Chương 2. Cơ sở các quá trình xử lý lý học

CƠ SỞ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Chương 2. CƠ SỞ CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ LÝ HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CNSH VÀ KTMT C2: CS CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ LÝ HỌC 2.1. Quá Trình Lắng 2.2. Quá Trình Lọc 2.3. Quá Trình Tuyển Nổi 2.4. Quá Trình Ly Tâm Tách rắn – lỏng SCR Lắng Ly tâmLọcTuyển nổi Khử nướcLọc Màng lọcNén bùnLắng Lọc nhanh Lọc nhũ tương Lọc chậm Ly tâm nén bùn Ly tâm Khử nước Lọc Chân không Lọc dây đai Lọc épLọctrọng lực Lọc áp lực MF (Micro-Filter) ED (Electrodialysis) RO (Reverse Osmosis) NF (Nano-Filter) UF (Ultra-Filter) Lắng ngang Lắng đứng Lắng ly tâm Lắng vách nghiêng Lắng kết hợp Nội dung bài học 2.1. Quá Trình Lắng 1. Giới thiệu chung 2. Ứng dụng thực tế 3. Các loại bể lắng 4. Quá trình lắng độc lập 5. Quá trình lắng tạo bông 6. Xác định kích thước bể lắng Lọc Cl2 Tạo bông Lắng Bể hiếu khíBể lắng 1 Bể lắng 2 VỊ TRÍ BỂ LẮNG 1. Giới thiệu chung Nguyên tắc: Tách cặn bằng trọng lực Mục đích  Khử SS trong nước thải (bể lắng I)  Tách bông cặn trong quá trình keo tụ - tạo bông  Tách bông bùn hoạt tính/màng vi sinh (bể lắng đợt II) 1. Giới thiệu chung Có 4 dạng lắng  Lắng độc lập  Lắng tạo bông  Lắng cản trở  Lắng trong vùng nén 1. Giới thiệu chung Loại 1 – Lắng rời rạc  Khi SS thấp  Các hạt keo không keo tụ, sự tương tác giữa các hạt không đáng kể  Tốc độ lắng không phụ thuộc hàm lượng 1. Giới thiệu chung Loại 2 - Lắng bông  Khi SS thấp  Có kết bông, bông tăng kích thước  Tốc độ lắng tăng trong khi lắng 1. Giới thiệu chung Loại 3 – Lắng cản trở  Khi SS cao (>1000 mg/L)  Các hạt có khuynh hướng duy trì vị trí không đổi với các hạt khác  Cả khối hạt như 1 thể thống nhất lắng xuống 1. Giới thiệu chung Loại 4 - Lắng nén  Xảy ra do lực đẩy nước của khối bùn nén khi các hạt tiếp xúc nhau 1. Giới thiệu chung Trong thực tế → 4 dạng xảy ra phối hợp Thiết kế bể lắng → lắng độc lập và lắng tạo bông đóng vai trò quyết định 2. Ứng dụng thực tế Xử lý nước cấp  Xử lý nước ngầm • Tách bông cặn (Fe(OH)3) sau khi oxi hóa Fe (II) → Fe (III); • Xử lý nước rửa lọc 2. Ứng dụng thực tế Xử lý nước cấp  Xử lý nước mặt • Xử lý sơ bộ trước khi lọc nhanh và lọc chậm • Keo tụ/tạo bông/lắng là quá trình xử lý sơ bộ trước khi lọc nhanh • Xử lý nước rửa lọc nhằm cô đặc bùn từ thiết bị lọc 2. Ứng dụng thực tế Xử lý nước thải  Lắng cát  Lắng 1: cặn lơ lửng  Lắng 2: bông cặn sinh học sau bể bùn hoạt tính hoặc bể lọc nhỏ giọt 2. Ứng dụng thực tế Xử lý nước thải  Lắng bông căn hóa học từ quá trình keo tụ  Bể tự hoại về cơ bản là 1 bể lắng trong đó quá trình phân hủy kị khí xảy ra sau khi lắng bùn PHÂN LOẠI BỂ LẮNG Phân loại bể l Theo hướng nước chảy trong bể: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng ly tâm Theo chức năng: lắng cặn, lắng bông keo tụ, lắng bùn, nén bùn Theo chế độ làm việc: gián đoạn và liên tục PHÂN LOẠI BỂ LẮNG Hình dạng: chữ nhật, vuông tròn Chế độ dòng: tia, ngang, đi lên 3. Các loại bể lắng Các dạng bể lắng thông dụng  Bể lắng ngang  Bể lắng ly tâm  Bể lắng đứng  Bể lắng vách nghiêng  Bể lắng kết hợp Áp dụng: Lắng I và Lắng II Thông số thiết kế: Độ dốc đáy bể: 1% HT cào bùn BỂ LẮNG NGANG Vào Xích – thanh cào Máng thu chất thải Ra Phểu chứa bùn Tới xử lý bùn Tấm tràn BỂ LẮNG NGANG BỂ LẮNG NGANG TÍNH TOÁN: H : chiều sâu (m) B : chiều rộng (m) L : chiều dài (m) Vo : vận tốc (m/s) V : Độ nhớt động học của nước (m2/S) Q : Lưu lượng (m3/s) F : Diện tích bề mặt vùng lắng (m2) Re: Hệ số Reynold R : Bán kính thủy lực của nước (m) α : Hệ số kể tới ảnh hưởng của dòng chảy rối tới bể lắng Uo: vận tốc lắng của hạt 0 Q F u  0.81 * 12 H L 0 Q V BH  e * R o v R v  R 2 BH B H   BỂ LẮNG NGANG BÀI TẬP: Thiết kế vùng lắng của bể lắng ngang Q = 0,5 m3/s, hiệu suất lắng E = 70%. Theo đường cong phân bố vận tốc tìm được Uo = 0,67 mm/s. Ứng dụng với tải trọng bể mặt 2,42 m3/m2.giờ (L≥5B), (L>10H) Ưu điểm:  Dễ thiết kế, xây dựng và vận hành  Áp dụng cho lưu lượng lớn ( > 15.000 m3/ngày) Khuyết điểm:  Thời gian lưu dài  Chiếm mặt bằng và chi phí xây dựng cao Ứng dụng:  Thường áp dụng trong XL nước cấp BỂ LẮNG NGANG  Hình tròn, d = 16 m – 60 m  Chiều cao vùng lắng 1,5 m – 5 m  Tỷ lệ đường kính/chiều sâu 6 – 30  Nước chảy theo hướng từ tâm ra thành bể  Dàn quay tốc độ 2-3h. Cặn lắng dồn vào hố thu  HT cào gom cặn hợp với trục 1 gốc 45o  Đáy bể dốc i = 0,02  Máng phân phối có chiều rộng cố định, chiều cao giảm từ đầu đến cuối máng BỂ LẮNG LY TÂM Áp dụng: XLNT, XL nước cấp Thông số thiết kế: Độ dốc đáy : 4 - 10% Có thể kết hợp với ngăn tạo bông ở tâm bể Hệ thống cào bùn BỂ LẮNG LY TÂM Bể chứa bùn Máng thu váng nổi Ra Vào Đi xử lý bùn BỂ LẮNG LY TÂM  Ứng dụng làm bể lắng đợt 1 và đợt 2  W : thể tích bể lắng (m3)  Qmax.h : Lưu lượng lớn nhất (m3/h) t : Thời gian lắng (h) F : Diện tích bề mặt(m2) D : Đường kính bể lắng(m) U : Tốc độ lắng cặn(mm/s) E1 : Hiệu suất lắng (%) Css.bd : Nồng độ SS ban đầu(mg/l) Css.ra : Nồng độ SS đầu ra (mg/l) 4 . F D n  BỂ LẮNG LY TÂM W F H  max. *hW Q t . . (100 1) 100 ss bd ss ra C E C   BỂ LẮNG LY TÂM Bài tập: Lưu lượng nước thải vào bể lắng Q = 36.000 m3/ngày.đêm. Css,bd = 2200 mg/l. Tính toán đường kính của bể lắng và hiệu suất xử lý của bể lắng. Thông số Giá trị Khoảng Đặc trưng Thời gian lưu nước, giờ Tài trọng bề mặt, m3/m2.ngày -Lưu lượng trung bình -Lưu lượng cao điểm Tài trọng máng tràn, m3/m.ngày Ống trung tâm: -Đường kính, m -Chiều cao, m Chiều sâu bể lắng H, m Đường kính bể lắng D, m Độ dốc đáy mm đáy/ m ngang Tốc độ thanh gạt bùn, vòng/phút 1.5-2.5 32-48 32-48 80-120 125-500 15-20%D 55-65%H 3.0-4.6 3.0-6.0 62-167 0.02-0.05 2.0 3.7 12-45 83 0.03 BỂ LẮNG LY TÂM Ưu điểm  Tiết kiệm diện tích  Ứng dụng XL nước có hàm lượng cặn khác nhau  Hiệu suất cao  Tỉ trọng cặn nhỏ cũng có thể lắng được khuyết điểm:  Vận hành đòi hỏi kinh nghiệm  Chi phí vận hành cao Ứng dụng: Tách các loại cặn có hàm lượng khác nhau trong XLNT BỂ LẮNG LY TÂM Áp dụng: Bể lắng I Thông số thiết kế Lưu lượng: <2000 m3/ngày.đêm Độ đốc đáy nón: 45 to 650 Tiết diện tròn hoặc vuông Chiều sâu vùng lắng 4 – 5m Thời gian lắng: 30 phút – 1,5 giờ Góc tạo giữa mặt phẳng nằm ngang và tường đáy bể > 45o Vào Ra Xả bùn BỂ LẮNG ĐỨNG BỂ LẮNG ĐỨNG TÍNH TOÁN: Q: Lưu lượng dòng nước (m3/s) F: Diện tích bề mặt vùng lắng (m2) Α: Hệ số dự phòng kể đến việc phân phối nước không đều Uo: Tốc độ lắng của hạt cặn (m/s) f: Diện tích bề mặt ngăn phản ứng (m2) T: Thời gian giữa 2 lần xả cặn (h) W: Thể tích vùng chứa cặn (m3) Mo: Nồng độ cặn trong nước vào bể (g/m3) M: Nồng độ cặn trong nước ra khỏi bể (g/m3) 0 Q F u  ( ) 4 F f D    * ( ) c o W T Q M M    Ưu điểm:  sử dụng ít diện tích đất Khuyết điểm:  Hiệu suất thấp, lắng cặn có tỉ trọng lớn, vận tốc lắng không lớn  Kinh nghiệm vận hành Ứng dụng:  Sử dụng như bể lắng I trong XLNT BỂ LẮNG ĐỨNG BỂ LẮNG ĐỨNG BÀI TẬP Tính toán vùng lắng cặn bể lắng đứng với Q = 2400 m3/ngày.đêm. Hàm lượng cặn trong nước nguồn 1000 mg/l Chaát keo tuï vaøo buøn Vuøng laéng Vuøng troän Vuøng taïo boângThanh gaït buøn ra BỂ TẠO BÔNG VÀ LẮNG Thực tế khó duy trì tốc độ 0,6 m/s → kết hợp lắng + tạo bông trong bể lắng tròn XL nước có độ đục cao Khử sắt và mangan hàm lượng cao BỂ TẠO BÔNG VÀ LẮNG Ưu điểm:  Tiết kiệm mặt bằng xây dựng và chi phí đầu tư ban đầu Khuyết điểm:  Khó vận hành, thiết kế xây dựng phức tạp Ứng dụng: XL cặn lơ lửng (bể lắng I) XL cặn sinh học (bể lắng II) BỂ TẠO BÔNG VÀ LẮNG Coagulant Lọc Cl2 Từ CT thu XL NƯỚC CÓ LẮNG LỚP BÙN (LỚP CẶN LƠ LỬNG) Lắng lớp bùn LắngTạo bôngCoagulant Trộn Lọc Cl2 Từ CT thu XL NƯỚC MẶT THÔNG THƯỜNG BỂ TẠO BÔNG VÀ LẮNG Trộn + tạo bông + lắng kết hợp vào cùng 1 đơn nguyên Ngăn tạo bông Ngăn chứa bùn Máng thu Máng phân phối Vách nghiêng vào Ra Tới XL bùn 45-60o BỂ LẮNG VÁCH NGHIÊNG 4. Quá trình lắng độc lập Hạt hình cầu: vs = tốc độ lắng giới hạn ρs = tải trọng của hạt ρL = tải trọng chất lỏng g = gia tốc trọng trường d = đường kính hạt μ = độ nhớt động học Các yếu tố ảnh hưởng qt lắng Dòng chảy  Dòng xoáy: hình thành do dòng vào phân bố không đều  Dòng bề mặt: do ảnh hưởng của gió lên bề mặt nước  Dòng đối lưu: do nhiệt Các yếu tố ảnh hưởng qt lắng Dòng chảy  Dòng phân tầng: Do dòng nóng phía trên và dòng lạnh bên dười  Do cách sắp đặt ra vào không hợp lý Các yếu tố ảnh hưởng qt lắng Hình thành dòng chảy cụt  Thay đổi HRT  Nhận biết bằng cách thêm chất nhuộm hoặc chất tạo vết Kéo nổi cặn lắng do thu nước không đều → điều chỉnh máng răng cưa, tằng cường chiều dài máng thu nước Câu hỏi 1. Trình bày nguyên tắc và mục đích của quá trình lắng? 2. Trình bày các ứng dụng thực tế của bể lắng? 3. Phân tích ưu, nhược điểm và ứng dụng của bể lắng ngang, bể lắng ly tâm, bể lắng đứng, bể tạo bông và lắng?