Tìm hiểu các loại bể lắng cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Bể lắng là gì?

Bể lắng là công trình xử lý nước thải được xây dựng với hình chữ nhật, cho phép lưu nước thải với thời gian nhất định nhằm tạo điều kiện cho các chất lơ lửng dưới tác dụng của trọng lực có thể lắng xuống đáy.
Yêu cầu cơ bản nhất của bể lắng là chiều dài phải tối thiểu là gấp đôi chiều rộng. Hiệu xuất cơ bản phải đạt khoảng 60%. Với hiệu quả cao, kết cấu xây dựng đơn giản nên bể lắng được rất nhiều nhà áy lựa chọn đặc biệt là những nhà máy có công suất lớn hơn 20.000 m3/ngày. Bên cạnh đó, nhược điểm của bể là diện tích xây dựng lớn gây khó khăn cho quá trình bố trí bể.

Bể lắng là được ứng dụng trong mọi công trình xử lý nước

Vai trò của bể lắng trong xử lý nước thải

Bể lắng làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất lắng và các tạp chất nổi chứa trong nước thải. Quá trình lắng chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau: lưu lượng nước thải, thời gian lắng, khối lượng riêng và tải lượng tính theo chất rắn lơ lửng, vận tốc dòng chảy trong bể, nhiệt độ nước thải và kích thước bể lắng. Tùy thuộc vào kích cỡ và mật độ của các hạt, có 4 loại quy trình lắng cặn như sau:

LOẠI	MÔ TẢ	ỨNG DỤNG
Lắng từng hạt riêng lẻ	Xảy ra với nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng thấp. Các hạt được lắng xuống riêng lẻ, không xảy ra phản ứng đáng kể nào đối với các hạt lân cận	Loại bỏ đá, cát trong nước thải
Tạo bông cặn	Trong quá trình lắng các hạt lien kết lại với nhau hoặc tạo thành bông cặn do đó tăng trọng lượng và lắng nhanh hơn	Loại bỏ một phần SS ở nước thải chưa xử lý và nước thải sau quá trình xử lý sinh học
Lắng tập thể	Lực tương tác giữa các hạt đủ lớn để ngăn cản các hạt bên cạnh. Mặt phân cách giữa chất lỏng và chất rắn xuất hiện ở phía trên khối lắng	Xảy ra ở bể lắng thứ cấp đặt sau bể lắng sinh học
Lắng nén	Diễn ra khi hàm lượng chất các hạt đủ để tạo nên một cấu trúc nào đó và các hạt này phải được đưa lien tục vào cấu trức đó	Diễn ra ở đáy các bể lắng thứ cấp và trong các thiết bị cô bùn

Tính toán bể lắng trong xử lý nước thải dựa theo những yếu tố gì?

Số liệu ban đầu để tính toán bể lắng:

Lưu lượng và hàm lượng cặn của nước thải C₁
Hàm lượng cặn cho phép của nước thải sau khi lắng C₂, C₂ lấy căn cứ vào điều kiện vệ sinh và tính chất công trình trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải
Điều kiện về chế độ lắng của hạt, U_o
Hệ số kết tụ n

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng:

Lưu lượng nước thải
Thời gian lắng
Khối lượng riêng và tải lượng tính theo SS
Tải lượng thủy lực
Sự keo tụ các hạt rắn
Vận tốc dòng chảy trong bể
Nhiệt độ của nước thải
Kích thước bể lắng

1. Quá trình lắng:
Quá trình lắng là tách chất lơ lững ra khỏi nước dưới tác dung củ trong lực lên hạt lơ lững có tỷ trọng nặng hơn tỷ trọng nước.
Quá trình lắng được ứng dụng trong:
–          Lắng cát
–          Loại bỏ cặn hữu cơ trong lắng đợt 1
–          Loại bỏ cặn sinh học ở bể lắng 2
–          Loại bỏ các bông cặn hoá họctrong quá trình keo tụ tạo bông
–          Nén bùn trọng lực nhằm giảm độ ẩm bùn trong công đoạn xử lý bùn
Phân loại bể lắng:

Tuỳ theo công dụng của bể lắng trong công trình xử lý sinh học mà phân biệt bể lắng đợt I và bể lắng đợt II.
Căn cứ theo chế độ làm việc:

– Bể lắng hoạt động gián đoạn: thực chất đây là một bể chứa, nước thải được đưa vào bể theo từng mẻ để lắng trong một thời gian nhất định, nước đã lắng được tháo ra ngoài sau đó cho lượng mới vào. Bể lắng kiểu này được áp dụng trong trường hợp lượng nước thải ít và chế độ thải không đều.
– Bể lắng hoạt động liên tục: nước thải cho qua bể liên tục.

Căn cứ theo chiều nước chảy (chế độ dòng chảy): bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng ly tâm.

– Bể lắng ngang: nước chảy theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể.
– Bể lắng đứng: nước chảy từ dưới lên theo phương thẳng đứng.
– Bể lắng ly tâm (bể lắng radian): nước chảy từ trung tâm ra thành bể và theo hướng ngược lại.
2. Giới thiệu các loại bể lắng:
2.1 Bể lắng ngang:
Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, tỷ lệ giữa chiều rộng và dài không nhỏ hơn ¼ và chiều sâu đến 4 m, rộng 2.5 – 4m.
Các số liệu tham khảo để thiết kế bể lắng sơ cấp

Thông số	Giá trị
Thông số	Khoảng biến thiên	Thông dụng
Bể lắng sơ cấp đi trước các hệ thống xử lý khác
Thời gian lưu tồn (giờ)	1,5 ¸ 2,5	2,0
Lưu lượng gal/ft2.d
· Trung bình	800 ¸ 1200
· Tối đa	2000 ¸ 3000	2500
Lưu lượng qua băng phân phối nước gal/ft.d	10000 ¸ 40000	20000
Bể lắng sơ cấp có hoàn lưu bùn hoạt tính
Thời gian lưu tồn (giờ)	1,5 ¸ 2,5	2
Lưu lượng gal/ft2.d
· Trung bình	600 ¸ 800
· Tối đa	1200 ¸ 1700	1500
Lưu lượng qua băng phân phối nước gal/ft.d	10000 ¸ 40000	20000

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Chú ý: gal/ft2.d ´ 0,0407 = m3/m2.d gal/ft.d ´ 0,0124 = m3/m.d

Các số liệu tham khảo để thiết kế bể lắng sơ cấp hình chữ nhật và trụ tròn

Thông số	Giá trị
Thông số	Khoảng biến thiên	Giá trị thông dụng
Hình chữ nhật
· Sâu (ft)	10 ¸ 15	12
· Dài (ft)	50 ¸ 300	80 ¸ 130
· Rộng (ft)	10 ¸ 80	16 ¸ 32
· Vận tốc thiết bị gạt váng và cặn (ft/min)	2 ¸ 4	3
Hình trụ tròn
· Sâu (ft)	10 ¸ 15	12
· Đường kính (ft)	10 ¸ 200	40 ¸ 150
· Độ dốc của đáy (in/ft)	0,75 ¸ 2	1
· Vận tốc thiết bị gạt váng và cặn (ft/min)	0,02 ¸ 0,05	0,03

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Chú ý : ft ´ 0,3048 = m
in/ft ´ 83,333 = mm/m
Nước theo máng phân phối ngang vào bể qua đập tràn thành mỏng hoặc tường đục lỗ xây dựng ở đầu bể dọc suốt chiều rộng. Đối diện ở cuối bể cũng xây dựng máng tương tự để thu nước và đặt tấm chắn nửa chìm nửa nổi cao hơn mực nước 0.15 – 0.2 m và không sâu quá 0.25 – 0.5m. để thu và xả chất nổi, người ta đặt một máng đặc biệt ngay sát ngay sát kề tấm chắn.
Tấm chắn ở đầu bể đặt cách thành cửa vào khoảng 0.5 – 1 m và không nông hơn 0.2m với mục đích phân phối đều nước trên toàn bộ chiều rông của bể.
Đáy bể làm dốc i = 0.01 để thuận tiện cho việc thu gom cặn. Độ dốc của hố thu cặn không nhỏ hơn 450.

2.2 Bể lắng đứng:
– Bể lắng đứng thường diện tích hình tròn hoặc hình vuông, đáy dạng nón hay chóp cụt.
– Đường kính không vượt quá ba lần chiều sâu công tác và có thể đến 10 m.
– Khi nước dâng lên từ dưới thân thì cặn sẽ thực hiện một quá trình ngược lại. Như vậy cặn chỉ lắng được trong trường hợp tốc độ lắng lớn hơn tốc độ nước dâng Vd ( thông thường Vd = 0.7 mm/s). Thời gian lắng 0.5 – 1.5 giờ.
– Cấu tạo vách nghiêng ở đáy bể giống bể lắng ly tâm.

Qua thực tế quá trình sử dụng người ta nhận ra, so với bể lắng ngang, bể lắng đứng hoạt động kém hiệu quả hơn và hiệu quả thấp hơn từ 10 -20 %.

2.3 Bể lắng ly tâm:
Bể lắng ly tâm là một trong các loại bể lắng mà chúng tôi muốn giới thiệu đến các bạn.
Nếu bể lắng ngang được xây hình chữ nhật, bể lắng đứng là dạng hình trụ thì bể lắng ly tâm lại có dạng hình tròn, đáy dạng nón.
Các thông số thiết kế cho bể lắng ly tâm:

Thông số	Giá trị
Thông số	Dãy	Đặc trưng
Thời gian lưu nước, giờ Tải trọng bề mặt, m³/m²ngày – Lưu lượng trung bình – Lưu lượng cao điểm Tải trọng máng tràn, m³/m.ngày Ống trung tâm: – Đường kính, m – Chiều cao, m Chiều sâu bể lắng H, m Đường kính bể lắng D, m Độ dốc đáy, mm đứng/m ngang Tốc độ thanh gạt bùn, vòng/phút	1.5-2.5 32-48 32-48 80-120 125-500 15-20%D 55-65%H 3.0-4.6 3.0-60 62-167 0.02-0.05	2.0 3.7 12-45 83 0.03

(Nguồn: Giáo trình xử lý nước thải – TS Nguyễn Phước Dân)

2.4 Bể lắng kết hợp tạo bông:
Bể lắng có nhiệu vụ lắng những chất cặn trong nước chủ yếu là chất vô cơ và rác có kích thước nhỏ. Bể lắng kết hợp khuấy trộn tạo bông để tăng kích thước các hạt cặn giúp quá trình lắng đạt hiệu quả cao.
Bể khuấy trộn được thiết kế 2 bể liên kết với bể lắng 1 dùng động cơ có lắp cánh khuấy để khuấy trộn phèn với nước cần xử lý tăng khả năng lắng của các hạt keo và cặn trong nước.
Đối với các bể lắng ly tâm thường thì khó duy trì tốc độ dòng nước đầu vào 0.6 m/s, vì thế biện pháp cải tiến là dùng bể tạo bông – lắng kết hợp. Bể này có thể được nâng cấp từ bể lắng ly tâm thông thường.

2.5 Bể lắng Lamen
Cấu tạo: Bể lắng lamen cũng như bể lắng thường và gồm 3 vùng

- Vùng phân phối nước
- Vùng lắng
- Vùng tập trung và chứa cặn

Đặc điểm bể lắng Lamen:
Vùng lắng được chia thành nhiều lớp mỏng với khoảng không gian nhỏ hẹp, nhờ các tấm được đặt nghiêng. Sử dụng các tấm có dangh nửa lục giác và khi ghép lại thành tấm sẽ tạo thành khối ống có mặt cắt ngang như những ống lục giác ghép lại. Như vậy sẽ vừa đảm bảo được tính linh động trong thi công cũng như độ bền xây dựng khi hợp khối các tấm.
Tác dụng và cơ chế quá trình lắng:
Nước có chứa bông bùn cặn sẽ chuyển động giữa các bản vách nghiêng theo hướng từ dưới lên và cặn lắng xuống đến bề mặt bản vách nghiêng sẽ trượt xuống theo chiều ngược lại và tập trung về hố thu cặn, từ đó theo chu kỳ được xả đi.
Khi giảm chiều cao lắng thì giảm độ chảy rối của dòng chảy tự do, giảm được dao động của thành phần tốc độ thẳng đứng của dòng nước. Kết quả là tăng hệ số sử dụng dung tích và giảm được thời gian lắng.
Ưu điểm:

- Hiệu suất lắng cao và ổn định
- Rút ngắn thời gian lắng, giảm được diện tích xây dựng
- Vỏ bể lắng làm bằng thép CT3 hoặc Inõ SUS304, hoàn toàn kín khít, không thấm, không rò rỉ.
- Bể được sản xuất theo quy mô công nghiệp, đảm bảo đúng quy cách
- Lắp đặt đơn giản, có thể thi công từng mảng rồi và vận chuyển đến chân công trình tiến hành lắp ghép, cho phép rút ngắn tiến độ thi công công trình.
- Dễ dàng chuyển đổi vị trí đặt bể lắng
- Vận hành đơn giản, dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng.

Lĩnh vực áp dụng:
Bể lắng lamen có thể sử dụng trong các cong trình xử lý nước thải, xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp
2.6 Bể lắng Vách nghiêng
Ở bên trong bể lắng vách nghiêng có các tấm mỏng đặt nghiêng và song song với nhau. Nước vào chuyển động giữa các tấm này, cặn sẽ trượt xuống dưới vào bình chứa.
Bể lắng có thể được thiết kế cùng chiều ( hướng chuyển động của nước và cặn cùng nhau), ngược lại (nước và cặn chuyển động ngược nhau) và giao nhau (nước chuyển động thẳng góc với hướng chuyển động của cặn).
Phổ biến nhất là bể lắng vách nghiêng được thiết kế ngược chiều.d