Xử lý nước thải và các phương pháp liên quan | Công nghệ môi trường đại cương | Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Dịch thải khác nước thải Giống nhau: đều là thể lỏng. khác nhau: hàm lượng, mật độ các thành phần ô nhiễm -CNMT: áp dụng các nguyên lý khoa học và công nghệ để cải thiện chất lượng mt( kk, nước, đất/ vùng ô nhiễm) để từ đó đảm bảo đk sống trong lành cho con người,hst -CNMT liên quan đến việc kiểm soát ô nhiễm nước và không khí, tái chế, xử lý chất thải và các vấn đề sức khỏe cộng đồng cũng như kiến thức về luật mt. Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Công nghệ môi trường đại cương 10 tài liệu
Trường: Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 0.9 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG
Dịch thải khác nước thải
Giống nhau: đều là thể lỏng.
khác nhau: hàm lượng, mật độ các thành phần ô nhiễm
-CNMT: áp dụng các nguyên lý khoa học và công nghệ để cải thiện chất lượng mt( kk, nước, đất/ vùng ô
nhiễm) để từ đó đảm bảo đk sống trong lành cho con người,hst
-CNMT liên quan đến việc kiểm soát ô nhiễm nước và không khí, tái chế, xử lý chất thải và các vấn đề sức
khỏe cộng đồng cũng như kiến thức về luật mt
-các kĩ sư môi trường tiến hành các nghiên cứu quản lý chất thải nguy hại để đánh giá tầm nguy hại, tư
vấn cách xử lý và ngăn chặn, đồng thời xác định các quy định để ngăn ngừa rủi ro
-các kĩ sư mt cũng thiết kế hệ thống cấp nước thành phố và xử lý nước thải CN cũng như quan tâm đến
các vấn đề mt địa phương và trên toàn tg như tác động của mưa axit, suy giảm ozon, ô nhiễm nước và ô
nhiễm kk từ khí thải ô tô và các nguồn CN
- ở đk thường 1 atm, 250C : hơi: dạng lỏng; khí: dạng khí
- các vấn đề mt: kk, nước, chất thải rắn
- các lĩnh vực liên quan đến cnmt: CNXD hạ tầng, CN hóa, cơ điện, hóa sinh, địa hình, địa chất,hst
BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI -
Tại sao phải xử lý nước thải -
Xử lý nước thải có bao nhiêu bậc? nhóm pp áp dụng ở mỗi bậc -
Các yếu tố cần cân nhắc khi lựa chọn pp xử lý
+xử lý nước:
-sx nước cấp: từ nước mặt; từ nước ngầm
- xử lý nước thải: nước thải sinh hoạt; nước thải công nghiệp(nước mưa, nước vệ sinh,làm nguội, nước thải công nghệ)
+ nguồn nước cấp
-nước ngầm: tp ổn định; hàm lượng khoáng cao; độ đục thấp; màu nhạt; ít hoặc ko có oxi hòa tan(COD);
độ cứng cao; nồng độ fe,mn cao
- nước mặt: tp biến đổi; hàm lượng khoáng thấp; độ đục cao; có màu; có DO; độ cứng thấp; có mùi và vị
+ yêu cầu xử lý nước thải:
-nước thải từ các hđ sx (CN,NN,DVụ), sinh hoạt có thành phần: 99,94% nước; 0,06% SS,DS (SS=100- 350
mg/l; BOD5= 100-300 mg/l; tp vsv gây bệnh, các chất dd, các khoáng, kim loại,… - nhóm thông số:
Thông thường: hóa lý( T,Ph; độ đục(TSS, độ dẫn) ; ions ( cation-KLN, anion); độc tính (POPs; phenol,…) Hữu cơ: COD; BOD; DO; TOC
+ mục tiêu của xử lý nước thải: -loai bỏ chất rắn, - loại bỏ CHC
-loại bỏ dung dịch(N và P)
- Loại bỏ hoặc khử hoạt tính của các mầm bệnh
- loại bỏ các thành phần độc hại
+ các cấp bậc của xử lý nước thải:
Tiền xử lý-> loại bỏ cát sạn và các vật thể lớn
Bậc 1: loại bỏ các hạt lơ lửng bằng cách lắng (BOD,N,P, và vài mầm bệnh)
Bậc 2: loại bỏ BOD,N và P hòa tan bằng phân hủy sinh học
Bậc 3: các xử lý bổ sung, cụ thể cho các TH( dd,CHC, chất keo)
Khử trùng: khử hoạt tính các mầm bệnh
Bậc cao: xử lý bằng các phương pháp cao hơn( xử lý các tp ở các bậc trên chưa xử lý được hoặc xử lý yếu
BÀI 2: PHƯƠNG PHÁP CƠ LÝ
Pp cơ lý có: song chắn rác; điều hòa-trộn; tuyến nổi; lắng; lọc cơ học(lọc màng); ly tâm
1. Phương pháp song chắn rác:
-cơ sở: dựa vào kích thước của các thành phần tập chất rắn trong nước so với song lưới chắn rác
-vai trò: lọc, bảo vệ bơm, giảm mức độ ô nhiếm cho các bước tiếp theo
2. Phương pháp điều hòa, trộn:
-cơ sở lý thuyết: quá trình trộn dòng, lẫn
-vai trò: điều hòa hàm lượng, nồng độ trong cơ thể; kiểm soát
Kết hợp---sục khí, lắng…..vừa sục khí+lắng thực hiện quá trình dán đoạn
---điều hòa trung hòa:- giảm diện tích ở bể điều chỉnh
3. Phương pháp tuyến nổi:
-cơ sở lý thuyết: dựa vào tỉ trọng khác nhau của các thành phần trong nước so với nước
Tỉ trọng< nước ----> nổi
Tỉ trọng> nước ----> chìm
Tỉ trọng= nước -----> lơ lửng
-vai trò: tăng cường, bổ sung bọt khí và các vật liệu có tỉ trọng nhỏ hơn nước. loại bỏ các chất có khả
năng nổi trên mặt nước như dầu, mỡ, chất rắn lơ lửng…
4. Phương pháp lắng (ngược với tuyến nổi)
-cơ sở lý thuyết: dựa vào sự khác nhau về tỉ trọng. dựa vào tỉ trọng khác nhau của các thành phần trong nước so với nước
Tỉ trọng< nước ---->chìm
Tỉ trọng> nước----> nổi
Tỉ trọng= nước ----> lơ lửng
-vai trò: tách các thành phần chất rắn ở trong nước. tách các tp khô: đất,cát..; tách được chất lơ lửng, bùn sinh học…
5. Phương pháp lọc
-cơ sở lý thuyết: dựa vào kích thước chất rắn so với kích thước của lỗ lọc
-vai trò: tách các thành phần chất rắn khác nhau trong nước
So sánh lọc cát nhanh và lọc cát chậm: Lọc cát chậm Lọc cát nhanh Ưu điểm
Tạo lớp màng giúp lọc tốt
Hệ thống lọc xử lý đơn giản dễ lọc nhanh
- Dùng xử lý nước không phèn
- Có thể tích hợp với hệ thống có công
- Khử được tất cả các vi khuẩn , vi sinh
suất lớn cỡ nghìn m3 nước/ngày trùng kể cả Ecoli
- Có tốc độ lọc 5 ÷15m/h
- Có cấu tạo và quản lý đơn giản, giá
- Chi phí đầu tư thấp, phù hợp với nhiều
thành thấp. Không dùng nhiều máy người móc
- Có thể được áp dụng trong nhiều
- Chất lượng nước lọc chậm ổn định
trường hợp khác nhau, có thể sử dụng
- Không cần nhiều công nhân cũng như hoàn toàn độc lập. kỹ thuật cao
- Chất lượng nước sau khi lọc nhanh
- Có thể chịu được đợt bẩn sốc ngắn
chứa lượng chất rắn lơ lửng khoảng 2 –
hạn (2 – 3 ngày) do hàm lượng nước bị
5g/m3 đã đủ điều kiện để đi vào lọc
ô nhiễm cao đột biến cúng như tăng chậm. lưu lượng nước.
- Có thể xử lý được nước thô hàm lượng
cặn từ 20 đến 50g/m3 hoặc cao hơn.
- Hành lang điều khiển có mái che, nằm
ngay trên hành lang đặt ống, đứng trong
hành lang, người vận hành dễ dàng quan
sát các hiện tượng xảy ra. Nhược điểm
Diện tích lớn quản lý bằng thủ công.
Tốn công nhân, các thiết bị lắp đặt có
Quản lý bằng thủ công nặng nhọc. tính ổn định cao
-Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn.
- Phương án truyền thống không phù
- Vận tốc lọc thấp với công suất nhỏ hợp với công suất nhỏ hơn hoặc bằng 1000m3
- Không có khả năng tạo ra nước lọc an
- Có tốc độ lọc 0,140,5 m/h
toàn về mặt vi trùng, nên trong quá
- Hay bị tắc, có hàm lượng rong tảo cao trình xử lý nước sinh hoạt phải kết hợp hơn mức cho phép
cả quá trình khử trùng ngay trong quá
- Thời gian ngừng hoạt động trên 1 trình lọc.
ngày sẽ xuất hiện yếm khí màng lọc, tạo - Lọc với vận tốc lớn nên dễ gây ra hiện
ra các bọt khí và mùi hôi nặng
tượng làm tắc vật liệu lọc
- Chất lượng nước lọc ngay sau khi rửa
chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu,
không đưa ngay vào bể chứa.
- Tốc độ lọc thay đổi dẫn đến công suất
của bể lọc luôn thay đổi, gây khó khăn cho quản lý. Áp dụng: -
Bể lọc chậm: Dùng cho các nhà máy vừa và nhỏ với lượng nước ít vài m3/ngày và có điều kiện về
quỹ đất. Ứng dụng cho các gia định hoặc cụm dân cư có ngoại thành. -
Bể lọc nhanh: Có thể sử dụng cho các nhà máy có công suất lớn cỡ nghìm m3 mỗi ngày.
BÀI 3: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ Trung hòa
˗ Trung hòa giữa nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm: Chế độ thải nước có kiềm và axit của các
nhà máy xí nghiệp rất khác nhau. Nước thải chứa axit thường được thải một cách đều đặn ngày đêm và
có nồng độ nhất định. Nước thải chứa kiềm lại thải theo chu kỳ, một hoặc hai lần trong một ca tùy theo
chế độ công nghệ. Do đó nước thải kiềm phải xây dựng bể điều hòa. Thể tích của nó phải đủ để chứa
lượng nước thải có kiềm trong ngày đêm. Từ bể điều hòa nước thải có kiềm được xả một cách đều đặn
vào ngăn phản ứng. Ở đó nhờ khuấy trộn chung với ngăn axit nên quá trình trung hòa được thực hiện.
˗ Trung hòa nước thải bằng cách cho thêm hóa chất. Để trung hòa các axit vô cơ có thể dùng bất cứ loại
hóa chất nào có ion OH- trong dung dịch, thường sử dụng nhất là Ca(OH)2 dạng nhão hay vôi sữa,
CaCO3, MgCO3 ở dạng bột,... riêng NaOH và sôđa Na2CO3 người ta chỉ dùng chúng khi chúng ở dạng
phế liệu địa phương. Để trung hòa axit hữu cơ thường dùng vôi tôi (dung dịch vôi 5 - 10%) hoặc
dung dịch vôi tôi với nước amoniac NH4OH kỹ thuật 25%. Cho thêm amoniac để tạo điều kiện thuận lợi
cho quá trình sinh hóa tiếp theo và giảm được hàm lượng cặn vôi.
˗ Trung hòa nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hòa. Nước thải: để trung hòa
nước thải chứa HCl, HNO3 kể cả axit sunfuric với hàm lượng dưới 5 g/l và không chứa muối kim loại,
người ta có thể dùng phương pháp lọc liên tục. Vật liệu lọc: đá vôi, đá hoa cương,... kích thước các vật liệu lọc 3 - 8 cm.
˗ Dùng khí thải - khói từ lò hơi để trung hòa nước thải chứa kiềm. Khí từ ống khói lò hơi đã cháy thường
chứa khoảng 14% CO2. Khí CO2 khi tan trong nước sẽ tạo thành axit cacbonic (acid yếu). Vì vậy người ta
thường dùng khí này thổi vào nước thải chứa kiềm để trung hòa theo phản ứng sau: CO2+ H2O → H2CO3 H2CO3+ 2NaOH → Na2CO3+ H2O
H2CO3 + Na2CO3+ H2O → 2NaHCO3+ H2 2. Kết tủa
˗ Sử lý chất thải rắn lơ lửng: Dùng phèn nhôm: khi được thêm vào nước thải có chứa calcium hay
magnesium bicarbonate phản ứng xảy ra như sau:
Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 → 3CaSO4+ 2Al(OH)3 + 6CO2+ 18H2O
Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống với một vận tốc chậm kéo theo nó là các chất rắn lơ lửng.
˗ Sử lý photpho: Trong môi trường pH > 10 các ion Ca2+ sẽ
phản ứng với các ion PO43- tạo nên hydroxylapatite kết tủa.
˗ Xử lý amoni bằng tạo struvit 3. Keo tụ - tủa bông
- Trên thực tế người ta thường dùng các chất keo tụ sau: Al2(SO4)3.18H2O; Al2(OH)5Cl ;
KAl(SO4)2.12H2O; NH4Al(SO4)2.12H2O; Fe2(SO4)3.2H2O,... - Chất trợ keo:
+ Tự nhiên: tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, xenlulo và Dioxitsilic hoạt tính(xSiO2.yH2O), chitosan...
+ Tổng hợp: thường dùng là polyacrylamit
Khi sử dụng các muối nhôm và sắt làm chất đông keo tụ, chúng sẽ phân ly trong nước tạo thành các
hiđroxit ít tan, những hiđroxit này sẽ hấp phụ các chất lơ lửng cũng như các chất keo, tạo thành những
bông keo tụ lớn hơn dễ dàng tách ra khỏi nước nhờ quá trình lắng.
Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2SO4
FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl
FeSO4 + 2H2O → Fe(OH)2 + H2SO4
Do vậy, phèn nhôm để đánh phèn làm trong nước ở vùng lũ
4. Oxi hóa nâng cao (oxi hóa cấp tiến)
Sử dụng Chlorine (Cl2) xử lý nước thải chứa cyanide. Phản ứng giữa chlorine và sodium cyanide (NaCN) như sau:
NaCN + Cl2 + 2NaOH → NaCNO + 2NaCl + H2O 2NaCNO + 3Cl2 + 6NaOH → 2NaHCO3 +N2 + 6NaCl + 2H2O 5. Hấp phụ
Sử dụng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải khác của sản xuất như tro, xỉ... để loại
bỏ những chất ô nhiễm như các loại dung môi, màu tổng hợp, dẫn xuất phenol và hydroxyl. 6. Khử trùng
Dùng Chlorine (Cl2) để khử trùng nước. Chlorine không dùng trực tiếp dưới dạng khí. Trước hết nó được
hòa tan vào nước và tác dụng trong nước theo phản ứng:
Cl2 + H2O ↔ HClO + HCl Phản ứng phụ: HClO ↔ ClO + H+
Dung dich cloramin 0,02% có thể ngăn cản được tụ cầu vàng và trực khuẩn đường ruột phát triển. Các vi
khuẩn này có thể chết ở dung dịch 0,5% trong 1 phút. Bao tử trực khuẩn than sau một giờ ở dung dịch 3% cũng bị tiêu diệt.
BÀI 4:XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Phương pháp sinh học:
Phương pháp xử lý sinh học:
Mục đích: khử chất hữu cơ(COD,BOD) ; phân loại(hiếu khí, thiếu khí, yếm khí)
Nguyên tắc quá trình xử lý sinh học: các cơ chất( chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, vi lượng) tiếp xúc và truyền khối
Các chất/thành phần hữu cơ trong nước thải bị phân hủy bởi quá trình sinh học. - Trong quá trình xử lý
sinh học các VSV sẽ sử dụng oxy hòa tan trong nước để phân hủy chất hữu cơ . VSV sinh trưởng với tốc độ nhanh.
- Quá trình sinh học phụ thuộc vào: chất/thành phần hữu cơ oxy, một số thành phần khác (N, P,...). 5 X -
Tỉ lệ thích hợp cho quá trình xử lý sinh học: BOD5:N:P = 100:5:1 - Một số loại nước thải công nghiệp như
nước thải nhà máy giấy có hàm lượng carbon cao nhưng lại thiếu P và N cần bổ sung để VSV hoạt động
có hiệu quả. - Những yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học là nhiệt độ, pH và các thành phần có độc tính khác
- Loại phổ biến nhất là bể bùn hoạt tính: VSV hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải
sinh trưởng và tạo biomass (các bông cặn đủ lớn) dễ dàng lắng và tách ra khỏi nước (lắng cơ học) một
hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính gồm: một bể bùn hoạt tính và một bể lắng.
Điều kiện: có oxy tự do và các yếu tố như nhiệt độ, độ Ph thích hợp - Phương pháp hiếu khí
-Sử dụng các VSV hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy tự do và có các yếu tố như
nhiệt độ, pH... thích hợp.
- Quá trình phân hủy hiếu khí gồm:
(1) Quá trình đồng hóa: Tổng hợp tế bào CHC + O2 + Vi khuẩn hiếu khí+ Năng lượng C5H7NO2 (Chất hữu cơ) (Tế bào mới)
(2) Quá trình dị hóa- Hô hấp nội bào CHC+ O2 + Vi khuẩn hiếu khí CO2+H2O+NH3+ Năng lượng
**) Vi sinh vật hiếu khí sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng khác để
tạo/phát triển tế bào mới và sản sinh năng lượng. **) Trong điều kiện môi trường thiếu cơ chất. các tế
bào diễn ra quá trình hô hấp nội bào để tạo năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống của vi sinh vật.
- Quá trình sục khí: 1) Cung cấp oxy cho VSV hoạt động để phân hủy chất hữu cơ 2) Có thể đồng thời
khử sắt, magiê 3) Kích thích quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ khó phân hủy bằng con đường
sinh học 4) Tạo lượng DO đạt yêu cầu để thải ra môi trường. - Phương pháp: khuếch tán khí khuấy đảo/trộn - Phương pháp lọc sinh họ c hiếu khí
Bộ phận phun nước, phân phối nước
Mương oxy hóa- oxidation ditch
Bể xử lý sinh học dạng quay:
Bao gồm một loạt các đĩa hoặc khối phương tiện được gắn trên một trục được dẫn động để phương tiện
quay theo góc vuông với dòng nước thải.
Các đĩa hoặc khối vật liệu truyền thông thường được làm bằng nhựa (polythene, PVC, polystyrene giãn
nở) và được chứa trong máng hoặc bể sao cho khoảng 40% diện tích của chúng được nhúng vào.
Sự phát triển sinh học gắn liền với môi trường sẽ đồng hóa các chất hữu cơ trong nước thải. Quá trình
sục khí được cung cấp bởi hoạt động quay, giúp phương tiện tiếp xúc với không khí sau khi tiếp xúc với nước thải. - Phương pháp kị khí
-Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi các vi sinh vật kỵ khí (trong điều kiện không có oxy)
-Quá trình phân hủy kỵ khí gồm:
CHC+ VK kỵ khí CO2+H2S+NH3+CH4+ ... + Năng lượng CHC+ VK kỵ khí+ Năng lượng C5H7O2N
Sản phẩm khí tạo ra chủ yếu là CH4, CO2, H2O ..., trong đó chủ yếu là khí CH4.
-Quá trình này được gọi là quá trình lên men mê tan và quần thể sinh vật được gọi tên chung là các vi sinh vật mê tan.
-Các vi sinh vật kỵ khí có tỷ lệ tăng trưởng chậm và chỉ có một phần nhỏ chất thải (~ 10%) được chuyển
hóa thành tế bào mới (sinh khối)
Xử lý sinh học kị khí:
Bể lọc kị khí:
-Vật liệu học: dạng tấm(chất dẻo), dạng hạt( đá, cát…)
- vật liệu lọc đặt trong bể tạo nên bề mặt tiếp xúc rất lớn
- HRT trung bình: 0,5-4 ngày, tương ứng LR -15KG COD/m3 . ngày
Bể kị khí đệm giãn nở - FBR
Tương tự AF, chỉ khác lớp vật liệu lọc trong bể thường là các hạt lơ lửng (hạt nhựa, hạt cát,…kích thước
rất nhỏ: d=0,2-0,5 mm, mật độ sinh khối 15-40 g/l BỂ UASB
❖ v dòng hướng lên: 0,6-0,9 m/h. ❖ Khi T > 150C, HRT 4-8 h
❖ Tải trọng hữu cơ: 1-2 kg COD.m3/ngày Hiệu quả loại bỏ: - COD 65-80% - SS 75-85% - Coliform 70-90%
❖ Khi T<150C HRT 12-24 h. Hiệu quả xử lý COD 45-65% ❖ Xả bùn:
**) 3-5 năm/lần nếu nước thải đưa vào bể đã qua bể lắng đợt 1
**) 3-6 tháng/lần nếu nước thải đưa vào xử lý trực tiếp.
K – Hệ số phân hủy (phản ứng) Phụ thuộc vào nhiệt độ: K (T-20) t=k2o .θ Trong đó:
kT = hệ số tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T, oC
k20 = hệ số tốc độ phản ứng tại 20oC
θ = hệ số nhiệt độ hoạt tính T = nhiệt độ, oC
VÍ DỤ- hệ UASB- Lọc sinh học
Quả cầu nhựa PE, d = 15 cm •Lõi xốp polyuretan 5x3x3 cm. được khoét thêm lỗ để tăng diện tích bám
dính. (Một quả cầu chứa 8 lõi) •Vật liệu lọc chiếm 1/2 thể tích khoang chứa •Vật liệu lọc được cho vào 2
khoang: khoang lọc yếm khí 100 quả, khoang lọc hiếu khí 135 quả
- Tính toán năng lực giữ sinh khối của vật liệu mang
Sau 3 tháng, lấy 2 quả cầu tại khoang hiếu khí để đo sinh khối, lượng sinh khối trung bình trên một
quả cầu là 1,576 gSK/quả cầu
Tổng lượng sinh khối trong khoang hiếu khí: VSS = 1,576x135 = 212,76 Gsk
Tốc độ chuyển hóa amoni trong khoang hiếu khí là: (gN-NH +/gSK.ngày) 4
Hệ bùn hoạt tính: 2,5 đến 250 gN-NH +/gSK.ngày 4 34
Cột UASB – Lọc sinh học kết hợp gồm 2 phần: + Phần dưới hoạt động như thiết bị UASB, Vlv 15 lít. +
Phần trên hoạt động như thiết bị lọc yếm khí dùng vật liệu lọc gấp nếp có Vlv 15 lít. • Cột lắng có Vlv 6 lít
Vật liệu lọc gấp nếp
Chế độ thí nghiệm:
- Nhiệt độ phòng:12–35oC - Tỷ lệ COD:N:P = 350:7:1
- pH điều chỉnh hàng ngày: 6,5 – 8.
- Thể tích bùn khởi động là 15L bùn pha với 15L nước. - Qv 1,5 L/h
PHẦN XỬ LÝ KHÍ THẢI(THẦY QUY) TUẦN 1;2:
1 KHÁI QUÁT VỀ BỤI VÀ XỬ LÝ BỤI
1.1 các khái niệm chung -
nghiền, ngưng kết, các phản ứng hóa học -
phần tử chất R thể rời rạc(vụn) - tác dụng của dòng khí -
chuyển thành trạng thái lơ lửng -
ĐK nhất định: vật chất- bụi - 2 pha: K và R rời rạc -
Kt: nguyên tử nhìn thấy bằng mắt thường - Sol khí -
“bột”- bụi thu giữ/ bụi đã lắng
1.2 phân loại bụi
dựa vào kích thước hạt:
phân tử( hỗn hợp khí- hơi)
aerosol(gồm các hạt rắn lỏng)
Bụi thô (grit): 0 > 75um;
Bụi (dust): 0 = 5 – 75um;
Khói (smoke): 0 = 1 - 5um;
>Khói mịn (fume): • -Sương (mist), sương giá (fog): $ < 10mm;
> Bụi hô hấp: $< 10um (PM10)
- Theo nguồn gốc của bụi
+ Hữu cơ: Từ các hoạt động liên quan (thuốc lá, bông vải, bụi gỗ, các sản phẩm nông sản, da, lông súc vật).
+ Bụi vô cơ: Có nguồn gốc từ kim loại, khoáng chất, đất, đá, xi măng, amiăng.
- Theo hình dáng hạt bụi
+ Dạng mảnh (dạng tấm mỏng) + Dạng sợi + Dạng khối -
1.3. Các PP XL bụi
1.3.1. Chọn PP XL: Các đặc điểm và thông số kỹ thuật
1. T, W, chất ô nhiễm đi kèm 2. Các đặc tính lý hóa
3. C ban đầu trong khí thải
4. Q & sự thay đổi Q
5. Mức độ lọc, C cho phép sau lọc
6. Pp & chu kỳ xả bụi, khả năng thu hồi
7. Các yêu cầu đặc biệt với hệ thống hút
8. Thời gain LV của hệ thống hút, vị trí đặt thiết bị
9. Khả năng sử dụng lọc ướt 10. ĐK vận hành, pp ktra, vệ sinh, ...
1.3.2. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI Lọc Dập bằng nước Dập bằng tĩnh điện Khử bụi bằng ly Khử bụi dựa vào tâm trọng lực -Thùng lọc gốm -Dàn mưa Lọc tĩnh điện
-Thiết bị sử dụng Buồng lắng bụi -Lọc có vật đệm - Sục khí lực quán tính -Lọc túi(màng) - Đĩa quay -thiết bị sử dụng - Lọc tầm kiểu lực ly tâm venturi - thiết bị quay
Đặc trưng và hiệu quả xử lý bụi của các kiểu thiết bị Thiết bị
Kích thước hạt phù hợp,um Hiệu quả thu hồi,% Thùng lắng bụi 2000 - 100 40-70 Xyclon đơn 100-5 45-85 Xyclon tổ hợp 100-5 65-95 Lọc có vật đệm 100-10 99 Tháp lọc ướt 100-0,1 85-99 Lọc túi(màng lọc) 10-2 95-99,5 Lọc tĩnh điện 10-0,005 85-99
1.3.3. Chọn thiết bị lọc bụi
Thiết bị lọc bụi có nhiều loại, tuỳ thuộc vào nguyên lý tách bụi, hình thức bên ngoài, chất liệu hút bụi ...
- Buồng lắng bụi và các thiết bị lọc quán tính
- Thiết bị lọc bụi ly tâm (xyclon)
- Thiết bị lọc bụi kiểu ướt (Scrubber - rủa khí).
- Lưới lọc bụi (tấm, rulo, túi vải)
- Thiết bị lọc bụi bằng điện - sủi bọt
Muốn chọn được thiết bị để tách bụi và lọc sạch khí có hiệu quả, phải xuất phát từ các yêu cầu chính:
1. Thành phần hạt bụi và kích thước hạt
2. Trạng thái và thành phần của khí –
3. Độ tinh lọc khí cần thiết
2. Phương pháp & thiết bị xử lý bụi • Settling Chamber s (buồng lắng) • Cyclone (Xyclon)
• Fabric Filter (lọc túi vải)
• Wet Scrubbers (tháp lọc ướt)
• ESPs (lọc bụi tĩnh điện- electrostatic precipitator)
2.1. Xử lý bụi bằng buồng lắng
2.1.1. Nguyên tắc
Tạo ĐK để lực trọng lực tác dụng lên hạt bụi thắng lực đẩy ngang của dòng khí
Tạo ra sự giảm đột ngột lực đẩy của dòng khí bằng cách tăng đột ngột mặt cắt của dòng khí chuyển
động. Trong thời điểm ấy các hại bụi mất động năng và rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực.
Dùng các vách chắn, vách ngăn để khi không khí và đập vào các hạt bụi bị mất động năng và rơi
xuống đáy buồng (ngoặt dòng khi chuyển động trong buồng).
2.1.2. Cấu tạo & nguyên lý LY
Buồng lắng bụi có cấu tạo dạng hộp. Khi chứa bụi vào cửa 1, qua buồng lắng 2; bụi được lắng và
lấy ra từ cửa 3; Khí sạch ra ngoài theo cứa 4
Buồng lắng có tấm chắn Buồng lắng bụi có tấm chăn hiệu quả cao hơn buồng lắng đơn Không khí
chuyển động dích dắc nên khi va đập vào các tấm chắn và vách ngăn sẽ mất động năng và rơi xuống
Hiệu quả có thể đạt 85 - 90%
2.1.3. Tính toán buồng lắng đơn
Bề mặt lắng cần thiết (F) F=V/w1
V - lưu lượng dòng khí và bụi
w, - tốc độ lắng bụi (tuân theo định luật Stock) Định luật Stoke
Stoke's Law for Particulates Settling
Vận tốc lắng tới hạn
Thời gian lắng của hạt bụi: t=h/w1 (s)
h - chiều cao của buồng lắng w, - tốc độ lắng bụi
Thể tích làm việc của buồng lắng : V 3 LV =V .t(m )
V - lưu lượng dòng khí và bụi
t - thời gian lắng của hạt bụi
Chiều dài cần thiết của buồng lăng I=F/a= VLV /a.h (m)
F - bề mặt lắng cần thiết a - chiều rộng của buồng lắng
VLV - thể tích làm việc của buồng lắng
h - chiều cao của buồng lăng. Buồng lắng bụi - Nguyên tắc: frọng lực
- Ứng dụng: d cao, thô: >50m, v lắng tĩnh
- Thiết bị: đơn giản, dễ vận hành, kich thước lớn
- Điều kiện làm việc: chịu T can
Nhược điểm: hiệu quả không cao, chỉ đạt 50 - 60% Phễu hứng bụi
Là thiết bị thu bụi dựa trên trong lực & lực quán tính
_ Chỉ có thể gom được những hạt bụi có kích thước > 10 Lum
- Chi phí thấp nhưng thiết bị công kênh và hiệu quả xử lý thấp nhất so với các phương pháp khác (40 -
70%). Dùng để làm sạch sơ bộ. Thường được áp dụng trong ngành SX vật liệu XD (xi măng, nghiền đá vv...)
Phân loại buồng lắng Dựa vào cấu tạo có thể phân 3 loại : buồng lắng đơn, buồng lắng kép, buồng lắng có tấm chắn Buồng lắng kép
Là một dãy các buồng lắng đơn lẻ nối tiếp nhau
•Buồng lắng bụi kép hiệu quả cao hơn buồng lắng bụi đơn
•Hiệu quả có thể đạt 85 - 90% n
Chiều dày tổng cộng: H=∑ ¿.hi(m) i=1 ni - Buồng lắng thứ I
hi - Chiều cao của buồng thứ i Buồng lắng bụi
a - buồng lắng đơn giản,
b - buồng lắng nhiều tầng
C - buồng lắng với vách ngăn,
1- thân; 2- bồn chứa; 3- vách ngăn; 4- các tầng..
Các loại buồng lắng bụi
Buồng lắng bụi nhiều ngăn
Buồng lắng bụi có tấm chắn
Thiết bị lắng quán tính
Khi dòng khí thay đổi hướng đột ngột, các hạt bụi dưới tác dụng của lực quán tính tiếp tục chuyển
động theo hướng cũ và tách ra khỏi dòng khí, rơi xuống ngăn chứa
Hiệu quả xử lý đạt 65 - 80% đối với các hạt bụi kích thước 25 - 30um
Thiết bị lắng bụi quán tính
a- có vách ngăn; b- tạo chỗ ngoặt; C- có chóp mở rộng; d- nhập khí ngang hông.
Tóm lại, buồng lắng bụi là một loại thiết bị thu bụi đưa vào lực trọng lực và lực quán tính để thu giữ bụi
Có thể thu gom các hạt bụi có kích thước > 10ụm
Để làm sạch khí trong các lò đốt cũng có thể sử dụng | thiết bị buông lăng nhiều tầng
Mặc dù là biện pháp rẻ tiền, nhưng thiết bị cồng kềnh và hiệu quả XL thường thấp nhất so i các PP vớ khác
Thường được sử dụng để làm sạch sơ bộ
2.2. XỬ LÝ BỤI BẰNG LỰC LY TÂM
2.2.1. Nguyên tắc |
Khi dòng khí & bụi chuyển động theo một quỹ đạo tròn (dòng xoáy) thì các hạt bụi có khối | lượng >
nhiều so với các phân tử khí sẽ chịu tác dụng của lực ly tâm văng ra phía xa trục hơn, phần gần trục xoáy
lượng bụi sẽ rất nhỏ
Nếu giới hạn dòng xoáy trong một vỏ hình trụ bụi sẽ va vào thành & rơi xuống đáy. Đặt ở tâm dòng xoáy
một ống dẫn khí ra, sẽ thu được khí không có bụi hoặc lượng bụi đã giảm đi khá nhiều
2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý LV |
Dòng khí mang bụi được dẫn vào thiết bị theo ống 1 nối theo phương tiếp tuyến i thân hình trụ đứng vớ
2. Phần dưới của thân hình trụ có phễu 3 và dưới cùng là ông xả bụi 4. Bên trong thân hình trụ có ống
thoát khí sạch 5 cùng trục với thân 2
Nhờ 1 lắp theo phương tiếp tuyến, KK sẽ có chuyển động xoáy ốc bên trong thân hình trụ và khi chạm
vào ống đáy hình phễu dòng KK bị dội ngược lên nhưng vẫn giữ Xoáy ốc theo 5 ra
Các hạt bụi chạm vào thành mất động năng & rơi
• Dùng van kép 6 - xả bụi (do đáy phễu có áp suất âm)
Kích thước tổng quát của một cyclon thông thường
- Đường kính ống vỏ: D
- Đường kính ống ra: D = D 1/2
- Đường kính ống đáy: D = 1/4D
- Chiều cao ống vỏ: L = 2D - Chiều cao phần nón: L,° 2D
- Chiều cao cửa vào: h = 1/2D
- Chiều rộng cửa vào: b = 1/4D
- Chiều cao ống ra: L = 1/3D
2.2.3. Tính toán xyclon đơn - Tốc độ lắng của hạt bụi trong xycton
d 2. (P 1−P 2 ).U 2 Wo=
9. P 2. v 2. D trong đó:
d - Đường kính hạt bụi (m)
P. Khối lượng riêng của hạt (kg/m3)
P2 - Khối lượng riêng của khí mang (kg/m3)
v, - Hệ số độ nhớt động học của khí (m2/s)
U - Tốc độ vòng của dòng khí trong xyclon (m/s)
D - Đường kính phần vỏ hình trụ của xyclon (m)
2 Đường kính phần hình trụ của xyclon
D = 2.(R1 +σ 1+∆R), m trong đó:
R - bán kính ống dẫn khí ra;
σ- độ dày của Vỏ ống dẫn khí ra;
∆ R khoảng cách tính theo bán kính giữa ống dẫn khí ra và thân xyclon.
R1 = √ 4V /πw r trong đó:
V - lưu lượng khí qua hay năng suất của xyclon
W, - vận tốc dòng khí đi ra khỏi xyclon (trong công nghiệp Wr thường lây từ 4 - 8m/s).
Kích thước của ông vào
Ông vào thường là hình chữ nhật, chiều cao h, chiều rộng b.
Thông thường tỷ lệ h/b = k = 2 ; 4 b = √4V .wv k
W - vận tốc dòng khí vào trong ống xyclon (thường 18 - 20 m/s)
- Thể tích làm việc của xyclon VLV = V. t (m3)
t - thời gian lưu của dòng khí trong xyclon
w- tốc độ góc của dòng khí trong xyclon W = Wrtb/Rtb
- Chiều cao của phần hình trụ H, Vh Vlv H = t = k .
(R 2−R 1). Wtb
π .( R 2−( R 1+01 )2) trong đó:
Vh - Thể tích hiệu dụng của phần hình trụ
Vlv- Thể tích làm việc của xyclon
σ 1- Độ dày của vỏ ống dẫn khí ra
Wtb - Vận tốc trung bình của dòng bụi và khí thải trong xyclon.
R1,R2 - Bán kính của ống dẫn khí ra và bán kính vỏ phần hình trụ của xyclon.
k - Hệ số phụ thuộc đặc tính của dòng khí bụi thải.
Chiều cao phần hình nón | Hn = (R2 - Ro). tg ao trong đó:
Ro - bán kính lỗ thoát bụi (0,2 – 0,5 m),
α o - góc nghiêng giữa bán kính & đường sinh (50 - 600)
Trong thực tế thường lắp thành tổ hợp nhiều xyclon đơn để tăng cường hiệu qua xử lý khí thải.
Tổ hợp xyclon thường gồm các xyclon đơn có đường kính 40 - 250 mm, ghép thành cụm song song.
Thiết bị kiểu xyclon có thể sử dụng để xử lý dòng khí bụi có nhiệt độ đến 400°C nhưng nồng độ bụi không cao.
Nhược điểm chung của xyclon là không thể lọc sạch khí khỏi các hạt bụi rất nhỏ, năng lượng tiêu thụ lớn
& thành thiết bị bị mài mòn nhanh do đó tải trọng cũng sẽ giảm xuống.
- Hiệu suất làm sạch bụi của xyclon
Hiệu suất làm sạch riêng phần: trong đó:
- thành phần của các loại (kích thước) bụi.
- khối lượng bụi được xử lý, khối lượng bụi ban đầu và khối lượng bụi còn sau khi xử lý..
- khối lượng bụi riêng phần đã được XL, khối lượng bụi riêng phần ban đầu và còn lại sau XL Cyclone
*Nguyên tắc: trọng lực + ly tâm + quán tính
* Ứng dụng: Ở > 5um, trừ bụi kết dính
*Thiết bị: đơn giản, dễ vận hành, | kích thước nhỏ hơn, trở lực cao hơn
* Điều kiện làm việc: chịu I cao
• Ưu điểm của xyclon là không có phần chuyển động nên thiết bị bền, có thể làm việc ở nhiệt độ cao
(đến 500°C), trở lực không lớn và hầu như cố định, năng suất cao, rẻ tiền, có thể thu hồi vật | liệu có tính mài mòn cao
• Nhược điểm: vận hành kém khi hạt bụi có kích thước < 5 um, không thể thu hồi bụi kết dính
Nhóm xyclon Khi lưu lượng khí lớn, sử dụng nhóm phối hợp các xyclon. Cho phép không tăng đường
kính xyclon và do đó ảnh hưởng tốt đến hiệu quả xử lý. Khi nhiệm bụi đi vào chung một ống, sau đó
được phân phối cho các xyclon thành phần. Các xyclon thành phần lặp song song - Xyclon chùm.
Xyclon tổ hợp
là liên kết của một số lơn các xiclon nho vào một nhóm. Giam đường kính xyclon thành phần với
mục đích tăng hiệu quả làm sạch khí. Các xyclon thành phần trong nhóm có đường kính 100, 150
hoặc 250mm. Vận tốc tối ưu trong xyclon thành phần, khoang 3,5 - 4,75m/s. Các Xyclon thành phân
lắp nối tiếp với nhau. Dãy xyclon chế tạo phức tạp và đặt. Tuy nhiên, chúng có kích thước và dung lượng kim loại nho 1 - thân;
2 - buồng phân phối; 3- vị Ống;
4- xyclon thành phần
2.3. XỬ LÝ BỤI BÀNG LỌC MÀNG, LỌC TÚI
2.3.1. Nguyên tắc
Dòng khí và bụi được chặn lại bởi màng hoặc túi lọc; túi (màng) này có các khe (lỗ) nhỏ cho các phân tử
khí đi qua dễ dàng nhưng giữ lại các hạt bụi.
Khi lớp bụi đủ dày ngăn cản lượng khí đi qua thì người ta tiến hành rung hoặc thổi ngược để thu hồi bụi và làm sạch màng.
2.3.2. Cấu tạo và vận hành
Màng lọc là những tấm vải (nữ) được đặt trên một giá đỡ là những tấm cứng đạn hoặc tấm cứng
liền có đục lỗ. Túi lọc bằng vải, nỉ có dạng ống một đầu hở | đế khí đi vào còn đầu kia khâu kín.
Để túi được bền hơn - thường đặt trong một khung cứng bằng lưới kim loại hoặc nhựa. Năng suất
lọc của thiết bị phụ thuộc vào bề mặt lọc, loại bụi và bản chất, tính năng của vật liệu làm túi (màng).
Thiết bị lọc vải
Các thiết bị lọc vải phổ biến nhất. Đa số thiết bị lọc vải có vật liệu lọc dạng tay áo hình trụ, được giữ
chặt trên lưới ống và được trang bị cơ cấu giũ bụi, còn gọi là thiết bị lọc bụi tay áo.
Theo số liệu thực nghiệm, nồng độ bụi còn lại sau lọc vải là 10-50mg/m3 V Diện tích lọc S= .3600 v . n
- Đối với túi lọc: S≅ π . D . I + πD2/4
- Đối với màng lọc: S = a.b trong đó:
V - lưu lượng khí (năng suất lọc) qua túi (màng) (m3/s)
v - cường độ lọc của một m2 bề mặt (m3/m2.h). Thông thường chọn 15 - 200 m3/ m2.h
n - hiệu suất làm việc của bề mặt lọc, thông thường được lây khoảng 85 %
D - đường kính ống lọc I- chiều dài ống lọc
a - chiều rộng của túi | b - là chiều dài của túi
Fabric Filters (Lọc vải)
Lọc túi vải loại bỏ bụi từ dòng khí bằng việc cho dòng khí đi qua lớp vải | có kích thước lỗ thích hợp
Lọc túi vải hiệu quả để loại bỏ bụi kích thước nhỏ và có thể đạt hiệu suất là 99%
Vải lọc phải thỏa mãn các yêu cầu:
1. Khả năng chứa bụi cao và ngay sau khi phục hồi bảo đảm hiệu quả lọc cao
2. Giữ được khả năng cho khí xuyên qua tối ưu
3. Độ bền cơ học cao khi nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn
4. Có khả năng được phục hồi 5. Giá thấp
Các vật liệu lọc hiện có không thỏa mãn tất cả các tính chất nêu trên, nên trong từng điều kiện cụ thể phải lựa chọn
Vật liệu để làm túi lọc thường là vải bông, len dạ, vải sợi tổng hợp, vải sợi thủy tinh, các loại lưới khác nhau Có thể tách bụi b
ám vào túi lọc vải bằng nhiều biện pháp khác nhau: gắn thiết bị tạo rung với
túi vải để làm rung túi, thổi không khí, hoặc làm co giãn nhanh túi lọc
Việc lựa chọn chất liệu vải và cấu trúc vải quyết định đến hiệu quả lọc
Vải phải chịu được nhiệt độ tối đa của dòng khí, các hóa chất nhiễm trong dòng khí...
Một nhược điểm của lọc túi vải là dòng khí cần được làm lạnh | trước khi cho qua lớp vải lọc
| Baghouse filter (lọc túi vải) *Ứng dụng:
• bụi không kết dính Hiệu suất cao 90%
* Điều kiện làm việc: T< 200°C,
TUẦN 3: XỬ LÝ BỤI
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP DẬP BỤI
2.4.1. Dập bụi bằng màng chất lỏng * Nguyên tắc
Dòng khí có chứa bụi đi qua màng chất lỏng (nước), các hạt bụi gặp nước sẽ bị dìm xuống hoặc cuốn
bám theo màng nước, còn dòng khí đi qua
Dòng khí và dòng nước chuyển động ngược chiều nhau
* Cấu tạo và vận hành của thiết bị * Dàn mua
Là thiết bị đơn giản nhất để dập bụi nhưng lại có hiệu quả cao
Lượng nước phun vào có thể quay vòng trở lại sau khi lắng bùn bụi
Thiết bị này thường dùng trong các nhà máy xi măng hay các xí nghiệp nghiền quặng
*Tháp đĩa chồng .
Là một kiểu tháp dập bụi rất có hiệu quả
Trong CN, thiết bị lọc bụi qua màng chất lỏng thường được đặt sau hệ thống buồng lắng bụi nhằm mục
đích thu gom những hạt bụi quá nhỏ không bị giữ lại ở buồng lắng. Kích thước thiết bị thường có bề
rộng > 1m; sâu và cao > 1,5 m; đường kính ống thải > 600 mm; chiều cao ống thải chỉ nên hạn chế < 5 m
để thuận tiện làm vệ sinh
2.4.2. Lọc bụi tĩnh điện * Nguyên tắc
Trong một điện trường không đều (in a nonuniform electric fied), có sự phóng điện của các điện tử từ cực (-) sang cực (+)
Trên đường đi và phải các phân tử khí và ion hóa chúng, hoặc gặp các hạt bụi làm chúng tích điện (-) và
chuyển động về cực (+); tại đây được trung hòa về điện trở lại Bụi được thu từ điện cực (+); khí sạch bụi ra ngoài
* Cấu tạo và hoạt động
Thường làm nhiều tầng điện cực liên tiếp; điện cực (-) - điện cực quầng thường là dây trần
Lắng tĩnh điện
-Nguyên tắc: hạt nhiễm điện di chuyển về phía cực trái dấu
- Ứng dụng:Co cao, bụi quý.
- Điều kiện làm việc: chịu T cao,
- Năng lượng: U = 50.000V
ESP Advantages (ưu điểm)
• Hiệu suất cao trên 99,9%, lọc tốt bụi nhỏ
• có thể làm việc ở nhiệt độ cao (700 degree F-1300 degree F).
•Có thể thu hồi các chất có tính ăn mòn và axit
•Có thể dùng cho dòng khí có tốc độ lớn * Ứng dụng
• Thiết bị lọc tĩnh điện được dùng rất phổ biến để xử lý bụi trong khí thải, hiệu quả xử lý có thể đạt đến
99%, chi phí năng lượng thấp.
• Với những nhà máy phát thải một lượng rất lớn khí thải chứa bụi, thì biện pháp lọc tĩnh điện là biện
pháp thích hợp nhất để xử lý
- Lọc bụi trong các nhà máy sản xuất xi măng
- Lọc bụi than trong các nhà máy nhiệt điện