giáo trình kỹ thuật xử lý nước thải chương 3 xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý

XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ3.1 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH KEO TỤ TẠO BÔNG3.1.1 Giới thiệu chung Trong nước và nước thải, một phần các hạt tồn tại ở dạng các hạt keo mịn p

CHƯƠNG 3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ3.1 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH KEO TỤ TẠO BÔNG

3.1.1 Giới thiệu chung

Trong nước và nước thải, một phần các hạt tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phântán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0.1 – 10 µm Các hạt này khôngnổi cũng không lắng, do đó tương đối khó tách loại Thời gian để tách loại các hạt nàybằng cách cho lắng tự nhiên sẽ mất thời gian rất lớn (Bảng 3.1)

Bảng 3.1 Kích thước hạt và thời gian lắng

Kích thước hạt (mm) Loại hạt Thời gian lắng (1 m)

ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn Tuy nhiên, trong trường hợpphân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạtmang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọccác ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa Trang thái lơ lửng của cáchạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung

hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã

bị trung hòa điện tích có thể lien kết với những hạt keo khác tạo thành bong cặn có kích

thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông Quá

trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bong cặn xảy ra theo các giai đoạn sau:

Me3+ + HOH  Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH  Me(OH)+ + H+

Me(OH)+ + HOH  Me(OH)3 + H+

Me3+ + HOH  Me(OH)3 + 3H+

Liều lượng của các chất keo tụ này tùy thuộc vào nồng độ tạp chất rắn có trongnước thải ( bảng 3.2)

Bảng 3.2 Liều lượng các chất keo tụ ứng với các hàm lượng chất rắn khác nhau của tạp chất

Nồng độ tạp chất trong nước (mg/L) Liều lượng chất đông tụ khan (mg/L)

1001 – 1400 65 – 105

Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006).

Cơ chế của quá trình keo tụ

Quá trình keo tụ tạo bông thường được thực hiện bởi hai cơ chế sau: điện độnghọc và kết bông Điện động học: giảm thế Zeta dẫn đến ưu tiên lực lien kết Vader Waals

xử lý nước thải thí nghiệm Jar – Test được sử dụng

Muối nhôm

Trong các loại phèn nhôm, Al2(SO4)3 được dùng rộng rãi nhất do có tính hòa tantốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoảng pH = 4.5 – 7.0 Quátrình điện ly và thủy phân Al2(SO4)3 xảy ra như sau:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2  Al(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2↑

Trong phần lớn các trường hợp, hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỷ lệ 10:1 –20:1 được sử dụng, phản ứng xảy ra như sau:

tác động lớn nhất

6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12H2O  8Al(OH)3↓ + 2Na2SO4

Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của môitrường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông (nhờ tăng khối lượng và tốc độlắng của bông cặn)

 Có thể khử mùi vị khi trong nước thải có H2S

Tuy nhiên, các muối sắt cũng có nhược điểm là tạo thành phức hòa tan có màu dophản ứng của ion sắt với các hợp chất hữu cơ Quá trình keo tụ sử dụng muối sắt xảy ra

do các phản ứng sau:

FeCl3 + 3Ca(OH)2  Fe(OH)3↓ + HCl

Fe2(SO4)3 + 6H2O  Fe(OH)3↓ + 3H2SO4

Trong điều kiện kiềm hóa:

2FeCl3 + 3Ca(OH)2  Fe(OH)3↓ + 3CaCl2

FeSO4 + 3Ca(OH)2  2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4

Chất trợ keo tụ

Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợkeo tụ (flocculant) Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ,giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo Các chất trợ keo tụnguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose,dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O)

Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n Tùythuộc vào các nhóm ion sau phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương

như polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallydimetyl-amon.

Việc lựa chọn hóa chất, liều lượng tối ưu của chúng, trình tự cho vào nước…cũngđều phải xác định bằng thực nghiệm Thông thường liều lượng chất trợ keo tụ cho vàotrong khoảng từ 1 – 5 mg/L

Bảng 3.3. Các hóa chất keo tụ thường dùng.

Hóa chất sử dụng Liều

lượng (mg/L)

Vôi 150 – 500 9 – 11 Sử dụng để tách keo và P Nước thải có độ kiềm thấp

và cao, hàm lượng P khác nhau Phương trình cơ bản

Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2  2CaCO3 + 2H2OMgCO3 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaCO3

Nhôm 75 – 250 4,5 – 7,0 Sử dụng để tách keo và P trong nước thải Nước thải

có độ kiềm thấp và cao, hàm lượng P ổn định.Phươngtrình cơ bản

Al2(SO4)3 + 6H2O  2Al(OH)3 + 3 H2SO4

FeCl3, FeCl2 35 – 150 4,0 – 7,0 Sử dụng để tách keo và P trong nước thải

FeSO4 7H2O 70 – 200 4,0 – 7,0 Nước thải có độ kiềm thấp và cao, hàm lượng P ổn

định Hàm lượng sắt trong nước thải sau xử lý cho phép hoặc có thể kiểm sóat

Cationic polymer 2 – 5 Không

làm thayđổi

Sử dụng để keo tụ hạt keo hoặc là chất trợ keo tụ trong trường hợp kết tủa kim lọai Không nên dùng trong trường hợp hình thành hóa chất trơ

Sử dụng như chất trợ keo tụ giúp tăng tốc độ tạo bông

Dùng để gia tăng khối lượng trong trường hợp hàm lượng keo rất lõang

Nguồn: W Wesley Eckenfelder, Jr 2000

3.1.2 Khuấy trộn

Để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm hóa chất, quá trình khuấy trộn phảiđảm bảo tạo sự xáo trộn đều và phân tán nhanh hóa chất trong bể Để khuấy trộn hóa chấtvào bể, các dạng thiết bị trộn thường được sử dụng là khuấy trộn thủy lực (dạng tĩnh),khuấy trộn bằng khí nén và khuấy trộn cơ học

Khuấy trộn thủy lực: lợi dụng sự xáo trộn của dòng chảy khi bị thay đổi hướng

chuyển động được sử dụng để khuấy nhanh hoặc hoặc nhanh kết hợp tạo bông Loại thiết

bị này do không có phần di động nên dễ vận hành và bảo dưỡng; vận tốc dòng nước trongthiết bị tùy thuộc vào loại thiết bị Đối với thiết bị vách ngăn (a) khoảng cách giữa cácvách ngăn bằng 2 lần chiều rộng bể, vận tốc nước trong bể khoảng 0,6 m/s, tổn thất trong

bể từ 0,3 – 0,45m và thời gian lưu nước trong bể từ 3- 5 phút, Đối với thiết bị trộnbuồng ngăn tạo bông vận tốc dòng nước trong khoảng từ 0,2 – 0,3m/s; Thiết bị trộn vànhchắn (c) đường kính lỗ cần chọn để tổn thất cục bộ 0,3 – 0,4m Trong thiết bị trộn đườngống vận tốc nước khoảng 1,2 – 1,5 m/s, chiều dài đoạn ống cần thiết để tổn thất áp lựckhoảng 0,3 – 0,4m Một số dạng thiết bị khuấy trộn thủy lực được trình bày trong hình3.1

a Khuấy trộn bằng vách ngăn b Buồng ngăn tạo bông

c Thiết bị trộn vành chắn d Thiết bị trộn ống zích zắc

Hình 3.1 Khuấy trộn bằng thủy lực.

Khuấy trộn bằng khí nén: dùng bọt không khí nén được phân phối bằng dàn ống

khoan lỗ hoặc bộ khuếch tán nhúng chìm để gây sự xáo trộn hỗn hợp trong bể Đốivới ống khoan lỗ, lỗ phải quay xuống dưới để tránh tắc nghẽn do bùn hay cặn lắngđọng Vận tốc dòng khí qua lỗ khoảng 15 – 20 m/s và vận tốc khí trong ống dẫn từ 10– 15 m/s Năng lượng do bọt khí truyền vào nước để khuấy trộn tính theo công thứcgiãn nở nhiệt như sau

33 , 10

ln h

KQ

P a Với P = năng lượng truyền vào nước (Kw);

Qa = lưu lượng khí ở áp suất khí trời (m3/phút);

h = độ ngập nước của lỗ phân phối khí (m);

Hay có thể tính toán theo công thức sau

a

c a a

p

p v p

P: năng lượng tiêu tốn (kW);

va: thể tích không khí ở áp suất khí quyển (m3/s);

pa: áp suất khí quyển;

pc: áp suất khí tại điểm xả (KN/m2)

Khi đó Gradient vận tốc được xác định

Chất keo tụ

Nước thải

Hỗn hợp nước thải – Chất keo tụ

Nước thải

và chất keo tụ

5 , 0

Khuấy cơ học: dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo sự xáo trộn của dòng chảy Các

cánh khuấy thường sử dụng như cánh quạt, chong chóng, turbine,… Thời gian tiếp xúctrong các bể khuấy trộn hóa chất thường từ từ 30 – 60 giây đến 2 phút; Năng lượng khuấytrộn cần đảm bảo gradient vận tốc G trong khoảng 100 – 1000 s-1 Năng lượng cần thiết

để chuyển động cánh khuấy được xác định theo công thức sau

2

.A v3

ρ = khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3;

v = vận tốc cánh khuấy đối với chất lỏng, m/s;

từ 10 – 60 phút tùy theo loại nước thải (Bảng 3.4) Chiều sâu của bể tạo bông có thể chọnnhư độ sâu của bể lắng

Bảng 3.4 G và HRT trong thiết bị keo tụ - tạo bông thường dùng trong hệ thống XLNT

Nguồn: W Wesley Eckenfelder, Jr 2000

3.1.4 Năng lượng khuấy trộn

Máy khuấy dạng chân vịt và dạng Turbine (Propeller and Turbine Mixers)

Tùy thuộc vào chế độ chảy của dòng mà năng lượng khuấy trộn sẽ khác nhau, cụthể

+ Khi dòng chảy tầng (NR < 10) : P = k.µ.n2.D3;

+ Khi dòng chảy rối (NR > 10.000) : P = k.µ.n3.D5

Với

NR = số Reynolds;

P = năng lượng cần thiết (W);

k =hằng số phụ thuộc vào cánh khuấy và chế độ chảy;

2n D

Máy khuấy dạng máy chèo (Paddle Mixer)

Đối với cánh khuấy dạng mái chèo, vận tốc đỉnh của cánh khuấy thường dao độngtrong khoảng 0.6 – 0.9 m/s để đảm bảo đủ năng lượng khuấy trộn nhưng không làm vỡbông cặn Năng lượng của cánh khuấy được xác định theo công thức

p

D v F

P 

2

.

p D

D

v A C

Trong đó:

FD: lực cản (N);

CD: hệ số lực cản của cánh khuấy;

A: diện tích của cánh khuấy (m2);

vp: vận tốc tương đối của cánh khuấy trong chất lỏng (m/s), ~ 0.7 – 0.8 vận tốc đầucánh;

P: năng lượng cần thiết (W)

Máy khuấy dạng tĩnh (Static Mixer)

P = ρ.Q.h

P = năng lượng tiêu tốn (kW);

Ρ = khối lượng riêng của nước (kg/m3);

h = tổn thất áp lực khi chất lỏng chuyển động qua thiết bị (m);

Q = lưu lượng (m3/s)

Bảng 3.5 Giá trị k

Cánh khuấy Chảy tầng Chảy rối

Cánh chân vịt, 3 cánh bước răng vuông 41.0 0.32

Shrouded turbine 2 cánh cong 97.5 1.08

Shrouded turbine với phân cố định 172.5 1.12

3.1.6 Một số ứng dụng trong keo tụ nước thải công nghiệp

Quá trình keo tụ được sử dụng để lọai bỏ thành phần keo và chất lơ lửng trongnước thải công nghiệp Một số ứng dụng quá trình keo tụ trong xử lý nước thải côngnghiệp được trình bày dưới đây

Nước thải sản xuất giấy carton và giấy vệ sinh Phèn nhôm rất hiệu quả trong

việc keo tụ nước thải sản xuất giấy carton và giấy vệ sinh Trong quá trình keo tụ tạobông nước thải sản xuất giấy, silicat hoặc polyelectrolyte sẽ được thêm vào để giúp chobông cặn lắng nhanh hơn Bảng 6 trình bày một số thông số liên quan đến xử lý nước thảisản xuất giấy carton

Bảng 3.6. Một số kết quả xử lý nước thải sản xuất giấy carton và giấy vệ sinh

Bùn (%

chất rắn)

450

60

m 3 /m 2 ngày Carton - 140-

420

40

Carton -

240-600

85

Sản xuất bột giấy Để xử lý màu trong nước thải sản xuất bột giấy người ta cũng sử dụng

phương pháp keo tụ Các thông số về hóa chất keo tụ, pH, hiệu quả xử lý độ màu và CODđược trình bày trong bảng 3.7

Bảng 3.7. Hiệu quả xử lý độ màu của sản xuất bột giấy bằng phương pháp keo tụ tạo bông

HTXL Chất keo tụ Liều lượng

(mg/L)

Dòng vào (mg/L)

Hiệu quả

XL (%)

Dòng vào (mg/L)

Nguồn: W Wesley Eckenfelder, Jr 2000

Nước thải chứa dầu ở dạng nhũ tương Nước thải chứa dầu ở dạng nhũ tương có

thể xử lý bằng việc sử dụng quá trình keo tụ Các hạt dầu có kích thước khỏang 10-5cm và

ổn định nhờ quá trình hấp phụ các ion Các chất nhũ hóa thường dùng là xà phòng hoặccác anion họat tính Có thể phá nhũ bằng quá trình “muối hóa” bằng cách cho vào nướcthải các muối chẳng hạn muối CaCl2 Cũng có thể phá nhũ bằng cách hạ pH xuống thấp.Nước thải từ quá trình sản xuất bạc đạn có chứa xà phòng và chất tẩy rửa, dầu cắt, dầumài, axít phosphoric và dung môi được xử lý bằng cách dùng 800 mg/L phèn nhôm,450mg/L H2SO4 và 45 mg/L polyelectrolyte Bảng 3.8 trình bày kết quả trước xử lý vàsau xử lý của nước thải sản xuất bạc đạn

Bảng 3.8. Kết quả trước xử lý và sau xử lý của nước thải sản xuất bạc đạn

Thông số Đơn vị Nước thải trước xử lý Nước thải sau xử lý

Nguồn: W Wesley Eckenfelder, Jr 2000

Nước thải giặt sự có mặt của chất họat động bề mặt anion sẽ làm gia tăng lượng

chất keo tụ thêm vào Đầu phân cực của chất họat động bề mặt sẽ đi vào lớp điện thế képcủa hạt keo làm keo ổn định và âm tính Nước thải từ công nghiệp giặt đã được xử lý với

H2SO4 sau đó bằng vôi và phèn nhôm Với công nghệ này đã giảm được COD từ 12000mg/L xuống còn 1800 mg/L, SS từ 1620 mg/L xuống còn 105 mg/L với liều lượng hóachất sử dụng là 1400 mg/L H2SO4, 1500 mg/L vôi và 300 mg/L phèn nhôm

Nước thải giặt chứa chất tẩy rửa tổng hợp có thể keo tụ bằng chất họat động bề mặtcationic để trung hòa các chất họat động bề mặt anion và sau đó thêm muối canxi để kếttủa phosphat, vận hành ở pH = 8.5 có thể lọai gần như hòan tòan lượng phostphat cótrong nước thải Kết quả xử lý nước giặt được trình bày trong bảng 3.9

Bảng 3.9. Kết quả xử lý nước thải từ quá trình giặt

Thông số Đơn vị Nước thải trước xử lý Nước thải sau xử lý

Nguồn: W Wesley Eckenfelder, Jr 2000

Nước thải từ quá trình giặt cũng có thể sử dụng phèn sắt (Fe2(SO403) để xử lý Với pH =6,4 – 6,6 và liều lượng phèn sắt đưa vào 0,24 kg/m3 có thể lọai bỏ BOD đến 90%

Nước thải sản xuất latex Chất thải polymer từ quá trình sản xuất latex cũng được

xử lý bằng phương pháp keo tụ tạo bông Với liều lượng 500 mg/L FeCl2 và 200 mg/Lvôi ở pH = 9.6 hiệu quả xử lý COD là 75% và BOD là 94%

Chất thải từ quá trình sản xuất sơn có gốc latex cũng áp dụng phương pháp keo tụ.Kết quả xử lý bằng việc sử dụng 345 mg/L phèn nhôm ở pH = 3,5 -4,0 được trình bàytrong bảng 3.10

Bảng 3.10. Kết quả xử lý nước thải sơn có latex là chất nền

Thông số Đơn vị Nước thải trước xử lý Nước thải sau xử lý

COD mg/L 4340 178

Nguồn: W Wesley Eckenfelder, Jr 2000

Nước thải dệt nhuộm

Bảng 3.11. Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ tạo bông

HTXL Chất keo tụ Liều lượng

(mg/L)

Dòng vào (mg/L)

Hiệu quả

XL (%)

Dòng vào (mg/L)

Nguồn: W Wesley Eckenfelder, Jr 2000

Nước thải thuộc da Với hàm lượng vôi cho vào là 2000 mg/L ở pH = 11 và 2 mg/L

nonionic polyelectrolyte, kết quả được trình bày trong bảng 3.12

Bảng 3.12. Hiệu quả xử lý nước thải thuộc da

Thông số Đơn vị Nước thải trước xử lý Nước thải sau xử lý

3.2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH TUYỂN NỒI

Tuyển nổi là quá trình ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như luyện kim, giấy,thực phẩm,… Trong môi trường, tuyển nổi được dùng để loại cặn lơ lửng trong nước cấp

và nước thải, dầu mỡ có trong nước thải và dùng để tăng nồng độ bùn (cô đặc bùn).Tuyển nổi được dùng để tách các cặn có tính kị nước; đối với cặn có tính háo nước thìkhó tách bằng phương pháp tuyển nổi Để tăng cường khả năng tuyển nổi của cặn haytăng hiệu quả của quá trình, trong quá trình tuyển nổi người ta cho them vào chất hoạtđộng bề mặt theo các cơ chế sau:

Tăng thể tích của cặn: làm cho cặn có kích thước lớn hơn bằng cách sử dụng kết

hợp quá trình keo tụ tạo bông

Làm thay đổi đặc tính bề mặt của cặn: bằng cách cho thêm các chất hoạt động bề mặt

Quá trình tuyển nổi bao gồm nhiều loại: tự nhiên (dựa vào khả năng nổi của vật),

chân không, cơ học, áp lực trong khuôn khổ của giáo trình này hai phương pháp tuyểnnổi được đề cập là tuyển nổi tự nhiên và tuyển nổi khí (gồm áp lực và khuếch tán)

3.2.1 Thiết bị tách dầu

Thiết bị tách dầu được sử dụng khi hàm lượng dầu trong nước thải lớn hơn hoặcbằng 100 mg/L Chiều dài làm việc của bể tách dầu được xác định theo công thức sau

h V

v a

v*: vận tốc tính toán của dòng chảy;

h: chiều sâu làm việc của bể

Vận tốc nước trong bể tách dầu ~ 0.005 – 0.01 m/s; Với hạt dầu có kích thước d =

80 – 100 µm thì vận tốc nổi = 1 – 4 mm/s;

+

+

+

Đối với bể tách dầu ngang thường bố trí 02 ngăn với chiều rộng của ngăn tách dầudao động từ 2 – 3 m, với chiều sâu lớp nước từ 1.2 – 1.5 m và thời gian lưu nước thủylực lớn hơn hoặc bằng 02 giờ.

3.2.2 Tuyển nổi khí hòa tan

Cơ sở của quá trình

Trong tuyển nổi khí hòa tan hay phân tán, góc tiếp xúc giữa 03 pha khí, lỏng, rắnnắm vai trò quan trọng

σ: sức căng bề mặt giữa hai pha (hay năng lượng bề mặt) (mN/m)

Điểm quan trọng là chất rắn trong nước là kị nước hay háo nước Cặn bị bọt khídính bám khi góc tiếp xúc giữa hai pha đủ lớn Theo Yuong, góc tiếp xúc Ө được xácđịnh theo công thức sau

K L

L R K R

.

3

2 min





K L

v d

v = vận tốc tương đối giữa cặn và khí;

Bảng 3.13 Trị số hòa tan của không khí vào nước ở nhiệt độ khác nhau tại áp suất khí quyển

Nhiệt độ ( o C) Thể tích hòa tan (ml/L) Lượng hòa tan (mg/L) Tỷ trọng (g/L)

Khí Chất rắn

σlỏng – khí Ө

Nguồn: W.Wesley Eckenfelder Jr.2000.

Lượng không khí có thể thoát ra khỏi dung dịch khi áp suất giảm đến áp suất khíquyển (1 atm) theo lý thuyết có thể xác định theo công thức

a a

a S P

P S

 S: lượng khí thoát ra khỏi nước (cm3/L);

 Sa: lượng khí bão hòa trong nước ở áp suất khí quyển (cm3/L);

 P: áp suất nén tuyệt đối (atm);

 Pa: áp suất khí quyển (atm)

Do lượng khí thoát ra phụ thuộc vào điều kiện khuấy trộn tại điểm giảm áp và mức

độ bảo hòa trong bể áp lực Tuy nhiên, do khả năng hòa tan của khí trong nước phụ thuộcvào thành phần các tạp chất trong nước vì vậy mức độ bão hòa trong nước phụ thuộc vào

độ sạch của nước Trong thực tế lượng nước thoát ra có thể xác định theo công thức sau

P

P f S

Cách bố trí đường khí – nước vào và khí – nước ra bể áp lực

Hình 3.2 Các dạng bố trí đường khí và nước trong hệ tuyển nổi khí hòa tan

Các dạng thiết bị tuyển nổi áp lực

Hiện nay tuyển nổi áp lực được thực hiện theo hai sơ đồ sau

Đưa nước từ dưới lên

Đưa nước từ trên xuống

đã bão hòa khí qua bể tuyển nổi; 3.Khí dư; 4.Vách ngăn; 5.Ống báo mực nước; 6.Máy khuấy

Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống tuyển nổi khí hòa tan

Hiệu quả làm việc của bể tuyển nổi phụ thuộc vào tỷ lệ giữa lượng khí giải phóng

và lượng cặn lơ lửng cần khử Tỷ lệ A/S thay đổi theo loại SS trong nước thải và đượcxác định bằng thực nghiệm (Bảng 3.6)

Trong trường hợp không tuần hoàn

 Sa: độ hòa tan của không khí (mL/L);

 f: phần khí hòa tan ở áp suất P, thường f = 0.5 – 0.8;

 Cs: nồng độ chất rắn (mg/L);

Trong trường hợp tuần hoàn

 

Q C

R fP

,



R: dòng tuần hoàn (m3/ngày);

Q: lưu lượng nước thải (m3/ngày)

Bảng 3.14 Thông số thiết kế bể tuyển nổi của một số loại hình công nghiệp

Tải trọngchất rắn(lb/hft2)

Hệ thốngkhí hòatan

Đặc tínhdòng vào

Chất ônhiễm bịloại

Hóa chấtthem vào

Chế biến

dầu khí

0.02 2.0 – 2.5

1 phần –hoàntoàn

200 –

1000 dầu

Tất cảdầu tự dokhông bịnhũtươnghóa

Aluminumpolymer

1000 –

2000 mỡ 90% mỡ Aluminum

polymer,vôi

500 –

5000 SS 90% SSSản xuất

giấy 0.02 1.0 – 1.5 2.0

Tuầnhoàn

200 –

3000 SS

90% bộtgiấy

Aluminumpolymer,vôi

Chế biến

gia cầm

0.02 1.5 – 2.0

1 phần –tuầnhoàn

2000 –10000SS

90 –95% SS Polymer

Tảo 0.02 2.0 Tuầnhoàn 25 – 125SS 90% SS

Aluminumferricsulfatepolymer

Hệ thống tuyển nổi DAF – không tuần hoàn: trong hệ thống này, toàn bộ nước

và khí tiếp xúc với nhau trong bể tạo áp Sau đó hỗn hợp nước-khí được đưa đến bể tuyểnnổi, tại đây quá trình giảm áp được thực hiện để hình thành bọt khí; các bọt khí khi đi lên

sẽ liên kết với chất rắn lơ lửng qua đó tách cặn lơ lửng có trong nước Hệ thống thườngđược áp dụng ở mức áp suất trung bình Qúa trình này có thể bị ảnh hưởng bởi quá trìnhxáo trộn trong bể

Hệ thống tuyển nổi DAF – Có tuần hoàn: trong hệ thống DAF có tuần hoàn, thường 10

– 25% nước sau xử lý được tuần hoàn lại bình tạo áp; do sử dụng nước là nước là nướcsạch (đã qua tách cặn) nên quá trình này hạn chế được việc nghẹt bộ phân phối khí; trongquy trình này, quá trình tạo cặn – bọt khí nổi không bị ảnh hưởng, tuy nhiên kích thước

bể tuyển nổi sẽ lớn hơn vì lúc này lưu lượng vào Q = Q(nước thải) + Q(tuần hoàn) Diện tích bểtuyển nổi thường được tính dựa trên: Cường độ khí (giá trị giao động trong khoảng 6 – 10

m3/m2.h); Thời gian tuyển nổi (thông thường là 20 phút); Đường kính bể tuyển nổi (D) vàvận tốc nước trong bể tuyển nổi (thường u = 10.8 m/h trường hợp thời gian lưu của nước

từ 5 – 7 phút);

 Đường kính bể tuyển nổi được xác định theo công thức sau

u

Q D

Q

D TNL  



 u = vận tốc nước trong vùng lắng, thường u = 4.7 m/h

Bảng 3.7 trình bày một số kích thước thiết kế điển hình của bể tuyển nổi kết hợp

Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga 2006.

3.2.3 Tuyển Nổi Bằng Sục Khí Qua Tấm Sứ - Khuyếch Tán Bằng Vật Liệu Xốp

Phương pháp tuyển nổi này so với các phương pháp khác là cấu tạo đơn giản, chiphí năng lượng thấp; nhược điểm là các lỗ mao quản hay bị bẩn và tắc, khó chọn vật liệu

có kích thước mao quản giống nhau để đảm bảo tạo thành các bọt khí có kích thước đồngđều

Trong tuyển nổi bằng sục khí qua tấm sứ hay đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp sẽtạo ra bọt khí nhỏ và kích thước của nó được xác định theo công thức

R = 6.(r2.)1/2

R = đường kính bọt khí;

r = đường kính lỗ

 = sức căng bề mặt của nước;

Áp suất cần thiết để thắng sức căng bề mặt của nước được xác định theo công thứcLaplace

từ 20 đến 30 phút và mức nước trong bể tuyển nổi từ 1,5-2 m;

3.3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi cácchất hữu cơ hòa tan không xử lý được bằng các phương pháp khác Tùy theo bản chất,quá trình hấp phụ được phân loại thành: hấp phụ lý học và hấp phụ hóa học

- Hấp phụ lý học là quá trình hấp phụ xảy ra nhờ các lực liên kết vật lý giữa cácchất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ như lực lien kết Wander Waals Các hạt bị hấpphụ vật lý chuyển động tự do trên bề mặt hấp phụ và đây là quá trình hấp phụ đa lớp(hình thành nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ)

- Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ trong đó có xảy ra phản ứng hóa học giữachất bị hấp phụ và chất hấp phụ

Trong xử lý nước thải, quá trình hấp phụ thường là sự kết hợp của cả hấp phụ vật

lý và hấp phụ hóa học

Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố sau

 Diện tích bề mặt chất hấp phụ (m2/g);

 Nồng độ của chất bị hấp phụ;

 Vận tốc tương đối giữa hai pha;

 Cơ chế hình thành liên kết: hóa học hoặc lý học

3.3.1 Hệ thống thiết bị hấp phụ

Để hấp phụ các thành phần ô nhiễm có trong nước thải, hai dạng thiết bị thườngđược sử dụng: khuấy trộn chất hấp phụ với nước thải hay lọc nước thải qua lớp hấp phụ.Khi áp dụng hấp phụ sử dụng thiết bị khuấy trộn, than hoạt tính có kích thước nhỏthường được sử dụng ( 0,1 mm)

Qúa trình hấp phụ có thể tiến hành một bậc hay nhiều bậc Hấp phụ một bậc ởtrạng thái tĩnh được ứng dụng trong trường hợp khi chất hấp phụ có giá thành thấp hoặc

là chất thải sản xuất được tận dụng làm chất hấp phụ Hấp phụ làm nhiều bậc có hiệu quảhơn hấp phụ 1 bậc Hình 3.4 mô tả sơ đồ một hệ thống hấp phụ nhiều bậc nối tiếp nhau

Hình 3 4 Sơ đồ hệ thống cấp chất hấp phụ nối tiếp.

Trong sơ đồ hình 3.4, các chu trình khuấy trộn – lắng tách được lặp đi lặp lại Tại

bể khuấy trộn 1, một lượng chất hấp phụ cần thiết sẽ được cho vào để giảm nồng độ chất

ô nhiễm từ Cđ xuống còn C1, sau đó hỗn hợp chất hấp phụ - nước được đưa qua thiết bịtách (lắng hay lọc) để tách riêng nước thải và chất hấp phụ Sau khi qua thiết bị tách,nước thải tiếp tục được đưa qua thiết bị khuấy trộn 2, tại đây một lượng chất hấp phụ cầnthiết tiếp tục được cho vào để giảm nồng độ chất ô nhiễm từ C1 xuống còn C2, và sau đóhỗn hợp này tiếp tục được tách ra tại thiết bị tách 2 Qúa trình này được lặp đi lặp lại chođến khi đạt giá trị mong muốn

Lượng chất hấp phụ cho quá trình hấp phụ một bậc được xác định bằng phươngtrình sau: