Đồ án tính toán và thiết kế trong khuấy trộn cơ khí

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT
[1] BOD: Nhu cầu oxy sinh hóa
[2] COD: Lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước
[2] ISO: International Organization for Standardization ( Tổ chức tiêu chuẩn quốc
tế)
[3] DO: Lượng oxy hịa tan trong nước cần thiết cho sự hơ hấp các sinh vật nước
[4] VSV: Vi Sinh Vật

1


DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH
Danh mục bảng biểu:
Bảng 1: Thơng số thiết kế cánh khuấy giải phóng sự phân tầng gần.
Bảng 2: Thông số thiết kế các loại cánh khuấy tốc độ cao.
Danh mục hình ảnh:
Hình 1: Sơ đồ ví dụ về hệ thống xử lý nước thải (ngành xi mạ).
Hình 2: Máy khấy trộn cơ khí.
Hình 3: Sơ đồ bể trộn dùng cánh khuấy cơ khí.
Hình 4: Cánh khuấy turbine và sơ đồ tạo ra dòng chảy trong thiết bị khuấy turbine.
Hình 5: Các dạng cánh khuấy turbine.
Hình 6: Sơ đồ tạo ra dịng chảy trong thiết bị khuấy chân vịt và các loại cánh khuấy
chân vịt.
Hình 7: Bể khuấy trộn dùng cánh khuấy chân vịt.
Hình 8: Bộ phận khuấy cánh
Hình 9: Cánh khuấy mỏ neo
2

Hình 10: Máy khuấy trộn chìm HOMA.
Hình 11: Máy khuấy trộn cơ khí kết hợp với cấp khí bề mặt.
Hình 12: Bể phản ứng tạo bơng cặn cơ khí.
Hình 13: Bể keo tụ nhiều ngăn dùng phương pháp khuấy trộn cơ khí.
Hình 14: bể keo tụ 3 ngăn.
Hình 15: a) Bể trộn cơ khí; b) Các loại cánh khuấy.
Hình 16: hình vẽ thiết kế bể trộn dùng máy trộn cơ khí.
Hình 17: bố trí máy khuấy trộn.

1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
1.1.1.Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu ở đây là về khuấy trơn cơ khí. Tìm hiểu về khuấy trơn
cơ khí, các loại máy khuấy trộn cũng như các cơng trình dùng khuấy trộn cơ
khí. Tìm hiêủ về cách tính tốn và thiết kế khuấy trộn cơ khí.
1.1.2.Phương pháp nghiên cứu

Thu thập, nghiên cứu tài liệu từ các bài giảng, giáo trình, sách, các trang
thơng tin điện tử với các lĩnh vực và nội dung liên quan đến thiết bị khuấy
trộn cơ khí cũng như các cơng trình liên quan.
Phân tích tổng hợp dữ liêu từ các kiến thức thu thập được.
Chọn lọc, thực hiện chuyên đề sát với yêu cầu của giảng viên.
1.2. Mục đích nghiên cứu

Hiểu sâu hơn về các quy trình cơng nghệ mơi trường nói chung và khuấy
trơn cơ khí nói riêng. Hiểu rõ hơn về khuấy trộn cơ khí, mục đích áp dụng
của khuấy trộn cơ khí và hiểu về cách thiết kế một cơng trình khuấy trộn cơ
khí.

3


2. GIỚI THIỆU
2.1. Tìm hiểu về quy trình xử lý nước thải
2.1.1.Định nghĩa nước thải và các phương pháp xử lý

Định nghĩa:
Hiến chương Châu Âu đã định nghĩa nước ô nhiễm như sau: “Ơ nhiễm nước
là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm
bẩn nước và gây nguy hiểm với con người, cho cơng nghiệp, nơng nghiệp,
ni cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật ni và các lồi hoang dã”.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam 5980-1995 và ISO 6107/1-1980. Nước thải là
nước đã được thải ra sau khi đã sử dụng hoặc được tạo ra trong một q trình
cơng nghệ và khơng có giá trị trực tiếp đối với q trình đó.
Các phương pháp xử lý thường được áp dụng:
+ Xử lý cơ học:
Phương pháp xử lý cơ học sử dụng nhằm mục đích tách các chất khơng hồ
tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải.
Phương pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ được đến 60% các tạp chất khơng
hồ tan trong nước thải sinh hoạt và giảm BOD (nhu cầu Ơxy sinh hố) đến
20%. Thơng thường, xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi cho
quá trình xử lý sinh học.
+ Phương pháp xử lý hoá - lý:
4


Thực chất của phương pháp xử lý hoá - lý là đưa vào nước thải chất phản
ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành
chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hồ tan nhưng khơng độc hại, khơng gây

ơ nhiễm mơi trường. Ví dụ phương pháp trung hồ nước thải chứa Axít,
Bazơ, phương pháp Ơxy hố...
Phương pháp hố lý có thể là giải pháp cuối cùng hoặc là giai đoạn xử lý sơ
bộ cho giai đoạn tiếp theo.
+ Phương pháp xử lý sinh học:
Phương pháp này thường dùng để loại các chất phân tán nhỏ, keo và hữu cơ
hồ tan (đơi khi cả vơ cơ) khỏi nước thải. Ngun lí của phương pháp là dựa
vào hoạt động sống của các vi sinh vật có khả năng phân huỷ, bẻ gẫy các đại
phân tử hữu cơ thành các chất đơn giản hơn, đồng thời chúng cũng sử dụng
các chất có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như Cacbon, Nitơ,
Phơtpho, Kali...

Q trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có thể đạt mức hoàn toàn
(xử lý sinh học hoàn toàn) với BOD giảm tới 90-95% và khơng hồn tồn
với BOD giảm tới 40-80%.
Phương pháp sinh học là phương pháp triệt để nhất, nó tạo ra những sản
phẩm thân thiện với thiên nhiên hoặc biến đổi những chất có hại trở thành
hữu ích. Ngày nay, phương pháp sinh học đã và đang được nghiên cứu, áp
dụng để xử lý ô nhiễm môi trường.

2.1.2.Hệ thống xử lý nước

Hệ thống xử lý nước thường bao gồm các cơng trình mà tại đó nước được
xử lý bằng các phương pháp cơ học, hóa học, sinh học để loại bỏ các chất
rắn, các chất hữu cơ và đơi khi cả chất dinh dưỡng có trong nước. Nước được
tiến hành làm sạch theo trình tự tăng mức độ xử lý từ xử lý sơ bộ, xử lý sơ
cấp (bậc một), thứ cấp (bậc hai), triệt để (bậc ba), và có thêm các cơng đoạn
xử lý đặc biệt khác.

5

Hình 1: Sơ đồ ví dụ về hệ thống xử lý nước thải (ngành xi mạ).
2.2. Quá trình khuấy trộn trong quy trình xử lý nước
2.2.1.Định nghĩa về khuấy trộn

Trộn thường được gọi khuấy nhanh, hoặc xáo trộn ban đầu. Các mục đích
của việc trộn nhanh chóng là để cung cấp một phân tán đồng đều của chất kết
tủa hóa học trên khắp nước chảy đến.
Máy trộn cung cấp nhanh chóng sự xáo trộn hồn tồn bằng pha trộn gần
như tức thời trong suốt toàn bộ bể. Kết quả là, một khối lượng nước đến ngay
lập tức đánh mất bản sắc của nó. Một máy trộn hoạt động theo cách này cũng
được gọi là một bể phản ứng bởi vì dung dịch bể ln pha trộn ngược với
dịng chảy đến.
Khuấy trộn là một hoạt động quan trọng trong nhiều giai đoạn khác nhau của
quá trình xử lý nước thải nhằm:
6


-

Trộn lẫn hoàn toàn chất này với chất khác
Khuấy trộn duy trì các chất rắn lơ lửng ở trạng thái lơ lửng
Khuấy trộn các giọt chất lỏng ở trạng thái lơ lửng
Tạo bơng cặn
Trao đổi nhiệt

Thường q trình khuấy trộn cịn tạo ra được hiệu quả phụ đó là việc
cung cấp thêm oxy hịa tan cho q trình phân hủy sinh học hiếu khí.
Trong xử lý nước thải, người ta thường sử dụng hai kiểu khuấy trộn:

- Khuấy trộn nhanh, liên tục: trong thời gian 30s trở xuống nhằm trộn
các hóa chất vào nước
- Khuấy liên tục: để giữ các hạt chất rắn, lỏng trong bể ở trạng thái lơ
lửng.
2.2.2.Vai trị của q trình khuấy trộn

Trong q trình xử lý nước, để cho các quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, ở
một số phương pháp xử lý, người ta thường cho thêm hóa chất, dung dich
vào nước thải để các quá trình diễn ra nhanh hơn. So với lượng nước xử lý,
lượng hóa chất sử dụng thường chỉ chiếm một tỉ lệ rất nhỏ, khoảng vài chục
phần triệu. Mặt khác phản ứng của chúng lại xảy ra rất nhanh ngay sau khi
tiếp xúc với nước. Vì vậy cần phải khuấy trộn để phân phối nhanh và đều
hóa chất ngay sau khi cho chúng vào nước, nhằm đạt được hiệu quả xử lý
cao nhất
2.2.3.Vị trí của q trình khuấy trộn

Trong quá trình xử lý, tùy theo từng phương pháp mà q trình khuấy trộn
được đặt ở nhưng vị trí khác nhau, ví dụ: với phương pháp hóa hoc, q trình
khuấy trộn diễn ra tại bể trung hòa để khấy trộn hóa chất nhằm trung hịa các
chất giúp đạt pH cần thiết, cịn đối với phương pháp Hóa - Lý, trong q
trình keo tụ tạo bơng, để q trình keo tụ diễn ra nhanh hơn, ngồi các chất
keo tụ. q trình khuấy cũng rất quan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến q trình
keo tụ.
2.2.4.Các loại thiết bị khấy trộn chính

Có ba loai thiết bị trộn chính đó là:
+ Trộn thủy lực: Nhờ thay đổi hướng chuyển động và vân tốc dòng nước.
+ Trộn cơ khí: Nhờ cánh khuấy trộn (thường hay được sử dụng).
+ Trộn khí nén: Đưa vào ống khuếch tán và nổi trên mặt nước.

7


2.3. Tìm hiểu về khuấy trộn cơ khí
2.3.1.Định nghĩa và khái quát về khuấy trộn cơ khí

Khuấy trộn cơ khí là sử dụng các loại cánh khuấy để trộn đều các loại chất
lỏng vào nhau với cường độ và công suất theo tùy chọn của người sủ dụng từ
đó làm tăng năng suất của quá trình khuấy giúp tiết kiệm thời gian trong q
trình trộn
Máy trộn cơ khí nói chung là loại thiết bịcánh quạt hoặc chèo. Hơn một bộ
cánh quạt hoặc cánhchèo có thể được cung cấp trên một trục. Stator (vách
ngăn gần cánh quạt của máy trộn hoặc trên vách của bể) có thể được
cung cấp để tối đa hóa chuyển giao năng lượng cho các chất lỏng và để giảm
thiểu vận tốc còn lại tại đầu ra). Máy trộn cơ khí thường được xây dựng với
một trục thẳng đứng điều khiển bởi một bộ giảm tốc độ và động cơ điện.
Loại cánh quạt máy trộn có thể được bố trí để chỉ đạo dịng nước chảy theo
nhiều hướng.
Máy trộn cơ khí thường khơng được cung cấp với các thiết bị biến tốc độ.
Nếu để điều chỉnh đầu vào năng lượng là cần thiết, họ có thể đạt được bằng
cách thay đổi cánh quạt hoặc lưỡi mái chèo hoặc bằng máy móc điều chỉnh
tốc độ trục.
Cánh khuấy có thể được cấu tạo theo nhiều dạng khác nhau phù hợp với
nhiều mục đích trộn khác nhau
Cánh quạt hoặc loại mái chèo trong bể dành riêng là phổ biến nhất được sử
dụng hệ thống kết hợp nhanh chóng trong các nhà máy xử lý nước.
Khuấy trộn cơ khí có cường độ khuấy cao gradient vận tốc thường 8001000/s, nên thời gian khuấy ngắn, từ 3 đến 30 giây
2.3.2.Đăc điểm hoạt động

Khấy trộn cơ khí dùng năng lượng của cánh khấy chuyển động trong nước

tại ra sự xáo trộn dòng chảy. Năng lượng của cánh khuấy phụ thuộc vào
đường kính bản cánh và tốc độ chuyển động của cánh.
Điều chỉnh tốc độ quay của cánh sẽ điều chỉnh được năng lượng tiêu hao và
cường độ khuấy
Khuấy trộn nhằm tăng khả năng phân tán lượng hóa chất được đưa vào
nguồn nước cần xử lý. Đặc điểm của phương pháp khuấy trộn kiểu cơ khí là:
Động cơ khuấy có cơng suất P = 0.2 – 11KW
Năng lượng cánh khuấy tạo ra dòng chảy rối. Cánh khuấy được cấu tạo theo
nhiều kiểu khác nhau tùy thuộc vào mục đích khuấy trộn.
Ưu điểm của phương pháp khuấy trộn kiểu cơ khí:
- Thời gian khuấy trộn ngắn.
- Có thể điều chỉnh được cường độ khuấy trộn theo ý muốn
- Thiết bị được lắp đặt gọn gàng, hoạt động hiệu quả, dễ vận hành
8


Hình 2: Máy khấy trộn cơ khí.

2.3.3.So sánh khuấy trộn cơ khí với các loại khấy trộn khác

Lựu chọn hình thức khuấy trộn nào cho quá trình xử lý cũng tùy theo
ưu, nhược điểm của từng hình thức cũng như điều kiện thực tế mà chọn.
2.3.3.1.
So sánh với khuấy trộn thủy lực
+ Ưu điểm so với khuấy trộn thủy lực:
- Có thể điều chỉnh tốc độ khuấy trộn theo ý muốn
- Thời gian khuấy trộn ngắn Dung tích bể nhỏ Tiết kiệm diện
tích xây dựngGiảm giá thành xây dựng.
+ Hạn chế so với khuấy trộn thủy lực:
Người vận hành phải có trình độ nhất định để vận hành máy

móc khuấy trộn.
- Được áp dụng với trạm xử lý có cơng suất vừa và lớn, mức độ
cơ giới hóa và tự động hóa cao.
2.3.3.2.
So sánh với khuấy trộn bằng khí nén
+ Ưu điểm so với khuấy trộn khí nén:
- Thời gian thi cơng nhanh, dễ bảo trì, khuấy trộn bằng khí nén
tuy chi phí đầu tư thấp hơn so với khuấy trộn cơ khí nhưng
ngược lại thi cơng lâu và khó bảo trì, bảo dưỡng.
-

+ Hạn chế so với khuấy trộn khí nén:
-

Khuấy trộn dùng khí nén ưu điểm hơn ở chỗ khơng cho VSV
yếm khí phát triển, thuận lợi cho việc xử lý sau này.
9


-

Khuấy trộn khí nén, trong q trình sục khí giúp giảm một phần
ơ nhiễm, đỡ gánh năng cho cơng trình sinh học phía sau. Tăng
hàm lượng oxy hịa tan (DO), tạo điều kiện tốt cho xử lý sinh
học.

3. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG
3.1. Nguyên lý hoạt động
10

Nguyên lý hoạt động của khuấy trộn cơ khí là dùng năng lượng cách khuấy
để tạo ra dịng chảy rối.

Hình 3: Sơ đồ bể trộn dùng cánh khuấy cơ khí
3.2. Các kiểu cánh khuấy trộn chính
3.2.1.Cánh khuấy turbine

Cánh khuấy turbine khi hoạt động thường tạo ra dòng chảy lưỡng tâm nghĩa
là chuyển đường từ cách khuấy vào tâm. Để đảm bảo cho chất lỏng chảy
hướng tâm cần tạo ra lực ly tâm lớn hơn lực chảy vòng của chất lỏng. Độ lớn
lực ly tâm phụ thuộc vào đường kính cánh khuấy và số vịng quay của nó.
Loại này thường dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt cao tới 80Ns/m2.

11


Hình 4: Cánh khuấy turbine và sơ đồ tạo ra dòng chảy trong thiết bị
khuấy turbine
Bộ phận khuấy turbine thường được cấu tạo bởi một hay nhiều tuabin
quay trên trục thẳng đứng. Mỗi turbine thường có 4 đến 16 cánh. Tùy
theo tính chất của hỗn hợp lỏng (chủ yếu là độ nhớt) và mục đích khuấy
trộn mà turbine ở dạng hở hay dạng kín và cách turbine có thể thẳng,
nghiêng hay cong.
- Loại turbine thẳng sẽ tạo dòng chảy tiếp tuyến và hướng tâm
trong đó chất lỏng được hút vào tâm và đẩy ra theo chu vi của
cánh, loại này vừa có tác dụng trộn vừa làm đồng nhất chất
lỏng.
- Loại turbine cánh nghiêng sẽ tạo nên dòng chảy hướng tâm và
hướng trục sẽ làm tăng khả năng khuấy trộn và hòa tan vật rắn

trong chất lỏng
- Loại turbine cánh cong sẽ tạo ra dòng chảy tiếp tuyến và hướng
tâm khi khuấy trộn, mặt lõm của cánh hướng về phía chiều
quay, nhờ đó đã giảm được hiện tượng trượt tương đối của chất
lỏng với cánh, đồng thời tạo điều kiện cho cánh quét chất lỏng
được tốt hơn. Loại turbine cánh cong kín dùng để qt chất lỏng
có độ nhớt cao

Hình 5: Các dạng cánh khuấy turbine
a) Turbine cánh thẳng
b) Turbine cánh nghiêng
c) Turbine cánh cong hở
d) Turbine cánh cong kín
Ưu điểm, nhược điểm của cánh khuấy turbine
+ Ưu diểm:
- Bộ phận khuấy turbine tạo ra lực ly tâm lớn nên làm tăng khả
năng va đập giữa nguyên liệu và máy khuấy nên các thành phần
của hỗn hợp dễ di chuyển vào nhau hơn.
- Trộn được chất lỏng có độ nhớt cao.
+ Nhược điểm: Địi hỏi động cơ có cơng suất lớn.
3.2.2.Cánh khuấy chân vịt
12


Tạo ra dòng chảy hướng trục bao gồm cả chuyển động đi vào và đi ra khỏi
canh khuấy đều song song với trục quay (Hình 6).
Bộ phận khuấy chân vịt dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt thấp (0,52,0 Ns/m2).
Tùy theo độ cao của tầng chất lỏng mà có thể có một hay nhiều tầng chân vịt,
mỗi chân vịt có thể có 2 hoặc 3 cánh, mỗi cánh quạt là một phần mặt xoắn
vát nghiêng với bề mặt nằm nghiên một góc α có trị số thay đổi từ 0- 900

theo hướng trục quay đến mép cánh.
Dạng cánh như thế đảm bảo tạo ra dòng chảy hướng trục rất lớn và rút ngắn
được thời gian khuấy trộn. Trường hợp nối hai tầng chân vịt ngi ta bố trí
sao cho sức hút và đẩy của hai chân vịt thực hiện theo một hướng tạo nên
khả năng khuấy trộn mãnh liệt hoặc hai chân vịt hút đẩy theo hai hướng
ngược nhau để khuấy trộn nhanh chất lỏng.

Hình 6: Sơ đồ tạo ra dòng chảy trong thiết bị khuấy chân vịt và các loại
cánh khuấy chân vịt.
Ưu điểm, nhược điểm của cánh khuấy chân vịt
+ Ưu điểm: Bộ phận khuấy chân vịt có thể tạo ra dịng chảy hướng trục
lớn nên có thể rút ngắn thời gian khuấy trộn
+ Nhược điểm: Địi hỏi cánh khuấy có độ bền cơ học cao

13


Hình 7: Bể khuấy trộn dùng cánh khuấy chân vịt

3.2.3.Bộ phận khuấy cánh

Về cấu tạo, bộ phận khuấy có các dạng: Tấm, khung, dạng răng lược, được
lắp trên truc thẳng đứng hoặc nằm ngang.
+ Ưu điểm: Thường tạo ra dòng chảy tiếp tuyến, tạo ra sự khuấy đều
cho hỗn hợp
+ Nhược điểm: Sự khuấy trộn chất lỏng chỉ phát sinh theo đường viền
của cánh khuấy do xốy, cịn theo chiều dọc trục và hướng tâm là không
đáng kể lực cản cánh khuấy lớn vì vậy thường năng suất thấp.
Phạm vi ứng dụng: Dùng để khuấy các hỗn hợp chất lỏng có độ nhớt
thấp và dung tích bể chứa khơng lớn lắm.

14


Hình 8: Bộ phận khuấy cánh
3.2.4.Cánh khuấy dạng mỏ neo
Về cấu tạo: Cánh khuấy dạng mổ neo là một dạng của bộ phận khuấy cánh
có hình dạng phù hợp với hình dạng của thùng chứa, thường là thùng chứa
hình cầu. cánh khuấy mỏ neo có nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào đặc
điểm và tính chất của chất lỏng trong thùng chứa nó. Thơng thường chất
lượng đúc cánh khuấy bằng gang. Để tránh ăn mịn kim loại trong mơi
trường hoạt tính, phần lớn chúng được phủ men sứ hay chất phủ bảo vệ khác.
Đôi khi người ta chế tạo cánh khuấy mỏ neo bằng gốm hay vật liệu phân tử
cao.
Ưu điểm: có thể khuấy nhiều dạng chất lỏng có tính chất và đặc điểm khác
nhau, có độ bền cơ học cao.
Nhược điểm: do thường dung thùng chứa hình cầu nên khó bố trí trong phân
xưởng. Địi hỏi những vật liệu có khả năng chịu được tác dụng cơ học và hóa
học vì vậy giá thành cao.
Phạm vi ứng dụng: dung để khấy trộn những chất lỏng có độ nhớt vượt quá
1Ns/m2.

15


Hình 9: Cánh khuấy mỏ neo
3.3. Các loại máy khuấy trộn cơ khí thơng dụng
3.3.1.Máy khuấy trộn cơ khí dạng chìm

Máy khuấy trộn chìm được ứng dụng nhiều như khuấy các hạt lắng, trộn chất

lỏng và phá vỡ sự phân tầng. Máy khuấy chìm được thiết kế gọn gàng, cùng
với các phương pháp lắp đặt đơn giản khiến việc lắp đặt các máy này vào các
bể mới và cả các bể đã có được thực hiện hết sức dễ dàng. Máy khuấy chìm
khơng bị hạn chế về vị trí và hướng lắp đặt.
Máy khuấy và máy tạo dòng đảm bảo các phân tử vẫn được phân bố đều
trong nước thải và bùn, ngăn chặn việc lắng đọng trầm tích và hỗ trợ các quy
trình xử lý.
Máy khuấy trộn chìm là lựa chọn tối ưu cho hệ thống khuấy trộn trong các
dự án cấp nước, xử lý nước thải dân dụng và công nghiệp. Hiệu suất vận
hành cao và hiệu quả cao máy khuấy chìm giúp cho doanh nghiệp giảm
đáng kể chi phí vận hành.
Các ứng dụng tiêu biểu cho các máy khuấy trộn chìm là:
-

Đồng nhất của bùn nặng hoặc chất lỏng có hạt rắn
Loại bỏ các tác nhân gây phân tầng đóng khối.
Khuấy trộn với hiệu suất cao dùng trong bể điều hịa, bể kỵ khí,
tạo sự khuấy trộn ở các góc chết trong bể sinh học. Đặc biệt là
quá trình khử Nitơ

16


Hình 10: Máy khuấy trộn chìm HOMA.
3.3.2.Máy khuấy trộn cơ khí kết hợp

Là loại máy khuấy kết hợp với một loại máy khác với mục đích làm tăng
hiệu quả cơng việc, tiết kiệm diện tích cũng như làm giảm chi phí đầu tư cho
cơng trình.
Ví dụ: Máy khuấy trộn cấp khí bể mặt kết hợp khuấy trộn:

Mục đích của loại máy khuấy trộn cấp khí bề mặt kết hợp với khuấy trộn
nhằm để tăng cường cấp khí cho Aerotank, hồ sinh học, bể cân bằng… Đây
là thiết bị trộn cơ khí kết hợp với cấp khí nén, hiệu quả làm giàu Ơxy cho
nước được nâng cao do thiết bị có khả năng làm tăng điều kiện tiếp xúc giữa
hai pha nước và khí.
+ Đặc điểm kĩ thuật:
-

Tốc độ truyền Oxy và khả năng khuấy trộn, tạo ra dòng chảy
cắt ngang mạnh.
Thao tác lắp đặt và vận hành đơn giản.
Chi phí đầu tư thấp.
17


-

Ứng dụng rộng rãi trong các bể Aerotank, hồ cân bằng, hồ xử lý
hiếu khí.

Hình 11: Máy khuấy trộn cơ khí kết hợp với cấp khí bề mặt.

18


4. CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN KHUẤY TRỘN CƠ KHÍ
4.1. Bể phản ứng tạo bơng cặn cơ khí
4.1.1.Ngun lý và cấu tạo

Nguyên lý: dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo

ra sự xáo trộn dòng chảy.

Hình 12: Bể phản ứng tạo bơng cặn cơ khí
Cấu tạo:Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục quay
và toàn bộ được đặt theo phương nằm ngang hay thẳng đứng.
Kích thước cánh khuấy chọn phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo bể phản
ứng.Bể phản ứng nên chia thành các ngăn với mặt cắt ngang dòng chảy có
dạng hình vng
Mục tiêu, nhiệm vụ của bể phản ứng là tạo điều kiện thuận lợi nhất để các
hạt keo phân tán trong nước sau quá trình pha trộn với phèn đã mất ổn định
có khả năng va chạm, kết dính với nhau để tạo thành các hạt cặn có kích
thước đủ lớn có thể lắng trong bể lắng hay giữ lại ở bể lọc
4.1.2.Ưu điểm và hạn chế

+ Ưu điểm:
Có khả năng điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn
Thời gian khuấy trộn ngắn nên dung tích bể trọn nhỏ, nên tiết kiệm về kinh
tế xây dựng.
+ Hạn chế:
Cần có máy móc, thiết bị cơ khí chính xác
19


Điều kiện quản lý vận hành phức tạp.
+ Áp dụng: cho các nhà máy nước cơng suất lớn, có mức độ cơ giới hóa cao
trong sản xuất.

4.2. Bể keo tụ nhiều ngăn dùng phương pháp khuấy trộn cơ khí
4.2.1.Nguyên lý

Tương tự như tạo bông, keo tụ cũng dùng năng lượng của cánh khuấy
chuyển động trong nước để tạo ra sự xáo trộn dịng chảy.

Hình 13: Bể keo tụ nhiều ngăn dùng phương pháp khuấy trộn cơ khí
Q trình keo tụ được hình thành do được
- Khuấy bằng cơ khí hoặc
- Khuấy động bằng thủy lực
Keo tụ phụ thuộc vào:
- Sự tương tác có dễ dàng và tốc độ mà theo đó các hạt nhỏ tổng hợp thành
các hạt lớn hơn.
-Số lượng va chạm của hạt .Hoặc nói cách khác nó phụ thuộc vào:
- Đặc điểm hạt
- G (nếu G là q cao, hạt lớn sẽ khơng được hình thành)
- GT (cho dấu hiệu về số lượng va chạm của hạt.)
Hạt nhỏ yêu cầu các giá trị G thấp (<5 / giây)
Hạt có cường độ cao địi hỏi giá trị cao G(≈10 / giây)
20


Theo chiều dài, mỗi ngăn lại được chia làm nhiều buồng bằng cách vách
ngăn hướng dòng theo phương thẳng đứng. Trong mỗi buồng đặt 1 guồng
cánh khuấy.
Các guồng cánh khuấy được cấu tạo sao cho có cường độ khuấy trộn giảm
dần từ buồng đầu tiên đến buồng cuối cùng, tương ứng với sự lớn dần của
bông cặn.
Khu vực keo tụ:
Được thiết kế để cung cấp kết bông giảm dần[G giảm giá trị (cao từ 50 đến
20 để hạ thấp 10 / sec)]
- Trục ngang và dọc được sử dụng để gắn kết bánh xe chèo
- Khu vực keo tụ được bao gồm tối thiểu 3ngăn để:

- Hạn chế sự tắt ngẽn dịng chảy
- Tạo điều kiện keo tụ giảm.

Hình 14: bể keo tụ 3 ngăn

Đối với dòng ngang, keo tụ giảm dần có thểbởi:
- Khi thay đổi kích thước mái chèo
- Khi thay đổi số lượng của mái chèo
- Khi thay đổi đường kính của bánh xe chèo
- Khi thay đổi tốc độ quay của trục khác nhau
Đối với trục luồng, keo tụ giảm dần có thểbởi:
- Khi thay đổi kích thước mái chèo
21


- Khi thay đổi số lượng của mái chèo.
4.3. Bể trung hịa dùng phương pháp khuấy trộn cơ khí

Khái niệm và nguyên lý của phương pháp trung hòa
Khái niệm: Phương pháp trung hịa thường được dùng trước cơng đoạn xử
lý sinh học ( vì ở độ pH trung tính thường là điều kiện tối ưu cho các quá
trình phân hủy chất ô nhiễm) Hay công đoạn cuối trước khi xả nước thải vào
nguồn tiếp nhận
Mục tiêu của trung hòa: Dùng tác nhân hóa học để khư tính acid (hoặc kiềm)
của nước thải, đưa nước thải về khoảng trung tính (pH 6,5- 8,5)
Nguyên lý:
Bản chất của phương pháp trung hòa là phản ứng hóa học giữa acid và kiềm
hoặc giữa muối và acid hoặc kiềm có trong nước thải. Chất được chọn để
thực hiện phản ứng với acid hoặc kiềm có trong nước thải gọi là tác nhân
trung hịa hóa học.

Q trình trung hịa có thể thực hiện theo phương thức gián đoạn hoặc liên
tục.
Các tác nhân trung hòa thường được dùng để xử lý nước thải:
+ Chất thải chứa axit: NAOH, KOH, Na2CO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, xi
măng, vôi thường (hay dùng vì rẻ tiền).
+ Chất thải chứa kiềm: H2SO4, HNO3, HCl, các muối acid.
+ Tách kim loại nặng: (Zn, Ni, Cu, Fe, Pb,...): CaO, CaOH, Na2CO3, NaOH.
Chọn tác nhân trung hịa và phương pháp trung hịa thích hợp phải dựa trên
một số yếu tố cơ bản sau:
-

Lượng nước thải cần xử lý
Loại nước thải( Nước thải chứa acid hay kiềm)
Chất lượng nước thải
Yêu cầu cần xử lý
Tác nhân trung hòa cần rẻ tiền, dễ kiếm
Thiết bị đơn giản, dễ dang vận hành và chế tạo
Tổng chi phí sao cho nhỏ nhất
Mục đích sử dụng nước sau khi trung hịa
Lựa chọn tác nhân trung hịa có nhiều loại:
o Loại khuấy trộn: Khuấy cơ khí hoặc sục khí
o Loại tháp: Tháp phun, tháp chảy màng...

Bể trung hịa dùng cánh khuấy cơ khí sẽ giúp cho thời gian khuấy trộn trở nên
nhanh hơn, các hóa chất dễ dàng phản ứng với nhau tạo nên hiệu quả cao trong
khuấy trộn, giúp cho quá trình trung hịa có hiệu quả hơn.
5. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ TRONGKHUẤY TRỘN CƠ KHÍ
5.1. Tính tốn trong trộn cơ khí
22

Năng lượng cần thiết để cho các cánh khuấy chuyển động trong nước được tính
theo cơng thức:
P=Kρn3D5
Trong đó:
-

P: Là năng lượng cần thiết (W)
ρ: Là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)
D: Là đường kính cánh khuấy (m)
n:Là số vịng quay trong một giây (vg/s)
K:Là hệ só sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy,
lấy theo số liệu của Rushton:

+ Cánh khuấy chân vịt 3 cánh: K= 0,32
+ Cánh khuấy chân vịt 2 cánh: K= 1,00
+ Tuabin 6 cánh phẳng đầu vuông: K=6,3
+ Tuabin 4 cánh nghiêng 450: K=1,08
+ Tuabin kiểu quạt 6 cánh: K=1,65
+ Tuabin 6 cánh đầu tròn cong: K=4,8
+ Cánh khuấy ngắn 2 đến 6 cánh dọc trục: K=1,7
Khuấy trộn trong bể hình vng hay trịn có tỉ lệ giữa cao và rộng
là 2:1.
Nước và phần hóa chất đi vào phần đáy bể, sau khi hòa trộn được
thu lại ở trên mặt bể và đưa sang bể phản ứng. Cánh khuấy có thể
là cánh tuabin hoặc cánh phẳng gắn trên trục quay. Tùy theo chiều
sâu của bể, có thể gắn nhiều tầng cánh trên một trục quay.
Tốc độ quay của trục được chọn theo kiểu cấu tạo và kích thước
của cánh khuấy. Thường lấy theo vận tốc giới hạn của điểm xa nhất
trên cánh khuấy so với trục quay không lớn hơn 4,5m/s. Như vậy,

kiểu cánh tuabin có tốc độ quay trên trục 500-1500 vịng/phút.
Cánh khuấy có thể làm bằng hợp kim, thép khơng gỉ hoặc gỗ, bộ
phận chuyển động thường được đặt trên mặt bể và trục quay đặt
theo hướng thẳng đứng.

23


Hình 15: a) Bể trộn cơ khí; b) Các loại cánh khuấy
1. Nước nguồn vào
2. Cấp dung dịch phèn
3. Nước ra sau trộn
5.2. Thiết kế bể khuấy trộn cơ khí nhiều bể kết hợp

Nhiều nhà máy xử lý thiết kế kết hợp hai hoặc nhiều bể kết hợp nhanh chóng
trong series. Trình tự, trong đó có hóa chất keo tụ được thêm vào là rất quan
trọng trong hầu hết các nước, và nhiều hơn một máy trộn nhanh chóng có thể
cung cấp thời gian phản ứng cần thiết cho mỗi hóa chất. Một nhà máy ở San
Diego, California, sử dụng ba máy trộn.
Một xem xét quan trọng là một thời gian giữ nước ngắn hạn và giá trị cao G có
thể là một bất lợi ở các vùng nước địi hỏi thời gian phản ứng nhiều hơn và sử
dụng nhiều hơn một chất hóa học để hình thành các bơng keo. Một câu trả lời
cho vấn đề này có thể là một máy trộn nội dòng sử dụng kết hợp với một bể cơ
khí (ví dụ, cài đặt một máy khuấy trộn nội tuyến như là một giai đoạn đầu tiên,
tiếp theo là bể kết hợp nhanh chóng để cung cấp thời gian giữ nước nhiều hơn).
Ví dụ: Tiêu chuẩn thiết kế khuấy trộn từ một nhà máy 170-MGD ở San
Diego, California:
Giai đoạn:
+ Giai đoạn đầu tiên: bơm khuếch tán
+ Giai đoạn thứ hai: khuấy cơ khí

+ Giai đoạn thứ ba: khuấy cơ khí
Thời gian lưu giữ:
+ Giai đoạn đầu tiên: 1 s
+ Giai đoạn thứ hai: 30 s
+ Giai đoạn thứ ba: 30 s
Số lưu vực: hai
Số liệu thiết kế:
+ Khối lượng (mỗi): 56.800 gal (214.900 L)
24


+ Độ sâu (mỗi): 15 ft (4,6 m)
+ Chiều rộng (mỗi): 22 ft (6,7 m)
+ Chiều dài (mỗi): 23 ft (7 m)
Trộn cường độ G:
+ Giai đoạn đầu tiên (nội dòng): 1.000 s -1
+ Giai đoạn thứ hai: (bể): 150-300 s -l
+ Giai đoạn thứ ba: (bể): 150-300 s -1
5.3. Thiết kế bể phản ứng tạo bơng cặn cơ khí
Khi thiết kế bể phản ứng cần căn cứ vào:
+ Chất lượng nước thơ
+ Các cơng trình xử lý đặt sau bể phản ứng
+ Điều kiện địa phương
Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục quay và được đặt
theo phương ngang hoặc thẳng đứng. Kích thước được chọn phụthuộc vào bể.
Bể phản ứng cơ khí nên chia thành với mặt cắt ngang dịngchảy dạng hình
vng, kích thước cơ bản là 3,6 x 3,6 m ; 3,9 x 3,9m hoặc 4,2 x 4,2 m.
Thời gian lưu nước là 10 đến 30 phút. Theo chiếu dài, mỗi ngăn được chia làm
nhiều buồng bằng các vách thẳng đứng. Mỗi buồng đặt một cánh khuấy được
thiết kế sao cho cường độ cánh khuấy giảm dần từ bể đầu tiên đến bể cuối cùng,

tươngứng với sự lớn dần của bông cặn. Thực tế, gradien tốc độ ở buồng đầu tiên
thường là 60 – 70 s-1 , ở buống cuối cùng là 30 – 20 s-1 . Đề đạt được vậy cần
phải chia thành nhiều buồng. Tuy nhiên nếu quá nhiều buồng sẻ tăng giá thành
và vận hành phức tạp. Vì thế số buồng thường là 3 đến 4 và sự chênh lệch
gradien tốc độ giữa 2 buồng thường la 15 – 20s-1.
Guồng cánh khuấy gồm có trục quay và các bản cánh khuấy đặt hai bên hoặc
bốn phía quanh trục. Đường kính cánh khuấy tính đến mép cánh khuấy ngồi
cùng nhỏ hơn chiều rộng hoặc chiều sâu của bể 0,3 đến 0,4m. Kích thước bản
cánh khuấy được tính tỉ lệ với tổng diện tích bản cánh với diện tích mặt cắt
ngang bể là 15 – 20 %.
Tốc độ quay của guồng khuấy là từ 5 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của cánh
khuấy tính theo cơng thức:
V1= 2πRn/60
Trong đó:
R bán kính chuyển động của cánh khuấy
n- số vòng quay trong 1 phút (vg/ph)
Khi cánh khuấy chuyển động trong nước, nước bị cuốn theo với tốc độ bằng ¼
tốc độ của cánh khuấy. Như vậy tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy
so với nước là:
25