CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ BÀN LUẬN
3.1 Hiệu quả loại bỏ độ cứng
3.1.2 Ảnh hưởng của vận tốc nước đi lên đến hiệu quả khử canxi
Hiệu quả loại bỏ canxi giảm khi gia tăng tốc độ nước đi lên từ 35.3 đến 74.1 m/h (tương đương với thời gian lưu nước giảm từ 3.1 xuống 1.5 phút). Khi tốc độ tăng lên, phần trăm giản nỡ của lớp vật liệu tăng lên (chiều cao của lớp cát trước và sau khi bơm) tăng lên từ 252% đến 300%. Do độ rỗng của lớp vật liệu tăng lên, diện tích bề mặt của lớp vật liệu trên 1 đơn vị thể tích giảm (Aldaco, 2008b), điều này dẫn đến hiệu quả của quá trình khử cứng giảm xuống từ 91.2% còn 78.5%. Hơn nữa, khi tốc độ tăng, hiệu quả loại bỏ canxi của bể phản ứng tầng sôi cũng giảm do thời gian lưu nước giảm. Vấn đề này được giản thích khi tốc độ dẫn nước tăng từ 59.1 đếb 64.4 m/h, phản ứng giữa Ca2+ và CO32- trên bề mặt hạt cát không xày ra hoàn toàn dẫn đến kết tủa CaCO3 rời rạc và bị trôi ra khỏi bể phản ứng tầng sôi, dẫn đến kết quả giảm sút hiệu quả loại bỏ canxi, tăng nồng độ chất rắn lơ lửng đầu ra trong nước sau xử lý. Do đó, tốc độ nước đi lên nên được giữ nhỏ hơn 59.1 m/h nhằm vẫn đảm bảo sự giản nỡ của lớp vật liệu nhưng tránh các hạt cát bị trôi ra ngoài (Tai et al, 2006).
22 Hình 3.2. Ảnh hướng của vận tốc nước đi lên đến hiệu quả loại bỏ canxi (a) và chất rắn lơn lửng đi ra (b)
4.1.3 Ảnh hưởng của kích cỡ hạt cát và khối lượng đến hiệu quả xử lý.
Hình 3.3 diễn tả sự ảnh hưởng của kích cỡ hạt cát trong bể phản ứng tầng sôi đến hiệu quả loại bỏ canxi ở vận tốc 35.3 m/h. Có thể thấy rằng sự phát triển của các hạt kết tinh CaCO3 trên bề mặt cát phụ thuộc vào kích cỡ của hạt (Lieser, 1969). Quá trình loại bỏ CaCO3 là kết quả của sự kết tinh CaCO3 trên hạt cát. Sự kết tinh bao gồm 4 bước, nhưng quá trình tạo hạt nhân và sự phát triển là quan trọng nhất (Lieser, 1969). Ripening và kết tinh lại không đáng kể trong bể phản ứng tầng sôi. Hạt nhân là sự hình thành các tinh thể mới, và sự tăng trưởng là sự gia tăng kích thước tinh thể bằng cách lắng đọng các ion, nguyên tử hoặc phân tử riêng lẻ (Wilard et al., 1992)
250 260 270 280 290 300 310 320 330
70 75 80 85 90 95
35 45 55 65 75
Độ giãn nở lớp VL, %
Hiệu quả loại bỏ canixi%
Vận tốc nước lên, m/h
250 260 270 280 290 300 310 320 330
-0.05 0.05 0.15 0.25 0.35 0.45
35 45 55 65 75
Độ giãn nở lớp VL, %
Nồng độ chất rắn đầu ra, mg/L
Vận tốc nước đi lên, m/h
( b)
23 Kích thước hạt càng nhỏ, số lượng cát càng nhiều. Nhiều hạt nhân (cát) trong tầng sôi đã thúc đẩy quá trình kết tinh của canxi cacbonat. Điều này dẫn đến hiệu quả loại bỏ canxi càng cao và chất rắn lơ lửng trong nước được xử lý càng thấp. Tuy nhiên, với kích thước cát nhỏ hơn 0.3 mm, độ cứng canxi còn lại cũng như chất rắn lơ lửng không khác nhau nhiều giữa kích thước cát 0.1mm, 0.2 mm và 0.3 mm, trong khi lại tăng mạnh khi tăng kích thước cát từ 0.3 – 0.6 mm.
Như đã nói ở trên, khi khối lượng hạt cát tăng lên trong PR dẫn đến có nhiều diện tích hơn cho quá trình tạo mầm, hiệu quả loại bỏ canxi cũng tăng lên. Khi khối lượng cát tăng từ 30 đến 150g, nồng độ canxi còn lại của nước thải giảm từ 88 đến 24 mg /L; tuy nhiên, khối lượng cát tăng nhiều hơn, hiệu quả loại bỏ canxi giảm nhẹ (Hình.3.4). Điều này là do với cùng một vận tốc bề mặt nhưng khối lượng cát cao hơn, lớp vật liệu không thể giãn nỡ mạnh dẫn đến diện tích bề mặt tiếp xúc ít hơn, làm giảm tiềm năng tạo mầm.
Hình. 3.3: Ảnh hưởng của kích cỡ hạt đến khả năng loại bỏ canxi
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0 30 60 90 120 150 180
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Nồng độ chất rắn đầu ra, mg/L
Độ cứng canxi, mgCaCO3/L
Kích cỡ hạt, mm Suspended solid
Residual Calcium Hardness Nồng độ chất rắn lơ lửng đầu ra Hàm lượng canxi còn lại, mg/L
24 Hình. 3.4: Ảnh hưởng của khối lượng hạt đến khả năng loại bỏ canxi
4.1.4 Ảnh hưởng của nồng độ canxi đầu vào
Hình.3.5 cho thấy ảnh hưởng của nồng độ canxi đến hiệu quả loại bỏ canxi. Khi tăng nồng độ canxi đầu vào từ 200 mg CaCO3/ L lên 600 mg CaCO3/ L, chúng ta thấy rằng hiệu quả tăng nhanh từ 86 đến 96% nhưng tăng nhẹ khi nồng độ Canxi tăng lên 1200 mg/L. Với nồng độ cao hơn, độ bão hòa cao hơn, do đó hiệu quả của quá trình kết tinh tăng lên. Điều này cũng được nêu rõ trong trường hợp tăng tỷ lệ mol [CO32-] / [Ca2+].
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ Canxi đến hiệu quả loại bỏ canxi
10 10.2 10.4 10.6 10.8 11
84 86 88 90 92 94 96 98 100
200 400 600 800 1000 1200
pH
Hiệu quả loại bỏ Canxi, %
Nồng độ Canxi đầu vào, mgCaCO3/L
Calcium Hardness removal efficiencies, % pH
10 10.2 10.4 10.6 10.8 11 11.2 11.4 11.6
0 20 40 60 80 100 120
30 60 90 120 150
pH
Độ cứng canxi, mgCaCO3/L
Khối lượng cát cho vào, g
Residual Ca2+ pH
Hiệu quả loại bỏ canxi, %