Thuyết trình keo tụ tạo bông

Mục lục1. Trạm bơm cấp I1.1 Nhiệm vụ, thành phần, cấu tạo TBCI1.2 Tính toán, thiết kế TBCI1.3 TBCI sử dụng thiết bị biến tần2. Keo tụ Tạo bông 2.1 Keo tụ tạo bông và các hóa chất keo tụ2.1.1 Khái niệm2.1.2 Các hóa chất keo tụ 2.2 Các giai đoạn, thiết bị và công trình keo tụ2.2.1 Định lượng và hòa trộn chất keo tụ vào nước cần xử lí2.2.2 Tách khí2.2.3Tạo bông kết tủa

TRƯỜNG ĐH KHTN Tp.HCM

KHOA MÔI TRƯỜNG

LỚP 10CMT

Chuyên đề 2: KEO TỤ - TẠO BÔNG

1 Lê Thị Thương Giang 1022070

2 Nguyễn Thị Hương Giang 1022074

Mục lục

1 Trạm bơm cấp I

1.1 Nhiệm vụ, thành phần, cấu tạo TBCI

1.2 Tính toán, thiết kế TBCI

1.3 TBCI sử dụng thiết bị biến tần

2 Keo tụ - Tạo bông

2.1 Keo tụ tạo bông và các hóa chất keo tụ

2.1.1- Khái niệm

2.1.2- Các hóa chất keo tụ

2.2 Các giai đoạn, thiết bị và công trình keo tụ

2.2.1- Định lượng và hòa trộn chất keo tụ vào nước cần xử lí 2.2.2- Tách khí

2.2.3-Tạo bông kết tủa

1 TRẠM BƠM CẤP I

1.1 NHIÊM VỤ, THÀNH PHẦN CẤU TẠO

 Nhiệm vụ: đưa nước từ công trình thu lên trạm xử lý.

 Phân loại trạm bơm: có 2 loại

+ Trạm bơm giếng khoan bơm nước ngầm

+ Trạm bơm nước mặt từ sông, hồ

 Các thành phần trong trạm bơm cấp I

- Công trình cửa lấy nước 1: lấy nước từ nguồn ( lấy từ sông, hồ, kênh dẫn )

- Công trình dẫn nước 2: đưa nước từ cửa lấy nước về bể tập trung nước trước nhà

máy bơm

- Trên công trình dẫn có thể có bể lắng cát 3.

- Bể tập trung nước 4: nối tiếp đường dẫn với công trình nhận nước ( bể hút ) của

nhà máy sao cho thuận dòng

- Công trình nhận nước 9 (bể hút) lấy nước từ bể tập trung và cung cấp nước cho

ống hút hoặc ống tự chảy vào máy bơm

- Nhà máy bơm 5: đặt các tổ máy bơm và các thiết bị phụ cơ điện

- Đường ống áp lực (ống đẩy) 6, đưa nước từ máy bơm lên công trình tháo 7

- Công trình tháo 7 (bể tháo) nhận nước từ ống đẩy, làm ổn định mực nước, phân phối nước cho kênh dẫn 8 hoặc công trình nhận nước

 Đặc điểm cấu tạo của trạm bơm cấp I

•Đặc điểm chung:

- Phù hợp với tiêu chuẩn nhà công nghiệp (TCVN 33:2006 – Bộ XD)

- Chiều rộng : 6, 9, 12m

- Tỉ lệ chiều dài và chiều rộng không quá 4.

- Chiều cao từ sàn đến trần tối thiểu là 3.5m Trong thiết kế, cần tính toán sao cho xe có thể chạy vào được để dễ dàng sửa chữa

 Trạm bơm giếng

khoan

- Kết cấu đơn giản.

- Mặt bằng có thể là dạng hình vuông hoặc hình chữ nhật.

- Kích thước theo yêu cầu bố trí thiết bị.

- Phần mái bố trí cửa lắp ráp.

- Mặt bằng có thể là dạng hình tròn hoặc hình chữ nhật.

Bố trí bơm và sơ đồ nối ống

1.2 Tính toán, thiết kế Trạm bơm cấp 1

1 Xác định lưu lượng, áp lực bơm

2 Xác định chế độ làm việc của Máy bơm

3 Chọn bơm

4 Chọn bơm chữa cháy, bơm dự phòng

1.2.1 Xác định lưu lượng và áp lực bơm

a Lưu lượng của bơm:

Q rửa đường, cây xanh

Q bản thân của máy Q tổn thất đường ống Q tổn thất tại trạm

• b - hệ số kể đến lượng nước dùng cho các nhu cầu chưa tính hết

lượng nước dự phòng cho rò rỉ trên mạng.

Bơm nước vào thẳng

Trạm bơm cấp I

b Tổn thất áp lực của trạm bơm cấp I

 T rạm bơm cấp 1 bơm nước lên trạm xử lý hoặc bể chứa

1 Công trình thu 2 Trạm bơm cấp một 3 Trạm xử lý

Trong đó:

Hhh: Chiều cao bơm nước hình học được xác định

bằng hiệu cao trình mực nước cao nhất trên trạm xử lý hoặc bể chứa và cao trình mực nước thấp nhất trong ngăn hút của công trình thu nước (m)

hh: Tổng tổn thất áp lực trên ống hút kể từ phễu hút

đến máy bơm (m)

hđ: Tổng tổn thất áp lực trên ống đẩy kể từ máy bơm

đến trạm xử lý hoặc bể chứa (m)

H = Hhh + hh + hđ (m)

Các giá trị tổn thất trên ống hút và ống đẩy ở trên bao

gồm tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ

Xác định theo công thức:

λ: hệ số Đacxi

L: chiều dài ống (m)

V: vận tốc nước chuyển động trong đường ống (m/s)

D: đường kính ống (m)

ξ: hệ số tổn thất cục bộ Giá trị của nó tùy thuộc vào hình dạng,

loại chi tiết gây tổn thất

i: tổn thất đơn vị theo chiều dài, tra theo bảng tính toán thủy lực

hoặc đồ thị

 Trạm bơm cấp 1 cấp nước vào thẳng mạng lưới

Htđ: Áp lực tự do yêu cầu của nước tại điểm tính toán (m)

hh: Tổng tổn thất áp lực trên ống hút (m)

Σhđ: Tổng tổn thất áp lực trên ổng đẩy và mạng lưới kể từ máy bơm đến điểm tính toán (m)

H = Hhh + Htđ + hh + Σhđ (m)

1.2.2 Xác định chế độ làm việc của máy bơm

của bơm

Dựng đường đặc tính của

bơm

• Giao điểm của

2 đường đặc tính của bơm và đường ống

Xác định điểm làm việc của bơm

 Xác định chế độ làm việc của máy bơm với

mạng dẫn

Xác định tổn thất trên ống hút Htổn thất

Xác định tổn thất trên đường ống xả

Phương trình đặc tính mạng ống dẫn tuân theo qui luật:

Htổn thất = H hh + k Q2

Ta có: H tổn thất, Hhh, Q hệ số K

Dựng được được phương trình đường đặc tính của mạng ống

 Dựng đường đặc tính của bơm

Giao điểm của 2 đường

này là điểm làm việc của

máy bơm

=> HA, QA có thỏa mãn

với yêu cầu tính toán

 Lắp bơm

Lắp bơm song song

 H1=H2

 Q=Q1+Q2

Lắp bơm nối tiếp

 H = H1+H2

 Q = Q1 = Q2

Biểu đồ đặc tính của bơm li tâm

• Hãng bơm:Emu, Grundfos, Ritz, Fly, Lowara, Ebara,…

 Các lưu ý khi chọn bơm

Khi chọn bơm thì quan tâm tới hiệu suất bơm

 Vòng quay (vòng/phút)

 Trọng lượng của bơm (kg)

 Điện áp (V):

 Tần số dòng điện (Hz)

 Ống hút, ống đẩy, đường ống trong nội bộ

trạm bơm.

Để đạt được chiều cao hút hình học lớn, ngăn ngừa hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm thì tổn thất áp lực trong ống hút phải nhỏ đường kính ống thường chọn lớn

Bảng vận tốc nước trong ống hút và ống đẩy

1.0-1.5 1.2-1.8 1.8-3.0

Miệng ống hút cần đặt

Nếu ko đủ độ sâu để đặt ống hút

h1>=1D

h2>=0.5m

1.2.4 Bơm chữa cháy, bơm dự phòng

Đặt riêng một bơm chữa cháy

Qtc: Lưu lượng bơm khi làm việc tăng cường

Q: Lưu lượng bơm khi làm việc bình thường

Qcc: Lưu lượng chữa cháy cho khu vực dùng nước (3h)

Tk: thời gian phục hồi lại lượng nước

Qmax: lượng nước tiêu thụ lớn nhất trong 3 giờ liền

: lưu lượng bơm chữa cháy

1.3 Trạm bơm sử dụng thiết bị biến tần tự động thay đổi số vòng quay của bơm

Sự biến đổi số vòng quay của động cơ đồng bộ biến thiên theo tần số dòng điện

• n: số vòng quay của động cơ đồng bộ

(vòng/phút)

• F: tần số của dòng điện

• P: sói cực của động cơ

 Cơ chế hoạt động của trạm bơm sử dụng biến tần

Khi trong mạng lưới đường ống lượng nước tiêu thụ tăng (áp lực trên mạng giảm) làm cho lưu lượng của máy bơm tăng lên một chút (áp lực bơm giảm một chút) đồng hồ điện tử đo lưu lượng (hoặc đo áp lực) lập tức báo lên bộ xử lý PLC để xử lý so sánh với yêu cầu của chế độ làm việc đã cài đặt để phát tín hiệu cần tăng hay giảm tần số truyền về bộ biến tần tăng tần số dòng điện, tức tăng số vòng quay của máy bơm làm cho lưu lượng và

áp lực bơm tăng lên đáp ứng nhu cầu dùng nước của mạng lưới Ngược lại khi trong mạng lượng nước tiêu thụ ít đi (áp lực trong mạng tăng) lượng nước đi qua đồng hồ giảm Lập tức tín hiệu này được truyền về bộ xử lý PLC rồi đưa sang bộ biến tần để giảm tần số dòng điện, tức giảm số vòng quay của máy bơm.

Có 3 phương thức điều khiển các máy bơm

1 Điều khiển theo mực nước:

Trên cơ sở tín hiệu mực chất lỏng trong bể hút hồi tiếp về biến tần Bộ vi xử lý sẽ so sánh tín hiệu hồi tiếp với mực chất lỏng được cài đặt Trên cơ sở kết quả so sánh biến tần sẽ điều khiển đóng mở các máy bơm sao cho phù hợp để mực chất lỏng trong bể luôn bằng giá trị cài đặt Ngược lại khi tín hồi tiếp lớn hơn giá trị cài đặt,

biến tần sẽ điều khiển cắt lần lượt các bơm để mực chất lỏng luôn đạt ổn định ở giá trị cài đặt

2 Điều khiển theo hình thức chủ động/ thụ động:

Mỗi một máy bơm được nối với một bộ biến tần trong đó

có một biến tần chủ động và các biến tần khác là thụ động Khi tín hiệu hồi tiếp về biến tần chủ động thì bộ vi xử lý của biến tần này sẽ so sánh với tín hiệu được cài đặt để từ

đó tác động đến các biến tần thụ động điều chỉnh tốc độ quay của các máy bơm cho phù hợp và không gây ra hiện tượng va đập thuỷ lực phản hồi từ hệ thống Phương thức điều khiển này là linh hoạt nhất, khắc phục những khó khăn trong quá trình vận hành bơm khác với thiết kế Phương thức này được sử dụng cho trường hợp thay đổi cả về lưu lượng và áp lực trên mạng lưới.

3 Điều khiển theo hình thức biến tần điều khỉên một bơm:

Một máy bơm chính được điều chỉnh thông qua thiết bị biến tần, các máy bơm còn lại đóng mở trực tiếp bằng khởi động mềm Khi tín hiệu áp lực và lưu lượng trên mạng lưới hồi tiếp về biến tần Bộ vi xử lý sẽ so sánh với giá trị cài đặt, và điều khiển tốc độ máy bơm chính chạy với tốc độ phù hợp và điều khiển đóng mở các máy bơm còn lại cho phù hợp với nhu cầu trên mạng lưới đồng thời điều chỉnh tốc độ bơm chính sao cho hạn chế tối đa hiện tượng va đập thuỷ lực mạng lưới cấp nứơc Phương thức điều khiển này được áp dụng cho trường hợp áp lực của máy bơm đúng với thiết kế nhưng lưu lượng thay đổi Bằng các phương thức điều khiển linh hoạt trên theo nhu cầu tiêu thụ của mạng lưới sẽ thay thế đài nước trên mạng lưới.

 Những ưu điểm khi điều khiển tốc độ bơm bằng thiết bị biến tần

Hạn chế được dòng điện khởi động cao

Tiết kiệm năng lượng

Điều khiển linh hoạt các máy bơm

Hoạt động theo chế độ tự động tự động ngừng khi đạt tới điểm cài đặt

Kích thước nhỏ gọn không chiếm diện tích trong nhà trạm,

Dễ dàng lắp đặt vận hành

2 KEO TỤ - TẠO BÔNG

2.1 KEO TỤ-TẠO BÔNG

 CẤU TẠO HẠT KEO

 Trong nước tự nhiên, các hạt keo có thể

mang điện tích âm (đa số) hoặc dương

 Hạt keo mang điện âm hút các cation đến gần bề mặt để trung hòa điện tích, phân bố thành hai lớp

– Lớp thứ nhất: rất mỏng, mang diện tích

dương và liên kết chặt chẽ với hạt keo

→ Lớp Stern

– Lớp thứ hai: dày hơn, là hỗn hợp các

ion (hầu hết là cation), liên kết yếu

Giữa các hạt keo luôn tồn tại hai lực tương tác

Lực đẩy tĩnh điện giữa hai lớp kép có diện tích cùng

dấu

Lực hút Van der Waals tác động trong một khoảng

ngắn.

Lực tổng hợp quyết định trạng thái ổn định của hạt keo:

 Khi Fđ > Fh: hệ keo bền vững

 Khi Fđ ≤ Fh: các hạt keo dính kết với nhau

 CẤU TẠO HẠT KEO

 CƠ CHẾ

Keo tụ (Coagulation) là

quá trình phá vỡ trạng thái ổn định của các hạt keo để tạo sự tập hợp khởi đầu của chúng

Tạo bông (floaculation)

là quá trình dính kết các hạt keo đã bị phá bền

→ hạt cặn lớn hơn dễ lắng

 THÍ NGHIỆM JARTEST

Mục đích: Xác định lượng phèn tối ưu và pH tối ưu cho

quá trình keo tụ → áp dụng cho các quy trình thực tế

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân

Vô cơ

• Từ nhôm: Al2(SO4)3, AlCl3, NaAlO2,

Al2(OH)5Cl, PAC…

• Từ sắt: Fe2(SO4)3, FeCl3, FeSO4…

Hữu cơ • polyamines• polyDADMACS

• Nhựa amin

2.1.2 HÓA CHẤT KEO TỤ

CHẤT KEO TỤ

Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al(OH)4- là các dạng hòa tan

2.1.2 HÓA CHẤT KEO TỤ

Nguồn: David J Pernitsky, James K

Edzwald Selection of alum and

polyaluminum coagulants: principles and applications, 2006

Nếu pH < 4.5, tồn tại chủ yếu

là dạng hòa tan Al3+

Nếu pH > 7.5, tồn tại dạng Al(OH)4-

- Nếu pH < 4.5, không xảy ra phản

ứng thủy phân, Al(OH)3 tác dụng

như một bazơ  phèn tồn tại dạng

2.1.2 HÓA CHẤT KEO TỤ

 Sắt (III) clorua – FeCl 3 6H 2 O

FeCl3 + H2O FeCl2(OH) + H+ + Cl

-FeCl2(OH) + H2O FeCl(OH)2 + H+ + ClFeCl(OH)2 + H2O Fe(OH)3 + H+ + Cl-FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl-

-• Phản ứng thủy phân của phèn sắt:

• Bông cặn hình thành và lắng nhanh khi

pH = 5,5 – 6,5

2.1.2 HÓA CHẤT KEO TỤ

 Sắt (II) sulfat – FeSO 4 7H 2 O

Fe2+ + 2H2O Fe(OH)2 + 2H+

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3

• Người ta thường kết hợp sử dụng phèn này với

quá trình làm mềm nước vì phèn sắt (II) keo tụ ở

pH = 9 – 9.5

FeSO4 + Ca(OH)2 Fe(OH)2 + CaSO4

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3

CaSO4 + Na2CO3 CaCO3+ Na2SO4

2.1.2 HÓA CHẤT KEO TỤ

 Polyaluminum chloride (PAC)

Công thức tổng quát: Aln(OH)mCl3n-m (0 < m < 3n)

• Một đặc tính quan trọng của PAC là độ kiềm

(basicity):

r = [OH-]/[Al]

• Khi tính bazơ cao thì r cao (giá trị của r = 0 – 3)

• Phản ứng giữa Al và OH tạo ra nhiều dạng mono và

poly khác nhau, dạng chính là Al13O4(OH)247+ Dạng này cho hiệu quả keo tụ cao, r = 2,1

 Vì vậy, PAC ít làm thay đổi pH của nước

• PAC hoạt động tốt ở pH = 5 – 8

• Chịu ảnh hưởng nhiều của

nhiệt độ hơn so với phèn

sắt

• Hiệu quả ở pH = 4 – 11

• Độ hòa tan của keo Fe(OH)3 thấp, tỉ trọng lại lớn hơn Al(OH)3  bông cặn phèn sắt lắng nhanh hơn

• Ăn mòn đường ống nhiều,

do tạo ra HCl, H2SO4

• Lượng dùng cũng ít hơn phèn nhôm

Tuy nhiên, hầu hết các chất keo tụ vô cơ đều tạo ra

H+ giảm pH của nước, nên cần khử ion H+ bằng vôi, soda.

2.2 HÓA CHẤT KEO TỤ

 Chất keo tụ hữu cơ

• Là các hợp chất có mạch dài, cao phân tử, có thể

mang các điện tích khác nhau Hấp phụ các chất bẩn mang điện tích trái dấu  hạt cặn lớn và lắng xuống

• Thường vừa là chất keo tụ, vừa là chất trợ keo tụ

• Ví dụ: polyamine, polyDADMAC

CÁC CHẤT TRỢ KEO TỤ

Mục đích: giảm liều lượng chất keo tụ, giảm

thời gian quá trình keo tụ, tăng tốc độ tạo bông cặn, tăng cường quá trình keo tụ tạo bông.

Các hóa chất trợ keo tụ:

-Tự nhiên: tinh bột, dextrin (C6H10O5 )n , các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính

xSiO2.yH2O

-Tổng hợp: tiêu biểu là polyacrylamit

(CH2CHCONH2)n gồm PAM Anionic, PAM Cation, PAM non-ionic, PAM lưỡng tính

2.2 CÁC GIAI ĐOẠN, THIẾT BỊ VA CÔNG TRÌNH KEO TỤ

Qúa trình keo tụ được thực hiện theo các giai đoạn sau:

- Định lượng và hòa trộn chất keo tụ vào nước cần xử lí

- Phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo và chất vẫn trong nước

- Tạo bông kết tủa

2.2.1 CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ - ĐỊNH LƯỢNG PHÈN

CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ: BỂ HÒA TAN PHÈN

2.2.2 THIẾT BỊ HÒA TRỘN CHẤT PHẢN ỨNG

Bể trộn (bể keo tụ)

Nước đầu vào

Hóa chất

Vai trò: So với khối lượng

nước xử lý, lượng hóa chất sử

dụng thường chỉ chiếm một tỉ

lệ rất nhỏ, khoảng vài chục

phần triệu Mặt khác phản ứng

của chúng lại xảy ra rất nhanh

ngay sau khi tiếp xúc với nước

Vì vậy cần phải khuấy trộn để

phân phối nhanh và đều hóa

chất ngay khi cho vào nước,

nhằm đạt hiệu quả xử lý cao

nhất

 Vị trí bể trộn

 Động lực của quá trình trộn

Bể trộn (bể keo tụ)

Nước đầu vào

Hóa chất

Mục tiêu của quá trình trộn là đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái phân tán đều trong môi trường nước khi phản ứng xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa chúng với các phân tử tham gia phản ứng

Thời gian

Trộn bằng

dòng tia áp lực

TRỘN THỦY LỰC

Nguyên lý: Dùng các loại vật cản để tạo ra sự

xáo trộn trong dòng chảy của hỗn hợp nước và hóa chất để hòa tan chúng với nhau

Tùy theo cấu tạo, quá trình trộn thủy lực được thực hiện bằng:

 Thiết bị trộn trong ống dẫn

 Bể trộn vách ngăn ngang

 Bể trộn đứng

TRỘN THỦY LỰC

Khuấy trộn bằng máy bơm:

- Áp dụng cho các trạm xử lý nước có công suất nhỏ

- Cho dung dịch hóa chất vào đầu hút của máy bơm

- Chiều dài ống dẫn từ bơm tới công trình xử lý <200m

- Tốc độ nước trong ống dẫn≥1,2 m/s

Thiết bị trộn trong ống dẫn:

- Như khâu trộn sơ bộ

- Vận tốc nước 1,2-1,5m/s

TRỘN THỦY LỰC

Bể trộn vách ngăn (bể trộn ngang)

• Cấu tạo: gồm một đoạn mương bê tông cốt

thép có các vách trộn chắn ngang.

Bể trộn vách ngăn (bể trộn ngang)

• Vai trò: áp dụng để trộn nước với các

dung dịch hóa chất ít cặn như phèn, soda.

• Thời gian trộn 1 – 2 phút

• Lưu ý: Không nên trộn dung dịch vôi sữa vì cặn vôi có thể lắng xuống và

đóng thành lớp trước vách ngăn.

THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ

_ Vlỗ = 1m/s.

_ Vcuối máng = 0.6 m/s.

_ Hàng lỗ trên cùng ngập trong nước từ 0.1 – 0.15 m + dlỗ = 20 – 100mm.

_ Tổng diện tích lỗ 30 ÷ 35% diện tích làm việc tấm chắn.

_ Khoảng cách giữa các tấm chắn bằng chiều rộng bể.

_ Chiều sâu mực nước tối thiểu ở ngăn cuối cùng = 0.2 – 0.5 m _ Đầu bể: ngăn tràn + tháo nước tràn