Cải tạo chất lượng và nâng công suất hệ thống xử lý nước mặt với công nghệ châm hóa chất đa tia và phản ứng bông thủy lực

Cải tạo chất lượng và nâng công suất hệ thống xử lý nước mặt với công nghệ châm hóa chất đa tia và phản ứng bông thủy lực

Các hệ thống xử lý nước mặt cũ thường không đạt chất lượng (độ đục NTU) đầu ra, nhất là khi nước thô vào mùa mưa có độ đục cao. Các hệ thống này thường sử dụng rất nhiều chất keo tụ. Theo lý thuyết, quy trình xử lý nước mặt truyền thống thường được áp dụng là:

Hình 1: Quy trình xử lý nước mặt. Trước hết chúng tôi tóm lược từng khâu trong dây chuyền xử lý nước mặt đang thường được áp dụng ở Việt Nam hiện nay. Sau đó chúng tôi sẽ trình bày các công nghệ cải tiến: trộn đa tia (multi point injection, MPI) tăng hiệu quả trộn và tiết kiệm hoá chất và phản ứng tạo bông 3-chiều vi thuỷ lực (Micro Hydraulic, MH) để khối lượng bông cặn được lớn nhất trước khi chảy qua ngăn lắng. 

Trộn (mixing): Theo quy trình xử lý trong hình 1, trước khi nước thô được bơm vào hệ thống xử lý, chất keo tụ (phèn, PAC) được châm vào đường ống nước thô hoặc bể trộn. Hiệu quả của dây chuyền xử lý sẽ bắt đầu từ đây. Chất keo tụ phải được trộn đều và nhanh (từ 1 đến 2 giây). Như thế, độ hoà tan của phèn hoặc PAC sẽ cao và lượng hoá chất sử dụng sẽ thấp. Nếu trộn tốt chúng ta sẽ hạn chế lượng hoá chất thất thoát. 

Phản ứng tạo bông: Khi chất keo tụ được trộn đều, hoà tan tốt trong nước thành một dung dịch đồng nhất, sẽ chảy qua các ngăn phản ứng keo tụ (flocculation). Để các hạt lơ lửng riêng lẻ trong nước kết tủa lại thành các bông cặn, bên cạnh chất keo tụ (phèn, PAC), chúng ta cần cho năng lượng vào các ngăn tạo phản ứng keo tụ. Trong dân gian, để làm nước sông đục thành trong, người ta cho phèn vào lu nước rồi khuấy dung dịch nước và phèn. Động tác khuấy là hình thức cho năng lượng vào lu. Ngày nay các chuyên gia xử lý nước cho năng lượng bằng thuỷ lực, thí dụ: để nước chảy zíc zắc qua các kênh dẫn nước theo chiều ngang hay  đứng (1-chiều), hoặc dùng động cơ để khuấy tạo bông (2-chiều). 

Lắng: Sau khi bông cặn được tạo ra, nước sẽ chảy qua bể lắng. Tại đây bông cặn sẽ lắng xuống đáy và nước trong trên bề mặt chảy vào các máng thu. Các bông cặn càng lớn và nặng thì hiệu quả lắng càng cao. Các công nghệ lắng đang được áp dụng tại Việt Nam là: lắng ngang, lắng đứng lơ lửng và lắng nghiêng (lamel). 

Lọc: Nước từ bể lắng, thông qua các máng thu sẽ chảy qua bể lọc. Tại bể lọc, các hạt lơ lửng cuối cùng còn lại trong nước sẽ được một lớp cát cản lại và nước với hàm lượng độ đục (NTU) thấp chảy vào bể chứa nước sạch. Công nghệ bể lọc thường áp dụng là đan bê tông có chụp lọc. Hiện nay tại Việt Nam đan lọc HDPE (đan lọc Leopold) ngày càng được nhiều công ty cấp nước áp dụng. Phần trên là các công nghệ được áp dụng thông thường (99%) cho dây chuyền xử lý nước mặt. Dưới dây, chúng tôi sẽ trình bày công nghệ cải tiến trộn đa tia (MPI) và phản ứng tạo bông vi thủy lực (MPH). Công nghệ trộn đa tia (multi point injection, MPI): Công nghệ trộn đa tia là phát minh mới của TS Rusnandi Garsadi. Trong công nghệ này thế năng là nguồn năng lượng được sử dụng để trộn đều hóa chất trong vòng 1 dến 2 giây. Do đó hàm lượng phèn hoặc PAC châm vào được hoà tan hầu như 100%, không bị thất thoát. Với phương pháp trộn cải tiến này chúng ta sẽ tiết kiệm được rất nhiều hoá chất. Nhiều hệ thống xử lý hiện hữu có lượng PAC sử dụng trung bình 20 đến 30 g/m3, tuỳ theo độ đục của nước nguồn. Với công nghệ trộn đa tia, lượng PAC sử dụng sẽ hạ thấp xuống còn < 10 g/m3. Công nghệ phản ứng tạo bông vi thuỷ lực (micro hydraulic, MH): Sau khi chất keo tụ được hoà tan vào trong nước, các hạt nhỏ riêng lẽ cần được kết dính lại với nhau. Để tạo phản ứng keo tụ, ta cần cho năng lượng vào hệ thống (thí dụ như khuấy) theo biểu đồ tạo bông dfloc và thời gian T được trình bày trong hình 2. Năng lượng cần để tạo bông cặng được viết bởi công thức:

Với: G: gradient vận tốc trung bình (s-1)P: Năng lượng (Watt)µ: Độ nhớt động lực (Ns/m2)V: Thể tích (m3)

Hình 2: Biểu đồ tạo bông theo thời gian.

Hình 3: Quá trình tạo bông cặn.

Hình 4: Phản ứng tạo bông theo công nghệ vi thuỷ lực Micro Hydraulic.
 Theo biểu đồ hình 2, giá trị năng lượng G lúc ban đầu lớn. Nếu dùng phương pháp khuấy thì cường độ khuấy phải cao, sau đó giảm dần rồi dừng hẳn khi các hạt riêng lẻ đã kết tủa thành các bông cặn lớn và nặng (hình 3). Nếu ta tiếp tục khuấy, các bông cặn đã hình thành sẽ vỡ thành các hạt có trong lượng nhỏ hơn, khiến hiệu quả lắng thấp. TS Rusnandi Garsadi đã phát minh ra phương pháp khuấy vi thuỷ lực 3-D. Ông chia bể phản ứng tạo bông ra làm các ngăn nhỏ. Ở mỗi ngăn, các vòng xoáy vi thuỷ lực với các cường độ khác nhau chảy qua tấm hướng dòng (hình 4), sao cho các giá trị G gần bằng với giá trị lý thuyết. Dựa trên thông tin như chất lượng nước và lưu lượng, kích thước các ngăn được xác định và các tấm hướng dòng (Flow Driver) được thiết kế. Như chúng ta biết, hai giai đoạn đầu tiên, trộn chất keo tụ và phản ứng tạo bông là quan trọng nhất trong dây chuyền xử lý nước mặt. Nếu bông cặn không kết tủa tốt và các bông không lớn thì khâu lắng và lọc sẽ không hiệu quả, chất lượng nước đầu ra kém và hệ thống không đạt công suất thiết kế, hao tốn nhiều hóa chất. Với công nghệ trộn và phản ứng cải tiến kết hợp công nghệ lắng nghiêng lamel và tấm đan lọc Leopold, ta sẽ khai thác được công suất tối đa của mặt bằng và kết cấu hiện hữu cùng chất lượng nước tốt nhất. Công suất hiện hữu có thể tăng từ 2 đến 3 lần. Lượng hoá chất sử dụng cũng sẽ thấp hơn nhiều. Công ty Pernam sở hữu các công nghệ cải tiến trên và đã cải tạo thành công hai hệ thống xử lý Chợ Lách, Công ty Cổ phần Cấp Thoát Nước Bến Tre và Ba Chúc, Công ty Cổ phần Điện Nước An Giang. Hệ thống xử lý cũ của hai nhà máy được thiết kế theo công nghệ lắng đứng lơ lửng hạt nổi với công suất thiết kế lần lượt là 50 m3/giờ và 17 m3/giờ. Vào mùa mưa, độ đục rất cao nên hệ thống không đạt công suất cũng như chất lượng nước đầu ra. Chúng tôi đã cải tạo lại hệ thống xử lý với công nghệ vi thuỷ lực, bao gồm bể trộn bằng thép và bể phản ứng tạo bông với diện tích xây dựng thêm lần lượt là 10m2 và 9,2m2 (các kết cấu lắng, lọc hiện hữu được giữ nguyên). Để tăng công suất lắng, tấm lamel được lấp vào bể lắng đứng và các chụp lọc của bể lọc được cải tạo. Sau cải tạo, công suất của mỗi hệ thống tăng lên 100 m3/giờ và chất lượng nước đầu ra nhỏ hơn 1.0 NTU; lượng hoá chất (PAC) sử dụng trung bình là 8 g/m3 ở Chợ Lách và 9 g/m3 ở Ba Chúc. Suất đầu tư của hệ thống cải tạo Chợ Lách là 1.0 triệu đồng/m3 và Ba Chúc là 1.5 triệu đồng/m3. Kết Luận: 
Các hệ thống xử lý được xây dựng vào thập niên 90 thường không hoạt đông hiệu quả, nhất là vào mùa mưa. Ngoài ra vận hành và bảo trì phức tạp, chi phí cao. Trong khi đó, nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng và yêu cầu về chất lượng của người sử dụng ngày càng cao; các công ty cấp nước cũng muốn giảm chi phí vận hành như tiết kiệm hoá chất và điện năng. Trong bối cảnh đó, công nghệ trộn đa tia (MPI) và phản ứng tạo bông vi thuỷ lực (MH) sẽ giúp chúng ta nâng công suất, tiết kiệm hoá chất vận hành mà không cần thay đổi nhiều về kết cấu, cũng như mặt bằng hiện hữu. Hệ thống có thể sử dụng công nghệ 4.0, tự đông hoá hoàn toàn. Do đó vận hành và bảo trì sẽ đơn giản hơn và tiết kiệm được chi phí. Các công nghệ MPI và MH đã được Công ty Pernam chứng minh hiệu quả tại nhà máy nước Chợ Lách và Ba Chúc. Các công nghệ này cũng đã được áp dụng tại các nhà máy có công suất lớn ở Indonesia. Suất đầu tư hệ thống cải tạo từ 1.0 triệu đến 2.0 triệu đống cho một m3, tuỳ vào hiện trạng. 


Ngô Xuân Trường – Trương Minh Hiền – Dương Văn Bản
Công ty CP TV – TK – XD Hoàn Mỹ Việt Nam (PERNAM)

Viết một bình luận

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.