tính toán thiết bị lọc ép bùn bằng công suất 200kg/h

trình bày về tính toán thiết bị lọc ép bùn bằng công suất 200kg/h

Bùn thải nói chung bao gồm các chất vô cơ, hữu cơ thông thường và các chất nguy hại Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý bùn đã và đang được áp dụng bằng các phương pháp vật lý, hoá học và sinh học nhằm tách nước chuyển hoá bùn thành các dạng không độc hại hoặc tiêu huỷ lượng bùn phát sinh Công nghệ xử lý bùn nói chung là quá trình phức tạp, phụ thuộc vào các thành phần của bùn và phương pháp xử lý Một trong các phương pháp xử lý để làm đặc bùn

là phương pháp lọc ép băng tải, đây cũng là vấn đề giao trong nhiệm vụ thiết kế

tốt nghiệp của em Đề tài cụ thể là : “Tính toán thiết kế thiết bị lọc ép bùn

băng tải công suất 200kg/h” Tổng quan các tài liệu về công nghệ và tính toán

thiết kế hệ thống lọc ép bùn băng tải

Nội dung luận văn tốt nghiệp gồm:

Chương I: Tổng quan về bùn và quá trình xử lý bùn thải;

Chương II: Cơ sở thiết kế máy lọc ép băng tải;

Chương III: Xác định các thông số đặc trưng của máy lọc ép bùn băng tải Chương IV: Thiết kế hệ thống lọc ép băng tải

Công nghệ xử lý bùn nói chung, lọc ép bùn băng tải nói riêng có thể nói rất phong phú và phức tạp Hệ thống thiết bị được thiết kế phụ thuộc rất nhiều về tính chất đặc trưng của loại bùn và loại thiết bị xử lý Không thể tính toán, thiết

kế hoàn chỉnh được hệ thống với mục tiêu tối ưu về kinh tế, kỹ thuật, môi trường khi ta chưa có được số liệu nghiên cứu thực nghiệm Do đó chắc chắn thiết kế ban đầu này còn có những yếu tố chưa được tính toán hoàn thiện do thời gian có hạn Song qua luận văn này, em hy vọng sẽ nhận được sự góp ý chỉ dẫn của các chuyên gia để có thể thực hiện tốt hơn trong việc giải quyết các vấn đề thực tế trong tương lai

CHƯƠNG I TổNG QUAN Về BùN THảI vμ quá trình xử lý bùn

thải I.1 KHáI NIệM CHUNG Về BùN THảI

I.1.1 Khái niệm bùn thải

Bùn là tập hợp các hạt lơ lửng của các chất vô cơ, hữu cơ thông thường và các chất nguy hại

Như vậy, bùn thải có thể được phát sinh từ nguồn phế thải công nghiệp, nông nghiệp hoặc từ các trạm xử lý nước thải.Chính vì vậy, thành phần vô cơ, hữu cơ trong bùn rất phức tạp

Bùn thải có thể là tác nhân trực tiếp gây ô nhiễm tức thời cũng như lâu dài tới môi trường Mặt khác bùn thải nếu không quản lý tốt thì có thể gây ô nhiễm tới nguồn nước, phát sinh dịch bệnh ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khoẻ cộng

đồng Do đó xử lý bùn thải là nhiệm vụ không thể thiếu được trong xử lý nước

I.1.2 Phân loại bùn thải

Đặc tính phân loại bùn là cơ sở để chon phương pháp xử lý, chính nó cũng cho sự dự đoán mức độ tối ưu của các thiết bị sử dụng

Phụ lục 1 cho biết sự phân loại bùn khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc và

thành phần của chúng Thành phần này cũng đồng thời phụ thuộc vào bản chất ô nhiễm ban đầu của nước và phương pháp làm sạch: vật lý, hóa lý, sinh học

™

I.1.3 Các yếu tố đặc trưng bản chất của bùn

™ Tổng lượng chất rắn (TS – Total Solids): Được tính băng g/l hoặc % trọng lượng và xác định được bằng cách sấy bùn ở 105 0C cho tới khi trọng lượng không đổi Đối với bùn lỏng nói chung nó gần với hàm lượng của huyền phù được xác định bởi bộ lọc hoặc bộ lọc trung tâm

™ Hàm lượng các chất bay hơi (VS – Volatile Solids) được tính bằng % trọng lượng TS Nó được xác định bằng cách hoá khí trong lò từ 550 – 600

0C

Đối với bùn hữu cơ ưa nước, nó thường gắn với hàm lượng chất hữu cơ và có

đặc tính của hàm lượng các chất chứa nitơ

™ Thành phần cơ bản đặc biệt của bùn hữu cơ

- C và H để đánh giá độ ổn định hoặc tính toán khả năng tạo nhiệt nội bộ;

- N và P để đánh giá chất lượng của bùn nông nghiệp;

- Các thành phần khác ( kim loại nặng) Đối với bùn vô cơ thường sử dụng hàm lượng Fe, Mg, Al, Cr, muối canxi (cacbonat và sunfat) silic

- COD, BOD5, pH, các chất hoà tan

I.2 CáC QUá TRìNH Xử Lý BùN THảI

Tất cả bùn cần được xử lý trước khi thải ra môi trường, tuy nhiên cũng có thể sử dụng lại Điều đó phụ thuộc vào sự phân loại bùn cũng như bản chất của bùn đã nêu ở trên

Xử lý bùn phải đáp ứng được hai mục tiêu sau:

™ Giảm thể tích bùn bằng cô đặc, khử nước bằng sấy khô tự nhiên, tách bằng cơ học hoặc khử nước bằng sấy nóng hay thiêu đốt

™ Giảm khả năng lên men hay phân huỷ bùn gây ô nhiễm môi trường bằng phân huỷ do các vi khuẩn kỵ khí, ổn định vi sinh vật hiếu khí, ổn định hoá học, sấy khô, khử trùng và thiêu đốt trong giai đoạn cuối cùng

Phần lớn bùn hữu cơ hay vô cơ ưa nước cần được xử lý sơ bộ là điều hoà phù hợp để cho phép làm việc ở các thiết bị cơ khí khử nước khác nhau Mức độ khử nước trước hết phụ thuộc vào loại bùn cần xử lý, nhưng cũng phụ thuộc vào phương pháp điều hoà phù hợp cũng như thiết bị sử dụng Bùn đã khử nước có thể tiếp tục được xử lý tiếp bằng các cách khác như:

- Cải thiện cấu trúc và giảm tỷ lệ hyđrat của cặn bằng cách thêm vào các chất khác (chẳng hạn như vôi hay mùn cưa, phoi bào trong phương pháp ủ phân)

- Sấy khô bằng phương pháp nhiệt để có thể thải bỏ được

- Cuối cùng là thiêu đốt trong các lò phù hợp với việc tiêu thụ năng lượng một cách nhỏ nhất Có thể tận dụng nhiệt của các lò đốt này vào những mục đích khác

I.2.1 Điều hoà tách nước khỏi bùn

Để có thể lợi dụng các thiết bị khử nước khác nhau, cần phải kết bông bùn

để làm mất tính ổn định của chất keo, tăng một cách nhân tạo kích thước các hạt

Điều hoà bằng các phương pháp vật lý(chủ yếu là nhiệt), hoặc các phương pháp hoá học (thêm chất phản ứng vô cơ hay Pôlyme tổng hợp) Trong các phương pháp khác nhau thì điều hoà bằng nhiệt có hiệu quả nhất để giảm tính hút nước của bùn Kết bông hoá học, cần phải dùng các chất điện phân vô cơ (muối kim

loại và đặc biệt là vôi) cũng làm giảm tỷ lệ nước liên kết, nhưng ở mức độ nhỏ

Sử dụng chất đa điện li không giảm được tỷ lệ nước liên kết mà đôi khi còn làm tăng Điều hoà bùn phù hợp hay không sẽ làm ảnh hưởng đến độ mất nước của bùn, và điều hoà làm cơ sở để hoạt động của các thiết bị khử nước của bùn sau

đó

I.2.2 Khử nước của bùn bằng lọc

Làm khô bùn bằng lọc là phương pháp khử nước được dùng nhiều nhất trong

xử lý bùn từ các trạm xử lý nước thải Có thể lọc trên lớp cát hoặc trên bộ lọc “cơ khí”, trong chân không, dưới áp suất lớn Dưới đây là một số phương pháp khử nước của bùn bằng lọc:

- Năng lượng tiêu thụ lớn hơn nhiều so với các loại lọc ép băng tải

- Không nhìn thấy bùn trong quá trình xử lý và cần 1 nhân lực có chuyên môn hơi cao một chút để hiểu được nguyên nhân hiệu suất tách kém

- Chi phí bảo dưỡng đáng kể

- ứng suất cơ lớn do tốc độ quay trực vít lớn Sau mỗi lần tác dụng lên một trong hai bộ phận, cần phải cân băng lại

- Tương đối nhạy với sự thay đổi đột ngột chất lượng và nồng độ của bùn

I.2.4 Sấy khô _thiêu đốt

Sấy khô là phương pháp dùng nhiệt để tách nước khỏi bùn do sự bay hơi

của nước Có thể sấy khô từng phần hoặc toàn bộ

Thiêu đốt không những dẫn đến loại bỏ toàn bộ nước trong bùn mà còn

đốt cháy các chất hữu cơ có trong bùn Đó là phương pháp thu được chất thải có khối lượng nhỏ nhất

I.3 CáC THIếT Bị LọC éP BùN BĂNG TảI

Kích thước các cục đông tụ nhận được bằng điều hoà với chất đa điện li cho khả năng phát triển các thiết bị khử nước đặc biệt, thích hợp với xử lý bùn

thải: các bộ lọc ép băng tải Chúng được dùng phổ biến vì nhiều lẽ:

- Khả năng khai thác dễ dàng và kiểm tra một cách rõ ràng bùn trong quá

trình khử nước;

- Giá thành khai thác nhỏ và vốn đầu tư ít

- Làm việc và rửa bằng lọc liên tục;

- Bộ phận đơn giản;

- Nói chung không cần thiết thêm chất vô cơ (ví dụ đôi khi mùn cưa hay tro

đối với một số bùn chưa hợp);

- Bùn tạo ra có độ khô dễ vận chuyển được

Bộ lọc này cho phép tối ưu vốn đầu tư tuỳ thuộc vào khả năng khử nước của bùn, chi phí ít năng lượng:

Lọc ép băng tải : 10-25 kWh/t các chất huyền phù

Lọc ép cũ : 20-40 kWh/t các chất huyền phù Lọc li tâm : 30-60 kWh/t các chất huyền phù Lọc chân không : 50-150 kWh/t các chất huyền phù

I.3.1 Nguyên tắc lọc

Quá trình lọc bao gồm các bước sau đây:

- Kết bông đối với các chất đa điện li trong máy kết bông có thời gian tiếp xúc ngắn hay đôi khi trong ống dẫn;

- Tháo bùn đã kết bông: tháo nước giải phóng qua các khe hở trên mặt lọc

Điều đó làm đặc nhanh chóng bùn để thu được hiệu quả cao hơn, bùn dư tháo nước được làm đặc hơn;

- Nén bùn đã tiêu nước: bùn này có độ nén đủ lớn được hãm giữa hai lớp vải lọc tạo lên một góc lượn và ép dần Các lớp bùn tạo thành chạy liên tục quanh tang quay khoan lỗ và sau đó là cực ròng rọc có hình răng cá sấu tiếp tục hành trình tuỳ theo loại thiết bị

Hiệu quả khử nước phụ thuộc vào áp suất hiệu dụng Pe đặt vào lớp bùn trên mặt băng, cũng như thời gian ép Một cách đơn giản, áp suất bề mặt Pe có dạng:

LD

T k

Trong đó: T - Lực căng vải lọc;

L - Bề rộng vải lọc;

D - Đường kính tang quay

Pe thu được bằng sức căng băng tải lọc quanh tang Nó rất nhỏ (0,3-1 bar), do

độ bền cơ học của băng tải và tang quay Pe càng lớn thì đường kính tang càng

nhỏ Thời gian ép phụ thuộc diện tích tác dụng ép vào tang quay (Hình I.1) và

tốc độ tở của băng Nước tách rất dễ do ứng suất của bùn khi chuyển qua tang quay và có thể thay đổi từ một phía sau đó là phía của “thảm bùn”

21

R1

P2>P1R2<R1

Hình I.1 Bộ lọc ép băng tải, bề mặt tác dụng của máy ép

1 áp lực P1

2 Lực căng T của băng lọc

ở các bộ lọc ép bùn băng tải, máy ép làm việc trong một khoang hở, lớp bùn nạp kín các phía, dưới áp suất giúp cho việc truyền tải bùn về phía trước Nếu áp suất quá lớn thì độ cô kết của thảm bùn bị phá huỷ, bùn nhão phun ra bên cạnh ngoài khe hở lọc

áp suất gây rão bùn đương nhiên phụ thuộc vào cấu trúc vật lí của bùn được tiêu nước Độ khô thu được trên bộ lọc ép băng tải lớn hơn so với bộ lọc có buồng kín

Có hai khả năng cải thiện nhược điểm này :

- Tăng số tang quấn và giảm đường kính của tang quay ở cuối chu trình lọc (trong phạm vi giới hạn của sức bền cơ học);

- Dùng hệ thống ép ngoài độc lập với sức căng của băng tải

Tuy nhiên các thiết bị bổ sung chỉ có thể dùng cho bùn có độ dính kết lớn, ví

dụ có sợi Thực vậy, bùn có nhiều keo không bền với lực nén bổ sung hoặc chỉ cho một tỉ lệ làm khô nhỏ

Các bộ lọc ép băng tải cũ cho phép nhận các kết quả tốt đối với đa số bùn hữu cơ hay hyđrôxit, vì nồng độ khô thu được đã gần tới độ khô giới hạn

I.3.2 Một số thiết bị lọc ép bùn băng tải

Tuỳ theo mục đích sử dụng và số lượng bùn khử nước, người ta chế tạo sẵn nhiều thiết bị lọc ép khác nhau

I.3.2.1 Thiết bị lọc ép ST

Thiết bị này cho phép nhận được kết quả tối ưu đối với phần lớn các loại bùn

Do vậy nó được dùng nhiều nhất

- Bùn được đưa cùng với chất kết bông vào một bộ trộn (1) có trang bị máy khuấy Bùn đã kết bông đổ vào băng tải (2) trong vùng tháo nước (3) Bùn được phân bố đồng đều trên tất cả bề rộng của băng tải bằng một băng cao su trung gian ngăn việc tháo nước quá nhanh và thuận lợi cho việc tải bùn lỏng ở vùng tháo nước, thảm bùn được xới lên và phân chia thành lớp đều và đồng nhất bằng con lăn (5) gọi là con lăn điều tiết Nó cho phép:

- Đưa vào vùng nén thảm bùn điều chỉnh được (bề dày thay đổi trong phạm

vi từ 10 đến 40 mm tuỳ theo vị trí định trước của người điều khiển);

- Đặc biệt thực hiện làm rắn sơ bộ để hạn chế sự rão ở đầu quá trình nén Bùn tiếp tục được đưa vào giữa 2 lớp băng tải trên (2) và dưới (6) và chịu một sức nén bình thường quanh tang quay có đường kính lớn hơn (7) Cả hai lớp băng tải được kéo liên tục qua các con lăn dẫn động (8) có đường kính giảm dần cho phép tăng áp suất nén bùn Số con lăn được chọn sao cho quá trình khử nước hầu như kết thúc trước khi tác động vào con lăn cuối cùng ở cửa ra cả hai lớp băng tải được tách ra sau khi chuyển qua tang kéo (9) và các thảm bùn được gỡ ra

bằng tấm gạt (10) để tháo gỡ bằng bơm tải hay bơm đẩy Định tâm tự động của mỗi băng tải được bảo đảm bằng một con lăn để dịch chuyển góc, điều khiển bằng khí ép (11) Cả hai băng tải được rửa liên tục trong khoang kín (12) nhờ có vòi phun bụi nước dưới áp suất (4-6 bar)

Hình I.2 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị lọc ép ST

1 Bộ trộn; 2 Băng tải dưới; 3 Vùng tháo nước; 4 Răng băm; 5 Con lăn điều

tiết

6 Băng tải phía trên; 7 Tang trống khoan lỗ; 8 Con lăn dãn động; 9 Tang dẫn

động; 10 Tấm gạt bùn; 11 Con lăn định tâm; 12 Khoang rửa; 13 Kích khí nén Việc điều chỉnh đơn giản có thể thích hợp cho sự làm việc của hệ lọc với các

đặc tính của bùn:

- Sức căng băng tải do kích thích khí nén (13) điều chỉnh được áp suất;

- Tốc độ kéo băng tải điều chỉnh được từ 1 đến 4 m/phút;

- Năng lượng kết bông có thể đáp ứng bằng cách điều chỉnh tốc độ bộ khuấy của bể kết bông;

- Điều chỉnh chiều cao của thảm bùn ở cửa vào của máy ép

Giá đỡ của thiết bị lọc ép bùn băng tải được nghiên cứu sao cho có thể:

- Nhìn rõ ràng vùng tiêu nước;

- Dễ dàng đạt tới các bộ phận cơ khí Bề rộng của băng có thể từ 1,2 đến 3

m chiếm một phạm vi lớn trong việc định kích thước phân xưởng xử lý bùn

10

6

7

8 10 13

13 2

Thiết bị (rộng 1 m) là một thiết bị ST đơn giản cho phép giảm vốn đầu tư

Nó gồm nhiều con lăn thu hẹp Khi bộ lọc được dùng cho các bùn keo có tính sấy khô giới hạn nhỏ (ví dụ bùn sục khí lâu), giảm thời gian ép chỉ có ảnh hưởng nhử đến độ khô của thảm bùn (ít hơn từ 1 đến 3 điểm so với thiết bị lọc ép ST) Tuy nhiên, lưu lượng của bộ lọc này thường giảm đi chút ít Chất lượng chế tạo

Thiết bị này đáp ứng cho bùn có hệ số nén nhỏ và có độ khô tới hạn (trong công nghiệp mỏ, hoá chất, công nghiệp giấy) Nó có thể dùng các bùn khác (ví dụ bùn đô thị có xu hướng tạo sợi) Để tăng năng suất lọc và gần với độ khô tới hạn Ngược lại hệ số làm khô với bùn sinh học rất nhỏ

Polyme

Bó Bựn

Hình I.4 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị lọc ép HD

Thiết bị lọc ép HD (hình I.4) khác với thiết bị ST bởi:

môđun cản ép phẳng bằng tang quay đối diện

Môđun cản của thiết bị lọc ép HD gồm có 3 con lăn đè vào hai tang quay

có đường kính lớn (hình I.5) Bánh bùn, đã khử nước chịu thêm một lực nén bổ

sung do chuyển qua các con lăn đặt thêm một lực nén bề dày chuyển qua các con

lăn đặt đối diện nhau nên bề mặt của nó nhỏ hơn so với trước (hình I.6) Nước

thoát ra thay đổi về hai phía của bánh bùn áp suất đặt lên con lăn cán thực hiện bằng bong bóng khí trung gian Nó rất dễ biến đổi tuỳ thuộc vào độ bền thảm bùn Môđun cán chỉ dùng cho các loại bùn có khả năng chịu lực nén bổ sung

I.3.2.4 Sử Hiệu quả của thiết bị lọc ép SUPERPRESSDEG

Đối với hệ thống này, không có một mối quan hệ toán học nào xác định năng suất của thiết bị lọc Định kích thước thường dùng thực nghiệm thu được trên bùn tương tự được hoàn thiện bằng một số phép thử đơn giản trong phòng thí nghiệm để biết được: tốc độ tháo nước, độ khô sau khi thoát nước, độ bền bùn nhão, độ khô sau khi ép Các phép thử ở phân xưởng mẫu công nghiệp làm chính xác hơn những tính toán lý thuyết

Năng suất của thiết bị lọc ép bùn băng tải được cho bằng số kg chất làm khô lấy ra cho 1m chiều rộng băng trong thời gian 1h Trong thực tế người ta dùng khái niệm lưu lượng cấp m3/m rộng của băng trong 1h

Phụ lục 2 cho biết độ lớn khác nhau của hiệu quả (lưu lượng, nhất là độ

khô) của một số loại bùn chính

I.3.2.5 Sử dụng thiết bị lọc ép SUPERPRESSDEG

Thiết bị điều hòa phù hợp (phun pôlyme vào ống dẫn) rất đơn giản Việc

đặt thiết bị cần một công trình có diện tích nhỏ, chỉ có một độ cao Để dễ dàng khai thác và bảo quản, có trang bị chụp hút bao trùm tất cả phần trên của thiết bị SUPERPRESSDEG có thể là nhóm các chụp hút luôn chuyển động phía dưới thiết bị

™ Khai thác:

Duy trì một gờ bùn phía trước trục lăn điều tiểt (hình I.7), cho phép nhận

được một lượng nước lọc cực đại do bùn được nghiền nát

Bộ lọc làm việc không làm rão bùn ở hai mép, để làm được điều này, ta cho tác

động một liều lượng chất đa điện li lên bề mặt bánh bùn vào ép, hay sức căng và tốc độ của băng tải lọc

Tỉ lệ thu hồi lớn nhất khi bánh bùn tự ra khỏi băng tải Với bộ lọc ép băng tải luôn phải tìm ra một sự trung hoà giữa độ khô và lưu lượng khối

Hình I.7 Sơ đồ nguyên lí của SUPERPRESSDEG với lưới DEG

- Để tìm một lượng cực đại, cần phải tăng sức kéo căng vải lọc, làm tăng

bề dày của thảm bùn đưa vào ép (tác động dễ dàng lên con lăn điều tiết) và có thể tăng liều lượng pôlyme và làm giảm sức căng của băng tải lọc

- Để tìm độ khô cực đại, cần phải giảm tốc độ của vải lọc trong giới hạn cho phép, tăng áp suất trong bong bóng khí làm căng vải lọc

I.3.3 Bộ lọc ép băng tải cho các trạm lọc nhỏ

Các trạm nhỏ xử lý bùn sinh học khó (sục khí lâu, nhà máy sữa, xưởng nhuộm) các bộ lọc đơn giản với vốn đầu tư nhỏ cho phép thu được bùn có độ khô nhỏ, nhưng có thể xúc được

Bựn

5 3

2

Hình I.8 Sơ đồ nguyên lý của GD-PRESS

Dung lượng các chất huyền phù từ 70 đến 120 kg/h (nén 1m rộng) đối với bùn có hàm lượng 10-20 g/l và 30-60 kg/h đối với bùn 5-10 g/l lấy trực tiếp

từ bể ngoài trời Độ khô (10-40%) nhỏ hơn 3-5 điểm so với bộ lọc dải hoàn hảo hơn

Để rải phân lỏng trong nông nghiệp, GD-PRESS có thể biến đổi một cách dễ dàng trên bàn tiêu nước cấp bùn cô đặc chứa 5-7% các chất huyền phù

I.3.3.2 T-DEG (hình I.9)

Đó là một thiết bị lọc ép băng tải nhỏ nằm ngang: bùn đã kết bông (1)

được tràn xuống vải lọc (2) Bờ cao (3) làm tăng sự tiêu nước Cô đặc sơ bộ được thực hiện bằng trục lăn (4) chỉ cho qua các thảm bùn dầy từ 2-3cm Làm rắn kết thúc bảo đảm bằng trục lăn (5) cán lớp bùn đến bề dày 1cm Thực tế T-DEG làm bùn tiêu nước với một hệ thống ép sơ bộ Bánh bùn có dạng xếp lớp Độ sấy khô thu được từ 9-12% đối với bùn để làm thoáng lâu Năng suất ( các chất huyền phù) bình thường nhưng đủ cho các trạm cục bộ: 30-50 kg/h cho thiết bị lọc có

bề rộng 1,2m

Thành công lớn nhất của T-DEG là đơn giản trong vận hành và hiệu suất thu hồi chấp nhận được khi kết bông tốt

Hình I.9 Sơ đồ nguyên lý T-DEG

CHƯƠNG II CƠ Sở THIếT Kế MáY LọC éP BùN BĂNG TảI

II.1 KHáI NIệM CHUNG Về QUá TRìNH LọC

Trong công nghệ môi trường lọc đóng vai trò quan trọng, vì qua lọc người

ta có thể phân riêng huyền phù ở bất cứ dạng nào, cũng có thể dùng để xử lý nước cấp, nước thải, bùn thải Viêc phân riêng bằng phương pháp lọc sẽ nhanh

và triệt để hơn so với phương pháp lắng Đặc biết đối với những huyền phù loãng

có nồng độ pha rắn dưới 5%, các hạt rắn có kích thước bé hoặc các hạt nhẹ không kết tủa, không có khả năng lắng, thì chỉ có thể bằng phương pháp lọc mới tách được Phương pháp lọc được áp dụng nhiều trong xử lý bùn thải, làm sạch nước, sản xuất Kali, màu, giấy, sợi, sôđa, trong công nghiệp tuyển quặng, khai thác than và nhiều ngành khác Vì vậy, lọc là quá trình đã được biết đến từ lâu, song lúc đầu người ta chỉ dùng vách ngăn bằng sỏi cát, gốm sứ, hoặc vải Ngày nay, kỹ thuật lọc đã được phát triển ở trình độ cao và được áp dụng rộng rãi

Bựn

Polyme

5 4

3

1

2

Theo tính chất chung của phương pháp lọc, người ta đưa ra định nghĩa về lọc như sau: “Việc tách hỗn hợp rắn-lỏng(huyền phù) thành nước trong và bã nhờ lớp vách ngăn thì gọi là lọc”

theo các bước sau đây:

1- Tạo bã và cho nước trong

1 đến bước 5 thì gọi là lọc liên tục Dòng chất lỏng chảy qua lớp vách ngăn nhờ

động lực do sự chênh lệch áp suất được tạo ra có thể do cột thủy tĩnh áp lực trên

bề mặt hoặc chân không ở phía dưới vách ngăn Dựa vào động lực học người ta phân thành:

™ Lọc dưới áp suất thủy tĩnh (lọc trọng lực)

™ Lọc dưới áp lực và lọc chân không

Theo tính chất của sản phẩm mà khi lọc người ta sẽ thu được nước trong hay bã

II.2 PHƯƠNG TRìNH VI PHÂN CƠ BảN CủA QUá TRìNH LọC

Quá trình lọc được thể hiện qua diễn biến phức tạp của dòng chảy trong môi trường xốp Nhờ động lực (trọng lực, áp lực hoặc chân không) mà chất lỏng

đi qua lớp vách ngăn và tạo ra lớp bã Sự hình thành lớp bã có độ xốp nhiều hay

ít phụ thuộc vào kích cỡ và cấu tạo hạt rắn và nó trở thành lớp vách ngăn thứ hai Vì vậy, lớp vách ngăn chung cho quá trình lọc không chỉ có lớp vách ngăn mà còn có lớp bã

Lọc bề mặt là dạng đơn giản nhất của quá trình lọc Với lọc bề mặt, tất cả các hạt rắn được giữ lại ở vách ngăn, khi kích thước hạt lớn hơn đường kính mao quản Trong nhiều trường hợp lọc bề mặt gắn liền với lọc sâu Trong thực tế các hạt rắn trong huyền phù có kích thước nhỏ hơn lỗ mao quản của vách ngăn Tuy nhiên không phải chúng chui qua được lỗ mao quản mà phần lớn được giữ lại do

Huyền phù

Bã

Vách Ngăn (vải lọc)

Nước trong

tính chất bắc cầu giữa các hạt rắn với nhau, nên các lỗ mao quản bị bé lại và đến một lúc nào đó cả nước trong cũng bị giữ lại khi toàn bộ mao quản đã bị lấp kín

Đây là nguyên nhân của lọc sâu Tính chất thấm ướt của hạt rắn và vật liệu vách ngăn đóng vai trò quan trọng trong lọc sâu Cơ sở lý thuyết là tác dụng đồng thời giữa thẩm thấu và hấp phụ

Sự chuyển động của chất lỏng qua lớp vách ngăn có thể biểu thị giống phương trình Fourier trong dẫn nhiệt:

z

h k

- sự thay đổi cột thủy tĩnh của chất lỏng

Vận tốc ωvà chiều cao h là hàm số của z

Vậy theo các hướng chuyển động x, y, z ta có vận tốc thành phần:

nguyên tố thể tích cũng thay đổi theo thời gian (Hình II.2) Dòng chất lỏng

chuyển động theo hướng y qua mặt xOz sẽ có vận tốc ωy = f x y z1( , , ,τ)và khối lượng riêng ρ = f x y z2( , , ,τ) ở mặt đối diện sẽ có:

z W

y W

Wz

x W

z

W + dzWzZ

Y Wy

W + dyy

x

W + dxWxX x

d

d y

z d

X

Y Z

X Y

Tương tự ta có lượng chất lỏng đi qua các mặt dxdy và dydz

Vậy lượng chất lỏng thay đổi khi qua các mặt của nguyên tố thể tích là:

( )

dxdydz

y y

Khi dòng chuyển động choán đầy các mao quản lớp lọc (bã và vách ngăn), lượng chất lỏng chứa trong nguyên tố thể tích là:

.dxdydz

M =ε ρ (II.5)

t ch t do ε

t ch chung

= Thể í ự Thể í gọi là độ xốp Vì có áp lực của cột chất lỏng lên khối thể tích (lớp bã) mà khối lượng riêng, độ xốp và kích thước của bã thay đổi theo hướng lọc (ví dụ hướng z) Khi đó lượng lỏng M tương ứng lực khối lượng:

Trong đó: βưhệ số nén theo khối lượng;

ρ0ưkhối lượng riêng theo áp suất thường

Tổng hợp các phương trình (II.5); (II.14); (II.15) và (II.16) ta có:

II.3 NHữNG YếU Tố ảNH HƯởNG ĐếN QUá TRìNH LọC

Những đại lượng liên quan đến quá trình lọc là năng suất, độ tách nước và độ

ẩm của bã Những yếu tố cơ bản có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình lọc gồm:

™ Huyền phù: lượng, kích cỡ, bề mặt, dạng, tính ỳ và độ phân tán của hạt trong huyền phù; nhiệt độ, độ nhớt, tính điện ly của lỏng (nước); trọng lượng riêng của nước trong và bã

™ Vách lọc (gồm vách ngăn và bã): thể tích mao quản, độ lớn mao quản, dạng mao quản và trở lực dòng

™ Chênh lệch áp suất: áp suất ở hai phía vách lọc, vận tốc dòng qua vách lọc, cấu tạo và trở lực lớp bã, dòng chuyển động của chất lỏng

Những yếu tố này độc lập với nhau nhưng có quan hệ tác động lẫn nhau

(Hình II.3) biểu diễn mối quan hệ này

Hình II.3 Quan hệ giữa các yếu tố của quá trình lọc

Số vòng quay, độ nhúng sâu và một số yếu tố khác được nêu cụ thể ở những máy móc riêng, như thùng quay, băng tải, v.v…

Thẩm thấu qua

Cấu tạo lớp bã

Độ ẩm

Thời gian rửa

Số vòng

quoay

Độ nhúng sâu

Kích thước hạt

Dạng hạt

Loại hạt rắn

Vận tốc chảy

Loại chất lỏng

Độ

ẩm

KK

Khối lượng riêng

áp suất

Khối lượng riêng

Độ

điện

ly Nhiệt độ

và lượng nước trong và bã được tách triệt để Vận tốc của nước trong tỷ lệ thuận với động lực và tỷ lệ nghịch với trở lực, tức bằng động lực nhân với khả năng đi qua của nước trong Trở lực của vách ngăn rất bé so với trở lực của lớp bã, nên trở lực chung của quá trình lọc tính theo trở lực của bã Do đó, sự hình thành lớp bã và độ xốp của nó rất có ý nghĩa đối với quá trình lọc Lớp bã càng mỏng và

độ xốp càng lớn thì khả năng chảy qua của chất lỏng càng nhanh Như vậy lớp bã cần thể tích tự do và lượng mao quản lớn

Hình II.4 Quan hệ giữa trở lực và chiều dày lớp bã

(Hình II.4) biểu thị sự phụ thuộc của trở lực lớp bã vào chiều dày của nó

trong quá trình lọc huyền phù chứa bụi than có kích thước hạt 0.5μm Trở lực tăng nhanh khi bắt đầu hình thành lớp bã, đến độ dày nào đó trở lực tăng chậm lại và tuyến tính với chiều dày Vì vậy để quá trình lọc tốt cần lớp bã có cấu tạo

và chiều dày thích hợp để dòng chất lỏng đi qua dễ dàng, tức lớp bã có trở lực bé nhất

II.3.2 ảnh hưởng của kích thước hạt rắn (bã)

Giả thiết lớp bã chỉ chứa các hạt rắn có dạng hình cầu cùng kích thước, thì thể tích mao quản chiếm 26% ở mật độ cao và 48% ở độ xốp cao Kích thước của từng hạt không ảnh hưởng nhiều đến thể tích mao quản của khối hạt Tuy nhiên dòng chảy của chất lỏng qua lớp bã phụ thuộc vào kích thước mao quản, nên cũng chịu ảnh hưởng kích thước từng hạt riêng lẻ Hạt nhỏ tạo ra mao quản nhỏ, nên trở lực lớn và dòng chất lỏng đi qua khó khăn

0 100 200 300

Trở lực lớp bó, mmHg

Bề dày lớp bóã, mm

30

Mặt khác giả thiết toàn bộ hạt trong lớp bã có cùng kích thước không có trong thực tế Với các hạt dạng cầu có kích thước bé hơn đường kính mao quản

được tạo bởi các hạt lớn sẽ dễ chui vào mao quản choán mất thể tích tự do Ngoài

ra do kích thước hạt khác nhau dễ tạo khả năng bắc cầu Vì vậy, trở lực lớp bã càng lớn khi kích thước hạt không đều Lớp bã được tạo do các hạt có kích thước lớn sẽ hình thành mạng mao quản có kích thước lớn và dòng chất lỏng sẽ đi qua

dễ dàng hơn Mặt khác, ở cùng một độ ẩm lớp bã co kích thước bé sẽ khô hơn lớp bã có kích thước lớn hơn Vì ẩm được phân bố đều khắp và tổng bề mặt của hạt lớn bé hơn của hạt nhỏ Từ những điều kiện này mà các lớp bã có kích thước hạt lớn thì quá trình lọc sẽ thuận lợi hơn

II.3.3 ảnh hưởng của bề mặt hạt, dạng hạt và tính ỳ của hạt

Bề mặt của hạt ảnh hưởng đến cấu tạo lớp bã Bề mặt hạt gồ ghề sẽ thuận lợi cho hiện tượng bắc cầu, tạo khả năng tốt cho sự tạo ẩm Dạng hạt và tính ỳ của nó cũng có ảnh hưởng đến sự hình thành lớp bã Cần phân biệt hạt có cấu tạo tinh thể đa diện, tròn, sợi hoặc tấm Hạt có thể cứng, đàn hồi hoặc dẻo Bã là tập hợp của hạt rắn có cấu tạo đa dạng Các hạt đa diện (nhiều góc cạnh) dễ bắc cầu hơn các hạt tròn, khả năng tiếp xúc nhau của chúng nhiều hơn, nhưng không nhất thiết tạo được lớp bã xốp hơn các hạt tròn Mặt khác khi đi qua mao quản, hạt có đa diện và hạt dài dễ gây tắc các mao quản hơn hạt tròn Đặc biệt hạt dạng tấm, vì chúng xếp lên nhau và tạo ra lớp bã có rất ít mao quản để chất lỏng đi qua Các hạt có tính đàn hồi hoặc tính dẻo cao cũng dễ lấp kín các mao quản, nhất là khi ở áp suất cao hay ở độ chân không cao Tuy nhiên tính dẻo của bã sẽ hạn chế hiện tượng bắc cầu Việc lọc các loại huyền phù chứa bã có tính chất này rất khó; nên trong thực tế được áp dụng theo phương pháp lọc đặc biệt, như lọc ở áp lực nhỏ và dùng chất trợ lọc

II.3.4 ảnh hưởng của dòng chảy

Huyền phù chứa các hạt rắn dạng đa diện và thanh có trở lực dòng chảy thấp nhất, đặc biệt nếu các thanh được xếp theo hường của dòng Trong nhiều trường hợp với dòng chảy mạnh khi lượng thanh lớn, nếu vận tốc dòng chảy bé thì chỉ một lượng nhỏ các hạt có cạnh dài đạt đến vách ngăn và bắc ngang qua mao quản Điều này dẫn đến hiện tượng bắc cầu hợp lý và lớp bã hình thành xốp hơn

II.3.5 ảnh hưởng của chênh lệch áp suất

Sự chênh lệch áp suất ở hai phía vách lọc có ảnh hưởng đến dòng chảy của nước trong.Theo lý thuyết vận tốc dòng chảy của nước trong qua mao quản tỷ lệ với áp lực Vì vậy, tỷ lệ này thay đổi làm ảnh hưởng đến các yếu tố khác trong quá trình lọc Quá trình lọc ở áp suất thuỷ tĩnh sẽ tạo được lớp lọc xốp nhất Khi lọc chân không theo lý thuyết có độ chênh áp lớn nhất (1 kg/cm2), thì sẽ tạo ra lớp bã dày Vùng làm việc của lọc áp lực ở áp suất dư 1 đến 1,5 at Nếu lọc ở áp suất cao, áp suất dư có thể đến 35at hoặc lớn hơn, làm lớp bã bị nén mạnh và mất khả năng xốp, nên vận tốc lọc giảm Vì các hạt rắn (bã) bị nén mạnh làm mất khả năng bắc cầu, thậm chí các cầu đã được lập cũng có thể bị bẻ gãy Giới hạn nén của áp suất

ở lớp bã có tính đàn hồi nhỏ hơn ở lớp bã với hạt dạng tinh thể cứng Sự tăng áp suất làm tăng trở lực của lớp bã Bã càng được nén chặt thì độ ẩm càng giảm

Như vậy, để có lớp bã với trử lực bé nhất cần lọc ở áp suất thuỷ tĩnh, còn muốn bã khô hơn thì phải lọc ở áp suất cao, nên việc chon áp suất lọc do yêu cầu cụ thể

Hình II.5 Quan hệ áp suất và vận tốc Hình II.6 Quan hệ áp suất với

trở lực và độ ẩm II.3.6 ảnh hưởng của nồng độ huyền phù

Huyền phù có nồng độ hạt rắn càng lớn, các hạt rắn càng gần nhau và tiếp xúc nhau thường xuyên hơn, giảm sự càn trở lẫn nhau, làm đồng nhất quãng

đường lắng Huyền phù chuyển động theo nhiều hướng khác nhau trên bề mặt của lớp bã, nên các hạt rắn được giữ lại ở đó một cách lộn xộn và tạo thành lớp

2

kp/cm

100 50 10

Độ ẩm Cuối

tự nhiên, để nước trong đi qua dễ dàng hơn so với các lớp sắp xếp đều đặn, vì các

mao quản vì các mao quản được tạo thành do tính bắc cầu của hạt nhiều hơn

ở cùng chiều dày lớp bã, nếu huyền phù có nồng độ lớn thì bã sẽ khô hơn

(Hình II.7) Lượng bã thu được tính theo đơn vị thời gian trên một đơn vị bề mặt

lọc tăng cùng với sự tăng của nồng độ huyền phù (Hình II.8)

Hình II.7 Quan hệ giữa độ ẩm và Hình II.8 ảnh hưởng giữa năng suất

nồng độ lọc và nồng độ II.3.7 ảnh hưởng của nhiệt độ

Vận tốc chảy của nước trong qua lớp bã phụ thuộc nhiều vào độ nhớt theo

hướng xấu Do độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, nên huyền phù nóng lên sẽ giảm

độ nhớt Ví dụ huyền phù tăng nhiệt độ từ 100C lên 400C thì vận tốc lọc có thể

tăng gấp đôi Tuy nhiên trong thực tế còn nhiều nguyên nhân khác có ảnh hưởng

đến quá trình lọc như ảnh hưởng của vách lọc, năng suất lọc, nên sự tăng vận tốc

lọc không lớn khi tăng nhiệt độ Quan hệ giữa nhiệt độ với năng suất và độ khô

của bã được trình bày ở hình II.9

Các thông số lọc (bề mặt lọc và điện trường, khả năng thấm ướt của bã và

đặc tính của nước trong, lượng khí và hơi

Hình II.9 Năng suất và độ ẩm bã phụ thuộc vào huyền phù

Trong các mao quản của bã ) có tác dụng tương hỗ rất phức tạp trong quá trình lọc Vì vậy cần được nghiên cứu

II.4 THIếT LậP PHƯƠNG TRìNH ĐặC TRƯNG CHO QUá TRìNH LọC éP BĂNG TảI

Trong thực tế người ta dựa vào các điều kiện ban đầu và biến đổi phương trình về dạng đơn giản hơn để xác định các thông số đặc trưng cho quá trình bằng thực nghiệm

II.4.1 Quá trình lọc qua lớp bã cố định

Một trong các phương trình mô tả quá trình lọc lớp bã cố định là phương trình Hagen – Poilơ

Giả thiết lớp bã được tạo bởi tập hợp lớp hạt và hình thành các mao quản thẳng song song nhau theo hướng dòng chảy Nước trong đi qua ở chế độ dòng

n d

επ

= - số lượng mao quản tính theo một đơn vị diện tích;

H - chiều dài mao quản (chiều cao của lớp bã);

μ - độ nhớt của nước lọc

Nếu thay thừa số ε / 32d2 trong phương trình Hagen – Poilơ bằng hằng số lọc k, ta sẽ nhận được phương trình của Darcy:

p F

H

τμ

ở đây q là sức tải riêng của bề mặt lọc

Phương trình ( II.20) có thể được vận dụng để tính sơ bộ lưu lượng nước

trong đi qua lớp bã cố định, vì không thoả mãn điều kiện thực tế Phương trình

của Darcy (II.21), ( II.22) không dùng được để tính toán cho lớp bã dày, vì có

chứa hằng số lọc k chỉ xác định cho những lớp bã ở điều kiện cụ thể Cả hai phương trình đều có giới hạn với H = const Song trong quá trình lọc chiều dày lớp bã thay đổi và phụ thuộc vào thời gian lọc, nên cần tìm một phương trình lọc thích hợp để vận dụng tính toán cho quá trình lọc thực tế

II.4.2 Quá trình lọc qua lớp bã không bị nén ép

II.4.2.1 Dựa vào phương trình cân bằng vật liệu

Định luật Darcy thể hiện qua phương trình:

1.dV K p

q

Δ

= = (II.23)

Hằng số lọc, chiều cao và trở lực lớp bã chỉ phụ thuộc vào bã Hằng số lọc

K không đổi chỉ khi lớp bã không bị nén ép Phương trình ( II.23) chứa H phụ

thuộc vào V hoặc τ là những đại lượng có trong phương trình cân bằng vật liệu của hạt rắn trong lớp bã và dung dịch Nếu hiệu suất lọc đạt 100% thì lượng bã thu được bằng lượng hạt rắn có trong huyền phù, tức:

ρ - khối lượng riêng của nước trong

Lấy đạo hàm phương trình (II.24) theo quan hệ V = f(H) ta có:

.2

H H

τ =

Δ (II.28)

Kết hợp với phương trình (II 24a) và (II.23) rồi lấy tích phân ta có:

2 2 0

Trường hợp huyền phù, nước trong và bã không thay đổi thì CH và CV biết

được, nên có thể dựa vào đó dự đoán những điều kiện làm việc khác

II.4.2.2 Dựa vào trở lực riêng, lượng b∙ và nước trong

Vì vận tốc lọc tỷ lệ thuận với động lực và tỷ lệ nghịch với trở lực, nên từ phương trình cân bằng vật liệu:

(1ưε) .F H ρr =V .ρr (II.31)

với r - quan hệ giữa lượng bã và lượng nước trong huyền phù

Kết hợp với phương trình (II.31) và (II.23) ta có:

( )

2

0

1

lớp bã gồm hầu hết các tinh thể rắn hoặc các hạt dạng cầu rắn Vì vậy, ở những loại bã bị nén ép lớn thì cần phải nghiên cứu thực nghiệm để tìm quan hệ phụ

thuộc giữa dòng chảy, độ xốp với áp suất, dựa vào phương trình vi phân (II.25)

Để đơn giản, có thể dùng phương pháp gần đúng bằng cách cho hằng số lọc CV hoặc hệ số trở lực αlà hàm của áp suất, tức:

Kết hợp phương trình (II.38), (II.39) và (II.40) theo dạng vi phân ta có:

0

2 0

α μ

Δ

=

Trong thực tế các hằng số C và K đều xác định qua thực nghiệm, trong

điều kiện Δ =p const Trong trường hợp bã ướt, tức không tách triệt để nước khỏi bã thì bã còn có độ ẩm ϕ Khi đó các giá trị của K và C được hiệu chỉnh qua công thức:

1

j C

CH¦¥NG III: X¸C §ÞNH C¸C TH¤NG Sè §ÆC TR¦NG CñA M¸Y

LäC ÐP BïN B¡NG T¶I

III.1 C¥ Së THùC NGHIÖM

III.1.1 Thùc nghiÖm víi b· kh«ng chÞu nÐn Ðp

Thay Δp vµ CV vµo ph−¬ng tr×nh (II.32), ta cã ph−¬ng tr×nh:

Hình III.1 Xác định C V và V tđ

Cách làm tương tự có thể xác định được CH và Htđ từ phương trình (II.10)

Quá trình thực nghiệm có thể tiến hành ở điều kiện vận tốc lọc không đổi (tức

trong cùng thời gian và cùng thể tích lọc, dV const

ch

ịu né

Hình III.2 Quan hệ dτ/dVcho quá trình Hình III.3 Quan hệ phụ thuộc lọc với p = const và dτ/dV =const Δpcủa bã chịu nén và không chịu nén

III.1.2 Thực nghiệm với bã chịu nén ép

Đối với bã chịu nén, hằng số lọc CV (hoặc CH) tăng cùng với sự tăng của

áp suấtΔp Phương pháp thực nghiệm tiến hành ở nhiều áp suất khác nhau (mỗi thí nghiệm thực hiện ở một Δ =p const như đã tiến hành với bã không chịu nén) Kết quả thu được là đường cong có điểm cực đại áp suất ở điểm cực trị biểu thị giá trị tối ưu của quá trình lọc, vì có vận tốc lọc lớn nhất

C Δp ở phương trình (II.44a) và

'

.2

a r

Tiến hành thí nghiệm để đo các đại lượng τ, pΔ và V, đường thực nghiệm

là đường thẳng Số mũ a được xác định bằng cách đo độ dốc của đường thẳng,

hoặc từ phương trình (II.44a) lập quan hệ lgC'V +algΔptheo lg pΔ , ta cũng có

đường thẳng với độ dốc tgα =b và cắt trục tung tại 2C/F Như vậy, các giá trị

III.2.1 Xác định chiều cao lớp bã

Dựa vào hàm H =H( )τ năng suất lọc được tính theo phương trình (II.22)

Chiều cao lớp bã H =H( )τ phụ thuộc vào thời gian lọc ở thời điểm

0

τ = có lớp lọc H0 (ứng với độ thẩm thấu k) chính là chiều dày vách ngăn hoặc chiều cao tương đương của bã với quá trình lọc liên tục, nên phương trình có dạng:

( )

0

k F p Q

Δ

=+ (II.46)

Sự tăng chiều dày lớp bã phụ thuộc vào lượng chất rắn Vr hoặc lượng nước lọc V được tách ra trong quá trình lọc đến thời điểm τ

Từ lượng huyền phù Vhp(m3), nồng độ huyền phù (kg/m3) và khối lượng riêng của hạt rắn ρ tính được lượng hạt rắn Vr r:

1 2

Q Q

p k

H

=

Δ+

H

Δ

=

Lượng nước lọc tính từ phương trình (II.51) là:

2 0

j V d

Các thông số α β được xác định bằng thực nghiệm ,

Trong trường hợp lọc với Δ =p const, thì α và β được tính như mục

(II.5.1.3) Trường hợp số liệu thực nghiệm được biểu thị theo quan hệ f V( )

điểm cắt ở trục tung

Nếu tiến hành thực nghiệm ở dV/dτ = Q = const, thì phương trình (II.56)

α

τ

= ⎜⎝ ⎟⎠ (II.62)

Tuy nhiên, vì trong bã còn lưu một lượng nước trong, nên j trong phương

trình (II.54) được thay bằng

i

jϕ

ư , với ϕ độ ẩm của bã (thể tích nước trong có

trong 1kg bã) Khi đó phương trình (5.150) có kết quả tích phân:

III.2.2.2 Quá trình lọc được tiến hành ở áp suất tối ưu đối với b∙ chịu nén

Tức vận tốc lọc cực đại, kết hợp phương trình (II.54) và (II.63), bỏ qua

β ta có phương trình:

2 0

n t

p

n

αα

Hình III.4 Sự phân bố áp suất và lực nén trong lớp bã

Theo F.A Orlicek, chỉ có lớp bã kề vách ngăn mới có áp lực Δp0 Lớp bã càng xa vách ngăn áp lực càng nhỏ dần và ở ngay bề mặt bã có áp lực bằng không

(hình III.4) Vì vậy, lực nén thay đổi dọc theo chiều dày bã, nên cần chú ý đến

Vì quá trình lọc khi áp suất không đổi luôn ổn định ứng với mỗi V, nên tổng quát có thể viết:

Δ

= ∫ (II.73)

III.2.2.3 Xác định áp suất tối ưu

Lấy đạo hàm phương trình (II.73) theo Δp0 và đặt

Δ Δ (II.74)

Từ phương trình (II.74) lượng nước trong tính được khi f (Δp0)→ ∞ Điều này chứng tỏ giá trị tồi ưu của áp suất, vận tốc lọc đạt cực đại phù hợp với kết quả thực nghiệm áp suất tối ưu không chỉ phụ thuộc vào lớp bã, mà còn nhiều yếu tố ảnh khác Phỏng đoán có thể do vách ngăn bị các hạt rắn bít kín hơn khi

áp suất tăng (hình III.5)

Hình III.5 Sự phân bố bề mặt lọc qua sắp xếp của hạt rắn

III.2.3 Tính năng suất lọc theo thực nghiệm

Việc tính toán quá trình lọc theo điều kiện áp suất hoặc năng suất không

đổi chỉ đúng cho lý thuyết, vì trong thực tế những trường hợp trên khó xảy ra Do

đó năng suất lọc cũng được tính theo điều kiện làm việc cụ thể bằng thực nghiệm Dựa vào lý thuyết nhiều tài liệu chuyên môn đã đưa ra các đồ thị hoặc bảng tra quan hệ giữa thời gian với trở lực lọc và năng suất lọc

Quan hệ phụ thuộc giữa áp suất và năng suất dễ dàng xác định bằng cách

đo áp suất và thể tích của bể lọc

dV V

Δ

ư

= ∫ (II.77a) Nếu biết quan hệ giữa V và t, phương trình (II.77a) giải được Khi đó

quan hệ V = f(t) có dạng Parapol nếu quá trình lọc với áp suất không đổi và có dạng đường thẳng nếu năng suất lọc không đổi