Áp dung phương pháp tuyến nổi áp lực trong xử lý nước

Áp dung phương pháp tuyến nổi áp lực trong xử lý nước

Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 1 LờI NóI ĐầU Trong những năm qua, Đảng và Chính phủ ngày càng quan tâm hơn đến cấp nước đô thị. Nhiều dự án cấp nước đã được đầu tư trong thời gian qua. Nhờ vậy, tình hình cấp nước đã được cải thiện, đặc biệt là các thành phố lớn như thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí MinhTuy nhiên, hầu hết ngành cấp nước đô thị vẫn còn trong tình trạng yếu kém với nhiều khó khăn còn tồn tại như các nhà máy còn lạc hậu (cả nước có > 200 nhà máy nước tập trung với công suất khoảng 3 triệu m3/ngđ, trừ một số nhà máy mới xây dựng còn lại hầu hết đã cũ, xuống cấp, không đáp ứng được yêu cầu. Ngoài ra còn rất nhiều khó khăn như hệ thống đường ống cũ nát, thiếu, phạm vi cấp nước ở các đô thị còn hạn chế, v.v . . . Bên cạnh đó, việc đáp ứng chất lượng và kiểm soát chất lượng nước ở các nhà máy cũng gặp nhiều khó khăn. Công nghệ xử lý nước mặt truyền thống được áp dụng phổ biến hiện nay là công nghệ Keo tụ - Lắng - Lọc tuy đã phát huy nhiều hiệu quả nhưng vẫn còn một số hạn chế không khắc phục được như khó điều chỉnh công suất xử lý (Khi cần tăng công suất phải tiến hành xây mới nhiều công trình ) hay gặp khó khăn khi chất lượng nước đầu vào thay đổi. Đặc biệt là với các nguồn nước có hàm lượng cặn, chất hữu cơ, độ mầu cao thì công nghệ truyền thống không thể đem lại hiệu quả chất lượng như mong muốn. Những mặt hạn chế và nhu cầu hiện nay cho thấy việc gia tăng số lượng nước được cung cấp cho đô thị phải đi kèm với việc cải thiện chất lượng nước cấp. Trên cơ sở đó, qua một thời gian nghiên cứu thu thập tư liệu dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Việt Anh và ThS Nguyễn Mạnh Hùng, nhóm sinh viên của ngành Cấp thoát nước - Đại học Xây dựng đã tiến hành nghiên cứu đề tài : áP DụNG PHƯƠNG PHáP TUYểN NổI áP LựC trong xử lý nước cấp với nguồn NƯớc mặt Do đây là một phương pháp xử lý nước còn rất mới trên thế giới ( mới được áp dụng cho xử lý nước cấp ở Mỹ năm 1993) và ở Việt Nam, hiện chưa có nơi nào nghiên cứu áp dụng phương pháp này cho xử lý nước cấp nên việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm gặp nhiều khó khăn. Trên cơ sở vừa học vừa thực nghiệm, áp dụng lý thuyết vào thực tế, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Việt Anh và ThS Nguyễn Mạnh Hùng nhóm nghiên cứu đã đạt được những kết quả bước đầu khả quan ở quy mô trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường. Phương pháp Tuyển nổi áp lực cho thấy những ưu điểm nổi bật của trong xử lý nước cấp dùng nước mặt so với những công nghệ truyền thống. Từ những kết quả đã đạt được, nhóm nghiên cứu thấy rằng việc áp dụng công nghệ Tuyển nổi áp lực cho xử lý nước cấp là một vấn đề hoàn toàn khả quan và rất có ý nghĩa cho việc cải thiện chất lượng nước cấp cho sinh hoạt. Nó mở ra một hướng nghiên cứu và cách tiếp cận mới đối với vấn đề xử lý nước cấp, mang lại lợi ích rất lớn cho cộng đồng nếu như nó được nghiên cứu và áp dụng thành công. Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 2 Lời cảm ơn Phương pháp tuyển nổi áp lực cho xử lí nước cấp là một phương pháp còn rất mới và chưa từng được áp dụng ở Việt Nam. Dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Việt Anh Bộ môn Cấp thoát nước, ThS Nguyễn Mạnh Hùng - Công ty Tư vấn Thiết kế xây dựng CĐC - Bộ Xây dựng, nhóm nghiên cứu đã hoàn thành được khối lượng công việc đặt ra và đã thu được kết quả tốt đẹp. Chúng em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến PGS. TS Nguyễn Việt Anh và Ths Nguyễn Mạnh Hùng đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài trên. Chúng em xin gửi lời cám ơn các thầy cô thuộc bộ môn Cấp Thoát nước - Khoa Kỹ thuật Môi trường đã góp ý và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Nhóm sinh viên NCKH Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 3 Phần mở đầu -Tên đề tài: nghiên cứu áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp với nguồn nước mặt -Mục đích nghiên cứu: Thông qua nghiên cứu lý thuyết và thực tế, áp dụng thực nghiệm, tìm ra được các thông số thiết kế và vận hành để có thể áp dụng công nghệ tuyển nổi áp lực vào xử lý nước cấp phù hợp với điều kiện nước ta. -Nội dung nghiên cứu: Bao gồm 2 phần +Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp các kiến thức và thông tin liên quan để có thể tiến hành xây dựng mô hình phục vụ thí nghiệm. +Nghiên cứu thực nghiệm: Sau khi có mô hình, vận hành mô hình với thông số khác nhau để có thể tìm ra thông số thiết kế và vận hành dây chuyền xử lý nước bằng phương pháp tuyển nổi áp lực tối ưu nhất. -Thời gian thực hiện : +Nghiên cứu lý thuyết: 01/12/2006 28/02/2007 +Nghiên cứu thực nghiệm : 01/03/2007 05/05/2007 - Những người tham gia : Các sinh viên khóa 48 - Môi trường nước, khoa Kỹ thuật Môi trường - Đại học Xây dựng. Danh sách sinh viên gồm : 1) Mai Văn Tiệm 48MN2 2) Trần Quang Trung 48MN2 3) Hồ Xuân Quỳnh 48MN2 4) Phạm Minh Tú 48MN1 5) Vương Bảo Lân 48MN1 -Giáo viên hướng dẫn : 1) PGS.TS Nguyễn Việt Anh Bộ môn Cấp thoát nước - Khoa KTMT 2) ThS Nguyễn Mạnh Hùng - Công ty Tư vấn - thiết kế xây dựng (CDC) - Bộ Xây dựng Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 4 chương I: nước mặt và công nghệ xử lý nước truyền thống I. Tổng quan về nguồn nước mặt: Lãnh thổ Việt Nam với diện tích khoảng 332.000 km 2, là một dải đất hình chữ S trải dài giữa 230 22 đến 80 30 vĩ độ Bắc và giữa 102010 đến 109 021 kinh độ Đông. Đại bộ phận lãnh thổ (3/4 diện tích) được bao phủ bởi đồi núi hiểm trở, địa hình phân cách mạnh đã tạo ra một mạng sông, suối khá dày đặc. Chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa, mưa nhiều với lượng mưa lớn là nguồn bổ cập chính cho dòng chảy. Tài nguyên nước mặt ở Việt Nam phong phú và đa dạng, đã và đang được khai thác sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó có mục đích quan trọng là cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất công nghiệp. I.1. Hệ thống sông suối: Theo kết quả nghiên cứu điều tra nước ta có 2.360 con sông có chiều dài lớn hơn 10 km và có dòng chảy quanh năm. Mật độ sông suối trên toàn lãnh thổ (chỉ tính những sông, suối có dòng chảy thường xuyên) dao động từ nhỏ (< 0,30 km/ km2 ) đến trung bình ( 0,6 km/ km2) và lớn ( 4 km/km2 ). Phần lớn các con sông đều có hướng chảy là Tây Bắc- Đông Nam. Tuỳ theo cấu trúc địa chất và địa hình của từng vùng các dòng sông có thể chảy theo hướng vòng cung hoặc Bắc Nam, nhưng về đến đồng bằng thì tập trung lại và chảy theo hướng Tây Bắc- Đông Nam rồi đổ ra biển Đông. I.2. Chất lượng nước sông suối: Chất lượng nước sông ở Việt Nam biến đổi theo mùa và theo vùng địa lý. Các dòng chảy trong quá trình vận động thường xuyên gây xói mòn bề mặt lòng sông, các sản phẩm bị xói mòn thường có 2 loại: một loại bị cuốn trôi theo dòng nước (cát bùn hay còn gọi là phù sa) và một loại khác bị hoà tan trong nước (chất hoà tan). Hàm lượng cát bùn và chất hoà tan trong nước biến động và thay đổi theo dòng chảy từ vùng cao xuống vùng đồng bằng, còn khi ra đến các cửa sông nước bị nhiễm mặn với mức độ và phạm vi khác nhau tuỳ theo ảnh hưởng của thuỷ triều. Có thể nêu lên các tính chất tự nhiên đặc trung nước sông ở nước ta như sau: Tổng lượng cát bùn do các sông đổ ra biển hàng năm khoảng 200 - 250 triệu tấn trong đó chiếm hơn 90% là cát bùn cả mùa lũ. Mùa lũ là mùa nước sông đục, hàm lượng cát bùn lớn và biến động mạnh theo từng đợt mùa lũ, nhưng phần lớn các tháng có lượng cát bùn lớn cũng là những tháng có dòng chảy lớn nhất. Độ đục nhỏ nhất thường xuất hiện trong các tháng mùa cạn lúc lưu lượng dòng chảy nhỏ nhất. Thời gian này nước sông trong, lượng cát bùn rất nhỏ, có sông độ đục gần như bằng không. Độ khoáng hoá: Nói chung nước sông ở Việt Nam có độ khoáng hoá thấp ( 200 mg/l) đến trung bình (500 mg/l). Độ khoáng của sông Đồng Nai 50 mg/l, của hệ thống sông Mê Công 150 mg/l, của hệ thống sông Hồng 200 mg/ l. Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 5 Độ pH: Nước các sông chính ở miền Bắc Việt Nam thường có phản ứng trung bình hoặc kiềm yếu (pH thay đổi từ 7 đến 8). Nước sông Đồng Nai có độ pH thấp ( < 6 ). Đặc biệt nước sông Đồng Tháp Mười có độ chua lớn pH < 3. Độ cứng: Theo chỉ tiêu phân loại thì nước sông ở Việt Nam phần lớn thuộc loại mềm và rất mềm. Nước sông Đồng Nai có độ cứng nhỏ nhất (< 0,4 mg/l). Thành phần các ion chính: Những thành phần ion chủ yếu trong nước sông bao gồm Ca++, Mg++, Na+, K+, HCO3- , SO4- , Cl -, trong đó HCO3- chiếm tỷ lệ lớn nhất rồi đến Ca ++. Hình loại hoá học nước chủ yếu là Bicacbonat Canxi. Các chất biogen: Trong các chất biogen thì SiO2 có hàm lượng nhiều hơn cả. Các ion NH4 , NO2-, NO3- , PO4- chiếm tỷ lệ nhỏ, không quá vài phần mười mg/l. Hàm lượng Fe ++, Fe+++, nhỏ và phụ thuộc vào độ pH. I.3. Nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt hiện nay: Hoạt động của con người tác động mạnh mẽ đến nguồn nước về mặt số lượng và chất lượng. Tình trạng khai thác rừng không hợp lý và thiếu kiểm soát và cả tệ nạn phá hoại rừng trong hàng chục năm qua đã làm cho hàng triệu ha rừng bị tàn phá, khiến tỷ lệ che phủ bị giảm dẫn đến tình trạng phù sa tăng, dòng chảy bị suy thoái cạn kiệt, và cùng với quá trình công nghiệp hoá và phát triển đô thị nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt ngày càng trở nên rõ rệt. Kết quả quan trắc chất lượng nước sông trong những năm gần đây và đối chiếu với kết quả theo dõi từ năm 1993 trở về trước cho thấy các sông ngòi ở cả 3 miền Bắc, Trung, Nam nước ta đều có biểu hiện bị ô nhiễm. Các sông ở miền Bắc: Kết quả quan trắc cho thấy nhiều đoạn sông Hồng (ví dụ như ở Lào Cai, Hà Nội) phần lớn các chỉ tiêu đều đạt yêu cầu, nhưng nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu ôxy hoá học (COD), tổng Coliform, NH4+, NO2 đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép (TCCP) đối với nguồn loại A. Tại sông Cầu thuộc khu vực Thái Nguyên do bị ảnh hưởng bởi công nghiệp nên mức độ ô nhiểm là đáng kể. Sông Thương tại khu vực cầu Bắc Giang BOD cao hơn TCCP đối với nguồn nước loại A 2,7 lần, COD cao hơn TCCP đối với nguồn nước loại A 1,9 lần; đặc biệt NO2 vượt TCCP từ 70 - 200 lần. Sông Cấm, sông Tam Bạc thuộc khu vực thành phố Hải Phòng có mức độ ô nhiễm đáng kể Sông Tam Bạc là sông bị ô nhiễm nặng nhất trong các sông ở đồng bằng sông Hồng. Các sông, hồ, kênh mương ở nội thành các đô thị Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương cũng đều có mức độ ô nhiễm cao. Các sông như Tô Lịch, Sét, Lừ, Kim ngưu ở Hà Nội; các hồ An Biên, hồ Quần Ngựa, hồ Mắm Tôm, ở Hải Phòng đã bị ô nhiểm ở mức báo động. Các sông ở miền Trung: Các sông ở miền trung có đặc điểm là sông ngắn, độ dốc lớn và hàng năm xảy ra nhiều cơn lũ quét. Kết quả khảo sát cho thấy chất lượng nước các sông miền trung còn tương đối tốt. Phần thượng lưu và trung lưu nguồn nước đáp ứng tiêu chuẩn loại A theo TCVN 5941-1995 là nguồn cung cấp nước cho nhu cầu sinh hoạt vùng dân cư, đô thị và cho nhu cầu công nghiệp. Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 6 Các sông ở miền Nam: Kết quả quan trắc cho biết các sông ở miền Nam bị ô nhiễm hơn các sông ở miền Bắc và miền Trung. Nước sông Đồng Nai ở hạ lưu Hoá An, cầu Cát Lái, Phước Khánh, Đồng Trành có hàm lượng dầu tới 0,3-0,4 mg/l, trong khi quy định đối với nguồn nước cấp loại A là không được chứa dầu. Nước sông Sài Gòn: Một kết quả theo dõi cho biết mỗi ngày có trên 600.000 m3 nước thải công nghiệp và sinh hoạt đổ vào sông Đồng Nai và Sài Gòn mà hầu hết không được xử lý. Sông Thị Vải là kho chứa nước thải công nghiệp của tam giác phát triển kinh tế khu vực th.p. Hồ Chí Minh-Biên Hoà-Vũng Tàu. Hàm lượng ôxy hoà tan DO dưới 2 mg/l ở chiều dài 16 km và dưới 1 mg/l ở khoảng chiều dài 10 km. Tại Gò Dầu BOD và COD đều vượt mức quy định 10-15 lần so với nguồn nước loại A; 2,5 lần so với nguồn nước loại B. Nồng độ các chất dinh dưỡng như Nitơ, Phốtpho cũng vượt mức giới hạn cho phép. Hàm lượng H2S trong lớp bùn đáy cũng rất cao tại các điểm gần nguồn xả nước thải. Các sông thuộc vùng đồng bằng Nam Bộ như Đồng Nai, sông Sài Gòn tại thành phố Hồ Chí Minh, sông Cần Thơ, sông Vàm Cỏ, cũng có các trị số BOD 5 và COD gần tương tự như các sông vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng. Các sông hồ ở thành phó Hồ Chí Minh như Kênh Đôi, kênh Tàu Hủ, kênh Nhiêu Lộc, Tân Hoá, Lò Gốm, Tham Luông đều bị ô nhiễm nghiêm trọng. ( nguồn: Bộ Xây dựng, Định hướng phát triển cấp nước đô thị đến năm 2020 ) II. Tổng quan về công nghệ xử lý nước mặt tại các nhà máy nước của Việt Nam: Tại Việt Nam, dây chuyền công nghệ sau đây được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước mặt: Nước nguồn Bể trộn hoá chất Bể phản ứng (keo tụ) Bể lắng Bể lọc nhanh Khử trùng Bể chứa nước sạch Đây là một quy trình xử lý truyền thống: Khá phù hợp với Việt Nam và nhiều nước đang phát triển khác. Trong đó, lắng là một khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ này. Chức năng của bể lắng là loại bỏ hầu hết cặn lơ lửng trong nước trước khi lọc và nói chung các loại bể lắng được sử dụng trên thế giới thì cũng được sử dụng ở Việt Nam, đó là: - Bể lắng ngang - Bể lắng đứng - Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng - Bể lắng Accelerator ( như tại Huế, Đà Nẵng, Đà Lạt, Cần Thơ, Long Xuyên) - Bể lắng Pulsator ( như trước đây tại Nha Trang, Cần Thơ, Buôn Ma Thuột và gần đây tại Nam Định ) - Bể lắng lớp mỏng (như trước đây tại Phan Thiết, Kon Tum, Khánh Hoà, và gần gần đây tại Hoà Bình, Lao Cai, Cao Bằng v.v). Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 7 II.1 Nhược điểm còn tồn tại của công nghệ truyền thống Trước đây các nhà máy xử lý nước ở miền Bắc thường sử dụng bể lắng ngang hay bể lắng đứng, bể lắng ngang sử dụng cho nhà máy có công suất lớn, ngoài ra có một số nơi sử dụng bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng kiểu hành lang, nhưng các bể lắng trong thường cho hiệu quả kém. Trong lúc đó ở miền Nam, ngoài lắng ngang và lắng đứng, các loại bể lắng Accelerator, Pulsator được sử dụng khá phổ biến. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng, bể Accelerator, Pulsator được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Trên thực tế, các bể lắng này có thể cho hiệu quả cao nếu hệ thống phân phối và hệ thống xả cặn được thiết kế, xây dựng ,vận hành đúng yêu cầu kỹ thuật và được cung cấp điện ổn định. Bể lắng Accelerator, Pulsator đòi hỏi phải tuân thủ những yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Tuy nhiên tại các nhà máy nước ở nước ta những điều kiện này thường không được đảm bảo đầy đủ cho nên các bể hoạt động với hiệu quả thấp. Có những nơi, nước ra khỏi bể lắng vẫn còn rất đục, gây ra những vấn đề khó khăn cho các bể lọc. Bể lắng lớp mỏng - đầu tư xây dựng đắt, tấm mỏng hay bị màng vi sinh, rêu mọc nên quản lý phức tạp. Đối với nguồn nước có hàm lượng cặn, độ đục lớn và dao động theo mùa, đòi hỏi kỹ năng quản lý vận hành và điều chỉnh liều lượng hóa chất cho vào nước phức tạp, do vậy hịêu quả keo tụ và lắng kém, dẫn đến chất lượng nước sau xử lý không ổn định và, làm cho khối bể lọc làm việc quá tải, chu kỳ lọc ngắn, chi phí rửa lọc tốn kém, .Việc giảm hàm lượng cặn sau lắng xuống dưới 10 mg/l là khó, trong khi đó với cặn lớn hơn 10 mg/l thì bể lọc luôn phải thường xuyên rửa lọc. Xả cặn là khâu quan trọng trong việc vận hành bể lắng. Tại các nhà máy nước cũ, việc xả cặn chủ yếu dựa theo nguyên tắc thuỷ lực. ở nhiều nhà máy kiểu xả cặn này chỉ có thể hoạt động tốt trong mùa khô, khi hàm lượng cặn thấp, nhưng vào mùa mưa lũ, hàm lượng cặn trong nước có khi lên đến hàng nghìn mg/l, khi đó cặn sẽ nhanh chóng đóng thành từng khối, cản trở hệ thống xả cặn thuỷ lực. Xả cặn bằng hệ thống cơ khí lại gây khó khăn về thiết bị và vận hành, bảo dưỡng chúng. Cuối cùng là vấn đề về yêu cầu chất lượng nước. Với công nghệ truyền thống: Keo tụ Lắng Lọc, chỉ có thể loại bỏ được phần lớn hàm lượng cặn vô cơ và một phần cặn hữu cơ. Trong nhiều trường hợp nước sau xử lý thường có mùi tanh đặc trưng của nước sông và chưa đảm bảo an toàn, nhất là về mặt ô nhiễm hữu cơ. Trong kỹ thuật xử lý nước, việc khử các tạp chất hữu cơ và keo còn dư trong nước có thể giải quyết được bằng việc cho nước qua bể lọc có vật liệu là than hoạt tính. Tuy nhiên việc xây dựng bể lọc than hoạt tính trong các công trình xử lý nước cấp cho các khu dân cư đô thị và nông thôn ở Việt Nam là chưa khả thi (do nguồn vốn đầu tư, chi phí vận hành .) Chính vì vậy, việc nghiên cứu và đề xuất công nghệ xử lý nước phù hợp với điều kiện tại Việt Nam để đảm bảo đồng thời yêu cầu về chất lượng nước và các yêu cầu khác ( kinh tế, quản lý vận hành v.v . ) là một vấn đề cấp bách. Hướng nghiên cứu của đề tài là sử dụng dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt có áp dụng công nghệ Tuyển nổi áp lực để loại bỏ hàm lượng cặn, độ đục, bao gồm cả cặn hữu cơ hòa tan và keo hữu cơ thường có trong nguồn nước mặt. Công nghệ Tuyển nổi áp lực còn cho phép nâng cao chất lượng nước nhờ loại bỏ mùi & vị, các vi sinh vật như trứng giun sán, tảo, động vật đơn bào v.v . Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 8 chương II: lý thuyết về phương pháp xử lý nước bằng công nghệ tuyển nổi áp lực I. Lý thuyết về phương pháp tuyển nổi trong xử lý nước I.1. Khái niệm và bản chất quá trình tuyển nổi Quá trình tuyển nổi trong xử lý nước được hiểu là quá trình mà các chất bẩn (có kích thước nhỏ) trong nước ở dạng lơ lửng hay keo có bề mặt kị nước dính kết vào các bọt khí mà cặn bẩn trong nước sẽ được nổi lên trên mặt nước tạo thành lớp bọt có nồng độ chất bẩn cao. Lớp bọt này được gạt bỏ và tách ra khỏi nước nhanh chóng. Thực chất của quá trình tuyển nổi là sự dính kết của chất bẩn với bề mặt phân chia giữa khí và nước. Sự dính kết diễn ra được là do có năng lượng tự do trên bề mặt đặc biệt gọi là hiện tượng tẩm ướt. Hiện tượng này xuất hiện ở những nơi tiếp xúc giữa ba pha lỏng khí và rắn, tức là xét theo chu vi tẩm ướt. Khi các bọt khí bám vào các hạt cặn trong nước làm cho tỷ trọng của tổ hợp cặn - khí giảm, lực đẩy nổi xuất hiện. Khi lực đảy nổi đủ lớn, hỗn hợp cặn khí sẽ nổi lên mặt nước và được gạt ra ngoài . Khi nguồn nước có nhiều cặn nhẹ (hữu cơ) khó lắng, dùng phương pháp tuyển nổi sẽ giảm được thời gian lắng và dung tích bể. I.2. Các phương pháp tuyển nổi: Yếu tố cơ bản của quá trình tuyển nổi là sự dính kết các phần tử chất bẩn nằm trong nước với các bọt khí. Quá trình này có thể được hình thành bằng hai cách: Do sự va chạm của các phần tử cặn- khí trong nước dẫn đến hình thành liên kết. Sự hình thành các bọt khí ngay trên bề mặt hạt cặn. Để xảy ra hai quá trình trên cần làm bão hòa khí vào trong nước. Một số phương pháp làm bão hòa nước như sau: Khuếch tán không khí vào nước bằng phương pháp cơ lọc (dùng cách khuấy, vật liệu tiếp xúc) Phương pháp hóa học: Tạo bọt khí nhờ phản ứng hóa học giữa chất hóa học và nước Phương pháp chân không: Tạo ra bọt khí bọt khí bằng cách giảm áp suất trong lòng chất lỏng. Phương pháp áp lực: Trộn khí vào nước dưới áp lực cao Khuếch tán không khí vào nước bằng cách cho dòng nước đi qua lớp vật liệu xốp. Phương pháp điện hóa: Tạo ra các bọt khí nhờ điện phân nước.v.v Dựa vào các loại phương pháp hình thành các bọt khí ở trên, có thể có các phương pháp tuyển nổi sau đây: Tuyển nổi cơ khí: Khi cách khuấy được đặt ở dưới đáy bể Tuyển nổi và quay với vận tốc lớn, cánh của nó tạo nên chân không. Do sự chênh áp suất, không khí được hút qua ống trung tâm gắn với stato và thông với không khí. Cánh quạt của cánh khuấy tạo nên từ dòng không những bọt khí nhỏ và phân chúng đều khắp bể, các bọt va chạm với chất bẩn và chúng nổi lên mặt nước. Nhược Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 9 điểm của phương pháp này là tốn nhiều năng lượng và dễ phá vỡ các hạt cặn. Do vậy ít được sử dụng trong xử lý nước cấp. Tuyển nổi bọt: Nước thải đưa vào bể từ trên xuống, qua lớp bọt đã được tạo thành trước nhờ sục khí vào bể. Nhược điểm là thiết bị công kềnh và công suất kém. Do vậy cũng ít được sử dụng trong xử lý nước cấp . Phương pháp tuyển nổi điện hóa: Dựa trên nguyên tắc tạo những bọt khí vô cùng nhỏ trên các điện cực khi điện phân nước. Hiệu suất quá trình tuyển nổi điện phụ thuộc cường độ dòng điện, pH, nồng độ các ion trong dung dịchkhí tạo thành chủ yếu là Hydro. Kích thước các bọt khí có bán kính từ 10-200 m, bề mặt của các bọt khí kích thước nhỏ có năng lượng bề mặt lớn, tạo điều kiện thủy động học tốt và cho phép đạt hiệu suất cao. Nhưng phương pháp này rất tốn năng lượng, thiết bị đắt tiền. Tuyển nổi với không khí nén: Khí nén dưới áp suất 3-5 Bar được đưa vào nước qua các thiết bị vòi phun đặc biệt. Các vòi này có các lỗ sâu nhỏ để tạo bọt khí có kích thước nhỏ hoặc có thể dùng một số loại xốp đặc biệt có thể cho không khí đi qua. Nhược điểm của phương pháp này là dễ bị tắc vòi phun và các thiết bị đắt tiền. Tuyển nổi áp lực: Phương pháp này dựa trên nguyên tắc bão hòa nước bằng không khí dưới áp suất cao, sau đó đột ngột hạ nhanh áp suất xuống bằng áp suất khí quyểnKhi đó trong nước xảy ra quá trình nhả khí và hình thành các bọt khí có kích thước rất nhỏ. Kích thước và số lượng các bọt khí phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh áp lực giữa nước bão hòa không khí và áp suất khí quyển. Theo nhiều nghiên cứu đã có, phương pháp này cho hiệu suất xử lý cao, thiết bị giản đơn, năng lượng tiêu thụ nhỏ hơn so với các phương pháp đã nêu ở trên. Chất lượng bọt khí tạo ra ổn định và có thể điều khiển dễ dàng, có thể áp dụng với nhiều loại nước có chất lượng khác nhau, đặc biệt tốt với nước chứa nhiếu cặn hữu cơ. Vì lí do trên nên trong xử lý nước cấp người ta thường sử dụng phương pháp tuyển nổi áp lực để xử lý nước cấp . II. Phương pháp tuyển nổi áp lực II.1. Nguyên lý chung So với các loại tuyển nổi chân không, cơ học, điện khí nén thì phương pháp tuyển nổi áp lực được ứng dụng rộng rãi hơn cả vì khả năng tạo bọt khí có kích thước rất nhỏ (20 -120 m, trung bình 40 m) và dễ dàng phân phối đều trong toàn bộ lượng nước cần xử lý. Trong tuyển nổi áp lực, nước được bơm vào bình áp lực và được bão hòa không khí. Không khí được đưa vào bằng máy nén hoặc bằng Ejector đặt ở ống đẩy của bơm ly tâm. Nước bơm vào có thể là nước thô (sơ đồ trực tiếp) hoặc nước sau xử lý (sơ đồ hoàn lưu). Từ bình áp lực nước đã bão hòa không khí chảy vào bể tuyển nổi qua một van giảm áp. Khi hạ đến áp suất khí quyển, khí hòa tan tách ra và thực hiện quá trình tuyển nổi. Khi tuyển nổi trực tiếp toàn bộ lượng nước thô chảy vào bình áp lực, ở sơ đồ hoàn lưu, 6 - 12% nước sau khi xử lý được đưa lại bình áp lực, phần còn lại đi thẳng vào bể tuyển nổi. Sơ đồ trực tiếp cho phép bão hòa không khí toàn bộ lượng nước thô, khi chảu vào bể tuyển nổi, các bọt khí tạo thành ngay bên cạnh các hạt cặn nên dễ tạo thành các hạt keo khí. Sơ đồ này đơn giản trong thiết kế vận hành nhưnh chi phí năng lượng lớn không thích hợp với nước thô có bông cặn keo tụ từ các Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 10 hạt cặn sẽ bị phá vỡ. Sơ đồ hoàn lưu được ứng dụng trong trường hợp nước đã cho hóa chất để keo tụ thành bông cặn, khi đó lượng nước phải bão hòa sẽ ít hơn sơ đồ trực tiếp. Lưu lượng khí tính theo lưu lượng cặn và được điều chỉnh theo lượng hoàn lưu. Trong sơ đồ này, dung tích Bể tuyển nổi sẽ lớn hơn. Để xử lý nước mặt, lượng nước hoàn lưu chiếm 6 -12%, ở áp suất 3 - 6 Bar. Dưới áp suất này, lưu lượng khí hòa tan chiếm gần 70% mức bão hòa. II.2. Các quá trình trong tuyển nổi áp lực: Quá trình tuyển nổi áp lực bao gồm các giai đoạn sau: +Cấp khí vào nước +Hòa tan không khí vào nước +Tạo bọt khí từ dung dịch bão hòa khí +Kết dính bọt khí +Bám dính cặn vào bọt khí +Tách cặn ra khỏi nước trong bể Tuyển nổi a) Quá trình cấp khí vào nước: Có thể thực hiện việc cấp khí vào nước bằng một trong ba cách sau: Cấp khí theo đường ống hút của bơm. Cấp khí theo đường ống đẩy áp của bơm. Dùng Ejector. b) Quá trình hòa tan khí vào nước: Cho không khí tiếp xúc với nước, tăng áp lực của môi trường, khí sẽ hòa tan vào nước thành dung dịch quá bão hòa khí, khi giảm áp lực nước của môi trường, bọt khí sẽ thoát ra từ dung dịch quá bão hòa và hiệu quả tuyển nổi phụ thuộc vào lượng khí hòa tan trong nước. Khi nhiệt độ không đổi, độ hòa tan của khí trong chất lỏng tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của khí theo Định luật Henry: C= K.P Trong đó : C - Độ hòa tan khí; K hằng số Henry, phụ thuộc nhiệt độ môi trường và chất lỏng. P - áp suất riêng phần của khí. Có nhiều cách để hòa trộn khí vào nước. Trên thực tế người ta thường dùng bình áp lực để hòa trộn khí vào nước. Có 2 vị trí đưa nước vào, phía trên hoặc phía dưới của bình. c) Sự hình thành bọt khí từ dung dịch quá bão hòa: - Theo định luật Henry, khi giảm áp hoặc tăng nhiệt độ, khí sẽ tách ra khỏi nước. Kích thước nhỏ nhất R min của bọt khí phụ thuộc vào lực căng bề mặt khí nước và độ giảm áp. nƯớC kHI' nƯớC + kHI' sƠ Đồ CấP KHI' THEO ĐƯờNG ốNG HúT CủA BƠM sƠ Đồ CấP KHI' THEO ĐƯờNG ốNG CO' áP CủA BƠM nƯớC + kHI' nƯớC sƠ Đồ DùNG eJECTOR nƯớC + kHI' nƯớC KHI' KHI' Hình 2.2Hình 2.1 Hình 2.3 [...]... bản chất quá trình tuyển nổi 8 I.2 Các phương pháp tuyển nổi: 8 II Phương pháp tuyển nổi áp lực 9 II.1 Nguyên lý chung 9 II.2 Các quá trình trong tuyển nổi áp lực: 10 II.3 Những ưu điểm của phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp: 11 II.4 áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trên thế giới: 11 Chương III: Nghiên cứu thục nghiệm xử lý nước bằng phương pháp Tuyển nổi áp lực 13 I Thiết kế, chế... giảm tối đa hàm lượng cặn lơ lửng trong nước) II.4 áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trên thế giới: Phương pháp tuyển nổi áp lực lần đầu tiên được phát hiện và đăng kí bản quyền bởi hai người Mỹ la PeterSon và Sreen năm 1924 Hai ông đã sử dụng phương pháp tuyển nổi áp lực cho xử lý nước thải từ nhà máy sản xuất giấy Lần đầu tiên phương pháp này được áp dụng cho xử lý nước cấp năm 1960 tại Thụy Điển... đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 22 www.tainguyennuoc.vn Báo cáo nghiên cứu khoa học Phụ lục Một số ảnh mô hình thí nghiệm: ảnh 1 : Mô hình thí nghiệm tại hiện trường số 78 Bạch Đằng ảnh 3 : Bọt khí trong bể tuyển nổi ảnh 2 : Bình áp lực tạo nước bão hòa khí ảnh 4 : Thí nghiệm Jar Test tại hiện trường đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp... vậy, việc áp dụng công nghệ tuyển nổi áp lực cho xử lý nước cấp sử dụng nước mặt là vấn đề hoàn toàn khả thi từ lý thuyết cho đến thực tế Việc nghiên cứu công nghệ này là một hướng tốt để ứng dụng vào điều kiện của Việt Nam nhằm góp phần nâng cao chất lượng nước cấp cho các đô thị ở nước ta Đây là một giải pháp xử lý nước rất có triển vọng đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp... về nguồn nước mặt: 4 I.1 Hệ thống sông suối: 4 I.2 Chất lượng nước sông suối: 4 I.3 Nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt hiện nay: 5 II Tổng quan về công nghệ xử lý nước mặt tại các nhà máy nước của Việt Nam: 6 II.1 Nhược điểm còn tồn tại của công nghệ truyền thống 7 Chương II: lý thuyết về phương pháp xử lý nước bằng công nghệ tuyển nổi áp lực 8 I Lý thuyết về phương pháp tuyển nổi trong xử lý nước 8 I.1... A Trọng lượng không khí hòa tan trong nước S - Trọng lượng cặn được tách ra khỏi nước Thường lấy trong giới hạn : Tải trọng bề mặt : 3 10m3/m2h Thời gian lưu nước trong bể 20 40 phút Lượng không khí tiêu thụ 15 50 l / m3 nước II.3 Những ưu điểm của phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp: Xử lý bằng phương pháp này tương đối nhanh, giảm thời gian xử lý và dẫn đến việc giảm kích thước... tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 19 www.tainguyennuoc.vn Báo cáo nghiên cứu khoa học Bảng 4.3 Hiệu suất xử lý các phương án thí nghiệm Hiệu suất xử lý (%) Jar Test Keo tụ - Lắng Keo tụ - Tuyển nổi Min 97.93 62.76 87.24 Max 99.35 72.26 92.26 Trung bình 98.64 67.51 89.75 Độ lệch chuẩn 1.01 6.72 3.55 Hình 4.4: Hiệu suất xử lý các phương án thí nghiệm Hiệu suất xử lý 100.00... thí nghiệm đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 13 www.tainguyennuoc.vn Báo cáo nghiên cứu khoa học a) Mô hình 1 4 1 C D E N A 2 i l 3 B o M NƯớC SAU Xử L? 5 6 K F G H Hình 3.1: Mô hình thí nghiệm thứ nhất 1 Bình cung cấp nước sạch cho bình áp lực l 2 Bình áp lực để bão hòa khí và nén dưới áp suất cao (D= 170 mm, H= 1000 mm) 3 Máy nén khí 4 Cột tuyển nổi (D = 200 mm, H... một trạm xử lý nước với các thông số áp suất, lưu lượng nước bão hòa, thời gian tuyển nổi thu được từ nghiên cứu trên đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 21 Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn Tài liệu tham khảo: 1) Bộ Xây dựng, Định hướng phát triển cấp nước đô thị đến năm 2020, NXB Xây dựng, 1998 2) Bộ Xây dựng, Nghiên cứu, quy hoạch hệ thống cấp nước đô... với công nghệ truyền đề tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 11 Báo cáo nghiên cứu khoa học www.tainguyennuoc.vn thống, mang lại chất lượng nước cao nên nó đã được phổ biến rộng rãi tại bán đảo Scandinavi, Vương quốc Anh và châu âu Gần đây phương pháp này được sử dụng rộng rãi cho xử lí nước cấp ở khu vực Bắc Mỹ Đặc biệt có hiệu quả khi xử lí nước có độ mầu cao, nhiều tảo . tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 2 Lời cảm ơn Phương pháp tuyển nổi áp lực cho xử lí nước cấp là một phương pháp còn. tài: áp dụng phương pháp tuyển nổi áp lực trong xử lý nước cấp 8 chương II: lý thuyết về phương pháp xử lý nước bằng công nghệ tuyển nổi áp lực I. Lý