Chuyên đề Quá trình tuyển nổi

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAMTRƯỜNG ĐH TÔN ĐỨC THẮNGKHOA: MT & BHLDLỚP: 08MT1DMÔN: QUÁ TRÌNH CÔNG NGHệ MÔI TRƯỜNGChuyên đề: Quá trình tuyển nổi 	GVHD: th.s Nguyễn Ngọc Thiệp	 th.s Hồ Ngô Anh ĐàoNhóm 8: Nguyễn Thị Mai Linh 082186b	 Nguyễn Thị Bích Liễu 082185b Trầm Thị Tố Cẩm 080413b Vũ Ngọc Quỳnh 080473b Trần Thị Ánh Ngọc 080458bA. Lý thuyết.1. Giới thiệu.2. Tổng quan.2.1 Mục đích - ứng dụng.2.2 Cơ chế hoạt động.2.3 Các phương pháp tuyển nổi2.4 Các yếu tố ảnh hưởng.2.5 Mô hình bể tuyển nổi áp lực.   B. Bài tậpNội dung Giới thiệu.Xử lý nước thải trải qua nhiều công đoạn như khuấy trộn, tạo bông keo tụ, lắng, lọctuyển nổi cũng là một trong các công đoạn trong quá trình xử lý nước thải.Hiện nay, tuyển nổi đã được áp dụng rộng rãi trong quy trình xử lý nước thải. Ngoài ra, tuyển nổi còn được áp dụng trong xử lý nước cấp cho sinh hoạt.. Tổng quan.2.1 Mục đích - Ứng dụng.Mục đích:Tách các tạp chất ở dạng hạt rắn (cặn lơ lững) hoặc lỏng phân tán không tan (dầu, mỡ), tự lắng kém ra khỏi pha lỏng, tách các hạt có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng chất lỏng chứa nó.Tách các chất hòa tan như chất hoạt động bề mặt.Trong xử lý nước thải:Tách các chất lơ lửng.Làm đặc bùn sinh học.2.1 Mục đích - ứng dụng (tt)Ứng dụng:Xử lý nước thải sinh hoạt.Xử lý nước thải công nghiệp:Nhiễm dầu.Thuộc da.Chế biến thịt.Tái chế giấy.Thực phẩm. Chế tạo máy2.2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNGCơ sở của quá trình tuyển nổi là sự lôi cuốn các hạt lơ lững lên bề mặt các bọt khí phân tán nhỏ.các bọt khí kết dính với các hạt lơ lững trong nước. khi lực nổi của tập hợp này đủ lớn sẽ cùng nhau nổi lên mặt nước.Hạt rắnBọt khí2.2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNGƯu điểm của phương pháp tuyển nổi: Hoat động liên tục.Phạm vi ứng dụng rộng rãi.Chi phí đầu tư và vận hành không lớn, thiết bị đơn giản.Vận tốc nổi lớn hơn vận tốc lắng, có thể thu cặn, tạp chất.Tuyển nổi kèm theo sự thổi khí, làm giảm nồng độ chất hoạt động bề mặt và các chất dễ bị oxi hóa.2.2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNGNhược điểm :Trọng lượng của các hạt không được lớn,thước của hạt thường khoảng 0,2- 1,5 mm.Tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước và số lượng bọt khí nên đòi hỏi kích thước bọt khí ổn định.2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔITuyển nổi tự nhiên: sử dụng trong tất cả các quá trình loại bỏ sơ bộ dầu mỡ.Tuyển nổi có hổ trợ: sử dụng phương tiện ngoài để cải thiện việc tách các hạt.Hình 55. Sơ đổ tuyển nổi bằng khí hòa tan.3.1 TUYỂN NỔI VỚI TÁCH KHÔNG KHÍ TỪ DUNG DỊCH.Áp dụng để làm sạch nước chứa hạt ô nhiễm rất mịn.Bản chất của phương pháp này là tạo dung dịch quá bão hòa không khí.Nguyên tắc hoạt động chung:Không khí tách khỏi nướcCác bọt khí nhỏNước được bảo hòa không khí3.1 TUYỂN NỔI VỚI TÁCH KHÔNG KHÍ TỪ DUNG DỊCH.Ưu điểm: có thể tách được tạp chất có kích thước nhỏ.Tùy thuộc vào biện pháp tạo dung dịch quá bão hòa tuyển nổi chân không, áp suất và bơm dâng.Tuyển nổi chân không Nguyên tắc hoạt động.Nước được bão hòa không khí dưới áp suất thường. Chân không hóa cưỡng bức nhờ thiết bị bơm chân không.Không khí sẽ tách ra khỏi nước ở dạng các bọt khí nhỏ. Tuyển nổi chân khôngĐiều kiên hoạt động.Áp suất chân không trong bể tuyển nổi nằm trong khoảng 255 – 300mmHg.Chênh lệch cột áp trong bể tuyển nổi và bên ngoài khoảng 8 – 10m.Thời gian lưu nước trong bể tuyển nổi khoảng 20 phút, lưu lượng bề mặt khoảng 220m3/ngày.Tuyển nổi chân khôngƯu điểmHiệu suất tuyển nổi cao.Tiêu hao năng lượng thấp.Tuyển nổi chân khôngNhược điểm Độ bão hòa không khí của nước thải ở áp suất khí quyển thấp  không thể áp dụng khi nồng độ hạt lơ lửng cao (không lớn hơn 250 – 300 mg/l).Chế tạo thiết bị tuyển nổi kín và có bố trí cào cơ khí bên trong  cấu tạo phức tạp, khó khăn trong công tác quản lý nhất là khi phải sửa chữa. Phải sử dụng bơm để hút nước ra khỏi bể tuyển nổi trong trường hợp mức chênh lệch áp suất trong và ngoài bể nhỏ.Tuyển nổi áp suấtPhương pháp hoạt động:Quá trình được tiến hành qua hai giai đoạn : 1. Bão hòa nước bằng không khí dưới áp suất cao2. Tách khí hòa tan dưới áp suất khí quyển.Tuyển nổi áp suấtHóa chấtNước thảiBơm cấp hóa chấtVan kiểm soát áp suấtDòng tràn với cặn đặcTấm chắnNước trongNước trong tuần hoànNước đi từ bể lắng, từ dòng thải của nhà máyBơm tạo áp suấtBình tạo ápCặn rắn lắngBộ phận cào gom bùn cặnKhông khíTuyển nổi tuần hoànTuyển nổi áp suấtTuyển nổi không tuần hoànTuyển nổi áp suấtĐiều kiện hoạt động. Hoạt động ở áp suất trong bình cao áp là 0.17-0.39 Mpa.Thời gian lưu trong bình cao áp là 14 phút, trong bồn tuyển nổi là 10-20 phú. Thể tích không khí chiếm 1.5-5% thể tích nước cần xử lý. Tuyển nổi áp suất Ưu điểm: Phương pháp này cho phép làm sạch nước với nồng độ chất lơ lửng 4 – 5 g/l.Tuyển nổi áp lực có năng suất từ 5-10 đến 1.000-2.000 m3/h.Làm sạch nước với nồng độ tạp chất còn lại rất nhỏ.Thiết bị cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ thực hiện thi công, lắp đặt sửa chữa. 3.1 TUYỂN NỔI VỚI TÁCH KHÔNG KHÍ TỪ DUNG DỊCH.Ngoài ra, người ta còn thực hiện một số phương pháp tuyển nổi khác: tuyển nổi hóa học, sinh học và ion.3.2 TUYỂN NỔI VỚI SỰ PHÂN TÁN KHÔNG KHÍ BẰNG CƠ KHÍThiết bị này được ứng dụng để xử lý nước có nồng độ cao ( lớn hơn 2.000g/l )Sự phân tán khí trong thiết bị tuyển nổi được thực hiện nhờ bơm tuabin kiểu cánh quạt, đĩa có cánh quay hướng lên trên. 3.2 TUYỂN NỔI VỚI SỰ PHÂN TÁN KHÔNG KHÍ BẰNG CƠ KHÍBuồng tuyển nổi.ống cấp khí.Trục.Cánh quạt.Không khíNước thảiNước sau xử lý3.2 TUYỂN NỔI VỚI SỰ PHÂN TÁN KHÔNG KHÍ BẰNG CƠ KHÍ3.3 TUYỂN NỔI VỚI VIỆC CHO KHÔNG KHÍ QUA VẬT LIỆU XỐP Tuyển nổi bằng sục khí qua tấm xốp sẽ tạo ra bọt khí nhỏ và kích thước của nó sẽ được tính theo công thức sau :Trong đó:	 R,r là đường kính bọt khí và đường kính của lỗ. σ là sức căng bề mặt nước. 3.3 TUYỂN NỔI VỚI VIỆC CHO KHÔNG KHÍ QUA VẬT LIỆU XỐPBuồng tuyển nổi.Tấm lọc.Cào bãRãnh gom cặnNước thảiKhông khíNước thải sau xử lý4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNGKhả năng kết hợp của bọt khí và các hạt trong nước tạo thành tổ hợp bọt khí phụ thuộc vào các yếu tố: Nhiệt độ, áp suất, kích thước và tốc độ các bọt khí, hàm lượng chất lơ lững, chất kết bông, trọng lượng của các hạt rắn và tỉ số thể tích chất khí trên khối lượng chất rắn A/S (air/soil).4.1 KÍCH THƯỚC VÀ TỐC ĐỘ CÁC BỌT KHÍTốc độ nổi lên của các bọt khí trong nước chảy tầng cho bởi phương trình STOCK:	Trong đó:d - Đường kính bọt khí. - tỷ trọng khí. - Tỷ trọng chất lỏng. - Độ nhớt động lực.4.1 KÍCH THƯỚC VÀ TỐC ĐỘ CÁC BỌT KHÍ4.1 KÍCH THƯỚC VÀ TỐC ĐỘ CÁC BỌT KHÍTrong lĩnh vực xử lý nước, tuyển nổi kích hoạt sử dụng các bọt khí rất nhỏ có đường kính 40-70μm (đó là phương pháp tuyển nổi khí hòa tan). Trong luyện kim dùng tuyển nổi cơ học , dùng khí phân tán để tạo ra các bọt có đường kính từ 0.2 đến 2mm. 4.1 KÍCH THƯỚC VÀ TỐC ĐỘ CÁC BỌT KHÍĐể tách các hạt đông tụ, cần sử dụng các bọt khí rất nhỏ để có sự phân bố đều các bọt khí trên tất cả tiết diện ngang.Tăng nồng độ bọt khí có lợi cho khả năng cọ sát các chất rắn và bọt khí. Để tách các hạt có liên kết thành cục hoạt thành màng lớn hơn các bông cặn keo tụ và nhẹ hơn nước (trường hợp tách mỡ), người ta dung các bọt khí lớn hơn.4.1 KÍCH THƯỚC VÀ TỐC ĐỘ CÁC BỌT KHÍThể tích khí tối thiểu để làm nổi chất: Thể tích khí tối thiểu , tỷ trong cần thiết để làm nổi một hạt khối lượng S và tỷ trọng trong một chất lỏng tỷ trọng cho bởi quan hệ:4.2 CHẤT KẾT BÔNGKết bông hóa lý: tuyển nổi thường kết hợp với kết bông trước. Sự móc bọt khí vào các hạt kết bông làm to thêm các cục vóm và cũng tăng thêm bề mặt các hạt. Do đó cải thiên được sự móc nối của bọt khí làm tăng thêm tốc độ nổi của hạt và bọt khí.4.2 CHẤT KẾT BÔNGKết bông sinh học: chất lượng kết bông sinh học ảnh hưởng một cách chắc chắn đến hiệu suất tuyển nổi (hydrat hóa, hoạt tính bề mặt, chỉ số MOHLMAN, kích thước cục đông tụ,). Đặc biệt bùn hoạt tính đã kết thành cục rất khó làm nổi.4.3 TRỌNG LƯỢNG CỦA CÁC HẠT RẮN không được lớn hơn lực liên kết giữa chúng với bọt khí và lực nâng của bọt khí. Kích thước hạt để tuyển nổi hiệu quả phụ thuộc vào trọng lượng riêng của hạt.4.4 NHIỆT ĐỘẢnh hưởng đến tính ổn định bọt của chất hoạt động bề mặt. Nhiệt độ tăng làm đường kính bọt tăng và làm thay đổi độ hòa tan của chất hoạt động bề mặt.4.4 NHIỆT ĐỘNhiệt độ 0CThể tích hòa tan (ml/l)Trọng lượng hòa tan (mg/l)Tỷ trọng (g/l)1234010203040506070809010028.823.520.117.916.415.615.014.915.015.315.937.229.324.320.918.517.015.915.315.014.915.01.2931.2491.2061.1661.1301.0931.0611.0301.000.9740.949Bảng 1: Cho các trị số hòa tan của không khí vào nước ở áp lực khí quyển. (nguồn: Trịnh Xuân Lai – Nguyễn Trọng Dương, 2009, xử lý nước thải công nghiệp, NXB Xây dựng.) 4.5 ÁP SUẤTÁp suất tăng thì lượng khí hòa tan vào nước cũng tăng lên.12345620406080100120140160Áp lực nén (bar)Nồng độ khí trong nước mg/lHình 3. độ hòa tan của không khí trong nước ở 200C4.6 TỈ SỐ THỂ TÍCH CHẤT KHÍ TRÊN CHẤT LƯỢNG CHẤT RẮN A/SNói chung tỷ lệ này càng lớn, tốc độ nổi của hạt càng cao và tốc độ đi xuống của nước càng cao. Tỉ lệ A/ S = 0.01 –0.5 là tối ưu.4.6 TỈ SỐ THỂ TÍCH CHẤT KHÍ TRÊN CHẤT LƯỢNG CHẤT RẮN A/SĐối với hệ thống tuyển nổi không tuần hoàn dòng tạo áp, phương trình có dạng :4.6 TỈ SỐ THỂ TÍCH CHẤT KHÍ TRÊN CHẤT LƯỢNG CHẤT RẮN A/SĐối với hệ thống tuyển nổi có tuần hoàn dòng tạo áp:Trong đó: A/S = tỉ số khí / chất rắn, ml khí/ mg chất rắn. = phần khí hòa tan ở áp suất P, thông thường = 0.5P= Áp suất, atm ; và được xác định như sau: (HệSI) P = p = Áp suất,kPa.4.6 TỈ SỐ THỂ TÍCH CHẤT KHÍ TRÊN CHẤT LƯỢNG CHẤT RẮN A/SHệ số 1,3 là trọng lượng của 1ml không khí tính bằng mg, giá trị (-1) tính đến yếu tố hệ số hoạt động ở áp suất khí quyển. = lưu lượng,m3/ngày Sa= hàm lượng bùn,mg/L.sa = độ hòa tan của khí,ml/l, lấy theo bảng 1.B.Bài tậpĐề : một dòng nước thải có lưu lượng 0,57 m3/phút và nhiệt độ 39,40C chứa 1 lượng đáng kể dầu mỡ và chất rắn lơ lững SS. Nồng độ dầu mỡ đầu vào là 120 mg/l và cần xử lý dầu để nồng độ đầu ra thấp hơn 20 mg/l. những khảo sát trong thí nghiệm đưa ra kết quả như sau: - Liều lượng phèn : 50 mg/l - Áp suất bão hòa : 4,1 atm - Lượng bùn tạo ra : 0,64 mg bùn/mg phèn. hãy xác định : - Tỷ lệ tuần hoàn nước trong quá trình tuyển nổi - Lượng bùn cặn tạo ra.BÀI GIẢITỷ lệ tuần hoàn RTừ to= 39,4o C tra bảng độ hòa tan của khí phụ thuộc vào to : sa =18,5ml/l, tỉ trọng là 1,13 nên 1,13sa = 18,5 mg/l.Tỷ số 	A/S với hàm lượng dầu mỡ là 20mg/l, tra biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng dầu mỡ với tỷ số A/S.A/S = 0,03f = 0,85BÀI GIẢIBÀI GIẢI2.Lượng cặn bùn tạo ra1 phút = 1440 ngày120mg/l = 120g/m320mg/l = 20 g/m3Q = 0,57 m3/phút = 0,57x1440 m3/ ngày Cặn dầu cần giảmm1 = (120 – 20)g/m3 x 0,57x1440 m3/ngày = 82000g/ngày = 82 kg/ngàyBÀI GIẢILượng cặn do phèn m2=0,64g bùn/g phèn x 50 g phèn/ m3 x 0,57x 1440 m3/ngày = 26000g/ngày = 26 kg/ ngày.Vậy lượng cặn bùn tạo ra m = m1 + m2 = 82 + 26 = 108 kg/ngày.