Tích tụ bùn trong thiết bị lắng ống nghiêng: Nguyên nhân cốt lõi và giải pháp trang bị thêm giúp cắt giảm 50% tần suất làm sạch

Một nhà máy xử lý nước đang xả và làm sạch bể lắng mỗi tuần một lần - hai nhân viên tận tâm, 15.360 m³ nước mỗi lần rửa và hóa đơn nước hàng năm lên tới 900.000 RMB - tất cả là do bùn kết tụ liên tục làm tắc nghẽn các thiết bị lắng ống nghiêng. Nghiên cứu trường hợp kỹ thuật này cho thấy cách phân tích nguyên nhân gốc rễ có hệ thống và trang bị thêm thủy lực có mục tiêu giúp giảm hơn một nửa tần suất làm sạch và tiết kiệm hơn 200.000 RMB mỗi năm.

Máy lắng ống nghiêng (lamella) là một trong những công nghệ làm rõ tốc độ cao hiệu quả nhất về mặt chi phí trong xử lý nước, nhân lên diện tích lắng hiệu quả trong một diện tích nhỏ gọn. Nhưng hiệu suất của chúng phụ thuộc vào thủy lực mà người vận hành hiếm khi nhìn thấy. Khi mô hình dòng chảy không đúng, các ống sẽ trở thành một cái bẫy cho các khối kết dính nhẹ, thay vì một đường trượt cho bùn lắng. Bài viết này ghi lại một lỗi trong thực tế, bảy nguyên nhân góp phần được phát hiện trong quá trình điều tra và các sửa đổi đã khôi phục hoạt động đáng tin cậy, ít cần bảo trì.

Tổng quan về vấn đề: Tắt xe tăng hàng tuần

Trong năm đầu tiên vận hành, sự tích tụ bùn kết tụ nghiêm trọng xuất hiện ở bề mặt trên của các ống nghiêng. Chỉ sau3–5 ngàyKhi vận hành, toàn bộ bề mặt ống bị bao phủ bởi một lớp bùn dày. Sự tích lũy tồi tệ nhất xảy ra vàomặt tiền 10mcủa bể lắng, nơi bùn có độ dốc lớn: hơnMặt trước dày 1,0m, thuôn nhọn còn 30–50 cm ở phía sau.

Điều quan trọng là bùn tích tụ vẫn lơ lửng chứ không lắng xuống - hoàn toàn trái ngược với những gì thiết bị lắng được thiết kế để làm. Nhà máy buộc phải đóng cửa và làm sạch các bể chứa ít nhất một lần mỗi tuần, với hai nhân viên tận tâm được giao nhiệm vụ này một mình. Ngoài chi phí nhân công, mỗi chu trình làm sạch còn tiêu tốn 15.360 m³ nước với mức giá 0,78 RMB/m³, một khoản chi phí và mối lo ngại về môi trường ngày càng tăng lên hàng tuần.

Bảy nguyên nhân gốc rễ của sự tích tụ bùn

Một cuộc điều tra toàn diện đã xác định được bảy yếu tố góp phần. Chúng thuộc ba nhóm: chất lượng nước thượng nguồn tạo ra các khối khó lắng, các sai sót trong thiết kế thủy lực làm biến dạng dòng chảy và phá vỡ các khối, và hệ thống xả bùn không thể theo kịp. Hiểu rõ từng cơ chế là điều cần thiết, bởi vì giải pháp cho một nguyên nhân có thể vô ích - hoặc có hại - nếu áp dụng cho nguyên nhân khác.

Đặc tính nước thô

Nước nguồn có đặc điểm là độ đục thấp, hàm lượng tảo cao, chất hữu cơ cao và nồng độ hạt thấp. Những điều kiện này tạo ra sự keo tụ kém: các hạt bông nhỏ, lỏng lẻo và nhẹ, không đủ mật độ để lắng một cách hiệu quả. Kết quả là, các hạt cặn có xu hướng tích tụ trên bề mặt ống nghiêng thay vì trượt xuống, dần dần làm tắc nghẽn các kênh ống vốn lẽ ra vẫn thông thoáng để dòng chảy đi lên.

Phân phối đầu vào và ổn định dòng chảy

Bể lắng dài 33,9 m và rộng 9,8 m, nước phân bố dọc theo chiều rộng của lưu vực - một mô hình không lý tưởng, tạo ra dòng chảy không đều và làm giảm hiệu quả lắng đọng. Thiết kế tiêu chuẩn yêu cầu chiều cao vùng phân phối ít nhất là1.5 mđể đảm bảo phân phối dòng chảy đồng đều và phù hợp với việc tiếp cận lắp đặt và bảo trì. Chiều cao phân phối thực tế chỉ1.4 m, hoàn toàn không có chỉnh lưu đầu vào, làm ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất lắng cặn ngay từ ngày đầu vận hành.

Dòng chảy chéo, lỗ rửa và tắc nghẽn hỗ trợ

Việc không có vách ngăn giữa hai bể lắng tạo ra dòng chảy rối ở đới trung gian. Các khối bông đã phát triển đến kích thước có thể lắng được sẽ có xu hướng bị vỡ dưới lực cắt của dòng chảy chéo này, làm mất tác dụng của giai đoạn keo tụ. Ở hạ lưu, số lượng lỗ thu gom trong hệ thống rửa nước thải vượt quá yêu cầu lý thuyết bởi38.3%, điều này ảnh hưởng tiêu cực đến tốc độ dòng chảy đi lên đồng đều. Trong kết cấu đỡ ống, khối dầm chữ I rộng khoảng 12 cm12%của các lỗ vào ống, tăng tốc độ dòng chảy đi lên thực tế từ giá trị thiết kế là 1,5 mm/s lên1,78 mm/s- trên phạm vi khuyến nghị để tách chất rắn ổn định và bùn trượt trong ống.

Xả bùn không đủ

Cuối cùng, hệ thống xả bùn dạng ống đục lỗ không thể loại bỏ hoàn toàn bùn, đặc biệt ở các đầu xa, nơi bùn tích tụ nhiều. Mặc dù chu kỳ xả cứ sau 4 giờ, bùn dư vẫn tồn tại và tiếp tục ảnh hưởng đến hiệu suất lắng, tạo ra một chu trình tích tụ tự tăng cường.

Sửa đổi kỹ thuật có mục tiêu

Thay vì thay thế những người định cư, nhóm kỹ thuật đã thực hiện năm sửa đổi có mục tiêu nhằm giải quyết trực tiếp các nguyên nhân gốc rễ đã được xác định. Nguyên tắc hướng dẫn rất đơn giản: sửa chữa hệ thống thủy lực trước, sau đó tối ưu hóa hóa học và chỉ sau đó mới xem xét can thiệp cơ học.

• Tấm phân phối chỉnh lưu đệmđược lắp đặt tại vùng chuyển tiếp đầu vào của thiết bị lắng ống nghiêng. Mỗi tấm làdày 10cm, có kích thước để trải đều dòng chảy đến trên toàn bộ chiều rộng lưu vực và loại bỏ hiện tượng đoản mạch đang đổ các khối bông trực tiếp lên bề mặt ống.
• Vách ngăn có chiều cao đầy đủ(từ đáy lưu vực đến đỉnh) được thêm vào giữa hai lưu vực lắng riêng lẻ để loại bỏ nhiễu loạn dòng chảy chéo và bảo vệ các khối keo tụ có thể lắng được khỏi bị vỡ do cắt.
• Tấm nghiêng ở đáy cửa vào, với các phần hình tam giác được lấp đầy bằng bê tông, để làm trơn tru quá trình chuyển đổi dòng chảy vào vùng ống.
• Loại bỏ phễu bùn ngăn đầu tiên, đang tạo ra vùng chết và cản trở mô hình dòng chảy mới.
• Loại bỏ ống bùn đục lỗ ngăn thứ nhất, loại bỏ hiện tượng rút nước cục bộ khiến nước chảy qua lưu vực không đều.

Kết quả hoạt động sau khi sửa đổi

Những sửa đổi đã tạo ra những cải tiến đáng kể trong hoạt động của dòng chảy. Mô hình dòng chảy tại khu vực cửa vào trở nên ổn định đáng kể và hiện tượng nổi bùn quy mô lớn đã được loại bỏ. Sự tích tụ bùn trên các ống nghiêng hiện nay đòi hỏi15–26 ngàytrở nên đáng chú ý - một sự cải thiện đáng kể so với 3–5 ngày trước đó. Lớp bùn tích tụ mỏng hơn đáng kể và phân bố đồng đều, loại bỏ độ dốc từ trước ra sau gây khó khăn cho lưu vực.

Tần suất làm sạch đã giảm hơn50%, từ một lần mỗi tuần đến 15–26 ngày một lần. Lợi ích kinh tế được tóm tắt trong Bảng 2.

Bảng 2: Phân tích lợi ích kinh tế. Trước khi sửa đổi, nhà máy được vệ sinh mỗi tuần một lần (4–6 lần/tháng); sau khi sửa đổi, cứ 15–26 ngày lại làm sạch một lần (1–2 lần/tháng). Tiết kiệm chi phí nước hàng năm ít nhất là 200.000 RMB.

Ngoài ra còn có sự cải thiện đáng kể về môi trường và nơi làm việc. Bùn tích tụ, giàu hàm lượng tảo, trước đây chuyển sang màu đen và phát ra mùi hôi nồng nặc trong quá trình làm sạch. Việc giảm đáng kể tần suất làm sạch đã cải thiện đáng kể môi trường làm việc cho người vận hành nhà máy và giảm lượng nước thải làm sạch có nồng độ cao cần xử lý.

Nỗ lực tối ưu hóa hơn nữa

Để đẩy giới hạn hiệu suất đi xa hơn, hai phương pháp bổ sung đã được khám phá. Đầu tiên, sau khi lắp đặt các tấm chỉnh lưu đệm, nhà máy bổ sung thêmChất hỗ trợ đông máu hỗn hợp XS-III (10 mg/L)VàPAM (0,1 mg/L). Điều này kéo dài thời gian cần thiết để phủ bông trên bề mặt ống nghiêng từ 7 ngày (Bể 3) lên19 ngày (Bể 4), chứng tỏ sự cải thiện đáng kể trong việc kiểm soát tích tụ bùn thông qua việc tăng cường mật độ khối và khả năng lắng.

Thứ hai, một cầu cạo bùn cơ học được chế tạo theo yêu cầu riêng đã được lắp đặt trên bề mặt ống nghiêng, được gắn các lưỡi cao su để tránh làm hỏng ống. Cạo hàng ngày - tăng lên 2–3 lần mỗi ngày khi chất lượng nước kém - hầu như loại bỏ nhu cầu làm sạch bể. Lưu ý chính: bùn đã được cạo phải được ngăn không cho nổi lên trên và đi vào bộ lọc, điều này đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận chu trình cạo và thủy lực của bể.

Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu trường hợp kỹ thuật này đưa ra bốn bài học có thể áp dụng cho việc thiết kế và vận hành thiết bị định vị ống nghiêng:

• Ổn định dòng chảy đầu vào là rất quan trọng.Việc lắp đặt các tấm phân phối chỉnh lưu đệm giúp cải thiện hiệu quả mô hình dòng chảy vào, làm chậm đáng kể sự tích tụ bùn và giảm tần suất làm sạch hơn 50%, mang lại lợi ích kinh tế đáng kể.
• Tối ưu hóa hóa học mang lại lợi ích bổ sung.Việc bổ sung chất hỗ trợ đông tụ hỗn hợp XS-III và PAM có thể kéo dài hơn nữa khoảng thời gian giữa các chu trình làm sạch và cải thiện chất lượng nước thải.
• Cạo cơ học là một biện pháp giảm nhẹ hiệu quả.Cầu cạo cơ học loại bỏ bùn tích tụ một cách hiệu quả, nhưng nó xử lý triệu chứng chứ không phải nguyên nhân gốc rễ và bổ sung thêm các bộ phận chuyển động để bảo trì.
• Đánh giá thiết kế toàn diện giúp ngăn ngừa các vấn đề vận hành.Nhiều nguyên nhân gốc rễ đã được xác định - chiều cao phân bố không đủ, cản trở dầm chữ I, lỗ rửa quá mức, xả bùn không đủ - xuất phát từ những sơ suất trong thiết kế mà lẽ ra có thể tránh được thông qua việc xem xét kết cấu và thủy lực toàn diện trong giai đoạn thiết kế.

Đối với các nhà máy xử lý nước và các công ty kỹ thuật đang giải quyết các vấn đề về hiệu suất của thiết bị lắng ống nghiêng, trường hợp này cung cấp một phương pháp đã được chứng minh để chẩn đoán các vấn đề tích tụ bùn và thực hiện các giải pháp hiệu quả về mặt chi phí. Trình tự quan trọng: trước tiên ổn định thủy lực, thứ hai là tối ưu hóa hóa học đông tụ và dự trữ chất cạo cơ học làm mạng lưới an toàn.