Bể tuyển nổi là một công trình xuất hiện khá phổ biến trong hệ thống xử lý nước thải. Để loại bỏ các chất rắn lơ lửng rất nhỏ, không thể thu hồi ra khỏi ở song chắn rác, các hạt này ở dạng keo, và không khí từ máy nén khí tạo ra sức nổi của các hạt này. Để đạt hiệu suất xử lý cao nhất, bể tuyển nổi phải được tính toán chi tiết và chính xác nhất. Bài viết này hãy cùng tìm hiểu chi tiết hơn về phương pháp tính toán và thiết kế bể tuyển nổi chi tiết như sau:
Các nội dung chính
Mục đích và nguyên tắc của bể tuyển nổi
Mục đích
Bể tuyển nổi thường được sử dụng để tách, phân tán các tạp chất không tan (ở dạng rắn hoặc hạt lỏng). Trong một số trường hợp, bể cũng được sử dụng để tách các chất tan, chẳng hạn như chất hoạt động bề mặt. Quá trình này được gọi là tách bọt hoặc làm đặc. Trong xử lý nước thải, về nguyên tắc, nó được sử dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng hoặc dầu mỡ trong hỗn hợp nước thải và cô đặc bùn sinh học.
Nguyên tắc
Quá trình tuyển nổi là là quy trình tách các tạp chất rắn không hòa tan hoặc hòa tan có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng của chất lỏng cơ bản bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt hoặc chất thẩm ướt. Nếu sự chênh lệch tỷ trọng đủ để tách ra, nó được gọi là tuyển nổi tự nhiên.
Khoa học của bể tuyển nổi
Cơ sở lý thuyết cơ bản của tuyển nổi được xác lập trên cơ sở các kết quả nghiên cứu vật lý và hóa học hiện đại. Hiện nay người ta dựa vào lý thuyết để điều khiển quá trình tuyển nổi, điều chỉnh tỷ lệ các thành phần theo tính chất của từng hỗn hợp cho vào để làm chất tuyển nổi.
Để giải thích sự kết dính của các phân tử nổi lên bề mặt bọt và hỗn hợp do chất nổi tạo ra, người ta đưa ra nhiều giả thuyết hóa học lượng tử được dùng để giải thích chất nổi với các obitan trống, hay còn gọi là mô hình obitan phân tử.
Tóm lại, ngày nay, sự bám dính của chất tuyển nổi lên bề mặt cấu kiện tuyển nổi được chia thành 3 dạng cơ chế cơ bản: hấp phụ tĩnh điện, hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý học. Trong đó hấp phụ hóa học là quan trọng nhất, vì nó quyết định tính đặc trưng và tập hợp của tác nhân tuyển nổi và một thành phần tuyển nổi nhất định, các tính chất này được quyết định bởi chiều dài, cấu trúc hidrocacbon, và tỷ lệ của các thành phần khác trong hệ thống bể tuyển nổi.
Tham khảo: Tính toán và thiết kế bể lắng cát
Hấp phụ hóa học xảy ra thông qua việc hình thành các liên kết phối trí giữa chất chất tuyển nổi và các thành phần cần nổi. Trong hầu hết các trường hợp, liên kết phối trí này được hình thành do tác dụng của chất tuyển nổi (trong thành phần chứa các nguyên tử có cặp điện tử tự do, chẳng hạn như N, S, O, P, hoặc P) và thành phần tuyển nổi chứa cation số lượng tử chính n≥2.
Sự kết dính của các phân tử chất tuyển nổi có chứa các chất cho điện tử có thể xảy ra ở bất kỳ vị trí nào trên bề mặt của phần tử tuyển nổi, nơi các obitan trống được hình thành trong quá trình nghiền hoặc nghiền quặng. Điều kiện cần thiết để xảy ra tương tác giữa chất tuyển và chất tuyển nổi ion (Y-) (trừ trường hợp phản ứng không dị thể) là sự thủy phân hoặc oxi hóa phối tử để tạo liên kết và phân cực trên lớp bề mặt. Kết quả là dễ dàng xảy ra hiện tượng tách và đẩy các hạt mang điện tích âm.
Loại liên kết phối trí này có tính đối xứng do đó khi tổ hợp của chúng có các đặc trưng cơ bản (như độ dài, năng lượng, số phối trí) gần với các liên kết trong mạng tinh thể của thành phần tuyển nổi thì sự kết dính giữa chất tuyển nổi, bề mặt của thành phần tuyển nổi sẽ chặt chẽ hơn và có tính chọn lọc. Hạn chế của quan điểm này là nó không xem xét bản chất của liên kết thành phần tuyển nổi. Không có điểm chung về ảnh hưởng của thuốc thử ion và ion âm.
Trong quá trình hấp phụ, hầu hết các vật liệu tuyển nổi có chứa O, N và P trong phân tử của chúng thể hiện tính chất tuân theo quy luật sau: tính axit của chất tuyển nổi càng yếu thì sự kết hợp với bề mặt càng chặt. Các hạt tuân theo quy luật tạo phức chất trong dung dịch.
Khi có sự hình thành liên kết π hoặc hiệu ứng tĩnh điện thì quy luật ngược lại xảy ra. Giá trị hằng số phức của các cation kim loại có trong mạng tinh thể của chất tuyển nổi và thành phần tuyển nổi được tách ra càng lớn thì độ chọn lọc của chất tuyển nổi càng lớn. Giá trị của hằng số phức K và hoạt độ hoạt hóa của Khh, đặc trưng cho độ bám dính của chất nổi ion, liên quan theo công thức sau:
Trong đó:
-Khh: hằng số kích hoạt
-S: Nồng độ mol của hợp chất kém tan.
-K: Hằng số tạo phức.
Trên cơ sở này, có thể đánh giá ảnh hưởng của độ axit và độ kiềm của chất tuyển nổi, giá trị pH của kim loại và dung dịch đến khả năng hấp phụ cực đại của chất tuyển nổi. Khi chúng ta tăng tính axit của tuyển nổi và các cation trong mạng tinh thể, sự hấp phụ tối đa của tuyển nổi chuyển sang vùng pH thấp hơn.
Tham khả: Tính toán và thiết kế bể điều hòa
Phương pháp tính toán và thiết bể bể tuyển nổi
Tính toán và thiết kế bể tuyển nổi
Thông số thiết kế của bể tuyển nổi không khí hòa tan DAF:
Lưu lượng trung bình: Q = 1,2 m3/ngày = 50×10-3 (m3/h)
Áp suất làm việc và hàm lượng cặn lơ lửng
-Tỷ lệ khí/nước (ml) không khí của cặn 1mg có thể được chọn từ 0,015-0,05 theo bản chất của cặn, chẳng hạn như kích thước, mật độ và trạng thái bề mặt của mỗi bông.
-1,3: Khối lượng không đổi của không khí, mg / ml
-R: Dòng nước tuần hoàn.
-K: độ tan của không khí trong nước (ml / l) hoặc thể tích của chất khí lấy theo bảng sau:
| Nhiệt độ(oC) | 0 | 10 | 20 | 30 |
| Ck (ml/l) | 29.2 | 22.8 | 18.7 | 15.7 |
– Nội suy ta được nhiệt độ t0tb = 25oC thì Ck = 17,2 (ml / l)
– f: hệ số tỉ lệ hoà tan của không khí và nước dưới áp suất P, lấy f = 0,8 (0,5 < f < 3)
– Cc: hàm lượng cặn (mg / l), SS = 332 mg / l
– P: áp suất (atm)
– p: Áp lực kế hay áp suất vận hành (kPa), chọn p = 330 kPa (270kPa ≤ p ≤ 340kPa)
Lưu lượng nước tuần hoàn
– Tỷ lệ phần trăm nước tuần hoàn:
Tổng lưu lượng nước vào bể tuyến nổi
Tiết diện bề mặt tuyển nổi
-L: tải trọng bề mặt của bể tuyển nổi, L = 3-10m3 / m2h, chọn L = 3m3 / m2h
Chọn hình dạng của ô tuyển nổi
– Hình dạng bể tuyển nổi: tròn
– Vật liệu: thép CT3
– Tiêu thụ không khí: 15-50 lít / m3 nước
– Chiều cao bể nổi
- H: chiều cao của cả bể, chọn H = 0,5 m
- H1: chiều cao của ngăn tạo bọt, Lấy: H1 = 0,15 (m)
- H2: chiều cao của phần lắng, Lấy: H2 = 0,25 (m)
- Hbv: chiều cao bảo vệ, tùy chọn: Hbv = 0,1 (m)
– Đường kính bể
Trong số đó: A là diện tích bề mặt của ô tuyển nổi
Đường kính ống tâm: d = 20% × D = 20% × 0,2 = 0,04 (m)
Đường kính của buồng tạo bọt: Dk = D – d = 0,2 – 0,04 = 0,16 (m)
Với:
-D: Đường kính ô tuyển nổi
-H: chiều cao của bể tuyển nổi
-Thời gian lưu nước thực tế trong bể nước
trong đó:
-V: Thể tích bể tuyển nổi
-QT: tổng lưu lượng nước vào ao tuyển nổi
Góc nghiêng của đáy bể so với mặt phẳng ngang là 30 độ.
Ống nước nối vào bể:
Tổng hợp các thông số thiết kế bể tuyển nổi:
| STT | THÔNG SỐ | ĐƠN VỊ | GIÁ TRỊ |
| 1 | Đường kính bể | m | 0.2 |
| 2 | Thể tích bể | m3 | 0.03 |
| 3 | Chiều cao bể | m | 0.5 |
| 4 | Diện tích bề mặt tuyển nổi | m2 | 0.03 |
| 5 | Đường kính ống trung tâm | m | 0.04 |
| 6 | Đường kính ngăn tạo bọt | m | 0.16 |
| 7 | Thời gian lưu nước | phút | 15 |
| 8 | Lưu lượng nước hoàn lưu | m3/h | 0.03 |
| 9 | Đường kính ống nước vào bể | m | 0.05 |
| 10 | Đường kính ống tuần hoàn | m | 0.02 |
| 11 | Công suất bơm | W | 750 |
Đường kính của ống tuần hoàn vào bể tuyển nổi
trong đó:
R: lưu lượng nước tuần hoàn, R = 0,03 (m3 / h)
v: vận tốc nước chảy trong ống, chọn v = 1,5 (m / s)
Tính toán bình chứa khí tan
-Vật liệu được chọn là thép CT3
Thể tích bình chứa khí nóng chảy
Thực tế, thể tích nước chỉ chiếm 2/3 thể tích bồn khí tan
Bồn tạo áp được thiết kế hình trụ
Chọn chiều cao là h = 0,4m
Đường kính bình chứa khí tan
Hàm lượng khí cần cung cấp
Trong đó:
– S: lượng phần cặn tách ra trong khoảng 1 phút
Vậy lượng khí cần cung cấp là:
Vậy chọn máy nén khí có
Các thông số thiết kế bồn khí tan (bình chứa khí tan)
| STT | THÔNG SỐ | ĐƠN VỊ | GIÁ TRỊ |
| 1 | Thể tích | m3 | 0.02 |
| 2 | Chiều cao | m | 0.4 |
| 3 | Đường kính | m | 0.08 |
| 4 | Thời gian lưu nước | phút | 2 |
Tính lượng bơm từ bể chứa vào bể tuyển nổi
trong đó:
-Q: Lưu lượng nước (m3 / h), Q = 0,05 (m3 / h) = 1,4×10-5 (m3 / s)
– ρ=1000kg/m3
– η=70%, hiệu suất bơm
Cột áp của bơm
Trong đó:
– ∆Z: Khoảng cách từ mặt nước bể chứa đến mặt nước bể tuyển nổi, ∆Z=1.5 mH2O
– ∑h: Tổng tổn thất áp suất từ mặt nước của bể chứa đến mặt nước của bể tuyển nổi, ∑h=1.5 mH2O
Công suất của bơm là
Chọn máy bơm có công suất 750 (W)
Tính toán máy nén khí
Chọn máy nén khí ly tâm 2 cấp
Năng suất máy nén khí, chọn Qk = 23 (l / phút) = 1,38 (m3 / h)
Áp suất đầu vào: P1 = 105 N / m2
Áp suất cuối: P2 = 3,165×105 N / m2
Máy nén đoạn nhiệt hai cấp nén
trong đó:
-Z: số cấp độ nén, 2
-T1: nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, T1 = 273 + 25 = 298 ° K
– k: chỉ số đoạn nhiệt,
(so với không khí)
-P1: Áp suất tuyệt đối ban đầu, P1 = 9,82×104 (Pa)
-P2: áp suất cuối quá trình nén, P2 = 304,5×103 (J / Kg)
Công suất máy nén lý thuyết
trong đó:
-G: Công suất nén, G = 1,83 (m3 / h) x 1,3 (kg / m3) (kg / s)
-L: Công nén của 1kg không khí từ P1 đến P2
Công suất thực của máy nén đoạn nhiệt
ηda: Hiệu suất của đoạn nhiệt, chọn từ 0.8- 0.9
Công suất của động cơ điện
trong đó:
-β: hệ số dự trữ công suất, các tùy chọn: 1,1-1,15
– η: Hiệu suất động cơ, tùy chọn: 0,9
Chọn máy nén khí có công suất 0.08 mã lực
Xem thêm: Tính toán bể Aerotank
____________________________
Trên đây là cách tính toán và thiết kế bể tuyển nổi chi tiết nhất. Để tìm hiểu thêm về cách xử lý nước thải theo phương pháp sinh học, xin hãy liên hệ với Biogency theo số Hotline: 0909 538 514
Tài liệu tham khảo:
Tính toán bể tuyển nổi DAF (tailieumoitruong.org)
Chịu trách nhiệm nội dung
Phó Giám Đốc - Đồng Thị Tú Anh
