CHƯƠNG 2
CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ CƠ HỌC
2.1 SONG CHẮN RÁC (SCREEN)
2.1.1 Mục Đích
 Loại chất thải có kích thước lớn, tránh tắc nghẽn bơm, đường ống, kênh dẫn
 Bảo đảm an toàn và điều kiện làm việc của toàn hệ thống.
2.1.2 Phân Loại Song Chắn Rác
 Theo kích thước khe hở: lớn, trung bình, nhỏ;
 Theo hình dạng;
 Theo phương pháp làm sạch: thủ công, cơ giới;
 Theo cách cố định hoặc di động bề mặt song chắn rác.
2.1.3 Song Chắn Rác Lớn (Coarse Screen-Bar Screen)
 Tổn Thất Áp Lực Qua Song Chắn Rác
 Tổn thất áp suất qua song chắn rác là hàm số của:
- Vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (u);
- Vận tốc dòng qua song chắn rác (v).
Trong đó:
- h
L
: tổn thất áp suất (m);
- 0,7: hệ số thải nghiệm tính đến tổn thất áp suất do quá trình chảy rối và xoáy;
- v : vận tốc dòng chảy qua khe hở giữa các thanh chắn;
- u : vận tốc của dòng chảy trong kênh dẫn (m/s);
- g : gia tốc trọng trường (m/s
2
).
1-1
g
uv
h
L

27,0
1
22
−
×=
θ
u
v
h
L
β = 2,42
1,83
1,67
1,035
0,92 0,76
1,79
Trong đó:
 Tổn thất áp suất qua SCR là hàm số của:
- Vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (u);
- Loại thanh chắn (β);
- Độ dốc đặt SCR (θ).
Trong đó:
- h
L
: tổn thất áp suất (m);
- W : chiều rộng lớn nhất của thành chắn (m);
- b : khe hở nhỏ nhất giữa các thanh chắn (m);
- u : vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (m/s);
- θ : góc nghiêng của thanh chắn so với phương ngang;
- g : gia tốc trọng trường (m/s

2
);
- β : hệ số phụ thuộc vào hình dạng của thanh chắn.
Lưu ý:
 CHỈ TÍNH h
L
ĐỐI VỚI SONG CHẮN RÁC SẠCH !!!
 KHÔNG THỂ XÁC ĐỊNH hL KHI SONG CHẮN RÁC ĐÃ BỊ TẮC.
 Trở lực qua song chắn rác đã bị tắc
- H
0
: trở lực đối với SRC sạch;
- P
0
: phần trăm diện tích khe hở ban đầu;
- P : phần trăm diện tích khe hở tại thời điểm xác định.
1-2
u = v.
Tổng chiều rộng khe
Tổng chiều rộng khe + tổng chiều rộng của thanh chắn
θβ
sin
2
2
3
4
×









×






×=
g
u
b
W
h
L
β = 2,42
1,83
1,67
1,035
0,92 0,76
1,79
10
10
10
10 10
10

10
0
2
0
H
P
P
H
×






=
 SRC thô : d
khe
= 60 - 100 mm
 SCR mịn : d
khe
= 10 - 25 mm
 Tiêu Chuẩn Thiết Kế Song Chắn Rác (SCR)
- Vận tốc dòng chảy qua SCR : 0,6 - 1,0 m/s;
- Vận tốc tối ưu qua SCR : 0,6 m/s;
- Vận tốc cực đại qua SCR : 0,75-1,0 m/s  Tránh đẩy rác qua khe hở của song chắn rác
- Vận tốc cực tiểu qua SCR : 0,4 m/s  Tránh phân hủy các chất hữu cơ và lắng cặn.
- Tổn thất áp suất qua SCR
+ Hệ thống xử lý nước cấp : h
L

= 0,05 - 0,15 m;
+ Hệ thống xử lý nước thải : h
L
= 0,10 - 0,40 m.
- Góc nghiêng và tổn thất áp suất cực đại
Thông số Phương pháp làm sạch
Thủ công Cơ giới
Góc nghiêng θ
45-60
0
75-85
0
Tổn thất áp suất cực đại 80 80
Hình 2.1 Song chắn rác thô.
2.1.4 Song Chắn Rác Trung Bình Và Nhỏ
SONG CHẮN RÁC CỐ ĐỊNH
 Tổn Thất Áp Lực Qua Song Chắn Rác
Trong đó:
- h
L
: tổn thất áp suất (m);
- C : hệ số lưu lượng qua SCR (= 0,6 đối với song sạch)
- g : gia tốc trọng trường (m/s
2
);
- Q : lưu lượng nước thải qua SCR (m
3
/s);
1-3
2

2
1






×
×
=
A
Q
gC
h
L
- A : dtích khe hở hiệu quả của phần SCR chìm trong nước.
 Thiết kế tương tự như SCR lớn;
 Gồm những tấm thép đục lỗ kích thước khe = 1 - 25 mm
2
;
 Thích hợp khi:
+ Xử lý nước cấp, cần tách lượng rác nhỏ;
+ Thường đặt sau SCR lớn.
SONG CHẮN RÁC DI ĐỘNG
 Dạng Băng Chuyền (Belt or band screen)
- Lưới bằng kim loại đặt ở nguồn cấp nước;
- Gồm những tấm thép đục lỗ nối thành băng chuyền;
- Nước đi qua, rác bị giữ lại.
 Song Chắn Rác Dạng Đĩa Và Dạng Trống (Disk Screen, Drum Screen)

Dạng đĩa
- Tương tự SCR băng chuyền;
- Đường kính đĩa = 2 - 5 m;
- Quay đĩa kim loại ngập một phần ngập trong nước;
- CTR mắc vào SCR, đưa lên trên và đẩy ra ngoài;
Dạng trống
- Dạng thùng rỗng, một đầu kín;
- Nước chảy vào qua đầu còn lại;
- Làm sạch bằng tia nước.
Hình 2.2 Song chắn mịn – dạng trống (fine-drum screen).
 Lưới chắn rác
- Hệ thống cấp nước, đặt sau công trình thu;
- Trong XLNT, thay bể lắng 1, tiết kiệm chi phí XD;
- Tương tự SCR dạng trống, kích thước lỗ = 15-64 µm;
- Đường kính SCR = 0,8 - 3 m;
1-4
- Vận tốc quay = 0,05 m/s;
- Làm sạch bằng áp suất tia nước;
- Ứng dụng xử lý tảo; giảm SS trong các công trình xử lý liên tục;
- Như một công trình xử lý độc lập đối với nước không có độ màu và độ đục do các hạt keo
gây ra.
2.2 MÁY NGHIỀN RÁC
2.2.1 Mục Đích
Máy nghiền rác được sử dụng nhằm mục đích:
- Nghiền chất thải rắn có kích thước lớn không cần loại khỏi dòng nước thải;
- Tạo kích thước đồng đều.
2.2.2 Vị Trí Đặt Máy Nghiền Rác
Trong hệ thống xử lý nuớc thải, máy nghiền rác có thể đặt ở những vị trí sau:
- Song song với song chắn rác;
- Song chắn rác  máy nghiền rác (nhằm loại những thành phần có nổi, có kích thước lớn cần

tách khỏi dòng nước thải);
- Chỉ sử dụng máy nghiền rác (không có song chắn rác) và luôn luôn đặt ở mương dẫn nước vào.
Hình 2.3 Vị trí đặt máy nghiền rác.
2.2.3 Ư u Và Nhược Điểm
Ưu Điểm
Sử dụng máy nghiền rác trong hệ thống xử lý nước thải giúp giảm số lần làm sạch song chắn rác.
Máy nghiền rác chỉ thích hợp cho các trạm xử lý công suất nhỏ.
Nhược Điểm
- Phải bảo dưỡng dụng cụ cắt thường xuyên;
- SS tăng  ảnh hưởng công đoạn xử lý tiếp theo;
- Gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và thiết bị làm thoáng.
1-5
SCR
Máy nghiền rác
SCR
Máy nghiền rác
2.3 BỂ LẮNG CÁT (GRIT CHAMBER)
2.3.1 Nguồn Cát
- Rửa đường phố;
- Nước thải sinh hoạt.
2.3.2 Mục Đích
Bể lắng cát được sử dụng nhằm mục đích:
- Tránh mài mòn và phá hỏng những bộ phận chuyển động cơ học;
- Giảm sự hình thành các chất lắng trong đường ống, kênh dẫn;
- Giảm số lần làm sạch thiết bị phân hủy.
2.3.3 Cơ Sở Lý Thuyết
- Dựa vào quá trình lắng tự do của các hạt;
- Áp dụng định luật Stokes (với dòng chảy tầng).
+ Định luật Stoke (đv cáchạt hình cầu)
- Vs : vận tốc lắng (m/s);

- g : gia tốc trọng trường (m/s
2
);
- ρ
s
: khối lượng riêng của chất rắn (kg/m
3
);
- ρ
L
: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m
3
);
- µ : độ nhớt của chất lỏng (kg/s.m).
- Hạt có d = 0,2 mm, ρ
s
= 2,65 kg/L, ρ
L
= 1 kg/L,  Vs = 0,021 m/s
1-6
( )
µ
ρρ
.18
..
2
dg
V
Ls
S

−
=
v
n
v
s
v
h= 0,3 m/s
v
s = 0,021 m/s
Chiều dài hiệu quả
Đường chuyển động của hạt cát
Đường chuyển động của hạt keo hữu cơ
Dieään tích tieát dieän ngang = W x H
L
W
H
Q
Q
v
h
v
s
Dieän tích ñaùy =
W x L
- Diện tích tiết diện ngang của bể lắng cát:

- Chiều dài cần thiết của bể lắng cát:
W x h
max

x V
h
= W x L x v
s
+ h
max
: Chiều cao cực đại của bể lắng cát;
+ v
s
: Vận tốc lắng của hạt cát d = 0,2 mm, v
s
= 0,021 m/s;
+ L: Chiều dài của bể lắng cát;
+ v
h
: Vận tốc theo phương ngang (vận tốc tới), v
h
= 0,3 m/s.
L ≈ 14 h
max
- Hệ số an toàn f = 1,2 - 1,5  L ≥ 18 h
max
- Tốc độ lắng của hạt cát trong nước thải = độ lớn thủy lực của hạt = tải trọn bề mặt của bể lắng
cát = U
0
Bảng 2.1 U
0
theo đường kính hạt trong nước thải sinh hoạt ở 15
0
C

d (mm) U
0
(mm/s) d (mm) U
0
(mm/s)
0,10 5,12 0,30 28,30
0,12 7,37 0,35 34,50
0,15 11,50 0,40 40,70
0,20 18,70 0,50 51,60
0,25 24,20
Nguồn: Lai (1999).
2.3.4 Đặc Tính Và Số Lượng Cát Trong Nước Thải
Đặc Tính
- Tương đối dễ làm ráo nước;
- Sau khi làm khô, độ ẩm = 13-65%; VSS = 1 - 56%
1-7
Diện tích tiết diện ngang = W x H
L
W
H
Q
Q
v
h
v
s
Diện tích đáy = W x
L
Q
max

(m
3
/s)
V
h
(m/s)
Lưu lượng cực đại
Vận tốc ngang theo thiết kế = 0,3 m/s
W x H =
=
hs
v
L
v
h
=
max
- Cát trơ (sạch) có ρ = 2,65 - 2,7 kg/L;
- Khi có chất hữu cơ dính bám ρ = 1,3 kg/L;
- Khi đổ thành đống ρ = 1.600 kg/m
3
;
- Kích thước hạt cát d = 0,2 - 2 mm;
- Cát chưa rửa có thể chứa ≥ 50% cặn hữu cơ.
Lượng cát phát sinh từ bể lắng cát có thể ước tính bằng 0,037-0,22 m
3
cát/1000 m
3
nước thải.
Hình 2.4 Bể lắng cát.

2.3.5 Thiết Kế Bể Lắng Cát
BỂ LẮNG CÁT NGANG
Trong bể lắng cát ngang, nước chuyển động theo phương ngang (dọc theo chiếu dài bể và mặt
bằng bể có dạng hình chữ nhật.
- Chiều cao phần công tác H của bể chọn theo tỷ lệ H/L, kiểm tra theo V và thời gian lưu nước
(HRT_;
- HRT = 1 - 2 phút = 60 - 120 s;
- Để chất hữu cơ không lắng được, vận tốc dòng chảy phải bằng hằng số. Điều này có thể khống
chế được bằng cách xây cửa tràn;
1-8
B
L
L
1
2b
b
θ
∆P
∆
H
L
1
2b
H
h
2
Mương thu hẹp để
giữ vt nước =
const trong bể
- Chiều rộng cửa tràn thu hẹp từ B xuống b;

- Đáy cửa tràn chênh với đáy bể lắng cát một khoảng tính bằng ∆P nhằm tạo độ chênh áp, nhờ
đó nước ra khỏi bể lắng có vận tốc không đổi.
Trong đó:
+ Q
max
, Q
min
: lưu lượng tối đa và tối thiểu qua BLC khi tốc độ nước chảy qua bể là v không
đổi;
+ K = Q
min
/Q
max
;
+ m: hệ số lưu lượng của cửa tràn phụ thuộc vào góc tới (Bảng 2.2).
Bảng 2.2 Giá trị m đối với cửa tràn theo góc tới θ
b/B
Cotgθ = 0 Cotgθ = 0,5 Cotgθ = 1 Cotgθ = 2 Cotgθ = 3
0,1 0,320 0,343 0,350 0,353 0,350
0,2 0,324 0,346 0,352 0,355 0,352
0,4 0,330 0,350 0,356 0,358 0,356
0,6 0,340 0,356 0,361 0,363 0,361
0,8 0,355 0,365 0,369 0,370 0,369
0,9 0,367 0,373 0,375 0,376 0,375
1,0 0,385 0,385 0,385 0,385 0,385
- Vận tốc lắng của cát thay đổi theo kích thước hạt cát và nhiệt độ (Bảng 2.3).
Bảng 2.3 Vtốc lắng của cát trong nước ở t
0
C khác nhau
d

(mm)
Vận tốc lắng (mm/s) d
(mm)
Vận tốc lắng (mm/s)
5
0
C 10
0
C 15
0
C 20
0
C 5
0
C 10
0
C 15
0
C 20
0
C
3,50 240,5 245,5 250,5 255,5 0,275 21,55 23,78 26,0 28,82
3,00 225,5 227,5 232,5 237,5 0,25 18,45 20,5 22,5 24,6
2,50 204,2 209,2 214,2 219,2 0,20 12,85 14,5 16,15 17,8
2,00 182,5 187,5 192,5 197,5 0,15 7,87 9,15 10,42 11,69
1,75 168,2 173,2 178,2 183,2 0,14 6,92 8,12 9,32 10,52
1,50 151,5 156,5 161,5 166,5 0,13 6,00 7,15 8,30 9,45
1,25 133,0 138,0 143,0 148,0 0,125 5,52 6,64 7,77 8,90
1,00 112,0 116,85 121,7 126,55 0,12 5,1 6,175 7,25 8,325
0,90 103,2 107,9 112,6 117,2 0,11 4,55 5,40 6,25 7,10

0,85 98,4 102,95 107,5 112,05 0,10 3,85 4,6 5,35 6,10
0,80 93,65 98,08 102,92 106,92 0,095 3,44 4,14 4,84 5,54
0,77 91,3 95,65 100,0 104,35 0,0925 3,34 3,97 4,60 5,23
0,75 88,1 92,3 96,5 100,7 0,090 3,15 3,75 4,35 4,95
0,70 81,6 85,7 89,8 93,9 0,085 2,82 3,36 3,90 4,44
0,65 74,8 78,75 82,7 86,65 0,080 2,525 3,005 3,485 3,965
0,60 67,8 71,55 75,3 79,05 0,075 2,245 2,665 3,085 3,505
0,50 53,35 56,68 60,0 63,32 0,070 1,940 2,32 2,70 3,08
1-9
2
3
3
2
max
1
1
2








−
−
×
×
×

××
×
=
K
K
Q
vB
gm
vB
b
3
2
3
1
min
3
2
3
2
max
1
1
1 K
K
vB
Q
K
KK
vB
Q

P
−
−
×
×
=
−
−
×
×
=∆
−
Bảng 2.3 Vtốc lắng của cát trong nước ở t
0
C khác nhau
d
(mm)
Vận tốc lắng (mm/s) d
(mm)
Vận tốc lắng (mm/s)
5
0
C 10
0
C 15
0
C 20
0
C 5
0

C 10
0
C 15
0
C 20
0
C
0,400 39,7 42,6 45,5 48,4 0,0685 1,847 2,217 2,587 2,957
0,375 36,2 39,0 41,8 44,6 0,0690 1,682 2,007 2,332 2,657
0,350 32,4 35,05 37,7 40,35 0,0615 1,51 1,805 2,10 2,395
0,325 28,7 31,2 33,7 36,2 0,0600 1,455 1,73 2,005 2,280
0,300 25,1 27,45 29,7 32,15 0,0570 1,325 1,57 1,815 2,060
- Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát:
+ h
c
: chiều cao lớp cát trong bể;
+ L : chiều dài bể lắng cát;
+ n : số ngăn công tác;
+ B : chiều rộng của một ngăn công tác.
- Chiều cao xây dựng của bể lắng cát:
H
XD
= h
max
+ h
c
+ 0,4
- Kiểm tra lại sao cho v
min
≥ 0,15 m/s.

- Diện tích hữu ích của sân phơi cát:
+ F : diện tích hữu dụng của sân phơi cát (m
2
);
+ P : lượng cát giữ lại ở bể lắng P = 0,02 l/ng.ngđ;
+ N : dân số tính toán;
+ h : chiều cao lớp bùn cát = 4-5 m/năm.
BỂ LẮNG CÁT THỔI KHÍ
Ứng Dụng
- Trạm xử lý nước thải sinh hoạt công suất lớn;
- Khí sẵn có, rẻ tiền;
- Quá trình sục khí làm tăng hiệu quả xử lý.
Ưu Điểm
- Hiệu quả không phụ thuộc vào lưu lượng;
- Quá trình sục khí cung cấp năng lượng tách chất hữu cơ khỏi cát;
- Hiệu quả tách cát cao;
- Tránh quá trình phân hủy chất hữu cơ khi vận tốc dòng chảy nhỏ.
1-10
nBL
W
h
c
c
××
=
h
NP
F
×
××

=
1000
365
Tính Toán Bể Lắng Cát Thổi Khí
- Vận tốc xoay 0,25 - 0,3 m/s;
- Tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu W : H = 1 - 1,5;
- Thời gian lưu nước HRT = 3 - 5 phút;
- Khí cấp vào = 3 - 8 m
3
/m
2
.h.
Tốc độ chuyển động xoay được duy trì không đổi nhằm:
- Bảo đảm cặn hữu cơ ở trạng thái lơ lửng;
- Tạo điều kiện cho các hạt cát va chạm với nhau, tách bớt cặn hữu cơ bám quanh;
- Cát sạch hơn, thành phần vô cơ chiếm 90-95% nên để lâu khôn gây mùi hôi thối.
Hệ thống sục khí được làm ống nhựa châm lỗ, đường kính lỗ = 3,5 - 5,0 mm. Ống đặt ngập trong
nước ở khoảng cách bằng 0,7 - 0,75 H và cách đáy bể 45-60 cm.
Cát có thể được lấy khỏi bể lắng bằng phương pháp thủ công hay cơ giới, một cách lien tục hay
gián đoạn, cũng có thể dùng bơm phun tia dồn cát về máng thu. Trong trường hợp này cần:
- Lắp ống cấp nước φ ≥ 100 mm;
- Cấp nước cho vòi đặt cách nhau 0,4 m;
- Lưu lượng nước lùa cát: Q = v.F = v.B.L (m
3
/s). Trong đó, v là vận tốc đẩy cát về máng thu =
0,0065 m/s (đẩy cát cỡ 0,05 cm) và F là diện tích mặt bằng bể (m
2
).
Bảng 2.4 Thông số thiết kế bể lắng cát thổi khí
Thông số Khoảng Đặc trưng

HRT đối với Q
max
(phút) 2 – 5 3
Kích thước bể:
+ Độ sâu (ft)
+ Chiều dài (ft)
+ Chiều rộng (ft)
+ Tỷ số chiều rộng – độ sâu
+ Tỷ số chiều dài – chiều rộng
7 – 16
25 – 65
8 – 23
1:1 – 5:1
3:1 – 5:1
1,5 : 1
4,0 : 1
Khí cung cấp (ft
3
/phút.ft chiều dài) 2,0 : 5,0
Lượng cát (ft
3
/Mgal) 0,5 – 27 2,0
ft
3
/phút.ft x 0,0929 = m
3
/phút.m
ft
3
/Mgal x 0,00748 = m

3
/10
3
m
3
2.4 BỂ ĐIỀU HÒA
2.4.1 Mục Đích
- Điều hòa lưu lượng;
- Điều hòa nồng độ.
2.4.2 Những Lưu Ý Khi Thiết Kế Bể Điều Hòa
- Cấu trúc đáy bể;
- Yêu cầu về điều kiện khuấy trộn và thổi khí;
- Bơm và hệ thống điều khiển bơm.
1-11