NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THIẾT BỊ XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐẶC CỦA AO NUÔI TÔM THƯƠNG PHẨM THÂM CANH QUI MÔ TRANG TRẠI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ SẢN
***


CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC GIAI ĐỌAN 2001 – 2005
“ khoa học và công nghệ phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa
nông nghiệp và nông thôn “ ( Mã số KC. 07 )


B ÁO C ÁO T ỔNG K ẾT CHUY ÊN Đ Ề
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
THIẾT BỊ XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐẶC CỦA AO NUÔI TÔM
THƯƠNG PHẨM THÂM CANH QUI MÔ TRANG TRẠI

THUỘC ĐỀ TÀI TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC:
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐỒNG BỘ
CÁC THIẾT BỊ PHỤC VỤ MÔ HÌNH NUÔI TÔM THƯƠNG PHẨM
THÂM CANH QUI MÔ TRANG TRẠI”
( Mã số :KC.07.27 )


Chủ nhiệm đề tài : - PGS.TS Phạm Hùng Thắng
Cộng tác viên : - KS Nguyễn Hải An
- KS Nguyễn Hữu Phước

6623-9
03/11/2007



Nha Trang 6- 2006





Chương I
XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ
I.1. Tổng quan về chất thải đặc của ao nuôi tôm thương phẩm thâm canh.
I.1.1.Nguồn gốc hình thành chất thải đặc trong ao nuôi tôm thương phẩm thâm
canh.
Chất thải đặc bao gồm
: chất thải đặc (vô cơ ) và chất thải mềm (hữu cơ)
gọi là chất thải đặc.
Nguồn gốc hình thành chất thải đặc trong nuôi tôm thương phẩm thâm canh
bao gồm các nguồn gốc chính sau đây :
1. Thức ăn thừa.
Hiện nay do chưa kiểm soát được thức ăn cho tôm thừa hay thiếu.Theo kết quả

nghiên cứu của cố GS.TS Nguyễn Trọng Nho thì lượng thức ăn dư thừ
a có trong chất
thải lắng tụ trong ao nuôi tôm có thể chiếm đến 30 – 40% lượng chất thải trong ao.
Do chúng có hàm lượng dinh dưỡng cao nên gây ô nhiễm mạnh và rất nhanh. Với
công nghệ nuôi tôm hiện tại hàng ngày tôm ăn 4 lần với tổng khối lương thức ăn
tương đương 1,5% khối lượng tôm nuôi dự kiến. Do việc rải thức ăn trong một lần
cho ăn không kiểm soát được và khoảng thời gian cho ăn (5 –6 giờ) nên lượng th
ức
dư thừa đó tan rã phân huỷ gây ô nhiễm nước ao nuôi (các loại thức ăn thông dụng
hiện nay thường bị phân huỷ sau 2 –2.5 giờ ngâm trong nước ).
Do vậy vấn đề thức ăn thừa và giải quyết chúng đang được quan tâm của
nhiều cá nhân và tổ chức nghiên cứu.
2. Phân tôm, xác tôm lột, xác động vật phù du.
Đây là một trong những thành phần góp phần không nhỏ đến sự ô nhiễm môi
trường, màu của nướ
c trong ao nuôi tôm. Thành phần này được phát sinh tự nhiên
trong quá trình sinh trưởng và phát triển của tôm, môi trường nước. Chúng tồn tại
dưới dạng đặc – huyền phù ít tan trong nước và thường kết với nhau thành mảng bị
tơi ra khi khuấy trộn mạnh rồi lại kết lại có trọng lượng riêng lớn hơn nước.Do
nuôi tôm theo hình thức công nghiệp do vậy tôm được cho ăn nhiều lần trong ngày
và do đó phân chúng thải ra nhiều và sự tăng trưởng cũng m
ạnh hơn.

Hình 1:Sơ đồ các nguồn hình thành chất thải đặc và được lắng tụ.
Phân đó là nguồn thức ăn rồi dào cho động vật phù du. và theo logic phát
triển đó tạo thành chất thải trong ao nuôi tôm. Hai nguồn gốc cơ bản hình thành
chất thải đặc trên nếu không được thu gom và sử lý sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn
phát triển gây bệnh cho tôm.
3. Dung dịch hữu cơ . [4]
Các chất thải trong công nghệ nuôi tôm chứa nhiều chất thải hữu cơ.
Đây là một trong những nguồn thức ăn rồi dào của các vi khuẩn gây bệnh trực tiếp
cho tôm, gây ảnh hưởng trực tiếp đến màu của nước nuôi. Vấn đề này theo kết quả
nghiên cứu của PGS. TS. Bùi Lai [5] đây là thành phần chất thải hữu cơ hoà tan
vào nước nuôi trong quá trình nuôi. Chúng khó tách khỏi môi trường nước nuôi
nh
ưng chúng lại dễ bị phân huỷ dưới tác dụng của các chất phân huỷ sinh học (EM).
Ngoài những thành phần chủ yếu trên, chất thải trong ao nuôi tôm thương phẩm
thâm canh thấp triều trên còn có các nguồn gốc khác như:

• Nguồn nước cấp nuôi chứa nhiều chất lơ lửng.
• Đất ao bị sói mòn do sự chuyển động của nước
Hình 1:Chất thải đặc lắng tụ
Phân tôm
Thức ăn dư thừa
Xác tôm lột
Xác động vật
phù du
Các nguồn khác




• Các chất bón cải thiện môi trường ao nuôi như : Vôi, phân
bón,.
• Chất thải được hình thành qua trao đổi nước.
I.1.2. Chất độc hại sinh ra từ sự phân huỷ chất thải đặc trong công nghệ nuôi
tôm thâm .
Chất thải đặc trong ao nuôi tôm thương phẩm thâm canh sinh ra hai sản
phẩm chính có tính độc cao đối với nuôi tôm là NH
3
và H
2
S.
Khí NH
3
sinh ra do sự bài tiết của tôm và sự phân huỷ chất đạm có trong thức ăn
thừa và các nguồn khác ở điều kiện hiếu khí (có oxy) và yếm khí (không có oxy).
Khí H
2

S chỉ sinh ra từ các chất hữu cơ lắng tụ khi phân huỷ trong điều kiện yếm
khí. Những lớp đất yếm khí có chất hữu cơ thường có màu đen đặc thù do sự hiện
diện của các hợp chất sắt khử. Tính độc của NH
3
và H
2
S tuỳ thuộc vào nồng độ
của chúng, độ pH và các thông số khác. NH
3
trở nên độc hại hơn khi pH cao còn
H
2
S độc hại hơn khi pH thấp.
Mặt khác các chất hữu cơ sinh ra từ sự phân huỷ của phân tôm, thức ăn và
sinh vật chết, . lại là nguồn thức ăn cho vi khuẩn và nguyên sinh động vật gây
hại trực tiếp cho tôm. Cho nên sự tích tụ của các chất thải trên ảnh hưởng trực tiếp
đến tôm nuôi.
Như vậy sự hiện diện của chất thải đặc trong ao nuôi tôm thương phẩm thâm
canh thấ
p triều là hầu như gây hai cho môi trường nuôi tôm. Chúng sinh ra khí độc,
làm nguồn nuôi vi khuẩn làm giảm nồng độ oxy gây bệnh trực tiếp cho tôm.
Do vậy muốn nuôi tôm công nghiệp đạt hiệu quả cao thì vấn đề thu gom
tách – lọc chất thải đặc trong công nghệ nuôi là vô cùng quan trọng là một trong
những nhân tố quyết định năng suất.
I. 2. 3. Các tính chất cơ học cơ bản của chất thải đặc và huyền phù.
1. Tính chất cơ h
ọc cơ bản của chất thải đặc. [5]
Các thông số kích thước cơ bản của hạt chất thải cần tách lọc:
Khối lượng riêng của hạtchất thải đặc:
b

γ
= 1200 kg/m
3
.
Khối lượng riêng của nước trong:
n
γ
= 1000 kg/m
3
.
Hệ số nhớt của nước:
µ
= 8,1646.10
-5
kG.s/m
2
.
Gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s
2
.
Đường kính của hạt cặn cần tách khỏi nước d= 0,00005 ÷0.00008m.





Tính chất lắng của chúng:

Mỗi hạt chất thải đặc không hoà tan trong nước và có trọng lượng riêng lớn
hơn trọng lượng riêng của nước. Khi lắng hạt sẽ chịu tác dụng của hai lực : Trọng

lượng bản thân P và lực cản tổng cộng xuất hiện khi hạt chuyển động dưới tác dụng
của trọng lực P.Mối quan hệ giữa hai lực đó sẽ quyết định tốc độ l
ắng hay độ lớn
thủy của hạt.
Trọng lượng P của hạt phụ thuộc vào khối lượng riêng, kích thước hạt. Lực
cản P
1
phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, tốc độ của hạt và độ nhớt của nước.
Tốc độ lắng của mỗi hạt riêng biệt có thể coi là như nhau (theo nguyên lý stock)
trong suốt thời gian lắng bởi vì gia tốc rơi tự do cân bằng với lực cản môi trường.
khi đó tốc độ lắng của mỗi hạt riêng biệt trong nước ở trạng thái tĩnh có thể xác định
từ
điều kiện cân bằng của các lực tác dụng đối với hạt.
P=P
1

Ta có công thức tính độ lớn thủy lực (tốc đọ lắng tự nhiên)của hạt đặc là:
u
0
=
()
0
6

ϕγ
γγπ
n
nr
dg−
(1) ; [7,công thức 3-8 trang 67].

Trong đó:
g - gia tốc trọng trường; g = 9,81 m/s
2
.

0
ϕ
- hệ số sức cản,
0
ϕ
phụ thuộc vào số Râynôn xác định theo công thức:
R
e
=
µ
ϕ
du
00
(2) [công thức 3-8 trang 67,7] .
R
e
– hằng số Râynôn.
mặt khác:
R
e
=
18
r
A
(3) [công thức 2-1 trang 23,11].

A
r
– hằng số Acsimét.
Với A
r
=
()
g
d
n
nr
γµ
γγ
.
.
2
3
−
(4) ; [công thức 2-2 trang 23,11].
Trong đó d,
b
γ
,
n
γ
,
µ
,g ở trên.
Thay các giá trị trên vào công thức (4) ta được: A
r

= 0,5504.
Thay giá trị A
r
= 0,5504 vào công thức (3) ta có hằng số Râynôn là:




R
e
=
18
r
A
=
18
5504,0
= 0,0306 < 1.
Với R
e
< 1 ta có hệ số sức cản
0
ϕ
tính theo công thức sau:

e
R
π
ϕ
.3

0
= (5) ; [6, trang 67, công thức 3-10].
Thay R
e
= 0,0306 vào công thức (5) ta được:

===
0306,0
.3.3
0
π
π
ϕ
e
R
307,843.
Thay giá trị
0
ϕ
= 307,843 vào công thức (1) ta tính được độ lớn thủy lực của hạt
cặn:
u
0
=
()
0
6

ϕγ
γγπ

n
nr
dg−
=
(
)
843,307.1000.6
10.5.81,9.10001200.
5−
−
π
= 0,4.10
-2
m/s
Vậy u
o
= 0,4 mm/s.
Song hình dạng các hạt trong nước ở trạng thái lơ lửng rất đa dạng và không phải
là hình cầu. Do vậy người ta đưa ra khái niệm bán kính tương đương – tức là bán
kính bằng bán kính hạt hình cầu có tốc độ lắng và tỷ trọng ở nhiệt độ t = 15
o
C.
Để đặc trưng cho quá trình lắng thường được biều thị bằng biểu đồ quan hệ
giữa số lượng cặn và tốc độ lắng, giữa hiệu suất và thời gian lắng ( hình 1 ).
Thời gian lắng cần thiết xác định theo công thức :

0
6,3 U
H
t =

Trong đó :
H : triều sâu công tác của bể lắng.
U
0 :
tốc độ lắng mm/s.
Tốc độ lắng phụ thuộc vào số lượng và khả năng kết tụ của các hạt chất thải.
Hàm lượng chất thải càng cao thì tốc độ lắng càng lớn ( hình 1).









Trong quá trình lắng nếu không có quá trình gia nhiệt và trợ lắng thì không
làm thay đổi tính chất vật lý của chất thải và cấu trúc hạt, khối lượng riêng, độ nhớt
2. Tính lắng của khối hạt chất thải.
Quá trình lắng không làm thay đổi tính chất vật lý của bã, như cấu trúc hạt,
khối lượng riêng, độ nhớt, nếu không có quá trình gia nhiệt và trợ lắng. Theo
Stockes thì vận tốc lắng tăng khi chuyển t
ừ quá trình tĩnh sang động, bằng cách tạo
thêm một trường lực như lực ly tâm. Ngoài ra bề mặt lắng và vận tốc rơi tự do của
hạt đặc cũng ảnh hưởng đến khả năng lắng. Hình 2 biểu thị quá trình lắng đứng và
lắng nghiêng.
Trong ống thẳng các hạt đặc lắng trên toàn bộ tiết diện ống, còn trong ống
nghiêng thì quá trình lắng xảy ra theo dọc ống. Vì vậy, lắng nghiêng s
ẽ nhanh hơn

và bã sẽ trải dọc theo thành ống còn nước trong được hình thành phía trên. Do đó
bã sẽ trượt dọc thành dồn xuống dưới và nước trong được dâng lên trên. Quá trình
lắng được lặp lại liên tục nên thời gian lắng nhanh hơn.[2].




Hình 2.Đồ thị quan hệ lượng cặn
lắng với tốc độ lắng và thời gian
lắng












Hình 3: Sơ đồ tính chất lắng của khối hạt
I.2. Xác định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản.
-Tách được trên 80% chất thải đặc ra khỏi hỗn hợp nước thải.
-Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo phù hợp với điều kiện vật liệu trong nước.
-Thao tác khi lắp ráp, sử dụng, vận hành dễ dàng và cơ
động.
-Chi phí chế tạo thấp, phù hợp với điều kiện kinh tế người dân.
-Chi phí rẻ, độ bền cao.

-Chống được sự ăn mòn trong môi trường nước nuôi.
-Theo diện tích ao nuôi và theo bơm thường sử dụng hiện hành thiết bị phải
đảm bảo tách lọc được chất thải đặc với năng suất từ 5 ÷ 10 (m
3
/h).











chieàu cao laéng
BaõBaõ
Nöôùc
trong
Nöôùc
trong
chieàu ao laéng
Nước trong
Chiếu cao
lắng
Chiếu cao
lắng

Chương II
THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ.
II.1.Xây dựng phương án thiết kế.
II.1.1.Các phương pháp tách chất thải đặc từ nước hiện hành .
Hiện nay thường xử dụng hai loại hai sơ đồ ni sau:


Hình 4. Sơ đồ ni tơm khép kín
Các phương án tách chất thải đặc từ nước hiện hành [7] .
Trong sản xuất, với huyền phù phân tán 2 pha ( pha đặc và pha lỏng ), để
phân riêng pha đặc và pha lỏng của huyền phù người ta dùng nhiều biện pháp khác
nhau.
ao
xử
lý
ao nuôi tôm
Ao
lắng
Thu hồi bùn
Ao lọc sinh
học
Ao
xử lý
Ao ni
Ao
lắng
Thu bùn
Bể lọc sinh

học
Ao nuôi
Ao
lắng
Ao chứa
Ao xử
lý
Ao xử
lý
Ao ni
Ao chứa
Ao
lắng




Trong sản xuất người ta thường sử dụng phương pháp cơ học kết hợp với
phương pháp lọc.
1. Bể lắng ngang :
Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, tỷ lệ giữa triều rộng và triều dài
không nhỏ hơn 1/4 và triều sâu đến 4 m.
Nước thải được dẫn vào bể theo mương và máng phân phối ngang với đập
tràn thành mỏng hoặc tường đục l
ỗ xây dựng ở đầu bể suốt triều rộng. Đối diện ở
cuối bể cũng xây dựng máng tương tự để thu nước và đặt tấm chắn nữa chìm nữa
nổi, cao hơn mực nước 0,15-0,2 m và không sâu quá mực nước 0, 25 m. Tấm này
có tác dụng ngăn chất nổi, thường đặt cách thành tràn 0,25-0,5 m. Để thu và xả chất
nổi người ta đặt một máng đặc biệt ngay sát kề tấm ch
ắn.

Tấm chắn ở đầu bể đặt cách thành tràn ( cửa vào khoảng 0,5-1,0 m và không
nông hơn 0,2 m với mục đích phân phối đều nước trên toàn bộ triều rộng bể.
Đáy bể làm dốc để thuận tiện cho việc thu gom cặn.
Ưu điểm :
Có năng suất lọc nước thải lớn hơn 15000 m
3
/ ngày đêm.
Nhược điểm :
-Không kính tế vì khi có nhiều hố thu cặn công trình sẽ tăng thêm khối tích
không cần thiết. Ngoài ra trên những hố thu nước thường tạo thành những vùng
xoáy làm giảm khả năng lắng của các hạt cặn.
-Thực tế quản lý loại này cho hiệu suất không tốt, cụ thể là cặn khó tự chảy
tới hố thu.
-Khi xây dựng bể thì tốn diện tích và không có khả năng di chuyể
n trên vùng
nuôi tôm trên cát.
-Chỉ lọc được những hạt cặn có độ lớn thủy lực lớn u
0
>24,2 mm/s.
2. Bể lắng đứng :
Bể lắng đứng là bể chứa, mặt bằng dạng tròn hoặc dạng vuông, đáy dạng
nón hay chóp cụt ( hình 13).
Nước thải theo máng 1 chảy vào ống trung tâm 2 ( kết thúc bằng ống loe hình
phễu). Sau khi ra khỏi ống trung tâm nước thải va vào tấm chắn và thay đổi hướng
từ đứng sang ngang rồi dâng lên theo thành bể. Nước đã lắng trong tràn qua máng
thu đặt xung quanh thành bể và đi ra ngoài.

Hình 5:Bể lắng đứng thông thường
Khi nước thải dâng lên theo thành bể thì cặn lắng thực hiện chu trình ngược
lại. Như vậy cặn chỉ lắng được trong trường hợp tốc độ lắng U
0
lớn hơn tốc độ nước
dâng Vd ( U
o
> Vd ).
Trong thực tế thì nước thải chuyển động trong bể lắng đứng khá phức tạp.
Nước chảy qua khoảng cách giữa miệng loe của ống trung tâm và tấm chắn hướng
tới tường bể. Đó là dòng tia rối ngập, nên phạm vi dòng được mở rộng do lực lôi
kéo của nước tầng ngoài. Chính vì vậy mà trong bể lắng tạo nên những vùng nước
xoáy. Hướng của vùng nước xoáy này bắt đầu từ giữ
a khoảng miệng loe và tấm
chắn với tốc độ lớn làm cản trở quá trình lắng cặn.




Ưu điểm :
- Thuận tiện trong công tác xả cặn.
- Chiếm ít diện tích xây dựng hơn bể lắng ngang.
- Có kết cấu đơn giản.
Nhược điểm:
- Triều sâu xây dựng lớn làm tăng giá thành xây dựng ( đặc biệt những nơi đất
đai không thuận lợi như những vùng nuôi tôm trên cát ), số lượng bể nhiều.
- Hiệu suất lắng thấp.
- Chỉ lắng
được những hạt cặn có độ lớn thủy lực u
o

> 0,7 mm/s.
Bảng 1.Kích thước của bể lắng đứng theo lưu lượng cần lọc
Triều cao, m
Đường kính
của bể, mm
Lưu lượng tính
toán, l/s
Tổng cộng Hình trụ, H
t
Hình nón, H
n

4
6
9
12
19,8
44
5,4
7,2
9
3,6
4,2
4,2
1,8
3
4,8
3. Bể lắng Radian :
Bể lắng radian thường có mặt bằng hình tròn, đường kính từ 16 đến 40 m (
có trường hợp tới 60m ), triều cao làm việc bằng 1/6 – 1/10 đường kính bể.

Hình 14 trình bày bể lắng radian kiểu ly tâm, đường kính 28 m. Nước thải
chảy theo ống trung tâm từ dưới lên trên rồi qua múi phân phối và vào bể. Chất nổi
nhờ tấm chắn treo lơ lửng dưới dàn quay dồn góp lại và chảy luồn qua ống siphông
xả vào giếng cặn.
Ưu điểm :
- Năng suất lọc lớn.
- Có khả năng tách được cặn.
Nhược điểm :
- Diện tích xây dựng lớn, chiếm nhiều diện tích.
- Hiệu suất lắng cặn nhỏ.
- Thời gian lọc lâu không bảo đảm năng suất.




- Chỉ lọc được những hạt cặn có độ lớn thủy lực lớn.
Hình 6 : Bể lắng Radian – ly tâm
1.Ống dẫn nước vào bể ; 2.Ống dẫn nước bùn
3. Hướng chuyển động của dàn quay ; 4. Ống tháo nước ; 5. Ống tháo cặn tốt
4. Bể lắng hướng tâm :
Bể lắng có máng phân phối nước ở chu vy và phễu thu nước ở trung tâm.

Hình 7 : Sơ đồ bể
lắng radian hướng tâm




Ghi chú :
1.Đưa nước thải vào bể ; 2. Máng phân phối

3.Hướng chuyển động của nước 4. Hệ thống cào gom cặn
5.Ống tháo cặn ; 6. Dẫn nước ra khỏi bể.
Máng phân phối có triều rộng cố định, nhưng triều cao giảm dần từ đầu đến
cuối máng. Ở đáy máng đục nhiều lỗ để nước chảy xuống bể. Đường kính các lỗ và
khoả
ng cách giữa chúng phải tính toán sao cho tốc độ nước chảy trong máng là
không đổi. Như vậy sẽ tránh được hiện tượng lắng cặn trong máng. Nước qua các lỗ
chảy vào phía dưới vùng lắng với tốc độ hướng xuống, giảm dần tới giá trị tối thiểu
ở tường chắn hướng nước vào trung tâm của bể. Dòng chuyển dộng của nước choán
đều trên toàn bộ diện tích ướt của bể và hầu nh
ư không có những vùng nước xoáy
cục bộ. Nước được dồn vào tới tận đáy bể lắng làm cho chất lơ lững chỉ phải qua
một đoạn đường ngắn mà thôi. Nhờ đặc điểm thủy lực như vậy nên hiệu suất lắng
cao hơn so với bể lắng Radian – ly tâm.
Ưu điểm :
- năng suất lọc tương đối lớn.
-
hiệu suất lọc cao hơn các loại trên.
Nhược điểm :
- Cấu tạo phức tạp.
- Thời gian nước lưu lại trong bể lâu
- Diện tích xây dựng lớn
- Khó có thể di chuyển được trên vùng đất cát.
- Chỉ lọc được các chất cặn có độ lớn thủy lực lớn.
- Các bể lắng Radian nói chung cũng như bể lắng ngang là xu
ất hiện ở trong
vùng lắng những tia xoáy rõ rệt và do đó tạo nên những sức cản bổ sung đối
với các hạt chất lơ lững.
5. Bể lắng tầng mỏng (hình 16):
Bể lắng tầng mỏng là một bể chứa hoặc kín hoặc hở. Cũng như các loại bể

lắng khác, nó có các bộ phận phân phối và thu nước, phần lắng và chứa cặn. Cấu
tạo ph
ần lắng gồm nhiều tấm mỏng sắp xếp cạnh nhau với triều cao
≈
0,15m. Các
tấm mỏng đó có thể là các bản phẳng, lượn sóng hoặc các dạng ống …
Ưu điểm :
- Triều cao công tác nhỏ.




- Hạn chế được lực cản của dòng chảy rối
- Nâng cao hiệu suất lắng
- Nước thải lưu lại với thời gian ít hơn, do đó công suất của bể tăng lên.
Nhược điểm :
- Cấu tạo phức tạp.
- Diện tích lớn, khó di chuyển trên vùng đất cát.
- Chưa có thể tách được chất cặn có
độ lớn thủy lực nhỏ.

Hình 8: Bể lắng tầng mỏng
a. Bể lắng tầng mỏng Radian.
b. Bể lắng tầng mỏng ngang.
• Trong sản xuất lớn kiểu công nghiệp, để phân riêng pha đặc khỏi pha lỏng
trong huyền phù, người ta thường dùng máy ly tâm với nguyên lý :
Pha đặc có khối lượng riêng lớn hơn pha lỏng, trong trường ly tâm của
huyền phù sẽ xảy ra hiện tượng lực ly tâm tác
động vào đơn vị khối lượng pha đặc
lớn hơn vào đơn vị khối lượng pha lỏng. Sau thời gian chuyển động quay, pha đặc

và pha lỏng sẽ bị phân riêng rẽ ở những vị trí khác nhau trong không gian. Với kết
cấu hợp lý của thiết bị, chúng ta sẽ thu hồi được riêng pha đặc và pha lỏng. Để
phân riêng pha lỏng và pha đặc của huyền phù bằng ly tâm, người ta có thể ứng
dụng hai loại máy ly tâm, người ta có th
ể ứng dụng hai loại máy ly tâm sau :





Trong sản xuất lớn kiểu công nghiệp:
Để phân riêng pha đặc khỏi pha lỏng trong huyền phù, người ta thường dùng
máy ly tâm với nguyên lý:
Pha đặc có khối lượng riêng lớn hơn pha lỏng, trong trường ly tâm của huyền
phù sẽ xảy ra hiện tượng lực ly tâm tác động vào đơn vị khối lượng pha đặc lớn hơn
vào đơn vị khối lượng pha lỏng. Sau thời gian chyuển động quay, pha đặc và pha
lỏng s
ẽ bị phân riêng rẽ ở những vị trí khác nhau trong không gian. Với kết cấu hợp
lý của thiết bị, chúng ta sẽ thu hồi được riêng pha đặc và pha lỏng. Để phân riêng
pha lỏng và pha đặc của huyền phù bằng ly tâm , người ta có thể ứng dụng các loại
máy ly tâm sau:
6. Xyclon cao áp .[19]

Hình 9: Xiclon cao áp.
1. Nắp đậy. 2. Đường nước vào.
3. Đường nước trong ra. 4. Đường xả cặn.
Xliclon có áp gồm phần hình trụ và hình nón bằng kim loại. Nước thải được
dẫn vào dưới áp lực theo ống 2 đặt phía dưới nắp 1 và tiếp tuyến với phần hình trụ.
Cát và cặn được xã liên tục qua ống phía dưới 3 của phần hình nón. Nước trong
theo ống 4 chảy đi.

Khi dẫn nước vào theo ống đặ
t tiếp tuyến với hình trụ sẽ tạo ra chuyển động
vòng trong xiclon. Tốc độ nước tại cửa vào có thể đạt được 20m/s. Dưới tác dụng
của lực ly tâm, các hạt đặc sẽ văng ra thành tường xiclon và trượt xuống ống 3 xả đi.
Vì lực ly tâm lớn hơn rất nhiều so với trọng lực của hạt nên xiclon có thể làm việc
theo phương đứng, ngang hoặc nghiêng.
Đường
nước vào
Đường nước
ra




Hiệu suất tách các chất trong xiclon có áp tỷ lệ giữa các kích thước hình học
của xiclon, tính chất các hạt và khả năng lắng của chúng.
Khả năng lắng của hạt phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, trọng lượng
riêng và nồng độ của nó.
Ưu điểm :
Xyclon cao áp được dùng rộng rãi trong công nghiệp, nhất là để phân loại
các tạp chất theo độ lớn và trọng lượng riêng. Trong công nghệ
xử lý nước nó được
dùng để sơ bộ lắng nước sông chứa nhiều bùn phù sa, để tách các tạp chất nặng khỏi
nước thải, để nén cặn tươi trước khi làm khô bằng phương pháp cơ học. Đặc biệt nó
cho hiệu suất cao, khi xử lý cặn gồm các chất dạng hạt của nước thải công nghiệp.
Nhược điểm:
- Tốn nhiều năng lượng, thành tường chóng bị
bào mòn nhất là đối với nước
thải chứa vụn sắt cạnh. Ngoài ra trong xiclon áp lực khó loại các tạp chất nổi.
- Để tránh bị bào mòn người ta tráng một lớp men lên mặt trong của xiclon

áp lực.
- Trong xiclon thường xảy ra hiện tượng chảy rối mạnh nên hạn chế phạm vi
sử dụng nó, khi cần loại khỏi nước các tạp chất dạng hạt.
- Những xiclon không áp sẽ khắc phục những nh
ược điểm trên.
7. Máy lọc ly tâm.[21]
Có cấu tạo thành roto là lưới lọc. Khi roto quay, chất lỏng thoát qua lỗ nhỏ
của lưới ra ngoài. Những hạt pha đặc có kích thước lớn hơn lỗ lưới lọc sẽ bị giữ lại
và được lấy ra bằng những cơ cấu thích hợp.


Hình 10 : Máy lọc ly tâm
Lưới lọc
Roto
Chất lỏng
Hạt pha
đ
ặ
c
Vít tải
rỗng




Người ta chỉ sử dụng máy lọc ly tâm để phân riêng 2 pha ( pha đặc và lỏng )
trong huyền phù có độ kết dính kém ( dễ lọc ) như thu hồi, phân loại quặng, thu hồi
chất kết tinh, thu hồi than cám trong nước, lọc tinh bột ( khoai tây, đậu phụ).
8. Máy ly tâm lắng :
Roto có cấu tạo là thành kín. Khi roto quay tạo trường ly tâm cho huyền phù.

Dưới tác dụng của lực ly tâm, pha đặc dịch chuyển xa dần. Sau một thời gian các
pha đặc bám vào thành roto. Nước sẽ
ở vị trí gần tâm hơn. Người ta có những kết
cấu thích hợp để lấy pha đặc ra khỏi thiết bị lắng. Hình 10 là sơ đồ máy ly tâm tháo
vật lắng bằng vít tải. Pha đặc được lấy ra bằng vít tải qua cửa đáy nhỏ còn nước
trong tràn qua đáy lớn của roto.
Người ta thường sử dụng máy ly tâm lắng để phân riêng hai pha đặc và lỏng
trong huyền phù ( khó lọc ) có độ kết dính cao như tách đường non và m
ật rỉ, tinh
bột gạo sắn, tóp mỡ ra khỏi mỡ, vỏ trứng ra khỏi lòng tđặcg trứng, lọc nước nho,
nước cà chua, khử nước ra khỏi phomát tươi, lọc sơ bia sống.
Người ta còn dùng máy ly tâm lắng để phân loại cỡ hạt của pha đặc với kết
cấu cửa ra có những khoản cách tâm khác nhau:

Hình 11: Máy ly tâm lắng.
Trong máy ly tâm lắng có 2 phương pháp tạo trường ly tâm cho hỗn hợp
nướ
c bùn:
Roto lắng
n2 = 500 - 1500 v/ phút
Bùn 20 - 30 % Nước
Khả năng tách ( phân riên
g
Bùn có
Pha rắn từ 1 - 40 %
Nước
Vít tải rỗng n2
Roto lắng
n
2

= 500-1500v/ph
Khả năng tách
(phân riêng)
pha đặc từ 1-
%
Bùn 20 – 30% nước
Nước
Vít tải rổng n
2




* Phương pháp cho roto chủ động quay :
Khối hỗn hợp bùn nước quay theo roto . Chúng có những ưu nhược điểm sau :
Ưu điểm :
+ Có khả năng phân ly tốt vì có thể tạo được vận tốc góc lớn cho hỗn hợp
bùn nước ( 1500 ÷3000
v
/
f
).
+ Có khả năng phân riêng pha đặc với cỡ hạt từ 0,1 ÷ 1 mm.
+ Có khả năng phân riêng hỗn hợp bùn nước với nồng độ bùn cao ( = 40%
theo khối lượng ).
+ Sản phẩm bùn lấy ra có tỷ lệ ngâm nước thấp (= 20 ÷40% theo khối
lượng). Khối lượng riêng của bùn còn khoản 1500 kg/m
3
.
Nhược điểm :

+ Máy kết cấu phức tạp. Roto phải quay với vận tốc lớn, trong khi chúng lại
sử dụng trong môi trường nước mặn. Nếu sử dụng vật liệu chịu mặn bằng kim loại
thì thiết bị có giá thành cao. Nếu sử dụng vật liệu chịu mặn phi kim loại thì thiết bị
không đủ bền.
+ Giá thành đầu ra của bùn thấp (chỉ để làm nguyên liệ
u sản xuất phân bón)
không đủ bù lại giá thành thiết bị và gía thành sử dụng thiết bị quá cao.
* Phương pháp bình ( xyclon ) đứng yên :
Cho khối hỗn hợp bùn nước quay nhờ vận tốc tiếp tuyến của hỗn hợp vào
phần thể tích hình trụ tròn của xyclon. Do lực quán tính, nước bùn chuyển động
theo đường biên quay quanh trục xyclon. Nhờ lực ly tâm, bùn chuyển động ra xa
tâm chạm vào thành xyclon và trượt xuống dứơi đi vào phần côn thu, xuống bể
chứa và định kỳ được xả ra ngoài. Nước gần tâm hơn đi lên phía trên.
Phương pháp này có những ưu nhược điểm sau :
Ưu điểm :
+Có khả năng phân riêng hạt pha đặc có cỡ hạt từ 0,5 ÷ 1 mm .
+Máy có kết cấu đơn giản, có thể dùng vật liệu chịu mặn có độ bền không
cần cao. Giá thiết bị và gía sử dụng thiết bị thấp phù hợp gía thành đầu ra của bùn .
Nh
ược điểm :
Khả năng phân ly thấp vì tốc độ quay vòng của hỗn hợp chỉ có khả năng thực
hiện khoản 30 ÷50
v
/
f
.
Chỉ phân riêng bùn nước trong hỗn hợp với tỷ lệ bùn thấp = 18% theo khối
lượng.

Sản phẩm bùn lấy ra có độ ngâm nước cao = 60% theo khối lượng ( khối
lượng riêng bùn khoản = 1300 kg.
9.Trong khuôn khổ nguyên lý lọc cơ học, tùy theo mức độ giá trị đầu tư
và mức độ yêu cầu chất lượng nước, người ta có thể áp dụng những bộ lọc
sau:[21].
- Lọc phân ly : Về nguyên lý máy phân ly giống như máy ly tâm lắng nhưng
roto phải có tốc độ góc rất cao 7000 ÷8500
v
/
f
. Nó có thể loại trừ được những hạt
chất đặc cực nhỏ. Máy phân ly đảm bảo độ trong chất lượng cao. Nó được dùng phổ
biến trong công nghệ thực phẩm, nước uống. Giá thiết bị rất cao, khó ứng dụng để
lọc nước nuôi.
- Lọc khung bản: Nước đi qua khung lưới lọc, những hạt lớn hơn lỗ lưới thì
bị giữ lại. Đối v
ới nước nuôi có chứa bùn hữu cơ, độ kết dính cao, lọc khung bản
lưới sẽ không phù hợp.
- Lọc qua tấm xếp: Nước đi qua các khe của các tấm, bình lọc này không
loại trừ được những hạt nhỏ . Nó đang được sử dụng để lọc nước tưới cho cây trồng.
- Lọc thấm: Nước sẽ thấm qua lớp cát. Kích thước hạt cát quyết định chất
lượng n
ước. Qua khảo sát các cơ sở sản xuất tôm giống khu vực miền Trung và Bắc
Bộ: Trạm tôm giống càng xanh Cầu Rế ( Hải Phòng ), trại sản xuất tôm giống Đại
Yên ( Quảng Ninh ), xí nghiệp sản xuất tôm giống Tuần Châu QN. Trạm nghiên
cứu Thủy sản nước lợ Đồ Sơn, trại sản xuất tôm giống Nguyễn Quyền ( Đồ Sơn ),
trại sản xuất tôm giống Hoàng Thành, Hoằng Hóa, Thanh Hóa, trạ
i sản xuất tôm

giống Hoàng Gia Đinh ( Đồ Sơn ), Trại giống TS Nghi Xuân ( Hà Tĩnh ). Trại
giống TS Kỳ Anh ( Hà Tĩnh ), Trại giống TS Cái Dăm, Trại giống TS Cái Rồng,
Trại giống Cát Bà, Trại giống tôm Nam Định. Tất cả người ta đều dùng bể lọc cát
hở. Loại bể lọc cát hở có những ưu nhược điểm sau :
Ưu điểm :
Kết cấu bể lọc
đơn giản, cát lọc dễ kiếm có thể khai thác tại chỗ. Chất lượng
nước lọc được công nghệ nuôi tôm chấp nhận.
Nhược điểm :
Bể lọc cồng kềnh,vì lọc hở nên dễ bị nhiễm bẩn trong quá trình lọc như
chuột và các sinh vật khác chết trong bể lọc, sau một thời gian cát bị bẩn.
Việc định kỳ rữa cát rất khó khăn ( phải đả
o = 30 m
3
bằng thủ công ).
Việc tận thu nước mặn sau khi đã tách bùn trở lại phục vụ ao nuôi tôm rất
cần thiết với những vùng thiếu nước mặn.




Qua khảo sát chúng ta thấy nguyên lý lọc cát đã được sử dụng rộng rãi vào
để lọc nước nuôi phục vụ sản xuất tôm giống. Trong khi chất lượng nước ao nuôi
thương phẩm yêu cầu thấp hơn nước nuôi tôm giống. Do vậy đề tài sẽ chọn nguyên
lý lọc cát trong hệ thống thiết bị tận thu nước mặn nuôi tôm thương phẩm thâm
canh.
Để khắc phục những tồn tại củ
a bề mặt lọc cát hở tránh nhiễm bẩn do môi
trường xung quanh đến quá trình lọc chúng tôi chọn lọc qua bình cát kín.
+ Để có thể sử dụng thiết bị lọc phù hợp với những quy mô sản xuất thâm

canh khác nhau chúng tôi chọn bình lọc cát phù hợp với ao nhỏ.Tùy thuộc quy mô
sản xuất lớn hơn chúng ta có thể mắc song song thiết bị để tăng lưu lượng lọc.
+ Để vệ sinh cát sỏi dễ dàng, không cần tháo bình lọ
c chúng tôi sẽ có hệ
thống khóa phân phối, định kỳ cho dòng nước sạch đi ngược với quá trình lọc, xói
mòn bùn hữu cơ đóng trong khe giữa 2 hạt cát. Sau vài năm, nếu cát quá bẩn người
sử dụng có thể thay cát sỏi dễ dàng bằng cách lấy túi cát lọc qua nắp trên của thiết
bị.
• Kết luận :

Quá trình tách các tài liệu nghiên cứu và tính toán chỉ áp dụng hiệu quả đối
với các hạt đặc, rắn có trọng lượng lớn hơn nước rất nhiều như : Cát, hạt sét, mạt
sắt, còn quá trình lọc thì tốn nhiều diện tích chỉ áp dụng cho xử lý nước sinh hoạt
không phù hợp với mô hình nuôi tôm công nghiệp.
Nhưng nhiệm vụ của đề tài đặt ra là tách -lọc chất thải đặc trong ao nuôi tôm
thương phẩm thâm canh thấp tri
ều, kết cấu dạng hạt của chúng khác hơn so với
những hạt ở trên và độ lớn thủy lực của chúng không lớn hơn khối lượng riêng của
nước nhiều như các hạt đặc trên. Mặt khác các loại hạt này rất dễ bị đánh tơi trong
quá trình bơm đặc biệt là bơm cao áp.
Muốn tách - lọc chất thải này thì ta phải xây dựng hệ thống bể lắng, tố
n rất
nhiều diện tích và không kinh tế. Trong khi đó yêu cầu kỹ thuật đặt ra ở mục I.4
trên là thiết bị nhỏ gọn, cơ động,. lại càng không phù hợp. Mặt khác nhiệm vụ
nghiên cứu của đề tài phải tim ra và chế tạo thiết bị phù hợp với yêu cầu trên.
Vì vậy để đáp ứng yêu cầu đó đề tài nghiên cứu và sử dụng xiclo hạ áp kết hợp với
lọ
c tách là hướng nghiên cứu. Trong khi xiclo hạ áp thực tế chỉ áp dụng tách các
hạt như: cát, đất sét, và như vậy chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm và tìm ra
phương pháp cải tiến cho phù hợp dựa trên nguyên lý của xiclo hạ áp như sau:

Nguyên lý hoạt động cơ học của xiclo hạ áp (là kết hợp giữa lắng lực ly tâm và lắng
trọng lực) kết hợp với lọc cát.





II.2. Lựa chọn phương án thiết kế và sơ đồ nguyên tắc làm việc của thiết bị
Phương án lựa chọn thiết kế lọc theo phương pháp cơ học. Dùng xiclo hạ áp
và kết hợp nguyên lý thẩm thấu vật liệu tách lọc(cát) dựa trên .
Sơ đồ nguyên tắc làm việc của thiết bị:


Hình 12 : Sơ đồ nguyên tắc.


1 - Hố chứa chất thải ; 2 – Bơm hút chất thải; 3 - Thiết bị tách lọc;
4 - Thiết bị bổ sung oxy; 5 – Van xả cặn
Nguyên tắc làm việc của thiết bị :
Chất thải sau khi được máy đảo oxy gom tụ lại ở giữa đáy ao nuôi 1 thì
được hút lên bằng bơm 2, chảy vào thiết bị lọc 3, Nước sau khi được tách lọc thì
Hình 13: Sơ đồ nguyên tắc làm việc của thiết bị
Cụm hút
h
ấtthải
Van 1 chiều
Ao tôm
Bơm
Xyclon
Lọc sinh học

h
Xả cặn




dâng lên phía trên chảy ra ngoài qua thiết bị bổ sung oxy 4 trước khi vào bể lọc
sinh học sử lý xong nước được vè bể nuôi. Còn chất thải đặc mà ta tách lọc được thì
được tháo ra ngoài qua van 5 thu hồi lại và được sử lý.
II. Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản.
II.1.1.Xác định các thông số kỹ thuật cụm hút chất thải đặc.
Đề tài chọn mô hình nuôi tôm trong ao vuông, có diện tích 2000 m
2
, kích
thước mỗi cạnh là 45m x 45m, 4 góc ao lượn tròn R =1 m, độ sâu từ mặt nước đến
đáy ao là 1,5 m, đáy ao hình lòng chảo có độ dốc về phía tâm ao là 0,01.
Hình 14. Mô hình ao nuôi đề tà chọn thiết kế và khảo nghiệm thiết bị
Trên thế giới cũng như trong nước, hiện nay thường dùng thiết bị quạt đảo
nước bề mặt hoặc máy thổi nước tạo oxy chưa kết hợp tạo dòng gom chất thải.
Đề tài lựa chọn thiết bị thực hiện 2 chức năng chủ yếu của Công nghệ nuôi là :
- Cung cấp lượng ôxy hòa tan trong nước nuôi.
- Tạo dòng chảy của nước nuôi để phù hợp với tập tính thích sống trong môi
trường nước chảy của tôm, đồng thời tạo dòng nước chảy có vận tốc phù hợp để xói
mòn và thu gom lớp bùn đáy ao tới ống xả bùn.
Khi hoạt động các cánh quạt chỉ ngập sâu trong nước 10 cm, cánh quạt tác
động, tạo dòng chảy cho nước nuôi chỉ ở lớp nước mặt, mu
ốn có vận tốc dòng
nước đáy đủ lớn để xói mòn lớp bùn thì vận tốc dòng nước mặt phải rất lớn. Dẫn
đến công suất thiết bị phải rất lớn.
I1.2.1Tính toán các thông số kỹ thuật cụm hút theo năng suất 10m

3
/h.
Phương án hút chất thải đặc từ dáy ao lên thiết bị.











Chất thải được hút ra khỏi ao


Hình 15: Bộ phận hút chất thải

a.Cơ sở lý thuyết.
Quan sát thực tế cho thấy các tia nước được hút vào vòi từ một khối chất
lỏng đồng nhất sẽ hẹp dần dần, cách vòi một khoảng nào đó, tia sẽ phân tán trong
khối đó. Sự phân tán tia lỏng là do tác động trao đổi hỗn loạn giữa tia và chất lỏng
bao quanh.
Tính nhớt là nguyên nhân làm sinh ra các xoáy ở các biên giới giữa tia và
chất lỏng nằm im. Các xoáy
đó kìm hãm chuyển động của tia, làm tăng khối lỏng
lên bằng cách lôi kéo chất lỏng từ ngoài vào cùng chuyển động theo. Trong các tia

chảy rối sự xáo trộn các khối lỏng theo mặt ngang sẽ sinh ra do tác động của thành
phần mạch động của tốc độ. Do không có giới hạn cứng đặc để làm tắt chuyển động
mạch động nên các khối lỏng đó sẽ chảy ra ngoài giới hạn của tia. Ở đây, các khối
lỏng đó sẽ tiếp xúc với các khối lỏng nằm im và làm chúng cùng chuyển độ
ng theo
với tia. Các hạt mà tia lôi cuốn từ chất lỏng bao quanh các hạt ấy kìm hãm các lớp
ngoài biên của tia, sẽ nhảy vào các hạt bị cuốn vào tia.
Người ta gọi lớp, mà ở đó khối chính của tia xáo trộn với khối lỏng nằm im
bao quanh, là lớp chảy rối ngoài biên. Vậy thì lớp chảy rối ngoài biên của tia sẽ kìm
hãm các hạt của tia và loi kéo thêm các hạt của chất lỏng bao quanh vào.
Ở phía ngoài, lớp ngoài biên của tia tiếp xúc với ch
ất lỏng nằm im, ở phía
trong thì tiếp xúc với lõi của tia trên một độ dài nào đó, tốc độ lõi của tia sẽ có trị số
không đổi.
Lớp ngoài biên dày lên thì lõi của tia sẽ càng hẹp lại. Cách vòi một khoảng
nào đó, lõi sẽ biến đi và cả tia sẽ bị lớp ngoài biên chiếm mất ( sơ đồ ).
Tiết diện của tia nơi mà lõi ( tức đoạn có tốc độ trung bình không đổi ) triệt
tiêu mấ
t gọi là tiết diện chuyển biến; còn đoạn tia nằm giữa tiết diện đầu và tiết diện
chuyển biến gọi là đoạn đầu. Ở ngay sau tiết diện đầu, tốc độ ở trục tia sẽ nhỏ dần
dọc theo triều dài của tia; đoạn tiếp sau đoạn đầu gọi là đoạn cơ bản. Đỉnh 0 của
hình chóp giới hạ
n tia gọi là tâm cự. Tâm cự của tia tròn bao giờ cũng nằm phía
trước tiết diện đầu của tia.

Hình17. Sơ đồ phân bố dòng hút.

Đoạn ban đầu Đoạn cơ bản
Tiết diện ban đầu
Lõi có tốc độ không đổi Tiết diện chuyển biến.