tiểu luận các quá trình cơ bản

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN
VIỆN KHOA
KHOA HỌC
HỌC VÀ
VÀ CÔNG
CÔNG NGHỆ
NGHỆ
HỌC
---------o0o-----------------o0o---------

TIỂU LUẬN
MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI
TIỂU LUẬN
KEO TỤ

CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ
MÔI TRƯỜNG
Học viên: Trịnh Thị Thủy
Mã học viên: 19812025
Lớp: Kỹ thuật Môi trường 2020A
Khoa: Công nghệ Môi trường

Học viên: Trịnh Thị Thủy
Mã học viên: 19812025
Lớp: Kỹ thuật Môi trường 2020A
Hà Nội, năm 2021
Khoa: Công nghệ Môi trường

Hà Nội, năm 2021

MỤC LỤC


Danh mục bảng


Danh mục hình


Từ viết tắt


MỞ ĐẦU

 Mở đầu
 Chương I: Tổng quan
 Chương II: Phương pháp nghiên cứu
 Chương III: Kết quả
 Kết luận, kiến nghị
 Tài liệu tham khảo
1. Nội dung cần:
- Nêu được tính cấp thiết
- Cơ sở lý thuyết (nêu được tổng quan)
 Lý thuyết chung
 Ưu điểm, nhược điểm
 Lĩnh vực ứng dụng
 Các ví dụ cụ thể (địa điểm cụ thể nếu có)
- Phương pháp tính tốn
 Kết quả tính tốn

 Chun đề 1: Tính tốn thiết bị lắng đứng trong một hệ thống xử lý
nước thải. Ví dụ cho xử lý nước thải bệnh viện, công suất xử lý
100m3/ngày đêm


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH LẮNG
 Lý thuyết chung

 Ưu điểm, nhược điểm

 Lĩnh vực ứng dụng

 Các ví dụ cụ thể (địa điểm cụ thể nếu có)

1. Khái niệm chung
Lắng là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa vào bể lọc để hồn thành q trình
làm trong nước. Trong cơng nghệ xử lý nước q trình lắng diễn ra rất phức tạp
chủ yếu lắng ở trạng thái động, có nghĩa là trong q trình lắng nước luôn chuyển
động, các hạt cặn không tan trong nước là những tập hợp hạt khơng đồng nhất
(kích thước, hình dạng, trọng lượng riêng khác nhau) và không ổn định (luôn thay
đổi hình dạng, kích thước trong q trình lắng do dùng chất keo tụ).
Lắng trọng lực
Lắng và tuyển nổi là q trình làm sạch cơ bản trong cơng nghệ xử lý nước. Nước
cần xử lý được đưa vào bể và giữ lại đó trong suốt q trình làm việc. Dưới tác
dụng của lực trọng trường, các hạt cặn có khối lượn riêng lớn hơn khối lượng
riêng của chất lỏng bao quanh nó sẽ tự lắng xuống (q trình lắng), trong khi đó
các hạt cặn cso khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của chất lỏng sẽ dần
nổi lên trên bề mặt (q trình tuyển nổi).

Bằng cách đó, các hạt cặn lơ lửng có trong nước hoặc là di chuyển xuống đáy tạo
thành lớp bùn cặn hoặc là di chuyển lên trên mặt nước, tạo thành lớp váng bọt,


phần nước trong giữ lại ở giữa sẽ được đưa ra ngoài. Tốc độ lắng xuống hoặc nổi
lên của các hạt cặn sẽ cao hơn và thời gian cần thiết cho quá trình làm sạch sẽ nhỏ
đi khi các hạt có kích thước và khối lượng riêng của chúng khác nhiều so với khối
lượng riêng của chất lỏng mà trong đó chúng tồn tại.
Bằng biện pháp nhân tạo người ta có thể làm tăng kích thước hạt nhờ q trình tạo
bông keo, như vậy sẽ làm tăng tốc độ lắng của các hạt. Có thể bổ sung các tác
nhân keo tụ như phèn nhơm hoặc phèn sắt (keo tụ hóa học) sẽ làm cho quá trình
keo tụ hiệu quả hơn dẫn đến quá trình lắng tốt hơn.
Trong kỹ thuật xử lý nước cấp và nước thải, nhiều bể lắng chỉ thực hiện quá trình
lắng nhờ các lực tự nhiên như trọng lực và quá trình liên kết tự nhiên giữa các hạt
cặn, không cần đến tác động nào khác. Quá trình lắng như vậy được gọi là quá
trình lắng và tuyển nổi tự do. Khi xét đến khả năng liên kết giữa các hạt trong
nước, người ta phân chia các quá trình lắng tự do theo hai loại: lắng tự do của các
hạt không liên kết và lắng tự do khi các hạt liên kết với nhau.
Lắng tự do của các hạt không liên kết xảy ra khi khả năng liên kết tự nhiên của các
hạt khơng đáng kể, ví dụ trường hợp hạt cát. Trong quá trình lắng này, các hạt cặn
ln duy trì tính thống nhất, khơng thay đổi kích thước, khối lượng riêng và do
vậy tốc độ lắng của chúng được xem như không đổi(h.6.2a). Ngược lại, trong q
trình lắng có kèm theo q trình tạo bơng keo thì các hạt tương tác với nhau, tạo ra
bơng keo và do vậy kích thước và trọng lượng thay đổi, vận tốc của quá trình
cũng do vậy mà thay đối.

Hình 6.2 . Mơ tả q trình lắng tự do : a - các hạt khơng có khả năng keo tụ ; b các hạt có khả năng keo tụ . ng dáy , áng
Quá trình lắng của các hạt có khả năng keo tụ chủ yếu là các tạp chất hữu cơ ,
thường gặp trong công nghệ xử lý nước thải đô thị và nước thải công nghiệp .

6.3 . Các thiết bị lắng
6.3.1 . Thiết bị lắng loại chóp
Thiết bị gồm thân hình trụ có đáy hình cơn . 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 để lắng xuống đáy . Nguyên tắc làm
việc như sau : Huyền phù đưa từ cửa phía trên , đi vào khơng gian giữa các tầng
chóp từ phía biên của trụ hướng vào tâm . Q trình lắng diễn ra khơng gian đó .
Nước trong qua cửa tràn ở đỉnh của mỗi tầng chóp vào ống góp ở oặc se với 93
trung tâm để ra bên ngồi . 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 xi phông hay bơm . Nhờ các
tầng chóp , bề mặt lắng tăng lên , năng suất riêng thể tích của thiết bị tăng lên
nhiều .
6.3.2 . Thiết bị lắng loại phễu
Phần chính là buồng lắng đáy cơn , với góc ở đáy a = 60 ° cao hơn nhiều so với phần
hình trụ ở phía trên . Bộ phận cấp liệu được đặt ở trục thiết bị . Huyền phù đặt ở thùng
3 , tràn 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 hoặc bơm qua
ống 5 ra ngoài .
Thiết bị làm việc liên tục . Nhờ phần còn lớn mà bã thu được khá đặc . Tuy nhiên để
đạt được điều đó , chiều cao thiết bị phần côn ) phải lớn
6.3.3 . Thiết bị lắng loại hình trụ có cào bã


Loại này được dùng nhiều trong công nghiệp và xử lý huyền phủ 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 ( tùy
theo năng suất ) . Các thiết bị nhỏ có thể làm việc gián đoạn có đáy hình hơi cồn .

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 dược cấp vào phần trục của thiết bị ở độ
sâu 0,3-1m so với mặt thoáng chất lỏng . Bà được cho 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 cao được chuyển động nhờ
một mô tơ chạy trên đường ray tròn . Tốc độ quay rất nhỏ , khoảng cỡ 2.10 vịng /
s.
Các thiết bị lớn có thể đạt tới 3000 m / ngày hoặc hơn . Để tiết kiệm mặt bằng .
đồng thời tăng mức cô đặc bã và độ sạch của bã , 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 cấp 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 hịa lỗng , rồi tiếp tục quá trình lăng tầng dưới .
Nước trong được lấy ra từ đỉnh của mỗi tầng .
Trong thực tế , do đặc điểm của loại huyền phù hoặc do cần kết hợp với quá trình
khác mà thiết bị lắng còn nhiều loại khác nữa , chủ yếu là các thiết bị làm việc bán liên
tục . Mức độ tách , tức là độ trong của dòng trên và độ đặc của dịng dưới khơng
những phụ thuộc vào cấu trúc thiết bị , mà quan trọng hơn là ở kỹ thuật vận hành , kể
cả các biện pháp bổ trợ .


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 hữu ích khi năng suất lớn và
huyền phù rất loãng .
6.4 . Lắng dưới tác dụng của lực ly tâm ( xyclon )
6.4.1 . Nguyên lý làm việc
Các xyclon phân riêng các hạt rắn khỏi huyền phù được gọi là các xyclon thủy lực .
Nguyên lý hoạt động của chúng là tạo ra các lực ly tâm tác dụng lên hạt rắn bằng cách
cho huyền phủ đi vào xyclon theo hướng tiếp tuyến với bề mặt trụ của nó . Dạng phổ

biến của xyclon thủy lực là dạng hình cơn . Góc nón ở đáy ảnh hưởng mạnh lên mức
độ tách các hạt rắn , cần đủ nhỏ , thường là 20 ° , thậm chí là 10 ° . Phần trụ chủ yếu là
để đổi hướng chuyển động của huyền phù nhờ đặt cửa ống cấp liệu tiếp tuyến với mặt
trụ . Đường kính của phần trụ tùy thuộc năng suất cần đạt được , loại nhỏ cỡ 250300mm hay nhỏ hơn , loại lớn đến 500-700mm .
6.4.2 . Cấu tạo của xyclon
Thiết bị thường làm bằng thép hoặc gang trắng . Để giảm sự bào mòn , mặt trong được
phủ cao su hoặc đá .
Huyền phù chuyển động vịng hướng xuống phía dưới . Các hạt rắn đủ lớn và nặng đã
bị dây ra biên , sẽ cùng một phần chất lỏng tháo ra ở đáy .
Phân tích chuyển động của chất lỏng và hạt lắng , lý thuyết và thực nghiệm cho thấy
trong quá trình phân ly , các hạt đủ lớn và nặng càng xuống phía dưới cùng tập trung ở
phía thành ( của đáy côn ) . Chúng sẽ cùng một phần chất lỏng đi ra theo cửa đáy .
Phần lớn chất lỏng cùng các hạt nhỏ và nhẹ tập trung ở phần gần trục và chuyển động
hướng lên theo ống thốt ra ngồi . Vùng sát trục đối xứng tập trung khí ( lẫn trong
chất lỏng ) .


Độ lớn và cấu trúc của cửa đáy ( còn gọi là cửa cát ) và cửa trên ( ống ở tâm ) liên
quan đến mức độ tách hạt rắn và tỷ lệ của hai dòng ra ( qua hai cửa ) . Do đó chúng
được cấu trúc nhiều kiểu khác nhau , trong đó có cả những kiểu cửa đáy được điều
chỉnh .
Chương II. Phương pháp nghiên cứu
Tính tốn thiết bị lắng đứng trong một hệ thống xử lý nước thải.
Tính tốn thiết bị lắng dạng xyclon
Năng suất của xyclon thủy lực có thể tính theo cơng thức sau:
Q = 2.µ.g.F.H

(m3/s)

Trong đó: F- tiết diện nhỏ nhất của ống cấp liệu, m2

H- Chênh lệch áp suất ở cửa vào và cửa ra của ống cấp liệu
µ - hệ số lưu lượng
Nếu ống cấp liệu có đường kính d1 thì:
F = π d12/4
Mặt khác năng suất còn xác định bởi kích thước của hai cửa ra (cửa cát và cửa
trên). Nếu gọi đường kính ống ở giữa tâm (cửa trên) là d 2 và của cửa cát là dc .
Trong kỹ thuật thường gặp:
dc = (0,2÷0,7) d2


Cịn H = H1 – H2 trong đó H1, H2 là áp suất ở trước cửa vào xyclon và áp suất ở
bên trong xyclon ở chỗ sát thành giáp với cửa ra ống cấp liệu.
H = (1 - ).H1
Như vậy thay vào cơng thức 6.1 ta có:
Q = µ . . = K. d1. d2
Thực nghiệm trên xyclon thủy lực với góc ở đáy cơn α = 20o được
K = 291,3 d1.d2. và thấy rằng đối với những xyclon góc α ≠ 20 o thì cần đưa thêm
hệ số chính bằng 0,8/ , α đo bằng độ
Một trong những chỉ tiêu quan trọng của phân ly là kích thước giới hạn của hạt
được tách. Để tính tốn kích thước giới hạn đó xuất phát từ sự cân bằng của tác
dụng lực lên hạt lắng trong xyclon do tác dụng của lực ly tâm.
Trong trường hợp lắng ở chế độ dòng thì lực ly tâm bằng lực cản tính theo định
luật Stocks đối với hạt đường kínhδ:
Tính tốn thiết bị lắng đứng
Thiết bị lắng đứng thường được ứng dụng trong các cơng trình xử lý nước cấp và
nước thải có cơng suất vừa và nhỏ.
Những cơng trình có cơng suất lớn thường sử dụng bể lắng ngang hoặc bể lắng
radiant. Trong ví dụ này cơng suất xử lý là Q=500 m 3/ngày đêm. Với cơng suất
này người ta có thể chọn số lượng thiết bị lắng trong hệ thống là n=2. Như vậy,
công suất xử lý của một thiết bị là Q1 = 250 m3/ngày đêm

Trong hình thiết bị lắng đứng 3 làm nhiệm vụ kết hợp cả q trình trộn keo tụ và
tạo bơng ở ống trung tâm. Quá trình lắng nằm ở phần thân trụ phía ngồi
Ống trung tâm là khơng gian để tiến hành quá trình phản ứng giữa chất keo tụ, trợ
keo tụ và nước thải. Trong nhiều trường hợp tại đây cũng xảy ra sự điều chỉnh pH.
Thông thường, với công suất nhỏ và vừa người ta thường tiến hành quá trình trộn
các chất phản ứng trực tiếp trên đường ống.
Thời gian phù hợp cho quá trình khuấy trộn và phản ứng có thể chọn tpư = 1 phút
Thể tích buồng phản ứng của thể tính theo cơng thức:
Vpư = tpư Q/24 = 15/60.(Q/24)
Thiết diện buồng phản ứng là
ƒp = = 2,6/2
Đường kính buồng phản ứng
dp =
Làm trịn dpư =
Tính tốn ngăn lắng
Tiết diện ngăn lắng được tính theo cơng thức
ƒL =
trong đó: Q- lưu lượng nước thải đi vào bể lắng, m3/s


vL – vận tốc nước dâng trong khoang lắng, chọn vL = 30m/ng (7.60- TCXDVN 512008)
Tính tốn đường kính thiết bị lắng
Tiết diện tổng cộng của thiết bị
Ftb = FL + ƒpư
Đường kính của thiết bị là
D=
Làm trịn D=..
Chương III. Kết quả tính tốn

Ví dụ cho xử lý nước thải bệnh viện, công suất xử lý 100m3/ngày đêm