Lọc nước là giai đoạn kết thúc của quá trình làm trong nước và được thực hiện trong các bể lọc. Lọc được sử dụng để tách các hạt lơ lửng nhỏ và các vi sinh vật không loại được trong quá trình lắng ra khỏi nước. Việc lọc nước được thực hiện bằng cách cho nước đi qua lớp vật liệu lọc, thường là cát thạch anh có cỡ hạt 0.5 – 1.0 mm hoặc anthracite (than gầy đập vụn) có kích thước tương tự. Sau một thời gian làm việc, các lớp vật liệu lọc bị nhiễm bẩn làm giảm công suất của bể và ảnh hưởng xấu đến chất lượng của nước sau lọc, khi đó phải tiến hành rửa bể lọc.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH KHOA MƠI TRƯỜNG Mơn: Kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD: Nguyễn Ngọc Thiệp DANH SÁCH NHÓM 10CMT Họ tên MSSV Vương Thị Giáng Cầm 1022031 Trần Thị Kim Chi 1022036 Nguyễn Thị Thanh Dung Chu Thế Dũng 1022053 Lê Kiều Thuý Hằng 1022090 Nguyễn Đăng Khoa 1022140 Nguyễn Thùy Linh 1022156 Dương Hồng Phúc 1022221 Lý Tiểu Phụng 10 1022045 1022227 Lê Nguyễn Thế Phương 1022228 11.Võ Nguyễn Ngọc Quỳnh 1022243 12 1022261 Trần Hoài Thanh A QUÁ TRÌNH LỌC – BỂ LỌC I GIỚI THIỆU Lọc nước giai đoạn kết thúc trình làm nước thực bể lọc Lọc sử dụng để tách hạt lơ lửng nhỏ vi sinh vật không loại trình lắng khỏi nước Việc lọc nước thực cách cho nước qua lớp vật liệu lọc, thường cát thạch anh có cỡ hạt 0.5 – 1.0 mm anthracite (than gầy đập vụn) có kích thước tương tự Sau thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị nhiễm bẩn làm giảm công suất bể ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước sau lọc, phải tiến hành rửa bể lọc II KHÁI NIỆM CHUNG Quá trình lọc: cho nước qua lớp vật liệu lọc với chiều dày định đủ để giữ lại bề mặt khe hở lớp vật liệu lọc hạt cặn VSV nước Qúa trình lọc nước đặc trưng hai thông số bản: tốc độ lọc chu kì lọc Tốc độ lọc (v) lượng nước lọc qua đơn vị diện tích bề mặt bể lọc đơn vị thời gian (m/s) v= Q: lưu lượng nước (m3/h), F diện tích bể lọc (m2) Chu kì lọc khoảng thời gian hai lần rửa bể lọc Nước lọc qua bể lọc hiệu số áp lực cửa vào cửa bể Hiệu số áp lực trước sau lớp vật liệu lọc gọi tổn thất áp lực lớp vật liệu lọc Tổn thất áp lực thời điểm bể lọc bắt đầu làm việc gọi tổn thất ban đầu, tổn thất lọc nước qua lớp vật liệu Khi lọc nước có chứa cặn bẩn qua lớp vật liệu lọc, xảy q trình: i Cặn bẩn chứa nước lắng đọng thành màng mỏng bề mặt lớp vật liệu lọc (thường gọi màng lọc) hình thành lớp lọc phụ có độ rỗng bé, giúp giữ cặn bé phân tán nước tăng hiệu lọc khi màng dày lên tổn thất thủy lực tăng hiệu lọc giảm phải rửa lọc ii Cặn bẩn chứa nước lắng đọng lỗ rỗng lớp vật liệu lọc iii Một phần cặn lắng đọng bề mặt tạo thành màng lọc phần khác lắng đọng lỗ rỗng lớp vật liệu lọc Vận tốc lọc lớn, màng lọc không tạo thành lực thuỷ động lớn phá vỡ vòm cặn bẩn tạo lỗ rỗng lớp vật liệu lọc, cặn bẩn chui xuống lớp vật liệu lọc nằm phía Màng thường tạo lớp cát bể lọc chậm Trong bể lọc nhanh màng lọc thường không tạo ra, cặn bẩn với nước vào chiều dày lớp vật liệu lọc, bị dính kết hấp thu lên bể mặt hạt lớp lọc Đường kính hạt vật liệu lọc tốc độ lọc lớn chiều sâu xâm nhập cặn bẩn vào lớp vật liệu lọc lớn Điện tích kích thước hạt cặn có ánh hưởng lớn đến hấp thụ dính kết cặn lên bề mặt hạt lớp vật liệu lọc Nếu cặn bẩn có độ bền vững, độ phân tán cao mang điện tích dấu với điện tích bề mặt hạt vật liệu lọc bể lọc khơng lọc cặn a Quy luật trình lọc nước qua màng lọc tạo bề mặt lớp cát (bể lọc chậm) Giả thiết hạt cặn giữ lại màng lọc không nén tích nhau, tích hạt hình cấu đường kính d Hệ số hình dạng hạt cặn Φ, độ rỗng màng lọc p Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định tổn thất áp lực qua màng lọc theo công thức: H = K p (mét cột nước) Kp - hệ số có thứ nguyên; μ - độ nhớt động học nuớc; v - vận tốc lọc; L - chiều dày màng lọc Khi lọc nước có chứa cặn bẩn khơng nén qua lớp màng lọc, tốc độ tăng tổn thất tỷ lệ bậc với hàm lượng cặn M có nước tỷ lệ bậc hai với tốc độ lọc v b Quy luật trình lọc nước qua lớp vật liệu lọc giữ cặn bám lỗ rỗng (lọc nhanh) Khi lọc nước qua lớp vật liệu lọc, cặn bám bị lớp vật liệu lọc giữ lại nước làm trong, cặn tích luỹ dần lỗ rỗng làm tăng tổn thất thuỷ lực lớp lọc Lọc nước trình làm việc bể lọc, tăng tổn thất áp lực lớp vật liệu lọc trình kèm với trình lọc Nên hai trình cần phải tính đến tính tốn, thiết kế quản lý bể lọc Sự tách cặn bám khỏi nước dính kết chúng lên bề mặt hạt lớp lọc xảy tác dụng lực dính kết Cặn bám lắng đọng lớp vật liệu lọc có cấu trúc không bền vững, tác dụng lực thuỷ động nước chuyển động qua lỗ rỗng lớp vật liệu, cấu trúc cặn bị phá vỡ phần cặn dính kết vào bề mặt hạt lớp lọc bị tách theo nước xuống lớp nằm phía dưới, lực đẩy lực dính kết lớn lực thuỷ động, cặn bám lại dính kết vào bề mặt hạt Hiệu lọc nước lớp lọc kết qủa hai trình ngược nhau: Quá trình cặn bám tách khỏi nước gắn lên bề mặt hạt tác dụng lực dính kết Quá trình tách hạt cặn bẩn bám lên bề mặt hạt để chuyển chúng ngược lại vào nước tác dụng lực thuỷ động Quá trình lọc nước lớp lọc xảy cường độ dính kết hạt cặn bám vào bề mặt hạt cát lớn cường độ tách chúng Do q trình tích luỹ ngày nhiều cặn bẩn lỗ rỗng cát lọc, cường độ tách cặn lực thuỷ động gây ngày tăng Hiện tượng dính kết tách cặn định tiến triển trình lọc nước, theo chiều dày lớp vật liệu lọc theo thời gian lọc Các chế tách hạt rắn khỏi nước gồm: - Lọc để tách hạt rắn hoàn toàn nguyên lý học - Lắng trọng lực - Bắt giữ hạt rắn quán tính - Hấp phụ hóa học - Hấp phụ vật lý - Sự bám dính - Lắng đơng tụ - Ni dưỡng sinh học Các chế xảy đồng thời trình lọc gồm giai đoạn sau: - Di chuyển hạt tới bề mặt chất tạo thành lớp lọc - Gắn chặt hạt vào bề mặt - Tách hạt bám dính khỏi bề mặt Các hạt bám dính thường xuyên chịu tác động dòng chảy cuối bị bứt khỏi bề mặt vật liệu lọc Khi số hạt tới bề mặt lớp vật liệu lọc đơn vị thời gian số hạt rời khỏi bề mặt đó, bão hòa bề mặt thiết lập khơng khả làm nước thải Vật liệu lọc vật liệu có khả cho phép chất lỏng qua giữ lại hạt lơ lửng nhỏ vi sinh vật có nước nhờ lỗ rỗng vật liệu Vật liệu lọc phận bể lọc Vật liệu lọc thường dùng: cát thạch anh, thạch anh nghiền, đá hoa nghiền, macnetit (Fe 304), keramrit, than anthracite Khi chọn vật liệu lọc xuất phát từ giá thành điều kiện khai thác, vận chuyển, đồng thời phải thoả mãn yêu cầu sau: Đảm bảo thành phần hạt theo yêu cầu phân loại Đảm bảo mức đồng kích thước hạt Đảm bảo độ bền học Đảm bảo độ bền hóa học nước lọc Độ lớn độ đồng hạt lớp vật liệu lọc xác định phân tích rây số cỡ rây khác Đường kính tương đương lớp vật liệu hạt, xác định theo công thức Pi - số phần trăm lượng cát (tính theo trọng lượng) lại rây có đường kính lớn kích thước mắt rây tương ứng di Hệ số không đồng lớp vật liệu lọc tỷ số đường kính d60 - đường kính d10 kích thước cỡ rây sàng cho lọt qua 10% tống số hạt - kích thước cỡ rây sàng cho lọt qua 60% tống số hạt Độ bền học tiêu chất lượng quan trọng vật liệu lọc, vật liệu lọc có độ bền học khơng đạt yêu cầu rửa lọc, hạt nằm tình trạng chuyển động hỗn loạn chạm vào bị bào mòn vỡ vụn; mảnh vụn phân loại thủy lực rửa dồn lên mặt lớp vật liệu làm tăng tổn thất áp lực lọc dẫn đến rút ngắn thời gian chu kỳ lọc Mặc khác hạt cát bị bào mòn, mảnh vụn bị theo dòng nước rửa ngồi, lớp vật liệu lọc khơng đủ chiều dày quy định làm cho chất lượng nước lọc xấu Đánh giá độ bền học lớp vật liệu lọc hai tiêu: độ bào mòn độ vỡ vụn Vật liệu lọc có độ bền học đảm bảo độ vỡ vụn khơng lớn 4% độ bào mòn khơng lớn 0.5% 10 Nước ổn định pHs=pHo tương ứng với giá trị tung độ pHo=pHs (xem hình (15.3) Phương trình xác định số gia cần thiết đọ kiềm kiềm hóa: ∆Ki = βKto Trong đó: β: Hệ số phụ thuộc vào pHo số bão hòa I nguồn xác định theo biểu đồ (hình 15.4) Kto: độ kiềm toàn phần nước nguồn (trước kiềm hóa)(mđlg/l) Liều lượng kiềm xác định theo cơng thức: (mg/l) Trong đó: e: đương lượng kiềm NaOH, e = 40mg/mđlg Đối với Na2CO3, e = 53mg/mđlg; Đối với Ca(OH)2, e = 28mg/mđlg; P: hàm lượng chất kiềm hoạt tính sản phẩm kĩ thuật % 76 5.3.2 Xác định liều lượng kiềm để ổn định nước pHo 8.4 Nước sau làm mềm thường gặp pHo>pHs> 8.4 Qui luật thay đổi pH giá trị lớn 8.4 xác định phương trình bậc axit cacbonic: 81 Khi axit hóa nước H2SO4 HCl với giá trị pH > 8.4 xảy phản ứng: 2CaCO3 + H2SO4→ CaSO4 + Ca(HCO3)2 Xác định liều lượng axit theo cơng thức: 82 B CAO TRÌNH I NGUN TẮC BỐ TRÍ CAO TRÌNH TRONG TRẠM XỬ LÝ NƯỚC Các cơng trình trạm xử lý bố trí theo nguyên tắc tự chảy, tức cao độ mực nước cơng trình đơn vị phải đảm bảo cho nước từ cơng trình trước tự chảy vào cơng trình Độ chênh lêch mực nước cơng trình đơn vị xử lý nước phải tính tốn đầy đủ để khắc phục tổn thất áp lực cơng trình, đường ống nối cơng trình van khóa, thiết bị đo lường Tổn thất áp lực cơng trình xử lý nước Tổn thất áp lực đường ống nối Tổn thất áp lực cục II CÁCH BỐ TRÍ CAO TRÌNH TRẠM XỬ LÝ NƯỚC Sau biết tổn thất áp lực qua cơng trình đơn vị ống nối, tiến hành bố trí cao trình trạm xử lý Để bố trí cao trình, trước tiên phải xác định mực nước cao bể chứa nước Bể chứa đặt chìm, nửa nửa chìm Khi nghiên cứu định cốt mức nước cao bể chứa phải cân nhắc kỹ lưỡng cân nhắc đến yếu tố liên quan (mực nước ngầm, địa hình, cốt ngập lụt khu đất, khả nước tự chảy bể chứa cơng trình đơn vị khác tháo rửa bể, điều kiện thi cơng cơng trình) Đặc biệt phải 83 xác định đặt cốt trục máy bơm trạm bơm nước (nếu máy bơm đặt ngập khơng phải mồi nước) Ví dụ: Mực nước ngầm cao, đặt bể chứa nửa nửa chìm, tăng đường kính giảm chiều cao bể Địa hình phẳng dặt bể chứa chìm nửa chìm nửa để tránh tôn cao công trình xử lý khác Địa hình vùng đồi thoải, nên lợi dụng địa hình tương ứng với cốt mực nước cơng trình xử lý khác Việc xác định cốt mực nước cơng trình xác định đỉnh đáy cơng trình Căn vào cốt mặt đất địa hình tính khối lượng đất phải đào đắp thi công Trong trường hợp tính khối lương đất đào đắp lớn, lúc phải điều chỉnh lại cốt mực nước bể chứa cho phù hợp, cho khối lượng cơng tác đất thi cơng Khi bố trí cơng trình trạm xử lý, ngồi việc đảm bảo theo nguyên tắc tự chảy, cần xắp xếp cơng trình để đảm bảo điều kiện mỹ quan, quản lí thuận tiện đường giao thơng nội đến tận cơng trình III BỐ TRÍ CÁC CƠNG TRÌNH PHỤ TRỢ TRONG TRẠM XỬ LÝ NƯỚC 84 Trong trạm xử lý nước phân thành loại thành phần cơng trình sau: - Các cơng trình chính: cơng trình có khả xử lý nước bể trộn, bể phản ứng, bể lắng, bể lọc, giàn mưa, thùng quạt gió… hay loại trạm bơm Kích thước cơng trình lớn thiết kế theo thơng số kĩ thuật TCXD – 33:2006 quy định - Các cơng trình chức phụ trợ cho cơng trình như: bể hòa trộn, bể tiêu thụ, thiết bị định lượng hóa chất (vơi, phèn, clorua vơi); thiết bị điều chế định liều lượng clo (clorater, bình điện phân…); trạm biến Kích thước cơng trình, thiết bị, kho chứa hóa chất… cơng trình phụ trợ thiết kế theo thông số kĩ thuật TCXD – 33:2006 quy định - Các công trình phục vụ trạm xử lý như: phòng thí nghiệm, xưởng sửa chữa, phòng hành chính, phòng bảo vệ… tiêu chuẩn diện tích cho cơng trình lấy theo cơng suất điều kiện địa phương theo bảng TCXD – 33:2006 quy định Ngồi cơng trình quy định bảng có số cơng trình khác tính sau: nhà hành chính, tài vụ, phòng kế hoạch, phòng kĩ thuật, câu lạp bộ, nhà ăn, nhà trẻ, nhà vệ sinh…lấy theo tiêu chuẩn thiết kế công trình kiến trúc dân dụng hành, phòng nên bố trí phía ngồi trạm xử lý 85 Trường hợp khơng bố trí ngồi được, nên đặt nhà gần cổng vào IV VÍ DỤ Tính tốn bể lọc áp lực cho cơng trình xử lý nước thải thủy sản cơng suất 00m3/ngày (thời gian hoạt động nhà máy giờ) Bài làm Chọn bể lọc áp lực hai lớp than Anthracite cát thạch anh Các thông số thiết kế được chọn: Chiều cao lớp cát: h1 = 0,3 (m) Đường kính hiệu hạt cát de = 0,5 mm, hệ số đồng U = 1,6 Chiều cao lớp than: h2 = 0,5 (m) Đường kính hiệu hạt cát de = 1,2 mm, hệ số đồng U = 1,5 Tốc độ lọc v = (m/h) số bể lọc n = Diện tích bề mặt lọc: Đường kính bồn lọc áp lực: Chọn D= 1,6 m 86 Khoảng các từ bề mặt vật liệu lọc miệng phễu thu nước rửa lọc: h = Hvle + 0,25 = (0,3 + 0,5) 0,5 + 0,25 = 0,65 (m) Trong đó: Hvl: chiều cao lớp vật liệu lọc: bao gồm chiều cao lớp cát chiều cao lớp cát ( m) e: độ giản nở vật liệu rửa: e = 0,25 – 0,5, chọn e = 0,5 Chiều cao tổng cộng bồn lọc áp lực H= h + Hvl + hbv + hthu = 0,65 + 0,8 + 0,25 + 0,3 = (m) Trong đó: hbv: chiều cao bảo vệ từ máng thu nước đến nắp đậy phía (m), hbv= 0,25 (m ) hthu: chiều cao phần thu nước (m), hthu= 0,3 (m) Tính lưu lượng khí: Dựa vào bảng – 14 (trang 427 – XLNT công nghiệp đô thị – Lâm Minh Tr iết) Tốc độ rửa nước = 0,35 m3/m2.phút Tốc độ rửa khí vk = m3/m2.phút 87 Rửa ngược chia làm giai đoạn (1) Rửa khí với vk = m3/m2.phút – phút (2) Rửa khí nước – phút (3) Rửa ngược nước – phút với = 0,35 m3/m2.phút Lượng nước rửa lọc cần thiết cho bồn lọc/1 lần rửa: Lưu lượng bơm nước rửa ngược: Tính tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc: Trong đó: C: hệ số nén ép, C = 600 – 1200, chọn C = 1000 To: nhiệt độ nước (oC) de: đường kính hiệu (mm) vh: tốc độ lọc (m/ngày) L : chiều dày lớp vật liệu lọc (m) Đối với lớp cát: 88 Đối với lớp than: Tổn thất qua lớp vật liệu lọc: htt = hc + hth = 0,18 + 0,052= 0,232 (m/ngày) Sau bể lọc áp lực hàm lượng cặn lơ lửng SS lại khoảng mg/l, tương ứng BOD5 cặn lơ lửng: BOD5ll = SSsau × 0,65 ×1,42 × 0,72 = 4,6(mg / l ) Lượng BOD5 sau bể lọc áp lực: BOD5sau = BOD5ht + BOD5ll = 18,37 + 4,6 = 22,97(mg / l ) 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO Xử lý nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp Trịnh Xuân Lai Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, 2009 Công nghệ môi trường tập Hoàng Văn Huệ Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, 2010 TCXDVN 33: 2006 Cấp nước-Mạng lưới đường ống cơng trìnhTiêu chuẩn thiết kế ... vật phù du sinh bể lọc chậm nên làm mái che nắng che bớt ánh sáng Bể lọc nhanh 2.1 Giới thiệu Bể lọc nhanh bể lọc có tốc độ lọc 2-15 m/h Bể lọc nhanh bể lọc hở hay bể lọc áp lực Bể lọc nhanh sử... lực bể lọc hở không áp Bể lọc áp lực bể lọc kín, q trình lọc xảy nhờ áp lực nước phía lớp vật liệu lọc c) Theo chiều dòng nước Bể lọc xuôi: cho nước chảy qua lớp vật liệu lọc từ xuống bể lọc. .. Theo số vật liệu lọc Bể lọc lớp vật liệu lọc 12 Bể lọc hai hay nhiều lớp vật liệu lọc e) Theo cỡ hạt vật liệu lọc Bể lọc hạt bé (ở bể lọc chậm) kích thước hạt lớp bé 0,4mm Bể lọc hạt trung bình