Máy khử nước bùn: Cách xử lý và loại bỏ bùn trong các nhà máy xử lý nước thải

Bùn trong xử lý nước thải là gì?

Bùn là cặn bán rắn tách ra trong quá trình xử lý nước thải. Nó là sản phẩm phụ của cả giai đoạn xử lý sơ cấp và thứ cấp, bao gồm nước trộn với chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, vi sinh vật và các chất gây ô nhiễm. Tùy thuộc vào nguồn gốc và giai đoạn xử lý, bùn được phân thành ba loại chính:

• Bùn sơ cấp — Chất rắn lắng thô từ bể lắng ban đầu, thường có màu xám và có mùi hôi.
• Bùn thứ cấp (sinh học) — Sinh khối vi sinh vật được tạo ra trong quá trình xử lý sinh học như bùn hoạt tính hoặc bộ lọc nhỏ giọt.
• Bùn cấp ba hoặc bùn hóa học — Chất rắn sinh ra trong quá trình xử lý nâng cao bằng cách sử dụng chất keo tụ hoặc hóa chất loại bỏ phốt pho.

Các nhà máy xử lý nước thải đô thị ở Hoa Kỳ tạo ra hơn 8 triệu tấn bùn khô mỗi năm , khiến việc xử lý bùn trở thành một trong những thách thức lớn nhất về chi phí và tuân thủ trong xử lý nước. Bùn chưa được xử lý chứa mầm bệnh, kim loại nặng và hợp chất nitơ gây rủi ro nghiêm trọng cho môi trường nếu thải ra mà không được xử lý thích hợp.

Bùn được xử lý như thế nào? Quy trình từng bước

Xử lý bùn là một quy trình gồm nhiều giai đoạn được thiết kế để giảm khối lượng, loại bỏ mầm bệnh và tạo ra sản phẩm cuối ổn định có thể được xử lý hoặc tái sử dụng một cách an toàn. Các giai đoạn cốt lõi bao gồm:

1. Làm dày

Bùn mới được thu gom chứa 95-99% nước. Quá trình làm đặc làm giảm hàm lượng nước thông qua quá trình lắng trọng lực hoặc tuyển nổi không khí hòa tan, làm tăng nồng độ chất rắn từ mức thấp nhất là 0,5% lên khoảng 3–6%. Bước này làm giảm khối lượng gửi đến các quy trình tiếp theo và giảm chi phí năng lượng.

2. Ổn định

Ổn định tiêu diệt mầm bệnh và giảm chất rắn dễ bay hơi để hạn chế mùi hôi và hoạt động sinh học. Hai phương pháp chủ yếu là tiêu hóa kỵ khí — cũng tạo ra khí sinh học để thu hồi năng lượng — và tiêu hóa hiếu khí , được sử dụng cho các cơ sở nhỏ hơn. Ổn định vôi cung cấp một giải pháp thay thế hóa học khi cơ sở hạ tầng tiêu hóa không có sẵn.

3. Điều hòa

Trước khi khử nước, bùn được xử lý bằng cách sử dụng chất keo tụ polyme hoặc clorua sắt để tổng hợp các hạt mịn. Điều hòa thích hợp là rất quan trọng - nó trực tiếp quyết định hiệu quả khử nước và độ khô của bánh cuối cùng. Liều lượng polymer thường dao động từ 2 đến 10 kg cho mỗi tấn chất rắn khô.

4. Khử nước

Khử nước là bước sử dụng nhiều máy móc nhất. Nó tách phần lớn nước còn lại khỏi bùn ổn định để tạo ra bánh bán rắn. Các lựa chọn thiết bị bao gồm máy ly tâm, máy ép lọc đai, máy ép trục vít và máy ép tấm lọc. Bánh thu được thường đạt hàm lượng chất rắn khô từ 18–35%, giảm đáng kể trọng lượng vận chuyển và xử lý.

5. Thải bỏ hoặc tái sử dụng có ích

Bùn đã qua xử lý - được gọi là chất rắn sinh học khi đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng theo quy định - được sử dụng làm phân bón, ủ phân, đốt để thu hồi năng lượng hoặc đưa đến bãi chôn lấp. Tại Hoa Kỳ, khoảng 55% chất rắn sinh học được tái sử dụng một cách có ích trong nông nghiệp và cải tạo đất theo quy định EPA 503.

Máy ly tâm khử nước bùn hoạt động như thế nào?

A máy ly tâm khử nước bùn - phổ biến nhất là máy ly tâm decanter - sử dụng lực ly tâm để tách chất lỏng khỏi chất rắn ở tốc độ tạo ra lực hấp dẫn gấp 1.500 đến 3.000 lần lực hấp dẫn (lực G). Sự phân tách tăng tốc này đạt được trong vài giây điều mà việc giải quyết trọng lực sẽ cần hàng giờ để hoàn thành.

Linh kiện cơ khí cốt lõi

• Bát xoay - Trống hình trụ nằm ngang quay với tốc độ cao tạo ra trường ly tâm.
• Băng tải cuộn (máy khoan) — Một ốc vít xoắn ốc quay bên trong bát với tốc độ hơi khác một chút, liên tục đẩy chất rắn đã lắng về phía đầu xả.
• Ống cấp liệu – Đưa bùn đã được điều hòa vào giữa thùng.
• Cổng xả chất lỏng và chất rắn — Nước thải riêng biệt (trung tâm) thoát ra ở đầu chất lỏng; chất thải bánh đã khử nước ở cuối chất rắn.

Quá trình tách

Khi bùn đã được điều hòa đi vào cối quay, sự chênh lệch về mật độ giữa chất rắn và nước làm cho chất rắn di chuyển ra ngoài và tạo thành một lớp bám vào thành cối. Băng tải cuộn di chuyển các chất rắn đã nén này dọc theo phần hình nón của bát về phía các cổng xả, trong khi chất lỏng được làm sạch tràn qua các tấm đập có thể điều chỉnh được ở đầu đối diện. Tốc độ chênh lệch giữa bát và cuộn - được gọi là tốc độ chênh lệch (Δn) — là thông số vận hành chính: chênh lệch thấp hơn tạo ra bánh khô hơn nhưng làm giảm công suất thông lượng.

Điểm chuẩn hiệu suất

Máy ly tâm hiện đại có bộ truyền động tần số thay đổi (VFD) trên cả động cơ chính và bộ truyền động sau, cho phép điều chỉnh tốc độ bát trộn và tốc độ vi sai theo thời gian thực dựa trên đặc tính bùn đầu vào. Quá trình tự động hóa này làm giảm mức tiêu thụ polyme và cải thiện độ đặc của bánh mà không cần sự can thiệp của người vận hành.

Loại bỏ bùn trong xử lý nước thải: So sánh phương pháp và thiết bị

Loại bỏ bùn bao gồm cả việc tách bùn vật lý từ bể xử lý và thiết bị khử nước cơ học được sử dụng ở hạ lưu. Mỗi công nghệ có sự đánh đổi riêng biệt về chi phí vốn, chi phí vận hành, dấu chân và mức độ khô hạn đầu ra.

Loại bỏ bùn trong bể

Trong bể lắng sơ cấp và thứ cấp, bùn tích tụ ở đáy bể và được hút ra bằng máy cạo cơ học hoặc đầu hút. Máy nạo vét đẩy bùn đã lắng về phía phễu trung tâm để bơm. Trong bể hình tròn, máy cạo cầu quay liên tục di chuyển bùn vào trong. Tần suất loại bỏ và lịch trình bơm là rất quan trọng - việc để bùn tích tụ quá lâu sẽ làm tăng độ nhiễm trùng và giảm hiệu suất của bể lắng.

So sánh thiết bị khử nước

Máy ly tâm là sự lựa chọn ưu việt cho các cơ sở đô thị lớn bởi vì chúng kết hợp công suất cao, ngăn mùi hoàn toàn và hiệu suất ổn định với tải lượng bùn thay đổi. Máy ép lọc đai vẫn tiết kiệm chi phí cho các hoạt động nhỏ hơn với bùn ổn định, dễ tách nước. Máy ép lọc dạng tấm được dành riêng cho các ứng dụng trong đó độ khô chất rắn tối đa được ưu tiên hơn tốc độ thông lượng, chẳng hạn như trong hoàn thiện kim loại hoặc nước thải dược phẩm.

Lựa chọn quyền máy khử nước bùn phụ thuộc vào loại bùn, độ khô bánh yêu cầu, lượng tiêu thụ sẵn có, lượng polyme và liệu hoạt động có phải liên tục hay có thể theo mẻ. Khuyến khích thực hiện thử nghiệm thí điểm với các mẫu bùn đại diện trước khi đầu tư vốn.

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất khử nước bùn

Không có hai dòng bùn nào giống hệt nhau. Kết quả hoạt động của bất kỳ máy khử nước nào đều phụ thuộc vào sự tương tác giữa các đặc tính của bùn, xử lý ngược dòng và cài đặt thiết bị.

• Khả năng nén bùn — Bùn sinh học có tính nén và keo cao hơn bùn vô cơ, đòi hỏi liều lượng polymer cao hơn và lực G được điều chỉnh để khử nước hiệu quả.
• Hàm lượng chất rắn dễ bay hơi — Hàm lượng chất dễ bay hơi cao hơn thường cho thấy bùn được tiêu hóa kém, khiến việc khử nước kém hiệu quả hơn. Bùn kỵ khí được phân hủy tốt với khả năng giảm 50–60% chất rắn dễ bay hơi sẽ dễ dàng khử nước hơn.
• Phân bố kích thước hạt - Các hạt keo mịn chống lại sự phân tách. Điều hòa polymer kết nối các hạt này thành các khối lớn hơn mà lực ly tâm hoặc lực cơ học có thể thu giữ dễ dàng hơn.
• Nhiệt độ — Bùn ấm hơn có độ nhớt thấp hơn, cải thiện khả năng giải phóng nước. Vận hành trong thời tiết lạnh có thể làm giảm độ khô của bánh ly tâm từ 2–5 điểm phần trăm mà không cần có hành động khắc phục.
• Tính nhất quán của thức ăn — Nồng độ chất rắn không đều trong nguyên liệu gây ra sự mất ổn định trong quá trình. Bể tăng áp và máy bơm cấp liệu tự động giúp duy trì dòng chảy ổn định đến thiết bị khử nước.

Những người vận hành liên tục theo dõi độ trong của ly tâm (độ đục), hàm lượng chất rắn dạng bánh và mức tiêu thụ polymer có thể xác định sớm các dấu hiệu biến đổi của bùn và điều chỉnh các thông số thiết bị trước khi tổn thất hiệu suất trở nên đáng kể. Cải thiện độ khô của bánh 1% có thể giảm chi phí xử lý tiếp theo từ 5–10% trong suốt một năm tại một cơ sở thành phố cỡ trung bình.