Hình 4.5: Bể phản ứng kiểu vách ngăn
Nguyên lý cấu tạo cơ bản của bể là dùng các vách ngăn để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng nước. Bể có cấu tạo hình chữ nhật, bên trong có các vách ngăn hướng dòng nước chuyển động zic-zăc theo phương nằm ngang hoặc phương thẳng đứng. Phía sau đầu bể phản ứng có một ngăn cho nước chảy thẳng vào bể lắng ngang khi cần sửa chữa bể phản ứng hay khi không cần keo tụ. Số lượng vách ngăn được tính theo hai chỉ tiêu: dung tích bể phụ thuộc vào thời gian lưu nước và tốc độ chuyển động của dòng nước giữa hai vách ngăn. Thời gian lưu nước trong bể lấy là 20 phút khu xử lý nước đục và 30 - 40 phút khi xử lý nước có màu. Tốc độ chuyển động của dóng nước giảm dần từ 0.3m/s ở đầu bể xuống 0.1m/s ở cuối bể. Chiều sâu trung bình của bể là 2 - 3m. Độ dốc đáy bể là 0.02 - 0.03 để xả cặn. Bể có vách ngăn ngang : công suất ≥30.000m3/ngđ. Bể có vách ngăn đứng ≥6.000m3/ngđ. Thường Kết hợp bể lắng ngang. Khoảng cách giữa các vách ngăn không được nhỏ hơn 0.7m nếu bể có vách ngăn ngang và có thể nhỏ hơn 0.7m đối với bể có vách ngăn thẳng đứng.
Ưu điểm: đơn giản trong xây dựng và quản lý vận hành.
Nhược điểm: khối lượng xây dựng lớn do có nhiều vách ngăn và bể có đủ chiều
cao thỏa mãn tổn thất áp lực trong toàn bể
4.2.5. Thiết bị lắng keo tụ 4.2.5.1. Bể lắng ngang
So với bể lắng đứng, hệ quả lắng với dòng nước chuyển động theo phương nằm ngang đạt hiệu quả cao hơn. Ở đây một phần các hạt cặn có tốc độ lắng nhỏ hơn giá trị
o o H u
T
= cũng được giữ lại. Để tìm ra quy luật chuyển động của hạt cặn, ta hãy xét trường hợp bể lắng ngang với những điều kiện tối ưu nhất:
− Dòng nước chuyển động theo phương nằm ngang ở trong chế độ chảy tầng, tốc độ dòng chảy tại mọi điểm trong bể đều bằng nhau. Thời gian lưu lại của mọi phần tử nước đi qua bể đều bằng nhau và bằng dung tích bể chia cho lưu lượng dòng chảy.
− Trên mặt cắt ngang vuông góc với chiều dòng chảy ở đầu bể, nồng độ các hạt cặn có cùng kích thước tại mọi điểm đều bằng nhau.
− Hạt cặn ngừng chuyển động khi chạm đáy bể.
Để thõa mãn các điều kiện trên, trong bể lắng ngang có 4 vùng phân biệt: vùng phân phối đảm bảo đưa nước vào và phân phối đều nước, cặn trên trên toàn bộ mặt cắt ngang đầu bể, vùng lắng, vùng chứa cặn, vùng thu nước.
Hình 4.6: Thiết bị lắng loại chóp và loại phễu
4.2.5.2. Bể lắng đứng
Loại chóp
Thiết bị gồm thân hình trụ có đáy hình côn. Trong phần thân trụ đặt nhiều tầng chóp. Góc nghiêng của chóp đủ lớn sao cho các hạt rắn lắng đến bề mặt trên của chóp thì tự trượt theo mặt chóp ra phía biên đề lắng xuống đáy. Nguyên tắc làm việc như sau: huyền phù đưa từ cửa phía trên, đi vào không gian giữa các tầng chóp từ phía biên của trụ hướng vào tâm. Quá trình lắng diễn ra ở không gian đó. Nước trong qua cửa chảy tràn ở đỉnh của mỗi tầng chóp vào ống góp ở trung tâm để ra ngoài. Bã lắng trượt theo sàn chóp biên, tiếp tục lắng xuống đáy thiết bị.
Thiết bị này làm việc theo phương thức bán liên tục. Nước trong có thể được lấy ra liên tục. Bã được hút ra định kỳ nhờ xiphông hay bơm. Nhờ các tầng chóp, bề mặt lắng tăng lên, năng suất riêng thể tích của thiết bị tăng lên nhiều.
Loại phễu
Phần chính là buồng lắng mà đáy côn với góc ở đáy α =600 cao hơn nhiều so với phần hình trụ ở phía trên. Bộ phận cấp liệu được ở trục thiết bị. Huyền phù đặt ở thùng 3, trên qua miệng ống được phao 4 khử các xung động trước khi đi vào không gian lắng. Nước trong qua cửa tràn ra máng 2. Bã tụ ở đáy được khí nén đẩy qua ống 5 ra ngoài. Thiết bị làm việc liên tục. Nhờ phần côn lớn mà bã thu được khá đặc. Tuy nhiên để đạt điều đó, chiều cao thiết bị (phần côn) phải lớn.
Loại hình trụ có cào bã
Loại này được dùng nhiều trong công nghiệp và xử lý huyền phù nước thải vì có khả năng đạt mức độ phân riêng khá cao, nhất là có thể cô đặc bã (đến độ khô trên 50%), lại có cấu trúc tương đối đơn giản.
Thiết bị gồm phần chính hình trụ, đường kính từ vài mét đến vài trăm mét (tuỳ theo năng suất). Các thiết bị nhỏ có thể làm việc gián đoạn có đáy hình hơi côn.
Phần lớn loại này thể hiện tính ưu việt khi làm việc liên tục. Thiết bị làm việc liên tục có đáy bằng hoặc hơi côn, huyền phù được cấp vào phần trục của thiết bị ở độ sâu 0,3 – 1m so với mặt thoáng chất lỏng. Bã được cào vun dần vào tâm. Loại thiết bị nhỏ, cào quay với tốc độ 0,02 vòng/s nhờ trục ở giữa. Loại đường kính rất lớn thì bộ phận truyền động và cào được chuyển động nhờ một môtơ chạy trên đường ray tròn. Tốc độ quay rất nhỏ (cỡ 2.10-3 vòng/s).
Các thiết bị lớn có thể đạt tới 3000 tấn/ ngày hoặc hơn.
Để tiết kiệm mặt bằng, đồng thời tăng mức cô đặc bã và độ sạch của bã, các thiết bị lắng nhiều tầng đã ra đời, cấu tạo theo nguyên tắc các tầng chồng lên nhau.
Hệ thống cào bã được truyền động chung từ một trục thẳng đứng ở tâm. Huyền phù được cặp từ phía trên (tầng trên cùng). Bã lắng xuống sàn của mỗi tầng được cào dồn về phía tâm rơi vào hộp bã. Nếu bã được rửa thì sẽ được nước sạch (ở tầng dưới cùng) hoặc nước trong của tầng dưới hoà loãng, rồi tiếp tục quá trình lắng ở tầng dưới. Nước trong được lấy ra từ đỉnh của mỗi tầng.
Hình 4.8:Thiết bị lắng có cào bã và lắng cào bã nhiều tầng
Trong thực tế, do đặc điểm của loại huyền phù hoặc do cần kết hợp với quá trình khác, như quá trình đông tụ chẳng hạn, các thiết bị lắng còn nhiều loại khác nữa, mà hầu hết là các thiết bị làm việc bán liên tục. Mức độ tách, tức là độ trong của dòng trên và độ đặc của dòng dưới phụ thuộc không những vào cấu trúc thiết bị, mà
quan trọng hơn là ở kỹ thuật vận hành, kể cả các biện pháp bổ trợ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nói chung lắng bằng trọng lực trong nhiều trường hợp không đạt được độ phân tách cao song tiết kiệm năng lượng, chi phí thấp, nên tỏ ra rất đắc dụng khi năng suất lớn và khi huyền phù rất loãng.
4.3. Tuyển nổi
4.3.1. Nguyên lý
Quá trình tuyển nổi là quá trình phân tách các hạt rắn hoặc lỏng khỏi pha lỏng được thực hiện bằng cách cung cấp các bọt khí mịn vào pha lỏng. Các bọt khí dính kết với các hạt khiến cho lực đẩy của bọt khí kết hợp với hạt rắn đủ lớn để kéo các hạt này nổi lên bề mặt. Nhờ đó mà các hạt có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của chất lỏng cũng nổi được.
Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi được áp dụng để xử lý các chất lơ lửng trong nước và cô đặc bùn. Ưu điểm chính quá trình tuyển nổi so với quá trình lắng là khả năng tách loại khá triệt để các hạt rất nhỏ và nhẹ, có khả năng lắng chậm trong một khoảng thời gian ngắn. Trong xử lý nước cấp, quá trình tuyển nổi được sử dụng kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông.
Hình 4.9: Nguyên lý quá trình tuyển nổi
Trong công nghiệp, tuyển nổi được áp dụng để xử lý chất khoáng, tái sinh nguyên liệu từ nước rửa, làm sạch nước thải, xử lý bùn và thu hồi khoáng sản quí. Trong xử lý nước cấp, quá trình tuyển nổi được kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông, đặc biệt là đối với chất mùn và tảo sau quá trình keo tụ tạo bông được tách ra khỏi nước bằng tuyển nổi.
Tuyển nổi bọt nhằm tách các hạt lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hòa tan ra khỏi pha lỏng. Kĩ thuật này có thể dùng cho xử lý nước thải đô thị và nhiều lĩnh vực công nghiệp như: chế biến dầu béo, dệt thuộc da, chế biến thịt, v.v…
Ngoài ra, tuyển nổi ion và phân tử là một phương pháp mới để tách các chất tan ra khỏi nước, được sử dụng trong những năm gần đây.
Hiệu suất của phương pháp tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước và số lượng bong bóng khí, kích thước các tạp chất trong nước thải. Kích thước tối ưu của bong bóng khí là 15 ÷ 30μm, kích thước hạt tạp chất là 0,2 ÷ 1,5μm.
Phương pháp này có ưu điểm là hoạt động liên tục, phạm vi ứng dụng rộng rãi, chi phí đầu tư và vận hành không lớn, hiệu quả xử lý cao, thiết bị đơn giản, thu cặn có độ ẩm nhỏ và có thể thu hồi tạp chất trong cặn. Ngoài ra, nước thải được xử lý bằng phương pháp tuyển nổi sẽ được thông khí, giảm được hàm lượng chất hoạt động bề mặt, chất dễ bị oxy hóa.
4.3.2. Các phương pháp tuyển nổi a) Theo cơ chế người ta chia thành:
Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Flotation). Phương pháp này được thực hiện bằng cách thổi trực tiếp khí nén vào dung dịch cần tuyển nổi, gây xáo trộn dung dịch, cặn tiếp xúc với bọt khí và tiếp xúc với nhau, dính kết và nổi lên trên bề mặt. Bọt khí tạo thành trong trường hợp này có kích thước tương đối lớn (0,1 – 1mm).
Hình 4.10: Nguyên lý tuyển nổi bằng khí phân tán
Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation – DAF). Trong các hệ thống DAF, không khí được hòa tan vào nước ở áp suất từ 2 - 4atm cho đến khi đạt trạng thái bão hòa, sau đó nhờ sự giãn áp đột ngột đến áp suất khí quyển, tạo thành các bọt khí có đường kính từ 20-100µm. Quá trình tuyển nổi dạng này còn được gọi là quá trình tuyển nổi bằng phương pháp giãn áp và được chia làm ba loại:
− Phương pháp toàn dòng. Trong phương pháp này toàn bộ nước bão hòa không khí được giãn áp. Nhược điểm của phương pháp này là làm phá vỡ bông keo tụ. − Phương pháp một phần của dòng. Trong phương pháp này, một phần nước thô được tăng áp bằng cách thổi khí vào và sau đó được giãn áp bằng cách trộn đều với một phần nước thô chưa bão hòa khí. Phương pháp này hạn chế sự phá vỡ bông cặn của quá trình keo tụ so với phương pháp toàn dòng.
− Phương pháp hồi lưu. Trong phương pháp này, một phần nước tạo ra sau quá trình tuyển nổi sẽ được tăng áp bằng cách thổi khí vào và trộn với dòng nước thô. Phương pháp này rất thông dụng do đơn giản và đạt kết quả tốt được bão hòa không khí. Khi tạo chân không trong thiết bị kín, khí thoát ra dưới dạng bọt khí
nhỏ, kết dính với cặn và nổi lên bề mặt. Hệ thống này ít được sử dụng vì khó vận hành trong thực tế.
Hình 4.11: Nguyên lý tuyển nổi bằng khí hòa tan
b) Theo phương pháp thực hiện người ta chia thành:
Tuyển nổi từ sự tách không khí từ dung dịch
Phương pháp này được áp dụng để làm sạch nước thải chứa hạt ô nhiễm rất mịn. Bản chất của phương pháp này là tạo dung dịch quá bão hòa không khí. Khi giảm áp suất các bọt không khí sẽ tách ra khỏi dung dịch và làm nổi chất bẩn.
Tùy thuộc vào biện pháp tạo dung dịch quá bão hòa, người ta chia ra: tuyển nổi chân không, áp suất và bơm dâng.
Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ khí:
Sự phân tán khí trong máy tuyển nổi được thực hiên nhờ bơm turbin kiểu cánh quạt, đó là đĩa có cánh quay hướng lên trên. Thiết kế kiểu này được ứng dụng để xử lý nước có nồng độ các hạt lơ lửng cao (lớn hơn 2g/l). Khi quay cánh quạt trong chất lỏng xuất hiện một số lượng lớn các dòng xoay nhỏ và được phân tán thành các bọt khí có 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 dòng chảy rối và có thể phá vỡ tổ hợp hạt - khí, do đó làm giảm hiệu quả xử lý.
Tuyển nổi nhờ các tấm xốp
Phương pháp này có 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, khó cho vật liệu có lỗ giống nhau để tạo bọt khí nhuyễn và có kích thước bằng nhau.
Hiệu quả tuyển nổi phụ thuộc vào lỗ xốp, áp suất không khí, lưu lượng không khí, thời gian tuyển nổi, mực nước trong thiết bị tuyển nổi
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, nó tương tự quá trình hấp phụ trên chất rắn. Trong quá trình phân riêng, bọt tạo thành có nồng độ chất tan hoạt động bề mặt khá cao. Việc tách nó ra khỏi bọt rất khó khăn. Vì vậy, trong đa số các trường hợp nó là chất thải. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các phương pháp tuyển nổi khác
Đó là tuyển nổi hóa học, sinh học và ion.
Tuyển nổi hóa họcTrong quá trình xử lý nước có thể diễn ra các quá trình hóa học với sự phát sinh các khí như: O2, CO2, Cl2,…Bọt của các khí này có thể kết dính với các chất lơ lửng không tan và đưa chúng lên lớp bọt. Nhược điểm của phương pháp này là tiêu hao nhiều tác chất.
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 nóng 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 đó chúng được nén và khử nước. Bằng cách này,
trong vòng 5-6 ngày đêm độ ẩm của cặn có thể giảm đến 80% và đơn giản hóa quá trình xử lý cặn tiếp theo.
Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý tuyển nổi bằng sinh học
Tuyển nổi ion
Quá trình này được tiến hành như sau: người ta cho không khí và chất hoạt động bề mặt vào nước thải. Chất hoạt động bề mặt trong nước tạo thành các ion có điện tích trái dấu với điện tích của ion cần loại ra. Không khí ở dạng bọt có trách nhiệm đưa chất hoạt động bề mặt cùng chất bẩn lên lớp bọt.
Phương pháp này có 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 hóa chất ô nhiễm, nên bão hòa nước bằng không khí giàu oxi hoặc ozone. Để hạn chế quá trình oxi hóa thì thay không khí bằng khí trơ.
Tuyển nổi điện
Biện pháp này dựa trên nguyên tắc: khi có dòng 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 hòa bởi các bọt khí đó sẽ kéo theo các chất bẩn không tan khác nổi lên bề mặt nước. Ngoài ra, nếu trong nước thải còn chứa nhiều chất bẩn khác là các chất điện phân thì dòng điện đi qua sẽ làm thay đổi các thành phần hóa học và tính chất của trạng thái các tạp chất không tan do có các quá trình điện ly, phân cực, điện chuyển và oxy hóa khử…. xảy ra.
Trong nhiều trường hợp những thay đổi có lợi cho qua trình xử lý nước thải và trong những trường hợp khác cần phải điều khiển các quá trình đó để đạt được hiệu