STVN – Công nghệ xử lý nước theo phương pháp truyền thống keo tụ-lắng-lọc nhanh-khử trùng đã và đang được ứng dụng ở nhiều hệ thống xử lý nước khác nhau trên thế giới. Tuy nhiên hiệu quả xử lý nước của công nghệ này còn nhiều mặt hạn chế, đặc biệt đối với những nguồn nước có hàm lượng cặn lơ lửng thấp hơn 150 mg/l, độ màu và nồng độ chất hữu cơ cao. Công ty Vicen đã nghiên cứu và chế tạo thành công bể lắng bọt khí bão hòa có thể thay thế được bể lắng truyền thống. Bể lắng bọt khí bão hòa hoạt động theo 2 chế độ lắng và tuyển nổi nhằm phát huy hoàn toàn hiệu quả xử lý nước.
Ts. Trịnh Xuân Đức, Ths.Le Anh Tuan, Ths.Nguyen Cong Minh
Ks. Đàm Văn Thành, Ks. Nguyễn Thị Việt Hà,
Ks. Nguyễn Thị Thanh Hòa, Ks. Lê Quốc Chuyên
1. Đặt vấn đề
Với nguồn nước mặt như nước hồ, nước suối .v.v.., sơ lắng luôn là giải pháp an toàn, hiệu quả cao, cho phép các công trình phía sau làm việc ổn định, ít tốn hóa chất. Những nguồn nước này có hàm lượng cặn thấp, hàm lượng chất hữu cơ cao và dao động lớn theo thời gian, trong quá trình keo tụ thường khó tạo được những bông cặn lớn khiến chúng lơ lửng khó lắng cặn. Những chất cặn , chất hữu cơ lơ lửng này tạo ra môi trường yếm khí sinh ra các bọt khí CO2 , CH4 .v.v.. ngăn chặn quá trình lắng cặn làm giảm hiệu quả hoạt động của bể lắng. Ngoài ra các chất cặn này khi vào bể lọc sẽ xuất hiện hiện tượng vón cục gây hiệu ứng bẩn giả tạo làm rút ngắn thời gian lọc, phải rửa lọc nhiều lần dẫn đến tốn năng lượng và tốn nước rửa lọc.
Công ty Vicen đã nghiên cứu và chế tạo thành công bể lắng bọt khí bão hòa CAF-V1 giải quyết được những vấn đề của bể lắng truyền thống.
2. Nguyên lý hoạt động của bể lắng bọt khí bão hòa
Những chất ô nhiễm kích thước nhỏ, có trạng thái hợp thể trong nước ổn định, không thể lắng được trong các bể keo tụ – lắng thông thường, nhưng lại có thể dễ dàng loại bỏ bằng cách dính bám vào các bọt khí kích thước nhỏ (cỡ vài chục micromét) và nổi trên mặt nước dưới dạng bọt sau đó được tách ra khỏi nước.
Bể lắng bọt khí bão hòa được thiết kế hoạt động được trong các chế độ khác nhau. Trong mùa khô, nguồn nước có nồng độ chất hữu cơ cao, nồng độ chất cặn lơ lửng thấp, hiệu quả sơ lắng giảm, lúc này cơ chế tuyển nổi của bể được phát huy tối đa. Các chất hữu cơ và phần cặn lơ lửng khó lắng sẽ được tuyển nổi lên bề mặt bể và được thu gom. Trong mùa mưa, nguồn nước có nồng độ chất cặn lơ lửng cao, nồng độ chất hữu cơ giảm, bể lắng bọt khí bão hòa hoạt động như bể lắng lamella thông thường qua hệ thống lamella được bố trí tại vùng lắng, từ đó giảm được chi phí vận hành.
Trong hệ thống bể lắng bọt khí bão hòa : nước và không khí được bơm vào thiết bị trộn khí cao tải do công ty Vicen nghiên cứu và chế tạo, ở đó nước được bão hòa không khí trong thời gian 0,5÷2,0 phút dưới áp suất cao (4÷6 bar). Nước đã bão hòa không khí được châm vào bể qua các vòi phun từ dưới đáy ngăn tiếp xúc. Do áp suất giảm đột ngột (xuống bằng áp suất khí quyển), khí hòa tan được tách ra thành các bọt rất nhỏ với kích thước khoảng từ 10÷100µm, với số lượng rất lớn, bọt khí dính với các hạt cặn và đẩy chúng lên bề mặt, các bọt khí kết dính với nhau tạo thành 1 lớp bọt trên bề mặt và được loại bỏ bởi dây chuyền gạt bọt trên bề mặt bể. Trong bể được bố trí tấm lắng lamella làm tăng hiệu quả lắng của bể, những cặn nặng khó nổi sẽ được lắng xuống đáy và được loại bỏ.
Hình 1 : Nguyên lý hoạt động của bể lắng bọt khí bão hòa
Nước sau khi lắng được tuần hoàn lại thiết bị trộn khí cao tải với lưu lượng khoảng 5÷20% tùy thuộc vào lượng cặn ban đầu.
Hình 2 : Dây chuyền công nghệ xử lý
Hình 3 : Mặt đứng cụm bể lắng bọt khí bão hòa và lọc tự rửa
3.Nghiên cứu thực nghiệm
Chạy thử Pilot bể lắng bọt khí bão hòa CAF-V1 ở xưởng sản xuất của Công tyVicen tại Hoài Đứcvới công suất Q = 33,4m3/h. Các thông số kỹ thuật của bể được trình bày trong bảng. 
4.Kết quả và thảo luận
Theo những kết quả nghiên cứu thực nghiệm ta có :
Hình 4 : Độ đục của nước sau bể lắng bọt khí bão hòa ứng với áp suất làm việc của thiết bị trộn khí cao tải
Biểu đồ hình 4 cho thấy : với khoảng giá trị áp suất trong thiết bị trộn khí cao tải từ 3,9÷5,0 (bar) độ đục của nước sau bể lắng bọt khí bão hòa là 5÷2 NTU. Khi áp suất trong thiết bị trộn khí cao tải >5,0 (bar), độ đục sau bể hầu như không giảm thêm nữa. Từ đó ta thấy khoảng giá trị áp suất để thiết bị trộn khí cao tải tạo bọt khí với kích thước và nồng độ phù hợp là 3,9÷5,0 (bar)
Hình 5 : Độ đục của nước sau bể lắng bọt khí bão hòa ứng với tỷ lệ nước tuần hoàn
Biểu đồ hình 5 được thí nghiệm với các giá trị NTU khác nhau và kết quả như sau : với độ đục của nước đầu vào là 150 NTU thì độ đục của nước sau bể lắng bọt khí bão hòa từ5÷2 NTU tương ứng với khoảng giá trị của tỷ lệ nước tuần hoàn vào thiết bị trộn khí cao tải là từ 8÷16%. Khi tỷ lệ nước tuần hoàn tăng >16%, độ đục sau bể hầu như không giảm thêm nữa. Từ đó ta có khoảng giá trị của tỷ lệ nước tuần hoàn vào thiết bị trộn khí cao tải để bể làm việc hiệu quả là 8÷16%. Với nguồn nước vào có độ đục >150 NTU , để đáp ứng chất lượng nước đầu ra phải tăng tỉ lệ dòng tuần hoàn vào thiết bị trộn khí cao tải. Kết quả được thể hiện ở bảng sau:
5.Kết luận
Từ những kết quả nghiên cứu thực nghiệm ta thấy được bể hoạt động tốt trong các trường hợp chất lượng nước đầu vào khác nhau. Tuy nhiên cơ chế tuyển nổi của bể hoạt động tốt với các nguồn nước có chất lượng nước đầu vào ≤150 NTU. Với nguồn có độ đục >150 NTU phải tăng tỉ lệ dòng tuần hoàn, lúc này trong nước có nồng độ chất cặnlơ lửng cao, cơ chế lắng trong bể được phát huy tối đa đem lại hiệu quả cao và ít tốn năng lượng hơn so với những phương pháp lắng truyền thống.
Với kết quả thí nghiệm thu được cũng đã khẳng định hiệu suất của bể lắng bọt khí bão hòa tốt hơn nhiều so với keo tụ – lắng tuyền thống , đặc biệt thích hợp đối với các trạm xử lý nước sông có độ đục thấp, mức độ ô nhiễm hữu cơ cao, các nguồn nước mặt có độ màu, hàm lượng rong tảo cao như nước hồ, đầm, hay ở những nơi có điều kiện sơ lắng trước quá trình keo tụ – tạo bông.
