Tính toán bể pha sữa vôi và bể trung hòa

CHƯƠNG 3. LỰA CHỌN, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỎ ĐỒNG

3.4. Tính toán thiết kế hệ thống xử lý

3.4.3. Tính toán bể pha sữa vôi và bể trung hòa

* Lượng sữa vôi tiêu tốn

Với pH = 5,26 nên chọn pH = 5 tương đương nồng độ H+ : 10-5 mol/l hay 0,01mol/m3 Các phản ứng hoá học chủ yếu xảy ra khi oxy hoá sắt và đồng bằng oxy sinh ra H+ như sau:

4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3 + 8H+ (3.1) 2Cu2+ + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2 + 4H+ (3.2)

Nồng độ [Fe2+] = 8,38 mg/l trong nước thải tương đương với:

[Fe2+] =  

MFe

Fe2

= 

56 38 ,

8 0,15 mol/m3

Vậy [H+] được tạo ra từ phản ứng (3.1) là : 2.[ Fe2+] = 2.0,15 = 0,3 mol/m3 Nồng độ [Cu2+] = 8,29 mg/l trong nước thải tương đương với:

[Cu2+] = 

MCu

Cu2

=864,29  0,13 mol/m3 Vậy [H+] được tạo ra từ phản ứng (3.2) là :

2.[ Cu2+] = 2.0,13 = 0,26 mol/m3

Như vậy tổng nồng độ [H+] cần phải trung hoà trong một m3 nước thải là : [H+] = 0,01 + 0,3 + 0,26 = 0,57 mol/m3

Phản ứng trung hoà : H+ + OH- = H2O

Số mol OH- cần để trung hoà hết lượng H+ trong m3 nước thải là: 0,57 mol.

Trọng lượng phân tử của Ca(OH)2 là: 74g/mol

Lượng sữa vôi cần trung hoà cho 1 m3 nước thải sẽ là:

mCa(OH)2 =  

)2

2 MCa(OH

H

=0,25774 =21,09 g.

Theo phương trình phản ứng thì lượng vôi cần cho một 1m3nước thải là 21,09 g nhưng thực tế lại cần nhiều hơn (lấy 1,5 lần) do chất lượng vôi đem tôi, hiệu suất của các quá trình phản ứng không đạt 100%...

Vậy lượng sữa vôi thực tế cần trung hoà cho 1 m3 nước thải sẽ là:

mCa(OH)2(thực tế) = 21,09 x 1,5 = 31,635 g

Với công suất 416,7m3/h tương đương với công suất 10.000m3/24h thì lượng sữa vôi cần cung cấp cho 1 ngày là :

mCa(OH)2 = 31,635 x 416,7 x 24 = 316.350 g = 316,350 kg = 0,316 tấn

* Tính toán kích thước bể pha dung dịch sữa vôi:

Muốn pha sữa vôi trước tiên vôi sống (CaO) dạng cục phải được đem tôi thành sữa vôi đặc. Sau đó sữa vôi đặc được đưa sang bể pha sữa vôi và được pha loãng đến nồng độ cần thiết (ở đây là 10%).

Do sữa vôi ở dạng khuếch tán không bền, các hạt vôi rất nhỏ có thể nổi lên hoặc lắng xuống dễ dàng. Vì vậy ở thiết bị pha vôi sữa phải có máy khuấy trộn không ngừng để vôi không bị lắng.

sữa vôi đặc n ớc

Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý của bể pha sữa vôi

- Lượng nước cần thiết để pha chế dung dịch Ca(OH)2 (10%) trong 1h xử lý, đượctính theo công thức:

2 2

2 2

( ) ( )

( )

100% 10%

Ca OH Ca OH

Ca OH H O

C m

m m

 



 lượng sữa vôi dùng trong 1 h là mCa(OH)2 = 13,18 kg theo công suất xử lý 416,7m3/h mà 1m3 cần 31,365g Ca(OH)2 nên 1h cần 13,18kg Ca(OH)2 theo công thức trên ta tính được:

mH2O = 118,63 (kg)

mdd = mCa(OH)2 + mH2O = 131,81 (kg)

Nhiệt độ của nước đem pha là 250C, nước = 997,08 kg/m3, sữavôi = 800,9kg/m3[10]

Khối lượng riêng của dung dịch Ca(OH)2 (10%) được tính theo công thức:

Voi O

H dd

x x





  



2

1 1

Với x = 10% = 0,1, vôi = 800,9kg/m3, nước = 997,08 kg/m3 xác định được

dd = 973,2 kg/m

Thể tích dung dịch sẽ là: 131,81 : 973,2 = 0,136 m3 - Dung tích bể pha sữa vôi được tính như sau:

V = Q

Trong đó: V - Thể tích bể pha sữa vôi (m3)

Q - Lưu lượng vôi sữa vào bể trung hoà (Q = 0,136 m3/h)  - Thời gian giữa 2 lần pha vôi ( = 12h),

 V = 0,136 x 12 = 1,632(m3)

Với hệ số dư là 1,1 thì dung tích của bể pha vôi sữa là V ~ 1,8 m3

Lựa chọn xây dựng 02 bể có thể đáp ứng được cứ 12 h có một bể sữa vôi đã pha sẵn, đảm bảo luân phiên hoạt động. Lựa chọn bể có V = 1,8 m3 với các kích thước dài x rộng x cao = 1m x 0,9m x 2m.

* Kích thước của bể pha sữa vôi:

Chọn thiết bị pha sữa vôi là Silo hình trụ có đáy hình nón, nắp phẳng. Trên nắp thùng lắp hệ thống cánh khuấy và bơm định lượng. Chọn chiều cao công tác là 1,5 m thì bán kính của thiết bị sẽ là:

H R V

 



Trong đó: R - Bán kính của thùng pha sữa vôi (m) V - Thể tích thùng pha sữa vôi (V = 1,8 m3) H - Chiều cao thùng pha hóa chất (h = 1,5 m)

Thay số vào công thức, ta xác định được R = 0,382 (m) * Tính toán công suất máy khuấy cho bể pha dung dịch sữa vôi.

Vì chỉ cần để khuấy đều sữa vôi và nước tránh cho sữa vôi bị lắng nên ta chọn cánh khuấy phẳng gắn 2 cánh dọc trục quay

- Chiều dài cánh khuấy tính từ tâm trục quay bằng 0,4 ÷ 0.45 chiều rộng bể. Chọn l

= 0.36 m

- Đường kính cánh quạt D = 2 x l = 2 x 0,36 = 0,72 (m)

- Số vòng quay của trục cánh quạt n = 30 ÷ 40 vòng/phút. Lựa chọn n = 40 vòng/phút hay n = 0,66 vòng/s.

- Cánh khuấy đặt cách đáy 1 khoảng h = D = 0,72 m

Năng lượng cần chuyền vào bể pha dung dịch sữa vôi là: Áp dụng công thức P = K x ρ x n3 x D5 [11]

Trong đó:

P: Năng lượng cần chuyền vào nước (J/s).

K: Hệ số sức cản của nước, với cánh khuấy gắn 2 cánh dọc trục K = 1,70.

ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3); ρ = 973.1(kg/m3) n: Số vòng quay của trục cánh quạt; n = 0,66 vòng/s.

Thay số ta tính được P = 92,02 (J/s); Lấy P = 100 (J/s) hay P = 0,1 KW Hiệu suất động cơ η = 0,8, công suất đông cơ: W =  = 00,,81 = 0,125 (KW).

Với thể tích 1,632 m3 sữa vôi 10% sử dụng trong 1h tương đương với lưu lượng 27,2 l/phút cấp vào bể trung hòa. Lựa chọn trên thị trường, máy bơm định lượng có công suất 0,1 KW với lưu lượng 30 l/phút. Lắp đặt hai bơm, một bơm làm việc, một bơm dự phòng.

Bảng 3.7. Các thông số thiết kế bể pha sữa vôi

Thông số thiết kế Đơn vị Kích thước

Thể tích m3 1,8

Chiều dài m 1

Chiều rộng m 0,9

Chiều cao m 2

Bơm định lượng sữa vôi Hệ thống P = 0,1 KW

Thiết bị khuấy trộn Hệ thống P=0,125 KW, có biến tần 3.4.3.2. Tính toán bể trung hòa

Thiết bị đo pH được gắn liền với thiết bị định lượng sữa vôi để đảm bảo pH của môi trường luôn ổn định trong giới hạn tối ưu của quá trình oxy hoá và kết tủa. Vì việc xử lý Fe và Cu cần pH = kiềm nên trong quá trình trung hòa nước thải ta chọn khoảng pH cho quá trình xử lý là từ: 8,0 ÷ 9,0.

* Tính toán kích thước bể

Do lượng hoá chất đưa vào bể trung hoà nhỏ hơn rất nhiều so với lượng nước thải.

Do vậy, coi lượng nước đưa vào bể trung hoà bằng lượng nước thải. Thực tế cho thấy rằng để cho phản ứng oxy hoá, trung hoà và kết tủa xảy ra hoàn toàn thì thời gian lưu cần là 15 phút.

Dung tích của bể phản ứng trung hoà xác định bằng công thức:

V = Q [11]

Trong đó: V - Thể tích bể trung hòa (m3)

Q - Lưu lượng nước thải vào bể (Q = 416,7 m3/h)  - Thời gian phản ứng ( = 15 phút),  = 0,25 h

 V = 416,7 x 0,25 = 104,2 (m3) 105(m3)

* Kích thước bể trung hoà:

Lựa chọn bể có V =112,5 m3 với kích thước dài x rộng x cao = 7,5m x 3m x 5m.

Trong đó:

Chiều cao công tác là: 4,5 m.

Chiều cao xây dựng là: h = 4,5 + 0,5 = 5,0 m. (0,5m là chiều cao bảo vệ) Diện tích bể trung hòa là: F Vh 1055 = 21 (m2)

Bảng 3.8. Các thông số thiết kế bể trung hòa

Thông số thiết kế Đơn vị Kích thước

Thể tích m3 112,5

Diện tích m2 21

Chiều dài m 7,5

Chiều rộng m 3

Chiều cao xây dựng m 5