Chuong 2 Co so cac qua trinh xu ly ly hoc

CHƯƠNG CƠ SỞ CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ LÝ HỌC 2.1 QUÁ TRÌNH LẮNG 2.1.1 Giới Thiệu Chung Quá trình lắng tuyển trình tách hạt cặn lơ lửng (phân tích tiêu SS (mg/L) độ đục (FTU)) khỏi nước Q trình tách loại thường xảy sau khoảng thời gian lưu nước định bể có điều kiện thích hợp cho q trình lắng hạt nặng nước, q trình tuyển hạt nhẹ nước Lớp ván Nước ñã tách cặn Lớp bùn Hình 2.1 Quá trình lắng tuyển Theo nồng ñộ khuynh hướng tương tác hạt, có dạng lắng phân biệt sau: lắng ñộc lập, lắng tạo bông, lắng cản trở lắng vùng nén Lắng độc lập lắng tạo bơng thường xảy hàm lượng cặn lơ lửng tương ñối thấp Lắng cản trở nén xảy nồng ñộ cặn lơ lửng cao Trong thực tế xử lý nước cấp nước thải, dạng lắng thường xảy dạng phối hợp, thiết kế bể lắng, hai dạng lắng ñộc lập lắng tạo bơng đóng vai trò định t=0 t = ∆t t = 2∆t t=0 Hình 2.2 Lắng độc lập lắng tạo 2-1 t = ∆t t = 2∆t 2.1.2 Ứng Dụng Thực Tế Q trình lắng sử dụng rộng rãi xử lý nước Trong lĩnh vực cấp nước, q trình ứng dụng để xử lý nước ngầm nước mặt - Xử lý nước ngầm * Tách loại cặn (Fe(OH)3) sau oxi hóa Fe (II) thành Fe (III); * Xử lý nước dùng q trình rửa lọc - Xử lý nước mặt * Lắng trình xử lý sơ trước lọc nhanh lọc chậm; * Keo tụ/ tạo bơng/lắng q trình xử lý sơ trước lọc nhanh; * Xử lý nước rửa lọc nhằm đặc cặn bùn từ thiết bị lọc - Trong xử lý nước thải, trình lắng thường dùng ñể: * Lắng cát (tách cát từ nước cống); * Lắng cặn lơ lửng bể lắng ñợt 1; * Lắng bơng cặn sinh học bể lắng đợt 2, ví dụ sau bể bùn hoạt tính bể lọc nhỏ giọt; * Lắng bơng cặn hóa học từ trình keo tụ Bể tự hoại bể lắng q trình phân hủy kỵ khí xảy sau lắng bùn 2.1.3 Các Loại Bể Lắng Các dạng bể lắng thông dụng gồm có: - Bể lắng ngang; - Bể lắng đứng; - Bể lắng có vách ngăn; - Bể lắng khay; - Bể lắng ống Hình 2.3 Bể lắng khay 2-2 Vùng tách váng Vùng lắng Hình 2.4 Bể lắng có vách ngăn Nước Nước thơ Dòng chảy đồng thời nước bùn lắng Nước sau lắng chảy trở lại máng thu Bùn Hình 2.5 Bể lắng có vách ngăn Inka Hình 2.6 Bể lắng ngang có băng cào bùn gạt váng 2-3 Hình 2.7 Bể lắng đứng 2.1.4 Quá Trình Lắng ðộc Lập LÝ THUYẾT VỀ VẬN TỐC LẮNG CỦA CÁC HẠT LẮNG ðỘC LẬP Quá trình lắng độc lập xảy suốt q trình lắng hạt cặn lơ lửng khơng thay đổi kích thước, hình dạng khối lượng Khi giải phóng mơi trường lỏng, hạt chuyển động theo phương thẳng ñứng từ xuống tỉ trọng hạt lớn tỉ trọng môi trường chất lỏng xung quanh Hạt ñược gia tốc cho ñến lực ma sát chất lỏng cân với lực ñẩy, sau vận tốc tương đối hạt mơi trường chất lỏng theo phương thẳng đứng khơng thay ñổi Lực ñẩy cân với trọng lực phần hạt chìm nước: Fi = ( ρ s − ρ w ) gV (2.1) Trong ρs ρw khối lượng riêng hạt nước, g gia tốc trọng trường (9,81 m/s2) V thể tích hạt Lực ma sát bằng: Fd = c D ρw s2 A (2.2) Trong CD hệ số ma sát, s vận tốc lắng hạt, A diện tích tiết diện theo hướng chuyển ñộng hạt Vận tốc lắng s ñược xác ñịnh từ cân Fi = Fd: s= 2( ρ s − ρ w ) V g cD ρ w A (2.3) ðối với hạt hình cầu có đường kính d, A= ¼ π d2 V= π/6.d3 Thay giá trị vào phương trình (2.3) ta có: 2-4 s= 4( ρ s − ρ w )(gd ) 3c D ρ w (2.4) Giá trị CD phụ thuộc vào ñộ lớn hệ số Reynolds ñối trình lắng: Re = (s.d)/ν (2.5) Trong ν độ nhớt ñộng học chất lỏng ν hàm số nhiệt ñộ T giá trị v ñối với nước tinh khiết trình bày Bảng 2.1 Bảng 2.1 ðộ nhớt ñộng học biến ñổi theo nhiệt ñộ T (oC) 10 15 20 ν (m2.s-1) 1,79.10-6 1,52.10-6 1,31.10-6 1,15.10-6 1,01.10-6 T (oC) 25 30 35 40 ν (m2.s-1) 0,90.10-5 0,80.10-5 0,73.10-5 0,66.10-5 Mối liên hệ CD Re hạt có hình dạng khác trình bày Hình 2.8 (Fair, Geyer,Okun, 1968) Hệ số Newton lực ñẩy CD 104 103 CD =24/Re 102 Dạng cầu (quan sát) Dạng ñĩa (quan sát) Dạng trụ (quan sát) Chiều dài = đường kính 10 CD = 24.Re-1 + 3.Re-1/2 + 0,34 10-1 10-3 10-2 10-1 10 102 103 104 Hệ số Reynold, Re Hình 2.8 Hệ số Newton lực đẩy tương ứng với thay ñổi hệ số Reynolds 2-5 105 106 Kết thí nghiệm cho thấy rằng: ♦ Re < : CD = 24 Re-1 (dòng chảy tầng) ♦ < Re < 50 : CD = 24 Re-¾ (dòng chảy khu vực chuyển tiếp) ♦ 50 < Re < 1620 : CD = 4,7 Re-1/3↓ (dòng chảy khu vực chuyển tiếp) ♦ Re > 1620 : CD = 0,4 (dòng chảy rối) (2.6) (2.7) (2.8) (2.9) Thay giá trị vào phương trình vận tốc lắng, ta có: Re< s = g ρs − ρw d 18 ν ρw  ρs − ρw  ρw  1