CƠNG TY MƠI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GIÁO TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI Nước thải nói chung có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải xử lý phương pháp thích hợp khác Một cách tổng quát, phương pháp xử lý nước thải chia thành loại sau: - Phương pháp xử lý lý học; - Phương pháp xử lý hóa học hóa lý; - Phương pháp xử lý sinh học PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ LÝ HỌC Trong phương pháp này, lực vật lý, trọng trường, ly tâm, áp dụng để tách chất không hòa tan khỏi nước thải Phương pháp xử lý lý học thường đơn giản, rẻ tiền có hiệu xử lý chất lơ lửng cao Các công trình xử lý học áp dụng rộng rãi xử lý nước thải (1) song/lưới chắn rác, (2) thiết bị nghiền rác, (3) bể điều hòa, (4) khuấy trộn, (5) lắng, (6) lắng cao tốc, (7) tuyển nổi, (8) lọc, (9) hòa tan khí, (10) bay tách khí Việc ứng dụng công trình xử lý lý học tóm tắt Bảng 3.1 Bảng 1.1 Áp dụng công trình học xử lý nước thải (Metcalf & Eddy, 1991) Công trình Lưới chắn rác Áp dụng Tách chất rắn thô lắng Nghiền rác Nghiền chất rắn thô đến kích thước nhỏ đồng Bể điều hòa Điều hòa lưu lượng tải trọng BOD SS Khuấy trộn Khuấy trộn hóa chất chất khí với nước thải, giữ cặn trạng thái lơ lửng Tạo Giúp cho việc tập hợp hạt cặn nhỏ thành hạt cặn lớn để tách lắng trọng lực Lắng Tách cặn lắng nén bùn Tuyển Tách hạt cặn lơ lửng nhỏ hạt cặn có tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng nước, sử dụng để nén bùn sinh học Lọc Tách hạt cặn lơ lửng lại sau xử lý sinh học hóa học Màng lọc Tương tự trình lọc Tách tảo từ nước thải sau hồ ổn định Vận chuyển khí Bổ sung tách khí Bay bay khí Bay hợp chất hữu bay từ nước thải TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 1-1 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC Phương pháp hóa học sử dụng phản ứng hóa học để xử lý nước thải Các công trình xử lý hóa học thường kết hợp với công trình xử lý lý học Mặc dù có hiệu cao, phương pháp xử lý hóa học thường đắt tiền đặc biệt thường tạo thành sản phẩm phụ độc hại Việc ứng dụng trình xử lý hóa học tóm tắt Bảng 3.2 Bảng 3.2 Áp dụng trình hóa học xử lý nước thải (Metcalf & Eddy, 1991) Quá trình Áp dụng Kết tủa Tách phospho nâng cao hiệu việc tách cặn lơ lửng bể lắng bậc Hấp phụ Tách chất hữu không xử lý phương pháp hóa học thông thường phương pháp sinh học Nó sử dụng để tách kim loại nặng, khử chlorine nước thải trước xả vào nguồn Khử trùng Phá hủy chọn lọc vi sinh vật gây bệnh Khử trùng chlorine Phá hủy chọn lọc vi sinh vật gây bệnh Chlorine loại hóa chất sử dụng rộng rãi Khử chlorine Tách lượng clo dư lại sau trình clo hóa Khử trùng ClO2 Phá hủy chọn lọc vi sinh vật gây bệnh Khử trùng BrCl2 Phá hủy chọn lọc vi sinh vật gây bệnh Khử trùng Ozone Phá hủy chọn lọc vi sinh vật gây bệnh Khử trùng tia UV Phá hủy chọn lọc vi sinh vật gây bệnh PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Với việc phân tích kiểm soát môi trường thích hợp, hầu hết loại nước thải xử lý phương pháp sinh học Mục đích xử lý nước thải phương pháp sinh học keo tụ tách loại keo không lắng ổn định (phân hủy) chất hữu nhờ hoạt động vi sinh vật hiếu khí kỵ khí Sản phẩm cuối trình phân hủy sinh học thường chất khí (CO2, N2, CH4, H2S), chất vô (NH4+, PO43-) tế bào Các trình sinh học sử dụng xử lý nước thải gồm năm nhóm chính: trình hiếu khí, trình thiếu khí, trình kị khí, thiếu khí kị khí kết hợp, trình hồ sinh vật Mỗi trình riêng biệt phân chia thành chi tiết hơn, phụ thuộc vào việc xử lý thực hệ thống tăng trưởng lơ lửng (suspended-growth system), hệ thống tăng trưởng dính bám TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 1-2 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com (attached-growth system), hệ thống kết hợp Phương pháp sinh học có ưu điểm rẻ tiền có khả tận dụng sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) tái sinh lượng (khí methane) 1.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ LÝ HỌC Trong nước thải thường chứa chất không tan dạng lơ lửng Để tách chất khỏi nước thải thường sử dụng phương pháp học lọc qua song chắn rác lưới chắn rác, lắng tác dụng trọng lực lực ly tâm, lọc Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải mức độ cần làm mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp 1.2.1 SONG CHẮN RÁC Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác Tại đây, thành phần có kích thước lớn (rác) giẻ, rác, vỏ đồ hộp, cây, bao nilon,… giữ lại Nhờ tránh làm tắc bơm, đường ống kênh dẫn Đây bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn điều kiện làm việc thuận lợi cho hệ thống xử lý nước thải Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác phân thành loại thô, trung bình mịn Song chắn rác thô có khoảng cách từ 60 – 100 mm song chắn rác mịn có khoảng cách từ 10 đến 25 mm Theo hình dạng phân thành song chắn rác lưới chắn rác Song chắn rác đặt cố định di động Các loại song chắn rác trình bày tóm tắt sau: CÁC LOẠI SONG CHẮN RÁC Song Chắn Rác Thô - Loại cố định - Nhóm song chắn rác Song Chắn Rác Mịn Lưới Chắn Rác - Loại cố định - Loại di động - Nhóm song chắn rác - Dạng đóa - Dạng trống Song chắn rác làm kim loại, đặt cửa vào kênh dẫn, nghiêng góc 45-600 làm thủ công nghiêng góc 75-850 làm máy Tiết diện song chắn tròn, vuông hỗn hợp Song chắn tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhanh bị tắc vật giữ lại Do thông dụng có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 1-3 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy Vận tốc nước chảy qua song chắn giới hạn khoảng từ 0,6 – m/s Vận tốc cực đại dao động khoảng 0,75 m/s – m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe song Vận tốc cực tiểu 0,4 m/s nhằm tránh phân hủy chất thải rắn Hình 1.1 Song chắn rác làm thủ công 1.2.2 LẮNG CÁT Bể lắng cát thiết kế để tách tạp chất vô không tan có kích thước từ 0,2 mm đến mm khỏi nước thải nhằm bảo đảm an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn tránh ảnh hưởng đến công trình sinh học phía sau Bể lắng cát phân thành loại: (1) bể lắng ngang (2) bể lắng đứng Ngoài ra, để tăng hiệu lắng cát, bể lắng cát thổi khí sử dụng rộng rãi Vận tốc dòng chảy bể lắng ngang không vượt 0,3 m/s Vận tốc cho phép hạt cát, hạt sỏi hạt vô khác lắng xuống đáy, hầu hết hạt hữu khác không lắng xử lý công trình 1.2.3 LẮNG Bể lắng có nhiệm vụ lắng hạt cặn lơ lửng có sẵn nước thải (bể lắng đợt 1) cặn tạo từ trình keo tụ tạo hay trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2) Theo chiều dòng chảy, bể lắng phân thành: bể lắng ngang bể lắng đứng Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn 0,01 m/s thời gian lưu nước từ 1,5-2,5 Các bể lắng ngang thường sử dụng lưu lượng nước thải lớn 15000 m3/ngày Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ lên đến vách tràn với vận tốc 0,5-0,6 m/s thời gian lưu nước bể dao động khoảng 45 phút – 120 phút Hiệu suất lắng bể lắng đứng thường thấp bể lắng ngang từ 10 đến 20% TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang 1-4 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Mương thu Sàn công tác Máng cưa Bộ truyền độngVành chặn bọt Cánh gạt bọt Ống thu nước sau lắng Ống trung tâm phân phối nước Cánh gạt bùn Ống dẫn nước vào Ngăn thu bọt Ống thu bùn Hình 1.2 Đáy tường bể beton Cấu tạo bể lắng đứng 1.2.4 TUYỂN NỔI Phương pháp tuyển thường sử dụng để tách tạp chất (ở dạng hạt rắn lỏng) phân tán không tan, tự lắng khỏi pha lỏng Trong số trường hợp, trình dùng để tách chất hòa tan chất hoạt động bề mặt Trong xử lý nước thải, trình tuyển thường sử dụng để khử chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học Ưu điểm phương pháp khử hoàn toàn hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm thời gian ngắn Quá trình tuyển thực cách sục bọt khí nhỏ vào pha lỏng Các bọt khí kết dính với hạt cặn Khi khối lượng riêng tập hợp bọt khí cặn nhỏ khối lượng riêng nước, cặn theo bọt khí lên bề mặt Hiệu suất trình tuyển phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí, hàm lượng chất rắn Kích thước tối ưu bọt khí nằm khoảng 15 đến 30 μm (bình thường từ 50-120 μm) Khi hàm lượng hạt rắn cao, xác suất va chạm kết dính hạt tăng lên, lượng khí tiêu tốn giảm Trong trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí có ý nghóa quan Để đạt mục đích người ta bổ sung thêm vào nước chất tạo bọt có tác dụng làm giảm lượng bề mặt phân pha cresol, natri alkylsilicat, phenol, … Điều kiện tốt để tách hạt trình tuyển tỷ số lượng pháp pha rắn đạt 0,01 – 0,1 Tỷ số xác định sau: A S = Kg/ngày không khí cung cấp Kg/ngày lượng chất rắn nước thải TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang 1-5 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Tỷ lệ thay đổi tùy theo loại chất lơ lửng có nước thải thường xác định thực nghieäm A 1,3 sa(fP – 1) = S Sa Trong sa Độ hòa tan không khí (mL/L) f Phần khí hòa tan áp suất P, thường f = 0,5 P Áp suất (atm) Sa Nồng độ chất rắn (mg/L) 1,3 Khối lượng riêng không khí (1,3 mg/mL) Trong trường hợp có tuần hoàn dòng bão hòa khí: A S Trong R Q = 1,3 sa(fP – 1)R SaQ Lưu lượng dòng tuần hoàn (m3/ngày) Lưu lượng nước thải (m3/ngày) Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, trình tuyển thực theo phương thức sau: - Tuyển khí phân tán (Dispersed Air Floation) Trong trường hợp này, thổi trực tiếp khí nén vào bể tuyển để tạo thành bọt khí có kích thước từ 0,1 – mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí – nước chứa cặn Cặn tiếp xúc với bọt khí, dính kết lên bề mặt - Tuyển chân không (Vacuum Flotation) Trong trường hợp này, bão hòa không khí áp suất khí quyển, sau đó, thoát khí khỏi nước áp suất chân không Hệ thống thường sử dụng thực tế khó vận hành chi phí cao - Tuyển khí hòa tan (Dissolved Air Flotation) Sục không khí vào nước áp suất cao (2-4 atm), sau giảm áp giải phóng khí Không khí thoát tạo thành bọt khí có kích thước 20-100 μm (Hình 3.4) TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 1-6 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Máng thu bọt Nước thải Thiết bị vớt bọt Motor truyền động Nước sau xử lý Bồn khuếch tán Khí nén Bơm tuần hoàn Van điều áp Máng thu cặn Hình 1.3 Thiết bị gạt cặn Sơ đồ hệ thống tuyển dạng ADF 1.2.5 LỌC Lọc ứng dụng để tách tạp chất có kích thước nhỏ loại phương pháp lắng Quá trình lọc dùng xử lý nước thải, thường sử dụng trường hợp nước sau xử lý đòi hỏi có chất lượng cao Để lọc nước thải, người ta sử dụng nhiều loại bể lọc khác Thiết bị lọc phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính lọc gián đoạn lọc liên tục; theo dạng trình làm đặc lọc trong; theo áp suất trình lọc lọc chân không (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5 MPa) hay lọc áp suất thủy tónh cột chất lỏng; Trong hệ thống xử lý nước thải công suất lớn không cần sử dụng thiết bị lọc áp suất cao mà dùng bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt Vật liệu lọc sử dụng cát thạch anh, than cốc, sỏi nghiền, chí than nâu than gỗ Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải điều kiện địa phương Quá trình lọc xảy theo chế sau: - Sàng lọc để tách hạt rắn hoàn toàn nguyên lý học; - Lắng trọng lực; - Giữ hạt rắn theo quán tính; - Hấp phụ hóa học; - Hấp phụ vật lý; - Quá trình dính bám; - Quá trình lắng tạo TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang 1-7 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Thiết bị lọc với lớp hạt phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở thiết bị lọc kín Chiều cao lớp vật liệu lọc thiết bị lọc hở dao động khoảng 1-2 m thiết bị lọc kín từ 0,5 – m Hình 1.4 Thiết bị siêu lọc sử dụng màng membrane 1.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ 1.3.1 TRUNG HÒA Nước thải chứa acid vô kiềm cần trung hòa đưa pH khoảng 6,5 đến 8,5 trước thải vào nguồn nhận sử dụng cho công nghệ xử lý Trung hòa nước thải thực nhiều cách nhau: - Trộn lẫn nước thải acid với nước thải kiềm; - Bổ sung tác nhân hóa học; - Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa; - Hấp thụ khí acid nước kiềm hấp thụ ammoniac nước acid TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang 1-8 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Để trung hòa nước thải chứa acid sử dụng tác nhân hóa học NaOH, KOH, Na2CO3, nước ammoniac NH4OH, CaCO3, MgCO3, đôlômít (CaCO3.MgCO3) xi măng Song tác nhân rẻ vôi sữa 5-10% Ca(OH)2, tiếp sôđa NaOH dạng phế thải Trong trường hợp trung hòa nước thải acid cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa, vật liệu lọc sử dụng manhêtit (MgCO3), đôlômít, đá vôi, đá phấn, đá hoa chất thải rắn xỉ xỉ tro Khi lọc nước thải chứa HCl HNO3 qua lớp đá vôi, thường chọn tốc độ lọc từ 0,5 – m/h Trong trường hợp lọc nước thải chứa tới 0,5% H2SO4 qua lớp đôlômít, tốc độ lọc lấy từ 0,6-0,9 m/h Khi nồng độ H2SO4 lên đến 2% tốc độ lọc lấy 0,35 m/h Để trung hòa nước thải kiềm có thể dụng khí acid (chứa CO2, SO2, NO2, N2O3,…) Việc sử dụng khí acid cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu làm khí thải khỏi cấu tử độc hại Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích nồng độ nước thải, chế độ thải nước chi phí hóa chất sử dụng 1.3.2 OXY HÓA KHỬ Để làm nước thải, sử dụng tác nhân oxy hóa clo dạng khí hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi natri, permanganat kali, bicromat kali, peroxy hydro (H2O2), oxy cuûa không khí, ozone, pyroluzit (MnO2) Quá trình oxy hóa chuyển chất độc hại nước thải thành chất độc hại tách khỏi nước Quá trình tiêu tốn nhiều hóa chất nên thường sử dụng xử lý phương pháp khác 1.3.3 KEO TỤ - TẠO BÔNG Trong nguồn nước, phần hạt thường tồn dạng hạt keo mịn phân tán, kích thước hạt thường dao động khoảng 0,1 đến 10 μm Các hạt không không lắng, tương đối khó tách loại Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt thể tích chúng lớn nên tượng hóa học bề mặt trở nên quan trọng Theo nguyên tắc, hạt nhỏ nước có khuynh hướng keo tụ lực hút VanderWaals hạt Lực dẫn đến dính kết hạt khoảng cách chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy chuyển động Brown tác động xáo trộn Tuy nhiên, trường hợp phân tán keo, hạt trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tónh điện bề mặt hạt mang tích điện, điện tích âm điện tích dương nhờ hấp thụ có chọn lọc ion dung dịch ion hóa nhóm hoạt hóa Trạng thái lơ lửng hạt keo bền hóa nhờ lực đẩy tónh điện Do đó, để phá tính bền hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt chúng, trình gọi trình keo tụ Các hạt keo bị trung hòa điện tích liên kết với hạt keo khác tạo thành cặn có kích thước lớn hơn, nặng lắng xuống, trình gọi trình tạo Quá trình thủy phân chất keo tụ tạo thành cặn xảy theo giai đoạn sau: TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang 1-9 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI (TT) PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA LÝ 3.1 KEO TỤ - TẠO BÔNG 3.1.1 CƠ SỞ Kích thước hạt (mm) 10 1,0 0,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001 Loaïi haït Sỏi Cát Cát mịn Sét Vi khuẩn Hạt keo Hạt keo Thời gian lắng (1 m) 1s 10 s phút 2h ngày năm 20 năm Keo tụ tạo Tăng khả tách loại chất rắn lơ lửng BOD; Ứng dụng XL số loại nước thải công nghiệp 3.1.2 Khuấy Trộn Thiết bị khuấy trộn cần: Tạo xáo trộn đều; Phân tán nhanh hóa chất bể Các dạng thiết bị trộn Dạng tónh Không có phần di động dễ vận hành bảo dưỡng Màng chắn/vách ngăn đặt bể thay đổi hướng dòng chảy, gây xáo trộn d2 bể TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-42 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com H2 NT Chất keo tụ Chất keo tụ Nước thải Vách ngăn Dẫn vào bể lắng Cửa tràn Nước thải Chất keo tụ KHUẤY BẰNG VÁCH NGĂN TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-43 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Khuấy khí nén Khí nén thổi từ khếch tán nhúng chìm Gây xáo trộn d2 bể Khuấy học Dùng cánh khuấy cánh quạt, chong chóng, turbine,… Thời gian tiếp xúc từ 30 – 60 giây đến phút; Năng lượng cần thiết: G = 100 đến 1000 s-1 CD × ρ ×v3 P= Năng lượng cần thiết để chuyển động cánh khuấy Comment [G1]: P : lượng, N/s; A : diện tích cánh khuấy, m2; ρ : khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3; v : vận tốc cánh khuấy chất lỏng, m/s; CD: hệ số ma sát Gradient vận tốc sinh đưa lượng từ bên vào thể tích nước V: P μ ×V G = G P μ V : gradient vận tốc, s-1; : lượng cung cấp (N/s) : Độ nhớt động học nước (NS/m2) : Thể tích bể tạo (m3) Thời gian thông số quan trọng G.t t: thời gian lưu nước; G.t = 1x 104 - x 105 Vận tốc nước vào bể = 0,6 m/s; Vận tốc nước qua cửa thông = 1m/s TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-44 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT G HRT thiết bị keo tụ- tạo thường dùng XLNT Khoảng giá trị Quá trình Khuấy trộn (Keo tụ) Khuấy trộn nhanh thường dùng xử lý nước thải Khuấy trộn nhanh trình lọc tiếp xúc Tạo Quá trình tạo thường dùng xử lý nước thải Tạo trình lọc trực tiếp Tạo trình lọc tiếp xúc HRT G (s-1) – 20 s 10.000) : P = k.μ.n3.D5 NR : Số Reynolds; P : Năng lượng cần thiết (W); k : Hằng số; μ : Độ nhớt động học (N.S/m2); ρ : Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3); D : Đường kính cánh khuấy (m); n : Vận tốc (vòng/s) Số Reynold N R = D2×n× ρ μ D : Đường kính cánh khuấy; n : Vận tốc (vòng/s); ρ : Tỷ trọng (kg/m3); μ : Độ nhớt động học (NS/m2) Máy Khuấy Dạng Mái Chèo (Paddle Mixer) Vận tốc đỉnh cánh khuấy: 0,6 - 0,9 m/s; Vận tốc đủ để xáo trộn không làm vỡ cặn FD = C D × A × ρ × v 2p P = FD × vP = TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu CD × ρ × v3p 2-46 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com FD : Lực cản (N); CD : Hệ số lực cản cánh khuấy; A : Diện tích cánh khuấy (m2); vp : Vận tốc tương đối cánh khuấy chất lỏng (m/s), thường 0,7 - 0,8 vận tốc đầu cánh; P : Năng lượng cần thiết (W) Máy Khuấy Dạng Tónh (Static Mixer) P = γ Q h P : Naêng lượng tiêu tốn (kW); γ : Khối lượng riêng nước (kN/m3); Q: Lưu lượng (m3/s); h : Tổn thất áp lực chất lỏng chuyển động qua thiết bị (m) Máy Khuấy Bằng Khí Nén (Pneumatic Mixing) P = pa ×Va ×ln Pc Pa P : Năng lượng tiêu tốn (kW); pa: áp suất khí quyển; Va: thể tích không khí áp suất khí (m3/s); pc: p suất khí điểm xả (KN/m2) Bảng 3.1 Giá trị k Cánh khuấy Cánh chân vịt, cánh, bước vuông Cánh chân vịt, cánh Turbin, cánh phẳng Turbin, cánh cong Turbin quạt, cánh Turbin, cánh dạng mũi tên Mái chèo phẳng, cánh Shrouded Turbin, cánh cong Shrouded Turbin với phân cố định TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu Chảy taàng 41,0 43,5 71,0 70,0 70,0 71,0 36,5 97,5 172,5 Chảy rối 0,32 1,00 6,30 4,80 1,65 4,00 1,70 1,08 1,12 2-47 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com 3.2 HAÁP PHỤ (ADSORPTION) 3.2.1 Hệ thống thiết bị hấp phụ Có loại hệ thống thiết bị hấp phụ bao gồm: Khuấy trộn Lọc qua lớp chất hấp phụ Một bậc hay nhiều bậc • Chất hấp phụ cho vào bậc 1: Cđ C1 • Tách chất hấp phụ thiết bị lắng hay lọc • Nước thải chuyển tiếp sang bậc thứ • Cho chất hấp phụ vào: C1 C2 • Tiếp tục trình bậc cuối Lượng chất hấp phụ cho trình hấp phụ bậc m= • • • • V (C d − Cc ) a m: lượng chất hấp phụ tiêu tốn V: thể tích nước cần xử lý Cd, Cc: nồng độ đầu nồng độ cuối chất bị hấp phụ nước thải a: hệ số hấp phụ Nồng độ chất ô nhiễm nước thải sau bậc n n ⎛ V ⎞ Cn = ⎜ ⎟ C d ⎝ V + k m ⎠ k= at C d − C c = a Cd − C p • k: hệ số phân bố: • • at: giá trị hấp phụ riêng sau thời gian t Cp: nồng độ cân chất bị hấp phụ Lượng chất hấp phụ bị tiêu tốn bậc mn = V ⎛ Cd ⎞ − ⎟⎟ k ⎜⎜ ⎝ Cn ⎠ TS: Nguyeãn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-48 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Số bậc cần thiết n = log Cd – log Cn log(V + k m) − log V Nồng độ chất bị hấp phụ nước thải sau bậc n ⎛ k m ⎞ − 1⎟C d ⎜ V ⎠ C kn = ⎝ n ⎤ ⎡⎛ k m ⎞ ⎟ − 1⎥ ⎢⎜ ⎦⎥ ⎣⎢⎝ V ⎠ Liều lượng chấp hấp phụ đưa vào bậc cuối α m n +1 − β m − γ = Trong đó: ⎛k⎞ ⎝V ⎠ n −1 α =⎜ ⎟ β= k.C d V.C n γ = Cd Cn − Số bậc n = K – ⎡ ⎛ k m ⎞ ⎤ − 1⎟ + C n ⎥ − log C n log ⎢C d ⎜ ⎠ ⎣ ⎝ V ⎦ K= log(m − V )k Tốc độ lọc phụ thuộc vào nồng độ chất hoà tan, ~ – m3/m2.h Chất hấp phụ dạng hạt có kích thước 1.5 – mm TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-49 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT 3.2.2 Tái sinh chất hấp phụ Có phương pháp tái sinh chất hấp phụ • Giải hấp phụ nước bão hoà, nhiệt, khí trơ • Trích ly • Tái sinh nhiệt, 700 – 800oC điều kiện Oxi • Phương pháp sinh học chất bị hấp phụ bị oxy hoá sinh hoá t=0 t=1 t=2 t=3 t=4 Ce C0 C0 Ce = 95% C0 Giới hạn nồng độ cực đại cho phép NT sau xử lý Thể tích nước thải xử lý TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-50 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Phương trình đường đẳng nhiệt langmuir X a.b.c = M + a.c X a.b.c = M + a.c x m c : khối lượng chất bị hấp phụ (mg); : khối lượng chất hấp phụ (mg); : khối lượng chất bị hấp phụ lại dung dịch trạng thái cân (mg/L); a & b : số 1/m Độ dốc = 1/ab 1/b 1/c Phương trình đường ñaúng freundlich x = K.C1/n x = log m m = logK + n logC K & n: số Ví Dụ TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-51 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Kết thí nghiệm hấp phụ từ mô hình dạng mẻ trình bày Bảng VD1 Hãy vẽ đường đẳng nhiệt Freundlich xác định số n, K, A Biết thể tích dung dịch thí nghiệm beaker 500 mL nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu 100 mg/L Bảng VD1 Kết thí nghiệm Beaker 01 02 03 04 05 06 07 Khối lượng carbon (mg) 965 740 548 398 265 168 Nồng độ COD NT sau hấp phuï (mg/L) 3.5 5.2 8.0 12.0 20.5 33.0 100.0 Aùp dụng phương pháp bình phương cực tiểu a= n∑xy - ∑x∑y n∑x2 – (∑x)2 ∑x2∑y - ∑x ∑xy b= n∑x2 – (∑x)2 3.2 CÔNG NGHỆ THẨM THẤU NGƯC 3.2.1 Hiện Tượng Thẩm Thấu Trong hệ kín chứa màng bán thấm ngăn cách hai vùng khác nhau, vùng chứa dung môi chất tan với nồng độ khác Màng bán thấm có đặc tính cho dung môi thấm qua ngăn không cho chất tan qua màng Sau thời gian định, độ cao chất lỏng bên ngăn có nồng độ chất hòa tan cao tăng lên bên ngăn giảm Chất lỏng vận chuyển từ nơi có nồng độ chất hòa tan thấp đến nơi có nồng độ chất hòa tan cao để cân nồng độ hệ Hiện tượng gọi thẩm thấu Hiện tượng ngược với trình khuếch tán phân tử (là san nồng độ chất tan từ vùng có nồng độ cao đến vùng có nồng độ thấp) Nếu gọi ngăn có nồng độ chất hòa tan cao ngăn có nồng độ chất hòa tan thấp 2, hóa dung môi hai ngăn tách biệt màng bán thấm biểu diễn sau: μ1 = μ10 + RT lna1 + V.p1 μ2 = μ20 + RT lna2 + V.p2 TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-52 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Trong a1 a2 hoạt độ dung môi Do a2 > a1 nên μ2 > μ1 Sự chênh lệch hóa dẫn đến dòng chảy dung môi từ pha loãng tới pha đặc Tại cân μ1 = μ2, ta coù: μ10 + RT lna1 + V.p1 = μ20 + RT lna2 + V.p2 hay RT.(lna2 – lna1) = V.(p1 – p2) RT.(lna2 – lna1) = V.Δπ Đại lượng Δπ gọi áp suất thẩm thấu 3.2.2 Kỹ Thuật Thẩm Thấu Ngược Như trình bày trên, hai dung dịch có nồng độ chất hòa tan khác bị ngăn màng bán thấm nồng độ chất tan dung dịch đặc pha loãng dung môi vận chuyển qua màng từ phía dung dịch loãng Quá trình dừng lại nồng độ hai pha Hiện tượng thẩm thấu xảy tự động theo chiều thuận Nếu áp đặt áp suất phía dung dịch đặc trình vận chuyển dung môi bị kìm hãm lại, tăng dần áp suất áp suất thẩm thấu, trình vận chuyển dung môi dừng lại Tiếp tục tăng áp suất dẫn đến tượng vận chuyển dung môi từ phía dung dịch đặc sang phía dung dịch loãng, ngược chiều với hướng áp suất thẩm thấu Hiện tượng gọi tượng thẩm thấu ngược áp suất gây tượng thẩm thấu ngược gọi áp suất động lực Để tượng thẩm thấu ngược xảy ra, áp suất động lực phải lớn áp suất thẩm thấu, tốc độ vận chuyển dung môi qua màng tỷ lệ thuận với áp suất động lực Trong kỹ thuật lọc nước từ nước lợ hay nước mặn, áp suất thẩm thấu dung dịch tỷ lệ với nồng độ muối NaCl với giá trị tăng tương ứng khoảng 0,691.10-3 at tăng mg/L Kỹ thuật thẩm thấu ngược cho phép loại bỏ chất hữu tan acid hữu cơ, chất bảo vệ thực vật, áp dụng trình làm mềm nước Vật liệu chế tạo màng thẩm thấu ngược cellulose acetate, cellulose triacetate, polyamide, polyetheramide, polyetherurea Màng cellulose acetate có hàm lượng acetate cao khả giữ muối tốt, khả thấm nước TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-53 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT 3.3 TRAO ĐỔI ION 3.3.1 NGUYÊN LÝ TRAO ÑOÅI ION SO32 SO32 SO32 SO32 SO32 SO32 SO SO3 Lớp hấp phụ (lớp cố định):2 lớp - lớp ion bên trong; H+ H+ H+ H + H H+ + H+ H+ Lớp khuếch tán (lớp chuyển động) - lớp trái dấu Khi chất trao đổi ion gặp chất điện giải Tác dụng trao đổi; Tác dụng nén ép: * Nồng độ muối d2 lớp khuếch tán bị nén ép ion ngược dấu lớp khuếch tán thành lớp hấp phụ phạm vi hoạt động lớp khuếch tán trở nên nhỏ 3.3.2 TÍNH NĂNG CHẤT TRAO ĐỔI ION TÍNH NĂNG VẬT LÝ Màu sắc : thẫm; Hình thái : viên tròn; Cỡ hạt : 20 – 40 mesh Hạt lớn tốc độ trao đổi chậm; Hạt nhỏ tổn thất áp lực lớn; Hạt không TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu bít tắc khe, trở lực tăng, trôi hạt nhỏ rửa 2-54 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tỷ trọng Tỷ trọng khô thật = Khối lượng khô thực Thể tích thực hạt nhựa Tỷ trọng ẩm thật = = 1,6 g/ml Khối lượng nhựa ẩm Thể tích hạt nhựa ẩm (1,04 – 1,3 g/ml) Khối lượng nhựa ẩm Tỷ trọng ẩm biểu kiến = Thể tích đống nhựa ẩm (0,60 – 0,85 g/ml) Độ nở ☺ Độ liên kết nhỏ độ nở lớn; ☺ Chất trao đổi dễ điện ly độ nở lớn; ☺ Dung lượng trao đổi lớn độ nở lớn; ☺ Nồng độ chất điện giải lớn áp suất thẩm thấu độ nở ☺ Độ hydrat ion có khả trao đổi lớn lớp điện tích kép bị co lại bán kính hydrat lớn độ nở lớn: Cation acid mạnh: H+ > Na+ > NH4+ > K+ > Ag+ Anion bazờ maïnh: OH- > HCO3- ~ SO42- > Cl☺ R-Na R-H thể tích tăng 5% Qt trao đổi hoàn nguyên nở, ngót vỡ hạt Tính chịu mài mòn: đảm bảo tổn thất < – 7%/năm Tính hòa tan Tính chịu nhiệt: Cationit: chịu nhiệt độ > 1000C Anionit kiềm mạnh: ~ 600C Anionit kiềm yếu: ~ 800C Tính dẫn điện Khô: không dẫn điện m: dẫn điện tốt TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-55 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com TÍNH NĂNG HÓA HỌC Tính thuận nghịch Tính acid, bazờ Tính trung hòa, thủy phaân RSO3H + NaOH RSO3Na + H2O RCOONa + H2O RCOOH + NaOH Tính lựa chọn: Điện tích ion lớn dễ bị trao đổi Số thứ tự nguyên tử lớn bán kính hydrat nhỏ dễ TĐ Tính lựa chọn cationit: Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ ~ NH4+ > Na+ > Li+ (Thích hợp đ/v d2 nước có hàm lượng muối không cao) D2 đậm đặc ảnh hưởng ion: * Cation acid mạnh R-SO3-: Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ ~ NH4+ > Na+ > H+ > Li+ * Cation acid yeáu R-COO-: H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ ~ NH4+ > Na+ > Li+ Tính lựa chọn anionit: OH- > SO42- > NO3- > Cl- > HCO3Dung lượng trao đổi Tổng dung lượng trao đổi Dung lượng trao đổi cân Dung lượng trao đổi làm việc 3.3.3 NGUYÊN LÝ TRAO ĐỔI THÁP CỐ ĐỊNH Nước chứa Ca2+ trao đổi với RNa Lớp hiệu lực – lớp làm việc - lớp CTĐ chưa làm việc TS: Nguyễn Trung Việt TS: Trần Thị Mỹ Diệu 2-56 ... pháp xử lý nước thải chia thành loại sau: - Phương pháp xử lý lý học; - Phương pháp xử lý hóa học hóa lý; - Phương pháp xử lý sinh học PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ LÝ HỌC Trong phương pháp này, lực vật lý, ... PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC Phương pháp hóa học sử dụng phản ứng hóa học để xử lý nước thải Các công trình xử lý hóa học thường kết hợp với công trình xử lý lý học Mặc dù có hiệu cao, phương pháp xử lý. .. chất không hòa tan khỏi nước thải Phương pháp xử lý lý học thường đơn giản, rẻ tiền có hiệu xử lý chất lơ lửng cao Các công trình xử lý học áp dụng rộng rãi xử lý nước thải (1) song/lưới chắn