B i giảng: Trạm xử lý nớc trờng đại học xây dựng Công nghệ xử lý nớc PGS TS Nguyễn Việt Anh PCN Bộ môn Cấp thoát nớc, Trờng Đại học Xây dựng Tháng năm 2009 lắng nớc Khái niệm chung lắng nớc Lắng l khâu xư lý quan träng c«ng nghƯ xư lý n−íc (đặc biệt nớc mặt) Dựa nguyên tắc l rơi theo trọng lực hạt cặn PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD B i giảng: Trạm xử lý nớc ng nghiệm để xác định vận tốc lắng U Đờng cong lắng cặn hay l biểu đồ phân bố vận tốc lắng PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD B i giảng: Trạm xử lý nớc Các loại bể lắng thờng gặp Bể lắng đứng Bể lắng ngang Bể lắng ly tâm Bể lắng có tầng cặn lơ lửng (bể lắng trong) Bể lắng lớp mỏng (Lamen) Khái niệm chung lắng nớc b Lắng ngang: Đờng nớc chuyển động theo phơng nằm ngang Hiệu suất cao bể lắng đứng (một phần hạt cặn có U < Uo đợc giữ lại Xét bể lắng ngang với điều kiện lm việc tối u: + Dòng nớc chuyển động theo phơng ngang chế độ chảy tầng v> điểm bể Thời gian lu lại phần tử n−íc ®i qua bĨ ®Ịu b»ng v> b»ng t = Wbể /Q + Trên mặt cắt ngang vuông góc chiều dòng chảy [ở đầu bể] nồng độ hạt cặn có kích thớc điểm + Hạt cặn lắng ngừng chuyển động chạm đáy bể Chú ý: Để đạt đợc điều kiện Phải tồn vùng riêng biệt bể lắng ngang: vùng phân phối nớc, vùng lắng, vïng chøa cỈn, vïng thu n−íc PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD B i giảng: Trạm xử lý nớc Khái niệm chung lắng nớc Khái niệm chung lắng nớc * Các tiêu thuỷ động lực học để tính toán bể lắng Trong điều kiện tự nhiên: trình lắng xảy phức tạp ảnh hởng nhiều yếu tố Về mặt thuỷ lực: dòng chảy thờng không đạt chế độ chảy tầng lý tởng m> xuất dòng chảy rối, theo hớng theo cặn Để có hiệu suất lắng cao phải đạt đợc chế độ chảy tầng: Re < 2000 PGS TS Ngun ViƯt Anh, Bé m«n CTN, Trờng ĐHXD B i giảng: Trạm xử lý nớc Khái niệm chung lắng nớc Thực tế: Giá trị hệ số Re khác vùng khác bĨ l¾ng V R ∂ V0 tèc độ trung bình bể (dòng nớc), m/s R Bán kính thuỷ lực, m Độ nhớt động lực nớc, m/s2 Đối với bể lắng đứng: Re tb = V0 = Q BH (m/s); R = BH B + 2H (m); Re = Q ∂ B + 2H Q BH không đạt yêu cầu lắng tối u: khó phân phối nớc, cặn cha kịp lắng, Thực tế: L >> B Dòng chảy điều kiện chảy rối m> chảy tầng NÕu t0 = 200C, ǩ = 1,01.10 m/s2, Re < 2000 → B v> H lín, L nhá v×: U = Khái niệm chung lắng nớc Mặt khác: nồng độ cặn không đều, bề mặt đáy gồ ghề tạo xoáy chảy rối, gió, bất yếu tố bất lợi Để hạn chế ảnh hởng dòng nớc xoáy: bể lắng phải có cấu tạo phù hợp để đảm bảo cân lực qu¸n tÝnh, lùc ú v> lùc hót träng tr−êng t¸c động lên phần tử nớc V2 Tơng quan đợc biểu thị hệ số Froude: Fr = + Víi bĨ l¾ng ngang: Fr = Q B + 2H g B3H g.R Tõ kÕt qu¶ thực nghiệm để đạt chế độ lắng ổn định, bể lắng phải có cấu tạo cho Fr 10 L−u ý: Víi Fr ≥ 10 thêi gian l−u n−íc thùc tÕ trung b×nh ≥ 0,8 thêi gian lu nớc lý thuyết tránh đợc tợng chảy tắt v> xuất vùng nớc chết bể thực tế Ttb < 0,8 Tlt cần có biện pháp khắc phục PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD B i giảng: Trạm xử lý nớc nh hởng xấu dòng chảy rối đến hiệu lắng lắng hạt cặn tự nh hởng xấu dòng chảy rối đến hiệu lắng lắng hạt cặn keo tụ PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD B i giảng: Trạm xử lý nớc bể lắng đứng Có dạng hình tròn hay vuông mặt Thờng sử dụng kết hợp với bể phản ứng xoáy = 450 600 Q 10.000 m3/ngđ (dùng cho trạm có công suất nhỏ) Sử dụng nơi có điều kiện địa chất tốt (mực nớc ngầm thấp) Bảng giá trị phô thuéc v o tû sè D/H1 D/H1 β D 1,5 2,5 1,3 1,5 1,75 2,0 Trong ®ã: H1 = 2,5 (m), t thc vào cao tr×nh cđa dây chuyền công nghệ D/H1 < 1,5 (Vì áp dụng cho trạm bơm công suất nhỏ) Bảng giá trị Uo theo VI TCN Nớc đục Co < 50 mg/l, cã màu, xư lý b»ng phÌn N−íc ®ơc võa, Co = 50 250 xư lý b»ng phÌn N−íc ®ơc, Co > 250, xư lý b»ng phÌn Nớc đục, không xử lý phèn Có sử dụng trợ keo: lấy Uo lớn 15 20% PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD Uo= 0,35 0,45 (mm/s) Uo= 0,45 0,5 (mm/s) Uo= 0,5 0,6 (mm/s) Uo = 0,12 0,15 (mm/s) B i gi¶ng: Trạm xử lý nớc bể lắng ngang Thờng bố trí hợp khối với bể phản ứng phía trớc Bể lắng ngang thờng đợc sử dụng cho trạm Q > 3.000 m3/ngủ Sử dụng nơi có nớc ngầm cao, đất yếu Hiệu lắng > bể lắng đứng đợc sử dụng rộng ryi Có thể có nhiều ngăn với B 6m (nếu chiều d>i ngăn lớn khó thu cặn v> ảnh hởng đến kết cấu bể) Vách ngăn hớng dòng tạo điều kiện cho vận tốc dòng chảy theo phơng nằm ngang điểm mặt cắt ngang ®Ịu nh− PGS TS Ngun ViƯt Anh, Bé m«n CTN, Trờng ĐHXD B i giảng: Trạm xử lý n−íc bĨ l¾ng ngang L/HL 10 15 20 25 K 7,5 10 12 13,5 α 1,33 1,5 1,67 1,82 Trong ®ã: HL = 2,5 3,5 m KiĨm tra tû lƯ L/HL b»ng c«ng thøc L= F B.N N – sè ngăn bể + Chiều rộng bể lắng: B= Q 3,6.vtb N H L → KiĨm tra chÕ ®é thủ lùc bể lắng qua hệ số Reynolds v Froude Re < 10.000, Fr >= (0,5 …1).10 PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD B i giảng: Trạm xử lý nớc bể lắng ngang Khoảng vách ngăn cách mút ngăn chứa cặn 0,3 0,5 m : không đục lỗ f Lỗ = Q 3,6.v3 N (m2) Lỗ: d50 (20 150 mm) Vách ngăn thu n−íc ci bĨ: v4 = 0,5 m/s (l−u ý phơng pháp thu nớc) Các phơng án phân phối v thu nớc Vách ngăn phân phối nớc đầu bĨ (1) M¸ng thu n−íc ë ci bĨ (2) V¸ch ngăn thu nớc cuối bể (3) Máng thu nớc bề mặt (các máng dọc ngang bể) PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 10 B i giảng: Trạm xử lý nớc ống dẫn n−íc sang bĨ ph¶n øng PGS TS Ngun ViƯt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 11 B i giảng: Trạm xử lý nớc Bể phản ứng dích dắc đứng Bể lắng ngang (2 bể song song) Khó khăn việc xả bùn từ đáy bể lắng, bùn (nhiều sét) không chảy đợc v o ống đục lỗ (D200) ĐM lắp thêm đờng ống cấp khí để sục bùn nhng hiệu thấp PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 12 B i giảng: Trạm xử lý nớc Sơ đồ lắp đặt thiết bị c o cặn có vòng xích ngập nớc Sơ đồ lắp đặt thiết bị c o cặn có hai vòng xích ngập nớc Thiết bị c o cặn đặt dầm cầu chạy PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 13 B i giảng: Trạm xử lý nớc Bơm hút bùn xả cặn bể lắng đặt phao di động PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 14 B i giảng: Trạm xử lý nớc bể lắng có tầng cặn lơ lửng III.4.1 Sơ đồ cấu tạo + Nguyên tắc lm việc + Phạm vi ứng dụng * Nguyên tắc hoạt động Nớc ngn sau trén víi ho¸ chÊt (phÌn) t¸ch khí vo bể lắng hệ thống phân phối chuyển động từ dới lên hình thnh lớp cặn lơ lửng kết trình keo tụ (v giảm dần phần hình côn) Lớp cặn n>y trạng thái cân động (do v v> u) Nớc chảy qua lớp cặn lơ lửng tạo điều kiện tiếp xúc chất bẩn nớc v cặn điều kiện dòng chảy động lực hút phân tử thắng đợc lực đẩy tĩnh điện trình keo tụ xảy với cờng độ lớn so với trình keo tụ phân tử chất bẩn riêng biệt thể tích tự E tăng, tiết kiệm hoá chất v khối tích công trình Kết quả: Các hạt cặn đợc hấp phụ bề mặt cặn, nớc đợc lm Bông cặn mặt tăng kích thớc hấp phụ chất bẩn, mặt khác chúng bị phá vỡ tác dụng dòng nớc vận tốc nớc chảy lên lớn PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 15 B i giảng: Trạm xử lý nớc bể lắng có tầng cặn lơ lửng * Việc tách nớc v cặn sau lắng: Để giữ chất lợng nớc ổn định v> loại bỏ lợng cặn tích tụ bể lắng ngời ta lm khe (cửa sổ) trn cặn từ ngăn lắng sang ngăn nén cặn đợc lắng xuống xả ngoi Nớc đợc thu qua máng trn hay ống đục lỗ đặt ngập nớc, cách mặt nớc 0,3 m v cách khe trn cặn 1,5m * Điều kiện áp dụng: + Lm việc với hm lợng cặn vừa v> lớn (nếu cặn khó tạo lớp cặn lơ lửng) + Xư lý b»ng ho¸ chÊt + Q to nớc thay đổi + L>m việc liên tục suốt ngy đêm * Ưu điểm: E cao * Nhợc điểm: Phạm vi ứng dụng hạn chế Sơ đồ cấu tạo bĨ l¾ng kiĨu h nh lang cđa hUng Kendy (Anh) máng dẫn nớc nguồn kết hợp l>m ngăn tách khí; ống xả cặn bể lắng; ống phân phối nớc nguồn đy trộn với hoá chất; đa cặn v>o ngăn nén cặn; rửa cặn nớc; máng thu nớc; – m¸ng dÉn n−íc sang bĨ läc; xả cặn từ ngăn nén cặn ngo>i PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 16 B i giảng: Trạm xử lý nớc Bể lắng BiWwater (UK) Lu ý tính toán: F = Flắng + FnÐn cỈn , m2 + Kpp = ! Fl¾ng = FnÐn = PGS TS Ngun ViƯt Anh, Bé môn CTN, Trờng ĐHXD K pp Q 3,6.v (1 K pp ).Q 3,6.v. 17 B i giảng: Trạm xử lý nớc bể lắng ly tâm III.5.1 Cấu tạo Nguyên tắc hoạt động: Nớc chảy bể theo hớng ly tâm từ bể máng theo chu vi bÓ BÓ th−êng cã: + D = 18 … 50 m + H1 = 1,5 2,5 m + H2 = m Thiết bị gạt cặn (chuyển động vòng tròn) > xả cặn hệ thống thuỷ lực hay bơm (liên tục hay định kỳ) Sử dụng víi Q lín ( ≥ 30.000 m3/ng®) PGS TS Ngun Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 18 B i giảng: Trạm xử lý nớc bể lắng ly tâm * Ưu điểm: Khi có thiết bị gạt bùn độ dốc đáy < bể lắng đứng > giảm đợc H2 (1,5 3,5 m) > Xử dụng đợc MNN cao Cặn đợc xả liên tục Không phải ngừng lm việc * Nhợc điểm: V tốc nớc thay đổi từ tâm bể ngo>i, vùng gần tâm vận tốc lớn vùng ngo>i vận tốc nhỏ vùng bể khó lắng E < Các loại bể khác Hệ thống gạt bùn dễ hỏng hóc (luôn bị ẩm ớt > dễ bị gỉ ) ã Khắc phục: Sử dụng motơ khuấy chậm vùng lắng Thay xiphông hút bùn v> bơm PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 19 B i giảng: Trạm xử lý nớc Bể lắng lớp mỏng (Lamen) Bể lắng với nhiều lớp mỏng: Đó l> bể lắng kín hở, giống bể lắng thông th−êng v> cịng gåm vïng: Vïng ph©n phèi n−íc Vùng lắng Vùng tập trung v> chứa cặn Đặc điểm loại bể n y l vùng lắng đợc chia th>nh nhiỊu líp máng víi kh«ng gian nhá hĐp, nhê ống đặt nghiêng Khoảng cách tÊm chØ b»ng 15 cm Dïng c¸c tÊm ph»ng hình sóng tiện lắp ráp v> quản lý Dùng ống chắn v> đảm bảo kích thớc đợc đồng v> tốc độ dòng chảy tăng hơn, nhng lại chóng bị lắng cặn v> tăng khối lợng công tác tẩy rửa, quản lý Bể lắng lớp mỏng Tác dụng v chế trình lắng nh sau: giảm chiều cao lắng giảm độ chảy rối dòng chảy tự Re 500, giảm đợc độ dao động th>nh phần tốc độ thẳng đứng dòng nớc Kết l> tăng hệ số sử dụng dung tích v> giảm đợc thời gian lắng (chỉ cần v>i phút) Nếu cải tạo bể lắng thông thờng th>nh bể lắng với nhiều lớp mỏng suất tăng đợc lần PGS TS Nguyễn Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 20 B i giảng: Trạm xử lý n−íc BĨ l¾ng líp máng BĨ l¾ng nhiỊu líp mỏng chủ yếu đợc sử dụng nớc chứa nhiều cặn lắng bể theo sơ đồ dòng chảy ngang tốc độ th>nh phần dòng nớc theo phơng ngang v> gây xáo trộn hạt cặn đy lắng sơ đồ ngợc dòng, nhờ dòng nớc lớp nghiêng từ dới lên nên tạo điều kiện tốt cho trình lắng theo quĩ đạo ngắn Cặn liên tục trợt ngợc chiều dòng nớc v> dạng tập hợp lớn tập trung hố thu cặn Từ theo chu kỳ xả Chất tập trung khoang trống tầng v> dẫn theo máng chìm Đề giảm lợng nớc xả theo chất ngời ta dùng ống có lỗ v> thổi khí nén ống có lỗ đặt chu vi bĨ PGS TS Ngun ViƯt Anh, Bé m«n CTN, Trờng ĐHXD 21 B i giảng: Trạm xử lý nớc Kiểm soát hiệu trình lắng nớc Trong điều kiện tự nhiên: trình lắng xảy phức tạp ảnh hởng nhiều yếu tố Về mặt thuỷ lực: dòng chảy thờng không đạt chế độ chảy tầng lý tởng mG xuất dòng chảy rối, theo hớng theo cặn Để đạt chế độ chảy tầng: Re phải < 2000 V R Re tb = Thực tế: Giá trị hệ số Re khác vùng khác bể lắng V0 P tốc độ trung bình bể (dòng n−íc), m/s R P B¸n kÝnh thủ lùc, m ∂P §é nhít ®éng lùc cđa n−íc, m/s2 PGS TS Ngun Việt Anh, Bộ môn CTN, Trờng ĐHXD 22 B i giảng: Trạm xử lý nớc Kiểm soát hiệu trình lắng nớc Bể lắng ngang: V0 = Q BH , Re = m/s R= Q ∂ B + 2H BH B + 2H ,m NÕu t0 = 200C, nhá (tõ ∂ = 1,01.10P6 m/s2, Re < 2000 → B vG H lín, L rÊt ) Q U0 = BH không đạt yêu cầu lắng tối u: khó phân phối nớc, cặn cha kịp lắng, Thực tế: L >> B Dòng chảy điều kiện chảy rối mG chảy tầng Mặt khác: nồng độ cặn không bề mặt đáy gồ ghề tạo xoáy chảy rối + gió +, Kiểm soát hiệu trình lắng nớc Để hạn chế ảnh hởng dòng nớc xoáy: bể lắng phải có cấu tạo phù hợp để đảm bảo cân lực quán tính, lực ỳ vG lực hút trọng trờng tác động lên phần tử nớc Tơng quan đợc biểu thị hệ số Froude: V02 Fr = Víi bĨ l¾ng ngang: g R Fr = Q B + 2H g B3H Tõ kết thực nghiệm để đạt chế độ lắng ổn định, bể lắng phải có cấu tạo cho Fr ≤ 10P5 PGS TS Ngun ViƯt Anh, Bé m«n CTN, Trờng ĐHXD 23 B i giảng: Trạm xử lý nớc bể lắng ngang * Hệ thống phân phối v thu n−íc: HƯ thèng ph©n phèi v> thu n−íc rÊt quan trọng, giúp phân phối nớc, không dẫn đến tợng chảy tắt, tạo xoáy nớc, dòng chảy không ổn định, không chảy tầng, > E giảm Giải pháp: + Phân phối nớc: tốt l> dùng phân phối khoan lỗ + Thu nớc: cần phải tránh l>m tăng vận tốc dòng chảy, l>m cặn bị kéo theo v>o máng Từ thực nghiệm, ngời ta đa công thức tính vận tốc dòng nớc máng thu: vm < 3Uo, từ đó: Q/B < 5.H.Uo Nếu B không đủ, chiều d>i máng thu phải l> n*B, cho: n*B > Q/(5.H.Uo) Các phơng án phân phối v thu nớc Vách ngăn phân phối nớc đầu bể (1) Máng thu nớc cuối bể (2) Vách ngăn thu nớc cuối bể (3) Máng thu nớc bề mặt (các máng dọc ngang bĨ) PGS TS Ngun ViƯt Anh, Bé m«n CTN, Tr−êng §HXD 24 ... 3,6.v (1 − K pp ).Q 3,6.v. 17 B i giảng: Trạm xử lý nớc bể lắng ly tâm III.5.1 Cấu tạo Nguyên tắc hoạt động: Nớc chảy bể theo hớng ly tâm từ bĨ → c¸c m¸ng theo chu vi bĨ BĨ th−êng cã: + D = 18... ngày ®ªm * Ưu điểm: E cao * Nhợc điểm: Phạm vi ứng dụng hạn chế Sơ đồ cấu tạo bể lắng kiểu h nh lang cđa hUng Kendy (Anh) – m¸ng dẫn nớc nguồn kết hợp l>m ngăn tách khí; ống xả cặn bể lắng; ... Trờng ĐHXD B i giảng: Trạm xử lý nớc Các loại bể lắng thờng gặp Bể lắng đứng Bể lắng ngang Bể lắng ly tâm Bể lắng có tầng cặn lơ lửng (bể lắng trong) Bể lắng lớp mỏng (Lamen) Khái niệm chung lắng