− Các tính chất hĩa lý của chất bẩn.
− Thành phần nước thải.
− Chế độ thủy động lực của thiết bị tuyển nổi.
− Điều kiện bão hịa khí và sự ổn định của các bọt khí. − Sự ổn định của tổ hợp chất bẩn - bọt khí.
Hình 3.5: Sơ đồ bể tuyển nổi
Máng thu nước bố trí dạng các máng tràn thành mỏng.
Tuy nhiên trong thực tế chúng ta khơng thể xác định và định lượng được tồn bộ các yếu tố trên. Người ta chỉ nghiên cứu những quy luật cơ bản nhất.
- Giai đoạn hịa trộn khơng khí vào nước: Đây là giai đoạn đầu của quá trình nhưng cĩ tính chất quyết định. Nĩ đảm bảo lượng bọt khí cần thiết cho quá trình tuyển. Độ hịa tan của khí vào nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố: áp suất, nhiệt độ, chế độ làm việc thủy động lực của thiết bị bão hịa khí, thành phần, tính chất của chất bẩn trong nước thải.
- Giai đoạn hình thành các bọt khí: Sau khi hạ áp suất trong nước, các bọt khí trong nước xuất hiện nhanh, chỉ sau vài phần nghìn giây, tuy nhiên số lượng và kích
thước của chúng khơng chỉ phụ thuộc vào nồng độ khơng khí đã bão hịa mà cịn phụ thuộc vào động lực bão hịa dung dịch và liên quan đến vận tốc chung của hỗn hợp nước thải đã bão hịa khơng khí vào ngăn tuyển.
Hình thành tổ hợp bọt khí và chất bẩn
Phân thành ba cơ chế hình thành các bọt khí - chất bẩn. + Nhờ sự va chạm giữa các bọt khí với phần tử chất bẩn. + Tạo bọt khí ngay trên bề mặt chất bẩn.
+ Sự kết hợp giữa các bọt khí lớn ở trạng thái tự do với các bọt khí nhỏ hơn, mà các bọt khí này được hình thành trên bề mặt các phần tử chất bẩn nhưng khơng đủ sức nổi lên bề mặt nước.
Cơ chế 1: Xảy ra khi bão hịa khơng khí ở trong nước thải cĩ lẫn các chất bẩn. Cơ chế 2: Xảy ra khi hình thành các tổ hợp tuyển nổi trong một chu kỳ đồng nhất. Sau đĩ hỗn hợp này được hịa trộn với nước thải.
Cơ chế 3 (thực chất là kết tụ): Khi hịa trộn khơng khí với nước thải cĩ chứa chất bẩn, trên bề mặt chúng cĩ bọt khí nhỏ, các bọt khí này đĩng vai trị nhân tuyển nổi.
Ba cơ chế hình thành tổ hợp chất bẩn - bọt khí trên là cơ sở cho việc đề suất ba cơng nghệ tuyển nổi áp lực khác nhau.
1. Sơ đồ tuyển nổi xuơi dịng.
2. Sơ đồ tuần hồn bão hịa một phần nước thải sau xử lý.
Khơng khí nén
Thùng bão hịa Ngăn tuyển nổi
Nước thải cần
xử lý Vịi phun Nước sau xử lý
Bọt tuyển nổi
Ngăn tuyển nổi Nước sau xử lý
Bọt tuyển nổi Nước thải cần xử lý
Vịi phun
Khơng khí nén
Thùng bão hịa Ngăn tuyển nổi
Nước thải cần
xử lý Vịi phun Nước sau xử lý
3. Sơ đồ tuyển nổi tuần hồn nhiều bậc với dịng bão hịa phân nhánh.
3.2.5. Các quá trình trong tuyển nổi áp lực
Biện pháp này tuy khơng kinh tế bằng tuyển nổi biện pháp tuyển nổi chân khơng, nhưng nĩ cho phép điều chỉnh độ bão hịa trong một khoảng rộng hơn với hiệu suất mong muốn. Trong phương pháp này, khơng khí hịa tan vào nước trong điều kiện áp suất và thiết bị tuyển nổi làm việc tại áp suất khí quyển. Với cách này, thiết bị tuyển nổi cĩ cấu tạo kiểu hở, dễ chế tạo, dễ vận hành. Thiết bị làm việc theo nguyên tắc này gọi là tuyển nổi bằng khí hịa tan (Disssolved air flotation - DAF).
Nước thải thường được nén trong bình áp lực dưới áp suất 2,1 – 4,9 kg/cm2, và duy trì ở áp suất này trong khoảng 2 – 5 phút. Sau đĩ nước bão hịa khí được đưa vào bể tuyển nổi qua một van giảm áp, độ hịa tan của khơng khí giảm xuống, lượng khơng khí dư (khơng khí hịa tan) dưới dạng bọt khí nổi lên trên kéo theo chất bẩn. Thời gian lưu nước trong bể thường 20 – 25 phút.
3.2.6. Các phương pháp thực hiện tuyển nổi 3.2.6.1. Tuyển nổi sinh học và hĩa học
Biện pháp này dùng để nén cặn từ bể lắng đợt một khi xử lý nước thải thành phố. Muốn vậy, cặn từ bể lắng đợt một được tập trung vào một bể đặc biệt và đun nĩng tới 35 – 550C trong vài ngày. Do sinh vật phát triển và tạo bọt khí nổi lên, kéo theo cặn cũng nổi lên và gạt cặn đi. Kết quả độ ẩm của cặn chỉ cịn 80%.
Bùn hoạt tính dư ở bể lắng đợt hai khĩ tuyển nổi hơn.
Khi cho phèn vào nước thải, song song với quá trình hĩa học, cịn tạo ra các bọt khí như CO2, O2, Cl2. Trong những điều kiện nhất định, các bọt khí này cũng nổi lên kéo theo các chất bẩn khơng tan trong nước thải.
Ngăn tuyển nổi 1
Khí nén Thùng bão hịa Ngăn tuyển nổi 2
Bọt tuyển nổi Bọt tuyển nổi
Khi tuyển nổi hĩa học thì đầu tiên nước thải phải được qua bể trộn rồi sau đĩ mới qua ngăn tuyển nổi. Thời gian lưu lại trong bể trộn phải khơng ít hơn 3 – 5 phút để diễn ra phản ứng và tạo bọt.
3.2.6.2. Tuyển nổi chân khơng
Ưu điểm của biện pháp tuyển nổi chân khơng là các quá trình (tạo bọt khí, dính kết giữa các bọt khí với các chất bẩn, nổi lên của hỗn hợp bọt khí - chất bẩn)đều diễn ra ở trạng thái mơi trường tĩnh cho nên hiệu suất tuyển nổi cao, tốn ít năng lượng cho cả quá trình tuyển nổi.
Biện pháp này cĩ nhược điểm là mức độ bão hịa các bọt khí trong nước thấp nên chỉ sử dụng với các loại nước thải cĩ nồng độ chất bẩn khơng tan khá cao (trên 250 – 300 mg/l).
Nhược điểm nữa là phải xây dựng lắp ráp các thùng chân khơng rất kín với các thiết bị gạt cơ giới bên trong. Do đĩ về cấu tạo và cơ giới gặp nhiều khĩ khăn. Bất kỳ sửa chữa dù nhỏ nào cũng khơng thực sự được nếu khơng ngừng làm việc tồn trạm.
3.2.6.3. Tuyển nổi từ sự tách khơng khí từ dung dịch
Phương pháp này được áp dụng để làm sạch nước thải chứa hạt ơ nhiễm rất mịn. Bản chất của phương pháp này là tạo dung dịch quá bão hịa khơng khí. Khi giảm áp suất các bọt khơng khí sẽ tách ra khỏi dung dịch và làm nổi chất bẩn.
Tùy thuộc vào biện pháp tạo dung dịch quá bão hịa, người ta chia ra: tuyển nổi chân khơng, áp suất và bơm dâng
3.2.6.4. Tuyển nổi với sự phân tán khơng khí bằng cơ khí
Sự phân tán khí trong máy tuyển nổi được thực hiên nhờ bơm turbin kiểu cánh quạt, đĩ là đĩa cĩ cánh quay hướng lên trên. Thiết kế kiểu này được ứng dụng để xử lý nước cĩ nồng độ các hạt lơ lửng cao (lớn hơn 2 g/l). Khi quay cánh quạt trong chất lỏng xuất hiện một số lượng lớn các dịng xoay nhỏ và được phân tán thành các bọt khí cĩ kích thước xác định, mức độ phân tán càng cao bọt khí càng nhỏ quá trình càng hiệu quả. Tuy nhiên, nếu vận tốc quay cao sẽ làm tăng đột ngột dịng chảy rối và cĩ thể phá vỡ tổ hợp hạt - khí, do đĩ làm giảm hiệu quả xử lý
3.2.6.5. Tuyển nổi nhờ các tấm xốp
Phương pháp này cĩ ưu điểm là: kết cấu buồng nổi đơn giản, chi phí năng lượng thấp. Khuyết điểm: các bọt mau bị bẩn và dễ bị bịt kín, khĩ cho vật liệu cĩ lỗ giống nhau để tạo bọt khí nhuyễn và cĩ kích thước bằng nhau. Hiệu quả tuyển nổi phụ thuộc vào lỗ xốp, áp suất khơng khí, lưu lượng khơng khí, thời gian tuyển nổi, mực nước trong thiết bị tuyển nổi
3.2.6.6. Xử lý bằng phương pháp tách phân đoạn bọt (tách bọt)
Phương pháp tách phân đoạn bọt dựa trên sự hấp phụ chọn lọc một hay nhiều chất tan trên bề mặt bọt khí nổi lên trên xuyên qua dung dịch. Quá trình này ứng dụng để loại chất hoạt động bề mặt ra khỏi nước thải, nĩ tương tự quá trình hấp phụ trên chất rắn.
Trong quá trình phân riêng, bọt tạo thành cĩ nồng độ chất tan hoạt động bề mặt khá cao. Việc tách nĩ ra khỏi bọt rất khĩ khăn. Vì vậy, trong đa số các trường hợp nĩ là chất thải.
Như vậy, quá trình xử lý nước thải khỏi chất hoạt động bề mặt bằng phương pháp tách bọt cĩ nhược điểm:
− Tạo thành chất ngưng giàu chất hoạt động bề mặt, bị phân hủy chậm.
− Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt trong nước thải tăng hiệu quả xử lý giảm.
Do đĩ, người ta đề nghị phương pháp xử lý chất hoạt động bề mặt kết hợp với phương pháp tách bọt rồi xử lý bức xạ, loại trừ hồn tồn chất thải dạng bọt.
Chất thải chứa chất hoạt động bề mặt được cho liên tục vào tháp. Khơng khí cũng được sủi bọt vào thùng này. Bọt tạo thành trong tháp được đưa qua thiết bị bức xạ, chiếu bằng tia γ. Nhờ đĩ, chất hoạt động bề mặt bị phân hủy cịn bọt ngưng tụ.
Theo sơ đồ khác, bọt khơng đi ra khỏi tháp mà bị phân hủy ngay trên đỉnh tháp bằng tia γ .
Phương pháp này cho phép xử lý nước thải cĩ nồng độ chất hoạt động bề mặt cao. Tuy nhiên, sự phân hủy hồn tồn chất hoạt động bề mặt thành H2O và CO2 khơng kinh tế. Thích hợp nhất là phân hủy chúng thành các chất dễ bị oxy hĩa sinh học
3.2.6.7. Tuyển nổi sinh học
Phương pháp này được ứng dụng để nén cặn từ bể lắng đợt I khi xử lý nước thải sinh hoạt. Trong phương pháp này cặn được đun nĩng bằng hơi nước đến 35-550C và nhiệt độ này được giữ cả ngày đêm. Do hoạt động của các vi sinh vật, các bọt khí sinh ra và mang các hạt cặn lên lớp bọt, ở đĩ chúng được nén và khử nước. Bằng cách này, trong vịng 5-6 ngày đêm độ ẩm của cặn cĩ thể giảm đến 80% và đơn giản hĩa quá trình xử lý cặn tiếp theo.
3.2.6.8. Tuyển nổi ion
Quá trình này được tiến hành như sau: người ta cho khơng khí và chất hoạt động bề mặt vào nước thải. Chất hoạt động bề mặt trong nước tạo thành các ion cĩ điện tích trái dấu với điện tích của ion cần loại ra. Khơng khí ở dạng bọt cĩ trách nhiệm đưa chất hoạt động bề mặt cùng chất bẩn lên lớp bọt.
Phương pháp này cĩ thể áp dụng để tách ra khỏi nước các kim loại (Mo, W, V, Pt, Ce, Re,…) quá trình hiệu quả khi nồng độ ion thấp 10-3-10-2 mol.ion/l.
Trong trường hợp cần tiến hành đồng thời quá trình tuyển nổi và oxi hĩa chất ơ nhiễm, nên bão hịa nước bằng khơng khí giàu oxi hoặc ozone. Để hạn chế quá trình oxi hĩa thì thay khơng khí bằng khí trơ
3.2.6.9. Tuyển nổi điện
Biện pháp này dựa trên nguyên tắc: khi cĩ dịng diện một chiều qua nước thải, ở một trong các điện cực ( catot ) sẽ tạo ra khí hydro. Kết quả nước thải khí được bão hịa bởi các bọt khí đĩ sẽ kéo theo các chất bẩn khơng tan khác nổi lên bề mặt nước. Ngồi ra, nếu trong nước thải cịn chứa nhiều chất bẩn khác là các chất điện phân thì dịng điện đi qua sẽ làm thay đổi các thành phần hĩa học và tính chất của trạng thái các tạp chất khơng tan do cĩ các quá trình điện ly, phân cực, điện chuyển và oxy hĩa khử…. xảy ra.
Trong nhiều trường hợp những thay đổi cĩ lợi cho qua trình xử lý nước thải và trong những trường hợp khác cần phải điều khiển các quá trình đĩ để đạt được hiệu suất xử lý một loại chất bẩn nào đĩ.
Khi sử dụng các điện cực tan (sặt hoặc nhơm ) thì ở cực anot sẽ diễn ra quá trình hịa tan kim loại: Kết quả sẽ cĩ các cation (nhơm hoặc sắt )chuyển vào nước. Những cation này sẽ cùng nhĩm hydroxyl tạo thành hydroxit là những chất keo tụ phổ biến trong thực tế xử lý nước thải. Do đĩ, trong khơng điều kiện để bọt khí bám vào bơng cũng như quá trình keo tụ chất bẩn, quá trình hấp phụ, kết dính…. diễn ra mạnh và hiệu suất tuyển nổi cao hơn.
Cường độ của tất cả quá trình quá trình phụ thuộc vào các yếu tố sau: − Thành phần hĩa học nước thải.
− Vật liệu các điện cực (tan hoặc khơng tan).
− Các thơng số của dịng điện: điện thế, cường độ, điện trở suất….
Đối với các trạm tuyển nổi điện cĩ cơng suất lớn thì nên xây dựng hai ngăn gồm một ngăn điện cực (ngăn keo tụ), và một ngăn tuyển nổi.
CHƯƠNG 4