Lắng dùng để tách các tạp chất thô khỏi nước thải Lắng diễn dưới tác dụng của trọng lực Trong qúa trình lắng gián đoạn, các hạt lơ lửng phân bố không đồng đều theo chiều cao lớp nước thải Qua một khoảng thời gian nào đó, phần của thiết bị lắng xuất hiện lớp nước Càng xuống đáy, nồng độ chất lơ lửng càng cao và tại đáy, lớp cặn được tạo thành Theo thời gian, chiều cao lớp nước và lớp cặn tăng lên Sau một khoảng thời gian xác định, thiết bị lắng chỉ còn hai lớp nước và lớp cặn Tiếp theo nếu cặn không được lấy nó sẽ bị ép và chiều cao lớp cặn bị giảm Trong bể lắng liên tục cũng có các vùng tương tự chiều cao của chúng không thay đổi suốt quá trình Bể lắng ngang Bể lắng ngang Bể lắng ngang là bể hình chữ nhật, có hai hay nhiều ngăn hoạt động đồng thời Nước chuyển động từ đầu này đến đầu của bể Chiều sâu của bể lắng H=1,5-4m, chiều dài L=(8-12)xH, chiều rộng B=3-6m Bể lắng ngang được ứng dụng lưu lượng nước thải lớn 15.000m3/day Hiệu quả lắng 60% Trong bể lắng, một hạt chuyển động theo dòng nước có vận tốc v và dưới tác dụng của trọng lực chuyển động xuống dưới với vận tốc ω Như vậy, bể lắng có thể lắng những hạt mà quỹ đạo của chúng cắt ngang đáy bể phạm vi chiều dài của nó Vận tốc chuyển động của nước bể lắng không lớn 0,01m/s Thời gian lắng 1-3 giờ Bể lắng đứng Bể lắng đứng Bể lắng đứng là bể chứa hình trụ có đáy chóp Nước thải được cho vào hệ thống theo ống trung tâm Sau đo, nước chảy từ dưới lên vào các rãnh chảy tràn Như vậy, quá trình lắng cặn diễn dòng lên, vận tốc nước là 0,5-0,6m/s Chiều cao vùng lắng khoảng 4-5m Mỗi hạt chuyển động theo nước lên với vận tốc v và dưới tác dụng của trọng lực, hạt chuyển động xuống dưới với vận tốc ω Nếu ω > v hạt lắng nhanh, nếu ω < v hạt bị nước cuốn lên Các hạt cặn lắng xuống dưới dáy bể được lấy bằng hệ thống hút bùn Hiệu quả lắng của bể lắng đứng thấp bể lắng ngang khoảng 10-20% Bể lắng ly tâm Bể lắng ly tâm Bể lắng ly tâm là bể chứa tròn Nước chuyển động theo chiều từ tâm vành đai Vận tốc nước nhỏ nhất là ở vành đai Loại bể lắng này được ứng dụng cho lưu lượng nước thải lớn 20.000m3/day Chiều sâu phần lắng của bể là 1,5-5m, tỷ lệ đường kính và chiều sâu là 6-30 Người ta thường sử dụng bể có đường kính 16-60m Hiệu quả lắng là 60% Hiệu quả lắng có thể được nâng cao bằng cách tăng vận tốc lắng nhờ chất đông tụ, keo tụ hoặc giảm độ nhớt của nước thải bằng cách đun nóng Ngoài còn có thể tăng diện tích lắng và tiến hành quá trình lắng tầng nước mỏng Khi chiều sâu nhỏ, quá trình lắng diễn thời gian ngắn 4-10 phút, cho phép giảm kích thước bể lắng Quá trình này được thực hiện bể lắng dạng ống hoặc tắm chắn Đường kính ống 25-50mm và chiều dài 0,6-1m Các ống có thể đặt nghiêng một góc nhỏ đến 5° hoặc lớn 45-60° Thiết bị lắng dạng ống với góc nghiêng nhỏ hoạt động gián đoạn Trước tiên, tiến hành quá trình lắng, sau đó rửa cặn ống Để quá trình được diễn thuận lợi, ca cần phải phân phối đều nước cho các ống và thực hiện chế độ chảy tầng Thiết bị kiểu này được sử dụng nồng độ tạp lơ lửng không lớn và lưu lượng 100-10.000m3/day Tải trọng thủy lực của thiết bị lắng là 6-10m3/h.m2 tiết diện ống Hiệu quả xử lý đạt 80-85% Trong thiết bị lắng dạng ống với góc nghiêng lớn, nước chảy từ dưới lên trên, còn cặn trượt liên tục theo ống xuống không gian chứa cặn Sự tách cặn diễn liên tục nên không cần rửa ống Tải trọng thủy lực của thiết bị là 2,4-7,2m3/h.m2 tiết diện ống Bể lắng vách nghiêng Bể lắng vách nghiêng Ở bên bể lắng vách nghiêng có các tấm mỏng đặt nghiêng và song song với Nước vào chuyển động giữa các tấm này, cặn sẽ trượt xuống dưới vào bình chứa Bể lắng có thể được thiết kế cùng chiều (hướng chuyển động của nước và cặn cùng nhau), ngược chiều (nước và cặn chuyển động ngược nhau) và giao (nước chuyển động thẳng góc với hướng chuyển động của cặn) Phổ biến nhất là bể lắng vách nghiêng được thiết kế ngược chiều Bể lắng lamella kết hợp với bể phản ứng Bể lắng lamella kết hợp với bể phản ứng Bể lắng bùn cặn Bể lắng bùn cặn III.2.4 Bể lắng Ta lựa chọn bể lắng là bể lắng đứng, tiết diện hình tròn đáy hình nón nghiêng góc 450, ở giữa có ống trung tâm * Tính toán kích thước bể lắng Chọn thời gian lưu nước bể lắng là 1,5h Chọn chiều cao của bể lắng là 3,5m Khi đó vận tốc lắng thực tế của hạt là: vtt = H = 2,33 (m/h) T Tuy nhiên thực tế, nhiều yếu tố ảnh hưởng đế quá trình lắng lắng chen của các hạt, chuyển động của các lớp nước hoặc quá trình bơm hút bùn, đưa nước vào bể, mà vận tốc lắng thực tế thường thâp so với vận tốc lắng lý thuyết Giả thuyết vận tốc lắng lý thuyết lớn gấp lần vận tốc lắng thực tế Khi đó: v lt = 2.vtt = 2.2,33 = 4,66 (m/h)= 1,29.10-3 m/s Trong nước thải các hạt lắng đều có dạng hình cầu và chủ yếu là các hydroxit kim loại Nhưng để tiện cho quá trình tính toán bể lắng, ta tính toán với bể Niken mà các hydroxit niken là chủ yếu Độ nhớt của môi trường bằng độ nhớt của nước, bỏ qua độ nhớt của các thành phần nước thải Nhiệt độ làm việc của nước thải là 20 0C + Giá trị chuẩn số Lyasenco được xác định theo công thức: [21] Ly = Với vtt3 ρ 02 µ0 ( ρ h − ρ ).g vlt – Vận tốc lắng lý thuyết; vlt = 1,29.10-3m/s μ0 – Độ nhớt của môi trường lắng ở 200C; μ0 = 1,4179Ns/m2 ρ0 – khối lượng riêng của môi trường lắng; ρ0 =995,68Ns/m3 ρh – khối lượng riêng của hạt; với Ni(OH)2 ρh =996,58Ns/m2 G – gia tốc trọng trường; g = 9,81 m/s2 Thay số vào, xác định được Ly= 1,7.10-4 + Giá trị của chuẩn số Acsimet có thể xác định được từ đồ thị thực nghiệm theo giá trị của chuẩn số Ly Từ đồ thị II.17/tr408 “Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập I”, xác định được Ar ~ + Khi đó đường kính của hạt được xác định theo công thức sau (II.91/tr409 – Sổ tay các quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập I): Ar.µ02 dh = ( ρ h − ρ0 ).ρ0 g Thay số vào công thức ta xác định đươc dh = 0,368.10-4 m + Kiểm tra lại vận tốc lắng: Re = d h ρ0 vlt = 0, 05 µ0 Vì Ar < 3,6; Ly < 0,0022; Re < 0,2 nên vận tốc lắng của hạt tuân theo định luật Stock d h2 ( ρ h − ρ0 ).g w0 = 18.µ0 Thay số xác định được w0 = 1,21.10-3m/s ~ vlt =1,217.10-3m/s Vậy chọn vận tốc lắng lý thuyết ban đầu là hợp lý + Diện tích bể lắng là: F= Với Q vtt Q – Lưu lượng nước vào bể lắng; Q = 6,25 m3/h vtt – Vận tốc lắng thực tế; vtt = 2,33 m/h => F = 2,68 (m2) + Thể tích bể lắng là: V = Q.t = 6,25.1,5 = 9,375 (m3) + Bán kính của bể lắng là: R = F = 0,92 (m) => D = 1,84(m) π + Diện tích ống trung tâm đưa nước và bể lắng được tính theo công thức: f = Trong đó: q V q: lưu lượng nước thải qua ống Q = 6,25 m3/h V: vận tốc nước thải qua ống, chọn v = 0,015 m/s Thay số ta có f = 0,115(m2) Khi đó đường kính ống trung tâm là: d = 0,115 = 0,38 (m) 3,14 Phía cuối của ống trung tâm có phần ống loe Chọn đường kính là chiều cao của phần ống loe bằng 1,35 đường kính ống trung tâm ([25]) Khi đó: dloe = hloe = 1,35.0,38 = 0,513 (m) Đường kính tấm chắn trước miệng ống loe bằng 1,3 đường kính ống loe Vậy d tấm chắn = 1,3.0,513 = 0,67(m) + Ngăn chứa bùn của bể lắng đứng có dạng hình nón, chọn đường kính đáy của đáy ngăn chứa bùn là dbùn = 0,9m + Chiều cao ngăn chứa bùn được tính theo công thức hb = ( D − db ) tg 450 Thay số, xác định được hb = 0,47m Kích thước bể lắng đứng xác định: • Đường kính: D = 2R = 2.0,92 = 1,84 m • Chiều cao công tác: H = 3,5 + 0,47 = 3,97 m • Chiều cao xây dựng Hxd = H + hdự trữ = 3,97 + 0,33 = 4,3 m * Thời gian tháo bùn Bùn từ bể lắng sẽ được bơm bùn bơm đến hệ thống máy ép bùn để xử lý Ở ta cần tính được thời gian tháo bùn tại mỗi bể lắng để đưa thời gian hoạt động hợp lý của thiết bị ép bùn + Dung tích phần chứa cặn là: Wc = π hb D + d + D.d ( ) Trong đó: Wc – Thể tích ngăn chứa bùn của bể lắng đứng D – đường kính bể lắng đứng; D =1,84 m d – đường kính của ngăn chứa bùn d = 0,9 m hb – Chiều cao ngăn chứa bùn cặn, hb = 0,47 m Thay số vào ta được Wc = 0,72 m3 + Chu kì xả cặn lắng là: T= Wc N δ Q(Cmax − C ) δ – Nồng độ cặn trung bình đã nén => Chọn δ = 35000 mg/l N – Số bể lắng N = Q – Lưu lượng nước thải vào bể C – Hàm lượng cặn khỏi bể lắng Cmax – hàm lượng cặn lớn nhất nước thải (lấy Cmax = Co) Như vậy, thay số vào ta sẽ có chu kì xả cặn của bể lắng là: T ≈ ngày Dựa vào tính toán trên, ta có kế hoạch hoạt động cho hệ thống máy ép bùn Nước thải trước đưa vào bể lắng chủ yếu chứa các hạt hydroxit kim loại và một lượng nhỏ các hạt huyền phù khó lắng Các hydroxit kim loại có kích thước lớn nên hầu bị lắng hết mới vào bể lắng Hiệu suất lắng các hạt này đạt 99% ( sau 25 phút) Các hạt rắn lơ lửng có kích thức nhỏ nên khó lắng Hiệu suất lắng đạt khoảng 85% Như vậy, sau qua bể lắng hàm lượng chất lơ lửng nước đã giảm đáng kể Thông số các chất ô nhiễm nước thải sau khỏi bể lắng là: