Ứng dụng hiệu ứng venturi để định lượng hoá chất trong nhà máy xử lý nước cấp

Hiện nay hầu hết các nhà máy xử lý nước cấp đang sử dụng máy bơm định lượng để “châm” dung dịch hóa chất xử lý nước như phèn và vôi. Sử dụng máy bơm định lượng để cung cấp hóa chất xử lý nước có nhiều ưu điểm, nhưng cũng có hạn chế là chi phí đầu tư và chi phí quản lý vận hành khá lớn.

Dựa trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu chuyên ngành, kết hợp tham khảo kinh nghiệm vận hành tại nhà máy xử lý nước cấp thành phố Châu Đốc, tỉnh An Giang, tác giả bài viết đề xuất phương pháp sử dụng ejector tối ưu, thay thế cho máy bơm định lượng hóa chất trong sơ đồ công nghệ xử lý nước cấp.

Giới thiệu về ejector và hiệu ứng venturri

Từ lâu, ejector được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước cấp để hút khí Clo, hòa trộn khí Clo với nước để tạo thành dung dịch Clo trước khi hòa trộn với nguồn nước cần xử lý. Ngoài ra ejector còn được sử dụng như một công cụ đơn giản để hút không khí cho quá trình ôxy hóa sắt trong xử lý nước ngầm ở một số trường hợp không cần đến các biện pháp làm thoáng [1]. Theo quy định, có thể sử dụng máy bơm định lượng hoặc ejector [1] để định lượng hóa chất nâng pH và hóa chất keo tụ, tuy nhiên hiện nay rất ít nhà máy xử lý nước sử dụng ejector cho mục đích này.

Ejector là thiết bị cấu tạo rất đơn giản, có dạng ống hình tròn, đoạn giữa được thu hẹp với đường kính nhỏ hơn đáng kể so với 2 đầu. Khi ejector hoạt động, vận tốc nước chảy qua đoạn thu hẹp sẽ tăng lên đáng kể, theo định luật Becnuli thì áp suất tại đoạn thu hẹp sẽ giảm xuống. Với dòng nước có đủ áp lực chảy qua đoạn thu hẹp sẽ tạo ra hiệu ứng Venturi và tạo thành vùng áp lực “âm”, tức là thấp hơn áp suất khí quyển, giúp cho chất khí hay lỏng bị hút vào khu vực này.

Trên thực tế, các máy bơm định lượng dung dịch hóa chất rất nhanh bị hư hỏng, chi phí điện năng và bảo trì khá lớn. Các nhà máy xử lý nước cấp có thể sử dụng áp lực nước từ trạm bơm cấp 2 tạo ra hiệu ứng Venturi trong ejector để định lượng hóa chất, thay thế cho máy bơm định lượng. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều nhà sản xuất chế tạo nhiều loại ejector, phạm vi ứng dụng rất rộng rãi [2], thuận tiện cho việc sử dụng.

Ứng dụng ejector để định lượng dung dịch hoá chất keo tụ

Sơ đồ công nghệ định lượng dung dịch phèn PAC tại nhà máy xử lý nước cấp TP. Châu Đốc, tỉnh An Giang.

Nhà máy xử lý nước cấp TP. Châu Đốc, tỉnh An Giang, công suất 35.000 m3/ngày.đêm, sử dụng nguồn nước thô từ sông Hậu, chất lượng nước sau xử lý đáp ứng theo QCVN 01:2018. Với mong muốn tiết kiệm chi phí quản lý vận hành, Ban lãnh đạo nhà máy đã nghiên cứu, sử dụng ejector thay thế cho máy bơm định lượng đang hoạt động, kết quả cho thấy hệ thống định lượng dung dịch phèn PAC bằng ejector hoạt động ổn định, không ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý của nhà máy, chi phí quản lý vận hành giảm đáng kể. Sơ đồ sử dụng ejector để định lượng dung dịch phèn PAC đang hoạt động tại nhà máy được trình bày trong hình 1. [3]

Nguyên lý hoạt động

Nước sạch có áp lực được lấy từ đường ống đẩy của trạm bơm cấp 2 cung cấp vào ejector chế tạo sẵn (2). Van chặn (1) được lắp đặt có thể điều chỉnh áp lực tại đầu vào ejector và phục vụ công tác bảo trì. Đường ống dẫn dung dịch phèn PAC 5% từ bể tiêu thụ được đấu nối vào đầu hút của ejector theo hướng dẫn của nhà sản xuất, trên đường ống này lắp đặt van chặn (4) và đồng hồ lưu lượng dạng ống (3), cán bộ vận hành có thể điều khiển liều lượng dung dịch phèn theo kết quả Jartest. Hỗn hợp dung dịch phèn PAC, sau khi định lượng qua ejector, được châm vào đường ống nước thô từ trạm bơm cấp 1, trước khi đưa vào bể trộn đứng (5).

Những hạn chế trong quá trình vận hành

Hệ thống định lượng phèn PAC bằng ejector tại nhà máy xử lý nước cấp TP. Châu Đốc vận hành theo phương pháp thủ công thông qua van chặn (4) và (1). Một số hạn chế cơ bản khi vận hành như sau:

Áp lực nước từ trạm bơm cấp 2 thay đổi theo chế độ hoạt động của hệ thống điều khiển biến tần, do đó liều lượng hóa chất cung cấp qua ejector cũng thay đổi và cần phải điều chỉnh.

Thường xuyên phải súc xả đường ống dung dịch phèn PAC từ ejector tới đường ống nước thô. Nguyên nhân do tổn thất áp lực qua ejector khá lớn, giảm chênh lệch áp lực giữa đầu ra của ejector và vị trí châm hóa chất trên đường ống nước thô, dẫn tới lắng cặn trong đường ống khi vận tốc dung dịch phèn không đủ lớn.

Đề xuất sơ đồ công nghệ sử dụng ejector định lượng dụng dịch hóa chất keo tụ.

Để hệ thống định lượng dung dịch hóa chất keo tụ hoạt động hiệu quả, một số nội dung cần nghiên cứu khi tính toán thiết kế.

Áp lực nước đầu vào ejector (từ trạm bơm cấp 2) và áp lực nước cần thiết tại vị trí châm hóa chất .

– Liều lượng hóa chất cần thiết: Ví dụ đối với nước mặt, liều lượng phèn PAC khoảng từ 2 g/m3 ÷ 25 g/m3, phụ thuộc vào độ đục và nguồn nước. Liều lượng hóa chất sử dụng thực tế sẽ căn cứ theo kết quả Jartest.

– Chọn ejector phù hợp theo catalog của nhà sản xuất [2], với các thông số kỹ thuật chính: Áp lực đầu vào; áp lực đầu ra; lưu lượng dung dịch hóa chất có thể “hút” vào.

– Xác định nồng độ dung dịch hóa chất, phù hợp với lưu lượng mà ejector có thể “hút” vào. Có thể chọn nồng độ dung dịch hóa chất, xác định liều lượng dung dịch hóa chất cần thiết, sau đó chọn ejector phù hợp.

Sơ đồ công nghệ đề xuất

Hệ thống định lượng hóa chất hoạt động ổn định, đạt hiệu quả cao, phụ thuộc vào một số chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản như sau:

– Cung cấp ổn định liều lượng hóa chất vào các giờ trong ngày, không phụ thuộc vào áp lực tại trạm bơm cấp 2

– Giảm thiểu cặn lắng trong đường ống dẫn dung dịch hóa chất.

– Có thể điều chỉnh liều lượng hóa chất khi cần thiết.

– Có thể tự động hóa khi cần thiết.

Trên cơ sở xem xét những tài liệu chuyên ngành và thực tế tại nhà máy xử lý nước cấp TP. Châu Đốc, sơ đồ định lượng hóa chất keo tụ đề xuất được trình bày trong hình 2.

Sơ đồ công nghệ trình bày trong hình 2 có sự điều chỉnh so với sơ đồ công nghệ trình bày trong hình 1, để tối ưu hóa hệ thống định lượng dung dịch hóa chất, khắc phục những hạn chế đang gặp hiện nay và có thể áp dụng cho hầu hết tất cả các nhà máy xử lý nước cấp, cụ thể là bổ sung van giảm áp để ổn định áp lực tại ejector và thay đổi vị trí châm hóa chất vào bể trộn. Trong trường hợp nhà máy xử lý nước cấp áp dụng phương án trộn hóa chất trên đường ống nước thô hoặc sử dụng ống trộn hóa chất thì phải căn cứ vào áp lực nước tại vị trí châm hóa chất để lựa chọn loại ejector phù hợp. Kỹ sư thiết kế căn cứ theo các thông số kỹ thuật khi thiết kế, chủng loại ejector… để tính toán thủy lực và chọn kích thước các đường ống trong sơ đồ công nghệ.

Để có thể tự động hóa trong hệ thống điều khiển định lượng hóa chất, có thể nghiên cứu phương án sử dụng đồng hồ đo lưu lượng hóa chất (3) là đồng điện từ, van chặn hóa chất (4) là van điện từ. Thông qua hệ thống điều khiển tự động, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng của nước thô, có thể điều khiển van (4) thông qua tín hiệu từ đồng hồ lưu lượng (3) để tự động điều chỉnh liều lượng dung dịch hóa chất cho phù hợp.

Việc ứng dụng ejector để định lượng hoá chất không phải là nghiên cứu mới, tuy vậy sơ đồ công nghệ trên là kết quả của nghiên cứu hiệu quả ứng dụng từ thực tế và các tài liệu chuyên ngành. Sơ đồ công nghệ này có thể áp dụng để định lượng các loại dung dịch hóa chất như phèn, vôi, soda… trong các nhà máy xử lý nước cấp, giảm đáng kể chi phí đầu tư và chi phí quản lý vận hành khi so sánh với phương pháp định lượng bằng máy bơm như hiện nay, góp phần giảm chi phí xử lý nước và bảo vệ môi trường.

Theo Nguyễn Văn Sứng Môi trường và Đô thị VN

Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM