Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học, hóa học

XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC,tính toán thiết kế song chắn rác, , Bể lắng cát ngang, Tính toán bể lắng cát ngang , Bể lắng cát thổi khí, Tính toán bể lắng cát sục khí, Bể vớt dầu mỡ, tính toán Bể vớt dầu mỡ, Bể lắng bậc 1 và 2., tính toán bể lắng ngang, bể lắng đứng...

Mục lục

1 Thiết bị chắn rác 1

2 Bể lắng cát 2

2.1 Chức năng, vị trí 2

2.2 Mục đích bể lắng cát 3

2.3 Bể lắng cát thổi khí 3

3 Bể lắng vớt dầu mỡ 7

3.1 Cở sở lý thuyết 8

3.2 Phân loại bể 8

3.2.1 Bể tách dầu dạng ngang 8

3.2.2 Bể tách dầu dạng tròn 10

3.2.3 Bể tách dầu dạng vách nghiêng 10

4 Bể lắng bậc 1 và 2 11

4.1 Khái niệm lắng 11

4.2 Phân loại bể lắng 11

4.3 Bể lắng ngang 12

4.3.1 Cấu tạo, chức năng và các thông số đặc trưng 12

4.3.2 Nguyên lý của quá trình lắng 13

4.4 Bể lắng đứng 14

4.4.1 Cấu tạo, chức năng và các thông số đặc trưng 15

4.4.2 Nguyên lý của quá trình lắng 15

4.5 Bể lắng ly tâm 17

5 Bể lọc 18

5.1 Khái niệm chung 18

5.2 Lý thuyết quá trình lọc nước 18

5.3 Phân loại bể lọc 19

5.4 Bể lọc chậm 20

5.5 Bể lọc nhanh 22

5.6 Bể lọc áp lực 24

6 Bể điều hòa 27

Danh mục hình.

Hình 1.1 Sơ đồ trạm xử lý cơ học 1

Hình 1.2 Các kích thước và hình dạng của thanh chắn rác 2

Hình 2-24: Sơ đồ cấu tạo bể lắng ngang 6

Hình 4.1 Bể lắng ngang trong xử lý nước thải 13

Hình 4.2 Bể lắng đứng trong xử lý nước thải 14

Hình 4.3 Bể lắng ly tâm trong xử lý nước thải 15

Hình 7.44 Giới thiệu sơ đồ cấu tạo của bể lọc chậm 18

Hình 5.1 Cấu tạo bể lọc áp lực 21

Hình 6.1 Bể điều hòa trong hệ thống xử lý nước thải 26

Danh mục bảng

Bảng 1 Chỉ số thiết kế thanh chắn 2

Bảng 2 Thông số thiết kế bể lắng cát thổi khí 8

Bảng 3 Cấu tạo lớp cát lọc và lớp sỏi đỡ trong bể lọc chậm 17

Bảng 4 Các chỉ tiêu về vật liệu lọc và tốc độ lọc của bể lọc áp lực 21

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC1.1 Thiết bị chắn rác:

“Thiết bị chắn rác có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác, có chức năng chắn giữ nhữngrác bẩn thô (giấy, rau, cỏ, rác) trong nước thải nhằm bảo vệ máy bơm khỏi bị tắc nghẽn trướckhi vào trạm bơm hoặc trạm xử lý tập trung Song chắn rác được cấu tạo bằng các thanh songsong, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ Tùy theo kích cỡ các mắt lưới haykhoảng cách giữa các thanh mà ta phân biệt loại chắn rác thô, trung bình hay rác tinh Songchắn rác thô để tách loại rác to hết sức quan trọng Song chắn rác được tính toán, lựa chọnloại hình và bố trí sao cho phù hợp nhất với lưu lượng và tính chất của nguồn thải Trongngăn thu nước thải cần lắp đặt song chắn rác thủ công hoặc song chắn rác cơ giới hoặc songchắn rác kết hợp nghiền rác Khi khối lượng rác lớn trên 0,1 m3/ngày nên cơ giới hoá khâu lấyrác và nghiền rác Nếu lượng rác nhỏ hơn 0,1 m3/ngày thì sử dụng song chắn rác thủ cônghoặc giỏ chắn rác”

Hình 1: Song chắn rác

(Trích dẫn: Nguyễn Thanh Hà, Hướng dẫn áp dụng công nghệ xử lý nước thải y tế, NXB Y học,2015)

1.2 Tính toán thiết kế song chắn rác

*Số khe hở của song chắn rác

n

max là lưu lượng lớn nhất của nước thải, m

3/s

v là vận tốc nước chảy qua song chắn

l là khoảng cách giữa các khe hở, mm

� là hệ số sức cản cục bộ của song chắn : � = ()4/3 Sin(

� là hệ số phụ thuộc tiết diện ngang song chắn (hình 2.1)

s là bề dày của thanh song chắn, m

l là khoảng cách giữa các khe hở, mm

�2��� vận tốc của nước thải trước song chắn, m/s

*Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác (L

2 ): L 2 =

*Chiều dài xây dựng của mương để lắp đặt song chắn: L= L

1 + L 2 + L s

L

s là chiều dài phần mương đặt song chắn rác

Chiều sâu xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn:

V là vận tốc chảy qua các khe hở của song chắn rác V<= 0,9m/s

v là vận tốc dòng chảy trong mương dẫn, phía trước song chắn rác

( Nguồn: Thái Thành Lượm, Tập bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải)

cát, sỏi và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ nhẹ và nhỏ đi qua

bể theo dòng ra ngoài

Thực tế bể lắng cát thưởng được thiết kế hai ngăn để luân phiên nhau làm việc và cạo cặn.Việc cạo cặn có thể tiến hành bằng thủ công hoặc cơ giới tùy thuộc vào quy mô của bể

Hình : Bể lắng cát ngang

a, Cào bùn thủ công ; b, Cào bùn cơ giới

Nguồn:Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, giáo trình Công nghệ xử lý nước thải

2.3.1 Tính toán bể lắng cát ngang

* Diện tích mặt thoáng bể:

K là hệ số kinh nghiệm tính đến ảnh hưởng của dòng chảy rối cục bộ trong bể với: K= 1,3 khiUO= 18mm/s; K= 1,1 khi UO= 24mm/s

Q là lưu lượng nước thải lớn nhất

UO là tốc độ lắng của hạt cát

* Tỉ số chiều dài và chiều sâu bể:

Q: lưu lượng nước thải lớn nhất(m3/s)

m : hệ số lưu lượng cửa tràn, phụ thuộc góc tới

g là gia tốc trong trường g= 9,18m/s2

Qmax là lưu lượng nước thải đi qua bể lắng:

*Độ chênh lệch đáy

Qmax, Qmin là lưu lượng nước thải lớn nhất, nhỏ nhất đi qua bể lắng cát;

( Nguồn: Thái Thành Lượm, Tập bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải)

2.4 Bể lắng cát thổi khí.

Bể lắng cát có sục khí được phát triển dựa trên cơ sở các hạt các tích tụ lại với nhau trongdòng chuyển động xoắn ốc tạo bởi dòng khí, bằng cách sục khí vào một phía của bể cho dòngnước chảy chuyển động theo quỹ đạo tròn và xoắn ốc quanh trục theo hướng dòng chảy Dovận tốc nhanh trong vòng xoáy lớn nên các hạt hữu cơ vẫn được giữ lại còn các thành phầnnặng hơn tách ra tập trung ở rãnh cạnh đáy bể Bể lắng cát có sục khí cần chiều sâu ít nhấtbằng 2 m để tạo nên vòng quay tròn có hiệu quả và tỉ số giữa chiều rộng và chiều sâu bể vàokhoảng 1,5:1 Đầu phân phối khí đặt cách đáy bể một khoảng từ 0,45 đến 0,6 m

Căn cứ vào các yếu tố hai: lưu lượng nước thải và nồng độ các chất lơ lửng để chọn bể lắngcát thích hợp, thông dụng nhất vẫn là bể lắng các loại ngang

Hình : Bể lắng cát có sục khí

Bảng : các thông số điển hình của Bể lắng cá

Nguồn: Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, giáo trình Công nghệ xử lý nước thải

2.4.1 Tính toán bể lắng cát sục 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 m3/m2.h

Lưu lượng không khí cần cung cấp:

v: vận tốc đẩy cát về máng thu, dcát = 0,05 cm thì v = 0,0065m/s;

F: diện tích mặt bằng của bể,m;

Lưu lượng không khí trên 1 mét chiều dài:

( Nguồn: Thái Thành Lượm, Tập bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải)

3 Bể vớt dầu mỡ

3.1 Cơ sở lý thuyết.

Dầu mỡ là thành phần chủ yếu có trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là nước thải từ nhà hàng

có hàm lượng dầu mỡ cao, nước thải từ quá trình sản xuất, xúc rửa máy móc, thiết bị, sự cốtràn dầu, nếu không xử lý sẽ gây nên tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nhưlàm hủy hoại hệ sinh thái động thực vật, và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của conngười

Phương pháp tách dầu:

-Dùng trọng lực tự nhiên: các hạt dầu tự nổi lên do tỷ trọng riêng của chúng

-Dùng lực nhân tạo:dung lực ly tâm hay cyclone để tăng cường trọng lực

3.2 Tính toán bể tách dầu

Trong môi trường chất lỏng có độ nhớt , tốc độ nổi lên của hạt có kích thước 0,01-0.008 cm

có thể xác định theo công thức stokes

: khối lượng riêng lần lượt của nước thải, dầu ở nhiệt độ 200C, độ nhớt

µ =0,01g/cm2.s

d: đường kính hạt nổi

Chiều dài công tác:

a = là hệ số phụ thuộc dòng chảy, phụ thuộc

Vtt tốc độ tính toán của dòng chảy

h: chiều sâu công tác bể

3.3 Phân loại bể

3.3.1 Bể tách dầu dạng ngang

Vận tốc nước thải vào bể thường nhỏ hơn 45m/giờ khi phân phối đều nước trong bể ;

Tỉ lệ chiều cao và chiều rộng:H/W=0,3-0,5;

Chiều rộng bể: 1,8- 6m;

Nên thiết kế ít nhất 2 bể.

Nguồn: Thái Thành Lượm, bài giang Kỹ thuật xử lý nước thải

Hình 3a) Bể tách dầu thiết bị máy cào xích

Tăng dần kích thước các giọt dầu để dể tách hơn;

Chu kỳ làm việc của tấm nghiên từ 3 -4 tháng

Hình : Bể tách dầu dạng vách nghiêng

Nguồn: Thái Thành Lượm, bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải

4 Bể lắng bậc 1 và 2.

4.1 Khái niệm lắng.

Lắng là quá trình làm sạch cơ bản trong công nghệ xử lý nước, dưới tácdụng của lực trọng trường, các hạt cặn có khối lượng riêng lớn hơn khốilượng của chất lỏng bao quanh nó sẽ tự lắng xuống Nhờ diện tích tiết diệncủa bể lớn, tốc độ dòng chảy nhỏ mà quá trình xảy ra trong bể gần như ởtrạng thái tĩnh

Nguồn Nguyễn Thị Thu Thủy, Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp

4.2 Phân loại bể lắng.

- Bể lắng được cấu tạo mặt bằng hình chữ nhật hay hình tròn, được thiết

kế để loại bỏ các hạt cặn có trong nước thải theo dòng chảy liên tục vào

và ra bể

- Dựa vào vị trí và nhiệm vụ thì người ta chia bể lắng thành bể lắng bậc 1

và bể lắng bậc 2 : Bể lắng bậc 1 còn gọi là bể sơ cấp thường đặt trướccông trình xử lý sinh học sinh học Bể lắng bậc 2 còn gọi là bể thứ cấp, nóthường đặt sau các công trình xử lý sinh học và nó có nhiệm vụ là táchbùn sinh học

- Dựa vào cấu tạo và hướng dòng chảy thì người ta chia ra thành: bể lắngđứng, bể lắng ngang, bể lắng ly tâm.

(Nguồn: Thái Thành Lượm, bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải)

4.3 Bể lắng ngang.

Bể lắng ngang có thể được làm bằng các vật liệu khác nhau như bê tông,

bê tông cốt thép, gạch hoặc bằng đất tùy thuộc vào kích thước yêu cầucủa quá trình lắng và điều kiện kinh tế Trong bể lắng ngang, dòng nướcchảy theo phương nằm ngang qua bể Người ta chia dòng chảy vào quátrình lắng thành 4 vùng: vùng hoạt động là vùng quan trọng nhất của bểlắng, vùng bùn là vùng tập trung lắng bùn, vùng trung gian tại đây nướcthải và bùn lẫn lộn với nhau và cuối cùng là vùng an toàn

Ứng với quá trình của dòng chảy trên bể lắng cũng có thể được chiathành 4 vùng: vùng nước thải vào, vùng lắng hoặc vùng tách, vùng xảnước ra và vùng bùn

Các bể lắng ngang thường có chiều sâu từ 1,5 đến 4 m, chiều dài là 8 đến

12 m, chiều rộng từ 3 đến 6 m Để phân phối nước người ta thường chia đểthành nhiều ngăn bằng các vách ngăn Các bể lắng ngang thường được sửdụng khi lưu lượng nước thải trên 15000 m3/ ngày, hiệu suất lắng đạt60%, vận tốc dòng chảy của nước thải trong bể thường được chọn khônglớn hơn 0,01m/s và còn thời gian lưu nước là từ 1 đến 3 giờ

Hình 4.1 Bể lắng ngang trong xử lý nước thải

Nguồn: Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, giáo trình Công nghệ xử lý nước thải

4.3.1 Tính toán bể lắng ngang

Độ sâu trung bình của lớp nước ở đoạn L 1 :

H: độ sâu lớp nước trong bể ngang, H từ 1,5 -3m

h0 : chiều cao lớp nước chuyển động ở đầu bể lắng, m

Tốc độ dòng chảy ở đoạn L 1 :

vtb tốc độ lắng tính toán trung bình, mm/s

Khoảng cách L 1 ( nơi chiều cao lớp nước đạt số tính toán H):

K là hệ số phụ thuộc vào vtb của dòng chảy

Thời gian chảy qua đoạn L1:

Sau thời gian này, cùng với dòng nước hạt lơ lửng chuyển động từ

a đến a’ và lắng được sâu h 1

t1 :thời gian nước chảy qua đoạn L, giây;

u1:tốc độ lắng của hạt lơ lửng khi nước chuyển động với vận tốc vtb , mm/s u0 :tốc độ lắng của hạt lơ lửng trong khi nước đứng yên, mm/s

w1 :tốc độ thành phần đứng của dòng chảy với vtb

Để hạt lơ lửng đi qua phần sâu còn lại (H –h 1 ) ứng với quỹ đạo từ a’ đến a’’, cần thời gian t 2 :

2 0

2 2

1 2

w u

h u

h H t

Với thời gian trên, hạt lở lững chuyển động được một đoạn dài L 2 :

Về cuối bể lắng, độ sâu chuyển động của dòng chảy giảm nhưng vận tốc dòng chảy tăng

Chiều dài L 3 của đoạn có vận tốc dòng chảy:

)tan(

Chiều dài tính toán của bể lắng ngang:

Chiều rộng tổng cộng của bể lắng ngang:

(Nguồn: Thái Thành Lượm, bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải)

4.4 Bể lắng đứng

Bể lắng đứng có dạng hình hộp hoặc hình trụ với đáy hình chóp, nước thảiđược đưa vào ống phân phối ở tâm bể với vận tốc không quá 30 mm/s,nước thải chuyển động theo phương đứng từ dưới lên trên tới vách tràn vớivận tốc 0,5 đến 0,6 m/s Thời gian lưu nước lại trong bể từ 45 đến 120

đến 5 m Trong bể lắng các hạt chuyển động cùng với nước từ dưới lên trênvới vận tốc W và lắng dưới tác động của trọng lực với vận tốc W1, do đócác hạt có kích thước khác nhau sẽ chiếm những vị trí khác nhau trong bểlắng Khi Wl lớn hơn W thì các hạt lắng nhanh Khi Wl nhỏ hơn W chúng sẽ

bị cuốn theo dòng chảy lên trên Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thườngthấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%

Hình 4.2 Bể lắng đứng trong xử lý nước thải

Nguồn: Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, giáo trình Công nghệ xử lý nước thải

4.4.1 Tính toáng bể lắng đứng

Chiều cao phần hình nón của bể:

h n = h 2 + h 3 = () tan(

h2 là chiều cao của lớp nước trung hòa, m

h3 chiều cao giả định của lớp cặn lắng, m

D đường kính trong bể lắng, m

dn đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, m

Chiều cao ống trung tâm bằng chiều cao tính toán vùng lắng

H

1 = h tt Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm

d

l = h l = 1,35.d Đường kính của tấm chắn lấy bằng 1,3 lần đường kính miệng loe

d

c = 1,3.d l

Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17 0

Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm chắn theo mặt phẳng qua trục

L=

Q là lưu lượng trung bình m3/giây

Vk là tốc độ dòng nước chảy qua khe giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm chắn vk <=20mm/s

D là đường kính bể lắng

d

n đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt

Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính bằng 0,9 đường kính bể: D tn = 0,9.D

Độ sâu máng thu nước h

tn = 0,3m Chiều dài máng thu nước : l

tn = Tải trọng nước thu được trên mỗi mét chiều dài máng

a=

Máng răng cưa xe khe thu nước hình V, góc 90 0

Chiều dài máng răng cưa chọn: l

mrc = L tn (m) Chiều cao máng răng cưa thường chọn: h mrc = 150 (mm)

Bề dày máng răng cưa thường chọn: b

mrc = 5 (mm) Tấm xẻ khe hình chử V:

Chiều con thường chọn: h

khe = 50 (mm)

Bề rộng khe thường chọn: b

khe = 100 (mm) Khoảng cách giữa các khe thường chọn: d

khe = 50 (mm) Tổng số khe:

n khe =

(Nguồn: Thái Thành Lượm, bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải)

tự trượt Bùn cặn có thể được xả ra khỏi bể bằng thiết bị xả thủy tỉnh hoặc bằng bơm hút bùn

Do vận tốc dòng chảy trong vùng lắng thay đổi từ vmax đến vmin ở vùng xung quanh nên trong bể thường có nhiều vùng xoáy, thể tích công tác và

hiệu quả lắng của bể giảm Hiệu suất của bể lắng ly tâm thường từ 45 đến 55% thời gian lắng trong bể từ 1 đến 2 giờ

Để khắc phục các vùng lắng và nâng cao hiệu quả lắng thường chế tạo loại bể có hệ thống phân phối nước thải và thu nước thải sau lắng cùng chuyển động, hệ thống thu và phân phối nước chuyển động từ 3 đến 4 vòng/giờ Quá trình lắng gần giống lắng trong điều kiện tỉnh nên hiệu quả lắng có thể đạt 60%

Hình 4.3 Bể lắng ly tâm trong xử lý nước thải

(Nguồn Thái Thành Lượm, Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải)

5 Bể lọc.

5.1 Khái niệm chung.

- Lọc nước được sử dụng để tách các hạt lơ lủng nhỏ và các vi sinh vật không loại được trongquá trình lắng ra khỏi nước

- Qúa trình lọc: là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lạitrên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn vàvi sinh vật trong nước.

- Sau một thời gian làm việc đến thời điểm tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc đạt đến trị sốgiới hạn hay chất lượng nước lọc xấu đi => rửa lọc

5.2 Lý thuyết quá trình lọc nước.

“Ngày nay để làm sạch nước thải người ta thường dùng bể lọc, Về cấu tạo, các thông số tínhtoán và công nghệ giống với bể lọc của xử lý nước cấp Tốc độ lọc cần phải được thựcnghiệm đối với từng loại nước thải, chiều dày lớp vật liệu lọc Vật liệu lọc có thể sử dụng như

là : than, cát , thủy tinh trong đó cát được sử dụng nhiều do giá thành rẽ, dễ kiếm, hiệusuất lọc khá cao Có thể sử dụng kết hợp nhiều loại vật liệu lọc khác nhau tạo ra hiệu quả lọcđược nâng cao”

(Nguồn Thái Thành Lượm, Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải)

“ Khi lọc nước qua vật liệu lọc , cặn bẩn bị lớp vật liệu lọc giữ lại, còn nước được làm trong,cặn tích luỹ dần trong các lỗ rỗng làm tăng tổn thất thuỷ lực của lớp lọc Lọc trong nước làquá trình làm việc cơ bản của bể lọc, còn tăng tổn thất áp lực của lớp vật liệu lọc là quá trình

đi kèm với quá trình lọc Nên cả 2 quá trình cần phải tính đến khi tính toán, thiết kế và quản

lý bể lọc

Hiệu quả của bể lọc là kết quả của hai quá trình ngược nhau:

+ Cặn bẩn tách ra khỏi nước và gắn lên bề mặt của hạt dưới tác dụng của lực dinh kết

+ Tách các hạt cặn bẩn ra khỏi lóp hạt vật liệu lọc vào nước dưới tác dụng của lớp thủy động

Do quá trình tích luỹ ngày càng nhiều cặn bẩn trong các lỗ rỗng của cát lọc, cường độ táchcặn do lực thuỷ động gây ra ngày càng tăng Các hạt cặn không có khả năng dính kết lên bềmặt lớp vật liệu lọc, sau thời gian lọc, số lượng cặn tích luỹ trong lớp vật liệu lọc tăng lên, sốlượng cặn đã bám vào bề mặt các hạt cát lọc bị dòng nước đẩy xuống dưới cũng ngày càngtăng và vai trò các lớp vật liệu nằm gần sát bề mặt trong quá trình lọc giảm dần.”

5.3 Phân loại bể lọc.

- Phân loại theo tốc độ lọc:

+ Bể lọc chậm: tốc độ lọc 0.1-0.5m/h