Cơ sở lý thuyết của quá trình lắng

2Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG MỤC ĐÍCH Nhằm loại bỏ một phần cặn trong nguồn nước, lắng bùn sau bể sinh học, bể phản ứng – keo tụ,… hay làm sạch sơ bộ trước khi đưa vào bể lọc Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng: – Khối lượng riêng của cặn, nước – Độ nhớt của nước. – Đường kính, hình dạng, kích thước cặn lắng. 3 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG CÁC DẠNG LẮNG Lắng các hạt rời rạc Lắng bông cặn Lắng nén 4 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG CÁC LOẠI CẶN LẮNG Cặn rắn: là những hat phân tán riêng lẻ, có độ lớn, hình dạng bề mặt không thay đổi trong suốt quá trình lắng, tốc độ lắng không phụ thuộc vào chiều cao lắng và nồng độ cặn 5Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG CÁC LOẠI CẶN LẮNG Cặn lơ lửng: có bề mặt thay đổi, có khả năng kết dính và keo tụ với nhau trong quá trình lắng, nên tốc độ lắng thay đổi. 6 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG CÁC LOẠI CẶN LẮNG Các bông cặn: có khả năng dính kết với nhau, khi nồng độ > 1000 mg/l tạo thành các đám cặn. Khi lắng xuống, nước từ dưới lên qua các khe rỗng giữa các bông cặn tiếp xúc là tăng lực ma sát, hạn ché tốc độ lắng của hạt. Water Solid 8 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG CÁC HẠT KHÔNG CÓ KHẢ NĂNG KEO TỤ (MÔI TRƯỜNG TĨNH - HẠT ĐỒNG NHẤT) Lực quán tính ( ) 3 1 0 π.d duF m.a ρ ρ 6 dt = = - F: lực quán tính (mm/s) r1: khối lượng riêng của hạt r0: khối lượng riêng của nước d: đường kính hạt (mm) F P I P F 9Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG CÁC HẠT KHÔNG CÓ KHẢ NĂNG KEO TỤ (MÔI TRƯỜNG TĨNH - HẠT ĐỒNG NHẤT) Lực trọng trường: ( ) 3 1 0 π.dP m.g ρ ρ .g 6 = = - P: lực trọng trường (mm/s) g: gia tốc trọng trường r1: khối lượng riêng của hạt r0: khối lượng riêng của nước d: đường kính hạt (mm) F P I P F 10 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG CÁC HẠT KHÔNG CÓ KHẢ NĂNG KEO TỤ (TRONG MÔI TRƯỜNG TĨNH - HẠT ĐỒNG NHẤT) Lực cản của môi trường: 2 2 c 0 0F φ .ρ .u .d= Fc: lực cản của môi trường (mm/s) φ0: hệ số sức cản phụ thuộc vào hằng số Reynold: u2: tốc độ lắng của hạt r0: khối lượng riêng của nước d: đường kính hạt μ: độ nhớt của nước 0ρ .u.dRe μ = 11 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG CÁC HẠT KHÔNG CÓ KHẢ NĂNG KEO TỤ (MÔI TRƯỜNG TĨNH - HẠT KHÔNG ĐỒNG NHẤT) Theo thực nghiệm cho thấy, trong môi trường tĩnh sau một thời gian rất ngắn hạt chuyển động với vận tốc đều. Ví dụ: – d = 1mm, sau thời gian t = 6,5.10-2s – d: = 0,002mm, sau thời gian t = 1,6710-6s Như vậy, tốc độ lắng của hạt có thể được tính: ( ) 201 ... 18 1: dgurôiñoäToác ú û ù ê ë é m r-r = 12 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG TỰ DO TRONG BỂ LẮNG NGANG Xích – thanh cào Máng thu chất nổi Ra Xử lý bùn Tấm tràn Vào HT cào bùn 13 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG TỰ DO TRONG BỂ LẮNG NGANG Dòng nước chuyển động theo phương ngang ở chế độ chảy tầng. Tốc độ chảy trong bể như nhau. Thời gian lưu nước của các phân tử trong bể như nhau và bằng thể tích/lưu lượng. Trên mặt cắt ngang vuông góc với chiều dòng chảy ở đầu bể, nồng độ các hạt cặn bằng nhau. Hạt cặn ngừng chuyển động khi chạm đáy bể 14 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG TỰ DO TRONG BỂ LẮNG NGANG Để đảm bảo các yếu tố trên bể lắng ngang phải có: – Vùng phân phối nước: đảm bảo đưa nước vào và phân phối đều nước, cặn trên toàn bộ mặt cắt ngang đầu bể. – Vùng lắng – Vùng chứa cặn – Vùng thu nước 15 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG TỰ DO TRONG BỂ LẮNG NGANG vd vd vd vS vo vSh h Lo L Vùng chứa cặn Phân phối nước vào Thu nước raVùng lắng H Q Q 16 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG TỰ DO TRONG BỂ LẮNG NGANG Ta có: L vHu v L u H 0 0 00 ; ´== Ta có: L vHu v L u H 0 0 00 ; ´== );/(0 smHB Qv ´ = )()/( 2 0 0 mu QFhaysm F Q LB Qu == ´ = Trong đó: v0: tốc độ chuyển động của dòng nước (m/s) Q: lưu lượng dòng nước qua vùng lắng (m3/s) F: diện tích bề mặt vùng lắng (m2) 17 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG TỰ DO TRONG BỂ LẮNG NGANG Tốc độ lắng của các hạt cặn có tốc độ lắng nhỏ có thể xác định: 100100 0 1 ´=´= u u H hC n 18 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Ảnh hưởng của dòng chảy rối Ảnh hưởng của hiện tượng phân bố vận tốc không đều và hiện tượng ngắn dòng đến hiệu quả lắng Hiện tượng xói cặn đã lắng 19 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG VẬN TỐC LẮNG; m/s ( )4 3 p s D g d v C r r r ´ ´ - ´ = ´ ´ Gia tốc; 9,81m/s2 Hệ số nhám, phụ thuộc vào số Reynolds Khối lượng riêng của nước; kg/m3 Đường kính của hạt; mm Khối lượng riêng của hạt; kg/m3 20 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG HẰNG SỐ REYNOLDS v dR r m ´ ´ = 21 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA R VÀ CD 1 > R 1<R<1000 R > 1000 2 4 2 4 . . .D C R v d m r = = 24 3 0,34DC R R = + + Hoặc 18,5 DC R = CD = 0,34 – 0,40 22 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG LẮNG CÁC HẠT CẶN KEO TỤ L H v0 u0 u<u0 24 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG PHÂN LOẠI BỂ LẮNG Tuỳ theo công dụng của bể lắng trong công trình xử lý sinh học mà phân biệt bể lắng đợt I và bể lắng đợt II. Căn cứ theo chế độ làm việc: gián đoạn, liên tục. Căn cứ theo chiều nước chảy: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng ly tâm 25 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG BỂ LẮNG NGANG – SƠ ĐỒ CẤU TẠO Vùng lắng Vùng chứa bùnVùng vào Vách hướng dòng Vùng ra Tấm chắn BỂ LẮNG NGANG Máng tràn 26 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG BỂ LẮNG NGANG (ƯU – KHUYẾT ĐIỂM) ƯU ĐIỂM Dễ thiết kế, xây dựng và vận hành Áp dụng cho lưu lượng lớn KHUYẾT ĐIỂM Thời gian lưu dài Chiếm mặt bằng xây dựng 27 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG BỂ LẮNG NGHIÊNG j Q0 Q0 Nöôùc ra Xaû caën Vuøng laéng Nöôùc vaøo 28 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG Trộn+tạo bông+lắng kết hợp vào 1 đơn nguyên Ngaên taïo boâng Ngaên chöùa buøn Maùng thu Maùng phaân phoái Vaùch nghieâng Vaøo Ra Xaû caën 45-65o BỂ LẮNG NGHIÊNG KẾT HỢP 29 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG BỂ LẮNG ĐỨNG – SƠ ĐỒ CẤU TẠO Gồm 4 vùng: – Vùng phân phối nước vào – Vùng lắng – Vùng thu nước ra – Vùng chứa cặn Vaøo Ra Xaû buøn 30 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG BỂ LẮNG ĐỨNG (ƯU – KHUYẾT ĐIỂM) ƯU ĐIỂM Sử dụng ít diện tích KHUYẾT ĐIỂM Hiệu suất thấp Lắng hạt có tỷ trọng lớn Vận hành phức tạp 31 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG BỂ LẮNG LY TÂM – SƠ ĐỒ CẤU TẠO Roán beå chöùa buøn Maùng thu vaùng noåi Ra Vaøo tôùi xlyù buøn Circular settling tank 32 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG BỂ LẮNG LY TÂM (ƯU – KHUYẾT ĐIỂM) ƯU ĐIỂM Tiết kiệm được diện tích Lắng được nhiều loại cặn có kích thước khác nhau Hiệu suất cao KHUYẾT ĐIỂM Vận hành đòi hỏi kinh nghiệm Chi phí vận hành cao Ứng dụng: Sử dụng để tách các loại hàm lượng cặn khác nhau trong xử lý nước thải 33 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG Vaøo Vuøng troän I Vuøng laéng Xaû buøn Hoùa chaát Vuøng troän II Turbine Vuøng chöùa buøn BỂ LẮNG TIẾP XÚC 34 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QT LẮNG Lựa chọn sơ bộ theo công suất Bể lắng đứng: đến 20.000m3/ngày Bể lắng ngang: > 15.000m3/ngày Bể lắng Radian: > 20.000m3/ngày Bể lắng hai vỏ: thường công suất nhỏ và trung bình, áp dụng công suất > 20.000m3/ngày (khi có cơ sở phù hợp) LỰA CHỌN BỂ LẮNG (THEO TCXD 51 : 1984)