lắng và lọc trong xử lý nước cấp

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HUẾ
KHOA MÔI TRƯỜNG
----------




Đề tài
: Lắng và lọc trong xử lý nước cấp

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Xuân Thành
Nguyễn Văn Nghĩa







Huế, 10/2011
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
2
MỞ ĐẦU
Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, góp phần vào sự
thành công trong các chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội, bảo
đảm quốc phòng, an ninh quốc gia. Hiện nay, nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hiếm và
quan trọng này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt. Nguy cơ thiếu nước,
đặc biệt là nước ngọt và nước sạch là một hiểm họa lớn đối với sự tồn vong của con
người cũng như toàn bộ sự sống trên trái đất. Do đó, con người cần phải có các biện
pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước. Phải giữ cho nguồn nước sạch,

thậm chí hứng từng giọt nước; tái chế nước bẩn thành nước sạch .

Vai trò của nước đối với sản xuất và đời sống là vô cùng quan trọng nhưng hiện
nay vấn đề đặt ra với chúng ta là phải bảo vệ nguồn nước nhất là nước ngọt một cách
triệt để nhất vì cuộc sống của chúng ta và tương lai .Chính vì vậy để đáp ứng nhu cầu sử
dụng nước cho người dân thì việc xử lí nước cấp là hết sức quan trọng để đảm bảo chất
lượng của bộ Y Tế Việt Nam quy định. Hiện nay đã có nhiều phương pháp xử lí nước,
bên cạnh một số phương pháp hiện đại như tuyển nổi, phương pháp màng…thì phương
pháp truyền thống lắng, lọc vẫn được áp dụng rộng rãi cho các nhà máy xử lí nước và đạt
hiệu quả cao.
I. Lắng và các loại bể lắng
1. Khái niệm chung
Lắng là quá trình làm sạch cơ bản trong công nghệ xử lý nước. Nước cần xử lý
được đưa vào bể và giữ lại đó trong suốt quá trình làm việc. Nhờ diện tích tiết diện bể
lớn, tốc độ dòng chảy nhỏ mà quá trình xảy ra trong bể gần như ở trạng thái tĩnh. Dưới
tác dụng của lực trọng trường, các hạt cặn có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng của
nước bao quanh nó sẽ tự lắng xuống.
Bằng biện pháp nhân tạo, người ta có thể làm tăng kích thước hạt nhờ quá trình tạo
bông keo, như vậy sẽ làm tăng tốc độ lắng của hạt, khi chúng có khả năng tiếp xúc với
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
3
nhau, để lại tạo ra các hạt có kích thước lớn hơn. Khi xét đến khả năng liên kết giữa các
hạt trong nước, người ta phân chia quá trình lắng tự do theo hai loại: lắng tự do của hạt
không liên kết và lắng tự do khi các hạt có khả năng liên kết với nhau. Lắng tự do của
các hạt riêng lẻ (không liên kết) xảy ra khi khả năng liên kết tự nhiên của các hạt không
đáng kể, ví dụ trường hợp các hạt cát. Trong quá trình này các hạt cặn luôn duy trì tính
đồng nhất, không thay đổi kích thước, không thay đổi khối lượng riêng và như vậy tốc
độ lắng của chúng được xem như không đổi. Ngược lại, trong quá trình lắng kèm theo
quá trình tạo bông keo thì các hạt tương tác với nhau, tạo ra bông keo và do vậy kích

thước và trọng lượng có thể thay đổi, vận tốc lắng cũng do vậy mà thay đổi.
2. Lý thuyết lắng các hạt riêng lẻ
Lắng các hạt riêng lẻ xảy ra khi trong suốt quá trình lắng các hạt không thay đổi
kích thước, hình dạng và trọng lượng của chúng. Trong chất lỏng các hạt như vậy sẽ
chuyển động rơi thẳng đứng khi khối lượng riêng của nó lớn hơn khối lượng riêng của
chất lỏng bao xung quanh nó. Chuyển động của các hạt sẽ tăng tốc dần cho đến khi lực
ma sát của chất lỏng bằng với lực rơi. Sau đó vận tốc thẳng đứng của hạt so với chất
lỏng lơ lửng sẽ không đổi.
- Vận tốc lắng của hạt tuân theo phương trình Newton:

Hoặc trong trường hợp riêng, theo phương trình Stokes:

v: Vận tốc lắng (m/s)
, : Khối lượng riêng của hạt và nước (kg/m
3
)
g: Gia tốc trọng trường (9,81 m/s
2
)
d: Đường kính của hạt (m)
C
D
: Hệ số ma sát
: Độ nhớt tuyệt đối
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
4

Hình vẽ: Đồ thị xác định vận tốc lắng theo đường kính và khối lượng riêng của
hạt lắng ở 10

o
C

Vận tốc lắng của hạt hình cầu trong nước tĩnh ở các nhiệt độ khác nhau



Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
5
3. Lý thuyết lắng các hạt keo tụ
Lắng có keo tụ tạo bông xảy ra khi nước là một huyền phù chứa nhiều hạt với kích
thước khác nhau và có vận tốc lắng khác nhau. Khi hàm lượng hạt lớn, trong quá trình
lắng chúng sẽ va chạm vào nhau, hấp phụ và kết dính với nhau tạo thành hạt có kích
thước lớn hơn và có vận tốc lớn hơn. Kết quả là phần ở trên bể lắng, vận tốc lắng nhỏ
hơn, càng xuống dưới đáy vận tốc càng cao vì kích thước hạt tăng lên.

Hình vẽ: Mô tả quá trình lắng có bông cặn theo thời gian và chiều sâu của bể
Do các bông cặn lớn dần lên nên lực ma sát do nước chuyển động ngược chiều với
hạt cũng tăng lên, tỷ lệ nghịch với kích thước của bông cặn. Ngoài ra, khi bông cặn lớn
lên thì lực kéo trên một đơn vị diện tích tiết diện bông cặn cũng lớn lên và tỷ lệ thuận
với kích thước của bông cặn. Khi bông cặn lớn đến một kích thước nhất định, lực kéo
đủ lớn để phá vỡ bông cặn làm cho kích thước bông cặn không thể tăng được nữa. Từ
thời điểm đó vận tốc lắng sẽ không thay đổi và hiệu quả lắng không tăng, dù thời gian
lắng có thể kéo dài hơn.
Khi thiết kế bể lắng có lưu lượng Q (m
3
/s), thời gian lắng T
o
và vận tốc lắng s

o
thì
kích thước bể tính như sau:
V = Q*T
o
; A = Q/s
o
; H= s
o
*T
o

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
6
Trong đó:
V- Thể tích bể
A- Tiết diện bể
H- Chiều cao bể
4. Các loại bể lắng
Có rất nhiều loại bể lắng khác nhau: theo hình dạng chúng có thể có hình dạng chữ
nhật, hình vuông hoặc tròn; theo cách đưa nước vào chúng có thể là loại liên tục hoặc
gián đoạn; theo hướng dòng chảy, có thể có loại nằm ngang hoặc thẳng đứng.
4.1 Bể lắng ngang
 Điều kiện để hạt giữ lại trong bể lắng:
v
s
>= v
o

v
o
= H/L*Q/H*B = Q/L*B
v
h
: Chuyển động theo dòng chảy
v
s
: Lắng do trọng lực
v
o
: Vận tốc lắng tới hạn.
 Cấu tạo bể lắng ngang
Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật, có thể làm bằng gạch hoặc bê tông cốt thép.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
7
(1) Ống dẫn nước từ bể phản ứng sang
(2) Máng phân phối nước
(3) Vách phân phối đầu bể
(4) Vùng lắng
(5) Vùng chứa cặn
(6) Vách ngăn thu nước cuối bể
(7) Máng thu nước
(8) Ống dẫn nước sang bể lọc
(9) Ống xã cặn
 Căn cứ vào biện pháp thu nước lắng người ta chia bể lắng ngang làm hai loại:

- Bể lắng thu nước cuối bể: Thường kết hợp với bể phản ứng có vách ngăn hoặc
bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng.
- Bể lắng ngang thu nước bề mặt: Thường kết hợp với bể phản ứng có lớp cặn lở
lửng.
Bể lắng ngang thường chia làm nhiều ngăn, chiều rộng mỗi ngăn từ 3-6m. Chiều
dài không quy định. Khi bể có chiều dài quá lớn có thể cho nước chảy xoay chiều. Để
giảm bớt diện tích bề mặt xây dựng có thể xây dựng bể lắng nhiều tầng.
Để đảm bảo việc phân phối đều trên toàn bộ diện tích bể lắng, cần đặt vách ngăn
có đục lỗ ở đầu bể. Phía dưới ở trên mặt của vùng chứa nén cặn không cần phải khoan
lỗ.
Các lỗ của ngăn phân phối nước có thể tròn hoặc vuông, đường kính hay kích
thước cạnh 50*150mm, vận tốc nước qua lỗ 0,2-0,3 m/s.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
8
 Xả cặn:
Cặn ở bể lắng ngang thường tập trung ở nửa đầu bể, vì lượng cặn lớn nên việc xả
cặn là rất quan trọng. Nếu việc xả cặn không kịp thời sẽ làm giảm chiều lắng của bể.
Mặt khác cặn có chứa chất hữu cơ, khi lên men tạo nên bọt khí làm phá vỡ và vẫn đục
nước đã lắng.
- Xã cặn bằng cơ giới:


- Xã cặn bằng thủy lực:

Ưu điểm: Gọn, có thể làm hố thu cặn ở đầu bể và cũng có thể làm nhiều hố thu cặn
dọc theo chiều dài của bể. Hiệu quả xử lý cao.
Nhược điểm: Giá thành cao, có nhiều hố thu cặn tạo nên những vùng xoáy làm
giảm khả năng lắng của các hạt cặn, chiếm nhiều diện tích xây dựng.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
9
4.2 Bể lắng đứng
 Điều kiện để hạt giữ lại trong bể lắng
Trong bể lắng đứng nước chuyển động tự do theo phương chuyển động từ dưới lên
ngược chiều với hướng rơi của hạt.
Ở điều kiện dòng chảy lý tưởng, nếu gọi tốc độ dòng nước là v
u
thì các hạt có tốc
độ lắng v
s
>v
u
mới lắng xuống được.

 Cấu tạo bể lắng đứng
Bể lắng đứng thường có mặt hình vuông hoặc hình tròn, được sử dụng cho trạm có
công suất nhỏ. Bể lắng đứng thường kết hợp với bể phản ứng xoay hình trụ.
Bể lắng đứng có thể xây bằng gạch hoặc bê tông cốt thép.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
10
 Nguyên tắc làm việc
Nước chảy vào ống trung tâm giữa bể, đi xuống dưới vào bể lắng. Nước chuyển
động theo chiều từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống đáy bể. Nước đã lắng trong được
thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành bể và đưa sang bể lọc.

Cặn tích lũy ở vùng chứa cặn được thải ra ngoài theo chu kỳ bằng ống và van xả
cặn.

Ưu điểm: Thiết kế nhỏ gọn, diện tích đất xây dựng không nhiều, thuận tiện trong
việc xả bùn hoặc tuần hoàn bùn.
Nhược điểm: Hiệu quả xử lý không cao bằng bể lắng ngang, chi phí xây dựng tốn
kém, hiệu suất xử lý không cao.
4.3 Bể lắng lamellar
 Cấu tạo bể lắng lamellar
Có cấu tạo giống bể lắng ngang thông thường, nhưng khác với bể lắng ngang là
trong vùng lắng của bể lắng lamellar được đặt thêm các bản vách ngăn bằng thép không
rỉ hoặc bằng nhựa. Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 45-60
o
so với mặt phẳng
nằm ngang và song song với nhau.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
11


 Tác dụng và cơ chế của quá trình lắng
Nước từ bể phản ứng vào bể lắng sẽ chuyển động giữa các bản vách ngăn nghiêng
theo hướng từ dưới lên và cặn lắng xuống đến bề mặt bản vách ngăn nghiêng sẽ trượt
xuống theo chiều ngược lại và tập hợp về hố thu cặn, từ đó theo chu kỳ xả đi.


Ưu điểm: Do cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng nên bể lắng loại này hiệu
quả xử lý cao hơn bể lắng ngang.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

For evaluation only.