Đề tài Đánh giá hiệu quả lắng nước bằng bể lắng lamen tại 3 nhà máy nước: thành phố Sơn La, thành phố Hoà Bình, thành phố Điện Biên

ố L/H lấy theo bảng (1) Bảng 1: Giá trị của hệ số α L/H 10 15 20 > 25 K 7,5 10 12 13,5 α 1,33 1,5 1,67 1,82 2.2.3. Ảnh hưởng của hiện tượng phân bố vận tốc không đều và hiện tượng ngăn dòng đến hiệu quả lắng: Thời gian lưu nước tròn bể lắng theo lý thuyết: (3.17) Thực tế vận tốc dòng chảy ngang trong bể phân phối không đều cả theo chiều dọc và chiều ngang của bể (hình 10). Sự phân bố vận tốc không đều theo chiều ngang bể do lực ma sát giữa thành bể và dòng chảy gây ra, vận tốc ngang càng nhỏ, chênh lệch giữa vận tốc ở tâm bể và ở sát thành bể càng lớn. Hình 10a: Phân bố vận tốc không đều theo chiều ngang bể Hình 10b: Phõn bố vận tốc không đều và sự xuất hiện dòng đối lưu theo chiều sõu của bể Hình 10c: Xuất hiện vùng nước chết trong bể Sự phân bố vận tốc không đều và sự xuất hiện dòng đối lưu theo chiều sâu của bể là do: • Phân phối nước vào bể không đều trên toàn bộ mặt cắt ngang của bể. • Chênh lệch nồng độ giữa lớp nước ở trên mặt và lớp nước ở đáy bể. • Chênh lệch nồng độ cặn giữa lớp nước ở trên mặt và lớp nước ở sâu trong bể. • Sự xuất hiện vùng nước chết trong bể là do. • Tác động của gió lên mặt nước trong bể • Phân phối nước vào bề và thu nước ra khỏi bể không đều trên toàn mặt cắt ngang của bể. Trong thực tế, để đánh giá mức độ của hiện tượng ngắn dòng vừa nêu trên, thường tiến hành đo thời gian phân bố của nước lưu lại trong bể. Phương pháp đo như sau: ở đầu máng đưa nước vào bể lắng, trộn đều nước với chất chỉ thị (NaCl) hoặc chất có mầu). Với nồng độ khi đã trộn đều với nước là Co. Trong suốt thời gian lý thuyết ở đầu ra của bể cứ sau khoảng thời gian Δt bằng 5 đến 10 phút, lấy mẫu đo nồng độ chất chỉ thị có trong nước Ci, đem kết quả vẽ lên biểu đồ (hình 12), trục tung là tỷ số , trục hoành là Ti = Hình 11: Biểu đồ thể hiện sự phân bố Hình 12: Biểu đồ phân bố vận tốc của nước lưu trong bể lắng theo thời gian lắng uo thường gặp Nếu thời gian Tp, Ttb càng gần thời gian lý thuyết TL thì bể lắng có hiệu quả thuỷ lực càng cao và sẽ cho hiệu quả lắng đạt yêu cầu. Nếu Tp, Ttb nhỏ hơn 0,8 TL cần phải có biện pháp khắc phục: • Thiết kế và xây dựng lại hệ thống phân phối đầu vào. • Thiết kế và xây dựng lại hệ thống phân phối đầu ra. • Cải thiện chế độ thuỷ lực trong bể. Từ biểu đồ phân bố vận tốc lắng thường gặp trong xử lý nước (hình 12) cho thấy U0 = 0,25 mm/s, hiệu quả lắng R = 91%. Nếu thới gian lưu nước Ttb, trong bể lắng bằng 0,8 TL thời gian tính toán theo lý thuyết, vận tốc lắng U0 sẽ tăng lên U01 = 0,25/0,8 = 0,31 mm/s và hiệu quả lắng còn lại R1 = 87%. Nếu thời gian lưu nước trung bình trong bể chỉ bằng 0,5 TL thời gian tính toán, vận tốc lắng Uo tăng lên U02 = 0,25/0,5 = 0,5 mm/s và hiệu quả lắng còn lại là R = 70%. Vì vậy, khi thiết kế và quản lý bể lắng phải giữ cho được thời gian lưu nước trung bình trong bể lắng Ttb ≥ 0,8 TL. Để hạn chế tác dụng xấu của hiện tượng ngắn dòng làm cho thời gian lưu nước trung bình Ttb ≥ 0,8 TL, phải tăng tỉ số giữa lực quán tính của dòng và lực trọng trường, tức tăng trị số của chuẩn số Froude: Đối với bể lắng ngang: vo - vận tốc chuyển động ngang = Q/BH R – bán kớnh thuỷ lực (3.18) Hình 13: Bể lắng ngang hình tròn Đối với bể lắng ngang hình tròn chuẩn số Fr không phải là hệ số cố định. Có trị số Fr max ở tõm bể: (3.19a) Và trị số Fr min ở ngoài sát thành bể: (3.19b) Bằng thực nghiệm các nhà khoa học đó xỏc đinh được ảnh hưởng của chuẩn số Fr đối với tỉ số thời gian lưu nước trung bình trong bể Ttb và thời gian lý thuyết TL và ảnh hưởng của Fr đối với tỉ số thời gian tối tiểu Tmin và thời gian lý thuyết TL. Kết quả thể hiện trờn hỡnh 14. Hình 14: Ảnh hưởng của chuẩn số Froude đến thời gian lưu nước trong bể Từ kết quả thực nghiệm trờn hỡnh 14 cho phép rút ra: để đảm bảo hiệu quả lắng có thể chấp nhận được, chế độ thuỷ lực trong lòng vùng lắng phải chọn sao cho chuẩn số Froude- Fr ≥ 10ˉ5 đảm bảo điều kiện Ttb ≥ 0,8 TL. 3. LẮNG CÁC HẠT CẶN KEO TỤ: 3.1. Đường cong phân bố vận tốc lắng Quỏ trớnh lắng các hạt cặn có khả năng keo tụ (cặn trong nước thiên nhiên sau khi đã pha trộn phèn) khác với quá trình lắng các hạt tự do không có khả năng keo tụ ở chỗ: các hạt cặn có kích thước và vận tốc lắng khác nhau phân bố đều trong thể tích nước, khi lắng , các hạt có trọng lượng và kích thước lớn hơn rơi với tốc độ lớn hơn, khi rơi va chạm vào các hạt bé lắng chậm hoặc lơ lửng trong nước, dính kết với các hạt bé thành hạt lớn hơn nữa và có tốc độ lắng lớn hơn. Hạt cặn rơi với chiều cao H càng lớn và thời gian lắng T càng lõu thỡ sự xuất hiện các cặn to với tốc độ lắng nhanh càng nhiều. Tuy vậy, khi hạt đã dính kết với nhau thành hạt có đường kính lớn hơn, khi lắng chịu lực cản của nước cũng lớn hơn, đến lúc nào đó lực cản thành lực cắt đủ lớn để chia hạt cặn có đường kính to nhanh thành nhiều mảnh nhỏ, đến lượt các mảnh nhỏ này lại va chạm và dính kết vào nhau hoặc dính kết với các hạt khác thành hạt lớn hơn. Và như vậy, hiệu quả lắng các hạt keo tụ phụ thuộc vào vận tốc lắng ban đầu u0 của hạt và phụ thuộc vào chiều cao lắng H cũng như thời gian lắng T = H/u0. Thực tế không thể tìm được công thức toán học đế xác định hiệu quả lắng R cho nên phải dùng phương pháp thực nghiệm để xác định đường cong lắng hay còn gọi là đường phân bố vận tốc lắng u0 theo hiệu quả lắng R. Để có được kết quả chính xác khi lập biểu đồ lắng của các hạt keo tụ, thí nghiệm phải được tiến hành trong các ống lắng bằng nhựa trong, đường kính lớn hơn 100mm, chiều cao ống lắng lớn hơn hoặc bằng 3m, đáy ống lắng hỡnh cụn dung tích bằng 0,1L = 100 ml (hình 15). Hình 15: Ống lắng thí nghiệm do tốc độ lắng keo tụ Nước nguồn được trộn đều với phèn theo liều lượng đã xác định bằng thí nghiệm keo tụ thử, sau khi trộn phèn, khuấy đều trong 15 phút, bơm nước vào ống lắng theo chiều từ dưới lên. Nước đầy đến mức đã định, ngừng bơm và tính thời gian lắng. Số lượng mẫu thử và khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu chọn theo tốc độ lắng của cặn trong ống lắng qua quan sát bằng mắt. Nếu cặn lắng nhanh chọn chu kỳ lấy mẫu nhỏ. Sau mỗi lần lấy mẫu 100ml. Xác định tổng lượng cặn đã lắng xuống đáy ống lắng Ci (mg). Hiệu quả lắng xác định theo công thức: (3.20) Hình 16: Đường cong lắng của các hạt cặn keo tụ theo các chiều cao lắng khác nhau Tốc độ lắng hay tải trọng bề mặt xác định theo công thức: Trong đó: M0 – hàm lượng cặn trong nước đã đánh phốn đưa vào ống lắng (mg/l); Ci - tổng hàm lượng cặn đã lắng sau mỗi lần lấy mẫu (mg); V - thể tích nước trong ống lắng (l). Hi - chiều cao cột nước trong ống lắng khi lấy mẫu (mm); , (mm) H - chiều cao cột nước ban đầu; d – đường kớnh ống lắng; i - số thứ tự của mẫu; Ti = ΣΔt - thời gian tớnh từ khi bắt đầu thí nghiệm (s); Δt - khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu. Theo kết quả nhận được Ri% và ui (mm/s) vẽ được đường cong phõn bốvận tốc lắng ui theo hiệu quả lắng Ri, gọi là đường cong lắng. Hình 16 giới thiệu đường cong lắng của cặn keo tụ khi thí nghiệm lắng ở các chiều cao khác nhau. 3.2. Lắng cặn keo tụ trong bể lắng ngang: Bể lắng ngang dùng để lắng keo tụ có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động giống hệt bể lắng ngang dùng để lắng cặn không có khả năng keo tụ đó xột ở mục 2.2. Chỉ có một điểm khác duy nhất là ảnh hưởng của chế độ thuỷ động của lực nhớt biểu thi bằng chuẩn số Reynold đến hiệu quả lắng là khác nhau. Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học phương Tây, dòng chảy rối khi Re > 2000 tạo ra các chuyển động xoáy nhỏ, đẩy hạt cặn lên, xuống theo phương hướng bất kỳ, làm kìm hãm quá trình lắng của các hạt tự do, còn đối với các hạt có khả năng keo tụ, các chuyển động xoáy này làm tăng số lần va chạm và dính kết giữa các hạt cặn với nhau, làm cho bông cặn lớn lên và có tốc độ lắng lớn hơn, tác động xấu của dòng chảy rối được bù bằng tác động tích cực của sự keo tụ nên kết quả là không ảnh hưởng đến hiệu quả lắng. Hình 17 minh hoạ ảnh hưởng của dòng chảy rối khi Re > 2000 đối với hai loại cặn. Công thức tính toán diện tích bể lắng ngang khi lắng cặn keo tụ. Hình 17a: Ảnh hưởng xấu của dòng chảy rối đến hiệu quả lắng khi lắng hạt cặn tự do Hình 17b: Ảnh hưởng của dòng chảy rối đến hiệu quả lắng khi lắng hạt cặn keo tụ (m2) (3.20) Trong đó: Q- lưu lượng nước cần xử lý (m3/h); u0- tốc độ lắng của cặn (m/h) chọn trên đường cong lắng để đảm bảo hiệu quả lắng R mong muốn. Thường chọn u0 = 0.83 ữ 2,5 m/h. Chiều sõu vùng lắng H = 3 ữ 5m. Thời gian lưu nước trong bể T = 1,5 ữ 3h.Tỷ số giữa chiều dài/ chiều cao L/H> 15. Tỷ số chiều dài/chiều rộng L/B> 5. Tải trọng thu nước bề mặt từ 1,5 đến 3l/s.m dài mép máng. 3.3. Lắng cặn keo tụ trong bể lắng đứng: Trong bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên, ngược chiều với hướng rơi của các hạt cặn lắng. Nếu gọi tốc độ của dòng nước đi lên là (hình 18) thì chỉ có các hạt cặn có tốc độ lắng u > u0 thì lơ lửng và bị dòng nước cuốn ra ngoài. Khi lắng các hạt cặn không có khả năng keo tụ, hiệu quả lắng có trị số đúng bằng tỉ lệ tính theo phần trăm của trọng lượng các hạt lớn u > u0 trên tổng số trọng lượng các loại hạt cặn có trong nước, hiệu quả lắng thấp, vì thế không dùng bể lắng đứng để lắng các hạt cặn tự do không có khả năng keo tụ. Hình 18: Sơ đồ lắng đứng các hạt cặn keo tụ Trong trường hợp lắng các hạt cặn keo tụ. Hiệu quả lắng đạt cao hơn, ban đầu các hạt có tốc độ lắng nhỏ hơn tốc độ dòng nước (u < u0) sẽ bị đẩy dần lên, trong quá trình đi lên, các hạt cặn va chạm và dính kết với nhau, tăng dần kích thước, cho đến khi có tốc độ lắng lớn hơn tốc độ dòng nước đi lên thì rơi xuống đáy bể. Như vậy khi lắng các hạt cặn keo tụ trong bể lắng đứng, hiệu quả lắng không chỉ phụ thuộc vào diện tích bề mặt bể Q/F mà còn phụ thuộc vào chiều cao lắng H và thời gian lưu nước trong bể T. Bể lắng đứng: bể lắng đứng thường được xây dựng kết hợp với ngăn phản ứng tạo bông cặn đặt ở giữa. Bể có cấu tạo gồm 4 vựng: vựng phân phối nước vào, cùng lắng, vùng thu nước ra, vùng chứa cặn (hình 19). Hình 19: Sơ đồ cấu tạo bể lắng đứng 1. Bể phản ứng tạo bông cặn và vùng phân phối nước vào; 2. Vùng lắng; 3. Vùng thu nước ra; 4. Vùng thu cặn. Diện tích bề mặt bể lắng đứng tớnh theo công thức: (3.21) Trong đó: Q- lưu lượng nước đưa vào bể lắng (m3/s); U0- tốc độ lắng của hạt cặn (m/s), u0 tra theo biểu đồ đường cong lắng theo hiệu quả lắng R% mong muốn. Khi không có số liệu có thể chọn u 0 từ 0,0022 đến 0,0007m/s; α- hệ số dự phòng kể đến việc phân phối nước không đều trên toàn bộ mặt cắt ngang của bể. Giá trị của hẹ số α phụ thuộc vào tỉ số giữa đường kính và chiều cao vùng lắng. D/H 1 1,5 2 2,5 α 1,3 1,5 1,75 2 Bảng 3.1: Giá trị của α phụ thuộc vào tỷ số giữa đường kính và chiều cao lắng Bề mặt bể lắng đứng có thể là hình tròn hoặc hình vuông, thời gian lưu nước trong bể từ 2- 3 giờ. Chiều cao vùng lắng H chọn phụ thuộc vào sơ đồ cao trình thuỷ lực của các công trình trong dây chuyền xử lý thường từ 3- 5m. Nếu bể xấy dựng kết hợp với ngăn phản ứng đặt ở giữa, đường kích bể tính theo công thức: , (m) Trong đó: F0- diện tích vùng lắng tính theo công thức (3.21); f- diện tích bề mặt ngăn phản ứng (m2). Phần đáy thu cặn của bể lắng đứng cấu tạo dạng hỡnh cụn nếu bể là hình tròn và dạng hình chóp nếu bể là hình vuông. Góc của tường nghiêng phần hình chóp so với phương nằm ngang α chọn ≥ 600, để có thể xả cặn bằng thuỷ lực. • Máng thu nước đặt theo chu vi bể và cỏc mỏng hỡnh nan quạt tải trọng thu từ 1,5 - 3l/s.m dài mộp mỏng. • Xả cặn bằng độ chênh áp lực thuỷ tĩnh giữa mực nước trong bể và mực nước ở miệng xả của ống tháo cặn ra ngoài. Đường kính ống tháo cặn tính theo lưu lượng xả q = W/T. T- thời gian xả cặn thường chọn 3- 5 phút, vận tốc xả tính theo chênh lệch mực nước ΔH. Ống xả cặn không được nhỏ hơn 100mm. Thời gian giữa hai lần xả cặn tính theo công thức: , (h) (3.22) Trong đó: W- thể tích vùng chứa cặn (m3) theo cấu tạo bể; δc nồng độ cặn; Q- lưu lượng nước vào bể (m3/h); M0- nồng độ cặn trong nước đi vào bể (g/m3); M- hàm lượng cặn còn lại trong nước khi ra khỏi bể lấy 8- 10g/m3. Do khó khăn trong việc phân phối đều nước theo mặt cắt ngang của bể nên bể lắng đứng chỉ áp dụng cho các trạm xử lý có công suất nhỏ hơn hoặc bằng 2000m3/ng.đ. 3.4. Bể lắng lớp mỏng, lắng trong các ống hình trụ đặt nghiêng. Hiệu quả của quỏ trớnh lắng (như đã nghiên cứu ở các mục trước) phụ thuộc vào diện tích bề mặt lắng F, phụ thuộc vào chế độ thuỷ lực của dòng chảy. Bể cho hiệu quả lắng cao nhất khi chế độ chảy tầng Re 10ˉ5. Bằng cách đưa vào vùng lắng của bể lắng ngang cỏc ụ lắng hình trụ đặt nghiêng một góc 600 so với phương ngang (hình 20) làm tăng diện tích bề mặt đáy bể lắng (cặn lắng chặn đáy hình trụ, trượt theo đáy có góc nghiêng ≥ 600 xuống vùng thu cặn của bể). Nước trong đi lên vùng thu nước chảy vào máng thu đưa ra ngoài, chế độ nước chảy trong các ống hình trụ luôn là chế độ chảy tầng Re 10ˉ5. Hình 20: Sơ đồ cấu tạo bể lắng lớp mỏng cú cỏc ống lắng hình trụ đặt nghiêng 60o 1. Bể phản ứng tạo bông cặn; 2. Vùng phân phối nước; 3. Vùng đặt cỏc ụ lắng diện tích F; 4. Máng răng cưa thu nước; 5. Vùng thu cặn và xả cặn 3.5. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: 3.5.1. Nguyên tắc hoạt động của bể lắng trong: Hiệu quả lắng của bể lắng đứng tăng lên do nước nguồn đó đỏnh phốn khi chuyển động qua lớp cặn lơ lửng ở trong bể. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và thực tế sản xuất chỉ ra rằng: Nước sau khi trộn với phèn hoặc hoá chất khác tiếp xúc với cặn đã lắng của bể lắng sẽ đẩy nhanh quá trình tạo ra bông cặn của các chất bẩn có trong nước hoặc tăng cường quá trình kết tinh cặn CaCO3 và MgO khi làm mềm nước bằng vôi và sođa. Các nhà khoa học đã sử dụng kết quả nghiên cứu này để tạo ra nhiều dạng kết cấu của bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. Trong thực tế đã sử dụng hai loại kết cấu của bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. • Loại thứ nhất: Kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng xảy ra đồng thời. Khi nước chuyển động từ dưới lên trên đi qua lớp cặn với tốc độ đủ lớn để giữ cặn trong tình trạng lơ lửng, nhưng bé hơn tốc độ lắng tự do của từng bông cặn trong môi trường tĩnh, để những bông cặn này không bị cuốn ra khỏi bể lắng. Hình 21 giới thiệu sơ đồ hoạt động của bể loại thứ nhất. Hình 21: Bể lắng trong cú đỏy loe hỡnh cụn Sơ đồ bể lắng trong cú đỏy loe hỡnh côn (hình 21). Nước sau khi trộn phèn hoặc cỏc hoỏ chất khác cho đi qua ngăn tỏch khớ đặt trước bể lắng rồi theo ống (1) đi vào phần đáy dưới côn loe (2). Trong côn loe nước chuyển động từ dưới lên trên với tiết diện dòng chảy mở rộng dần, do đó tốc độ của nước giảm đến trị số cho phép tạo ra ở phần hỡnh cụn (3) một lớp cặn lơ lửng. Cặn dư do tích luỹ dần dần được tràn qua mộp hỡnh cụn rơi xuống ngăn nén cặn (4). Nước trong đi qua lớp nước bảo vệ H2 nằm phía trên côn loe (3) tập trung vào máng thu (5) rồi chảy sang bể lọc. Cặn được thu bằng ống khoan lỗ (6) từng chu kỳ theo ống dẫn (7) xả ra ngoài. • Loại thứ hai: kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng tách rời, ngăn phản ứng đặt ở tâm bể lắng. Hình 23 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của loại bể thứ hai. Hỡnh 22: Bể lắng trong có ngăn tạo bông cơ khí đặt ở tâm bể Bể lắng là hình nón cụt dựng trờn đỏy nhỏ, ở tâm bể lắng có ngăn tạo bông cặn hình nón cụt dựng trờn đỏy lớn. Nước theo ống (1) đi vào ngăn tạo bông cặn, phèn và hoá chất theo ống (2). Trong ngăn tạo bông cặn có hệ thống cánh khuấy (3) để khuấy trộn nước và hoá chất, cánh khuấy (4) đế giữ cho cỏc bụng cặn lơ lửng ở phần dưới của ngăn tạo bông cặn. Cặn thừa của lớp cặn lơ lửng vào ngăn nén cặn (5), từ đó theo ống dẫn (6) từng chu kỳ tháo ra ngoài. Tháo nước làm khô bể khi cần sửa chữa nằng ống tháo (7). 3.5.2. Cấu tạo bể lắng trong: Loại thứ nhất: Kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng xảy ra đồng thời, ngoài kết cấu dạng đáy loe, cũn xõy dựng bể kiểu hành lang (hình 23). a) b) Hình 23: Bể lắng có quá trình tạo bông cặn và lắng xảy ra đồng thời a) Bể hình vuông hoặc tròn có ngăn chứa cặn đặt dưới ngăn lắng trong; b) Bể mặt bằng hình chữ nhật có ngăn chứa cặn đặt dưới ngăn lắng trong; c) Bể hành lang có ống phân phối đặt xiên; d) Bể hành lang có ống phân phối thẳng đứng. 1. Máng dẫn nước đồng thời là ngăn tỏch khớ; 2. Ống phân phối nước vào bể; 3. Ống hay cửa sổ thu cặn; 4. Ngăn chứa và nén cặn; 5. Thu nước trong từ ngăn nén cặn; 7. Ống tháo cặn. Trờn (hình 24) giới thiệu sơ đồ cấu tạo bể lắng trong kiểu hành lang của hãng Kendy (Anh). Hình 24: Sơ đồ cấu tạo bể lắng kiểu hành lang của hãng Kendy (Anh) 1. Máng dẫn nước nguồn kết hợp làm ngăn tỏch khớ; 2. Ống xả cặn bể lắng; 3. Ống phân phối nước nguồn đã trộn đều với hoá chất; 4. Đưa cặn vào ngăn nén cặn; 5. Rửa cặn bằng nước; 6. Máng thu nước; 7. Máng dẫn nước trong sang bể lọc; 8. Xả cặn từ ngăn nén cặn ra ngoài. Trờn hình 24 giới thiệu sơ đồ cấu tạo bể lắng trong đáy phẳng do WASE thiết kế đã hoạt động tốt tại nhà máy nước Chõu Phỳ- An Giang từ năm 1994 (công suất 2000m3/ngày). Chỉ tiêu thiết kế giống như bể lắng kiểu hành lang. Riêng phần thu và nén cặn dùng phễu thu đặt ở giữa bể. Phễu thu hình cụn gúc cụn nhỏ hơn hoặc bằng 600. Góc phễu có cao độ bằng mặt trên của lớp cặn lơ lửng. khoảng cách mép phễu đến thành bể Lmax = 2,2m. Diện tích đáy phễu ngang mặt lớp cặn lấy bằng 15- 20% diện tích bể lắng. Khoảng cách các ống phân phối nước nhỏ hơn hoặc bằng 1,2m, tốc độ đi lên của dòng nước u0 = 0,8- 0,9mm/s. Hình 25: Bể lắng trong đáy phẳng 1. Máng dẫn nước và là ngăn tỏch khớ; 2. Ống phân phối nước vào; 3. Phễu thu và nén cặn; 4. Ống xả cặn; 5. Máng thu nước trong dẫn sang bể lọc; 6. Ống xả kiệt. Loại thứ 2: Kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng trong tách rời, ngăn phản ứng đặt ở tâm bể ngoài kiểu hình chóp cụt (hình 22) còn có nhiều kiểu cấu tạo ngăn phản ứng tạo bông cặn với quá trình tuần hoàn lại cặn. Chỉ tiêu thiết kế: - Thời gian phản ứng tạo bông cặn gần bằng 20 phút (dung tích ngăn phản ứng đặt giữa bể lắng tính theo thời gian lưu nước 20 phút). - Thời gian lắng trong ngăn lắng từ 1,5- 2 giờ. - Tải trọng bề mặt vùng lắng 2- 3m3/m2.h. - Tải trọng thu nước q = 2- 3vl/s.m dài mộp mỏng. - Vận tốc nước đi lên ở vùng lắng nhỏ hơn hoặc bằng 0,85mm/s. - Lượng nước và cặn tuần hoàn trong vùng phản ứng tạo bông cặn do máy khuấy cơ khí hay ejector tạo ra, qt = 3 ữ 5 lần lưu lượng nước thô đi vào bể lắng. Hình 27 giới thiệu sơ đồ cấu tạo bể lắng trong có ngăn keo tụ và tuần hoàn cặn tách biệt. - Lưu lượng nước đưa vào bể thay đổi không quá 1% trong 1h. - Điều chỉnh lưu lượng cặn tuần hoàn bằng cách giảm hoặc tăng số vòng quay của máy khuấy. Số lượng bể trong nhà máy chọn sao cho khi ngừng một bể để sửa chữa, vân tốc dòng nước đi lên ớ các bể còn lại tăng không quá 2 lần lúc làm việc bình thường. Hình 26: Bể lắng có ngăn keo tụ và tuần hoàn cặn đặt ở tâm bể 1. Ống dẫn nước nguồn vào; 2 và 3. Ống dẫn dung dịch hoá chất; 4. Vùng trộn và phản ứng tạo bông sơ cấp; 5. Vùng tạo bông cặn; 6. Máy khuấy tuần hoàn cặn; 7. Vùng lắng; 8. Ngăn chứa cặn; 9. Ống xả cặn. Hình 27: Sơ đồ cấu tạo bể lắng accelerato của hãng Inphilco (Mỹ) 1. Ống dẫn nước nguồn vào; 2 và 3. Ống dẫn dung dịch hoá chất; 4. Vùng trộn và phản ứng tạo bông sơ cấp; 5. Vùng tạo bông cặn; 6. Máy khuấy tuần hoàn cặn; 7. Vùng lắng; 8. Ngăn chứa cặn; 9. Ống xả cặn. Hình 28 giới thiệu cấu tạo bể lắng dùng áp lực nước nguồn qua ejector để tuần hoàn cặn. Bể có nhược điểm là không thường xuyên điều chỉnh được cường độ khuấy trộn và tỉ lệ nước tuần hoàn. Hình 28: Bể lắng tuần hoàn cặn bằng thuỷ lực 3.5.3. Nguyên lý tính toán bể lắng trong: Bể lắng trong gồm các cơ cấu chính sau: Hệ thống để phân phối đều nước theo toàn bộ diện tích bể; vùng cấu tạo bông cặn, lớp cặn lơ lửng, vùng lắng, ngăn nén cặn, hệ thống để thu nước trong ở vùng lắng và ngăn nén cặn, hệ thống xả cặn. Sau khi ra khỏi hệ thống phân phối, nước đi vào vùng tạo bông cặn của bể lắng. Do kết quả xáo trộn chậm bằng dòng nước đi lên với vận tốc 3- 10mm/s những bông cặn nhỏ do phèn tạo ra va chạm và dính kết với cặn bẩn của nước thành những bông cặn lớn khi làm mềm nước ở vùng tạo bông cặn hình thành cặn lắng tinh thể CaCO3 và Mg (OH)2. trong một số bể lắng có cấu tạo vùng tạo bông cặn đồng thời là bể trộn và là ngăn tạo bông cặn. Trong trường hợp này hoá chất được đưa thẳng trực tiếp vào vùng tạo bông cặn. Khi tính toán thể tích của vùng tạo bông cặn, tuỳ theo kết cấu của từng kiểu bể lắng có thể xác định theo thời gian lưu lại của nước trong vùng này từ 5- 20 phút. Khi nước chuyển động từ dưới lên trên đi qua lớp cặn lơ lửng, cỏc bụng cặn chuyển động hỗn loạn quanh vị trí cân bằng động trong dòng nước đi lên. Nồng độ bông cặn trong lớp cặn lơ lửng càng lớn nếu vận tốc đi lên của dòng nước càng bé và đường kính, trọng lượng riêng của hạt cặn càng lớn. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng: nồng độ cặn trong lớp cặn lơ lửng tỉ lệ nghịch với vận tốc đi lên của dòng nước: , (3.23) Trong đó: C- nồng độ trung bình của cặn rắn trong lớp cặn lơ lửng (g/m3); K- Hệ số giãn nở của cặn, phụ thuốc vào kích thước và trọng lượng riêng của bông cặn; v- tốc độ đi lên của dòng nước (m/h); a- hệ số mũ; Trị số của hệ số mũ a theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của các nhà khoa học Xô Viết có thể lấy trung bình bằng 1. Trị số của hệ số giãn nở K thay đổi trong giới hạn rộng: từ 0,8gam/m2.h đối với trường hợp xử lý nước có màu và độ đục thấp cho đến 30gam/m2.h đối với nước có độ đục cao. Khi chuyển động cùng với dòng nước qua lớp cặn lơ lửng, những bông cặn bé do phèn tạo ra và cặn bẩn của nước va chạm và dính kết với cỏc bụng cặn to của lớp cặn lơ lửng và bị giữ lại ở lớp cặn lơ lửng. Rõ ràng là nồng độ của cỏc bụng cặn trong lớp cặn lơ lửng càng lớn thì xác suất va chạm và dính kết cỏc bụng cặn nhỏ trong nước càng lớn, nghĩa là tốc độ giảm trọng lượng cặn bẩn trong nước tỉ lệ thuận với nồng độ bông cặn C trong lớp cặn lơ lửng. Mặt khác số bông cặn bé trong nước càng nhiều thì khả năng va chạm với cỏc bụng cặn của lớ cặn lơ lửng cũng càng lớn, tức khả năng giữ cặn bẩn tỉ lê thuận với hàm lượng cặn M của nước xử lý, ngoài ra lớp cặn lơ lửng càng dày, khả năng giứ cặn bẩn càng cao. Từ hình 30 ta có: Nước nguồn tại mặt cắt 1- 1 có nồng độ cặn M1 sau khi đi qua lớp cặn lơ lửng chiều dày ΔH giảm xuống M2 tại mặt cắt 2.2. Hình 29: Sơ đồ tính toán hiệu quả lắng của lớp cặn lơ lửng Ta có thể viết phương trình sau: (M2 – M1) = γC.MΔH Nếu chiều dày lớp cặn lơ lửng dH là vô cùng bé và giá trị M2 < M1: -dM = γC.MdH (3.24) Tích phõn hai vế phương trình (3.30): (3.25) Khi vận tốc đi lên của dòng nước không đổi thì nồng dộ bông cặn C trong lớp cặn lơ lửng sẽ không thay đổi theo toàn bộ chiều cao H nên: ; (3.26) m = MCeưγCH (3.27) Trong đó: m- hàm lượng cặn cũn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng (mg/l) MC – hàm lượng cặn lớn nhất trong nước đưa vào bể lắng (mg/l), MC tớnh theo công thức (3.23); γ - hệ số đặc trưng cho tớnh chất và khả năng dớnh kết của cặn.Căn cứ vào kết quả nghiên cứu thực nghiệm sơ bộ có thể lấy γ = 0,004 khi xử lý nước đục và γ = 0,008 khi xử lý nước có màu, độ đục thấp; H - chiều cao lớp cặn lơ lửng trong bể lắng (m). Trị số nồng độ cặn C trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng (theo công thức 3.29) phụ thuộc vào vận tốc đi lên của dòng nước. Thay giá trị nồng độ C từ phương trình (3.29) với a = 1 vào phương trình (3.32) và (3.33) ta có: (3.28) Hay (3.29) Chiều cao lớp cặn lơ lửng H cần thiết để đảm bảo hiệu quả lắng cho trước được tớnh từ công thức (3.35): (3.30) Việc xác định bằng thực nghiệm hệ số gión nở của cặn K và hệ số dớnh kết γ rất khó khăn bởi vì các hệ số này liên hệ với nhau và ảnh hưởng lẫn nhau nên trong thí nghiệm không thể xác định tác riêng chúng được. Để dễ dàng hơn thường xác định bằng thực nghiệm nồng độ chuẩn của lớp cặn lơ lửng Co theo vận tốc chuẩn vo của dòng nước đi lên khi nhiệt độ nước cố định (ví dụ: khi tốc độ đi lên của dòng nước vo = 3,6m/h (1mm/s) nhiệt độ nước to = 20o). Nếu như biết nồng độ chuẩn Co và vận tốc chuẩn vo theo công thức (3.29) với a = 1. K = Co.vo hay: Tỷ số: là trị số không thứ nguyên, biểu thị tỷ số giữa vận tốc thực trong bể lắng và vận tốc chuẩn vo khi thí nghiệm. Thay trị số K vào công thức (3.35) và (3.36) ta có: (3.31) và (3.32) Khi bể lắng làm việc lớp cặn lơ lửng giữ lại các cặn bẩn của nước, do đó lượng cặn trong lớp lơ lửng không ngừng tăng lên. Khi tốc độ đi lên của dòng nước cố định tức nồng độ cặn trong lớp cặn lơ lửng không thay đổi thì chiều dày của lớp cặn lơ lửng không ngừng tăng lên. Để tránh việc lôi cặn từ lớp cặn lơ lửng vào máng thu nước trong, phải liên tục hoặc theo từng chu kỳ rút bớt cặn lơ lửng vào ngăn nén cặn để giữ chiều dày H không đổi. Nếu hàm lượng cặn trong nước cho vào bể lắng là MC (g/m3) hàm lượng cặn cũn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng là m (g/m3) thì số lượng cặn được giữ lại nhờ lớp cặn lơ lửng trong bể lắng sẽ là: Q(mc – m) = QM , (g/h), (3.33) Trong đó: Q – lưu lượng nước đi qua bể lắng (m3/h); M - số lượng cặn được giữ lại (g/m3). Theo kết quả xác định nhiều lần trong thực tế và phòng thí nghiệm thì nồng độ cặn của lớp