Báo cáo quá trình xử lý nước thải GREE chương 2

CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI (TT) PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA LÝ 3.1 KEO TỤ - TẠO BÔNG 3.1.1 CƠ SỞ Kích thước hạt (mm) 10 1,0 0,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001 Loại hạt Sỏi Cát Cát mịn Sét Vi khuẩn Hạt keo Hạt keo Thời gian lắng (1 m) 1s 10 s phút 2h ngày năm 20 năm Keo tụ tạo Tăng khả tách loại chất rắn lơ lửng BOD; Ứng dụng XL số loại nước thải công nghiệp 3.1.2 Khuấy Trộn Thiết bị khuấy trộn cần: Tạo xáo trộn đều; Phân tán nhanh hóa chất bể Các dạng thiết bị trộn Dạng tónh Không có phần di động dễ vận hành bảo dưỡng Màng chắn/vách ngăn đặt bể thay đổi hướng dòng chảy, gây xáo trộn d2 bể TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com H2 NT Chất keo tụ Chất keo tụ Nước thải Vách ngăn Dẫn vào bể lắng Cửa tràn Nước thải Chất keo tụ KHUẤY BẰNG VÁCH NGĂN TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-43 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com COÂNG TY MOÂI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Khuấy khí nén Khí nén thổi từ khếch tán nhúng chìm Gây xáo trộn d2 bể Khuấy học Dùng cánh khuấy cánh quạt, chong chóng, turbine,… Thời gian tiếp xúc từ 30 – 60 giây đến phút; Năng lượng cần thiết: G = 100 đến 1000 s-1 CD × ρ ×v3 P= Năng lượng cần thiết để chuyển động cánh khuấy Comment [G1]: P : lượng, N/s; A : diện tích cánh khuấy, m2; ρ : khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3; v : vận tốc cánh khuấy chất lỏng, m/s; CD: hệ số ma sát Gradient vận tốc sinh đưa lượng từ bên vào thể tích nước V: P μ ×V G = G P μ V : gradient vận tốc, s-1; : lượng cung cấp (N/s) : Độ nhớt động học nước (NS/m2) : Thể tích bể tạo (m3) Thời gian thông số quan trọng G.t t: thời gian lưu nước; G.t = 1x 104 - x 105 Vận tốc nước vào bể = 0,6 m/s; Vận tốc nước qua cửa thông = 1m/s TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT G vaø HRT thiết bị keo tụ- tạo thường dùng XLNT Khoảng giá trị Quá trình Khuấy trộn (Keo tụ) Khuấy trộn nhanh thường dùng xử lý nước thải Khuấy trộn nhanh trình lọc tiếp xúc Tạo Quá trình tạo thường dùng xử lý nước thải Tạo trình lọc trực tiếp Tạo trình lọc tiếp xúc HRT G (s-1) – 20 s 10.000) : P = k.μ.n3.D5 NR : Số Reynolds; P : Năng lượng cần thiết (W); k : Hằng số; μ : Độ nhớt động học (N.S/m2); ρ : Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3); D : Đường kính cánh khuấy (m); n : Vận tốc (vòng/s) Số Reynold N R = D2×n× ρ μ D : Đường kính cánh khuấy; n : Vận tốc (vòng/s); ρ : Tỷ trọng (kg/m3); μ : Độ nhớt động học (NS/m2) Máy Khuấy Dạng Mái Chèo (Paddle Mixer) Vận tốc đỉnh cánh khuấy: 0,6 - 0,9 m/s; Vận tốc đủ để xáo trộn không làm vỡ cặn FD = C D × A × ρ × v 2p P = FD × vP = TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu CD × ρ × v3p 2-46 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com COÂNG TY MOÂI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com FD : Lực cản (N); CD : Hệ số lực cản cánh khuấy; A : Diện tích cánh khuấy (m2); vp : Vận tốc tương đối cánh khuấy chất lỏng (m/s), thường 0,7 - 0,8 vận tốc đầu cánh; P : Năng lượng cần thiết (W) Máy Khuấy Dạng Tónh (Static Mixer) P = γ Q h P : Năng lượng tiêu tốn (kW); γ : Khối lượng riêng nước (kN/m3); Q: Lưu lượng (m3/s); h : Tổn thất áp lực chất lỏng chuyển động qua thiết bị (m) Máy Khuấy Bằng Khí Nén (Pneumatic Mixing) P = pa ×Va ×ln Pc Pa P : Năng lượng tiêu tốn (kW); pa: áp suất khí quyển; Va: thể tích không khí áp suất khí (m3/s); pc: p suất khí điểm xả (KN/m2) Bảng 3.1 Giá trị k Cánh khuấy Cánh chân vịt, cánh, bước vuông Cánh chân vịt, cánh Turbin, cánh phẳng Turbin, cánh cong Turbin quạt, cánh Turbin, cánh dạng mũi tên Mái chèo phẳng, cánh Shrouded Turbin, cánh cong Shrouded Turbin với phân cố định TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu Chảy tầng 41,0 43,5 71,0 70,0 70,0 71,0 36,5 97,5 172,5 Chaûy roái 0,32 1,00 6,30 4,80 1,65 4,00 1,70 1,08 1,12 2-47 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com COÂNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com 3.2 HẤP PHỤ (ADSORPTION) 3.2.1 Hệ thống thiết bị hấp phụ Có loại hệ thống thiết bị hấp phụ bao gồm: Khuấy trộn Lọc qua lớp chất hấp phụ Một bậc hay nhiều bậc • Chất hấp phụ cho vào bậc 1: Cđ C1 • Tách chất hấp phụ thiết bị lắng hay lọc • Nước thải chuyển tiếp sang bậc thứ • Cho chất hấp phụ vào: C1 C2 • Tiếp tục trình bậc cuối Lượng chất hấp phụ cho trình hấp phụ bậc m= • • • • V (C d − Cc ) a m: lượng chất hấp phụ tiêu tốn V: thể tích nước cần xử lý Cd, Cc: nồng độ đầu nồng độ cuối chất bị hấp phụ nước thải a: hệ số hấp phụ Nồng độ chất ô nhiễm nước thải sau bậc n n ⎛ V ⎞ Cn = ⎜ ⎟ C d ⎝ V + k m ⎠ k= at C d − C c = a Cd − C p • k: hệ số phân bố: • • at: giá trị hấp phụ riêng sau thời gian t Cp: nồng độ cân chất bị hấp phụ Lượng chất hấp phụ bị tiêu tốn baäc mn = V ⎛ Cd ⎞ − ⎟⎟ k ⎜⎜ ⎝ Cn ⎠ TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Soá bậc cần thiết n = log Cd – log Cn log(V + k m) − log V Nồng độ chất bị hấp phụ nước thải sau bậc n ⎛ k m ⎞ − 1⎟C d ⎜ V ⎠ C kn = ⎝ n ⎤ ⎡⎛ k m ⎞ ⎟ − 1⎥ ⎢⎜ ⎦⎥ ⎣⎢⎝ V ⎠ Liều lượng chấp hấp phụ đưa vào bậc cuối α m n +1 − β m − γ = Trong đó: ⎛k⎞ ⎝V ⎠ n −1 α =⎜ ⎟ β= k.C d V.C n γ = Cd Cn − Soá baäc n = K – ⎡ ⎛ k m ⎞ ⎤ − 1⎟ + C n ⎥ − log C n log ⎢C d ⎜ ⎠ ⎣ ⎝ V ⎦ K= log(m − V )k Tốc độ lọc phụ thuộc vào nồng độ chất hoà tan, ~ – m3/m2.h Chất hấp phụ dạng hạt có kích thước 1.5 – mm TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT 3.2.2 Taùi sinh chất hấp phụ Có phương pháp tái sinh chất hấp phụ • Giải hấp phụ nước bão hoà, nhiệt, khí trơ • Trích ly • Tái sinh nhiệt, 700 – 800oC điều kiện Oxi • Phương pháp sinh học chất bị hấp phụ bị oxy hoá sinh hoaù t=0 t=1 t=2 t=3 t=4 Ce C0 C0 Ce = 95% C0 Giới hạn nồng độ cực đại cho phép NT sau xử lý Thể tích nước thải xử lý TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Phương trình đường đẳng nhiệt langmuir X a.b.c = M + a.c X a.b.c = M + a.c x m c : khối lượng chất bị hấp phụ (mg); : khối lượng chất hấp phụ (mg); : khối lượng chất bị hấp phụ lại dung dịch trạng thái cân (mg/L); a & b : số 1/m Độ dốc = 1/ab 1/b 1/c Phương trình đường đẳng freundlich x = K.C1/n x = log m m = logK + n logC K & n: số Ví Dụ TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Keát thí nghiệm hấp phụ từ mô hình dạng mẻ trình bày Bảng VD1 Hãy vẽ đường đẳng nhiệt Freundlich xác định số n, K, A Biết thể tích dung dịch thí nghiệm beaker 500 mL nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu 100 mg/L Bảng VD1 Kết thí nghiệm Beaker 01 02 03 04 05 06 07 Khối lượng carbon (mg) 965 740 548 398 265 168 Nồng độ COD NT sau hấp phụ (mg/L) 3.5 5.2 8.0 12.0 20.5 33.0 100.0 Aùp duïng phương pháp bình phương cực tiểu a= n∑xy - ∑x∑y n∑x2 – (∑x)2 ∑x2∑y - ∑x ∑xy b= n∑x2 – (∑x)2 3.2 CÔNG NGHỆ THẨM THẤU NGƯC 3.2.1 Hiện Tượng Thẩm Thấu Trong hệ kín chứa màng bán thấm ngăn cách hai vùng khác nhau, vùng chứa dung môi chất tan với nồng độ khác Màng bán thấm có đặc tính cho dung môi thấm qua ngăn không cho chất tan qua màng Sau thời gian định, độ cao chất lỏng bên ngăn có nồng độ chất hòa tan cao tăng lên bên ngăn giảm Chất lỏng vận chuyển từ nơi có nồng độ chất hòa tan thấp đến nơi có nồng độ chất hòa tan cao để cân nồng độ hệ Hiện tượng gọi thẩm thấu Hiện tượng ngược với trình khuếch tán phân tử (là san nồng độ chất tan từ vùng có nồng độ cao đến vùng có nồng độ thấp) Nếu gọi ngăn có nồng độ chất hòa tan cao ngăn có nồng độ chất hòa tan thấp 2, hóa dung môi hai ngăn tách biệt màng bán thấm biểu diễn sau: μ1 = μ10 + RT lna1 + V.p1 μ2 = μ20 + RT lna2 + V.p2 TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com COÂNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Trong a1 a2 hoạt độ dung môi Do a2 > a1 nên μ2 > μ1 Sự chênh lệch hóa dẫn đến dòng chảy dung môi từ pha loãng tới pha đặc Tại cân μ1 = μ2, ta coù: μ10 + RT lna1 + V.p1 = μ20 + RT lna2 + V.p2 hay RT.(lna2 – lna1) = V.(p1 – p2) RT.(lna2 – lna1) = V.Δπ Đại lượng Δπ gọi áp suất thẩm thấu 3.2.2 Kỹ Thuật Thẩm Thấu Ngược Như trình bày trên, hai dung dịch có nồng độ chất hòa tan khác bị ngăn màng bán thấm nồng độ chất tan dung dịch đặc pha loãng dung môi vận chuyển qua màng từ phía dung dịch loãng Quá trình dừng lại nồng độ hai pha Hiện tượng thẩm thấu xảy tự động theo chiều thuận Nếu áp đặt áp suất phía dung dịch đặc trình vận chuyển dung môi bị kìm hãm lại, tăng dần áp suất áp suất thẩm thấu, trình vận chuyển dung môi dừng lại Tiếp tục tăng áp suất dẫn đến tượng vận chuyển dung môi từ phía dung dịch đặc sang phía dung dịch loãng, ngược chiều với hướng áp suất thẩm thấu Hiện tượng gọi tượng thẩm thấu ngược áp suất gây tượng thẩm thấu ngược gọi áp suất động lực Để tượng thẩm thấu ngược xảy ra, áp suất động lực phải lớn áp suất thẩm thấu, tốc độ vận chuyển dung môi qua màng tỷ lệ thuận với áp suất động lực Trong kỹ thuật lọc nước từ nước lợ hay nước mặn, áp suất thẩm thấu dung dịch tỷ lệ với nồng độ muối NaCl với giá trị tăng tương ứng khoảng 0,691.10-3 at tăng mg/L Kỹ thuật thẩm thấu ngược cho phép loại bỏ chất hữu tan acid hữu cơ, chất bảo vệ thực vật, áp dụng trình làm mềm nước Vật liệu chế tạo màng thẩm thấu ngược cellulose acetate, cellulose triacetate, polyamide, polyetheramide, polyetherurea Màng cellulose acetate có hàm lượng acetate cao khả giữ muối tốt, khả thấm nước TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT 3.3 TRAO ĐỔI ION 3.3.1 NGUYÊN LÝ TRAO ĐỔI ION SO32 SO32 SO32 SO32 SO32 SO32 SO SO3 Lớp hấp phụ (lớp cố định):2 lớp - lớp ion bên trong; H+ H+ H+ H + H H+ + H+ H+ Lớp khuếch tán (lớp chuyển động) - lớp trái dấu Khi chất trao đổi ion gặp chất điện giải Tác dụng trao đổi; Tác dụng nén ép: * Nồng độ muối d2 lớp khuếch tán bị nén ép ion ngược dấu lớp khuếch tán thành lớp hấp phụ phạm vi hoạt động lớp khuếch tán trở nên nhỏ 3.3.2 TÍNH NĂNG CHẤT TRAO ĐỔI ION TÍNH NĂNG VẬT LÝ Màu sắc : thẫm; Hình thái : viên tròn; Cỡ hạt : 20 – 40 mesh Hạt lớn tốc độ trao đổi chậm; Hạt nhỏ tổn thất áp lực lớn; Hạt không TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu bít tắc khe, trở lực tăng, trôi hạt nhỏ rửa 2-54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com COÂNG TY MOÂI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tỷ trọng Tỷ trọng khô thật = Khối lượng khô thực Thể tích thực hạt nhựa Tỷ trọng ẩm thật = = 1,6 g/ml Khối lượng nhựa ẩm Thể tích hạt nhựa ẩm (1,04 – 1,3 g/ml) Khối lượng nhựa ẩm Tỷ trọng ẩm biểu kiến = Thể tích đống nhựa ẩm (0,60 – 0,85 g/ml) Độ nở ☺ Độ liên kết nhỏ độ nở lớn; ☺ Chất trao đổi dễ điện ly độ nở lớn; ☺ Dung lượng trao đổi lớn độ nở lớn; ☺ Nồng độ chất điện giải lớn áp suất thẩm thấu độ nở ☺ Độ hydrat ion có khả trao đổi lớn lớp điện tích kép bị co lại bán kính hydrat lớn độ nở lớn: Cation acid maïnh: H+ > Na+ > NH4+ > K+ > Ag+ Anion bazờ mạnh: OH- > HCO3- ~ SO42- > Cl☺ R-Na R-H thể tích tăng 5% Qt trao đổi hoàn nguyên nở, ngót vỡ hạt Tính chịu mài mòn: đảm bảo tổn thất < – 7%/năm Tính hòa tan Tính chịu nhiệt: Cationit: chịu nhiệt độ > 1000C Anionit kiềm mạnh: ~ 600C Anionit kiềm yếu: ~ 800C Tính dẫn điện Khô: không dẫn điện m: dẫn điện tốt TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com TÍNH NĂNG HÓA HỌC Tính thuận nghịch Tính acid, bazờ Tính trung hòa, thủy phân RSO3H + NaOH RSO3Na + H2O RCOONa + H2O RCOOH + NaOH Tính lựa chọn: Điện tích ion lớn dễ bị trao đổi Số thứ tự nguyên tử lớn bán kính hydrat nhỏ dễ TĐ Tính lựa chọn cationit: Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ ~ NH4+ > Na+ > Li+ (Thích hợp đ/v d2 nước có hàm lượng muối không cao) D2 đậm đặc ảnh hưởng ion: * Cation acid maïnh R-SO3-: Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ ~ NH4+ > Na+ > H+ > Li+ * Cation acid yeáu R-COO-: H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ ~ NH4+ > Na+ > Li+ Tính lựa chọn anionit: OH- > SO42- > NO3- > Cl- > HCO3Dung lượng trao đổi Tổng dung lượng trao đổi Dung lượng trao đổi cân Dung lượng trao đổi làm việc 3.3.3 NGUYÊN LÝ TRAO ĐỔI THÁP CỐ ĐỊNH Nước chứa Ca2+ trao đổi với RNa Lớp hiệu lực – lớp làm việc - lớp CTĐ chưa làm việc TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... trị Quá trình Khuấy trộn (Keo tụ) Khuấy trộn nhanh thường dùng xử lý nước thải Khuấy trộn nhanh trình lọc tiếp xúc Tạo Quá trình tạo thường dùng xử lý nước thải Tạo trình lọc trực tiếp Tạo trình. .. (08)8114594 www .gree- vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT 3.3 TRAO ĐỔI ION 3.3.1 NGUYÊN LÝ TRAO ĐỔI ION SO 32 SO 32 SO 32 SO 32 SO 32 SO 32 SO SO3 Lớp hấp phụ (lớp cố định) :2 lớp - lớp ion bên trong; H+... hoá sinh hoá t=0 t=1 t =2 t=3 t=4 Ce C0 C0 Ce = 95% C0 Giới hạn nồng độ cực đại cho phép NT sau xử lý Thể tích nước thải xử lý TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2- 50 LUAN VAN CHAT LUONG