zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

» Môi trường

Chương 2: XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Chia sẻ: Đoàn Toàn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Báo xấu

172
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các quá trình cơ học (lắng, lọc, ly tâm) chỉ tách hiệu quả các hạt lơ lửng có đường kính hạt 10-3 mm (bùn, cát, tảo, protozoa,...) Đối với các hạt lơ lửng rất nhỏ và dạng keo đường kính 10-6 – 10-3 mm (sét, đại phân tử hữu cơ,…) thường rất khó lắng lọc (mất thời gian dài); để tách hiệu quả thường sử dụng biện pháp keo tụ - tạo bông trước khi lắng, lọc. Đối tượng xử lý chủ yếu của keo tụ là các hạt keo.Trong nước tự nhiên, các hạt keo có thể mang điện tích âm (đa sô) hoặc...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 2: XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.1. Đại cương Nguồn nước mặt, nước ngầm thường chứa các tạp chất không phù hợp mục đích sử dụng (sinh hoạt, sản xuất) ⇒ cần xử lý. Đối tượng xử lý thường gồm: Các chất rắn lơ lửng (SS) Các chất vô cơ hòa tan (Fe2+, Ca2+, Mg2+, NH4+, NO3-,…) Các chất hữu cơ hòa tan Màu Các vi sinh vật gây bệnh (vi khuẩn, protozoa,…) Các quá trình xử lý nước cấp có thể là cơ học, hóa-lý, hóa học hay sinh học. Kết hợp các quá trình xử lý theo trình tự nhất định → công nghệ xử lý. Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh Môi tr 1 ng 2-1
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Bảng 2.1. Tóm tắt các quá trình xử lý nước Quá trình Mục đích xư ly Chắn rác Loại các mẩu vụn thô (lá cây, cành cây, cá,..) Xư2 ly hóa học sơ bô' (Cl2, O3) Loại trư+ tảo, khư2 trùng sơ bô', oxy hóa sơ bô' Fe, Mn Lắng sơ bô' Loại sỏi, cát, bùn va+ các vật liệu hạt khác. Keo tụ/Tạo bông Chuyển các hạt keo thành các hạt có thê2 lắng. Lắng Loại các hạt lắng được Làm mềm Loại đô' cứng Lọc Loại các hạt không lắng được, có thê2 gồm cả các vi sinh vật. Khư2 trùng Tiêu diệt các sinh vật gây bệnh. Hấp phu' bằng than hoạt tính Loại các chất hữu cơ hòa tan: thuốc trư+ sâu, dung môi, THMs,.. Thông khi (Làm thoáng) Loại các VOC, H2S, các khi hòa tan; oxy hóa Fe (II) va+ Mn (II). Kiểm soát ăn mòn Ngăn ngừa sư' tạo cắn va+ ăn mòn Thẩm thấu ngược, điện thẩm tách Loại hầu hết các chất nhiễm bẩn vô cơ Trao đổi ion Loại một sô chất nhiễm bẩn vô cơ, gồm các chất tạo đô' cứng Lọc kết hợp oxy hóa Loại một sô chất nhiễm bẩn vô cơ (như Fe, Mn, radium) Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh Môi tr 2 ng 2-2
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Lựa chọn công nghệ xử lý phụ thuộc: Loại nguồn nước (mặt, ngầm) (xem bảng 2.2)
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Bảng 2.2. Một sô đặc điểm khác nhau giữa nguồn nước mặt va+ nước ngầm Đặc điểm Nước mặt Nước ngầm Nhiệt độ Thay đổi theo mùa Tương đối ổn định Chất rắn lơ lửng Cao, thay đổi theo mùa Thấp hoặc hầu như không có Khoáng hòa tan Thay đổi theo chất lượng đất, Ít thay đổi, cao hơn nước mặt ở lượng mưa cùng một vùng Fe, Mn Rất thấp, trừ ở đáy hồ Thường xuyên có O2 hòa tan Thường gần bão hòa Thường không tồn tại NH3/NH4+ Xuất hiện ở các nguồn nước Thường có nhiễm bẩn H2S Không Thường có SiO2 Thường có ở nồng độ TB Thường có ở nồng độ cao NO3- Thấp Thường ở nồng độ cao Các VSV Vi khuẩn, virus, tảo,… Các vi khuẩn Fe ⇒ X ly: ch y u làm trong, kh trùng ch y u lo i s t, kh trùng Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh Môi tr 4 ng 2-4
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.2. Keo tụ- Tạo bông (Coagulation – Flocculation) 2.2.1. Cơ sở lý thuyết Kích thước các hạt trong nước và khả năng tách chúng: 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 104 µm 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 mm Hòa tan Keo Lơ lửng Thô Keo tụ Lắng trọng lực, lọc, tuyển nổi… Hình 2.3. Kích thước hạt trong nước và khả năng tách Các quá trình cơ học (lắng, lọc, ly tâm) chỉ tách hiệu quả các hạt lơ lửng có đường kính hạt >10-3 mm (bùn, cát, tảo, protozoa,...) Đối với các hạt lơ lửng rất nhỏ và dạng keo đường kính 10-6 – 10-3 mm (sét, đại phân tử hữu cơ,…) thường rất khó lắng lọc (mất thời gian dài); để tách hiệu quả thường sử dụng biện pháp keo tụ - tạo bông trước khi lắng, lọc. Đối tượng xử lý chủ yếu của keo tụ là các hạt keo Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh Môi tr 5 ng 2-5
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Cấu tạo hạt keo: Trong nước tự nhiên, các hạt keo có thể mang điện tích âm (đa sô) hoặc dương Hạt keo mang điện âm hút các cation đến gần bề mặt để trung hòa điện tích, phân bố thành 2 lớp: • Lớp thứ nhất rất mỏng, mang điện tích dương và liên kết chặt chẽ với hạt keo gọi là l p Stern. • Lớp thứ hai dày hơn, là hỗn hợp các ion (hầu hết là cation), liên kết lỏng lẻo, gọi là l p khu ch tán. Tập hợp hai lớp trên gọi là l p kép. Thế điện động xuất hiện giữa 2 lớp gọi là th zeta. Ở trạng thái tĩnh, điện tích hạt được bù Hình 2.4. Cấu tạo hạt keo âm bởi điện tích lớp khuếch tán. Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh Môi tr 6 ng 2-6
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Giữa hai hạt keo luôn luôn tồn tại hai loại lực tương tác: Lực đẩy tĩnh điện Coulomb giữa hai lớp kép có điện tích cùng dấu, Lực hút van der Waals tác động trong một khoảng ngắn. Lực tổng hợp quyết định trạng thái ổn định hạt keo: Khi lực đẩy > lực hút (lực tổng hợp là đẩy): hệ keo bền vững; Khi lực đẩy ≤ lực hút (lực tổng hợp là hút hay bằng không): không còn "hàng rào năng lượng“, các hạt keo dính kết với nhau và xảy ra sự keo tụ. Như vậy, quá trình keo tụ diễn ra khi trạng thái ổn định của hạt keo bị phá vỡ. Các hạt keo đã mất ổn định hay tập hợp khởi đầu của chúng sẽ được tăng cường khả năng tập hợp tạo bông cặn kích thước lớn khi có mặt các cầu nối – quá trình tạo bông. Keo tụ (coagulation) là sự phá vỡ trạng thái ổn định của các hạt keo để tạo ra sự tập hợp khởi đầu các hạt keo . Tạo bông (flocculation) là sự tổ hợp các hạt keo đã bị keo tụ. Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh Môi tr 7 ng 2-7
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Hình 2.5. Sơ đồ minh họa keo tụ và tạo bông Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh Môi tr 8 ng 2-8
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Chất keo tu' thường dùng: Al2(SO4)3.18H2O (phèn nhôm); Fe2(SO4)3.8H2O; FeCl3; Aln(OH)mClx(SO4)y (Polyaluminum chloride hay PAC). Cơ chê loại các hạt keo với muối Al (III), Fe (III): Ion Al3+, Fe3+ đi vào lớp điện kép, trung hòa điện tích hạt keo ⇒ giảm thê zeta ⇒ keo tu'. Thủy phân tạo các ion phức đa nhân tích điện cao Alx(OH)yn+ (ví dụ Al8(OH)204+, Al3(OH)45+, Al13O4(OH)247+…) ⇒ trung hòa điện tích hạt keo ⇒ giảm thê zeta ⇒ keo tu'. Thủy phân tạo kết tủa Al(OH)3, Fe(OH)3 kéo theo các hạt keo lắng xuống. Hiệu quả keo tu phu thuộc pH: 4,5 – 7,0 với phèn nhôm; 8,5 - 10,0 với Fe2(SO4)3; 4,5 – 7,5 với PAC. Các chất tạo bông (hay trơ' keo tu') thường dùng: Polymer thiên nhiên: dextrin, chitin,… Polymer tổng hợp: polyacrylamide [–CH2–CH(CONH2)–]n, polyacrylic acid [–CH2–CH(COOH)–]n,… Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh Môi tr 9 ng 2-9
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.2.2. Áp dụng Hai công đoạn xử lý nước bằng keo tụ-tạo bông tiến hành với các điều kiện khuấy trộn khác nhau: Keo tụ: Khuấy nhanh trong thời gian ngắn để làm bất ổn định hạt keo và tạo các bông keo có kích thước nhỏ (gradient vận tốc G = 500 – 1000 s-1, thời gian khuấy t =30 – 120 s) Tạo bông: Khuấy chậm trong thời gian dài để tạo bông keo lớn (G = 30 – 60 s-1; t = 15 – 45 phút) Có thể thực hiện khuấy bằng thiết bị khuấy cơ học hay theo nguyên tắc thủy lực (dùng vách ngăn tạo dòng chảy zikzak). Trước khi áp dụng thực tế, cần tiến hành thực nghiệm keo tụ trong PTN để xác định các điều kiện keo tụ: liều keo tụ, liều trợ keo tụ, pH, tốc độ khuấy, thời gian khuấy,.. Thường sử dụng hệ thống JAR TEST. Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 10 tr Môi ng 2 - 10
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Hình 2.6. Hệ thống JAR TEST. Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 11 tr Môi ng 2 - 11
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.3. Lắng (Sedimentation/Clarification) 2.3.1. Cơ sở lý thuyết Lắng (hay làm trong): quá trình tách các chất rắn có thể lắng được hay các bông cặn sau keo tụ-tạo bông. Nguyên tắc: dưới tác dụng của trọng lực, hạt có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của nước sẽ lắng xuống đáy thiết bị và được loại khỏi nước. Lý thuyết lắng Theo nồng độ và sự tương tác giữa các hạt có bốn dạng lắng: l ng lo i 1 hay lắng hạt riêng lẻ (discrete particle settling) - hạt không thay đổi kích thước trong quá trình lắng l ng lo i 2 hay lắng tạo bông (flocculent settling) - các hạt kết hợp nhau, kích thước hạt lớn dần trong quá trình lắng, l ng lo i 3 hay lắng vùng (zone settling) l ng lo i 4 hay lắng nén (compression settling). Trong XL nước, lắng hạt riêng lẻ và lắng tạo bông đóng vai trò quyết định Lý thuyết lắng khá phức tạp, nhất là lắng loại 2, 3, 4. Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 12 tr Môi ng 2 - 12
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Lý thuyết lắng hạt riêng lẻ Vận tốc lắng của hạt tuân theo phương trình Newton: 4g ( ρ s − ρw )d vs = [2.1] 3CD ρw hoặc trong trường hợp riêng, theo phương trình Stokes: g vs = (ρ s − ρ w )d 2 hay v s = g (s s − 1)d 2 [2.2] 18 µ 18ν vs – vận tốc lắng (m/s) ρs, ρw- khối lượng riêng của hạt và nước (kg/m3) ss – tỷ khối của hạt so với nước (không thứ nguyên) g – gia tốc trọng trường (9,81 m/s2) d – đường kính hạt (m) CD – hệ số ma sát µ – độ nhớt tuyệt đối (N.s/m2) ν– độ nhớt động học (m2/s) Ví dụ: hạt có d=0,1 mm và tỷ khối 2,65 sẽ lắng trong nước ở 150C (ν=1,131×10-6 N.s/m2) với vận tốc vs ≈ 8 mm/s (cần khoảng 2 phút để lắng xuống 1 m). Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 13 tr Môi ng 2 - 13
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Bảng 2.3. Khối lượng riêng va+ đô' nhớt của nước ở một sô nhiệt đô' khác nhau Nhiệt đô', Khối lượng riêng Đô' nhớt tuyệt đối Đô' nhớt động 0C của nước ρ, kg/m3 µ, N.s/m2 học ν, m2/s 0 999.9 1.79×10-3 1.795×10-6 4 1000 1.57×10-3 1.568×10-6 10 999.7 1.31×10-3 1.310×10-6 15 999.0 1.13×10-3 1.131×10-6 21 998.0 0.98×10-3 0.984×10-6 27 996.6 0.86×10-3 0.864×10-6 38 993.1 0.68×10-3 0.687×10-6 93 963.0 0.30×10-3 0.371×10-6 Nguồn: Brater et al. (1996) Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 14 tr Môi ng 2 - 14
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Bể lắng hình hộp, dòng chảy ngang- một hạt trong bể lắng sẽ chịu: -chuyển động theo dòng chảy - vận tốc vh (=Q/A = lưu lượng/tiết diện) -lắng do trọng lực - vận tốc lắng vs (tính như trên). Điều kiện để hạt bị giữ lại trong bể lắng: vs ≥ v0 v0 : vận tốc lắng tới hạn (ứng với hạt đi vào điểm trên cùng đầu vào đến điểm dưới cùng đầu ra vùng bể lắng) L H H = v0 = ×vh vh v0 L H Q Q vh Q v0 = × = Q v0 L H ×B L×B [2.3] vh (L: dài, B: rộng, H: sâu) H vx d0 (ứng với vận tốc lắng v0): cỡ hạt thiết kế B L Hạt có cỡ hạt ≥ d0 sẽ lắng 100% Hạt có cỡ hạt dx< d0 sẽ lắng với hiệu quả vx/v0 (vx: vận tốc lắng ứng với dx) Thời gian lưu nước t = LBH/Q = H/v0 Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 15 tr Môi ng 2 - 15
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Bể lắng đứng dòng chảy ngược (dưới lên) Điều kiện để hạt bị giữ lại trong bể lắng: vs > vu vu : vận tốc dòng chảy = Q/A Thời gian lưu cần thiết: A vu A×H H [2.4] H t= = vs Q vu Q Thực tế: nước chứa nhiều cỡ hạt khác nhau, không thể xác định cỡ hạt, khối lượng riêng. Thường tiến hành thí nghiệm lắng để xác định các thông số thiết kế. Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 16 tr Môi ng 2 - 16
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.3.2. Áp dụng Vai trò của lắng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước: X lý n c ng m Tách bông cặn Fe(OH)3 sau khi oxi hóa Fe(II) thành Fe(III); Xử lý nước rửa lọc. X lý n cm t Xử lý sơ bộ trước khi lọc nhanh và chậm; Lắng bông cặn sau keo tụ - tạo bông, trước khi vào bể lọc nhanh Xử lý nước rửa lọc nhằm cô đặc bùn từ thiết bị lọc. Các loại bể lắng trong xử lý nước: Bể lắng ngang – dạng hình hộp (Hình 2.7) Bể lắng đứng – dạng hình trụ (Hình 2.8) Bể lắng với các ống nghiêng (tube settler) hay tấm nghiêng (lamellar settler) (Hình 2.9) Bể lắng tiếp xúc (contact clarifier) hay bể lắng tạo bông (clariflocullator) (Hình 2.10) Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 17 tr Môi ng 2 - 17
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Thông số thiết kế: v0 = 20 – 60 m3/m2/d = 0,23 – 0,70 mm/s t=2–4h H=3–5m Tỷ lệ L/H = 3/1 – 5/1 Độ dốc đáy: 5 -8 % Hình 2.7. Bể lắng ngang 1: cửa phân dòng vào; 2: Vách ngăn dòng vào; 3: Bộ phận gom váng; 4: Vách điều chỉnh dòng ra; 5: Vách chắn; 6: Băng tải cào bùn; 7: Hố chứa bùn; 8: Ống dẫn bùn ra Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 18 tr Môi ng 2 - 18
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Hình 2.8. Bể lắng đứng Thông số thiết kế: t=2-4h H=3–5m D = 10 – 30 m (đường kính) Độ dốc đáy = 5 – 10 % Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 19 tr Môi ng 2 - 19
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP Hình 2.9. Bể lắng lamellar Thông số thiết kế: Độ nghiêng = 40 – 600 Khoảng cách giữa các tấm = 2,5 - 5 cm Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 20 tr Môi ng 2 - 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.