Q: lưu lượng nước vào bể, m3/h;
Mo: nồng độ cặn trong nước đi vào bể, g/m3;
M: hàm lượng cặn trong nước khi ra khỏi bể lấy 8 – 10 g/m3.
Do khĩ khăn trong việc phân phối đều nước theo mặt cắt ngang của bể nên bể lắng đứng chỉ áp dụng cho các trạm xử lý cĩ cơng suất nhỏ hơn hoặc bằng 2000 m3/ng.đ.
3.2. Tuyển nổi 3.2.1. Khái niệm
Tuyển nổi là một quá trình tách các hạt cặn trong pha lỏng khi khối lượng riêng của các hạt này nhỏ hơn khối lượng riêng của nước.
Bản chất của quá trình tuyển nổi: Thực chất của quá trình tuyển nổi là sự dính kết của chất bẩn với bề mặt phân chia khí và nước. Sự dính kết diễn ra được là do cĩ năng lượng tự do trên bề mặt phân chia đĩ, và nhờ hiện tượng bề mặt đặc biệt gọi là hiện tượng thấm ướt. Hiện tượng này xuất hiện ở những nơi tiếp xúc giữa ba pha (lỏng - khí - rắn), tức xuất hiện theo chu vi tẩm ướt.
3.2.2. Cơ sở hĩa lý của quá trình tuyển nổi
Hiện tượng tẩm ướt
Trong nước các phần tử chất bẩn chỉ dính bám vào bề mặt bọt khí khi chúng khơng hoặc kém bị thấm ướt đối với nước. Khả năng thấm ướt một số chất lỏng nĩi chung tùy thuộc vào độ phân cực của nĩ. Độ phân cực của chất lỏng càng cao thì nĩ càng khĩ thấm ướt đối với vật rắn. Nước cĩ thể thấm ướt tất cả các vật trừ một số mỡ hữu cơ.
Khả năng thấm ướt của chất lỏng được đánh giá bằng giá trị của sức căng bề mặt của nĩ tại biên giới phân chia khí - lỏng, đồng thời bằng sự phân cực ở biên giới lỏng - rắn. Sức căng bề mặt của chất lỏng và hiệu phân cực càng nhỏ thì vật rắn càng dễ bị thấm ướt.
Hình 3.4:
Những trường hợp tẩm
ướt: R - rắn; K – khí; L - lỏng.
Mức độ thấm ướt chất lỏng đối với vật rắn (khi thấm ướt khơng hồn tồn) được biểu thị bằng đại lượng gọi là gĩc thấm ướt biên θ tính từ pha lỏng (hình 3.5).
Gĩc này được đo bằng giọt nước rỏ trên bề mặt vật rắn khơ hoặc bằng bọt khơng khí dính vào bề mặt khí dính vào bề mặt vật rắn dưới giọt nước.
Khi chất bẩn dính vào bọt khí thì năng lượng bề mặt tự do sẽ thay đổi theo phương trình:
( )
1 2
W=σ− 1 cos− θ ,
- σ1 2− : năng lượng bề mặt ở biên giới phân chia nước và khơng khí. - Đại lượng (1 cos− θ)= F gọi là độ tuyển nổi.
+ Đối với những hạt ưa nước thì θ =0, cosθ =1 thì F=0.
+ Đối với những hạt kỵ nước θ =1800, cosθ = −1 thì F đạt giá trị tối đa: 1 2
F 2= σ− .
Sự tương tác các hạt rắn với nước, giữa hạt với oxy hịa tan trong nước sẽ ảnh hưởng tới độ thấm ướt (tức là tới sự dính kết của bọt khí với hạt rắn). Sự tương tác với oxy cĩ thể làm tăng độ thấm ướt do tạo thành lớp oxit, cịn sự tương tác lưỡng cực của nước sẽ tạo ra một màng hiđrat hĩa (dày tới 0,1 µm), nên sẽ làm tăng độ thấm ướt ngăn cản sự dính bám của bọt khí.
Cĩ thể tạo thành các màng hiđrat khi năng lượng liên kết giữa các cực của nước với nhau nhỏ hơn năng lượng liên kết giữa các cực của nước với bề mặt hạt rắn. Các màng hiđrat rất mỏng (0 – 400 A0) thì khơng cản trở sự dính kết của bọt khí.
Như vậy sự tẩm ướt là do tính chất của chất lỏng quyết định và phụ thuộc vào tính chất của chất rắn.
Đối với nước, chất rắn cĩ thể chia thành các chất kỵ nước, ưa nước hay ở vị trí trung gian. R K L R L K K K L R K θ θ R K L θ θ
Những chất kỵ nước là những chất cĩ cấu tạo phân tử theo kiểu khơng phân cực và do đĩ khơng cĩ khả năng hiđrat hĩa. Chúng cĩ độ thấm ướt nhỏ nhất và do đĩ dễ tuyển nổi nhất. Hạt càng khĩ hiđrat hĩa thì màng hiđrat càng dễ vỡ ra khi hạt đến gần bọt khơng khí, và do đĩ dễ dính vào bọt khí (vì ở trạng thái đĩ năng lượng tự do của hạt đạt giá trị nhỏ nhất). Những chất ưa nước cấu tạo theo kiểu phân cực thì rất dễ hiđrat hĩa trong nước nên rất dễ bị thấm ướt và khơng thể tuyển nổi được.
Những chất cấu tạo phân tử kiểu dị cực (một đầu phân cực, một đầu khơng phân cực) thì phía nhĩm phân cực sẽ cĩ khả năng bị hiđrat hĩa, cịn phía các nhĩm hiđrocacbon sẽ kỵ nước và cĩ thể dính vào các bọt khí. Những chất như vậy đĩng vai trị quan trọng trong việc tuyển nổi.
Đối với các hạt ưa nước, để cĩ thể tuyển nổi được người ta tạo cho chúng tính kỵ nước. Muốn vậy người ta cho vào nước chất tập hợp tức là chất hoạt tính bề mặt với các phân tử phân cực và khơng phân cực. Những chất này sẽ hấp phụ trên bề mặt của hạt kỵ nước. Các nhĩm hiđrocacbon kỵ nước sẽ quay ra phía mơi trường xung quanh tạo thành lớp hấp phụ và do đĩ làm hạt trở thành kỵ nước, tạo điều kiện tốt cho quá trình tuyển nổi.
Trong thực tế tuyển nổi, các chất tập hợp phổ biến nhất được phân ra theo cấu tạo của các nhĩm ưa nước của chúng:
- Dầu mỡ và hỗn hợp các sản phẩm chế biến từ dầu, than đá, gỗ (dầu lửa keroxin, dầu mazut, nhựa,...);
- Axit với các gốc hiđrocacbon (axit béo và muối của chúng natri olenat, axit naphtenoic, axit oleic, axit stearic, axit palminoic);
- Các hợp chất chứa lưu huỳnh hĩa trị hai ở phần phân cực (mecaplan, xantozen, đitiocacbonat, tritiocacbonat, đitiơphotphat,...);
- Các hợp chất chứa anion của axit sunfurit ở phần cĩ cực (ankylsunfat, ankylsunfonat,...);
- Các hợp chất chứa nitơ hay photpho ở nhĩm phân cực (amin, muối amon, etanolamin, muối piriđin,...).
Cĩ thể tăng độ kỵ nước và độ tuyển nổi của các chất bằng nhiều cách khác nữa. Chẳng hạn, bằng cách hấp phụ phân tử khí hịa tan lên bề mặt của các hạt rắn. Việc hấp phụ như vậy ở mức độ nào đĩ sẽ giảm được độ hiđrat hĩa của các chất rắn. Song màng hiđrat lại mất khả năng hịa tan và độ phân cực của nước sẽ càng tăng lên. Kết quả là phân tử khí rất khĩ khuếch tán tới bề mặt các hạt đã bị hiđrat hĩa.
Vấn đề tạo bọt khí và ổn định bọt khí
Việc tạo bọt khí cĩ những kích thước nhất định và ổn định các bọt khí đĩ cĩ ý nghĩa rất lớn đối với quá trình tuyển nổi.
Độ tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước bọt khí. Tổng bề mặt của các bọt khí càng