TIỂU LUẬN Quá trình lọc (Filtration) và ứng dụng của quá trình lọc

Khái niệm - Lọc là quá trình tách các chất lắng lơ lửng ra khỏi môi trường khi hỗn hợp môi trường đó và chất rắn đi qua vật liệu lỗ lớp vật liệu lọc, chất rắn lơ lửng sẽ được giữ lại v

ĐẠI HỌC HUẾ

PHÂN HIỆU ĐẠI HỌC HUẾ TẠI QUẢNG TRỊ

LỚP: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K1

- -

BÀI TẬP GIỮA HỌC PHẦN

HP: QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG 1

ĐỀ TÀI:

QUÁ TRÌNH LỌC (Filtration) VÀ ỨNG DỤNG CỦA QUÁ TRÌNH LỌC

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Nhàn

Đông Hà, ngày 12 tháng 05 năm 2011

MỤC LỤC

I Quá trình lọc

1 Khái niệm

2 Lọc nước qua lớp vật liệu lọc

3 Lọc bụi trong không khí 3.1 Nguyên tắc

3.2 Thiết bị lọc bụi

II Quá trình lọc màng (membrane)

1 Khái niệm

2 Phân loại 2.1 Thẩm thấu ngược (RO) 2.2 Lọc nano (NF)

2.3 Siêu lọc (UF) 2.4 Vi lọc (MF) III Ứng dụng của quá trình lọc

1 Giới thiệu cánh đồng lọc

2 Lọc nước trong xử lý nước

IV Kết luận

I Quá trình lọc

1 Khái niệm

- Lọc là quá trình tách các chất lắng lơ lửng ra khỏi môi trường khi hỗn hợp môi trường đó và chất rắn đi qua vật liệu lỗ (lớp vật liệu lọc), chất rắn lơ lửng sẽ được giữ lại và môi trường sạch thoát ra tiếp tục chảy qua

- Đây là giai đoạn (công trình) cuối cùng để làm sạch môi trường

2 Lọc nước qua lớp vật liệu lọc

- Phạm vi áp dụng: áp dụng với hệ huyền phù khó lắng

- Lọc nước: Là quá trình tách huyền phù thành nước trong

và bã rắn (cho huyền phù chảy qua một vật ngăn xốp)

- Động lực: chênh lệch áp suất để khắc phục trở lực Trở lực do vật ngăn xốp và trở lực do bã rắn

- Vật liệu lọc (vật ngăn xốp) có nhiều loại:

Dạng hạt: phải biến trong môi trường: cát thạch anh,

sỏi,…

Dạng sợi: tơ,…

Dạng xốp: sứ xốp, thủy tinh xốp,…

Dạng lưới: tấm lưới kim loại

3 Lọc bụi trong không khí

3.1 Nguyên tắc

- Khí chứa bụi khi đi qua vách ngăn xốp thì khí đi qua các

lỗ nhỏ xốp còn bụi bị giữ lại trên vách ngăn

- Lựa chọn vật ngăn xốp cần dựa vào tính chất hóa học của khí, nhiệt độ của khí, kích thước hạt bụi

- Năng suất lọc: phụ thuộc vào tốc độ lọc (lượng khí đi qua một đơn vị bề mặt vách ngăn xốp trong một đơn vị thời gian)

3.2 Thiết bị lọc bụi

Phân loại vật ngăn xốp:

- Loại bằng vải: ống, túi,…

- Loại lớp vật liệu xốp: cát, đá thạch anh, sợi tơ nhân tạo, amiang, bông,…

- Loại sành sứ: dãy ống sứ xốp

II Quá trình lọc màng

1 Khái niệm

- Là rào chắn nhằm ngăn cách giữa các pha, hạn chế sự vận chuyển qua lại giữa các cơ chất một cách có chọn lọc Màng có thể là được cấu tạo thuần nhất hoặc tổng hợp, đối

xứng hoặc không đối xứng, mang điện dương hay âm, trung hòa điện tích hoặc mang cả hai điện tích trên

- Quá trình thực hiện nhờ đọng lực của quá trình đối lưu, quá trình khuếch tán phân tử, do nồng độ, nhiệt độ, ánh sáng,…

- Độ dày màng khoảng: 100 micromet đến vài milimet

- Gồm hai dòng:

Dòng thấm: phân chất lỏng qua màng

Dòng cô đặc: chứa những phân tử được giữ lại ở màng

- Ưu điểm:

Ôn hòa về mặt môi trường

Công nghệ sạch và dễ vận hành

Có thể thay thế quá trình hóa lý truyền thống, lọc chưng cất, trao đổi ion

Tạo ra sản phẩm có chất lượng cao

Thuận lợi cho việc thiết kế những hệ thống co độ linh hoạt cao

- Ứng dụng: khử khoáng, làm mềm nước, khử màu và chất hữu cơ hòa tan, các phân tử và nhiều mục đích khác…

2 Phân loại

* Theo kích thước mao quản

2.1 Thẩm thấu ngược (RO)

- Kích thước: 1-10 Ao

- Trọng lượng: 100-200 đvC

- Miền ion

- Thẩm thấu (Osmosis) là một quá trình tự nhiên, thẩm thấu ngược là quá trình hiệu quả nhất trong các quá trình lọc nước

- Ứng dụng: sản xuất nước tinh khiết, dung môi hữu cơ,…

- Giữa có màng thấm: một bên dung dịch có nồng độ thấp, một bên dung dịch có nồng độ cao, nước từ dung dịch

có nồng độ thấp thấm qua màng qua dung dịch có nồng độ cao làm tăng thể tích tạo nên một áp suất thẩm thấu p = 3,14

- Thẩm thấu ngược: dùng áp suất P > 3,14 thì nước từ dung dịch có nồng độ cao đi qua màng bán thấm vào dung dịch có nồng độ thấp

- Động lực: sự chênh lệch áp suất

* Một vài thông số về RO

- Vật liệu: xenlulo acetate; polime ít thơm

- Kích thước: 0,5-1,5mm

- Chênh lệch áp suất thủy lực: 2-10 Mpa

1Mpa = 10 atm

2.2 Lọc nano (Nano filtration, NF)

- Là một dạng lọc màng, không cho hiệu quả cao như lọc thẩm thấu ngược nhưng nó không tốn nhiều năng lượng và mao quản của nó lớn hơn mao quản của dạng lọc thẩm thấu ngược

- Màng film mỏng

- Lam bằng xenlulo acetate, polime ít thơm

- Chênh lệch áp suất khoảng 9,3 – 15,9 bar

Bar = atm

2.3 Siêu lọc (Utrafiltration, UF)

- Có khả năng loại trừ các vi khuẩn, protein, thuốc

nhuộm, các hạt có kích thước: 10-1000 Ao

- Một vài thông số:

Vi xốp bất đối xứng: 1 – 10 nm

Dạng polisulphone, polipropyline, PVC,…

Áp lực: 0,1 – 1,0 Mpa

2.4 Vi lọc (Microfiltration, MF)

- Có khả năng tách các phần tử có kích thước vài micromet ra khỏi dòng

- Tách lọc các phần tử có phân tử lớn: vi khuẩn, vi sinh vật, chất lơ lửng khá nhỏ,…

Dòng chảy ngang

Dòng chảy vuông gốc

- Vài thông số:

Vi lỗ xốp đối xứng có kích thước: 0,1 – 10 micromet Vật liệu: xenlulonitrat, xenlulo acetate

Chênh lệch áp suất: 10 – 500 kPa

III Ứng dụng của quá trình lọc

1 Giới thiệu cánh đồng lọc chậm

- Cánh đồng lọc chậm là hệ thống xử lý nước thải thông qua đất và hệ thống thực vật ở lưu lượng nước thải nạp cho

hệ thống khoảng vài cm/tuần

- Các cơ chế xử lý diễn ra khi nước thải di chuyển trong nước và thực vật, một phần nước thải có thể đi vào nước ngầm, một phần sử dụng bởi thực vật, một phần bốc hơi thông qua quá trình bốc hơi nước và hô hấp của thực vật Việc chảy tràn ra khỏi hệ thống được khống chế hoàn toàn nếu được thiết kế chính xác

- Lưu lượng nạp cho hệ thống biến thiên từ 1,5 – 10 cm/tuần tùy theo loại đất và thực vật Trong trường hợp cây trồng được sử dụng làm thực phẩm cho con người nên khử trùng nước thải trước khi đưa vào hệ thống hoặc ngừng tưới nước thải 1 tuần trước khi thu hoạch để dảm bảo an toàn cho sản phẩm

- Để thiết kế hệ thống này ta cần các công thức tính toán sau:

Lh + Pp = ET + W + R (1)

Trong đó:

Lh: Lưu lượng nước thải nạp cho hệ thống (cm/tuần) Pp: Lượng nước mưa (cm/tuần)

ET: Lượng hơi nước bay hơi do quá trình bốc hơi nước

và hô hấp của thực vật (cm/tuần)

W: Lượng nước thấm qua đất (cm/tuần)

R: Lượng nước chảy tràn (cm/tuần) ( = 0 nếu thiết kế chính xác)

I = [(P2 – P1)SD]/100

Trong đó:

I: Khả năng thấm lọc của đất (mm)

P2: Ẩm độ cuối cùng của đất, % trọng lượng

P1: Ẩm độ ban đầu của đất, % trọng lượng

S: Tỉ trọng của đất

D: Bề dày của lớp đất ẩm do tưới nước thải

Ví dụ: Ẩm độ của nước trước khi tưới nước thải là 19%,

khả năng thấm lọc của đất là 1000 m3/ha Tỉ trọng của đất

là 1,5 Bề dày của lớp đất ẩm do tưới nước thải là 90cm Lượng nước mất đi do bay hơi và hô hấp của thực vật là

250 mm/tháng Xác định chu kỳ tưới nước thải, ẩm độ của đất sau khi tưới nước thải?

Giải

Ta có: I = 1000 m3/ 10.000 m2 = 0,1 m = 100 mm

100 mm = [(P2 – 19) 1,35.900]/100 P2 = 27,3%

Chu kỳ tưới nước thải:

100 mm/ 250 mm/tháng = 12 ngày

- Như vậy ta có thể dùng 5 ngày cho tưới tiêu và 7 ngày đất nghỉ để quá trình phân hủy các chất rắn lơ lửng xảy ra hồi phục khả năng tưới tiêu của đất Ngoài ra trong quá trình tưới tiêu vào mùa mưa cũng nên tính đến lượng nước mưa tong tuần theo phương trình (1)

- Mực thủy cấp phải thấp hơn mặt đất 0,6 – 1 m để tránh vấn đề ô nhiễm nước ngầm Độ dốc của cánh đồng có trồng trọt không lớn hơn 20%, của cánh đồng không trồng trọt và sườn đồi không lớn hơn 40% Khả năng khử BOD5, SS và coliform trong khoảng 99% Nito bị hấp thu bởi thảm thực vật và nếu các thực vật này được thu hoạch và chuyến đi nơi khác thì hiệu suất có thể đạt đến 90%

2 Lọc nước trong xử lý nước

2.1 Khái niệm

- Lọc nước là quá trình tách các chất rắn lơ lửng ra khỏi nước khi hỗn hợp nước và chất rắn lơ lửng đi qua lớp vật liệu lỗ (lớp vật liệu lọc), chất rắn lơ lửng sẽ được giữ lại và nước tiếp tục chảy qua

- Đây là giai đoạn cuối cùng để làm trong nước

2.2 Phân loại bể lọc

- Theo tốc độ lọc:

Bể lọc chậm: vận tốc lọc: 0,1 – 0,5 m/h

Bể lọc nhanh: vận tốc lọc: 5 – 15 m/h

Bể lọc cao tốc: vận tốc lọc: 36 – 100 m/h

- Theo chế độ làm việc:

Bể lọc trọng lực: hở, không áp,…

Bể lộc có áp lực: lọc kín

- Ngoài ra còn chia theo nhiều cách khác nhau theo chiều dòng chảy, lớp vật liệu lọc, theo cỡ hạt vật liệu lọc, cấu tạo hạt vật liệu lọc,…

2.3 Vật liệu lọc

- Dạng: Cát thạch anh nghiền, than antraxit (than gầy), sỏi, đá, polime,…

- Chỉ tiêu xác định vật liệu lọc:

Độ bền cơ học

Độ bền hóa học: tránh tính xâm thực

Kích thước hạt

Hình dạng hạt

Hệ số không đồng nhất: K = d80/d10 (trong đó: d80, d10: kích thước cỡ hạt sàng để lọt qua 80%, 10% tổng số hạt)

2.4 Các loại bể lọc- bể lọc chậm

- Nguyên tắc: Nước đi từ máng phân phối đi vào bể, qua lọc (nhỏ hơn 0.1 – 0.5 m/h) Lớp cát lọc trên lớp sỏi đỡ, dưới lớp sỏi là hệ thống thu nước đã lọc

- Lớp cát lọc: thạch anh có chiều dày phụ thuộc vào cỡ hạt

Có 6 lớp:

Chiều cao lớp vật

liệu lọc (mm)

Tên vật liệu lọc Kích thước vật

liệu lọc (mm)

800 Cát thạch anh 0.3 – 1

50 Cát thạch anh 1 – 2

100 Sỏi hoặc đá dăm 2 – 5

100 Sỏi hoặc đá dăm 5 – 10

100 Sỏi hoặc đá dăm 10 – 20

100 Sỏi hoặc đá dăm 20 - 40

- Lớp nước trên lớp cát: 1.5 m

- Bể lọc chậm sử dụng với công suất nhỏ hơn hoặc bằng 1000m3/ngày đêm SS nhỏ hơn hoặc bằng 50 mg/l

- Bể lọc chậm có hình vuông

2.5 Bể lọc nhanh

- Bể lọc phải tính theo hai chế độ làm việc, chế độ bình thường và tăng cường

- Tốc độ lọc phụ thuộc vào đường kính hạt

Bể lọc 1 lớp lọc: cát thạch anh

dtđ Hệ số

không

Hlọc vtb Vtc (m/h)

đồng nhất

K 0.7 – 0.8

0.8 – 1.0

1.0 – 1.2

2 – 2.2 1.8 – 2 1.5 – 1.7

700 – 800

1200 –

1300

1800 -

2000

5.5 – 6 7.0 – 8

8 - 10

6 – 7.5

8 – 10

10 - 12

Bể lọc cát hai lớp: cát thạch anh và antraxit

dtđ Hệ số

không đồng nhất

K

hlọc vtb Vtc (m/h)

7.0 – 8.0 2 – 2.2 700 - 800 8 - 10 10 - 12 1.0 – 1.2 2 – 2.2 400 - 500

2.6 Bể lọc áp lực

- Mục đích:

Lọc áp lực thích hợp cho lọc sơ bộ nước sông và lọc nước ngầm cấp cho công nghiệp

Lọc áp lực cũng rất phù hợp cho lọc nước tuần hoàn bể bơi

Bể lọc áp lực được sử dụng cuối dây chuyền xử lý nước thải

- Cấu tạo

Bể lọc áp lực là một loại bể lọc khép kín, thường được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng và hình trụ ngang

- Nguyên tắc hoạt động:

Nước đưa vào bể qua một phễu bố trí ở đỉnh bể, qua lớp cát lọc, lớp đỡ vào hệ thống thu nước trong đi vào đáy bể

và vào nguồn tiếp nhận

Khi rửa bể, nước từ đường ống áp lực chảy ngược từ dưới lên trên qua lớp cát lọc và vào phễu thu, chảy theo ống thoát nước rửa xuống ống thu nước rửa lọc

Một số sơ đồ xử lý nước bằng phương pháp lọc:

Thiết bị xử lý nước sau tinh lọc, lọc RO – để đóng

chai, bình

Mô hình hệ thống xử lý nước thải tinh bột mì

2.7 Giới thiệu phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng

hệ thống Johkasou

- Giới thiệu: Johkasou là hệ thống xử lý chất thải và

nước sinh hoạt đạt được những chỉ tiêu tiên tiến, đáp ứng những yêu cầu khắt khe nhất về bảo vệ môi trường hiện nay của các nước phát triển

- Cấu tạo và chức năng hoạt động:

JKS cải tiến gồm có 5 ngăn (bể) chính:

Ngăn thứ nhất (bể lọc kỵ khí): Tiếp nhận nguồn nước thải, sàng lọc các vật liệu rắn, kích thước lớn (giấy vệ sinh, tóc, ), đất, cát có trong nước thải;

Ngăn thứ hai (bể lọc kỵ khí):trừ các chất rắn lơ lửng bằng quá trình vật lý và sinh học

Ngăn thứ ba (bể lọc màng sinh học): loại trừ BOD, loại trừ Nitơ, Phốtpho bằng phương pháp màng sinh học

Ngăn thứ tư: Bể trữ nước đã xử lý

Ngăn thứ năm(bể khử trùng):diệt một số vi khuẩn bằng Clo khô,thải nước xử lý ra ngoài

Chất lượng xử lý nước thải được quyết định ở ngăn thứ

ba phụ thuộc vào chất

liệu màng sinh học được sử dụng Chất lượng màng sinh học càng cao thì hiệu quả xử lý và gía thành JKS càng cao

Kỹ thuật màng lọc cao cho phép xử lý gần như tri?t để các thành phần nước thải như BOD 2,3mg/l, N 8mg/l, tổng chất rắn lơ lửng TSS < 5mg/l, tổng khuẩn Ecoli < 100 tế bào/l Tuy nhiên việc sử dụng màng sinh học dễ dẫn đến tắc màng lọc và hệ thống này cần phải súc rửa 3 tháng một lần Trong trường hợp này nước thải có thể được tái sử dụng

Hệ thống Johkasou có thể áp dụng từng bước thay thế các hệ thống bể phốt hiện nay ở nước ta, trước hết là tại các chung cư cao tầng, các khách sạn, khu du lịch sinh thái, các biệt thự và nhà nghỉ nhằm mang lại cho mọi người được hưởng một bầu không khí trong lành, góp phần bảo vệ tính bền vững cho môi trường thiên nhiên trong khu vực và của

cả cộng đồng

Hiện ở Việt Nam đã có công trình ứng dụng hệ thống Johkasou là nhà No6 khu đô thị mới Dịch Vọng do Công ty

Cổ phần phát triển đô thị Từ Liêm làm chủ đầu tư Với thể tích 3,6 mét khối, công suất xử lý 2m3/ngày đêm phù hợp cho 10-15 người sinh hoạt được đặt tại tầng 1 Đó là kết quả của sự hợp tác giữa Johkasou và Công ty TNHH Xây

dựng và Thương mại Hà Nội (Hactra.Co., Ltd.) cùng công

ty Môi trường Xanh và Xanh

IV Kết luận

Lọc là một trong những phương pháp cần thiết của bất kỳ một quá trình xử lý môi trường nào, đặc biệt là môi trường nước – môi trường đóng vai trò quan trọng cho con người

và mọi sự sống Tùy vào hoàn cảnh và điều kiện khách quan mà chúng ta có thể áp dụng các hệ thống lọc với tính năng và quy mô khác nhau để đảm bảo chất lượng môi trường sau khi xử lý có lợi cho con người và sự sống