Bể Lắng Ngang là một trong những công trình đơn vị quan trọng bậc nhất trong các hệ thống xử lý nước thải, đóng vai trò then chốt trong việc loại bỏ các tạp chất lơ lửng không hòa tan. Khác với những hạt vô cơ đơn lẻ, rõ ràng, các phần tử hữu cơ trong nước thải thường tồn tại dưới dạng bông cặn với hình dáng đa dạng và trọng lượng riêng rất nhỏ. Điều này khiến quá trình lắng diễn ra phức tạp hơn, đòi hỏi một thiết kế và vận hành hiệu quả như bể lắng ngang.
Với hình dạng chữ nhật dài, bể lắng ngang tận dụng tối đa nguyên lý lắng trọng lực, cho phép các hạt lơ lửng có khối lượng riêng lớn hơn nước từ từ lắng xuống đáy. Đây là bước tiền xử lý hoặc xử lý sơ cấp quan trọng, giúp giảm tải đáng kể cho các công đoạn xử lý sinh học và hóa lý tiếp theo, góp phần nâng cao hiệu quả tổng thể của toàn bộ hệ thống xử lý nước thải, đặc biệt trong các dự án Địa kỹ thuật Môi trường quy mô lớn.
1. Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Của Bể Lắng Ngang
Bể lắng ngang thường có hình dạng chữ nhật dài trên mặt bằng, với tỷ lệ chiều rộng so với chiều dài thường là 1:4 và chiều sâu dưới 4 mét. Tỷ lệ giữa chiều sâu và chiều dài thường dao động từ 1:8 đến 1:10.
Bể lắng ngang trong xử lý nước thải
Cấu tạo chính của bể lắng ngang bao gồm:
- Tấm chắn đầu bể: Đảm nhiệm vai trò phân phối đều dòng nước thải vào bể theo chiều rộng, giúp tối ưu hóa diện tích lắng và tránh hiện tượng dòng chảy ngắn.
- Vách hướng dòng: Giúp ổn định và định hướng dòng chảy trong bể, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng cặn.
- Máng tràn cuối bể: Thu gom nước đã qua lắng và xả ra ngoài.
- Ngăn thu bùn và hệ thống xả bùn: Nơi tập trung bùn lắng xuống đáy bể, sau đó được xả định kỳ bằng cơ chế thủ công hoặc tự động.
- Thiết bị thu gạt bùn: Thường là hệ thống cào gạt cơ giới di chuyển chậm, đẩy bùn về hố tập trung.
- Động cơ điện: Vận hành thiết bị gạt bùn.
Thông số kỹ thuật điển hình:
- Chiều sâu công tác (H): 1 – 3m.
- Thời gian lưu nước (t): 1,5 – 2,0 giờ.
- Tốc độ dòng chảy (V): Khoảng 7mm/s.
- Ứng dụng: Thường được áp dụng cho lưu lượng nước thải lớn, từ 20.000 m3/ngày đêm trở lên, hoặc thậm chí nhỏ hơn tùy thiết kế.
Cấu tạo của bể lắng ngang
Nguyên lý hoạt động: Nước thải được dẫn vào bể qua máng phân phối ngang và đập tràn thành mỏng ở đầu bể. Ở cuối bể, một máng thu nước tương tự được bố trí với các tấm chắn nửa chìm nửa nổi để ngăn chặn chất nổi và thu nước đã lắng. Tấm chắn ở đầu bể được đặt cách mép máng tràn khoảng 0,5 – 1m và ngập sâu 0,5 – 1m để phân phối nước đều theo chiều sâu. Tấm chắn ở cuối bể có tác dụng ngăn chất nổi, đặt cách đập tràn 0,25 – 0,5m và ngập dưới mặt nước 0,25m. Để thu và xả các chất nổi, người ta lắp đặt một máng đặc biệt với đập tràn sát tấm chắn cuối bể.
Khi nước thải chuyển động chậm (không quá 20mm/s) trong phần công tác của bể với chiều sâu h1, các chất lơ lửng sẽ lắng xuống phần cặn với chiều sâu h3. Giữa phần công tác và phần bùn có lớp đệm trung gian h2, thường khoảng 0,4m. Chiều cao từ mặt nước đến đỉnh bể lắng h4 thường là 0,25 – 0,40m. Tổng chiều sâu của bể lắng sẽ là: Htc = h1 + h2 + h3 + h4.
Đáy bể lắng khi sử dụng thiết bị gạt cặn cơ giới nên được xây dựng với độ dốc không dưới 0,01. Độ dốc nghiêng của tường hố tập trung cặn phải không dưới 45 độ. Việc thiết kế bể lắng ngang với gạt bùn thủ công thường không được khuyến khích vì sẽ đòi hỏi độ dốc đáy lớn (>45 độ), dẫn đến tăng chiều sâu đào.
Để duy trì hiệu quả cho toàn bộ quy trình xử lý, việc tối ưu hóa hiệu suất của bể lắng ngang là vô cùng quan trọng, đặc biệt trong các dự án quy mô lớn như hệ thống xử lý nước thải nhà hàng khách sạn.
2. Lý Thuyết Cơ Bản Để Tính Toán Thiết Kế Bể Lắng Ngang
Việc tính toán bể lắng ngang dựa trên các giả thuyết đơn giản hóa để mô hình hóa quá trình lắng. Các giả thuyết này bao gồm:
- Tốc độ của nước ở mọi điểm trong cùng một mặt cắt ngang đều như nhau.
- Các hạt lơ lửng có tốc độ lắng đều hòa, không thay đổi theo thời gian trong suốt quá trình lắng.
Với các giả thuyết này, có thể biểu thị tốc độ di chuyển của hạt lơ lửng trong bể qua hai thành phần: tốc độ lắng đều Uo theo phương thẳng đứng dưới tác dụng của trọng lực và tốc độ di chuyển thẳng V của nước dọc theo bể. Quỹ đạo chuyển động của hạt sẽ là một đường thẳng, hợp bởi hai vectơ tốc độ này.
Một hạt lơ lửng bắt đầu lắng ngay từ thời điểm nước vào bể. Tất cả các hạt đủ khả năng lắng xuống đáy trong thời gian nước lưu lại trong bể (thời gian lắng) sẽ được giữ lại. Điều này có nghĩa là các hạt có quỹ đạo chạm đáy bể trong thời gian đó sẽ bị loại bỏ.
Trong quá trình lắng, hiện tượng dính kết (kết tụ) giữa các hạt là rất phổ biến. Các hạt lơ lửng va chạm, dính kết với nhau, tạo thành các bông cặn có kích thước và trọng lượng lớn hơn, giúp chúng lắng nhanh hơn. Nguyên nhân chính là do sự keo tụ trọng lực – sự va chạm và dính kết của các phần tử có tốc độ lắng và kích thước khác nhau. Tuy nhiên, các phần tử cũng có thể bị phá vỡ và tách ra, làm giảm hiệu quả lắng hoặc khiến chúng lơ lửng khi trọng lượng riêng gần bằng hoặc nhỏ hơn 1 đơn vị.
Sơ đồ tính toán bể lắng ngang
3. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Của Quá Trình Lắng
Hiệu quả hoạt động của bể lắng ngang bị chi phối bởi nhiều yếu tố, đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng trong thiết kế và vận hành:
- Lưu lượng nước thải: Lưu lượng quá lớn có thể làm tăng tốc độ dòng chảy, giảm thời gian lưu nước và làm giảm khả năng lắng của các hạt.
- Thời gian lưu nước trong bể: Thời gian lưu càng dài (trong giới hạn cho phép), các hạt càng có nhiều thời gian để lắng xuống đáy, giúp nâng cao hiệu quả.
- Tải trọng, khối lượng riêng của chất rắn lơ lửng: Chất rắn có khối lượng riêng lớn và nồng độ cao thường lắng tốt hơn. Tuy nhiên, tải trọng quá lớn có thể gây quá tải cho bể.
- Kích thước và hình dạng của hạt: Các hạt lớn, đặc và có hình dạng đều đặn thường lắng nhanh hơn. Bông cặn hữu cơ thường nhỏ, nhẹ và không đều, đòi hỏi thời gian lắng dài hơn.
- Nhiệt độ nước: Nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của nước, giúp các hạt lắng nhanh hơn.
- Độ pH: Độ pH có thể ảnh hưởng đến quá trình keo tụ và tạo bông cặn.
- Sự xáo trộn thủy động lực học: Dòng chảy rối hoặc sự xáo trộn quá mức sẽ làm các hạt lơ lửng và khó lắng.
Trong đó, lượng cặn (dung tích) lắng xuống phụ thuộc vào nồng độ chất lơ lửng và độ ẩm của cặn. Thời gian giữa hai lần xả cặn cần được lựa chọn cẩn thận tùy theo phương pháp xả và cấu tạo bể. Để tránh tình trạng cặn bị phân hủy kỵ khí và nổi lên, thời gian này thường chọn từ 1 – 2 ngày; khi xả cặn bằng cơ giới có thể giảm xuống còn 4 giờ.
Việc hiểu rõ các yếu tố này là nền tảng để thiết kế và vận hành bể lắng ngang một cách khoa học, đảm bảo hiệu quả xử lý tối ưu. Điều này đặc biệt quan trọng khi cần xử lý nhiều loại nước thải khác nhau, từ sinh hoạt đến công nghiệp. Một giải pháp tương tự là sử dụng bể sinh học hiếu khí để xử lý các chất hữu cơ hòa tan sau giai đoạn lắng.
4. Những Điều Cần Lưu Ý Khi Xây Dựng và Vận Hành Bể Lắng Ngang
Để tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của bể lắng ngang, cần đặc biệt chú ý đến các yếu tố trong quá trình thiết kế, xây dựng và vận hành:
- Vị trí hố tập trung cặn: Ở đầu bể thường lắng nhiều cặn có kích thước lớn hơn. Do đó, cần xây dựng hố tập trung cặn ở đầu bể để thu gom hiệu quả. Lượng cặn sẽ giảm dần theo chiều dài bể.
- Thiết bị gạt bùn: Để gạt bùn tập trung về hố cặn, thường phải lắp đặt các thanh gạt với thiết bị cơ giới. Cần có một lớp trung hòa h2 (khoảng 0,3m) cao hơn thanh gạt. Nếu không có thanh gạt, h2 nên chọn 0,5m.
- Độ dốc đáy bể: Đáy bể phải được xây dựng với độ dốc i ngược với hướng chảy. Chọn i = 0,01 – 0,02 khi có thanh gạt và i ≥ 0,05 khi không có thanh gạt để bùn có thể trượt về hố tập trung.
- Hệ thống xả cặn: Cặn từ hố tập trung được xả qua ống xả đường kính 150 – 200mm dưới áp lực thủy tĩnh không dưới 1,5m, hoặc bằng bơm hút, bơm phun tia, hoặc bơm hỗn hợp khí nước.
- Chiều cao an toàn (h4): Chiều cao từ mặt nước đến đỉnh tường bể h4 nên chọn không dưới 0,3m để đảm bảo an toàn và tránh tràn.
- Vật liệu chống thấm: Đặc biệt trong các dự án xử lý chất thải, bãi chôn lấp rác hoặc xử lý chất thải nguy hại, việc sử dụng màng chống thấm HDPE để lót đáy và thành bể là cực kỳ quan trọng. Màng HDPE giúp ngăn chặn hoàn toàn sự rò rỉ nước thải, bảo vệ nguồn nước ngầm và đất khỏi ô nhiễm. Sự lựa chọn vật liệu và kỹ thuật thi công (như hàn nhiệt bằng máy hàn nhựa chuyên dụng) ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và độ an toàn của công trình Địa kỹ thuật Môi trường.
- Bảo trì định kỳ: Thường xuyên kiểm tra, vệ sinh và bảo trì thiết bị gạt bùn, hệ thống xả cặn để đảm bảo bể hoạt động hiệu quả liên tục.
Những lưu ý này giúp đảm bảo rằng bể lắng ngang không chỉ hoạt động hiệu quả mà còn bền vững, đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt. Đây là một phần không thể thiếu trong các giải pháp tổng thể cho các vấn đề môi trường phức tạp, bao gồm cả ứng dụng vi sinh vật trong xử lý rác thải hay xử lý nước thải chăn nuôi.
5. Ứng Dụng Thực Tiễn và Tầm Quan Trọng Của Công Nghệ Vật Liệu Hiện Đại
Bể lắng ngang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực xử lý nước thải khác nhau:
- Nước thải sinh hoạt: Trong các hệ thống xử lý nước thải chung cư hay khu dân cư, bể lắng ngang giúp loại bỏ phần lớn cặn bẩn thô, giảm tải cho các công đoạn sinh học tiếp theo.
- Nước thải công nghiệp: Đối với nhiều ngành công nghiệp, bể lắng ngang là bước sơ bộ quan trọng để tách các chất lơ lửng, bùn thải trước khi nước thải đi vào các giai đoạn xử lý chuyên sâu hơn.
- Nước thải chăn nuôi: Trong các trang trại chăn nuôi lớn, công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi thường bao gồm bể lắng ngang để loại bỏ phân, thức ăn thừa và các chất rắn hữu cơ, giảm thiểu mùi hôi và ô nhiễm.
Ngày nay, với sự phát triển của Địa kỹ thuật Môi trường, vai trò của vật liệu chống thấm như màng chống thấm HDPE và bạt nhựa HDPE ngày càng trở nên thiết yếu trong xây dựng các bể lắng. Các vật liệu này mang lại khả năng chống thấm tuyệt đối, độ bền cao, khả năng chống chịu hóa chất vượt trội, và tuổi thọ lâu dài. Việc thi công màng chống thấm HDPE đòi hỏi kỹ thuật cao, đặc biệt là công đoạn hàn các tấm màng lại với nhau. Đây là lúc các máy hàn nhựa chuyên dụng phát huy vai trò tối đa, đảm bảo các mối hàn chắc chắn, kín khít, không rò rỉ, bảo vệ môi trường khỏi các chất ô nhiễm.
Trên đây là một số thông tin chi tiết về bể lắng ngang trong xử lý nước thải. Việc nắm vững cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các yếu tố ảnh hưởng và những lưu ý khi xây dựng, vận hành sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả xử lý, góp phần vào sự phát triển bền vững của Địa kỹ thuật Môi trường. Mọi góp ý về nội dung hoặc thắc mắc liên quan, quý bạn đọc có thể để lại bình luận bên dưới.
Tài liệu tham khảo
- Sách Xử lý nước thải (wastewater treatment), Chủ biên GS. TS. Lâm Minh Triết – GS. TS. Trần Hiếu Nhuệ.
- Tài liệu Bộ phận Công nghệ – Công ty Môi trường Hợp Nhất.
- Tổng hợp Internet.