Bài Giảng Xử Lý Nước Thải Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải

Bộ môn Công nghệ Môi trường – Khoa Môi trường
CHƯƠNG 1. CÁC BƯỚC LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1.1. Tổng quan về nước thải và công nghệ xử lý nước thải
1.1. 1. Nhận dạng chất thải trong môi trường nước
“Nước thải là chất thải lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con
người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng”. Thơng thường nước thải
được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng. Đó cũng chính là cơ sở cho
việc lựa chọn các biện pháp hoăc công nghệ xử lý.
Nước tự nhiên là nước được hình thành cả về số lượng và chất lượng dưới
ảnh hưởng của các quá trình tự nhiên, khơng có tác động của con người. Do tác
động của con người, nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau dẫn đến
kết quả là làm ảnh hưởng đến chất lượng của nó.
Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước do ảnh hưởng bởi các hoạt
động của con người bao gồm:
- Thay đổi giá trị pH của nước ngọt do ơ nhiễm bởi H 2SO4, HNO3 từ khí
-

quyển và nước thải công nghiệp, tăng hàm lượng SO42- và NO3- trong nước.
Tăng hàm lượng các ion Ca, Mg, Si…trong nước ngầm và nước sơng do

-

mưa hồ tan, phong hố các quặng cacbonat. Khi hàm lượng của các ion
này vượt quá mức theo tiêu chuẩn cho phép của chất lượng nước sử dụng
thì được xếp vào hạng mục chất ơ nhiễm. Nước ngầm thường có hàm
lượng các ion khống hố cao hơn so với nước mặt do nằm dưới lòng đất
nên sự tích tụ các chất khống từ đất, đá khi nó đi qua.
Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên, trước hết là

-

Pb, Cd, Hg, As, Zn và các anion PO43-, NO3-, NO2-…
Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi

-

vào mơi trường nước cùng nước thải, từ khí quyển và từ chất thải rắn.
Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ, trước hết là các chất hữu cơ khó

-

phân huỷ sinh học (các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu…).
Giảm nồng độ oxy hoà tan trong nước tự nhiên do các q trình oxy hố

-

liên quan đến q trình phì dưỡng (eutrophication) các nguồn chứa nước
và khống hoá các hợp chất hữu cơ.
Giảm độ trong của nước. Tăng khả năng của ô nhiễm nước tự nhiên do các
nguyên tố phóng xạ.

1


Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà
-

Làm gia tăng giá trị nhiệt độ của nước. Nhiệt độ của nước tăng có thể tác

động tiêu cực đến hệ sinh thái, hàm lượng ơxy hồ tan trong nước giảm khi
nhiệt độ tăng, điều này ảnh hưởng đến các động vật thuỷ sinh và đặc tính

tự làm sạch của nước.
Các chỉ tiêu trong cấp nước: độ pH, độ trong, độ cứng, hàm lượng sắt, mangan và
các chỉ số E.Coli.
Các tính chất đặc trưng của nước thải: giá trị pH, hàm lượng chất rắn, nhu
cầu ơxy sinh hố BOD, nhu cầu ơxy hố học COD, các dạng nitơ, phốtpho, dầu
mỡ, mùi, màu, các kim loại nặng trong nước thải công nghiệp...
1.1.2. Các chất gây ô nhiễm nước.
Nước thải bị ô nhiễm bởi các chất khác nhau. Tổ chức y tế thế giới (WHO)
hướng dẫn phân loại các chất ơ nhiễm nước hố học như sau:
- Các chất hữu cơ không bền sinh học.
- Các muối vơ cơ ít độc.
- Các sản phẩm dầu mỏ.
- Các hợp chất gen sinh học.
- Các chất độc đặc biệt bao gồm các kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ
tổng hợp không phân huỷ sinh học.
Các thành phần quan trọng của nước thải liên quan đến công nghệ xử lý
Thành phần

Ghi chú

Các chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng có thể dẫn đến tăng khả năng
lắng bùn và điều kiện kỵ khí khi thải nước thải
khơng qua xử lý vào môi trường nước.

Các chất hữu cơ phân
huỷ sinh học

Gồm Protein, cacbonhydrat và chất béo. Các chất

hữu cơ phân huỷ sinh học được đo bằng chỉ tiêu
BOD và COD. Nếu thải chúng trực tiếp vào mơi
trường: q trình ổn định sinh học của chúng có thể
dẫn đến giảm lượng ôxy trong nước tự nhiên và dẫn
đến nguyên nhân gây mùi vị.

Các nhân tố gây bệnh

Rất nhiều bệnh có thể lan truyền qua các vi khuẩn
gây bệnh có trong nước thải.

Các chất dinh dưỡng

Cả nitơ và photpho cùng cacbon là những chất dinh
dưỡng cho sự phát triển của sinh vật. Khi thải chúng


BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
vào môi trường nước, các chất dinh dưỡng này có
thể dẫn đến sự phát triển của các sinh vật ngồi ý
muốn trong mơi truờng nước (sự phú dưỡng), còn
khi thải chúng vào đất sẽ làm ô nhiễm nước ngầm.
Các chất hữu cơ trơ

Các chất hữu cơ này không bị phân huỷ bởi các
phương pháp xử lý nước thải thông thường (phương
pháp sinh học) ví dụ như các chất tẩy rửa, hố chất
bảo vệ thực vật, phenol...

Kim loại nặng

Các kim loại nặng thường nhiễm vào nguồn nước do
các hoạt động công nghiệp.

Các chất rắn vơ cơ hồ
tan

Các thành phần vơ cơ như canxi, natri, sunfat có mặt
trong nước thải sinh hoạt sau q trình sử dụng
nước.

Nguồn: Giáo trình xử lý nước thải, Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, NXB KHKT 2002

1.2. Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải
1.2.1. Các phương pháp xử lý nước thải
* Phương pháp lý học: Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp lý học (cơ
học) được dùng để loại chủ yếu là các tạp chất không tan ra khỏi nước. Các hợp
chất không tan trong nước thải bị loại bỏ thường có kích thước lớn.
* Phương pháp hố học: Phương pháp hóa học làm sạch nước thải bao gồm trung
hịa, oxi hóa và khử. Tất cả các phương pháp này đều liên quan đến việc tiêu hao
hố chất, vì vậy chi phí lớn. Người ta ứng dụng các phương pháp này để loại các
chất hòa tan và trong hệ thống cấp nước khép kín.
* Phương pháp sinh học: Phương pháp hóa sinh được ứng dụng để xử lí nước
thải sinh hoạt và nước thải cơng nghiệp khỏi nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số
chất vơ cơ (H2S, các sunfua, NH3, các nitric...). Q trình xử lí dựa trên khả năng
của vi sinh sử dụng các chất này làm chất dinh dưỡng trong hoạt động sống - Các
chất hữu cơ đối với vi sinh là nguồn cacbon.
Các phương pháp nêu trên được chia ra tái sinh và phân huỷ. Phương pháp tái
sinh bao gồm việc thu hồi và chế biến tiếp tục các chất có giá trị. Trong phương
pháp phân huỷ, các chất ô nhiễm chịu sự phân huỷ bằng oxi hóa hoặc khử.

Sản phẩm phân huỷ được loại ra khỏi ở dạng khí hoặc cặn. Việc chọn phương
pháp làm sạch và thiết kế hệ thống phụ thuộc các yếu tố:
3


Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà
1. Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh của nước.
2. Số lượng nước thải.
3. Các điều kiện của nhà máy về nhiệt lượng và vật chất (hơi, nhiên liệu,
khơng khí nén, điện năng, tác chất, chất hấp thụ) cũng như điện tích cần thiết cho
hệ thống xử lí.
4. Hiệu quả xử lí.
1.2.2. Các giai đoạn xử lý nước.
* Giai đoạn tiền xử lý và xử lý bậc 1 (sơ cấp, sơ bộ): gồm các cơng trình thu gom
từ song chắn rác đến sau cơng trình lắng bậc 1. Giai đoạn này khử các vật rắn nổi
có kích thước lớn và tạp chất có thể lắng để bảo vệ bơm và đường ống.
- Tiếp nhận nước.
- Chắn rác.
- ổn định lưu lượng và nồng độ.
- Tách các hạt lơ lửng (lắng, lọc, ly tâm).
- Tuyển nổi.
* Xử lý bậc hai (thứ cấp): nhằm xử lý chất hoà tan và chất keo bằng phương pháp
hố lý và hầu hết các chất hữu cơ hồ tan có thể phân huỷ sinh học bằng phương
pháp sinh học.
- Trung hồ.
- Keo tụ, đơng tụ.
- Xử lý chất hữu cơ phân huỷ sinh học.
- Xử lý bùn.
* Xử lý bậc cao (bậc 3): nhằm mục đích xử lý các chất dinh dưỡng, chất hồ tan
cịn lại.

- Vi lọc, tủa hoá học, thẩm thấu, trao đổi ion.
- Xử lý N,P.
- Khử mùi vị, khử trùng.
* Thải bỏ chất thải cuối cùng: gồm các cơng trình thải nước vào nguồn.
1.3. Các bước lựa chọn công nghệ xử lý nước thải
Bước 1. Xác định đặc trưng chung của dịng thải
• Mức tiêu thụ và thải nước thải của quá trình sản xuất/hoạt động
•

Đặc tính hữu cơ dễ phân huỷ, khó phân huỷ

•

Các chất vơ cơ, tập trung chú ý KLN

•

pH


BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Bước 2. Kiểm tra kĩ các thơng số:
• Phân tích thơng tin từ giá trị nồng độ của các thông số. Sắp xếp các
chất ơ nhiễm chính vào các nhóm thơng số
•

Nếu nhà máy chưa hoạt động thì có thể tham quan 2,3 cơ sở sản
xuất tương tự nhằm thu thập thông tin phục vụ cho bước lựa chọn
cơng nghệ sơ bộ

•

Thí nghiệm pilot nhằm xác định khả năng xử lý đối với 1 số thông
số đặc trưng nếu cần thiết

Bước 3. Lựa chọn sơ bộ
• Liệt kê những cơng nghệ hiện có
•

Cơng nghệ đề xuất (đề xuất 1 số phương án công nghệ có khả năng
áp dụng) dựa trên phân tích các thơng tin/dữ liệu thu thập được.

•

Dự đốn hiệu suất q trình

•

Dự trù kinh phí

Bước 4. Lựa chọn cuối cùng dựa vào phân tích các tiêu chí lựa chọn hệ thống
xử lý nước thải
1.4. Các tiêu chí quan trọng khi lựa chọn một hệ thống xử lý nước thải
1. Khả năng áp dụng
Khả năng áp dụng của một quy trình có thể được đánh giá dựa trên kinh
nghiệm quá khứ, tài liệu xuất bản, tài liệu của nhà máy và nghiên cứu pilot. Trong
những trường hợp mới hay khơng bình thường chưa gặp bao giờ thì cần tiến hành
nghiên cứu thí nghiệm trên quy mô pilot.
2. Lưu lượng nước thải
Công nghệ xử lý được chọn phải đáp ứng được lưu lượng dự kiến. Ví dụ,

bể điều hồ sẽ khơng phù hợp với lưu lượng nước thải cực lớn.
3. Mức độ dao động lưu lượng của nước thải
Hầu hết các quá trình và hệ thống chỉ được thiết kế cho một giải lưu lượng
nào đó. Q trình và hệ thống này chỉ hoạt động tốt nhất ở một lưu lượng ổn định
nào đó. Nếu mức độ biến động về lưu lượng lớn thì cần có q trình điều hồ.
4. Đặc tính dịng thải
Đặc tính nước thải đầu vào sẽ có ảnh hưởng đến cơng nghệ được chọn (ví
dụ xử lý hố học hay sinh học) và các yêu cầu cho quá trình vận hành được tốt
nhất

5


Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà
5. Các thành phần cản trở và khơng chịu tác động
Có những thành phần nào có thể cản trở q trình xử lý? Thành phần nào
khơng chịu tác động trong q trình xử lý?
6. Các vấn đề về khí hậu
Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng trong hầu hết các quá trình hố,
sinh. Nhiệt độ cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động cơ học của thiết bị. Nhiệt độ
ấm áp có thể đẩy nhanh việc phát sinh mùi và hạn chế việc phát tán trong khơng
khí
7. Quy mơ q trình xử lý được lựa chọn dựa vào động học phản ứng, hệ số
chuyển khối và tiêu chuẩn tải lượng
Kích cỡ thiết bị phản ứng phải dựa vào động học phản ứng, hệ số chuyển
khối. Dữ liệu động học có thể lấy từ kinh nghiệm, tài liệu xuất bản, kết quả
nghiên cứu điển hình.
8. Chất lượng
Chất lượng thường được đánh giá thơng qua chất lượng dòng ra, phù hợp
với các quy định thải

9. Xử lý các tàn dư
Dạng và số lượng của các tàn dư sau khi xử lý bao gồm dạng rắn, lỏng và
khí phải được tính tốn hay ước lượng. Q trình xác định này có thể được thực
hiện thơng qua các nghiên cứu pilot.
10. Xử lý bùn
Có hay khơng yếu tố nào đó làm việc xử lý và tiêu huỷ bùn trở nên không
khả thi hoặc quá tốn kém? Việc tuần hồn chất thải từ q trình xử lý bùn ảnh
hưởng gì đến bộ phận xử lý nước? Việc chọn lựa hệ thống xử lý bùn cần đi đôi
với việc chọn lựa hệ thống xử lý nước
11. Các yếu tố mơi trường
Các yếu tố mơi trường như loại gió chủ đạo, hướng gió, khoảng cách đến
khu dân cư có thể hạn chế hoặc ảnh hưởng đến việc sử dụng một số q trình, đặc
biệt khi có phát sinh mùi. Giao thơng có thể ảnh hưởng đến việc chọn địa điểm.
Mơi trường nước tiếp nhận có thể có những giới hạn đặc trưng, đòi hỏi phải loại
bỏ một số thành phần đặc biệt như dinh dưỡng khỏi nước thải khi tiếp nhận.
12. Các yêu cầu về hoá chất


BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Nguồn và lượng hố chất nào cần phải sẵn có trong một khoảng thời gian
dài nhằm đảm bảo vận hành hệ thống có hiệu quả? Việc bổ sung hố chất có gì
ảnh hưởng đến các đặc tính của chất tồn đọng sau xử lý và chi phí xử lý?
13. Yêu cầu về năng lượng
Nếu mục đích là thiết kế một hệ thống xử lý có hiệu quả về kinh tế thì cần
phải biết được các yêu cầu về năng lượng và chi phí cho năng lượng trong tương
lai
14. Yêu cầu về nhân sự
Cần bao nhiêu người và ở mức độ kỹ năng nào để vận hành hệ thống? Có
sẵn nguồn nhân lực này khơng? Cần đào tạo thêm những gì?
15. Các u cầu về vận hành và bảo trì hệ thống

Các yêu cầu đặc biệt về vận hành và bảo dưỡng? Cần những phụ tùng thay
thế nào, nguồn ở đâu và chi phí ra sao?
16. Yếu tố lệ thuộc
Các yếu tố lệ thuộc bao gồm những gì? Tác động của chúng như thế nào
đến chất lượng xử lý, đặc biệt là khi chúng khơng cịn sản xuất?
17 Độ tin cậy
Mức độ tin cậy của hệ thống nếu xét trong một thời gian dài? Hệ thống có
dễ bị trục trặc khơng, có chịu được sốc định kỳ về lưu lượng khơng? Nếu có thì
chất lượng của nước thải sau xử lý bị ảnh hưởng như thế nào?
18. Tính phức tạp
Mức độ phức tạp của việc vận hành hệ thống trong trường hợp thông
thường và trường hợp khẩn cấp? Người vận hành cần được đào tạo những gì?
19. Tính tương thích
Với cơ sở vật chất hiện có thì hệ thống mới có vận hành bình thường được
khơng? Việc mở rộng nhà máy có thể thực hiện dễ dàng khơng?
20. Khả năng thích ứng
Hệ thống hay q trình xử lý có thể được sửa chữa, thay đổi để đáp ứng
với các yêu cầu xử lý trong tương lai khơng?
21. Phân tích vịng đời kinh tế
Việc đánh giá chi phí phải bao gồm chi phí vốn đầu tư ban đầu, chi phí vận
hành và chi phí bảo dưỡng. Hệ thống xử lý với chi phí đầu tư ban đầu thấp nhất
có thể khơng là hiệu quả nhất trong mối liên quan với chi phí vận hành và bảo
dưỡng.

7


Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà
22. Quỹ đất
Quỹ đất có cho phép xây dựng khơng chỉ hệ thống xử lý đang xem xét mà

còn cả mở rộng trong tương lai không? Cần một vùng đệm rộng bao nhiêu để đảm
bảo mỹ quan và loại bỏ các tác động xấu?


BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CHƯƠNG 2. KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BẰNG BIỆN PHÁP CƠ HỌC
2.1. Đối tượng
Đối tượng chất thải và các chất gây ô nhiễm được loại bỏ bằng biện pháp cơ học
là rác thải, các nguyên vật liệu rơi vãi, chất rắn lơ lửng trong nước.
2.2. Song chắn rác (screen bar)
Các loại nước thải nói chung thường chứa các chất tan và khơng tan ở dạng
hạt lơ lửng. Các tạp chất lơ lửng có thể ở dạng rắn hoặc lỏng, chúng tạo với nước
thành hệ huyền phù.
Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước, người ta sử dụng các quá trình thuỷ cơ
như lọc qua song chắn, lắng dưới tác dụng của lực trọng trường hoặc lọc nước
thải. Việc lựa chọn phương pháp xử lý tuỳ thuộc vào kích thước hạt, tính chất hố
lý, sinh học, nồng độ chất ơ nhiễm, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần
thiết.
Mục đích: Mục đích:
Lọc qua là cơng đoạn tách tạp chất thơ trong nước. Mục đích của q trình là
khử tất cả các tạp vật có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý
nước thải như làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng
đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống.
Trong xử lý nước thải nói chung, thường dùng các song chắn để lọc nước và
máy nghiền để nghiền nhỏ các vật bị giữ lại cịn trong xử lý nước thải cơng
nghiệp, người ta đặt thêm lưới chắn.
Cơng trình này có tác dụng thu vớt các tạp chất rắn kích thước lớn. Song chắn
được đặt trước các cơng trình làm sạch, hoặc có thể đặt ngay miệng xả ở các phân
xưởng khi nước thải sản xuất chứa tạp chất thô hoặc dạng sợi.

9


Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà

Hình 1: Lưới chắn rác dạng thanh nghiêng
1.1 Cấu tạo song chắn
Các song chắn được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào của kênh dẫn, nghiêng
một góc từ 60 – 75 0. Song chắn có thể đặt cố định hoặc di động, cũng có thể là tổ
hợp với máy nghiền nhỏ, thơng dụng hơn cả là song chắn cố định.
Thanh song chắn có thể có tiết diện trịn, vng hoặc hỗn hợp. Thanh song
chắn trịn có trở lực nhỏ nhất nhưng lại nhanh bị tắc bởi các vật bị giữ lại. Thông
dụng là loại thanh chắn có tiết diện hỗn hợp: cạnh vng góc ở phía sau và cạnh
trịn ở phía trước hướng đối diện với dòng chảy.
1.2 Phân loại song chắn
Dựa vào khoảng cách giữa các thanh, người ta chia song chắn thành 2 loại:
Song chắn thơ có khoảng cách giữa các thanh từ 60 đến 100 mm và song chắn
mịn có khoảng cách giữa các thanh từ nhỏ hơn 6mm
Vận tốc nước chảy giữa song chắn: tốc độ nước chảy qua song chắn cần phải
đủ lớn để đảm bảo không làm tổn thất tải lượng cũng như không làm tắc nghẽn
song chắn hoặc làm nổi các vật đã lắng.
Kích thước song chắn được tính dựa vào tốc độ chảy của nước thải qua khe
giữa các thanh (thường lấy bằng 0,8 đến 1 m/s) và chấp nhận giả thiết 30% diện
tích của song chắn bị bịt kín. Khi xác định kích thước song chắn cần tính cho điều
kiện mùa mưa với mức nước cao nhất.


BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Hình: Phân loại song chắn rác

Khi thiết kế song chắn rác, các thông tin sau cần quan tâm:
- Vị trí: Do mục đích của song chắn rác thô là loại bỏ vật chất có kích thước lớn
có thể gây hại hoặc tắc nghẽn cho các thiết bị phía sau nên trong hầu hết các
trường hợp đều được đặt phía trước bể lắng cát. Nếu bể lắng cát được đặt phía
trước song chắn rác thì rác và các loại vật liệu dạng sợi có thể ảnh hưởng đến cơ
cấu thu cặn của bể lắng cát, bao bọc xung quanh ống thổi khí và lắng cùng cát và
khi lượng cát lắng được bơm đi thì ảnh hưởng đến hệ thống bơm và đường ống.
- Vận tốc gần đúng (vận tốc chảy trên các kênh dẫn): Nếu song chắn làm sạch
bằng tay, vận tốc chảy trên kênh vào khoảng 0,45m/s tại giá trị lưu lượng trung
bình để tạo ra diện tích thu hồi rác thích hợp cho song chắn (tạo phần diện tích
ngập nước lớn hơn). Để tránh lắng cặn, tốc độ của nước ở đoạn kênh mở rộng
trước song chắn không được dưới 0,4 m/giây khi lưu lượng nhỏ nhất. Việc kiểm
sốt tốc độ dịng chảy này được thực hiện bằng cách mở rộng diện tích tại khu
vực đặt song chắn rác. Song chắn rác với cào rác thủ công chỉ dùng ở những trạm
xử lý nhỏ có lượng rác < 0,1m3/ng.đ.
Đối với song chắn rác có cơ cấu thu hồi rác bằng cơ khí, cần có ít nhất 02
thiết bị được lắp đặt cùng nhau đề phòng trường hợp một thiết bị phải ngừng hoạt
động để bảo dưỡng hay sửa chữa. Để loại trừ khả năng lọt qua của các mảnh vỡ ở

11


Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà
lưu lượng dòng chảy lớn nhất, vận tốc dịng chảy qua song chắn khơng nên vượt
quá 0,9m/s.
- Kích thước song chắn: Tùy theo yêu cầu và kích thước của rác chiều rộng khe
hở của các song thay đổi.
Các giá trị thông dụng để thiết kế song chắn rác:

Chỉ tiêu

Cào rác thủ công

Cào rác cơ giới

Kích thước của các thanh
- Bề rộng (mm):
- Bề dày (mm):

5-15
25-38

5-15
25-38

Khoảng cách giữa các thanh (mm)

25 - 50

15-75

Độ nghiêng song chắn theo trục thẳng đứng (độ)

30-45

0-30

Vận tốc dòng chảy (m/s)
- Tối đa:

- Tối thiểu:

0,3-0,6
-

0,6-1,0
0,3-0,5

150

150-600

Độ giảm cột nước cho phép (mm)

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
Số khe hở n giữa các thanh của song chắn rác được xác định theo cơng thức:
n=

Qmax
b. h1 . v s .k

z

Trong đó:
Qmax: Lưu lượng thải tối đa, m 3/s (Qmax = qtbh . kh trong đó kh: hệ số vượt tải = 1,53,5)
b: Chiều rộng khe hở giữa các thanh (khoảng cách giữa các thanh), m
h1: Chiều sâu lớp nước qua song chắn (m), thường bằng chiều sâu lớp nước trong
kênh dẫn vào (không có hiện tượng dâng nước trước song chắn).
vs: tốc độ nước qua song chắn (m/s), chọn v s = 0,7 m/s khi lưu lượng trung bình
và = 0,9 m/s khi lưu lượng tối đa để tránh va chạm giữa rác và song chắn.

Kz: hệ số tính đến sự thu hẹp dòng chảy
Chiều rộng tổng cộng của song chắn rác là:

Bs =b . n+S(n−1) (m), với S là bề rộng của mỗi thanh chắn.
- Độ giảm cột nước sau song chắn: Độ giảm cột nước sau song chắn được hiểu
là mức độ chênh lệch độ cao của dòng nước tại vị trí trước và sau song chắn. Đây
là một hàm số của vận tốc gần đúng và vận tốc qua song chắn. Độ giảm cột nước
(qua song chắn thơ) có thể tính theo cơng thức:


BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

*P

,m

Trong đó
HS: Độ giảm cột nước, m
g: Gia tốc trọng trường, 9,81m/s2
Vmax: tốc độ nước chảy trong mương trước song chắn (m/s) ứng với lưu lượng lớn
nhất.
: hệ số tổn thất cục bộ tại song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh đan
Kz: hệ số tính đến sự thu hẹp dịng chảy
α: góc nghiêng đặt song chắn rác
P: hệ số tính đến tăng trở lực do song chắn bị bít kín bởi vật chất thải (thường lấy
P=3)
: hệ số lấy theo hình dạng của thanh chắn

- Buồng đặt song chắn: Vì song chắn làm co hẹp tiết diện ướt của dòng chảy nên
tại vị trí đặt song chắn tiết diện kênh phải được mở rộng. Để tránh tạo thành dòng

chảy rối kênh phải mở rộng dần dần với một góc α = 20o (xem hình).
13


Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà

Hình: Bản vẽ mặt bằng và mặt cắt buồng đặt song chắn rác
Chiều dài đoạn mở rộng (l1) được tính theo cơng thức:
B s−Bk
l1 =
2 tg α ,
Trong đó:
Bs: Chiều rộng vị trí đặt song chắn rác, m
Bk: Chiều rộng của kênh dẫn, m
α: Góc mở rộng trên kênh dẫn, độ.
Bài tập: Tính tốn song chắn rác (cào rác cơ giới) để xử lý rác thơ trong dịng
thải có lưu lượng tối đa Qmax là 1260m3/h với các thông số sau:
1/ Vận tốc qua song chắn ứng với Q max là 0,9m/s, vận tốc nước chảy trên kênh là
0,6m/s
2/ Chiều rộng khe hở giữa các thanh b=50mm
3/ Chiều sâu lớp nước qua song chắn h1=0,1m.
4/ Sử dụng thanh chắn rác có kích thước rộng S=15mm, dày 50mm.
Ý nghĩa của độ giảm cột nước: dùng để tính tốn phần chênh lệch độ cao của
phần diện tích trước và sau song chắn để khắc phục hiện tượng dồn nước
trước song chắn và lắng cặn sau song chắn.
2.3. Bể lắng
2.3.1. Bể lắng cát (Grit chamber)
Bể lắng cát nhằm loại bỏ cát, sỏi, đá dăm, các loại xỉ khỏi nước thải. Trong
nước thải, bản thân cát không độc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt

BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
động của các cơng trình và thiết bị trong hệ thống như ma sát làm mịn các thiết bị
cơ khí, lắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn, làm giảm thể tích hữu dụng của các
bể xử lý và tăng tần số làm sạch các bể này. Vì vậy trong các trạm xử lý nhất thiết
phải có bể lắng cát.
Bể lắng cát thường được đặt phía sau song chắn rác và trước bể lắng sơ
cấp. Đôi khi người ta đặt bể lắng cát trước song chắn rác, tuy nhiên việc đặt sau
song chắn có lợi cho việc quản lý bể lắng cát hơn. Trong bể lắng cát các thành
phần cần loại bỏ lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân của chúng. Ở đây phải tính
tốn thế nào để cho các hạt cát và các hạt vô cơ cần giữ lại sẽ lắng xuống cịn các
chất lơ lửng hữu cơ khác trơi đi.
Có ba loại bể lắng cát chính: bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của
dịng chảy (dạng chữ nhật hoặc vng), bể lắng cát có sục khí hoặc bể lắng cát có
dịng chảy xốy.

15


Ngũn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà

Tính tốn bể lắng cát xuất phát từ độ lớn (đường kính) của hạt muốn giữ
lại trong bể. Tốc độ lắng của hạt trong bể còn gọi là độ lớn thuỷ lực của hạt hay
tải trọng bề mặt của bể:
Q
U 0=
F , (m3/m2.ngày, m/h, mm/s)
Bảng tải trọng bề mặt của bể lắng cát (hay độ lớn thủy lực) theo đường kính hạt ở
150C (Trịnh Xuân Lai, 2000):
Đường kính hạt (mm)

0,1

0,12

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

U0

5,12

7,37

11,5

18,7

24,2

28,3

34,5 40,7 51,6

Diện tích mặt nước phần hình chữ nhật của bể lắng được xác định theo cơng thức:
Q
F=K .
U 0 , m2
Trong đó:
Q: lưu lượng nước thải lớn nhất, m3/s
U0: Độ lớn thuỷ lực của hạt cần tách, m/s
K: hệ số (=1,3 khi U0=18mm/s, =1,1 khi U0=24mm/s)
Tỷ số chiều dài và chiều sâu của bể
L
v
=K .
H
U0
Trong đó:
L: chiều dài phần chữ nhật, m

0,4

0,5


BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
H: Chiều cao công tác của bể, m
v: Vận tốc chuyển động của nước trong bể, m/s (v=0,2m/s ứng với Qmax và v=0,15
ứng với Qmin)
Sau khi tính tốn được các kích thước của phần hình chữ nhật của bể lắng,
cần kiểm tra lại thông số thời gian lưu nước trong bể ứng với giá trị Q max (giá trị
thời gian lưu thích hợp từ 60-90 giây).

Để quá trình lắng của các hạt trong bể khơng có tác dụng đối với các cặn
hữu cơ, cần khống chế vận tốc lắng trong bể dao động từ 0,15-0,3m/s. Tuy nhiên,
khi giá trị Q thay đổi từ Qmax sang Qmin thì tốc độ dịng sẽ thay đổi. Để khống chế
sự giao động của v, cần xây dựng cửa tràn kiểu máng đo theo tỷ lệ với độ ngập
nước H trong bể lắng. Chiều rộng cửa tràn được thu hep từ B về b. Đáy cửa tràn
có độ chênh ΔP so với bể lắng để tạo khả năng chênh áp đưa nước ra khỏi bể lắng
với vận tốc không đổi.
Cách xác định b và ΔP như sau:

√

(

B . v B . v 1−K 2/3
b=
m √ 2 g Qmax 1−K
ΔP=

)

3/2

Q max K −K 2/ 3 Q min 1−K −1/3
.
=
.
B . v 1−K 2 /3 B . v 1−K 2/ 3

Trong đó:
Qmax, Qmin là lưu lượng tối đa và tối thiểu đi qua bể lắng cát, lúc này, tốc độ dịng

nước trong bể là khơng đổi.
K=

Q min
Q max

m: Hệ số lưu lượng của cửa tràn phụ thuộc vào góc tới.
B, b: Chiều rộng cửa tràn trước và sau khi thu hẹp.
v: vận tốc nước trong bể.
Ví dụ: Tính tốn bể lắng cát cho một cơng trình xử lý nước thảivới công suất
4000m3/ngày.
2.3.2. Bể lắng sơ cấp
Bể lắng tụ được dùng để lắng các tạp phân tán thô ra khỏi nước thải. Lắng
diễn ra dưới tác dụng của trọng lực. Để lắng người ta sử dụng bể lắng cát, bể lắng
và bể lắng trong. Vận tốc lắng tự do của hạt cầu được tính theo cơng thức Stoke
trong trường hợp lắng trong môi trường đứng yên.

17


Ngũn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà
• Trong q trình lắng gián đoạn – discrete particle settling, các hạt lơ lửng phân
bố không đều theo chiều cao lớp nước thải. Qua một khoảng thời gian nào đó, khi
bắt đầu lắng trong, phần trên của thiết bị lắng xuất hiện lớp nước trong. Càng
xuống đáy nồng độ chất lơ lửng càng cao và ngay tại đấy lớp cặn được tạo thành.
Theo thời gian, chiều cao lớp nước trong và lớp cặn tăng lên. Sau một khoảng
thời gian xác định, trong thiết bị lắng chỉ còn hai lớp nước trong và lớp cặn. Nếu
cặn không được lấy ra sẽ bị ép và chiều cao lớp cặn bị giảm.
• Trong lắng liên tục cũng có các vùng như vậy nhưng chiều cao của chúng khơng
thay đổi trong suốt q trình.

Nước thải sau q trình xử lý sơ bộ sẽ đi vào bể lắng sơ cấp (primary
sedimentation tank). Các hạt rắn lơ lửng có khối lượng riêng quá nhỏ để lắng
được trong bể lắng cát sẽ được lắng tại bể lắng sơ cấp với thời gian lưu khoảng
vài giờ. Cặn lắng dưới đáy được lấy ra bằng cào cơ giới hay sử dụng bơm hút.
Bể lắng sơ cấp có khả năng lắng các hạt rắn có vận tốc lắng (độ lớn thủy
lực) từ 0,3 – 0,6mm/s (so với các hạt rắn lắng trơng bể lắng cát là từ 18-24mm/s).
Tác dụng của bể lắng sơ cấp là giảm hàm lượng SS, điều hòa dòng chảy phụ và
giảm một phần BOD. Tải trọng bề mặt của bể lắng sơ cấp vào khoảng 24,5 –
49m3/m2.ngày. Thời gian lưu nước trong bể từ 1-3h (thông thường là 2h). Bể lắng
sơ cấp có thể xử lý được từ 90-95% cặn có thể lắng, 50-60% SS và từ 25-35%
BOD. Đặc tính lắng trong bể lắng sơ cấp khơng tn thủ theo định luật Stock vì
các hạt lắng ln ln thay đổi kích thước, hình dạng và gia tốc do vậy khơng có
một cơng thức tốn học nào để mơ tả được q trình lắng này. Các thơng số thiết
kế thường được xây dựng từ phịng thí nghiệm kiểm chứng.
Các tiêu chuẩn thiết kế có thể tham khảo: GLUMRB – Ten States
Standards, 1996; Illinois EPA, 1998). Theo đó, khi lượng nước thải vượt quá
380m3/ngày thì thường sử dụng nhiều bể lắng đồng thời. Chiều dài bể lắng nhỏ
nhất là 3m, chiều sâu bể càng nông càng tốt nhưng không nhỏ hơn 3m. Tải trọng
bể mặt được tính cho lưu lượng lớn nhất. Hiệu quả khử BOD phụ thuộc vào giá
trị tải trọng bề mặt.


BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Khi các thông số thiết kế khơng có sẵn, có thể sử dụng bộ số liệu sau để
tham khảo.
a/ Các thơng số tính toán cơ bản cho bể lắng sơ cấp (US EPA, 1975a)
Dạng xử lý

Tải trọng lắng bề mặt, m3/m2.ngày

Lắng sơ bộ cho quá trình xử lý thứ cấp

Trung bình

Tối đa

Độ sâu (m)

19-33

81-122

3-3,7

(Nguồn: Water and wastewater calculation manual)
b/ Vận tốc tối đa trong vùng lắng:

v=

√

8 .k .( p−1).g .d
f

Trong đó:
v: Vận tốc tối đa trong vùng lắng
k: hệ số phụ thuộc tính chất cặn, k=0,05
p: khối lượng riêng của hạt, 1,2 – 1,6, kg/m3
g: gia tốc trọng trường, m2/s

d: đường kính tương đương của hạt, 10-4m
f: hệ số ma sát, phụ thuộc vào R, f=0,025
c/ Hiệu quả khử SS, BOD ở bể lắng 1 tính theo cơng thức thức nghiệm:
t
Rt =
a+ b .t , %
Trong đó:
19


Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà
t: thời gian lưu, h
a, b: Hằng số thực nghiệm, với BOD (a=0,018, b=0,02), với SS (a=0,075,
b=0,014)
Thời gian lưu của bể lắng từ 1-3h (thường là 2h) được tính cho lưu lượng
thấp nhất để đảm bảo rằng quá trình lưu nước lâu hơn sẽ gây ra các điều kiện
nhiễm bẩn (sinh mùi).
Bài tập: Thiết kế bể lắng sơ cấp cho nguồn nước thải với lưu lượng
3
7570m /ngày với lưu lượng thải tính theo giờ lớn nhất là 18.900m3/ngày và dịng
thải tính theo giờ thấp nhất là 4540m3/ngày. Thiết kế hệ thống nhiều đơn nguyên
và ước tính có khoảng 35% BOD được xử lý trong bể.
Giải:
Theo đồ thị trên, với 35% lượng BOD được xử lý thì tải trọng bề mặt của
bể lắng là 700gal/ft2.ngày (tương đương 28,5m3/m2.ngày).
Chiều sâu của bể là 3m.
Sử dụng 02 đơn nguyên, mỗi một đơn nguyên xử lý được
7570/2=3785m3/ngày.
Diện tích bề mặt của mỗi đơn nguyên là:
Q 3 .785

A= =
=132 , 8
v 28 . 5
, m2 .
Xác định chiều dài (l) và chiều rộng (w) với tỷ lệ 4:1
(w)x(4w)=132,8, suy ra w = 5,76m, lựa chọn bể lắng có kích thước 5,5 x
24m (rộng x dài)
Thể tích của bể là:
V =132 . 3=396 , m3
Thời gian lưu nước:

V 396
t= =
=0 ,105
Q 3785
x24h/ngày = 2,5h (đạt yêu cầu).
2.4. Bể điều hoà
Vai trò của bể điều hồ
Bể điều hồ có nhiệm vụ điều hồ lưu lượng và có thể làm đồng đều nồng độ
chất ô nhiễm trong nước thải để đưa vào xử lý cơ bản.
Nước thải cơng nghiệp có lưu lượng, thành phần, tính chất rất đa dạng, phụ
thuộc vào cơng nghệ sản xuất, không đều trong ngày đêm và các thời điểm trong