CÔNG TRÌNH LÀM SẠCH CƠ HỌC

          Song chắn rác

Trong hầu hết các công trình xử lý nước thải bằng biện pháp xử lý cơ học đều có song chắn rác (bar-rack/screen). Song chắn rác là hạng mục công trình xử lý sơ bộ đầu tiên nhằm ngăn giữ rác bần thô gồm giấy, bọc nylon, chất dẻo, cỏ cây, vỏ đồ hộp, gỗ, … Các loại rác này có thể làm tắt nghẽn đường dẫn nước hoặc làm hư hỏng máy bơm. Song chắn rác là một hay nhiều lớp thanh đan xen kẽ với nhau (còn gọi là mắc song) đặt ngang đường dẫn nước thải. Rác sau khi lấy ra khỏi nước thải thường được đem qua bộ phận nghiền (grinder), đốt hoặc chôn tùy theo mức độ, kinh phí và công nghệ (xem hình 3.1).

Hình 3.1:        Sơ đồ trạm xử lý cơ học

Đối với song chắn rác, ta có thể phân biệt:

·        Theo khe hở của song chắn có 3 kích cỡ: loại thô lớn (30 – 200 mm), loại trung bình (16 – 30 mm), loại nhỏ (dưới 16 mm ).

·        Theo cấu tạo của song chắn: loại cố định và loại di động.

·        Theo phương cách lấy rác: loại thủ công và loại cơ giới.

Thanh đan trong song chắn có thể có hình tròn ( f = 8 – 10 mm) hoặc hình chữ nhật (tiết diện ngang (s x b) = 10 x 40 mm, 8 x 60 mm, …). Hình tròn thì thuận lợi cho dòng chảy nhưng khó cào rác, còn hình chữ nhật thì gây tổn thất dòng chảy. Có nhiều hình dạng khác, tốt nhất là hình bầu dục, nhưng chi phí loại này cao.

Hình 3.2: Các kích thước và hình dạng của thanh chắn rác

Loại song chắn rác di động thường ít được sử dụng do thiết bị phức tạp và quản lý khó. Phổ biến là loại chắn rác dạng thanh chữ nhật cố định, rác được lấy bằng cào sắt gắn với một trục quay. Lượng rác được giữ lại phụ thuộc vào khe hở giữa các thanh chắn. Tuỳ theo mức độ rác trong nước thải, người ta định các khe hở của song chắn, nếu rộng quá thì sẽ không ngăn rác hiệu quả, còn nếu hẹp quá thì cản trở dòng chảy.

Bảng 3.1: Chỉ số thiết kế thanh chắn

Nguồn: George T., Franlin L. B., Wastewater Engineering, 1995 Một số lưu ý khi thiết kế song chắn rác:

Khống chế tốc độ dòng chảy nước thải qua song chắn từ 0,5 – 1,0 m/s. Nếu lượng rác W > 0,1 m3/ngày thì có thể lấy rác bằng tay.

Nếu lượng rác W £ 0,1 m3/ngày thì có thể lấy rác bằng cơ giới.

Tổn thất cột nước khi đi qua song chắn rác có thể xác định theo:

h   = B(s / b)4 / 3.h .sinq

trong đó :

s là bề dày thanh chắn                     b là khoảng hở giữa 2 thanh

hV là cột nước dòng chảy đoạn gần đến song chắn rác, hV = V2/2g

q là góc nghiêng của thanh chắn so với chiều dòng chảy B là hệ số hình dạng của thanh chắn, lấy theo bảng sau:

Bảng 3.2: Hệ số hình dạng thanh chắn rác

             Một số kiểu song chắn rác

Hình 3.3 là một kiểu song chắn rác cào bằng tay, đây là loại được dùng phổ biến ở các công trình đầu mối của trạm bơm nước thải. Khi thiết kế cần lưu ý là chiều dài rãnh làm sạch bằng tay không nên vượt quá khoảng cách thuận lợi cho việc cào rác bằng tay, khoảng 3 m. Thanh chắn rác thường không nhỏ hơn 10 mm theo chiều dày và 50 mm theo chiều sâu. Các thanh này được hàn chặt trong một khung cứng với các khoảng cách phù hợp với dụng cụ cào rác. Phía trên kênh dẫn thường có các tấm đậy để ngăn cản mùi hôi của nước thải. Kênh dẫn nước thải cần được thiết kế để ngăn cản các tích tụ sạn sỏi và các vật liệu nặng khác lắng tụ trong kênh, nên xác định bề rộng kênh dẫn trước khu vực chắn rác sao cho vận tốc dòng chảy chỉ giới hạn trong khoảng 0,40 m/s – 0,80 m/s là tốt nhất.

Hình 3.3: Một kiểu kết cấu song chắn rác cào bằng tay

Song chắn rác có bộ phận lấy rác bằng cơ giới rất đa dạng về hình kiểu, mỗi loại

đều có ưu điểm và khuyết điểm riêng (hình 3.4).

Hình 3.4: Một số kết cấu chắn rác với thiết bị làm sạch bằng cơ giới

(a) kiểu vận hành bằng xích quay; (b) kiểu bàn cào trượt (theo Franklin Miller);

(c) kiểu tời quay (theo Dresser Industries); (d) kiểu đầu cáp

·        Trong hình 3.4(a), bộ phận cào rác vận hành bằng xích quay theo một đầu dẫn, rác được cuốn theo chiều đi xuống của dây xích và đưa lên một máng lọc đổ. Ưu điểm của kiểu này là việc lấy rác tương đối triệt để nhất là các loại rác “mềm” như giấy, vải, nylon,… các thanh chắn được bảo vệ khỏi bị hư hại do các mãnh vỡ gây ra. Khuyết điểm là nó thỉnh thoảng bị kẹt do các loại rác “cứng” gây ra, đồng thời gặp khó khăn khi chỉnh sửa bánh xích và cần thiết phải tháo nước khỏi lòng kênh.

·        Hình 3.4(b) là một kiểu lấy rác theo cách trượt, bộ phận cào rác di chuyển theo một giá đỡ, lên đến đâu giá đỡ, rác sẽ tự rơi xuống và đưa đi nơi khác. Độ nghiêng của giá đỡ có thể điều chỉnh tùy theo tình trạng rác thải. Ưu điểm của kiểu này là hầu hết các bộ phận lấy rác đều nằm trên mực nước, có thể dễ dàng làm sạch và quản lý mà không cần phải tháo sạch nước trong lòng kênh. Khuyết điểm của nó là bộ phần cào rác chỉ hoạtđộng trên một chiều giá đỡ thay vì liên tục như loại xích quay.

·        Hình 3.4(c) là một hình thức lấy rác theo kiểu tời quay, bộ phận cào rác được giữ trên giá đỡ nhờ vào trọng lượng của dây xích. Ưu điểm của kiểu nàu là bộ phận đầu bánh răng cơ khí không bị ngập chìm trong nước thải. Khuyết điểm của nó là chiếm nhiều không gian lắp đặt.

·        Hình 3.4(d) cho một kiểu lấy rác bằng đầu cáp, bộ phận cào rác đi lên xuống trên một giá trục qua sự chuyển động của hệ thống dây cáo và đầu trống quay. Bộ phận cào đi xuống bằng trọng lượng bản thân và nâng lên bằng cáp quay. Ưu điểm của kiểu này là bộ phận cào rác tự trọng lượng bản thân nó đảm nhận một phần việc vận hành cơ học khi rơi vào vùng nước thải. Khuyết điểm của nó là khả năng cào rác bị giới hạn, quản lý hơi phức tạp, cuộn cáp hay bị vướng do chất thải rắn và bộ phận thắng hãm cơ học thường bị trục trặt.

Ví dụ 3.1: Định hình kích thước liên quan đến việc thiết kế một kênh dẫn trước khi

đi đến một bộ phận song chắn rác cào tay với các thông số tính toán sau:

+ Lưu lượng thiết kế lớn nhất                               Q = 1 m3/s

+ Vận tốc dòng chảy đi qua song chắn rác             V = 0,5 m/s

+ Khoảng cách các thanh chắn rác                        b = 50 mm

+ Chiều sâu dòng chảy trong kênh lấy rác             H = 1 m.

Tính hệ số hữu dụng của song lọc và số lượng rác qua song mỗi ngày, giả thiết song có khả năng giữ 20 m3 rác /106 m3 nước thải.

Giải:

1.  Tính chiều rộng các thanh chắn và bề rộng kênh dẫn nước thải Diện tích mặt làm sạch qua song chắn A:

A = Q =

V

1 = 2 m2

0,5

Chiều rộng mặt làm sạch qua song chắn W:

W = A H

= 2 = 2 m

1

Số khoảng hở trên song chắn rác n:

n = W

b

= 2.m 5.cm

= 100 .cm = 40 khoảng hở

1.m

Mỗi khoảng hở có bề rộng b = 5 cm, tổng số thanh chắn sẽ là 40 – 1 = 39 thanh, mỗi thanh chắn có rộng 5 mm, vậy chiều rộng của kênh dẫn nước thải sẽ là:

B = Bề rộng các khoảng hở + Bề rộng các thanh chắn

2.  Tính hệ số hữu dụng – efficiency coefficient ce – của song chắn rác (được định nghĩa là tỉ số giữa không gian làm sạch so với bề rộng kênh dẫn, hệ số này cũng được dùng khi tính toán bề rộng kênh)

3.  Tính toán số rác giữ lại ở song lọc trong 1 ngày.

Khối lượng rác giữ lại          = (20 m3/1.000.000 m3)(1 m3/s)(3600 s/h)(24 h/ngày)

= 1,73 m3 rác/ngày.

Ví dụ 3.2: Một song cào rác dạng thanh đứng với khoảng hở là b =25 mm để lọc rác từ nước thải đến một nhà máy xử lý qua một ống dẫn hình tròn. Cho biết :

+ Đường kính ống dẫn D = 1,25 m

+ Hệ số nhám đường ống n = 0,013

+ Độ dốc đường ống S = 0,00064

+ Vận tốc trung bình dòng nước Vavg = 0,8 Vmax (vận tốc lớn nhất)

+ Kích thước thanh chắn s = 10 mm (dày), bề rộng song chắn 1,5 m

Yêu cầu xác định

(1)  vận tốc trung bình dòng chảy trong ống.

(2)  số thanh chắn cho bộ phận song cào rác theo các số liệu trên.

(3)  tổn thất cột nước qua song chắn ứng với Vavg.

Giải : Trường hợp nước chảy đầy ống, lưu lượng lớn nhất sẽ là (áp dụng phương trình Hazen-Williams):

(1): Vận tốc trung bình dòng chảy nước thải trong ống Vavg = 0,8 Vmax = 0,8 x 0,9 = 0,72 m/s

(2): Số thanh chắn yêu cầu tương ứng với kính thước khoảng hở 25 mm

n = (bề rộng song chắn – 1 khoảng hở)/(1 khoảng hở +bề dày 1 thanh chắn)

n = (1,5 ´ 1000 – 25) = 42,1

(25 + 10)

==> Chọn 42 thanh chắn

(3): Tổn thất cột nước ứng với Vavg

trong đó : thanh chữ nhật B = 1,83, s = 10 mm = 0,01 m, b = 25 mm = 0,025 m hV là cột nước dòng chảy đoạn gần đến song chắn rác, hV = Vavg2/2g

q là góc nghiêng của thanh chắn so với chiều dòng chảy, lấy q = 90°