Bài giảng Công nghệ môi trường

Chương I Các quá trình cơ học ứng dụng trong công nghệ môi trường 1. Quá trình lắng dưới tác dụng của trọng lực 1.1 Nguyên tắc lắng dưới tác dụng của trọng lực - Nguyên tắc lắng - Vận tốc quá trình lắng (phân biệt vận tốc rơi và vận tốc lắng) 1.2 Phân loại quá trình lắng - Lắng trong môi trường tĩnh - Lắng trong môi trường động 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng trong các loại môi trường khác nhau. - Ảnh hưởng của môi trường (trong các trường hợp hạt chuyển động có gia tốc, không có gia tốc, sức cản khí động) - Ảnh hưởng của hình dáng, độ nhám và khối lượng riêng của hạt. 1.4 Giới thiệu về thiết bị lắng trọng lực. - Buồng lắng bụi. - Câu hỏi, bài tập 2. Quá trình lắng dưới tác dụng của lực ly tâm 2.1 Nguyên tắc của quá trình ly tâm - Sử dụng lực ly tâm tác dụng lên các hạt bụi có kích thước khác nhau để tách bụi ra khỏi dòng khí. 2.2 Lực ly tâm và các yếu tố phân ly - Lực ly tâm, công thức tính lực ly tâm - Yếu tố phân ly (mối quan hệ giữa gia tốc ly tâm và gia tốc trọng trường) 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phân ly trong các loại môi trường khác nhau. - Đường kính hạt ly tâm - Khối lượng riêng hạt ly tâm - Môi trường ly tâm 2.4 Giới thiệu về thiết bị ly tâm. - Cyclone khí - Cyclone thuỷ lực 3. Các quá trình lọc trong môi trường 3.1 Nguyên tắc của quá trình lọc. - Nguyên tắc quá trình lọc (lọc bề mặt và lọc trong lớp vật liệu lọc) - Các đặc tính quan trọng quá trình lọc (hiệu quả lọc, sức cản khí động và chu kỳ hoạt động) 3.2 Phân loại quá trình lọc trong các môi trường khác nhau - Lọc do quá trình va đập quán tính - Lọc do quá trình tiếp xúc - Lọc do quá trình khuyếch tán 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình lọc 1<br /> <br /> - Ảnh hưởng của kích thước hạt. - Ảnh hưởng của vận tốc di chuyển qua vật liệu lọc. - Ảnh hưởng của vật liệu lọc (bản chất, kích thước, độ rỗng). 3.4 Giới thiệu một số loại thiết bị lọc Chương II Các quá trình hoá lý ứng dụng trong công nghệ môi trường 1. Quá trình đông keo tụ 1.1 Điện tích hạt ngăn cản quá trình đông tụ 1.2 Lớp điện tích kép (the double layer) 1.3 Độ dày của lớp điện tích kép 1.4 Thế Zeta 1.5 Cân bằng lực đối nghịch 2. Quá trình khuếch tán 2.1. Khái niệm của quá trình khuếch tán - Bản chất quá trình - Động lực học quá trình khuếch tán - Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán (Hệ số khuyếch tán, diện tích bề mặt khuyếch tán, biến thiên nồng độ, thời gian khuyếch tán). 2.2. Phân loại quá trình khuyếch tán - Khuyếch tán phân tử (Khái niệm, vận tốc khuếch tán, hệ số khuếch tán) - Khuếch tán đối lưu (khái niệm, phương trình tính toán) 2.3 Ứng dụng tính toán trong công nghệ môi trường. Tính toán quá trình chuyển khổi, lượng vật chất khuyếch tán giữa các pha. 3. Quá trình truyền chất. 3.1. Cơ sở của quá trình truyền chất. - Truyền chất - Các quá trình trong truyền chất 3.2. Phương trình cấp chất. - Thiết lập phương trình cấp chất, động lực - Ý nghĩa của phương trình cấp chất 3.3. Phương trình truyền chất. - Thiết lập phương trình truyền chất, động lực - Ý nghĩa của phương trình truyền chất 3.4 Ứng dụng của quá trình truyền chất. - Các dạng thiết bị hấp thụ. - Câu hỏi và bài tập 4. Quá trình hấp phụ 4.1 Khái niệm quá trình hấp phụ - Cơ sở khoa học 2<br /> <br /> - Cân bằng và cơ chế quá trình hấp phụ - Động học quá trình hấp phụ. 4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ - Nhiệt độ, cấu trúc mao quản, tính chất bề mặt, pH 4.3 Giới thiệu thiết bị hấp phụ và chất hấp phụ - Than hoạt tính, silicagen, chất dẻo xốp, Zeolit. 5. Quá trình hấp thụ 5.1. Cơ sở của quá trình hấp thụ và giải hấp thụ - Khái niệm quá trình hấp thụ. - Phân loại quá trình hấp thụ. - Cơ chế quá trình hấp thụ và giải hấp thụ. 5.2 Ứng dụng của quá trình hấp thụ trong công nghệ môi trường và giới thiệu thiết bị hấp thụ. - Tháp đệm, tháp đĩa, tháp rỗng, tháp sủi bọt. Chương III Các quá trình hoá học trong công nghệ môi trường Các quá trình hoá học là một trong những quá trình quan trọng trong công nghệ xử lý các chất thải rắn, lỏng và khí của ngành công nghệ môi trường. Đây là phương pháp được áp dụng chủ yếu để xử lý các chất ô nhiễm ở dạng vô cơ, chuyển chúng từ dạng tan, độc thành dạng bùn kết tủa, ít và không độc. 1. Quá trình kết tủa (chemical precipitation). 1. Cơ sở của kết tủa hóa học - Khái niệm - Các phản ứng kết tủa, hoà tan - Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoà tan và kết tủa (pH, lực ion, áp suất, nhiệt độ, nồng độ) - Ứng dụng 2. Quá trình ôxy hoá - khử. - Khái niệm. - Các phản ứng oxy hoá - khử. - Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hoá - khử (pH, lực ion, áp suất, nhiệt độ, nồng độ). - Ứng dụng. 3. Quá trình trao đổi ion 3.1 Khái niệm. 3.2 Cấu tạo và phân loại ionit. 3.3 Cân bằng pha trong trao đổi ion và dung lượng trao đổi. 3.4 Cơ chế động học của quá trình trao đổi ion.<br /> <br /> 3<br /> <br /> Chương IV Các quá trình vi sinh học trong công nghệ môi trường Các quá trình sinh học chủ yếu được áp dụng để xử lý các chất ô nhiễm dạng hữu cơ, chuyển chúng thành dạng khí và bùn dưới tác dụng của các vi sinh vật. 1. Quá trình chuyển hoá vật chất của vi sinh vật trong môi trường và các yếu tố ảnh hưởng 1.1 Nhiệt độ 1.2 Giá trị pH 1.3 Cơ chất trong môi trường 2. Các phương trình động học phản ứng sinh học 2.1 Phương trình Michaelis – Menten 2.2 Phương trình động học Monod 2.3 Hệ số đồng hoá (Y) 2.4 Thời gian lưu thuỷ lực và tuổi thọ của vi sinh vật. 3. Giới thiệu về thiết bị phản ứng sinh học 3.1 Thiết bị lên men liên tục (sinh trưởng lơ lửng) 3.2 Thiết bị phản ứng với vi sinh vật sinh trưởng bám dính (màng sinh học) 3.3 Thiết bị phản ứng dạng tầng sôi (UASB)<br /> <br /> 4<br /> <br /> Chương I Các quá trình cơ học ứng dụng trong công nghệ môi trường 1. Quá trình lắng dưới tác dụng của trọng lực 1.1 Nguyên tắc lắng dưới tác dụng của trọng lực - Nguyên tắc chung: Vật thể có khối lượng riêng đủ lớn dưới tác dụng của trọng lực xảy ra quá trình lắng. Vận tốc lắng (u) được xác định qua mối tương quan giữa vận tốc rơi (w) và trở lực của môi trường (S). Vận tốc quá trình lắng Vận tốc rơi của vật trong môi trường không khí được tính theo công thức:<br /> w  g. , m/s<br /> <br /> Với<br /> <br /> w: vận tốc rơi của vật, m/s<br /> <br /> g: gia tốc trọng trường, m/s2 t: thời gian rơi, s Đối với những hạt có kích thước nhỏ hơn 100µm thì trở lực của môi trường tăng dần cho đến khi vật thể có vận tốc rơi không đổi (tức là khi trọng lực của vật cân bằng với trở lực của môi trường). Lúc này, vật thể có vận tốc rơi đúng bằng vận tốc lắng. (Tại sao chỉ đối với những hạt có kích thước nhỏ hơn 100μm thì trở lực môi trường sẽ tăng dần cho đến khi vật có vận tốc rơi không đổi? Vì giá trị trọng lực của hạt trong môi trường không thay đổi theo thời gian trong khi trở lực tác dụng lên hạt lại tăng dần theo vận tốc lắng. Nếu hạt có d quá lớn thì thời gian rơi của hạt sẽ nhanh và giá trị trọng lực ban đầu sẽ lớn, giá trị trở lực sẽ không kịp cân bằng với giá trị trọng lực và do vậy sẽ không có quá trình lắng xảy ra) Lưu ý: có sự khác biệt giữa vận tốc rơi và vận tốc lắng. Vận tốc rơi thay đổi theo thời gian rơi vì có sự tác động của trở lực môi trường (trở lực môi trường tăng dần). Vận tốc lắng chỉ là trường hợp cụ thể của vận tốc rơi khi trọng lực cân bằng với trở lực môi trường. Vận tốc rơi luôn thay đổi giá trị theo thời gian, còn giá trị vận tốc lắng không đổi theo thời gian. Trọng lực của hạt hình cầu lơ lửng trong môi trường:<br /> <br /> Ks <br /> Với<br /> <br /> d 3<br /> 6<br /> <br /> ( p p  p) g , N<br /> <br /> d 3 : thể tích của hạt có dạng hình cầu, m3 6<br /> <br /> pp, p: khối lượng riêng của hạt và của môi trường, kg/m3 g: Gia tốc trọng trường, m/s2 Trở lực của môi trường được xác định theo định luật Newton:<br /> <br /> S <br /> Với<br /> <br /> d 2<br /> 4<br /> <br /> p<br /> <br /> u2 ,N 2<br /> <br /> d 2 : tiết diện của hạt theo chiều chuyển động, m2 4<br /> 5<br /> <br />