Tách trầm tích, như một hoạt động đơn vị, từ lâu đã được sử dụng trong kiểm soát xử lý nước và là một công nghệ xử lý nước tương đối thiết thực. Để nâng cao hiệu quả tách lắng, các tấm nghiêng hoặc ống nghiêng thường được lắp đặt trong vùng lắng trong quá trình sử dụng, nhờ đó có thể áp dụng nguyên lý lớp nông, tận dụng diện tích lớn và hiệu quả tách cao. Tuy nhiên, những vấn đề phát sinh trong quá trình áp dụng hiếm khi thu hút được sự chú ý. Bài viết này tập trung phân tích các vấn đề chính xuất hiện trong quá trình ứng dụng và đề xuất các giải pháp tương ứng để tham khảo.
1. CÁC VẤN ĐỀ XUẤT HIỆN TRONG KHI ÁP DỤNG THIẾT BỊ ỐNG NGHIÊNG
Nếu sự phân bố nước ở đầu vào của thiết bị lắng ống nghiêng không đồng đều thì sẽ xảy ra nhiễu loạn nghiêm trọng trong chuyển động của chất lỏng gần đầu vào. Điều này gây ra tốc độ dòng chảy cục bộ cực cao ở đầu vào, làm cho bùn lắng đọng trước đó trên các ống nghiêng dâng lên trở lại.
Tình trạng bên trong của thiết bị lắng ống nghiêng trong quá trình hoạt động bình thường được thể hiện trên Hình 1.
Từ Hình 1, có thể thấy dòng nước và dòng bùn đều có đường đi riêng. Nếu hoạt động bình thường tiếp tục trong thời gian dài thì chuyển động của dòng bùn về cơ bản gần đạt trạng thái cân bằng động:
tại thời điểm này hiệu quả loại bỏ SS của nước thải là tốt.
Tuy nhiên, nếu sự phân bố dòng chảy ở đầu vào không đủ đồng đều thì tốc độ dòng chảy ở một số đầu vào ống trở nên quá cao, gây ra nhiễu loạn nghiêm trọng và suy giảm chất lượng nước thải.
2. PHÂN TÍCH CƠ HỌC CHẤT LỎNG CỦA VẤN ĐỀ
Trong toàn bộ quá trình không thuận lợi, chất lỏng sẽ biểu hiện tình trạng như trong Hình 2.
Nguyên nhân của hiện tượng trên được phân tích từ các khía cạnh sau.
2.1 Phân tích thủy lực trong trường hợp bất lợi
Trên thực tế, dòng nước và bùn chảy lên và xuống trong các ống nghiêng có thể được coi là hiện tượng hóa lỏng gần đúng. Giả sử v là vận tốc bề mặt của nước qua các ống, u₁ là vận tốc thực tế của nước qua các hạt bùn và ε là phần rỗng (của lớp hạt bùn). Khi đó u₁=v/ε, như trong Hình 3.
Nếu phần rỗng của chất rắn lơ lửng nhỏ thì vận tốc thực tế của nước qua lớp hạt tương đối cao. Nếu tốc độ lắng của hạt được gọi là giá trị cố định ubộ, theo lý thuyết về các giai đoạn hóa lỏng khác nhau, khi vận tốc thực tế của nước qua lớp hạt u₁=ubộ, trạng thái hóa lỏng ở giai đoạn giường cố định với phần rỗng ổn định ε. Khi bạn₁ > bạnbộ, phần rỗng ε ban đầu bị phá vỡ, làm tăng phần rỗng. Đối với thiết bị lắng ống nghiêng, điều này có nghĩa là các hạt nổi lên, làm giảm hiệu quả tách.
2.2 Phân tích tốc độ lắng khác nhau của các hạt bùn lơ lửng ở các trạng thái khác nhau
Các hạt bùn lơ lửng tồn tại ở dạng ① hạt riêng lẻ và ② cụm hạt có kích thước khác nhau (với phần rỗng ε'). Theo công thức vận tốc lắng cho từng hạt riêng lẻ trong vùng định luật Stokes:
Đối với vận tốc lắng của các cụm hạt, theo quan hệ thực nghiệm của Steinour:
Ở đâu:
vt, nhóm- vận tốc lắng của cụm hạt, m/s;
t - thời gian giải quyết, s;
g - gia tốc trọng trường, m/s²;
ρs, ρL- mật độ hạt và chất lỏng, kg/m³;
Dp- đường kính hạt, m;
μ - hệ số nhớt động lực, kg/(m·s);
ε - phần vô hiệu.
Vì 0 < ε 2 < 1 và 0 < 10-1.82(1-ε)< 1 thì suy ra ε·10-1.82(1-ε)< 1, do đó vt, nhóm< vt.
Theo lý thuyết lắng đọng và chứng minh trên, sau khi lơ lửng lại, các cụm hạt ít có khả năng lắng xuống, tức là dễ bị dòng nước cuốn đi, làm giảm hiệu quả lắng đọng.
2.3 Đặc tính dòng chảy ở trạng thái không thuận lợi
Khi xảy ra tình huống bất lợi như trên Hình 2, nhìn xuống mặt nước của bể lắng sẽ thấy sự phân bố dòng chảy như Hình 4.
Như thể hiện trong Hình 4, ba vùng xuất hiện trên mặt nước: ① vùng tương đối yên tĩnh, ② vùng chuyển tiếp và ③ vùng nhiễu loạn nghiêm trọng. Ở vùng nhiễu động nghiêm trọng, trong trường hợp nghiêm trọng, mặt nước thậm chí có thể phình ra thành những vòng cung cong nhỏ. Nồng độ SS ở đây cực kỳ cao, gần như ngang bằng với nước vào.
2.4 Kết quả kiểm tra tại chỗ-sau khi chỉnh sửa dựa trên phân tích ở trên
Tại một dự án xử lý nước thải nọ, do vấn đề trên nên nước thải khá đục. Sau khi phân tích thủy lực và hiệu chỉnh kỹ thuật để phân phối nước đồng đều, hiện tượng bông nổi không còn xuất hiện trong nước thải nữa. Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 1.
Bảng 1 Kết quả xét nghiệm CODcr của nước thải từ một nhà máy
| Lô mẫu nước | CODcr/(mg·L⁻¹) ảnh hưởng | CODcr/(mg·L⁻¹) nước thải | Tỷ lệ loại bỏ/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
Từ Bảng 1, có thể thấy rằng sau khi hiệu chỉnh và phân phối nước đồng đều, tốc độ loại bỏ CODcr đạt mức tương đối cao.
3. MỘT SỐ ĐIỂM CẦN LƯU Ý ĐỐI VỚI MÁY LẮP ĐẶT ỐNG NGHIÊNG
3.1 Phân tích các hạt khác nhau
Đối với các hạt khác nhau, chẳng hạn như lắng cát, lắng cặn keo tụ của nước thải in và nhuộm, và lắng cặn bùn than, do sự khác biệt về mật độ hạt, hình dạng và tỷ lệ rỗng nên có sự khác biệt về quá trình lắng. Các hạt cát có mật độ tương đối cao và kích thước nhỏ nên lắng xuống nhanh. Các bông cặn từ nước thải in, nhuộm có mật độ tương đối thấp, gần nước, hình dạng lớn, hệ số rỗng cao nên lắng chậm. Bùn than rơi vào giữa hai người. Vì vậy, đối với quá trình lắng cát, ảnh hưởng của biến động dòng chảy tương đối nhỏ, trong khi đối với nước thải in và nhuộm, ảnh hưởng của biến động dòng chảy tương đối lớn. Vì vậy, các hạt khác nhau có yêu cầu khác nhau về phân phối dòng chảy. Đối với nước thải in và nhuộm, sự phân bố dòng chảy ở đầu vào phải tương đối đồng đều.
3.2 Máy lắng ống nghiêng yêu cầu phân phối nước đồng đều hơn
Do các ống nghiêng (thường có đường kính 35 mm, đường kính 50 mm) được đặt trong bể lắng nên khi phân bố thủy lực dưới các ống không đồng đều, do ν=Q/A, tốc độ dòng chảy trở nên quá cao trong một số ống, khiến các khối bông tăng lên, dẫn đến chất lượng nước thải thậm chí còn tệ hơn so với khi không có ống. Vì vậy, sự phân bố nước trong bể lắng ống nghiêng phải đồng đều hơn so với bể lắng thông thường.
3.3 Hướng lắp đặt ống nghiêng phải ngược với hướng dòng vào
Quá trình nước đi vào thiết bị lắng từ đường ống dẫn vào liên quan đến việc mở rộng đột ngột mặt cắt ngang của dòng chảy. Do đó, dòng chảy trải qua một sự thay đổi ngắn gọn. Để tránh sự thay đổi này, hướng lắp đặt của các ống nghiêng phải ngược với hướng dòng vào. Điều này có thể giảm thiểu tác động của sự thay đổi đột ngột của dòng chảy đến hiệu quả lắng của các khối.