Khi thực hiện nâng công suất hệ thống xử lý nước thải, đa số chủ đầu tư thường chỉ quan tâm đến việc mở rộng thể tích bể, bổ sung thiết bị hoặc thay đổi công nghệ xử lý. Tuy nhiên, một yếu tố quan trọng nhưng thường bị bỏ qua chính là thay đổi cao trình bể trong toàn bộ hệ thống. Đây là nội dung thuộc tính toán thủy lực (Hydraulic Profile), có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dòng chảy tự nhiên, hiệu quả xử lý, an toàn vận hành cũng như tuổi thọ của toàn bộ công trình.
Nếu việc điều chỉnh cao trình không được tính toán chính xác, hệ thống có thể gặp nhiều sự cố như nước dâng gây tràn bể, ngập thiết bị, giảm hiệu quả lắng, tăng tải cho máy bơm hoặc phát sinh hiện tượng chảy ngược giữa các công trình. Vì vậy, khi cải tạo hoặc nâng cấp trạm xử lý nước thải, việc rà soát lại toàn bộ cao trình các bể là yêu cầu gần như bắt buộc.
Vai trò của cao trình bể trong hệ thống xử lý nước thải
Cao trình bể là cao độ thiết kế của đáy bể, thành bể, mực nước vận hành và các điểm đấu nối đường ống trong hệ thống. Các cao trình này quyết định hướng dòng chảy của nước thải từ công trình đầu vào đến công trình cuối cùng.
Đối với các hệ thống vận hành theo nguyên lý chảy tự nhiên (Gravity Flow), chênh lệch cao trình giữa các bể phải đủ lớn để bù lại toàn bộ tổn thất cột áp phát sinh trên đường ống, van, cửa tràn, song chắn rác và các thiết bị xử lý khác.
Một hệ thống có profile thủy lực hợp lý sẽ mang lại nhiều lợi ích như:
- duy trì dòng chảy liên tục giữa các công trình;
- giảm số lượng bơm trung gian;
- hạn chế tiêu hao điện năng;
- giảm nguy cơ ngập nước trong mùa mưa;
- tăng tính ổn định khi lưu lượng biến động.
Ngược lại, nếu profile thủy lực không phù hợp, chỉ cần tăng lưu lượng đầu vào cũng có thể khiến toàn bộ hệ thống hoạt động không ổn định.
Vì sao phải xem xét thay đổi cao trình bể xử lý nước thải khi nâng công suất?
Lưu lượng tăng làm tăng tổn thất cột áp
Khi công suất xử lý được nâng lên, lưu lượng nước thải đi qua các công trình sẽ tăng tương ứng. Điều này đồng nghĩa với việc tổn thất cột áp (Headloss) trên toàn hệ thống cũng tăng theo.
Các vị trí thường phát sinh tổn thất cột áp bao gồm:
- song chắn rác;
- bể tách mỡ;
- đường ống dẫn;
- van điều tiết;
- cửa tràn (Weir);
- bể lắng;
- bể sinh học;
- hệ thống phân phối khí;
- thiết bị lọc.
Nếu không điều chỉnh cao trình, mực nước vận hành sẽ tăng cao hơn thiết kế ban đầu, dễ dẫn đến hiện tượng tràn bể hoặc ngập thiết bị.
Bổ sung công trình xử lý mới
Trong quá trình nâng cấp, nhiều hệ thống cần bổ sung thêm:
- bể thiếu khí (Anoxic);
- bể MBBR;
- bể MBR;
- bể keo tụ – tạo bông;
- bể khử trùng;
- trạm bơm trung gian.
Việc xuất hiện thêm các công trình này sẽ làm thay đổi hoàn toàn profile thủy lực ban đầu. Do đó cần tính toán lại toàn bộ cao trình từ đầu vào đến đầu ra để đảm bảo dòng nước luôn chảy đúng hướng.
Đảm bảo vận hành ổn định
Mục tiêu của việc thay đổi cao trình không chỉ là tránh tràn bể mà còn nhằm:
- hạn chế lắng cặn trong đường ống;
- giảm hiện tượng tích tụ khí;
- tránh nước chảy ngược;
- đảm bảo thời gian lưu nước (HRT);
- giữ ổn định mực nước vận hành.
Nhờ đó hiệu suất xử lý của toàn hệ thống được duy trì ngay cả khi lưu lượng tăng đáng kể.
Đáp ứng yêu cầu an toàn
Trong thiết kế bể xử lý nước thải luôn phải bố trí khoảng không an toàn (Freeboard) phía trên mực nước vận hành.
Thông thường khoảng Freeboard dao động từ 0,3–0,6 m đối với các bể nhỏ và có thể lớn hơn đối với các công trình có lưu lượng lớn hoặc khu vực thường xuyên xảy ra mưa lớn.
Nếu nâng công suất mà không tăng chiều cao thành bể hoặc điều chỉnh cao trình hợp lý thì khoảng an toàn này sẽ không còn, làm tăng nguy cơ tràn nước ra môi trường.
Các bước tính toán thay đổi cao trình bể xử lý nước thải
Khảo sát hiện trạng hệ thống
Trước khi lập phương án cải tạo cần khảo sát toàn bộ hiện trạng công trình.
Các thông số cần đo đạc gồm:
- cao trình đáy từng bể;
- cao trình thành bể;
- cao trình mực nước vận hành;
- cao trình đường ống;
- cao trình cửa tràn;
- cao trình cống xả.
Đồng thời cần đánh giá tình trạng lún công trình nếu hệ thống đã vận hành trong thời gian dài.
Xây dựng profile thủy lực
Sau khi có đầy đủ số liệu khảo sát, kỹ sư sẽ xây dựng đường profile thủy lực cho toàn bộ hệ thống.
Việc tính toán cần thực hiện với nhiều chế độ vận hành như:
- lưu lượng trung bình;
- lưu lượng giờ lớn nhất;
- lưu lượng cực đại trong mùa mưa;
- trường hợp dừng bơm hoặc mất điện.
Qua đó xác định vị trí nào bị thiếu cao trình hoặc phát sinh nguy cơ tràn nước.
Mô phỏng bằng phần mềm
Đối với các trạm xử lý quy mô lớn, việc mô phỏng thủy lực bằng phần mềm sẽ cho kết quả chính xác hơn.
Một số phần mềm thường sử dụng gồm:
- EPANET;
- SWMM;
- SewerGEMS;
- InfoWorks.
Các phần mềm này giúp mô phỏng:
- vận tốc dòng chảy;
- tổn thất cột áp;
- mực nước tại từng công trình;
- áp lực trong đường ống;
- khả năng làm việc khi lưu lượng tăng.
Các phương án điều chỉnh cao trình bể xử lý nước thải
Nâng thành bể
Đây là phương án phổ biến nhất khi cần tăng khả năng chứa nước mà không muốn thay đổi kết cấu đáy bể.
Ưu điểm gồm:
- thi công đơn giản;
- chi phí thấp hơn xây mới;
- giữ nguyên đường ống hiện hữu;
- tăng khoảng Freeboard.
Hạ đáy bể
Trong một số trường hợp, việc hạ đáy bể giúp tăng dung tích mà không làm thay đổi chiều cao công trình.
Tuy nhiên phương án này chỉ phù hợp khi:
- nền đất ổn định;
- mực nước ngầm thấp;
- không ảnh hưởng đến kết cấu móng.
Nếu nước ngầm cao cần tính toán chống nổi công trình rất cẩn thận.
Điều chỉnh cao trình giữa các bể
Đôi khi chỉ cần thay đổi cao trình của một vài công trình là đủ để tạo lại độ dốc thủy lực cho toàn hệ thống.
Việc điều chỉnh này giúp duy trì dòng chảy tự nhiên mà không phải thay đổi toàn bộ công trình.
Bổ sung trạm bơm trung gian
Trong trường hợp không thể thay đổi cao trình do mặt bằng hạn chế hoặc công trình hiện hữu quá phức tạp, giải pháp lắp đặt bơm nâng nước là lựa chọn hợp lý.
Tuy nhiên phương án này sẽ làm tăng:
- chi phí đầu tư;
- điện năng tiêu thụ;
- chi phí bảo trì;
- rủi ro khi mất điện.
Do đó chỉ nên áp dụng khi không còn giải pháp tối ưu hơn.
Những yếu tố kỹ thuật cần kiểm tra hệ thống XLNT
Khi điều chỉnh cao trình cần đồng thời kiểm tra nhiều thông số kỹ thuật quan trọng.
Tổn thất cột áp
Tăng lưu lượng thường làm tổn thất cột áp tăng từ khoảng 0,1–0,5 m hoặc lớn hơn tùy từng loại thiết bị.
Nếu không tính toán đầy đủ, toàn bộ profile thủy lực sẽ bị thay đổi.
Thời gian lưu nước
Thời gian lưu (HRT) là thông số quyết định hiệu quả xử lý sinh học.
Việc thay đổi cao trình có thể làm thay đổi thể tích hữu ích của bể, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến HRT.
Hiệu quả lắng
Đối với bể lắng sơ cấp hoặc bể lắng thứ cấp, mực nước vận hành thay đổi sẽ ảnh hưởng đến:
- vận tốc nước;
- khả năng lắng bùn;
- hiện tượng cuốn trôi bùn hoạt tính.
Do đó cần kiểm tra lại toàn bộ thông số thiết kế sau khi điều chỉnh cao trình.
Tích hợp công nghệ mới
Nếu nâng cấp hệ thống bằng các công nghệ như MBBR hoặc MBR thì có thể giảm đáng kể thể tích bể sinh học.
Nhờ vậy việc thay đổi cao trình và cải tạo xây dựng cũng sẽ đơn giản hơn so với phương án mở rộng bể truyền thống.
Những khó khăn thường gặp khi cải tạo cao trình bể xử lý nước thải
Trong thực tế, việc thay đổi cao trình bể thường gặp nhiều trở ngại.
Chi phí xây dựng có thể tăng cao nếu phải nâng thành bể hoặc đào sâu toàn bộ công trình.
Quá trình thi công cũng có nguy cơ làm gián đoạn hoạt động của trạm xử lý. Vì vậy nhiều dự án phải thi công theo từng giai đoạn hoặc bố trí tuyến bypass tạm thời để duy trì xử lý nước thải.
Đối với khu vực có nền đất yếu hoặc mực nước ngầm cao, việc hạ đáy bể cần tính toán chống nổi rất cẩn thận nhằm tránh hiện tượng nứt hoặc dịch chuyển công trình.
Ngoài ra, nhiều nhà máy có diện tích hạn chế nên không thể mở rộng mặt bằng. Khi đó, giải pháp sử dụng bể sâu hơn hoặc áp dụng các công nghệ xử lý nhỏ gọn (Compact System) sẽ mang lại hiệu quả cao hơn.
Khuyến nghị khi nâng cấp hệ thống xử lý nước thải
Thay đổi cao trình bể là công việc có ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống xử lý nước thải. Vì vậy, trước khi cải tạo cần lập báo cáo tính toán thủy lực chi tiết để đánh giá toàn bộ profile từ đầu vào đến đầu ra.
Việc tính toán đầy đủ sẽ giúp phát hiện sớm các điểm nghẽn thủy lực, hạn chế phát sinh chi phí sửa chữa trong quá trình thi công và đảm bảo hệ thống vận hành ổn định sau khi nâng công suất.
Nếu hệ thống sử dụng các công nghệ như Aerotank, AAO, MBBR, UASB hoặc MBR, việc đánh giá cao trình càng cần được thực hiện cẩn thận nhằm đảm bảo lưu lượng thiết kế, thời gian lưu nước, hiệu quả xử lý và chất lượng nước đầu ra luôn đáp ứng quy chuẩn môi trường hiện hành.
Liên hệ với dịch vụ sửa chữa nâng cấp hệ thống xử lý nước thải tại TPHCM ngay hôm nay để được phục vụ tốt nhất.