1. Thử nghiệm để trả lời câu hỏi gì
Catalogue máy ép ghi độ ẩm bánh bùn và công suất cho một loại bùn "điển hình". Bùn của từng nhà máy lại khác nhau về nồng độ, tỷ lệ hữu cơ, xơ, dầu mỡ, cỡ hạt. Thử nghiệm với bùn thật là cách duy nhất để biết con số nào áp dụng được cho bạn. Theo sổ tay LFPI (mục 5.2), một chương trình thử lọc–ép thường nhằm trả lời các câu hỏi sau:
| Nhóm | Câu hỏi | Đo hoặc quan sát gì |
|---|---|---|
| Tiền xử lý | Có cần cô đặc trước không? Có cần chất keo tụ hoặc chất trợ lọc không? | Tốc độ lắng, nồng độ sau lắng; kết quả thử có và không có hóa chất |
| Thiết bị | Vật liệu lọc nào hợp? Cần bao nhiêu diện tích lọc? | Độ trong nước lọc, mức bít vải, tốc độ lọc chất rắn |
| Điều kiện vận hành | Áp lực lọc bao nhiêu? Mỗi chu kỳ lọc, ép, rửa mất bao lâu? Ép ở áp nào, bắt đầu ép khi nào? | Lượng nước lọc theo thời gian, độ ẩm bánh theo thời gian ép |
| Rửa | Rửa bánh và rửa vải lọc thế nào? | Lượng nước rửa, hiệu quả rửa |
| Bánh bùn | Độ ẩm đạt được? Bánh có nứt, có bong khỏi vải không? | Độ ẩm bánh, độ dày, trạng thái bề mặt, độ bám vải |
Sắp xếp lại từ 11 mục tiêu thử lọc–ép trong LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, mục 5.2.
Không phải dự án nào cũng cần đủ các câu hỏi trên. Với máy ép bùn liên tục (băng tải, trục vít, đa đĩa), trọng tâm thường là chọn polymer và liều, độ ẩm bánh và tỷ lệ thu giữ chất rắn. Với máy ép khung bản chạy theo mẻ, cần thêm tốc độ lọc và thời gian chu kỳ để tính diện tích lọc.
2. Lấy mẫu và đo gì trước khi thử
Kết quả thử chỉ đáng tin khi mẫu đại diện cho bùn sẽ vào máy. Sổ tay LFPI (mục 5.5.1) lưu ý tính chất bùn thay đổi theo vị trí lấy mẫu và theo thời gian để mẫu, nên phải lấy sao cho ra giá trị trung bình, và nên thử lặp lại nhiều lần thay vì tin vào một lần thử.
- Lấy ở đúng điểm sẽ cấp vào máy: sau bể chứa hoặc sau cô đặc, không phải chỗ thuận tiện nhất để múc.
- Lấy ở nhiều thời điểm: theo ca, theo mẻ sản xuất, theo mùa, để thấy được dải biến động.
- Thử càng sớm càng tốt: bùn hữu cơ để lâu bị phân hủy, bông kém đi, kết quả thử xấu hơn thực tế.
- Khuấy đều khi thử: bùn có hạt lắng nhanh phải được khuấy để giữ đồng nhất, nếu không phần đầu và phần cuối của mẫu sẽ khác nhau.
Các chỉ tiêu nên đo kèm theo mẫu, tổng hợp theo sổ tay LFPI (mục 5.4.1 và Hỏi đáp Q9):
| Chỉ tiêu | Dùng để làm gì |
|---|---|
| Nồng độ chất rắn (SS hoặc TS) | Tính tải lượng kgDS/h và quy đổi liều polymer sang kg/tấn DS |
| Tỷ lệ hữu cơ VSS/SS | Chọn loại polymer; bùn hữu cơ cao cần polymer cation mạnh hơn |
| Hàm lượng xơ | Xơ giúp bông bền và bánh dễ ép; bùn ít xơ thường khó ép hơn |
| pH, nhiệt độ, độ nhớt, tỷ trọng | Ảnh hưởng tốc độ lọc và hiệu quả polymer; độ nhớt phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ |
| Cỡ hạt, đương lượng keo (colloid equivalent) | Bùn hạt mịn, nhiều keo khó lọc và tốn hóa chất hơn |
| Biến đổi theo thời gian | Bùn dễ phân hủy, dễ kết tinh hoặc tự keo tụ khi để lâu thì phải thử ngay |
| Độ trong nước lọc (SS mg/L) | Đánh giá mức tách chất rắn khỏi nước |
Theo LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, mục 5.4.1, 5.5.1 và Hỏi đáp Q9.
Định nghĩa các chỉ tiêu và cách đo cơ bản: xem TS, VS, SS, DS và Phân tích & thử nghiệm bùn.
3. Sáu phép thử thường dùng
Các phép thử đi từ đơn giản, rẻ, làm được trong phòng thí nghiệm, tới tốn kém nhưng sát thực tế hơn. Năm phép thử đầu dùng thiết bị phòng thí nghiệm; phép thử cuối dùng máy thu nhỏ của máy thật.
3.1. CST (thời gian hút mao dẫn)
Đặt một ống trụ ngắn lên tờ giấy lọc thấm hút (thường dùng giấy Whatman No.17), đổ mẫu bùn vào ống. Nước trong bùn bị giấy hút ra và loang thành vòng tròn đồng tâm. CST (capillary suction time) là thời gian vệt ướt đi qua một khoảng cách cố định giữa hai điện cực dò. CST càng lớn, bùn càng khó lọc.
CST nhanh, rẻ, nhưng chỉ dùng để so sánh tương đối giữa các mẫu hoặc các liều hóa chất trên cùng một loại bùn, không cho ra độ ẩm bánh. Ở máy ép đa đĩa, CST được dùng để chốt liều chất keo tụ vô cơ khi dùng kèm polymer lưỡng tính.
3.2. Lọc trọng lực trên phễu Buchner
Trộn polymer vào mẫu bùn, đổ bùn đã tạo bông lên phễu Buchner có lót vải lọc, đo lượng nước lọc thoát ra theo thời gian (ví dụ mL trong 10 giây đầu) và độ đục của nước lọc. Phép thử này mô phỏng vùng thoát nước trọng lực của máy ép băng tải và các máy có vùng cô đặc trọng lực. Nếu không có bơm chân không, nó vẫn làm được ở dạng lọc trọng lực đơn thuần.
3.3. Lọc–ép bằng piston
Sau khi lọc trọng lực, kẹp lớp bùn giữa hai lớp vải lọc, đặt lên bệ và ép bằng xi lanh khí ở áp suất và thời gian cố định. Trong ví dụ của sổ tay LFPI là 0,1 MPa trong 60 giây. Sau ép, cân khối lượng, đo độ dày và độ ẩm bánh. Đây là phép thử đơn giản nhất cho ra con số độ ẩm, dùng khi không có máy ép lăn thử nghiệm.
Một biến thể dùng thiết bị lọc kín có piston tải không đổi, ghi lại liên tục lượng nước lọc và độ nén của bánh. Kết quả cho phép xác định điện trở riêng của bánh và quan hệ giữa áp ép và độ ẩm cân bằng, phục vụ tính toán máy ép khung bản.
3.4. Ép lăn một cấp
Máy ép lăn cỡ nhỏ một cấp mô phỏng máy ép băng tải: kẹp bánh bùn sau lọc trọng lực giữa hai vải lọc, cho chạy qua trục lăn 3 lần ở tốc độ và lực căng vải đã định. Sau đó đo kích thước, khối lượng và độ ẩm bánh. Phép thử này sát với máy băng tải hơn ép piston, vì bánh chịu cả lực nén và lực cắt khi đi qua trục lăn.
3.5. Ly tâm ống
Cho một lượng nhỏ bùn (đã hoặc chưa tạo bông) vào ống của máy ly tâm phòng thí nghiệm, quay ở khoảng 1.500 G theo quy trình định trước. Đo thể tích và nồng độ nước trong phía trên, nồng độ và độ chặt của phần lắng. Biến thể dùng ống có lót vật liệu lọc cho phép đo thêm lượng nước tách ra và độ ẩm phần bùn đã tách nước. Đây là phép thử chính khi định chọn máy ly tâm decanter.
3.6. Máy thử cỡ nhỏ (thử pilot)
Các phép thử trên giả định nước đi theo một chiều vuông góc với vật liệu lọc. Trong máy thật, dòng chảy phức tạp hơn, bông còn bị vỡ khi bơm và khi trộn. Vì vậy, bước xác nhận cuối cùng là chạy máy thử cỡ nhỏ có cùng nguyên lý với máy thật, lý tưởng là ngay tại hiện trường với bùn tươi. Với máy ép khung bản, diện tích lọc của máy lớn được tính từ tốc độ lọc đo trên máy khung bản nhỏ tạo bánh cùng độ dày, rồi nhân thêm hệ số an toàn.
Hình 1. Sáu phép thử, từ đơn giản đến sát thực tế
Chỉ làm bước sau khi bước trước chưa đủ để quyết định
4. Loại máy nào cần phép thử nào
Mỗi nhóm máy có bộ phép thử riêng. Bảng dưới rút gọn bảng tổng hợp của sổ tay LFPI cho các máy dùng tách nước bùn. Điểm chung: máy thử cỡ nhỏ cần cho mọi loại máy; thử chọn chất keo tụ bắt buộc với các máy liên tục ép bùn hữu cơ (băng tải, trục vít, đa đĩa).
| Loại máy | Chọn chất keo tụ | Lọc trọng lực (phễu Buchner) | Lọc áp suất | CST | Ly tâm ống | Máy thử cỡ nhỏ | Thử ép |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ép khung bản | Tùy trường hợp | — | Cần (áp suất không đổi) | Tùy trường hợp | — | Cần | Cần |
| Ly tâm decanter | Tùy trường hợp | — | — | — | Cần | Cần | — |
| Ép băng tải | Cần | — | — | Tùy trường hợp | — | Cần | Làm trên máy thử cỡ nhỏ |
| Ép trục vít | Cần | — | — | Tùy trường hợp | — | Cần | Làm trên máy thử cỡ nhỏ |
| Ép đĩa quay (áp lực quay) | Tùy trường hợp | Có thể làm (1) | — | — | — | Cần | Cần |
| Ép đa đĩa | Cần | Có thể làm (1) | — | Cần (2) | — | Cần | Cần |
Rút gọn từ LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, bảng 5-2 (chỉ giữ các máy dùng cho bùn). (1) Lọc trọng lực bằng phễu Buchner. (2) CST dùng để chốt liều chất keo tụ vô cơ khi dùng kèm polymer lưỡng tính. Ép khung bản: thử lắng và thêm chất trợ lọc tùy trường hợp; ép băng tải, trục vít: thêm chất trợ lọc khi cần cải thiện khả năng lọc.
Để chọn nhóm máy trước khi thử: xem Lựa chọn công nghệ và So sánh công nghệ.
5. Đọc kết quả thử chọn polymer: một ví dụ
Sổ tay LFPI (mục 8.4.1) đưa một ví dụ chọn polymer bột cho bùn hỗn hợp của nhà máy xử lý nước thải đô thị, máy định dùng là ép băng tải. Bùn có SS 2,4%, VSS/SS 83%, xơ 22%. Cách làm:
- Lấy 200 mL bùn, thêm dung dịch polymer pha ở 0,2% (cách pha: xem Pha polymer đúng cách).
- Khuấy bằng thìa khoảng 3 lần mỗi giây trong 30 giây. Thực tế nên khuấy theo điều kiện gần với máy và bùn sẽ dùng.
- Lọc trọng lực trên phễu Buchner lót vải 60 mesh, đo lượng nước lọc trong 10 giây và cỡ bông.
- Vắt bông bằng tay để đánh giá độ bền, rồi ép piston 0,1 MPa trong 60 giây và đo độ ẩm bánh, năng suất bánh.
Năng suất bánh (cake yield) là số mg chất rắn thu được trên mỗi cm² mặt lọc, tỷ lệ thuận với công suất máy. Kết quả với ba polymer, mỗi loại ba liều:
| Polymer | Liều (mg/L bùn) | Liều quy đổi (kg/tấn DS) | Cỡ bông (mm) | Nước lọc (mL/10 giây) | Bông khi vắt tay | Độ ẩm sau ép (%) | Năng suất bánh (mg/cm²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A · cation cao, phân tử lượng thấp | 100 / 150 / 200 | 4,2 / 6,3 / 8,3 | 5 / 6 / 7 | 68 / 88 / 120 | chưa vắt hết → vắt được → rất bền | – / 82,3 / 82,5 | – / 35 / 37 |
| B · cation cao, phân tử lượng cao | 100 / 150 / 200 | 4,2 / 6,3 / 8,3 | 4 / 6 / 8 | 48 / 70 / 110 | chưa vắt hết → vừa đủ → vắt được | – / 83,9 / 84,0 | – / 32 / 30 |
| C · cation trung bình, phân tử lượng trung bình | 100 / 150 / 200 | 4,2 / 6,3 / 8,3 | 3 / 4 / 6 | 36 / 56 / 80 | không vắt được → chưa vắt hết | – / 85,2 / 85,3 | – / 29 / 28 |
Theo LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, mục 8.4.1, bảng 8-4. Bùn hỗn hợp nhà máy xử lý nước thải đô thị: SS 2,4%, VSS/SS 83%, xơ 22%. Cột kg/tấn DS do site quy đổi: liều mg/L ÷ 24.000 mg/L SS × 1.000. Dấu – : liều 100 mg/L chưa đủ tạo bánh để ép.
Hình 2. Ba polymer ở cùng liều 200 mg/L: năng suất bánh và độ ẩm sau ép
Thanh = năng suất bánh (mg chất rắn/cm² mặt lọc), càng dài càng tốt; số bên phải là độ ẩm bánh sau ép, càng thấp càng tốt
Cách đọc:
- Polymer A thắng ở cả ba tiêu chí: nước thoát nhanh nhất, bông bền nhất, độ ẩm thấp nhất (82,3–82,5%) và năng suất bánh cao nhất (35–37 mg/cm²). Phân tử lượng của A thấp, nhưng bùn nhiều xơ nên bông vẫn đủ bền, và độ cation cao hợp với bùn hữu cơ cao.
- Bông to chưa chắc tốt: polymer B có phân tử lượng cao nên bông to (tới 8 mm), nhưng bông yếu, bánh ẩm hơn A khoảng 1,5 điểm và năng suất thấp hơn.
- Độ cation không đủ thì tăng liều cũng không cứu được: polymer C cation trung bình, với bùn VSS/SS 83% thì thiếu điện tích; tăng liều lên 200 mg/L bông vẫn yếu, độ ẩm vẫn khoảng 85%.
- Liều tối ưu không phải liều cao nhất: với A, tăng từ 150 lên 200 mg/L làm nước thoát nhanh hơn và năng suất tăng, nhưng độ ẩm không giảm thêm. Liều cuối cùng nên chọn theo chi phí polymer so với lợi ích năng suất.
Quy đổi sang đơn vị vận hành: 150–200 mg/L trên bùn 2,4% tương đương khoảng 6–8 kg polymer/tấn DS. Cách giữ liều ổn định khi vận hành: xem Liều polymer; cách chọn loại polymer theo bùn và máy: xem Chọn polymer theo bùn & máy.
6. Vì sao kết quả thử khác máy thật
Theo sổ tay LFPI (mục 5.5 và Hỏi đáp Q28, Q29), các nguồn sai lệch thường gặp là:
| Nguồn sai lệch | Hậu quả | Cách hạn chế |
|---|---|---|
| Mẫu không đại diện hoặc để lâu | Kết quả tốt hơn hoặc xấu hơn thực tế | Lấy nhiều thời điểm ở đúng điểm cấp máy; thử ngay; thử lặp lại |
| Bùn lắng trong cốc hoặc trong ống khi thử | Phần đầu và phần cuối mẫu khác nhau | Khuấy giữ đồng nhất trong suốt phép thử |
| Điều kiện khuấy trộn khác máy thật | Bông trong cốc bền hơn bông trong máy | Khuấy theo cường độ và thời gian gần với bể phản ứng của máy |
| Bông bị vỡ khi bơm | Thử phòng thí nghiệm lạc quan hơn thực tế | Xác nhận bằng máy thử cỡ nhỏ có bơm cấp |
| Vải lọc thử khác vải máy thật | Sai độ trong nước lọc và tốc độ lọc | Dùng vải chịu được pH, nhiệt độ của bùn và gần với vải dự kiến |
| Ống, van thiết bị thử quá nhỏ hoặc quá dài | Áp lọc thực tế thấp hơn áp đặt | Dùng thiết bị có đường kính ống phù hợp, rửa sạch sau mỗi lần thử |
| Bánh bùn nén mạnh | Tăng áp lọc nhưng tốc độ lọc lại giảm | Thử nhiều mức áp; không mặc định áp cao hơn là tốt hơn |
| Thu không hết nước lọc hoặc bánh | Sai cân bằng khối lượng, sai độ ẩm | Thu hết bánh và nước lọc còn đọng trong ống trước khi cân |
Tổng hợp từ LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng, mục 5.4.6, 5.5.1–5.5.3, 8.4.1 và Hỏi đáp Q28, Q29.
7. Từ kết quả thử đến quyết định đầu tư
Thử nghiệm đơn giản trả lời trước hết câu hỏi bùn này có tách nước được bằng nhóm máy đó hay không. Từ quan hệ giữa thời gian ép và độ ẩm bánh, có thể ước độ ẩm máy thật đạt được. Cách quy đổi chi tiết sang công suất và cỡ máy khác nhau giữa các nhà sản xuất (Hỏi đáp Q22). Trình tự làm việc với nhà sản xuất theo sổ tay LFPI (mục 5.1.2):
Hình 3. Trình tự từ thử nghiệm đến đầu tư máy ép
Bước 3–5 là nơi thử nghiệm quyết định kết quả
Phiếu thông tin bùn gửi nhà sản xuất nên có: đặc tính bùn (nồng độ, VSS/SS, pH, nhiệt độ, dầu mỡ, xơ), lưu lượng và số giờ chạy, mục tiêu độ ẩm và tỷ lệ thu giữ, hóa chất được phép dùng, điện, nước rửa, mặt bằng và nơi xử lý bánh bùn.
Có thể đề nghị nhà sản xuất thử mẫu bùn thật hoặc thử máy tại hiện trường trước khi chốt model. Với máy ép con lăn đa đĩa elip Slit Saver, có thể đối chiếu độ ẩm thực tế đo được ở các dự án theo từng loại bùn trong bảng tra độ ẩm bánh bùn và các hồ sơ dự án. Với máy khử nước điện thẩm ELO, máy thử cỡ nhỏ cho biết trước độ ẩm đạt được và điện năng trên chính mẫu bùn của bạn.
8. Nguồn tham khảo
- LFPI (2011), Sổ tay máy lọc tách nước dành cho người dùng (「ユーザーのための ろ過脱水機ガイドブック」), Hiệp hội Công nghiệp Công nghệ Làm trong Chất lỏng Nhật Bản (LFPI), 12/2011: mục 5.1, 5.2, 5.4.1–5.4.7, 5.5; bảng 5-2; mục 8.4.1, bảng 8-4; chương 10, Hỏi đáp Q9, Q21, Q22, Q28, Q29.
Nội dung viết lại và tổng hợp, không phải bản dịch. Các bảng và hình được trình bày lại; số liệu trích giữ nguyên giá trị gốc. Quy đổi kg/tấn DS do site tính.
Câu hỏi thường gặp
CST là gì và chỉ số CST bao nhiêu là tốt?
CST (thời gian hút mao dẫn) là thời gian nước trong bùn bị giấy lọc hút loang qua một khoảng cách cố định; CST càng lớn, bùn càng khó lọc. CST dùng để so sánh tương đối giữa các mẫu hoặc các liều hóa chất trên cùng một loại bùn, không có một ngưỡng chung cho mọi loại bùn và không cho ra độ ẩm bánh.
Từ kết quả thử lọc–ép đơn giản có chọn được máy không?
Được ở bước đầu: kết quả cho biết bùn có tách nước được bằng nhóm máy đó không, và từ quan hệ giữa thời gian ép và độ ẩm có thể ước độ ẩm máy thật. Để chốt model và công suất cần máy thử cỡ nhỏ; cách quy đổi khác nhau giữa các nhà sản xuất.
Ngoài nồng độ, cần phân tích gì khi bùn thay đổi tính chất?
Theo sổ tay LFPI: độ nhớt, nhiệt độ, pH, tỷ trọng, cỡ hạt, biến đổi theo thời gian; với bùn hữu cơ thêm tỷ lệ VSS/SS, hàm lượng xơ và đương lượng keo.
Thử bằng phễu Buchner cần lưu ý gì?
Giữ bùn đồng đều trong lúc lọc, vì hạt lắng làm sai kết quả; thu hết bánh và nước lọc còn đọng trong ống trước khi cân để tính độ ẩm chính xác.
Trình tự đầu tư một máy ép bùn gồm những bước nào?
Hỏi nhà sản xuất các nhóm máy phù hợp, điền phiếu thông tin bùn, gửi mẫu bùn thật để nhà sản xuất thử, thử tại hiện trường nếu cần, rồi mới quyết định, chế tạo, lắp đặt và chạy thử.
Số liệu có dấu * là công bố của nhà sản xuất, không thay thế thử nghiệm với bùn thực tế.