nhiều ngăn bằng các vách ngăn. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải trên 15.000m3/ngày. Hiệu suất lắng đạt 60%. Vận tốc dòng chảy của nước thải trong bể lắng thường được chọn khơng lớn hơn 0,01m/s cịn thời gian lưu từ 1÷3 giờ. [4]
* Bể lắng Radian:
Loại bể này có tiết diện hình trịn, đường kính 16÷40m (có khi tới 60m). Chiều sâu phần nước chảy 1,5÷5m, cịn tỷ lệ đường kính/chiều sâu từ 6÷30. Đáy bể có độ dốc i ≥ 0,02 về tâm để thu cặn. Nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài. Cặn lắng xuống đáy được tập trung lại để đưa ra ngoài nhờ hệ thống gạt cặn quay tròn. Thời gian nước thải lưu lại trong bể khoảng 85÷90 phút. Hiệu suất lắng đạt 60%. Bể lắng Radian được ứng dụng cho các trạm xử lý có lưu lượng từ 20.000 m3/ngày đêm trở lên. [4]
2.3.3. Kết tủa, đơng keo tụ:
Q trình lắng chỉ có thể tách được các hạt có rắn huyền phù nhưng khơng thể tách được các chất gây ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hịa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm tăng kích thước của chúng. Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hịa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau. Q trình trung hịa điện tích được gọi là q trình đơng tụ và q trình tạo các bơng lớn gọi là q trình keo tụ kết tủa.
Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bớt các ion mang điện tích dương ở lớp bên trong. Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyển động gọi là thế zeta (ζ) hay thế điện động. Khác với thế nhiệt động E (là hiệu số
điện thế giữa bề mặt hạt và chất lỏng). Thế zeta phụ thuộc vào E và chiều dày hai lớp, giá trị của nó sẽ xác định lực tĩnh điện đẩy của các hạt là lực cản trở việc dính kết giữa các hạt rắn với nhau.
Nếu như điện tích âm thực là điện tích đẩy và thêm vào đó tất cả các hạt cịn có lực hút tĩnh điện – lực VanderWaals – do cấu trúc phân tử của các hạt. Tổng của hai loại điện tích này là điện tích đẩy thực hay là một hàng rào năng lượng cản trở các hạt rắn liên kết với nhau. Như vậy mục tiêu của động tụ là giảm thế zeta – tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng này tới giá trị tới hạn, sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách thêm các ion có điện tích dương. Như vậy trong đơng tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hịa điện tích. Hiệu quả đơng tụ phụ thuộc vào hóa trị của ion, chất đơng tụ mang điện trái dấu với điện tích của hạt. Hóa trị của ion càng lớn thì hiệu quả đơng tụ càng cao.
Q trình thủy phân các chất đơng tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau:
Me3+ + HOH = Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+ + H+ Me(OH)+ + HOH = Me(OH)3 + H+
=> Me3+ + HOH = Me(OH)3 + 3H+
Liều lượng của các chất đông tụ tùy thuộc vào nồng độ tạp chất rắn trong nước thải.
Các chất đông tụ, keo tụ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng hoặc trực tiếp đưa OH- vào (đặc biệt trong trường hợp nước thải chứa nhiều ion kim loại nặng). Việc lựa chọn chất đơng tụ phụ thuộc vào các tính chất hóa lý, chi phí, nồng độ tạp chất trong nước, pH và thành phần muối trong nước. Trong thực tế người ta thường sử dụng các chất đông tụ sau: Al2(SO4)3.18H2O; NaAlO2; KAl(SO4)2...Trong đó được dùng rộng rãi nhất là Al2(SO4)3 bởi vì Al2(SO4)3 hịa tan tốt trong nước, cho phí thấp và hoạt động có hiệu quả cao trong khoảng pH = 6,5÷8. Các muối sắt được sử dụng có nhiều ưu điểm hơn so với các
muối nhôm do: tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp, có khoảng pH tối ưu của mơi trường rộng hơn, độ bền lớn và kích thước bơng keo có khoảng giới hạn rộng của thành phần muối, có thể khử được H2S. Tuy nhiên muối sắt cũng có những nhược điểm là chúng tạo thành các phức hòa tan nhuộm màu qua phản ứng của các cation sắt với một số hợp chất hữu cơ. [7]
Người ta dùng thí nghiệm Jar – test để xác định liều lượng tối ưu cho quá trình keo tụ trong quá trình xử lý nước và nước thải. Để tăng cường quá trình keo tụ kết tủa tạo bơng người ta cịn thêm vào trong nước một số hợp chất cao phân tử (gọi là chất trợ keo) để thúc đẩy quá trình keo tụ kết tủa tạo bông và lắng. Để xử lý nước thải người ta thường thêm vào nước thải các chất keo tụ kết tủa tạo bơng có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp.
Đa số chất bẩn hữu cơ, vơ cơ dạng keo trong nước thải có điện tích âm và do đó nếu dùng các chất trợ đơng tụ cation trước đó sẽ khơng cần đơng tụ sơ bộ. Việc lựa chọn hóa chất, liều lượng tối ưu của chúng, trình tự cho vào nước...cũng đều phải được xác định bằng thực nghiệm.
Để phản ứng diễn ra hoàn tồn và tiết kiệm, phải khuấy trộn đều hóa chất với nước thải. Thời gian nước lưu lại trong bể trộn khoảng 1 đến 5 phút. Tiếp đó thời gian cần thiết để nước thải tiếp xúc với hóa chất cho tới khi bắt đầu lắng dao động trong khoảng 20 – 60 phút. Trong thời gian này các chất hóa học có tác dụng và sẽ diễn ra q trình đơng tụ và tạo bùn. [7]
Để khuấy trộn nước thải với hóa chất và tạo được bơng keo người ta dùng các phương pháp khuấy thủy lực và khuấy cơ học. Có nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành q trình kết tủa: khí nén, cánh khuấy. Năng lượng cần thiết để chuyển động cánh khuấy trong nước tính theo cơng thức sau:
3 . . . 2 D C A v P= ρ [7] Trong đó: P: năng lượng, N/s. A: diện tích cánh khuấy, m2.
ρ: khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3. CD: hệ số ma sát.
Gradien vận tốc sinh ra do việc đưa năng lượng từ bên ngồi vào thể tích nước V sẽ l: 1 2 . P G V à = ữ [7] Trong đó: G: Gradien vận tốc, s-1.
μ: độ nhớt của nước dyn.s/cm2. V: thể tích của bể đơng tụ, m3.
Trong đa số trường hợp, tiêu chuẩn yêu cầu trong thiết kế thường lấy G trong khoảng từ 30÷60 s-1. Thời gian cũng là một thơng số quan trọng trong q trình keo tụ kết tủa. Trong thiết kế người ta thường chọn tích số G.τ trong đó τ là thời gian lưu thủy lực trong bể kết tủa. Giá trị điển hình của tích số trên nằm trong khoảng 104÷105. Q trình làm sạch nước thải bằng đơng tụ và keo tụ gồm các giai đoạn: định lượng khuấy trộn hóa chất với nước thải, tạo thành bông keo và lắng bông keo.
2.4. Giới thiệu các thiết bị chính:
1. Song chắn rác:
Loại song chắn được chọn là loại vừa, làm từ các thanh thép với khoảng cách giữa các thanh là 20mm. Do nước thải của các cơ sở mạ điện khơng chứa nhiều tạp chất thơ, có kích thước lớn nên lượng rác tích luỹ tại song chắn là khơng đáng kể.
2. Bể điều hồ:
Do đặc trưng của ngành mạ là lưu lượng cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải dao động lớn nên bể điều hồ được sử dụng để ổn định các thơng số này, tạo điều kiện cho quá trình xử lý tiếp theo đạt được hiệu quả cao. Quá trình điều hồ cũng tránh được tình trạng q tải do đó giảm chi phí xây dựng, vận hành và quản lý của hệ thống xử lý. Bể điều hoà được khuấy trộn nhờ hệ thống khí nén.
3. Bể phản ứng kết tủa:
Bể phản ứng kết tủa có tác dụng kết tủa các kim loại có trong nước thải. NaOH được pha chế thành dạng dung dịch 20% có khuấy trộn bằng cánh khuấy.
NaOH được bơm vào các bể phản ứng kết tủa, ở đây ion kim loại phản ứng với NaOH tạo dạng hydroxyt kết tủa. Phương trình phản ứng diễn như sau:
Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2
Với thời gian phản ứng là 3 - 5 phút, hiệu suất tách ion kim loại đạt 99,9% . Các hydroxyt có kích thước lớn nên dễ dàng lắng ngay tại bể lắng. [8]
4. Bể lắng đứng:
Nhiệm vụ của bể lắng là tách các hạt hydroxyt kim loại kết tủa và các hạt rắn lơ lửng ra khỏi nước thải. Các hạt hydroxyt kết tủa có kích thước lớn nên dễ dàng lắng ngay khi vào bể lắng, hiệu suất đạt khoảng >90%. Các hạt rắn lơ lửng có kích thước nhỏ hơn nên khó lắng hơn, hiệu suất lắng các hạt dạng này đạt khoảng 65÷70% đối với loại bể lắng đứng nước chuyển động từ trên xuống dưới. Loại bể lắng được lựa chọn là bể lắng đứng [7]. Nước được bơm vào ống trung tâm ở giữa bể, đi xuống dưới gặp bộ phận tấm chắn, hướng dòng nước thải thành chuyển động ngang vào vùng lắng. Tại đây, nước chuyển động từ dưới lên, cặn rơi xuống đáy bể. Nước trong được thu bằng máng vịng bố trí xung quanh thành bể và được đưa sang thiết bị tiếp theo.
5. Bể trung hịa:
Nước sau khi ra khỏi bể lắng mang tính kiềm, vì vậy trước khi thải ra mơi trường cần phải qua bể điều chỉnh pH sao cho đạt QCVN 40: 2011/BTNMT (loại B). Axit từ bể chứa axit được định lượng và đưa vào bể để pH của nước thải ra mơi trường là 5,5÷9.
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ KẼM
3.1. Lựa chọn, thiết kế hệ thống cống thoát nước, song chắn rác và hồ thunước thải: nước thải:
3.1.1. Hệ thống cống thoát nước:
Nước thải của phân xưởng mạ kẽm của Công ty Hồng Nguyên, do nước thải ở đây có tính độc hại cao nên ta tiến hành thu gom và xử lý. Việc phân dòng của nước thải xưởng mạ được thực hiện ngay trong xưởng tại các nguồn thải. Chúng ta tiến hành thu nước thải theo từng khu vực sản xuất, dựa trên bố trí thiết bị trong xưởng. Tại xưởng mạ, ngồi các dịng thải từ các bể mạ Zn cịn có các dịng thải chứa axit và kiềm từ các bể tẩy rỉ, tẩy dầu mỡ.
Dòng thải chứa kiềm và axit từ các bể tẩy rỉ, tẩy dầu mỡ sẽ nhập chung với dòng thải từ các bể phá lớp mạ Kẽm. Hơn nữa việc nhập các dịng thải vào với nhau khơng làm ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý của quá trình.
Hệ thống ống dẫn nước thải của xưởng mạ là các ống nhựa PVC chịu được kiềm, axit. Đường kính ống Ø 110, tồn bộ hệ thống rãnh được bọc composite. Nước thải từ hố thu gom tự chảy vào bể điều hòa của hệ thống xử lý nước thải.
3.1.2. Song chắn rác và hố thu nước thải:a. Song chắn rác: a. Song chắn rác:
Song chắn được đặt ở cửa dẫn nước và cơng trình thu nước có tác dụng loại bỏ rác trong nước nhằm bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả xử lý của cơng trình xử lý nước thải.
Thanh chắn rác có thể dùng loại tiết diện trịn, chữ nhật, bầu dục... Tiết diện trịn ít được sử dụng vì rác dễ dính chặt vào thanh chắn gây khó khăn cho cơng tác
vớt rác. Được sử dụng nhiều là thanh chắn có tiết diện hình chữ nhật, tuy nhiên loại này tổn thất thuỷ lực lớn. Song chắn đặt nghiêng góc 600 so với mặt phẳng ngang để thuận lợi khi vớt rác và đặt vng góc với hướng nước chảy theo mặt bằng.
Vì lượng rác trong các xưởng mạ không nhiều, với lưu lượng 30m3/ngày chọn song chắn có tiết diện hỗn hợp hình trịn và chữ nhật. Loại song chắn này khắc phục được hạn chế của của 2 loại song chắn trên.