Dầu mỡ, chất hoạt động bề mặt và cặn lơ lửng nhẹ là nhóm ô nhiễm khó xử lý nhất bằng lắng trọng lực thông thường. Trong dây chuyền hóa lý, thiết bị tuyển nổi bình lưu đảm nhiệm việc tách các thành phần này ra khỏi nước thải trước khi đưa sang công đoạn sinh học. Bài viết trình bày nguyên lý bình lưu áp, cấu tạo cụm thiết bị, thông số thiết kế và cách vận hành để đạt hiệu suất ổn định.
Thiết bị tuyển nổi bình lưu - tách dầu mỡ và cặn lơ lửng trong nước thải công nghiệp
Tuyển nổi bình lưu là gì?
Nguyên lý hòa tan khí dưới áp suất
Tuyển nổi bình lưu, hay còn gọi là tuyển nổi khí hòa tan, hoạt động dựa trên khả năng hòa tan của không khí trong nước thay đổi theo áp suất. Một phần nước sạch sau xử lý được bơm tuần hoàn vào bình bão hòa, tại đây không khí nén được đưa vào và hòa tan vào nước ở áp suất khoảng 4 đến 6 bar.
Dòng nước bão hòa khí này sau đó được xả vào bể tuyển nổi qua van giảm áp. Khi áp suất đột ngột trở về áp suất khí quyển, lượng khí dư thoát ra dưới dạng hàng triệu bọt siêu mịn có đường kính chỉ 20 đến 50 micromet. Các bọt khí này bám vào bông cặn và hạt dầu, kéo chúng nổi lên mặt bể, nơi hệ thống gạt váng thu gom liên tục.
Vai trò của bình lưu áp
Bình lưu áp là bộ phận quyết định chất lượng bọt khí. Nếu thời gian lưu trong bình quá ngắn, khí chưa kịp hòa tan hết và sẽ thoát ra dưới dạng bọt lớn, không có tác dụng nâng cặn. Thời gian lưu hợp lý thường từ 1 đến 3 phút, kèm cơ cấu phân phối để tăng diện tích tiếp xúc giữa khí và nước bên trong bình.
Khác biệt so với bể lắng thông thường
Bể lắng dựa vào trọng lực để đưa cặn nặng xuống đáy, nên gần như bất lực với dầu mỡ và bông cặn nhẹ có tỷ trọng xấp xỉ nước. Tuyển nổi làm ngược lại: chủ động giảm tỷ trọng biểu kiến của hạt cặn bằng bọt khí, đưa chúng lên mặt để gạt đi. Nhờ vậy, thời gian lưu chỉ khoảng 20 đến 40 phút thay vì vài giờ như bể lắng, diện tích xây dựng giảm đáng kể.
Cấu tạo cụm thiết bị tuyển nổi bình lưu
Các hạng mục chính
• Bể tuyển nổi: Thân bể inox hoặc thép sơn epoxy, có vùng phân phối đầu vào, vùng tuyển nổi và vùng thu nước trong ở cuối.
• Bình bão hòa khí: Bình chịu áp có van an toàn và đồng hồ áp suất, nơi diễn ra quá trình hòa tan không khí vào nước tuần hoàn.
• Bơm áp lực và máy nén khí: Cấp nước và khí vào bình bão hòa, duy trì áp suất làm việc ổn định.
• Hệ van giảm áp và ống phân phối: Tạo bọt siêu mịn và rải đều trên toàn tiết diện đầu vào của bể.
• Cơ cấu gạt váng: Thanh gạt chuyển động chậm trên mặt bể, đẩy lớp bùn nổi vào máng thu.
• Cụm hóa chất: Bồn pha và bơm định lượng PAC, polymer, xút hoặc axit để điều chỉnh pH và tạo bông.
Vật liệu chế tạo
Với nước thải thông thường, inox SUS304 là lựa chọn cân bằng giữa độ bền và chi phí. Với nước thải thủy sản, xi mạ hoặc có hàm lượng clorua cao, nên dùng SUS316 cho phần tiếp xúc trực tiếp. Các bể lớn phục vụ khu công nghiệp đôi khi được chế tạo bằng thép carbon phủ epoxy để giảm giá thành, kèm quy trình kiểm tra lớp phủ định kỳ.
Bể tuyển nổi được chế tạo theo lưu lượng thực tế, hiệu suất tách cặn lơ lửng đạt 85 đến 95%
Thông số thiết kế cần nắm
Tải trọng bề mặt
Tải trọng bề mặt là thông số quan trọng nhất, thường lấy trong khoảng 4 đến 10 m3 trên mỗi mét vuông diện tích mặt bể trong một giờ. Nước thải nhiều dầu mỡ hoặc bông cặn nhẹ cần chọn giá trị thấp để tăng thời gian nổi. Chọn tải trọng quá cao là nguyên nhân phổ biến khiến bọt khí bị cuốn theo dòng ra và hiệu suất tách sụt giảm.
Tỷ lệ nước tuần hoàn
Lượng nước bão hòa khí đưa trở lại bể thường chiếm 20 đến 40% lưu lượng xử lý. Tỷ lệ này cần cân đối với nồng độ cặn lơ lửng đầu vào: nước thải càng bẩn thì tỷ lệ tuần hoàn càng phải cao để có đủ bọt khí. Tăng tỷ lệ tuần hoàn cũng đồng nghĩa với tăng công suất bơm áp lực, nên cần tính toán ngay từ giai đoạn thiết kế.
Hiệu suất đạt được
• Cặn lơ lửng: Tách được 85 đến 95% khi hệ keo tụ tạo bông vận hành đúng.
• Dầu mỡ: Loại bỏ 90 đến 98%, kể cả dầu nhũ tương đã được phá vỡ bằng hóa chất.
• COD: Giảm 40 đến 70% tùy tỷ lệ phần COD tồn tại ở dạng hạt.
• Photpho: Có thể giảm 80 đến 90% khi kết hợp keo tụ bằng muối sắt hoặc nhôm.
Hệ hóa chất đi kèm
Hiệu quả tuyển nổi phụ thuộc rất nhiều vào khâu keo tụ tạo bông phía trước. Trình tự chuẩn là điều chỉnh pH về khoảng tối ưu, châm PAC hoặc phèn để trung hòa điện tích hạt, sau đó châm polymer để liên kết các hạt nhỏ thành bông lớn. Bông cặn cần đủ bền để không bị vỡ khi qua bơm và đủ xốp để bọt khí bám vào.
Thiết bị được thiết kế theo lưu lượng và đặc tính nước thải thực tế của từng nhà máy
Ứng dụng và lưu ý khi vận hành
Các ngành sử dụng phổ biến
Thiết bị tuyển nổi bình lưu được dùng rộng rãi trong chế biến thủy sản, giết mổ, sữa, dầu ăn, bia rượu, dệt nhuộm, giấy và xi mạ. Trong dây chuyền, thiết bị thường đặt sau thiết bị lược rác tinh dạng tĩnh và bể điều hòa, trước khi nước chuyển sang bể sinh học.
Xử lý bùn nổi thu được
Bùn váng thu từ máng gạt có độ ẩm rất cao, cần đưa về bể chứa bùn rồi tách nước bằng máy ép bùn công nghiệp. Nếu bỏ qua bước này, chi phí vận chuyển bùn lỏng sẽ trở thành khoản tốn kém lớn nhất trong vận hành hệ thống.
Những lỗi thường gặp
• Áp suất bình bão hòa không ổn định: Bọt khí to và thưa, cặn không nổi được, cần kiểm tra máy nén khí và van an toàn.
• Châm polymer quá liều: Bông cặn quá lớn và nặng, chìm xuống đáy thay vì nổi lên mặt.
• Thanh gạt chạy quá nhanh: Khuấy động lớp váng và làm bùn nổi tan trở lại vào nước.
• pH lệch khỏi dải tối ưu: Hóa chất keo tụ mất tác dụng, nước sau tuyển nổi vẫn đục.
Chế tạo thiết bị tuyển nổi bình lưu tại TPHCM
Do phụ thuộc vào lưu lượng, đặc tính nước thải và mặt bằng sẵn có, thiết bị tuyển nổi hầu như luôn phải chế tạo riêng cho từng dự án. Công ty TNHH Công Nghệ Cơ Khí Huỳnh Quang nhận thiết kế và gia công trọn cụm tuyển nổi bao gồm bể, bình bão hòa, hệ bơm khí và cụm hóa chất, kèm tủ điều khiển liên động toàn hệ thống.
Với xưởng cơ khí riêng tại TPHCM và định hướng Tiêu chuẩn Châu Âu - Chế tạo tại Việt Nam, công ty hỗ trợ khảo sát tại công trình, chạy thử nghiệm jartest trên mẫu nước thải thực tế để chốt loại hóa chất và liều lượng trước khi đưa vào sản xuất thiết bị.
Một cụm tuyển nổi bình lưu được thiết kế đúng tải trọng bề mặt và vận hành đúng quy trình hóa chất có thể giảm phần lớn tải lượng ô nhiễm trước công đoạn sinh học, kéo theo giảm chi phí điện và hóa chất cho toàn hệ thống. Doanh nghiệp nên trao đổi sớm với đơn vị chế tạo ngay từ giai đoạn thiết kế để chọn cấu hình phù hợp.
CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ HUỲNH QUANG
Địa chỉ: 221/65C Đường ĐT4, Ấp 5, xã Đông Thạnh, Huyện Hóc Môn, Tp. HCM
Điện thoại: 0908 399 015
E-mail: [email protected]
Website: www.thietbimoitruongtphcm.com
