Đồ án Đề xuất phương pháp sử dụng HVC kết hợp với Penton để nâng cao chất lượng xử lý nước thải dệt nhuộm và nước thải chế bản ngành in

như: Fe2(OH)24+; Al3(OH)45+; Fe(OH)2+; Al13(OH)345+; Al7(OH)174+; Al(OH)2+; Al(OH)4-; Fe(OH)4-... ở các giá trị cao và thấp của pH các liên kết này tồn tại và tích điện, nhưng ở một giá trị pH trung bình nào đó thì chỉ có mặt các hydroxyt nhôm hoặc sắt được tạo ra và ngay lập tức chúng bị lắng xuống. Trong quá trình lắng chúng kéo theo cả các bông keo và tạp chất có trong hệ huyền phù như các hạt keo khác, các cặn bẩn, các chất hữu cơ, chất mang mùi vị tồn tại ở trạng thái hoà tan hay lơ lửng. Cơ chế này có thể tách được nhiều loại keo và đặc biệt nó không phụ thuộc vào quá trình tạo bông keo tụ nói trên và không có sự tái trở lại trạng thái ổn định như các cơ chế khác. I.4. Các bước thực hiện một quá trình keo tụ [2]. -Định lượng và hoà trộn chất keo tụ. Nhiệm vụ của bước này là đưa đủ số lượng chất keo tụ cần thiết vào trong nước cần xử lý và hoà trộn đồng đều chúng trong hệ thống. -Phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo, chất gây đục trong nước. -Tạo ra bông keo tụ kích thước nhỏ nhờ gradient vận tốc nhỏ để cho các chất keo bông nhỏ tạo thành. -Tạo ra bông keo tụ lớn nhờ gradient vận tốc nhỏ để tách các hạt cặn ra khỏi nước, có thể hay không cần chất tạo keo tụ. I.5. Động học của quá trình keo tụ [2]. Quá trình keo tụ các tạp chất trong xử lý nước xảy ra qua các giai đoạn sau: giai đoạn pha trộn các chất keo tụ trong nước, giai đoạn thuỷ phân chất keo tụ đồng thời phá huỷ trạng thái ổn định của hệ keo và giai đoạn hình thành bông cặn. Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với mỗi nguồn nước cụ thể, khi đã xác định được loại hoá chất sử dụng và liều lượng tối ưu thì hiệu quả sử dụng chỉ còn phụ thuộc vào các yếu tố vật lý, đó là cường độ khuấy trộn nước để làm tăng số lượng va chạm giữa các hạt cặn: Dưới tác dụng của chuyển động nhiệt, ban đầu các hạt cặn nhỏ va chạm và kết dính thành hạt có kích thước lớn hơn cho đến khi chúng không còn khả năng tham gia vào chuyển động nhiệt nữa, lúc này tác động khuấy trộn tham gia vào quá trình tạo bông cặn lớn hơn. Cường độ khuấy trộn được biểu thị bằng gradient vận tốc G và thời gian phản ứng tạo bông cặn t.Thực tế, hai đại lượng này thường xác định bằng thực nghiệm. Chuyển động nhiệt, chuyển động phân tử Brown để tạo ra các bông cặn kích thước nhỏ tuân theo định luật Smoluchowski như sau: ảN /ảt = -aP .4kT.N2/(3m) Trong đó: N-Số phân tử chuyển động aP -Hệ số va chạm của quá trình tạo bông cặn k-Hằng số Bolzman m-Độ nhớt động học t-Thời gian T-Nhiệt độ Để tạo ra được bông cặn có kích thước lớn hơn khi chúng không còn khả năng chuyển động nhiệt (chuyển động Brown) ta có biểu thức: ảN /ảt = -ao(4/p).f.G.N G-Gradient vận tốc [s-1] f-Phần thể tích chất rắn [thể tích/thể tích] ao-Hệ số va chậm của bông cặn kích thước lớn Quan hệ trên chỉ đúng khi gradient vận tốc không đổi nhưng trong thực tế phải lấy gradient vận tốc trung bình. Gradient vận tốc trung bình có thể tính theo năng lượng: G=[P/ (m.V)]1/2 = (e/m)1/2 P-Công suất sử dụng (năng lượng tiêu hao trong bể phản ứng tạo thành bông cặn).[W.kg.m2.s-3] V-Thể tích bể phản ứng m-Độ nhớt động học II. ứng dụng chất keo tụ trong xử lý nước cấp và nước thải. Trong thực tế xử lý nước (ở trong phòng thí nghiệm hay ở nhà máy), keo tụ tương ứng với việc bổ sung các chất (tác nhân) gây keo tụ và khuấy trộn nhanh trong một thời gian ngắn (10 giây đến vài phút). Trong giai đoạn đó xảy ra sự khuếch tán các chất keo tụ, phản ứng giữa các hạt keo huyền phù, tạo ra các kết tủa (keo tụ đơn thuần) và khởi đầu sự kết tụ (sự lớn lên của các cụm). Sự tủa bông tương ứng với giai đoạn lớn lên của các cụm với sự khuấy chậm trong một thời gian dài. Trong giai đoạn đầu của sự tủa bông, một tác nhân thứ hai có thể được thêm vào (chất trợ tủa bông) để có thể thích ứng với sự khuấy trộn. Các chất keo tụ kim loại (muối nhôm và sắt) khi cho vào nước bị thuỷ phân tạo ra oxo-hydroxyt tan và không tan và các proton. ở các giá trị pH thường ứng dụng trong thực tế keo tụ thì phản ứng tổng quát có thể xem như phản ứng chủ yếu tạo ra các hydroxyt kim loại. Các chất keo tụ được ứng dụng nhiều nhất là muối nhôm, polyclorua nhôm (PAC) và cả muối sắt cloruaferic. Các chất tủa bông là các chất polyme tự nhiên (amindin, oxitsilic...) và một số chất đa điện ly anion và cation. II.1. Dùng keo hydroxit sắt(II) tách loại xanh metylen bằng phương pháp keo tụ điện hoá [5]. Xanh metylen được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt nhuộm và in ấn, vì vậy nó có mặt trong nhiều hệ nước thải công nghiệp. Dựa trên bề mặt riêng của xanh metylen, bề mặt riêng của Fe(OH)2 cũng được xác định theo khả năng hấp phụ của keo với chất màu. Bề mặt riêng của keo là một trong những thông số quan trọng để đánh giá mức độ hấp phụ. Bề mặt riêng càng lớn, có nghĩa là kích thước hạt keo càng tinh vi, độ dày lớp keo mỏng, cấu trúc hạt keo phức tạp, vì vậy bề mặt tiếp xúc càng cao. Bảng: Quan hệ bề mặt riêng của keo Fe(OH)2 điện hoá với nồng độ chất màu: Nồng độ xanh metyl (mg/l) Tiêu thụ sắt anot Bề mặt riêng của Fe(OH)2 Trước xử lý Sau xử lý (mg/l) (m2/g) 20 1,5 24 730 30 2,2 33 795 40 2,8 42 833 50 3,2 50 875 80 4,2 69 976 100 4,8 85 983 Khi không có chất điện ly trong dung dịch, tiêu hao anot sắt vào khoảng 920-1200mg/g chất màu, tức là khoảng 1450-1900 mg Fe(OH)2/g chất màu. Khi đó bề mặt riêng của 1g Fe(OH)2 vào khoảng 730-980 m2/g. Khi có mặt chất điện ly trong dung dịch, do bề mặt lớp keo giảm, kích thước hạt keo giảm, số lượng hạt keo tăng đáng kể do sự tương tác điện của chất điện ly với các phân tử Fe(OH)2,bề mặt riêng tăng lên đáng kể. Trong dung dịch có MgSO4, bề mặt riêng của keo cao nhất. Tóm lại xanh metylen dễ bị keo tụ bởi keo Fe(OH)2 điện hoá.Với sự có mặt của các muối hoà tan, quá trình keo tụ diễn ra nhanh chóng (khoảng 2-3 phút khi nồng độ dung dịch ban đầu là 100mg/l). II.2. Sử dụng keo nhôm hoạt tính được chế tạo bằng phương pháp điện hoá [10,11]. Qua nghiên cứu ảnh hưởng pH của keo nhôm và chụp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho thấy keo nhôm hoạt tính có kích thước trung bình của hạt nhỏ hơn 0,1 mm. Trong nước chúng phân hoá nhanh chóng thành dung dịch keo khá bền. Đồng thời kết quả chụp nhiễu xạ tia X cho thấy keo nhôm điện hoá được hình thành từ các phức hydroxo giả bền. Khi đưa vào nguồn nước gây keo tụ trạng thái giả bền hoạt động mạnh, phần lớp giả bền của keo lập tức tham gia phản ứng trung hoà điện tích với chất ô nhiễm; nhân keo mất lớp khuếch tán bị phân tán, thuỷ phân và liên kết với nhau thành các polyme bề mặt riêng rất lớn, điện tích bề mặt cao. Cho nên sự tương tác của keo nhôm hoạt tính với chất ô nhiễm vừa có cơ chế hấp phụ-trung hoà điện tích vừa có sự keo tụ tủa quét. Chính vì vậy mà kết tủa có dạng co cụm xít đặc, màu bông kết tủa nâu sẫm. Điều này khác hẳn với PAC chủ yếu tương tác với cơ chế tủa quét, tạo thành những khối bông sa lắng ít co cụm mà phân tán khá đều trên bề mặt đáy màu bông sa lắng vàng nhạt. Nhờ ưu thế trên mà keo nhôm hoạt tính tốt hơn hẳn so với PAC. Đồng thời tốt hơn nhiều so với phèn nhôm trong việc tách loại nhiều chất ô nhiễm hữu cơ có nguồn gốc từ phế thải, xử lý độ đục vô cơ. II.3. Sử dụng chất keo tụ PACN-95 để xử lý nước trên dây chuyền ở nhà máy nước Nam Định [12,13]. Qua ứng dụng chất keo tụ PACN-95 trong xử lý nước mặt có độ đục cao làm nước sinh hoạt tại nhà máy nước Nam Định cho thấy: - Chất keo tụ PACN-95 với nồng độ Al2O3 quy đổi cao hơn phèn nhôm và có sự tham gia các polyme nên lượng dùng PACN-95 giảm đi đáng kể chỉ còn khoảng 20-25% trên 1 m3 nước so với phèn nhôm. - Việc dùng PACN-95 cho phép tăng công suất nước hút, kéo dài thời gian hoạt động của bể lọc do tăng hiệu quả trong quá trình lắng. Trung bình công suất nước tăng 50 m3/h. - Qua tính toán cho thấy nếu dùng chất keo tụ PACN-95 thì chi phí hoá chất so với phèn nhôm cũng giảm đi và nếu kể cả chi phí vận chuyển, bảo quản và hoà tan để sử dụng thì giá thành sản xuất 1m3 nước sẽ giảm đến 30%. - Độ pH khi dùng PACN-95 ổn định và trong vùng trung hoà (pH=7,2), trong khi dùng phèn nhôm thì pH thấp (pH=6). Điều này góp phần nâng cao chất lượng và độ sạch của hệ thống đường ống. II.4. Chất keo tụ khác: * Sử dụng tách protein trong nước thải giết mổ [15]: - Sử dụng polyme C13OH liều lượng trong khoảng 2-40 mg/l để keo tụ. - Sử dụng PAC và FeCL3 liều lượng cao nhất tới 400 mg/l. Trong trường hợp sử dụng FeCL3, do quá trình thuỷ phân mạnh nên pH của nước giảm, vì vậy trước khi kết tủa và keo tụ, có điều chỉnh pH (8-9) sao cho pH cuối cùng đạt trên 6. Khi sử dụng PAC và FeCL3 có bổ sung thêm một lượng ổn định chất trợ keo tụ A101 là 4 mg/l để thúc đẩy quá trình keo tụ. Kết quả khảo sát: + Polyme loại C có khả năng kết tủa protein với liều lượng polyme 2 mg/l, liều lượng kết tủa bắt đầu xuất hiện. Tuy nhiên, hiệu quả tăng ít khi liều lượng đến 40 mg/l. Điều đó chứng tỏ polyme loại C chỉ có khả năng kết tủa các thành phần không tan trong nước. + Sử dụng kết hợp muối sắt và PAC với polyme cho kết quả xử lý tốt hơn, trong đó tổ hợp giữa muối sắt và A101 cho kết quả tốt hơn khoảng 2,5 lần so với PAC và A101. + Khi tăng liều lượng muối sắt cần điều chỉnh pH ở mức sao cho chỉ vừa đủ xảy ra quá trình keo tụ, khi đó hiệu quả tách loại COD đạt khoảng 82% và protein đạt trên 90%. * Al2(SO4)3 [3]: Được đánh giá là hoà tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động cao trong khoảng pH=5 đến 7,5. Trong quá trình đông tụ, Al2(SO4)3 tác dụng với canxi bicacbonat trong nước theo phản ứng: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 ôAl(OH)3¯ + 3CaSO4 +6CO2 Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 tỉ lệ (10:1) đến (20:1). Việc sử dụng này cho phép tăng hiệu quả quá trình làm trong nước, tăng khối lượng và tốc độ lắng của các bông keo, mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường. Al2(OH)5Cl có độ axit thấp nên phù hợp để làm sạch nước có độ kiềm yếu. * Các muối sắt được sử dụng làm chất đông keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm, do: -Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp -Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn -Độ bền lớn và kích thước bông keo có khoảng giới hạn rộng của thành phần muối -Có thể khử mùi vị khi có H2S Chương V. Tổng quan về bể lắng. I. Phân loại bể lắng [5]. Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hoà tan ra khỏi nước thải. Tuỳ theo yêu cầu về mức độ cần thiết xử lý nước thải mà ta có thể dùng bể lắng như một công trình xử lý sơ bộ trước khi đưa tới những công trình xử lý phức tạp hơn. Cũng có thể sử dụng bể lắng như công trình xử lý cuối cùng, nếu điều kiện vệ sinh nơi đó cho phép. Tuỳ theo công dụng của bể lắng trong dây chuyền công nghệ mà người ta phân biệt bể lắng đợt I và đợt II. Bể lắng đợt I đặt trước công trình xử lý sinh học. Bể lắng đợt II đặt sau công trình xử lý sinh học. Căn cứ theo chế độ làm việc phân biệt bể lắng hoạt động gián đoạn và bể lắng hoạt động liên tục. Bể lắng hoạt động gián đoạn thực chất là một bể chứa mà ta cứ việc xả nước vào đó và để đứng yên trong khoảng thời gian nhất định. Nước đã được lắng tháo ra và cho lượng nước mới vào. Bể lắng loại này áp dụng trong trường hợp lượng nước thải ít và chế độ thải không đồng đều. Ví dụ nước thải từ xí nghiệp giặt là Bể lắng hoạt động liên tục: nước thải chảy liên tục qua bể. Căn cứ theo chiều nước chảy trong bể người ta phân biệt thành bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng Radian. Bể lắng ngang: trong đó nước chảy theo phương ngang từ đầu đến cuối bể. Bể lắng đứng: trong đó nước chảy từ dưới lên theo phương thẳng đứng. Bể lắng Radian: nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể hoặc có thể ngược lại. Trong trường hợp thứ nhất gọi là bể lắng ly tâm, trong trường hợp thứ hai gọi là bể lắng hướng tâm. Ngoài ra, còn có loại bể lắng trong đó có quá trình lắng nước được lọc qua tầng cặn lơ lửng-gọi là bể lắng trong. Số lượng cặn tách ra khỏi nước thải trong các bể lắng phụ thuộc vào nồng độ nhiễm bẩn ban đầu, đặc tính riêng của cặn (hình dạng, kích thước, trọng lượng riêng, tốc độ rơi) và thời gian nước lưu trong bể. Ví dụ: lượng chất lơ lửng còn lại trong nước thải đưa lên bể Biophin và Aeroten không được lớn hơn 150mg/l (khi đòi hỏi xử lý hoàn toàn). Thời gian lắng trong trường hợp đó lấy không nhỏ hơn 1,5 giờ. Lượng cặn lắng lại trong bể lắng đợt I (nước thải sinh hoạt) lấy vào khoảng 0,8 l/người/ngàyđêm, độ ẩm 93-95%. 0,8N W= –––ắắ– ; m3/ngày đêm. 1000 Thời gian giữ cặn trong bể lắng phụ thuộc vào phương pháp xả cặn, nhưng không được quá hai ngày. Lựa chọn loại và kết cấu bể lắng dựa trên cơ sở tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật và vệ sinh. Bể lắng đứng thường sử dụng khi mực nước ngầm thấp và công suất trạm đến 30.000 m3/ngàyđêm. Bể lắng ngang và bể lắng Radian không phụ thuộc vào mực nước ngầm, thường áp dụng khi công suất trạm lớn hơn 15.000 m3/ngàyđêm. II. Động học lắng nước thải [5]. Mỗi hạt tạp chất không hoà tan có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của nước, khi lắng sẽ chịu tác động của hai lực: trọng lượng bản thân và lực cản tổng cộng xuất hiện khi hạt chuyển động dưới tác dụng của trọng trường. Mối tương quan giữa hai lực đó sẽ quyết định giá trị, tốc độ lắng của hạt. Trọng lượng P của hạt phụ thuộc vào khối lượng, kích thước bản thân và tỷ trọng. Lực cản P1 phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, tốc độ của hạt và độ nhớt của nước. Tốc độ lắng của mỗi hạt riêng biệt có thể coi là đều trong suốt thời gian lắng, bởi vì gia tốc tự do cân bằng với lực cản của môi trường. Khi đó tốc độ lắng của các hạt riêng biệt trong nước ở trạng thái tĩnh có thể xác định từ điều kiện cân bằng của các lực tác dụng đối với hạt. P1 = P Và sau khi biểu thị thể tích hạt qua đường kính ta được công thức: 1 Uo = ––––ắắắ ( r - r1) gd2 18m Trong đó m -hệ số nhớt của nước r-tỷ trọng của hạt r1-tỷ trọng của nước d-đường kính của hạt Đối với các hạt hình cầu lớn (d>0,1mm) lực cản tỷ lệ với bình phương tốc độ lắng. Song hình dạng các hạt trong nước ở trạng thái lơ lửng rất đa dạng và không phải là hình cầu. Do vậy, người ta đưa ra khái niệm bán kính tương đương-tức là bán kính bằng bán kính hạt hình cầu có tốc độ lắng và tỷ trọng ở nhiệt độ 15oC. Bán kính tương đương của hạt thay đổi theo vị trí khi lắng, đặc biệt là các hạt không phải là hình cầu. ở trong nước thải, hỗn hợp không hoà tan gồm tổ hợp nhiều phần nhỏ khác nhau về số lượng, hình dáng và trọng lượng riêng. Trong quá trình lắng các phần nhỏ sẽ liên kết với nhau làm thay đổi hình dáng, kích thước và trọng lượng riêng của chúng. Qui luật lắng của tập hợp các hạt dạng bông khác nhau hoàn toàn khác đối với các hạt hình cầu riêng lẻ và đồng nhất. Ngoài ra, quá trình lắng được thực hiện không phải trong điều kiện tĩnh mà nước luôn luôn chuyển động. Như vậy, tốc độ lắng thực tế của các hạt cặn bé hơn tốc độ Uo (xác định trong phòng thí nghiệm) và bằng Uo-W (W-tốc độ thành phần đứng rối, phụ thuộc vào chiều sâu bể lắng và tốc độ nước chảy). Giáo sư Jukov A.L đưa ra phương trình xác định thành phần đứng rối trong các bể lắng khi tốc độ tính toán < 20mm/s W = kVn với k=const n=f(V) Cho đến nay, người ta vẫn chưa thể biểu thị tất cả các yếu tố ảnh hưởng phức tạp về hoá lý và thuỷ lực của quá trình lắng bằng một phương trình toán học. Do đó, quá trình lắng động học chỉ có thể xác định bằng thực nghiệm. Thời gian lắng cần thiết xác định theo công thức : H t = –––ắắắ 3,6.Uo Trong đó H- chiều sâu công tác của bể lắng, m; Uo- tốc độ lắng, mm/s; Trong thực tế, thuận tiện nhất là sử dụng các số liệu có sẵn về Uo. Nhưng xác định tốc độ lắng cho từng hạt nhỏ chất nhiễm bẩn gặp nhiều khó khăn và không có điều kiện thực hiện. Vì vậy, người ta thường giới hạn việc xác định tốc độ lắng nhỏ nhất đối với những thành phần nào đó mà thôi. Không phải mọi loại nước thải đều có số liệu cho trước. Trong những trường hợp như vậy, ta căn cứ vào các số liệu đối với nước thải có thành phần tương tự. Số lượng ban đầu để tính toán bể lắng là: -Lưu lượng và hàm lượng cặn của nước thải C1. -Hàm lượng cặn cho phép của nước thải sau khi lắng C2. C2 căn cứ vào điều kiện vệ sinh và tính chất công trình trong dây chuyền công nghệ xử lý. -Điều kiện về chế độ lắng của hạt, Uo. -Hệ số kết tụ n. Hiệu suất lắng xác định theo công thức: C1 - C2 E = –––ắắắ– 100% C1 Căn cứ vào E% dựa theo đồ thị quan hệ giữa cặn lắng với tốc độ lắng xác định Uo. III. Bể lắng ngang [5]. Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dài không nhỏ hơn 1/4 và chiều sâu đến 4m. a) b) L 2 3 5 3 4 2 3 h4 5 3 4 1 6 1 6 h1 h2 h3 Sơ đồ bể lắng ngang a) Mặt bằng ; b) Mặt cắt 1- Mương dẫn nước vào. 2-Máng phân phối. 3-Tấm chắn nửa chìm nửa nổi. 4-Máng thu nước. 5-Máng thu và xả chất nổi. 6-Mương dẫn nước ra. Nước thải dẫn vào bể theo mương và máng phân phối ngang với đập tràn thành mỏng hoặc tường đục lỗ xây dựng ở đầu bể trong suốt chiều rộng. Đối diện ở cuối bể cũng xây dựng máng tương tự để thu nước và đặt tấm chắn nửa chìm nửa nổi, cao hơn mực nước 0,15-0,2m và không sâu quá mực nước 0,25m. Tấm chắn này có tác dụng ngăn chất nổi, thường đặt cách thành tràn 0,25-0,5m. Để thu và xả chất nổi, người ta đặt một máng đặc biệt ngay sát bề mặt tấm chắn. Tấm chắn ở đầu bể đặt cách cửa vào khoảng 0,5-1m và không rộng hơn 0,2m với mục đích phân phối đều nước trên toàn bộ chiều rộng của bể. Chiều cao xây dựng bể lắng xác định như sau: H=h1 + h2 + h3 + h4 Trong đó h1-chiều sâu làm việc, m. h2-chiều cao lớp chứa cặn, m. h3-chiều cao lớp nước trung hoà, m(~0,4m). h4-chiều cao thành bể cao hơn mực nước, m, thường lấy 0,25-0,4m. Đáy bể làm dốc I=0,01 để thuận tiện khi cào gom cặn. Độ dốc của hố thu cặn không nhỏ hơn 45o. Xả cặn ra thường bằng áp lực thuỷ tĩnh với cột nước không nhỏ hơn 1,5m đối với bể lắng đợt I và 0,9m (sau bể Aeroten) hay 1,2m (sau bể Biophin) đối với bể lắng đợt II. Bể lắng ngang có thể làm một hố thu cặn ở đầu và cũng có thể làm nhiều hố thu cặn dọc theo chiều dài bể. IV. Phương pháp tổng quát tính toán bể lắng ngang [5]. Tính toán bể lắng trước hết là xác định kích thước, sau đó kiểm tra và điều chỉnh các giá trị đã thu được. Tốc độ chuyển động của nước ở trong bể lắng lấy sơ bộ bằng: Đối với bể lắng Radian (tại tiết diện ở giữa bán kính bể) và bể lắng ngang v= 5-7 mm/s. Chiều dài bể lắng ngang xác định theo công thức V.H L = ––––ắắắ k.Uo Bán kính bể lắng Radian và bể lắng đứng: R = [Q/(3,6pkUo)]1/2 với V-tốc độ chuyển động của nước thải ở trong bể, mm/s. H-chiều cao công tác của bể, m. k-hệ số, lấy căn cứ vào loại bể lắng. Bể lắng ngang k=0,5; bể lắng Radian k=0,45; bể lắng đứng k=0,35 và bể lắng Radian với thiết bị phân phối và thu nước di động k=0,85. Uo-tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng (độ lớn thuỷ lực) mm/s. Q-lưu lượng nước thải, m3/h. Độ lớn thuỷ lực của các hạt cặn xác định theo công thức: 1000.k.H Uo = ––––ắắắ–– - W a.t.(kH/h)n a-hệ số, tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của nước thải lấy theo bảng 2-6 sau: Nhiệt độ trung bình 60 50 40 30 25 20 15 10 của nước thải, oC a 0,45 0,55 0,66 0,80 0,90 1 1,14 1,3 n-hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào tính chất của cặn. t-thời gian nước lưu trong ống nghiệm với lớp nước h và hiệu suất lắng cho trước, xác định bằng thực nghiệm hay lấy theo bảng sau: Hiệu suất lắng (%) Thời gian lắng (s) ở trong ống nghiệm với chiều cao 500 mm Đối với cặn keo tụ Đối với cặn vô cơ tán sắc với khối lượng riêng 2-3 g/cm3 (n=0,4) Đối với cặn thô với khối lượng riêng 5-6 g/cm3 (n=0,6) Nồng độ, mg/l 100 200 300 400 500 1000 2000 3000 200 300 400 20 600 300 - - 150 140 100 40 - - - 40 1320 650 450 390 200 180 150 60 75 60 45 60 3800 1200 970 680 280 240 200 100 180 120 75 W-tốc độ rối thành phần đứng, lấy theo bảng: V, mm/s 5 10 15 20 W, mm/s 0 0,05 0,1 0,5 Sau khi xác định L&D người ta đi điều chỉnh tốc độ Q V = –––ắắắ–– 3,6.H.B B-chiều rộng bể, lấy bằng 2-5H. Đối với bể lắng Radian B lấy bằng chiều dài đi qua điểm giữa bán kính bể: Q V = –––ắắắắ–– 3,6.p.R.H Nếu giá trị điều chỉnh khác nhiều so với giá trị lấy sơ bộ (khi lấy W) thì chiều dài và bán kính của bể sẽ tính lại theo tốc độ điều chỉnh. *ứng dụng tính toán bể lắng lưu lượng 100m3/ngàyđêm. L = V.H/(k.Uo) 1000.k.H Uo = ––––ắắắ–– - W a.t.(kH/h)n a) Chọn chiều cao H=1,5m; W=0; ở 20oC ga=1 +) Đối với bể lắng ngang: k=0,5. Lấy B = 2H = 3m; (kH/h)n = 1,11. Đối với cặn keo tụ nồng độ 100mg/l hiệu suất lắng 60% thì thời gian lắng 3800s. Q = 100m3/ngàyđêm = 100/24 m3/h. Q V = ––––ắắắ– 3,6.H.B Suy ra VH= Q/(3,6B). V.H L = ––ắắắ–– = Q/(3,6.B.k.Uo) k.Uo W = 0 1000.k.H Uo = –––––ắắắ– - W a.t.(kH/h)n 1000.k.H Suy ra Uo = –––ắắắắ––– a.t.(kH/h)n Q Suy ra L = –––––––ắắắắắắắắ–– 1000.k.H 3,6.B.k –––ắắắắ––– a.t.(kH/h)n 100/24 L = ––ắắắắắắ–– .1.3800.1,11 3600.3.1,5.0,52 4,44 m Vậy chiều dài L=4,44m; chiều rộng B=3m; chiều cao H=1,5m. +) Bể Radian: k=0,45. R= [Q/(3,6pkUo)]1/2 = [Q.a.t.(kH/h)n/(3,6pk.1000.k.H)]1/2 R=[100.1.3800.1,08/(24.3600.3,14.0,452.1,5)]1/2 R2m. Vậy R=2; H=1,5. b)Khi lấy chiều cao H=2m; W=0; ở 20oC ga=1 +) Bể lắng ngang: K=0,5;H=2 suy ra (kH/h)n =1,19; B=2H=4m. L=Q/[3,6.B.k.1000.k.H/(a.t.1,19)] L=(100/24)/(3,6.4.0,52.1000.2).1.3800.1,19 L2,62m. Vậy L=2,62; H=2; B=4. +)Bể lắng Radian: k=0,45; (kH/h)n =1,16. R=[Q.a.t.(kH/h)n /(3,6.3,14.k2.1000.H)]1/2 R=[(100/24).1.3800.1,16/(3,6.3,14.0,452.1000.2)]2 R2m. Vậy R=2; H=2. +)Bể lắng đứng: H=2; k=0,35 suy ra ; (kH/h)n =1,11. R=[Q.a.t.(kH/h)n /(3,6.3,14.k2.1000.H)]1/2 R=[(100/24).1.3800.1,11/(3,6.3,14.0,352.1000.2)] R2,52m. Vậy R=2,52; H=2. Chương VI Nghiên cứu xử lý chất màu hữu cơ của dung dịch nhuộm bằng phương pháp keo tụ diện hoá. I. Phương pháp thực nghiệm Điện cực anôt được sử dụng trong quá trình keo tụ điện hóa là nhôm mác A7 và thép CT3. Bề mặt điện cực được gia công bằng phẳng, đánh bóng cơ học bằng giấy nhám SiC (1200), tẩy dầu mỡ trong axeton và tẩy gỉ trong dung dịch HCl 15% có thêm chất ức chế Urotropin. Sau khi tẩy gỉ bề mặt kim loại được trung hòa trong dung dịch kiềm yếu (Na2CO3 10g/l) và rửa lại bằng nước cất nhiều lần. Các chất màu hữu cơ được dùng trong dung dịch nhuộm có tên thương mại là Ryndye-W-Red-3M (màu đỏ) có bước sóng đặc trưng l = 500nm và Ryndye - W - Violet FFBN (màu tím) có bước sóng đặc trưng l = 560nm. Dung dịch nghiên cứu được chuẩn bị bằng cách hòa tan một lượng NaCl vào 200ml nước cất. Sau đó hòa tan thuốc nhuộm hữu cơ vào dung dịch NaCl, pH dung dịch được điều chỉnh bằng dung dịch HCl và NaOH. Dung dịch điện phân được lấy ra theo thời gian điện phân và phân tích trên máy đo quang để tính hiệu suất quá trình keo tụ. II. Kết quả và thảo luận. II.1. ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình keo tụ điện hóa chất màu bằng anôt nhôm II.1.1. ảnh hưởng của pH ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ điện hóa dung dịch thuốc nhuộm màu đỏ và màu tím có thành phần và điều kiện điện phân như sau: Nồng độ NaCl 1000ppm Nồng độ chất màu 100ppm Khoảng cách anôt và catôt: 20mm Mật độ dòng i = 0,5A/dm2 Thời gian điện phân t = 10 phút Kết quả của ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ được trình bày ở bảng 1. Bảng 1: ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ pH 4 5 6 7 8 9 10 Hiệu suất (Y%) Màu đỏ 40,25 57,54 73,87 87,75 78,45 50,65 41,50 Màu tím 35,50 48,61 67,38 75,18 70,35 40,58 34,23 Kết quả thu được cho thấy hiệu suất quá trình keo tụ cho dịch màu đỏ và màu tím đạt giá trị cao nhất tại pH = 7. Trong môi trường axit và kiềm hiệu suất quá trình keo tụ giảm. Nguyên nhân là do trong môi trường axit nhôm bị hòa tan và tồn tại dưới dạng ion Al3+ và Al(OH)2+. Cơ chế keo tụ trong môi trường axit là cơ chế nén cấu trúc lớp kép. Do vậy, để keo tụ các hạt keo màu theo cơ chế này thì phải cần một lượng rất lớn ion Al3+ và Al(OH)2+. Trong vùng pH từ 6 đến 8, cấu tử gây keo tụ thường tồn trại dưới dạng polime như Al13O4(OH)247+ hoặc kết tủa Al(OH)3. Các phức polime và kết tủa hydroxyt nhôm gây keo tụ cho hệ keo theo cơ chế hấp phụ, trung hòa điện tích và quét kết tủa. Việc kết hợp các cơ chế này đã làm cho quá trình keo tụ chất màu xảy ra dễ dàng và đạt hiệu suất cao. Trong môi trường kiềm (pH = 9 và 10), kết tủa Al(OH)3 bị hòa tan và tồn tại dưới dạng ion Al(OH)4- hoặc AlO2-. Nồng độ kết tủa Al(OH)3 giảm dẫn đến hiệu suất quá trình keo tụ giảm. Kết quả ở bảng 1 còn cho thấy hiệu suất keo tụ của dịch màu đỏ lớn hơn dịch màu tím. Nguyên nhân này có thể do cấu trúc không gian của phân tử thuốc nhuộm màu đỏ cồng kềnh hơn cấu trúc không gian của phân tử thuốc nhuộm màu tím. II.1.2. ảnh hưởng của mật độ dòng Mật độ dòng ảnh hưởng đến hiệu suất và thời gian tách loại chất màu. Quá trình keo tụ điện hóa được tíên hành trong dung dịch có thành phần như (2.1.1) ở pH = 7 với các giá trị mật độ dòng từ 0,5 A/dm2 đến 2 A/dm2. Kết quả của ảnh hưởng mật độ dòng đến hiệu suất keo tụ được trình bày ở bảng 2 và 3. Bảng 2: ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dung dịch màu đỏ Mật độ dòng (A/dm2) 0,5 1,0 2,0 T = 10 phút 87,74 91,54 89,63 T = 15 phút 91,46 98,80 94,50 Bảng 3: ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian k