thiết bị thu gom bùn đã qua xử lý được lưu trữ trong bể tự hoại.
 
Nồng độ bùn rắn sơ cấp quá thấp
Các yếu tố ảnh hưởng:
* hydraulic overload
* bơm bùn quá nhiều (overpumping of sludge)
* hệ thống thu gom gặp sự cố
* tải trọng chất rắn đầu vào giảm
 
Nồng độ bùn rắn sơ cấp quá cao
 
Các yếu tố ảnh hưởng:
* Có quá nhiều các hạt rắn và các chất dính kết
* Hệ thống ống bơm, máy bơm có vấn đề
* Dòng bùn thải bị tắc nghẽn trong hệ thống thải
* Thời gian lưu bùn quá nhiều
Các bài viết khác: