Cách giảm độ đục của thiết bị lắng ống nghiêng: 4 nâng cấp phần cứng + 6 Phương pháp vận hành từ nhà máy 40.000 m³/d

Khi tiêu chuẩn nước uống mới GB5749-2006 của Trung Quốc có hiệu lực, giới hạn độ đục tại vòi của người tiêu dùng đã giảm từ3 NTU đến 1 NTU. Đối với một nhà máy nước được xây dựng vào những năm 1980 với thiết bị lắng ống nghiêng, điều đó có nghĩa là nước lắng - cung cấp cho các bộ lọc - phải sạch hơn đáng kể. Bởi vì độ đục của nước lắng sẽ dẫn đến độ đục của nước lọc, và độ đục của nước lọc về cơ bản là độ đục của nước đã hoàn thành. Một nhà máy 40.000 m³/ngày ở Huệ Châu đã chấp nhận thử thách. Bài viết này trình bày chính xác những gì họ đã thay đổi - nâng cấp phần cứng và sáu phương pháp vận hành đã cùng nhau đưa độ đục của nước lắng xuống mức yêu cầu của tiêu chuẩn mới.

TẠI SAO NƯỚC LẮP ĐỤC LÀ ĐIỂM KIỂM SOÁT

Trong một nhà máy xử lý nước thông thường, việc giảm độ đục xảy ra theo ba giai đoạn liên tiếp: bể lắng loại bỏ80–90%của chất rắn lơ lửng và chất keo; các bộ lọc đánh bóng những gì còn lại; và nước thành phẩm đến hệ thống phân phối. Mối quan hệ giữa các giai đoạn không độc lập - nó xếp tầng:

Độ đục của nước lắng ↑ → Độ đục của nước sau lọc ↑ → Độ đục của nước thành phẩm ↑

Nếu độ đục của nước lắng cao thì bộ lọc phải làm việc nhiều hơn. Nếu nó tăng đột biến, các bộ lọc sẽ yêu cầu rửa ngược cưỡng bức để duy trì tuân thủ. Và với giới hạn 1 NTU của tiêu chuẩn mới tại vòi - cộng với thực tế là sự ăn mòn đường ống và ô nhiễm nguồn cung cấp thứ cấp làm tăng thêm độ đục trong hệ thống phân phối -nước thành phẩm ra khỏi nhà máy phải dưới 1 NTU. Điều đó đặt gánh nặng trực tiếp lên giai đoạn lắng đọng. Bạn không thể lọc theo cách của mình để thoát khỏi tình trạng ổn định kém.

Đây không chỉ là vấn đề tuân thủ. Giảm độ đục cũng làm giảm vi sinh vật, làm giảm nồng độ của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và bán bay hơi (và hoạt động gây đột biến của chúng) và là cơ chế loại bỏ chính đối vớiCryptosporidium và Giardia- Các mầm bệnh đơn bào mà chỉ khử trùng bằng clo không thể vô hiệu hóa một cách đáng tin cậy.

I. NHÀ MÁY - VÀ TẠI SAO ỐNG NGHIÊNG CẦN GIÚP ĐỠ

Nhà máy nước Qiaodong của Công ty cấp nước tổng hợp Huệ Châu được thiết kế vào giữa những năm 1980 với công suất40.000 m³/ngày mỗi pha. Quá trình này là thông thường nhưng chắc chắn: đông tụ → lắng ống nghiêng → lọc trọng lực nhanh → khử trùng. Chất lượng nước thô trong thời gian nghiên cứu (tháng 1 năm 2005–tháng 4 năm 2007) trung bình:

Các thiết bị lắng ống nghiêng, mặc dù có hiệu quả trong việc nhân diện tích và ổn định dòng chảy tầng, nhưng lại có một hạn chế về cấu trúc cố hữu:thời gian lưu ngắn và khoảng cách lắng giảm khiến chúng kém ổn định hơn so với bể thông thường khi chất lượng nước thô hoặc tốc độ dòng chảy thay đổi. Chiều cao vùng phân phối là 1,8 m, vùng nước trong 1,1 m, tổng thời gian lưu là 33 phút và thời gian lưu ống chỉ là 7 phút. Khi dòng chảy dâng cao hoặc độ đục của nước thô tăng đột biến, có rất ít bộ đệm thủy lực. Nhà máy cần nâng cấp phần cứng và kỷ luật vận hành để đáp ứng tiêu chuẩn độ đục mới.

II. BỐN NÂNG CẤP PHẦN CỨNG

1. Khử clo trước nước thô

Clo được thêm vào nước thô trước khi đông tụ. Điều này phục vụ hai chức năng: oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ (phá vỡ các cấu trúc có thể chống lại sự đông tụ) vàsự mất ổn định của chất keo- clo loại bỏ lớp phủ hữu cơ khỏi bề mặt hạt keo, làm giảm điện tích âm và lực đẩy hai lớp điện giúp phân tán các hạt. Kết quả là các hạt va chạm và kết tụ dễ dàng hơn khi thêm chất keo tụ. Tiền clo hóa hoạt động như một chất hỗ trợ đông máu tích hợp.

2. Máy trộn nội tuyến để tiếp xúc hóa chất nhanh chóng, đồng đều

Trộn là nền tảng của quá trình keo tụ - nếu chất keo tụ và nước thô không được trộn đều trong vài giây thì thời gian keo tụ sẽ không bù đắp được. Nhà máy đã lắp đặt mộtmáy trộn nội tuyến: một ống khử bên trong đường ống dẫn nước thô tạo ra sự thay đổi vận tốc mạnh và áp suất âm cục bộ. Tổn thất đầu khoảng 0,3 m. Theo quy trình thiết kế, thời gian trộn là10–20 giâyvà sự nhiễu loạn được tạo ra bên trong máy trộn đảm bảo chất keo tụ tiếp xúc với mọi thành phần thể tích của nước thô. Máy trộn đã thay thế việc trộn cơ học kém tin cậy hơn bằng thiết bị thủy lực thụ động không có bộ phận chuyển động.

3. Bể keo tụ dạng lưới - 27 lớp tiêu tán năng lượng được kiểm soát

Bể keo tụ xoáy đục lỗ hiện có đã được chuyển đổi thành bể keo tụbể keo tụ dạng lướibằng cách lắp đặt 27 lớp lưới. Khi nước chảy qua từng lớp lưới, nó liên tục co lại và giãn nở - tạo ra các gradient vận tốc được kiểm soát khiến các hạt tiếp xúc, va chạm và kết tụ. Kết quả là các khối đượclớn, dày đặc và chống cắtvào thời điểm chúng đến được đầu vào của bộ lắng ống. Một ống bùn đục lỗ DN100 (dài 3,6 m, lỗ chéo 30 mm) được lắp thêm ở phía dưới, có nước áp lực cao nối vào đầu ra để rửa ngược khi lỗ bị tắc. Vùng đệm sử dụng siphon cố định để xả bùn, được điều khiển bằng van điện từ từ phòng điều khiển trung tâm.

4. Máng thu gom kiểu ngón tay để rút nước thải đồng đều

Việc thu gom không đồng đều từ vùng nước trong sẽ tạo ra hiện tượng đoản mạch - một số nước tiêu tốn ít thời gian hơn trong các ống so với thiết kế giả định và mang các bông cặn chưa lắng vào dòng nước thải. Nhà máy đã thay thế các lỗ thu hình vuông ban đầu bằngmười máng bằng thép không gỉ kiểu ngón tayphân bố đều khắp vùng nước trong. Độ cao trung tâm của tất cả các lỗ thu được đặt ở cùng một mặt phẳng nằm ngang. Sự thay đổi duy nhất này đã làm giảm cả sự khác biệt về độ đục giữa mặt trước và mặt sau của vùng thu gom cũng như khoảng cách giữa độ đục của nước trong và độ đục bên trong các máng riêng lẻ.

III. SÁU PHƯƠNG PHÁP HOẠT ĐỘNG KHÓA ĐỘ ĐÓNG THẤP

Sau khi nâng cấp phần cứng, thỉnh thoảng vẫn xuất hiện các vấn đề: các hạt bông mịn trong nước thải, độ đục của nước lắng không ổn định và bông cặn nổi lên ở đầu xa của bể. Những điều này gây ra tải bộ lọc cao và buộc phải rửa ngược. Sáu phương pháp hoạt động đã được hệ thống hóa để loại bỏ chúng.

Phương pháp 1 - Vận hành máy trộn nội tuyến ở mức tải thiết kế

Máy trộn nội tuyến sử dụng tốc độ dòng chảy - không phải năng lượng cơ học - để tạo ra dòng chảy hỗn loạn. Mất đầu thay đổi theobình phương tốc độ dòng chảy. Ở dòng thiết kế, sự pha trộn diễn ra mạnh mẽ và hoàn chỉnh. Ở lưu lượng thấp, tổn thất áp suất giảm mạnh và hiệu quả trộn giảm. Khi nhà máy phải giảm sản lượng, thay vì điều tiết một máy trộn hoạt động ở mức tải một phần, chiến lược là chạy ít chuỗi xử lý hơn ở mức đầy tải. Máy trộn nên ở trong phạm vi thiết kế của nó bất cứ khi nào có thể.

Phương pháp 2 - định lượng chất đông máu được kiểm soát bằng SCD

Ban đầu, nhà máy kiểm soát liều lượng chất đông tụ theo cách thủ công - người vận hành đã thêm hóa chất dựa trên kinh nghiệm và điều chỉnh sau khi thấy kết quả. Nhưng một nhà máy xử lý nước lại hoạt động liên tục và năng động; Vào thời điểm người vận hành nhìn thấy tác dụng của việc thay đổi liều lượng, nước nhận sai liều lượng đã đi qua bể lắng và đến các bộ lọc.

Nhà máy đã thông quaSCD (Máy dò dòng điện trực tuyến)điều khiển. SCD là một công cụ trực tuyến đo trực tiếp tác động của việc bổ sung chất keo tụ - không phải tốc độ dòng chảy hay độ đục mà là dòng điện thực tế phản ánh sự trung hòa điện tích keo. Nó so sánh giá trị được phát hiện với điểm đặt và thông qua mô hình toán học, tự động điều chỉnh bơm định lượng. Vòng lặp khép kín: đo → so sánh → điều chỉnh → đo.Liều chất keo tụ theo dõi sự thay đổi của nước thô trong thời gian thực, không phải trong 30–60 phút mà người vận hành phải chú ý và phản ứng.

Phương pháp 3 - Vận tốc đầu vào bể lắng thấp

Sau khi keo tụ, nước đi vào vùng đệm ở0.096 m/s, sau đó đi chậm hơn qua một bức tường đục lỗ vào vùng phân phối. Mục đích của việc giảm vận tốc theo giai đoạn này là để duy trì tính toàn vẹn của khối. Các bông cặn còn sót lại trong bể keo tụ vẫn có thể bị tách ra bởi sự thay đổi vận tốc đột ngột ở đầu vào của thiết bị lắng. Giữ tốc độ đầu vào thấp - và đảm bảo thành đục lỗ phân phối dòng chảy đều dọc theo chiều rộng bể - ngăn ngừa hiện tượng vỡ bông ở thời điểm cuối cùng có thể trước khi lắng.

Phương pháp 4 - Xả bùn kịp thời, bao gồm cả vùng chết

Các thiết bị lắng ống nghiêng vốn có các vùng chết xả bùn - bùn tích tụ nhiều ở phía xa ống xả hơn là ở phía gần. Giám sát đã xác nhận rằngĐộ đục của nước trong thấp hơn ở phía gần ống đứng. Khi bùn tích tụ trong vùng tích tụ, dòng chảy đi lên có thể quét lớp bùn đáy và nâng các khối trở lại trạng thái lơ lửng. Khi bùn tích tụ bên trong các ống, mặt cắt dòng chảy giảm sẽ làm tăng vận tốc cục bộ và dòng chảy nhanh hơn sẽ nâng các khối đang lắng hoặc đã lắng lên. Cả hai cơ chế đều làm tăng độ đục của nước thải.

Giải pháp có hai mặt:Xả bùn thường xuyên từ vùng tích tụ và làm sạch bề mặt ống định kỳ. Bùn trong bể keo tụ và vùng đệm cũng phải được loại bỏ - những cặn này cung cấp liên tục các mảnh bông bùn cũ, vỡ vào thiết bị lắng.

Phương pháp 5 - Mở rộng bộ thu bùn siphon ở cuối bể

Nhà máy sử dụng thiết bị thu bùn cơ học kiểu siphon được điều khiển tự động. Trong quá trình hoạt động, bộ thu gom đượccố tình làm chậm ở cả hai đầutrong khoảng di chuyển của nó và thời gian dừng ở các đầu được kéo dài để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn bùn khỏi các khu vực tích tụ nhiều nhất. Khi độ đục nước đầu vào cao, van xả đáy bể được mở đồng thời với quá trình thu bùn cơ học để xả nước bùn đáy. Máy bơm chìm được lên kế hoạch lắp đặt tại các khu vực trọng điểm để cung cấp dịch vụ xả bùn phụ trợ.

Phương pháp 6 - Tăng cường kỷ luật hoạt động và phối hợp ở cấp hệ thống

Nhà máy này hoạt động như một bộ điều chỉnh lưu lượng và áp suất cho toàn bộ hệ thống cấp nước của thành phố, dùng chung máy bơm và đường ống dẫn nước thô với các nhà máy khác. Khi trạm bơm nạp chuyển đổi giữa máy bơm lớn và nhỏ, hoặc khi nhà máy khác mở hoặc đóng van nạp, lưu lượng và áp suất đến nhà máy này thay đổi đột ngột. Các điều kiện thủy lực trong quá trình dịch chuyển nước thô. Liều lượng chất đông máu - ngay cả khi kiểm soát SCD - có độ trễ phản ứng. Chỉ với tổng thời gian lưu trong bể lắng là 33 phút, sự thay đổi dòng chảy đột ngột có thể đẩy nước chưa lắng vào bộ lọc trước khi hệ thống định lượng thích ứng.

Biện pháp đối phó làphối hợp cấp hệ thống. Điều phối viên trung tâm, nhận thức được độ nhạy đặc biệt của nhà máy này, điều phối các thay đổi máy bơm và vận hành van trên nhiều nhà máy và trạm nạp đểgiảm thiểu cường độ và tần suất dao động dòng chảy và áp suất. Trên sàn nhà máy, một hệ thống tuần tra có cấu trúc đảm bảo rằng người vận hành thường xuyên quan sát sự hình thành khối trước và sau bức tường đục lỗ cũng như sự tích tụ bùn trong khu vực lắng. Đào tạo - cố vấn, phát triển kỹ năng tại chỗ - xây dựng khả năng đánh giá các điều kiện thời gian thực và can thiệp trước khi một sai lệch nhỏ trở thành một sai lệch do độ đục.

CÁC BIẾN CÓ THỂ ĐIỀU KHIỂN - TÓM TẮT

Cái nhìn sâu sắc cốt lõi

Thời gian lưu giữ ngắn của máy lắng ống nghiêng tổng cộng là - 33 phút, 7 phút trong ống - vừa là ưu điểm của nó (nhỏ gọn, chi phí thấp) vừa là điểm yếu của nó (đệm thủy lực hẹp). Khi mọi thứ ở thượng nguồn được tối ưu hóa - khi quá trình trộn diễn ra mạnh mẽ và nhanh chóng, khi liều lượng chất keo tụ theo dõi chất lượng nước theo thời gian thực, khi các hạt keo tụ đi vào ống lớn và có khả năng chống cắt, khi bùn được thải ra trước khi tích tụ và khi dòng chảy thay đổi bị giảm bớt nhờ sự phối hợp ở cấp độ hệ thống - thiết bị lắng sẽ cung cấp độ đục của nước lắng đủ thấp để các bộ lọc có thể thực hiện công việc của mình mà không bị căng thẳng. Bỏ lỡ bất kỳ điều nào trong số này và số độ đục ở đầu vào bộ lọc sẽ nói lên câu chuyện.

Kinh nghiệm của nhà máy Huệ Châu chứng minh rằng có thể đạt được nước thành phẩm cấp 1 NTU từ thiết bị lắng ống nghiêng cổ điển những năm 1980 - nhưng nó đòi hỏi phải xử lý thiết bị lắng không phải như một thiết bị biệt lập mà là đầu cuối của chuỗi bắt đầu bằng clo hóa nước thô và kết thúc tại máng thu gom. Mỗi mắt xích trong chuỗi đó đều là một điểm kiểm soát.