tiểu luận các quá trình cơ bản

Trong công nghệ xử lý nước quá trình lắng diễn ra rất phức tạp chủ yếu lắng ở trạng thái động, có nghĩa là trong quá trình lắng nước luôn chuyển động, các hạt cặn không tan trong nước là

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-o0o -TIỂU LUẬN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

KEO TỤ

Học viên: Trịnh Thị Thủy

Mã học viên: 19812025 Lớp: Kỹ thuật Môi trường 2020A Khoa: Công nghệ Môi trường

Hà Nội, năm 2021

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-o0o -TIỂU LUẬN CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ

MÔI TRƯỜNG

Học viên: Trịnh Thị Thủy

Mã học viên: 19812025 Lớp: Kỹ thuật Môi trường 2020A Khoa: Công nghệ Môi trường

Hà Nội, năm 2021

MỤC LỤC

Danh mục bảng

Danh mục hình

Từ viết tắt

MỞ ĐẦU

 Mở đầu

 Chương I: Tổng quan

 Chương II: Phương pháp nghiên cứu

 Chương III: Kết quả

 Kết luận, kiến nghị

 Tài liệu tham khảo

1 Nội dung cần:

- Nêu được tính cấp thiết

- Cơ sở lý thuyết (nêu được tổng quan)

 Lý thuyết chung

 Ưu điểm, nhược điểm

 Lĩnh vực ứng dụng

 Các ví dụ cụ thể (địa điểm cụ thể nếu có)

- Phương pháp tính toán

 Kết quả tính toán

 Chuyên đề 1: Tính toán thiết bị lắng đứng trong một hệ thống xử lý

nước thải Ví dụ cho xử lý nước thải bệnh viện, công suất xử lý 100m3/ngày đêm

CHƯƠNG I TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH LẮNG

 Lý thuyết chung

 Ưu điểm, nhược điểm

 Lĩnh vực ứng dụng

 Các ví dụ cụ thể (địa điểm cụ thể nếu có)

1 Khái niệm chung

Lắng là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước Trong công nghệ xử lý nước quá trình lắng diễn ra rất phức tạp chủ yếu lắng ở trạng thái động, có nghĩa là trong quá trình lắng nước luôn chuyển động, các hạt cặn không tan trong nước là những tập hợp hạt không đồng nhất (kích thước, hình dạng, trọng lượng riêng khác nhau) và không ổn định (luôn thay đổi hình dạng, kích thước trong quá trình lắng do dùng chất keo tụ)

Lắng trọng lực

Lắng và tuyển nổi là quá trình làm sạch cơ bản trong công nghệ xử lý nước Nước cần xử lý được đưa vào bể và giữ lại đó trong suốt quá trình làm việc Dưới tác dụng của lực trọng trường, các hạt cặn có khối lượn riêng lớn hơn khối lượng riêng của chất lỏng bao quanh nó sẽ tự lắng xuống (quá trình lắng), trong khi đó các hạt cặn cso khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của chất lỏng sẽ dần nổi lên trên bề mặt (quá trình tuyển nổi)

Bằng cách đó, các hạt cặn lơ lửng có trong nước hoặc là di chuyển xuống đáy tạo thành lớp bùn cặn hoặc là di chuyển lên trên mặt nước, tạo thành lớp váng bọt,

phần nước trong giữ lại ở giữa sẽ được đưa ra ngoài Tốc độ lắng xuống hoặc nổi lên của các hạt cặn sẽ cao hơn và thời gian cần thiết cho quá trình làm sạch sẽ nhỏ

đi khi các hạt có kích thước và khối lượng riêng của chúng khác nhiều so với khối lượng riêng của chất lỏng mà trong đó chúng tồn tại

Bằng biện pháp nhân tạo người ta có thể làm tăng kích thước hạt nhờ quá trình tạo bông keo, như vậy sẽ làm tăng tốc độ lắng của các hạt Có thể bổ sung các tác nhân keo tụ như phèn nhôm hoặc phèn sắt (keo tụ hóa học) sẽ làm cho quá trình keo tụ hiệu quả hơn dẫn đến quá trình lắng tốt hơn

Trong kỹ thuật xử lý nước cấp và nước thải, nhiều bể lắng chỉ thực hiện quá trình lắng nhờ các lực tự nhiên như trọng lực và quá trình liên kết tự nhiên giữa các hạt cặn, không cần đến tác động nào khác Quá trình lắng như vậy được gọi là quá trình lắng và tuyển nổi tự do Khi xét đến khả năng liên kết giữa các hạt trong nước, người ta phân chia các quá trình lắng tự do theo hai loại: lắng tự do của các hạt không liên kết và lắng tự do khi các hạt liên kết với nhau

Lắng tự do của các hạt không liên kết xảy ra khi khả năng liên kết tự nhiên của các hạt không đáng kể, ví dụ trường hợp hạt cát Trong quá trình lắng này, các hạt cặn luôn duy trì tính thống nhất, không thay đổi kích thước, khối lượng riêng và do vậy tốc độ lắng của chúng được xem như không đổi(h.6.2a) Ngược lại, trong quá trình lắng có kèm theo quá trình tạo bông keo thì các hạt tương tác với nhau, tạo ra bông keo và do vậy kích thước và trọng lượng thay đổi, vận tốc của quá trình cũng do vậy mà thay đối

Hình 6.2 Mô tả quá trình lắng tự do : a các hạt không có khả năng keo tụ ; b -các hạt có khả năng keo tụ ng dáy , áng

Quá trình lắng của các hạt có khả năng keo tụ chủ yếu là các tạp chất hữu cơ , thường gặp trong công nghệ xử lý nước thải đô thị và nước thải công nghiệp

6.3 Các thiết bị lắng

6.3.1 Thiết bị lắng loại chóp

Thiết bị gồm thân hình trụ có đáy hình côn Trong phần thân trụ đặt nhiều tầng chóp Góc nghiêng của chóp đủ lớn sao cho các hạt rắn lắng đến bề mặt trên của chóp thì tự trượt theo mặt chóp ra phía biên để lắng xuống đáy Nguyên tắc làm việc như sau : Huyền phù đưa từ cửa phía trên , đi vào không gian giữa các tầng chóp từ phía biên của trụ hướng vào tâm Quá trình lắng diễn ra không gian đó Nước trong qua cửa tràn ở đỉnh của mỗi tầng chóp vào ống góp ở oặc se với 93

trung tâm để ra bên ngoài Bã lắng trượt theo sàn chóp biên , tiếp tục lắng xuống đáy thiết bị Thiết bị này làm việc theo phương thức bán liên tục Nước trong có thể được lấy ra liên tục Bã được hút ra định kỳ nhờ xi phông hay bơm Nhờ các tầng chóp , bề mặt lắng tăng lên , năng suất riêng thể tích của thiết bị tăng lên nhiều

6.3.2 Thiết bị lắng loại phễu

Phần chính là buồng lắng đáy côn , với góc ở đáy a = 60 ° cao hơn nhiều so với phần hình trụ ở phía trên Bộ phận cấp liệu được đặt ở trục thiết bị Huyền phù đặt ở thùng

3 , tràn qua miệng ống , được phao 4 khử các xung động trước khi đi vào không gian lắng Nước trong qua cửa tràn ra máng 2 Bã tụ ở đáy được khí nén đẩy hoặc bơm qua ống 5 ra ngoài

Thiết bị làm việc liên tục Nhờ phần còn lớn mà bã thu được khá đặc Tuy nhiên để đạt được điều đó , chiều cao thiết bị phần côn ) phải lớn

6.3.3 Thiết bị lắng loại hình trụ có cào bã

Loại này được dùng nhiều trong công nghiệp và xử lý huyền phủ nước thải vì có khả năng đạt mức độ phân riêng khá cao , nhất là có thể cô đặc bã ( đến độ khô trên 50 % ) , lại có cấu trúc tương đối đơn giản

Thiết bị gồm phần chính hình trụ , đường kính từ vài mét đến vài trăm mét ( tùy theo năng suất ) Các thiết bị nhỏ có thể làm việc gián đoạn có đáy hình hơi cồn Phần lớn loại này thể hiện tính ưu việt khi làm việc liên tục Thiết bị làm việc liên tục có đáy bằng hoặc hơi côn , huyền phù dược cấp vào phần trục của thiết bị ở độ sâu 0,3-1m so với mặt thoáng chất lỏng Bà được cho vun dần vào tâm Loại thiết

bị nhỏ , cào quay với tốc độ 0,02 vòng / s nhờ trục ở giữa

Loại đường kính rất lớn thì bộ phận truyền động và cao được chuyển động nhờ một mô tơ chạy trên đường ray tròn Tốc độ quay rất nhỏ , khoảng cỡ 2.10 vòng /

s

Các thiết bị lớn có thể đạt tới 3000 m / ngày hoặc hơn Để tiết kiệm mặt bằng đồng thời tăng mức cô đặc bã và độ sạch của bã , thiết bị lắng nhiều tầng đã ra đời cấu tạo theo nguyên tắc các tầng chồng lên nhau

Hệ thống cào bã được truyền động chung từ một trục thẳng đứng ở tâm Huyền phù được cấp từ phía trên tầng trên cùng ) Bã lắng xuống sàn của mỗi tầng được cào dồn

về phía tâm rơi vào hộp bã Nếu bã được rửa thì sẽ được nước sạch ( ở tầng dưới cùng ) hoặc nước trong của tầng dưới hòa loãng , rồi tiếp tục quá trình lăng tầng dưới Nước trong được lấy ra từ đỉnh của mỗi tầng

Trong thực tế , do đặc điểm của loại huyền phù hoặc do cần kết hợp với quá trình khác mà thiết bị lắng còn nhiều loại khác nữa , chủ yếu là các thiết bị làm việc bán liên tục Mức độ tách , tức là độ trong của dòng trên và độ đặc của dòng dưới không những phụ thuộc vào cấu trúc thiết bị , mà quan trọng hơn là ở kỹ thuật vận hành , kể

cả các biện pháp bổ trợ

Nói chung , lắng bằng trọng lực trong nhiều trường hợp không đạt được độ phân tách cao song tiết kiệm năng lượng , chi phí thấp , nên tỏ ra rất hữu ích khi năng suất lớn và huyền phù rất loãng

6.4 Lắng dưới tác dụng của lực ly tâm ( xyclon )

6.4.1 Nguyên lý làm việc

Các xyclon phân riêng các hạt rắn khỏi huyền phù được gọi là các xyclon thủy lực Nguyên lý hoạt động của chúng là tạo ra các lực ly tâm tác dụng lên hạt rắn bằng cách cho huyền phủ đi vào xyclon theo hướng tiếp tuyến với bề mặt trụ của nó Dạng phổ biến của xyclon thủy lực là dạng hình côn Góc nón ở đáy ảnh hưởng mạnh lên mức

độ tách các hạt rắn , cần đủ nhỏ , thường là 20 ° , thậm chí là 10 ° Phần trụ chủ yếu là

để đổi hướng chuyển động của huyền phù nhờ đặt cửa ống cấp liệu tiếp tuyến với mặt trụ Đường kính của phần trụ tùy thuộc năng suất cần đạt được , loại nhỏ cỡ 250-300mm hay nhỏ hơn , loại lớn đến 500-700mm

6.4.2 Cấu tạo của xyclon

Thiết bị thường làm bằng thép hoặc gang trắng Để giảm sự bào mòn , mặt trong được phủ cao su hoặc đá

Huyền phù chuyển động vòng hướng xuống phía dưới Các hạt rắn đủ lớn và nặng đã

bị dây ra biên , sẽ cùng một phần chất lỏng tháo ra ở đáy

Phân tích chuyển động của chất lỏng và hạt lắng , lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trong quá trình phân ly , các hạt đủ lớn và nặng càng xuống phía dưới cùng tập trung ở phía thành ( của đáy côn ) Chúng sẽ cùng một phần chất lỏng đi ra theo cửa đáy Phần lớn chất lỏng cùng các hạt nhỏ và nhẹ tập trung ở phần gần trục và chuyển động hướng lên theo ống thoát ra ngoài Vùng sát trục đối xứng tập trung khí ( lẫn trong chất lỏng )

Độ lớn và cấu trúc của cửa đáy ( còn gọi là cửa cát ) và cửa trên ( ống ở tâm ) liên quan đến mức độ tách hạt rắn và tỷ lệ của hai dòng ra ( qua hai cửa ) Do đó chúng được cấu trúc nhiều kiểu khác nhau , trong đó có cả những kiểu cửa đáy được điều chỉnh

Chương II Phương pháp nghiên cứu

Tính toán thiết bị lắng đứng trong một hệ thống xử lý nước thải

Tính toán thiết bị lắng dạng xyclon

Năng suất của xyclon thủy lực có thể tính theo công thức sau:

Q = 2.µ.g.F.H (m3/s)

Trong đó: F- tiết diện nhỏ nhất của ống cấp liệu, m2

H- Chênh lệch áp suất ở cửa vào và cửa ra của ống cấp liệu

µ - hệ số lưu lượng

Nếu ống cấp liệu có đường kính d1 thì:

F = π d12/4

Mặt khác năng suất còn xác định bởi kích thước của hai cửa ra (cửa cát và cửa trên) Nếu gọi đường kính ống ở giữa tâm (cửa trên) là d2 và của cửa cát là dc Trong kỹ thuật thường gặp:

dc = (0,2÷0,7) d2

Còn H = H1 – H2 trong đó H1, H2 là áp suất ở trước cửa vào xyclon và áp suất ở bên trong xyclon ở chỗ sát thành giáp với cửa ra ống cấp liệu

H = (1 - ).H1

Như vậy thay vào công thức 6.1 ta có:

Q = µ = K d1 d2

Thực nghiệm trên xyclon thủy lực với góc ở đáy côn α = 20o được

K = 291,3 d1.d2 và thấy rằng đối với những xyclon góc α ≠ 20o thì cần đưa thêm

hệ số chính bằng 0,8/ , α đo bằng độ

Một trong những chỉ tiêu quan trọng của phân ly là kích thước giới hạn của hạt được tách Để tính toán kích thước giới hạn đó xuất phát từ sự cân bằng của tác dụng lực lên hạt lắng trong xyclon do tác dụng của lực ly tâm

Trong trường hợp lắng ở chế độ dòng thì lực ly tâm bằng lực cản tính theo định luật Stocks đối với hạt đường kínhδ:

Tính toán thiết bị lắng đứng

Thiết bị lắng đứng thường được ứng dụng trong các công trình xử lý nước cấp và nước thải có công suất vừa và nhỏ

Những công trình có công suất lớn thường sử dụng bể lắng ngang hoặc bể lắng radiant Trong ví dụ này công suất xử lý là Q=500 m3/ngày đêm Với công suất này người ta có thể chọn số lượng thiết bị lắng trong hệ thống là n=2 Như vậy, công suất xử lý của một thiết bị là Q1 = 250 m3/ngày đêm

Trong hình thiết bị lắng đứng 3 làm nhiệm vụ kết hợp cả quá trình trộn keo tụ và tạo bông ở ống trung tâm Quá trình lắng nằm ở phần thân trụ phía ngoài

Ống trung tâm là không gian để tiến hành quá trình phản ứng giữa chất keo tụ, trợ keo tụ và nước thải Trong nhiều trường hợp tại đây cũng xảy ra sự điều chỉnh pH Thông thường, với công suất nhỏ và vừa người ta thường tiến hành quá trình trộn các chất phản ứng trực tiếp trên đường ống

Thời gian phù hợp cho quá trình khuấy trộn và phản ứng có thể chọn tpư = 1 phút Thể tích buồng phản ứng của thể tính theo công thức:

Vpư = tpư Q/24 = 15/60.(Q/24)

Thiết diện buồng phản ứng là

ƒp = = 2,6/2

Đường kính buồng phản ứng

dp =

Làm tròn dpư =

Tính toán ngăn lắng

Tiết diện ngăn lắng được tính theo công thức

ƒL =

trong đó: Q- lưu lượng nước thải đi vào bể lắng, m3/s

vL – vận tốc nước dâng trong khoang lắng, chọn vL = 30m/ng (7.60- TCXDVN 51-2008)

Tính toán đường kính thiết bị lắng

Tiết diện tổng cộng của thiết bị

Ftb = FL + ƒpư

Đường kính của thiết bị là

D =

Làm tròn D=

Chương III Kết quả tính toán

Ví dụ cho xử lý nước thải bệnh viện, công suất xử lý 100m3/ngày đêm