Chương 3: Bể trộn và phản ứng tạo bông cặn

giao trinh xu ly nuoc cap chuong 3

Chương 3

BỂ TRỘN VÀ PHẢN ỨNG TẠO BÔNG CẶN

CÔNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRỘN

- Mục tiêu của quá trình trộn:

ðưa các phần tử hĩa chất vào trạng thái phân tán đều trong mơi trường nước

Tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa hĩa chất và các phần tử tham gia phản ứng

- Biện pháp: Tạo dịng chảy rối trong nước

- Khi thiết kế bể trộn cần căn cứ:

+ Loại hĩa chất và tính chất của nĩ

+ Chất lượng nước thơ

+ ðiều kiện địa phương

- Hiệu quả trộn : phụ thuộc vào cường độ khuấy trộn và thời gian khuấy trộn.

 Cường độ khuấy trộn:

 Cường độ khuấy trộn quá nhỏ: hĩa chất phân phối khơng đều

 Cường độ khuấy trộn quá lớn: các phần tử tham gia

phản ứng trượt khỏi nhau khi tiếp xúc.

 Cường độ khuấy trộn đặc trưng bởi Gradien vận tốc G:

V là thể tích bể trộn (m 3 )

G tối ưu phải xác định bằng thực nghiệm (kinh nghiệm: G = 200 – 1000s -1

P G

V

µ

=

Thời gian khuấy trộn:

là thời gian tính từ lúc bắt đầu trộn cho đến khi hĩa chất phân tán đều vào trong nước đủ để hình thành các nhân keo tụ, nhưng khơng

quá lâu làm ảnh hưởng đến các phản ứng

tiếp theo.

 Kinh nghiệm: trộn = 3 giây - 2 phút, tùy theo hóa chất trộn

 Chất kiềm hĩa cho vào sau khi châm phèn 15s-1p

 Chất oxi hĩa cho vào để diệt rong tảo, oxi hĩa chất hữu cơ phải cho vào trước khi trộn phèn 3 phút

Phân loại trộn

 Trộn thủy lực

 Trộn cơ khí

TRỘN THỦY LỰC

Bản chất: Dùng các vật cản ñể tạo ra sự xáo trộn trong dòng chảy của hỗn hợp nước và hóa chất

Tổn thất áp lực cần thiết phải tạo ra khi qua bể

gQ

υ

=

Các thiết bị trộn thủy lực

 Trộn trong ống dẫn:

+ Quá trình trộn diễn ra trong ống đẩy máy bơm cấp I

+ Vận tốc trong ống: 1,2-1,5m/s.

+ Chiều dài ống trộn tính theo tổn thất áp lực ≅≅≅

0,3-0,4m.

+ Nếu ống quá ngắn, không đủ thỏa mãn H thì

lắp thêm vành chắn:

Các thiết bị trộn thủy lực

 Bể trộn vách ngăn: Gồm một đoạn mương bê tơng cốt thép cĩ các vách trộn chắn ngang.

- Trên vách ngăn khoét các lỗ cho nước đi qua

+Tiết diện cửa hoặc lỗ tính với vận tốc nước đi qua là v lo ã = 1m/s.

+ Đường kính lỗ d lỗ = 20 – 40 mm.

+ Số lỗ trên mỗi vách ngăn:

Q: lưu lượng nước qua bể trộn (m3/s)

v: Vân tốc nước qua lỗ (m/s)

d: đường kính lỗ

+ Tổn thất áp lực qua mỗi vách ngăn: 0,1 – 0,15m

+ Kích thước bể tính theo vận tốc nước chảy ở phần mương thu cuối bể 0,6 – 0,7 m/s

+ Khoảng cách giữa các vách ngăn khơng nhỏ hơn chiều rộng bể trộn

+ Thời gian trộn: 1-2 phút

+ Áp dụng đối với hĩa chất trộn là phèn, xơ đa

(sinh viên về nhà làm bài tập VD1: Tr 113 – Trinh Xuan Lai)

Các thiết bị trộn thủy lực

 Bể trộn đứng: sử dụng trong các hệ thống dùng vôi sữa

25-+ Thời gian hòa trộn:

- Pha trộn với phèn và soda, xút: t = 2 phút.

- Pha trộn với phèn và vôi: t = 3 phút.

+ Diện tích mặt bằng của bể: F 1 ≤ 15m 2

+ Theo máng vòng xung quanh bể có đục lỗ chảy ngập vào máng dẫn tới máng tập trung, từ đó chảy sang công trình kế tiếp Vận tốc nước trong máng thu v m = 0,6m/s.

+ Cũng có thể sử dụng giàn ống khoan lỗ để thu nước thay cho máng vòng.

+ Vận tốc nước chảy qua lỗ v lỗ = 0,8-1,2m/s, đường kính lỗ d lỗ = 25-30mm.

+ Thể tích bể:

Q là lưu lượng nước qua bể (m 3 /s)

t là thời gian nước lưu trong bể (phút); N là số bể

+ Chiều cao phần côn của bể

+ Chiều cao phần hình trụ:

+ Chiều cao bảo vệ: 0,3 – 0,5m

(Sinh viên về nhà làm bài tập: VD(2-3) Tr38, Nguyen

Trộn cơ khí

 Bể trộn cơ khí: là dùng năng lượng cánh khuấy ñể tạo ra dòng chảy rối

- Ưu ñiểm so với trộn thủy lực

+ Có thể ñiều chỉnh tốc ñộ khuấy trộn theo

ý muốn

+ Thời gian khuấy trộn ngắn => dung tích

bể nhỏ => tiết kiệm diện tích xây dựng

- Nhược ñiểm so với trộn thủy lực : Người vận hành phải có trình ñộ nhất ñịnh

- ðược áp dụng ñối với trạm xử lý có công suất vừa và lớn, mức ñộ cơ giới hóa và tự ñộng hóa cao.

Thiết bị trộn cơ khí

CÔNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

PHẢN ỨNG

 Mục tiêu, nhiệm vụ của bể phản ứng: Tạo điều kiện thuận lợi nhất để các hạt keo phân tán trong nước sau quá trình pha trộn với phèn đã mất ổn định cĩ khả năng va chạm, kết dính với nhau để tạo thành các hạt cặn cĩ kích thước đủ lớn cĩ thể lắng trong bể lắng hay giữ lại ở bể lọc.

 Khi thiết kế bể phản ứng cần căn cứ vào:

- Chất lượng nước thơ

- Các cơng trình xử lý đặt sau bể phản ứng

- ðiều kiện địa phương

 Hiệu quả tạo bông phụ thuộc vào:

cường ñộ khuấy trộn và thời gian khuấy trộn

 Tiếp xúc qua lớp cặn lơ lửng hay vật liệu rắn

 Tuần hoàn lại cặn

BỂ PHẢN ỨNG THỦY LỰC

 Nguyên lý:

Sử dụng năng lượng dòng nước kết hợp với các giải pháp về cấu tạo ñể tạo ra các ñiều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc

và kết dính giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước.

 Phân loại:

- Bể phản ứng xoáy: Hình trụ và hình côn

- Bể phản ứng có vách ngăn

- Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

Bể phản ứng thủy lực: xoáy hình trụ

 Thường ñặt trong bể lắng ñứng

 Áp dụng cho các nhà máy có công suất nhỏ

+Tốc độ nước ra khỏi vòi phun chọn v v = 3m/s.

2-+ Tổn thất áp lực tại vòi phun: h = 0,06v v 2 (m) + Khoảng cách từ miệng vòi phun đến

thành = 0,2 đường kính bể phản ứng.

+ Đường kính bể phản ứngï xoáy:

Q là lưu lượng nước cần xử lý (m 3 /s)

t là thời gian lưu, chọn từ 15-20 phút

H là chiều cao bể phản ứng, chọn = 0,9

chiều cao vùng lắng của bể lắng

n là số bể phản ứng làm việc đồng thời

4

60 .

Qt D

Hn

=

Π

+ Đường kính miệng vòi phun:

q v là lưu lượng nước qua 1 vòi phun (m 3 /s)

µ là hệ số lưu lượng, = 0,908 với miệng

phun hình nón có góc β = 25 o

v v là vận tốc nước qua vòi (chọn = 2 – 3

m/s)

+ Cường độ khuấy trộn trong bể:

Q là lưu lượng nước cần xử lý (m 3 /s)

γ là khối lượng riêng của nước (kg/m 3 )

V là thể tích bể phản ứng (m 3 )

ν là độ nhớt động học của nước (m 2 /s)

n: hệ số nhớt động học của nước

- Đáy bể phản ứng: vách ngăn hướng

dòng xếp hình nan quạt để dập tắt

chuyển động xoáy và phân phối đều

nước vào bể lắng.

v

v

q D

−

=

Bể phản ứng thủy lực: xốy hình cơn

 Bể cĩ dạng như 1 cái phễu lớn

 Nước đi vào dưới đáy bể và dâng dần lên mặt bể

1 Đường dẫn nước vào bể

2 Máng thu nước xung quanh bể

3 Máng tập trung

4 Nước ra khỏi bể

5 Van xả cặn

- Thời gian lưu nước 6-10p

- Góc giữa các tường nghiêng: 50-70 ñộ

- Tốc ñộ nước ñi vào ñáy bể: 0,7-1,2 m/s

- Tốc ñộ nước ñi lên nhỏ nhất 4-5 mm/s (dùng vôi thì lấy 8 mm/s)

- Tổn thất áp lực 20-50mm cho mỗi mét chiều cao bể.

- Tốc ñộ nước chuyển ñộng trong máng thu ≤

0,1m/s

- Nước trước khi vào bể phải ñược tách khí

- Ưu ñiểm: Hiệu quả cao, TTAL và dung tích nhỏ

- Nhược ñiểm: khó tính toán bộ phận thu nước; khó xây dựng, chỉ áp dụng cho trạm xử lý có công suất nhỏ.

Bể phản ứng thủy lực: cĩ vách ngăn

 Thường được xây dựng kết hợp với bể lắng ngang

1 Mương dẫn nước vào/ra

2 Mương xả cặn

3 Cửa đưa nước vào

4 Cửa đưa nước ra

5 Van xả cặn

6 Vách ngăn hướng

dòng

+ Dung tích bể: phụ thuộc thời gian nước lưu lại bể cần thiết.

- t = 20 phút khi xử lý nước đục.

- t = 30-35 phút khi xử lý nước có màu và độ

+ Độ dốc đáy bể ≅≅≅ 0,02-0,03 để xả cặn.

+ Hiệu quả phản ứng có thể điều chỉnh theo

chất lượng nước nguồn bằng cách giảm chiều

+ Chiều sâu trung bình của bể: H b = 2 - 3m

+ Tổn thất áp lực qua tổng các vách ngăn:

G là cường độ khuấy trộn cần chọn (s -1 )

V là thể tích bể phản ứng (m 3 )

Q là lưu lượng nước qua bể (m 3 /s)

g là gia tốc trọng trường = 9,81m/s 2

ν là độ nhớt động học của nước (m 2 /s)

+ Tổng tổn thất cục bộ tại các chỗ ngoặt:

H = 0,15.v 2 m (m)

v là vận tốc nước qua chỗ ngoặt (m/s)

m là số chỗ ngoặt

- Ưu điểm: dễ xây dựng, dễ quản lí và vận hành

- Nhược điểm: khối lượng và diện tích xây dựng lớn

2

.

( )

 Tính tốn:

- Thể tích bể:

Q là lưu lượng nước qua bể (m 3 /s)

t là thời gian nước lưu trong bể (phút)

N là số bể

- Diện tích bề mặt bể:

Hb là chiều cao bể (m), thường chọn Hb = 2-3m

- Số hành lang:

L b là chiều dài bể (m),thường chọn bằng chiều

rộng bể lắng ngang

δ là độ dày vách ngăn (m)

b là chiều rộng mỗi hành lang (m)

- Chiều rộng mỗi hành lang:

v là tốc độ nước chảy dọc theo hành lang (m/s)

n là số hành lang

(VD: tr128 – Trinh Xuan Lai)

3

( ) 60

b

V F

H

=

b

L n

b

δ δ

Bể phản ứng thủy lực: có lớp cặn lơ lửng

 Thường ñược xây dựng trước bể lắng ngang, chiều rộng

= chiều rộng bể lắng ngang

 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt ñộng (tr 127 – Trinh Xuan Lai)

 Tốc ñộ nước ñi lên: 0,9mm/s;1,2mm/s; 1,6mm/s; 2,2mm/s tương ứng với nồng ñộ cặn của nước nguồn: 20mg/l; 20- 50mg/l; 50-250mg/l; > 250mg/l.

 Thời gian lưu nước ≥ 20p

 Vận tốc dòng chảy ngang trên các vách ngăn < 0,05m/s

 Khoảng cách giữa các vách ngăn: 3-4m

 Vận tốc nước trong ống phân phối: 0,3 – 0,6m/s

 TTAL: 1-2cm/1m chiều cao cột nước

 Phía sau tường tràn ñặt 1 tấm ngăn sâu ¼ chiều sâu của bể

 Ưu ñiểm: Hiệu quả, dễ vận hành, cấu tạo ñơn giản, không tốn chiều cao xây dựng

 Nhược ñiểm: Khởi ñộng chậm

Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí

 Bản chất: dùng năng lượng cánh khuấy chuyển ñộng trong nước ñể tạo ra sự xáo trộn trong dòng chảy

+ Thể tích của bể tính theo thời gian lưu nước t từ 10-30 phút.

+ Máy khuấy có thể chọn loại guồng khuấy

với trục khuấy theo phương ngang bể, cánh

phẳng, đặt đối xứng ở 2 hay 4 phía quanh

trục và tòan bộ chìm trong nước.

+ Tốc độ quay của guồng khuấy khoảng 3 – 5 vòng/phút.

+ Tổng diện tích bản cánh khuấy tương đương

khoảng 15-20% diện tích mặt cắt ngang bể.

+ Mỗi ô vuông đặt 1 guồng khuấy Số ô

R n

=

+ Tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy với nước: n là tốc độ quay (vòng/phút)

+ Để tránh làm vỡ hoặc lắng các bông cặn lớn: 0,25m/s ≤ v n ≤ 0,75m/s

+ Cường độ khuấy trộn:

+ Năng lượng cần thiết để cánh khuấy chuyển động:

P = 51.C F v 3 (W)

F là tổng diện tích các bản cánh (m 2 )

v n là tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy với nước (m/s)

C là hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào

tỉ lệ chiều rộng/chiều dài cánh khuấy

Khi l/b = 5 thì C = 1,2 Khi l/b = 20 thì C = 1,5 Khi l/b > 20 thì

C = 1,9

1

0, 75 4

V = V − V = V − V = V

P G

V

µ

=

Bể tạo bông tiếp xúc qua lớp vật liệu hạt

ðược áp dụng trong trường hợp nước

nguồn có nhiều cặn hữu cơ nhẹ

- Thời gian keo tụ tiếp xúc 3-5 phút

- Lớp tiếp xúc là các hạt sỏi, cỡ hạt 3-5mm, chiều dày 0,5-0,8m

- Vận tốc nước ñi qua lớp lọc 10-15m/h

- Gradien vận tốc: G=50-400 s-1

- Bể keo tụ tiếp xúc ñồng thời là bể lọc sơ bộ

Quản lý và vận hành bể phản ứng

Các vấn ñề cần quan tâm:

- Quan sát sự hình thành các bông cặn, kích thước và ñộ ñều chắc của hạt bông.

- Kiểm tra thường xuyên việc phân phối lưu lượng ñều vào bể, vớt kịp thời các váng nổi

- Làm vệ sinh từng ngăn của bể theo ñịnh kỳ 6 tháng hoặc 1 năm.

- Tùy theo chất lượng nước thay ñổi theo từng mùa mà ñiều chỉnh cường ñộ khuấy trộn ñể ñạt hiệu quả tạo bông cao nhất

- Test mẫu nước hàng ngày ñể ñiều chỉnh lượng phèn phù hợp và khắc phục kịp thời các sự cố.