Báo cáo chuyên đề bể lắng ly tâm

Sau khi xử lý sinh học, quá trình lắng được sử dụng để loại bỏ các bông keo tụ sinh học được sinh ra bởi các vi sinh vật trong quá trình này do đó, chất lượng nước thải sẽ tiếp cận một t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 4

1 Đặt vấn đề 4

2 Mục tiêu 4

3 Nội dung thực hiện 4

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG 5

2.1 Định nghĩa lắng 5

2.2 Phân loại bể lắng 6

2.3 So sánh bể lắng ly tâm với các loại bể lắng phổ biến khác 6

2.3.1 Bể lắng ngang 6

2.3.2 Bể lắng đứng 7

2.3.3 Bể lắng ly tâm 8

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lắng 9

2.4.1 Tỷ lệ dòng chảy 9

2.4.2 Kích thước và hình dạng bể 11

2.4.3 Sự sắp xếp dòng chảy 12

2.4.4 Hạt và chất lượng nước 12

2.5 Nội dung và các bước tính toán bể lắng 14

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ BỂ LẮNG 17

3.1 Định nghĩa 17

3.2 Cấu tạo bể lắng ly tâm 17

3.3 Nguyên lý làm việc 19

3.4 Ưu – nhươc điểm 20

3.5 Ứng dụng của hệ thống trong xử lý nước thải và nước cấp 20

3.6 Công nghệ lắng xoáy –Vcone 21

3.6.1 Nguyên lý hoạt động 21

3.6.2 Tối ưu hóa hệ thống 21

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN BỂ LẮNG LY TÂM 23

4.1 Xây dựng công thức 23

4.2 Ví dụ tính toán 23

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG

Hình 1 4

Hình 2 5

Hình 3 7

Hình 4 8

Hình 5 8

Hình 6 10

Hình 7 12

Hình 8 13

Hình 9 14

Hình 10 17

Hình 11 18

Hình 12 19

Hình 13 21

Bảng 1 9

Bảng 2 15

Bảng 3 18

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.ĐẶT VẤN ĐỀ

Vai trò của nước đối với sản xuất và đời sống là vô cùng quan trọng nhưng hiện nay vấn

đề đặt ra với chúng ta là phải bảo vệ nguồn nước nhất là nước ngọt một cách triệt để nhất

vì cuộc sống của chúng ta và tương lai Nhu cầu sử dụng nước sạch trong công nghiệp đòi hỏi chất lượng rất khắt khe, đặc biệt là nước cấp cho các ngành dược phẩm, thực phẩm và

lò hơi Thông thường, nước khai thác từ nguồn nước ngầm hoặc từ nước cấp từ mạng lưới cấp nước không đạt tiêu chuẩn cho các ngành sản xuất trên, vì thế, việc xử lý nước cấp là điều kiện tiên quyết, bên cạnh đó, việc xử lý cần phải đảm bảo chất lượng và hiệu quả kinh tế.Chính vì vậy để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cho người dân thì việc xử lí nước cấp là hết sức quan trọng để đảm bảo chất lượng của bộ Y Tế Việt Nam quy định Hiện nay đã có nhiều phương pháp xử lí nước, bên cạnh một số phương pháp hiện đại như tuyển nổi, phương pháp màng…thì phương pháp truyền thống lắng, vẫn được áp dụng rộng rãi cho các nhà máy xử lí nước và đạt hiệu quả cao

Hình 1 Nước cấp

2 MỤC TIÊU

Tìm hiểu chi tiết về bể lắng ly tâm

Khả năng ứng dụng của bể lắng ly tâm trong thực tế

3 NỘI DUNG THỰC HIỆN

- Thu thập tổng hợp tài liệu của bể lắng ly tâm

Từ các tài liệu xử lý nước cấp , công nghệ xử lý nước thải , các đồ án nghiên cứu , các bài luận văn ,các tài liệu liên quan khác và tra cứu trên Internet sẽ có được các tài liệu ,các thông số và nguyên lý làm việc một cách tổng quát , cơ bản và đầy đủ nhất

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU CHUNG

2.1 Định nghĩa lắng

Lắng là một khâu quan trọng trong công nghệ xử lý nước Quá trình lắng là giai đoạn tách các hạt cặn lơ lửng trước khi đưa vào công trình lọc của quá trình làm sạch nước.quá trình lắng dựa trên trọng lực nhờ đó các hạt cát sẽ bị giữ lại khoảng 90-99% và sẽ loại ra ngoài qua quá trình xả cặn

Hình 2 Sơ đồ quá trình xử lý nước cấp

Nước cần được xử lý được đưa vào bể và giữ lại đó trong suốt quá trình làm việc Nhờ diện tích, tiết diện bề lớn, tốc độ dòng chảy nhỏ mà quá trình diễn ra trong bể gần như ở trạng thái tĩnh Dưới tác dụng của lực trọng trường, các hạt cặn có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng của nước bao quanh nó sẽ tự lắng xuống

Trong xử lý nước thải, lắng là quá trình xử lý chính, nơi đó nó có thể loại bỏ 50-70% của các chất rắn lơ lửng (chứa 25-40 % BOD) trong nước thải Sau khi xử lý sinh học, quá trình lắng được sử dụng để loại bỏ các bông keo tụ sinh học được sinh ra bởi các vi sinh vật trong quá trình này do đó, chất lượng nước thải sẽ tiếp cận một tiêu chuẩn phù hợp cho xả vào đường ống

Quá trình lắng được ứng dụng trong:

- Lắng cát

- Loại bỏ cặn hữu cơ trong lắng đợt 1

- Loại bỏ cặn sinh học ở bể lắng 2

- Loại bỏ các bông cặn hoá họctrong quá trình keo tụ tạo bông

- Nén bùn trọng lực nhằm giảm độ ẩm bùn trong công đoạn xử lý bùn

\

2.2 Phân loại bể lắng

Tuỳ theo công dụng của bể lắng trong công trình xử lý sinh học mà phân biệt bể lắng đợt

I và bể lắng đợt II

Căn cứ theo chế độ làm việc:

- Bể lắng hoạt động gián đoạn: thực chất đây là một bể chứa Bể lắng kiểu này được áp dụng trong trường hợp lượng nước thải ít và chế độ thải không đều

- Bể lắng hoạt động liên tục: nước thải cho qua bể liên tục, nước chuyển động rất chậm Căn cứ theo chiều nước chảy: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng ly tâm:

- Bể lắng ngang: nước chảy theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể

- Bể lắng đứng: nước chảy từ dưới lên theo phương thẳng đứng

- Bể lắng trong có tầng cặn lơ lửng - nước lọc qua lớp cặn lơ lửng do chính các cặn bẩn tạo thành

- Bể lắng ly tâm (bể lắng radian) là loại biến dạng của bể lắng ngang, nước chuyển động

từ tâm ra chung quanh theo phương gần như bể lắng ngang

2.3 So sánh bể lắng ly tâm với các loại bể lắng phổ biến khác

2.3.1 Bể lắng ngang:

Hình dạng: Có dạng hình hộp chữ nhật,tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều dài không nhỏ hơn

¼ và chiều sâu đế nước, máng thu và xả chất nổi,và mương dẫn nước ra

Nguyên lý hoạt động: Là loại bể nước chảy theo chiều ngang từ đầu bể đến cuối bể

 Ưu điểm: gọn,có thể làm hố thu cặn ở đầu bể và cũng có thể làm hố thu cặn dọc theo chiều dài của bể

 Nhược điểm: giá thành cao,có nhiều hố thu cặn tạo nên những vùng xoáy làm giảm khả năng lắng của các hạt cặn,đồng thời không kinh tế vì tăng thêm khối tích

không cần thiết của công trình

Quá trình lắng của các hạt rắn trong nước thải

Lắng riêng lẻ Lắng keo tụ Lắng vùng Lắng nén

 Ưu điểm: thuận tiện trong công tác xả cặn,ít diện tích xây dựng

 Nhược điểm: chiều cao xây dựng lớn làm tăng giá thành xây dựng,số lượng bể nhiều,hiệu suất thấp

 Ứng dụng: bể lắng đứng áp dụng khi công suất nhỏ hơn 3000m3 /ngày.đêm khi xử

lý bằng chất keo tụ Bể lắng đứng kết hợp bể phản ứng xoáy hình trụ (ống trung tâm), lắng đứng hay dùng trong công nghệ xử lý nước cấp quy mô nhỏ

Hình 4 : Bể lắng đứng

2.3.3 Bể lắng ly tâm

Hình dạng,cấu tạo: Hình trụ tròn,đáy côn,có cần gạt thu bùn

Nguyên lý hoạt động: Nước vào thường được đưa theo ống trung tâm,từ khoang trung tâm nước theo các tia bán kính chảy vào các máng thu bố trí quanh bể hình tròn

Bể lắng ly tâm thường áp dụng cho những nước có hàm lượng SS cao, nhất là trong xử lý nước thải

Hình 5: Bể lắng ly tâm

Loại Bể Hình dáng Thông số thiết kế Ứng dụng

Lắng đứng Trụ vuông hoặc

tròn

Đáy chóp tạo với góc ít nhất

50 độ với mặt bằng

Diện tích mặt nước không quá 100 m 2 Tốcđộ dâng nước không quá 0.5—0.6 mm/s Thời gian lưu nước khi có keo tụ 2 giờ

Trạm có côngsuất khôngquá 3000 m3/ngày Khi xửlý nước bằng chất keotụ ,áp dụng tốtđể xửlýsắt trongnước ngầm

Lắng

ngang

Hộp chữ nhật.Tỉ lệ L/H >10

Độ dốc ít nhất 2% theo chiều dọc và 5%

theo chiều ngang

Tốcđộ nước ngang 0.003- 0.012.mm/s Thời gian lưu nước ít hơn 4 giờ

Nhà máy nướccông suất lớn

Lắng ly

tâm

Trụ tròn,đáy côn, có cần gạt thu bùn

Tính toán trên cơ sở thực nghiệm

Khi lượng cặn lớn

Bảng 1: Phân loại các bể lắng

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình lắng:

2.4.1 Tỷ lệ dòng chảy

Tải trọng bề mặt của bể lắng được diễn tả bằng tốc độ dòng chảy trên một đơn vị diện tích

bề mặt của một phần bể, trong đó quá trình lắng xảy ra Hiệu suất của các quy trình lắng ảnh hưởng bởi tải trọng bề mặt Chất lượng lắng nước bị suy giảm khi bề mặt được tăng lên Những lý do cho sự suy giảm này là khác nhau, nhưng (đặc biệt đối với quá trình lắng các hạt rời rạc) thay đổi trong tốc độ dòng chảy có thể ảnh hưởng đến hiệu suất keo

tụ cũng như hiệu quả lắng

Hình 6: Đường cong hiệu suất cho thấy sự suy giảm “ tạm thời” trong quá trình lắng của

chất lượng nước

2.4.2 Kích thước và hình dạng của bể

Mặc dù các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bồi lắng, chẳng hạn như tải trọng, vận tốc và

tỷ lệ kích thước khác nhau, kích thước và hình dạng của bể cũng ảnh hưởng đến hiệu suất lắng Ví dụ, bể với diện tích bề mặt lớn sẽ có xu hướng dễ bị hư hỏng hơn với tác động môi trường, chẳng hạn như gió bão gây ra

Khi xem xét bể, hiệu suất của bể bông keo tụ phụ thuộc vào điều kiện vận tốc dòng chảy, nồng độ bông keo tụ, định lượng và thời gian lắng Như vậy, kích thước và hình dạng của

bể bông keo tụ không ảnh hưởng đến các yếu tố này, bất kỳ kích thước hoặc hình dạng bể như vậy có thể không được dự kiến sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả bồi lắng Tuy nhiên, hiệu quả lắng bị ảnh hưởng vì sự khác biệt xảy ra giữa bể trong điều kiện thủy động lực học và thủy lực của họ cho kết bông và phân phối dòng chảy

Tỷ lệ chiều dài chiều rộng không liên quan đến quá trình lắng bông keo tụ, mặc dù vách ngăn đã được chứng minh là hữu ích (Gregory và Hyde, 1975) Với thiết kế nghiêng, chiều dài của dòng chảy ảnh hưởng đến hiệu quả bồi lắng (Yao, 1973) Khi chiều dài ngắn,có thể tác động tới hiệu quả bồi lắng Ngoài ra, các vấn đề về phân phối dòng chảy với thiết kế tấm nghiêng và tấm hẹp hiệu quả hơn hơn so với những người sử dụng tấm rộng

Theo định luật của Hazen, , hiệu quả lắng phụ thuộc vào diện tích bể và không phụ thuộc vào chiều sâu Tuy nhiên, trong thực tế, tăng chiều sâu bể thúc đẩy hiệu quả lắng và tương quan với chiều rộng trong chiều ngang và nghiêng Chiều sâu tối thiểu cần thiết để hạn chế xói lở như đã đề cập trước đó Độ sâu cũng xác định khoảng cách giữa các bề mặt nghiêng, do đó, số lượng các lớp và bề lắng nghiêng trở nên hiệu quả

Hình 7: Mô tả quá trình lắng có bông cặn theo thời gian và chiều sâu của bể

2.4.3 Sự sắp xếp dòng chảy

Mục đích của đầu vào là để phân phối nước đều trên mặt cắt ngang của bể với một loạt các dòng chảy Việc bố trí đầu ra cũng quan trọng như đầu vào trong việc đảm bảo phân phối dòng chảy tốt Nhiều nghiên cứu (Fair và Geyer, năm 1954; Thirumurthi, 1969) đã chỉ ra đầu ra và đầu vào trong bể lắng ngang, dòng chảy ảnh hưởng đến thời gian lưu nước và hiệu quả lắng Vách ngăn trong bể dòng chảy ngang giúp phân phối dòng chảy ở đầu vào và đầu ra, để tăng tỷ lệ chiều dài chiều rộng theo chiều dọc, và như lá cánh quạt

để giúp thay đổi hướng dòng chảy Kawamura (1981) đã làm nhiều mô hình kiểm tra với những bức tường và khuếch tán đến một số hướng dẫn thiết kế liên quan đến vị trí của các bức tường và các khu vực tự do trong các bức tường

kết quả lắng hạt Ở nhiệt độ cao, nước có độ nhờn thấp, vì vậy nước càng ở nhiệt độ cao, thì các chất rắn càng lắng nhanh hơn

Hình 8: Vận tốc lắng của hạt hình cầu trong nước tĩnh ở các nhiệt dộ khác nhau

Hình 9: Đồ thị xác định vận tốc lắng theo đường kính và khối lượng riêng của hạt

lắng ở 10 0 C

2.5 Nội dung và các bước tính toán bể lắng

Trong mỗi bể lắng ngưới ta phân biệt: phần dòng chảy hay còn gọi là phần công tác, trong

đó nước chuyển động với tốc độ nhỏ, phần cặn để tập trung và chứa cặn lắng xuống, lớp trung hòa phân chia giữa phần cặn và phần công tác

Số bể lắng đối với nước thải sinh hoạt phải chọn không dưới hai, tất cả đều làm việc Nếu một trong số những bể lắng phải ngừng làm việc để sữa chữa, những bể còn lại phải làm việc quá tải

Tính toán bể lắng là xác định kích thước của chúng theo hiệu suất lắng cần giữ lại các chất lơ lửng trong bể

Nếu không có các số liệu cụ thể về động học quá trình lắng của từng loại nước thải, có thể xác định hiệu suất lắng theo bảng 2

Bảng 2: Hiệu suất lắng các chất lở lửng của nước thải sinh hoạt ở bể lắng

Trong đó tốc độ lắng của hạt cặn trong bể lắng (có tính đến tốc độ lơ lửng ) 𝑢𝑜mm/s xác định theo công thức:

𝑈𝑜 = 𝐻

3,6𝑡Trong đó:

H: chiều sâu phần công tác của bể lắng đứng, ngang hoặc ly tâm ( m )

t : thời gian lắng tính ( h )

Với bất kì loại nước thải nào số liệu cho trước để tính toán bể lắng là

1 Lượng nước thải và nồng độ ban đầu của chất lơ lửng có trong đó ( 𝐶𝑜 ) chọn theo

số liệu phân tích nước thải

2 Nồng độ cuối cùng cho phép 𝐶1 của các chất lơ lửng sau khi lắng 𝐶1 chọn theo tiêu chuẩn vệ sinh hoặc theo yêu cầu công nghệ của các công trình xử lý đứng sau

bể lắng đợt 1, chẳng hạn khi tính bể lắng đợt 1 trước bể aeroten và bể lọc sinh học

𝐶1 phải nằm trong khoảng 100 ÷ 150 mg/L

Hiệu suất lắng cần thiết là:

𝐸 = 𝐶0− 𝐶1

𝐶𝑜 100%

Ứng với hiệu suất này là thời gian lắng t và tốc độ lắng của các hạt lơ lửng 𝑈𝑜 hoặc bảng

2 Hiệu suất lắng nước thải E sẽ ảnh hưởng rất nhiều tới hiệu quả kinh tế và hiệu suất công tác của các công trình tiếp theo, nhất là khi xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Nếu hàm lượng chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi qua bể lắng đợt 1 tăng lên thì lượng bùn hoạt tính dư trong bể aeroten cũng tang lên Độ ẩm của bùn đó khá cao, tới 99%, tức là cao hơn nhiều so với độ ẩm của cặn tưới trong bể lắng đợt 1 ( 93 ÷ 95% ) Kết

quả là phải tang dung tích của bể nén bùn và các công trình để xử lý bùn hoạt tính dư đó

Để tang hiệu suất công tác của các bể lắng ngoài việc tang thời gian lắng, người ta còn dung nhiều biện pháp khác như:

- Cho them hóa chất vào nước thải, tức là các chất đông tụ có khả năng dính kết các chất keo và tập hợp các tập chất phân tán khó lắng để tạo thành các bông cặn lớn hơn, dễ dàng hơn

- Cho them các chất lơ lửng dễ lắng, chẳng hạn bùn hoạt tính vào nước thảo và thổi khí dống vai trò là chất hấp thụ và chất đông tụ sinh học Công trình xử lý được gọi

là bể đông tụ sinh học,

- Làm thoáng sơ bộ nước thải vì chúng tạo điều kiện tốt cho quá trình tạo bông và tập hớp các hạt nhỏ thành hạt lớn dễ lắng Công trình xử lý này được gọi là bể làm thoáng sơ bộ

Biện pháp đầu thường dung đối với nước thải công nghiệp, còn hai biện pháp sau thường dùng đối với nước thải sinh hoạt, kể các nước thải một số ngành công nghiệp

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ BỂ LẮNG LY TÂM

 Chất lỏng nằm ở trên lớp cặn lắng ly tâm gọi là sản phẩm nổi đã ly tâm thường hợp thành một pha duy nhất đã lọc trong Tuy nhiên nó có thể có hai hay nhiều pha nếu chất lỏng gồm các phần tử có tỷ trọng khác nhau ( có chứa dầu)

Hình 10: Một số hình bể lắng ly tâm

3.2 Cấu tạo bể lắng ly tâm

Bể lắng ly tâm có dạng hình tròn, là loại trung gian giữa bể lắng ngang và bể lắng đứng Gọi là bể lắng ly tâm bởi vì nước chuyển động từ trung tâm ra xung quanh Về chế độ thủy lực, đặc điểm của bể này là tốc độ của nước thải thay đổi từ giá trị tối đa ở trung tâm đến giá trị tối thiểu ở xung quanh Nước thải được dẫn vào bể theo ống vào trung tâm bể lắng ly tâm hướng từ dưới lên trên

Hình 11: Cấu tạo bể lắng ly tâm

Có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đã qua các công trình xử lý trước đó Ở đây, các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy, các chất lơ lửng có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng của nước sẽ nổi lên trên mặt nước và sẽ được thiết bị gạt cặn tập trung đến hố ga đặt ở bên ngoài bể

Ngoài ra, trong thực tế còn có các loại bể lắng ly tâm được sử dụng ở một số nước trên thế giới:

- Bể lắng ly tâm phân phối nước theo máng vòng xung quanh bể

- Bể lắng ly tâm phân phối và thu nước di động ( máng chuyển động vòng )

Bể lắng ly tâm có thể ứng dụng làm bể lắng đợt 1 hoặc bể lắng đợt 2 với công suất từ 20.000 m3/ngđ trở lên Bể lắng ly tâm thường được xây dựng với đường kính D từ 16 – 40

m ( đôi khi tới 54 và 60 m ) Tỷ lệ giữa đường kính D và chiều sâu H nên trong khoảng từ

6 đến 10; ở nước ngoài thường dùng nhất là bể lắng ly tâm bằng bê tông cốt thép – dùng cho nước thải sinh hoạt với đường kính 40 m, chiều cao bể ở tường chung quanh là 4 m Thời gian lắng ( nước lưu lại trong bể ) khoảng 1,3h Hiệu suất lắng của bể đạt tới 60% Thường để lắng nguồn nước có hàm lượng cao > 2000 mg/l