Các quá trình hóa lý trong xử lý nước thải - Các công nghệ tuyển nổi hiện đại

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 01-Dec-11 ‹#› CÁC CÔNG NGHỆ TUYỂN NỔI HIỆN ĐẠI Trường: ĐH KHTN Tp.HCM Lớp: 09CMT Nhóm: 4 GVHD: Dương Hữu Huy Danh sách nhóm 4: STT Họ và tên MSSV 1 Lê Anh Dũng 0922044 2 Trần Thị Thúy Hằng 0922072 3 Dương Thanh Phong 0922187 4 Đinh Đoàn Trung 0922281 5 Trần Thanh Tuấn 0922289 6 Đoàn Xuân Thảo 0922237 7 Phạm Long Vỹ 0922312 8 Lê Hoàng Bảo 0922013 Tài liệu tham khảo: Tuyển nổi-November 30, 2009- TG: Lê Đức Ba Advanced_Physicochemical_Treatment_Technologies__Volume_5__Handbook_of_Environmental_Engineering Bài giảng xử lý nước thải – thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn. Giáo trình xử lý nước thải – TS Nguyễn Trung Việt. 1.Giới thiệu - Xử lý nước thải trải qua nhiều công đoạn như khuấy trộn, tạo bông keo tụ ,.. tuyển nổi cũng là một trong các công đoạn trong quá trình xử lý nước thải - Tuyển nổi, là phương pháp loại bỏ các chất tan hoặc một vài chất không tan nằm trong nước. - Xiện 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 quy trình xử lý nước cấp cho sinh hoạt 2. Mục đích Tách các tạp chất ở dạng hạt rắn (cặn lơ lửng) hoặc lỏng phân tán không tan (dầu mỡ), các chất tự lắng kém ra khỏi pha lỏng, tách các hạt có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng dung dịch chứa nó. Tách các chất hòa tan như chất hoạt động bề mặt, sắt hòa tan, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) Làm đặc bùn sinh học 3.Ứng dụng Trong công nghiệp, tuyển nổi được áp dụng để: -xử lý chất khoáng, tái sinh nguyên liệu từ nước rửa -xử lý nước thải + nhiễm dầu + thuộc da + chế biến thịt + tái chế giấy + thực phẩm + chế tạo máy -xử lý bùn, thu hồi và làm giàu khoáng sản quí. * Trong xử lý nước cấp, quá trình tuyển nổi được kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông, đặc biệt là đối với chất mùn và tảo sau quá trình keo tụ tạo bông được tách ra khỏi nước bằng tuyển nổi 4. Cơ chế hoạt động Phương pháp này được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong nước thải. Các bọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên trên mặt nước. Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành bông hạt đủ lớn, rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiều hạt bẩn KHỬ NHIỄM NƯỚC NGẦM BẰNG VIỆC TUYỂN NỔI KHÍ HÒA TAN (DAF) Ở Hoa Kì: Các hợp chất hữu cơ độc hại thường được tìm thấy trong nước ngầm ở Mĩ Các công nghệ tiên tiến khử nhiễm nước ngầm gồm: a.Tiền xử lý bằng thông khí, sự đóng cặn, đông tụ hóa chất và lọc để loại bỏ kim loại nặng, màu sắc, TDS, chất sắt và coliforms mangan, và độ cứng.b. Tháo khí để loại bỏ hợp chất dễ bay hơi.c. Ozon hóa với ánh sáng tia cực tím để loại bỏ chất dễ bay hơi.d. GAC pha lỏng cho loại bỏ hợp chất dễ bay hơi.e. Hydrogen peroxide cho loại bỏ hợp chất dễ bay hơi.f. GAC pha khí để thanh lọc không khí.g. Quá trình sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và nitrat. Tóm tắt sự kiểm soát công nghệ tuyển nổi lượng không khí hòa tan Các phương pháp tuyển nổi Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học Tuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén(qua các vòi phun,qua các tấm sốp) Tuyển nổi với tác không khí từ nước(DAF) Tuyển nổi chân không Tuyển nổi áp suất Tuyển nổi điện,tuyển nổi sinh học,tuyển nổi hóa học Tuyển nổi bằng phương pháp giản áp Máng thu cặn Van điều ỏp Khí nén Bơm tuần hoàn Nước sau xử lý Motor truyền động Mỏng thu bọt nổi Nước thải Bồn khuếch tán Thiết bị vớt bọt Tuyển nổi với sự phân tách không khí bằng cơ khí Cánh khuấy Cấp không khí qua đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp Cấp khí qua tấm lọc Thiết bị tuyển nổi theo phương bán kính Tuyển nổi bằng điện Đường kính bóng khí trong tuyển nổi điện vào khoảng 20 – 100 µm Mật độ dòng điện tối ưu nằm trong khoảng 200 – 260 A/m2 BỂ TUYỂN NỔI ( DAF ) là một thiết bị dùng để tách và loại bỏ các chất rắn lơ lững từ chất lỏng dựa trên những thay đổi trong độ tan của khí áp khác nhau dùng phương pháp gắn các hạt chất thải khí được cấu tạo bao gồm một bể tròn hoặc hình chữ nhật.Bên trên bể và đáy bể được thiết kế hai dàn cào bùn.Thiết bị được kết nối với một số thiết bị phụ trợ bên ngoài gồm bình trộn nước,bơm nước,trộn,máy nén khí... BỂ TUYỂN NỔI DẠNG HÌNH TRÒN BỂ TUYỂN NỔI DẠNG HÌNH HỘP Kích thước thiết kế điển hình của 1 số bể tuyển nổi có bể lắng Năng suất m3/h Buồng tuyển nổi Kích thước chung Đường kính Dk, m Chiều cao Hk, m Đường kính Dk, m Chiều cao Hk, m 150 300 600 900 3 4.5 6.0 7.5 1.5 1.5 1.5 1.5 6 9 12 15 3 3 3 3 Xử lí nước thải tại nhả máy dệt nhuộm bằng DAF Hiệu suất của một nhà máy thí điểm không khí hoà tan nổiNhà máy dệt ở Seoul, Hàn Quốc (Tháng Mười Hai, năm 1990) Hiệu quả xử lí của nhà máy sản xuất giấy và bột giấy bằng DAF Xử lý nước thải tự động và giặt quần áo của DAF (50% tái chế dòng chảy áp). Loại bỏ tự động và xử lý nước thải giặt DAF (50% tái chế dòng chảy áp). Xử lý nước thải thực phẩm biển bằng tuyển nổi không khí hòa tan ( DAF) và hấp phụ Xử lí dòng chảy mạnh bằng DAF và lọc cát Nhà máy tuyển nổi thanh lọc nước thải đầu tiên của Mỹ, nhà máy xử lý nước lenox, MA, ở Mỹ . Một nhà máy tuyển nổi- thanh lọc nước uống với công suất 1,2 MGD cung cấp nước cho 10.000 dân cư thị trấn Lenox, MA, Mỹ. Các quá trình hoạt động của hệ thống cải thiện đáng kể quá trình keo tụ, lắng và các hệ thống lọc so với các hệ thống thông thường. Thời gian giữ lại nước của hệ thống lọc-nổi Lenox chỉ trong 15p so với 6-9h của thời gian giữ nước dài của hệ thống thông thường.Thiết kế nhỏ gọn của nhà máy Lenox (đường kính = 22ft = 6,7 m: độ sâu = 6ft = 1,8m) đã giảm đi đáng kể chi phí lắp đặt thiết bị, chi phí nhà ở, chi phí sưởi ấm, nhu cầu sử dụng đất, và vv...  Điểm khác biệt giữa nhà máy lọc-nổi Lenox và một nhà máy xử lý nước thông thường : Nhà máy lenox sử dụng lắng DAF ( với chỉ đến 5,5p của thời gian giữ nước) so với nhà máy thông thường sử dụng thiết bị lắng cặn( với 2-4h thời gian giữ nước) Cả 2 nhà máy lenox và nhà máy thông thường đều sử dụng hóa chất cho việc xử lý nước uống và sản xuất sản phẩm nước thải đáp ứng tiêu chuẩn nước uống US EPA. Tuy nhiên, nhà máy lenox cải tiến hiệu quả hơn nhà máy thông thường trong khả năng thực hiện, vận hành, bảo trì và sử dụng năng lượng. . Những ưu điểm vượt trội của nhà máy lọc – nổi so với các nhà máy thông thường : Không chỉ tất cả chất gây ô nhiễm mà hệ thống thông thường có thể sử lý, mà còn cả những chất gây ô nhiễm khác như :hợp chất dễ bay hơi, tảo nổi và mùi hôi,vv… Thông qua máy trộn nhiễu khí quyển nhanh chóng và vách ngăn keo tụ tĩnh tại nhà máy Lenox tiết kiệm đáng kể năng lượng. Hoàn toàn tự động hóa bao gồm cả dòng điều khiển, kiểm soát mức độ, tỷ lệ cặn hoá học và bộ đếm thời gian kiểm soát rửa ngược lọc,.. Vốn và tổng số chi phí hàng năm ít hơn một phần ba của so sánh các hệ thống thông thường. Tái sử dụng nước thải rửa ngược qua bộ lọc giúp loại bỏ thiết lập một lưu vực trung gian. Nhà máy Lenox có thể loại bỏ tất cả tảo nổi, hầu hết các vi khuẩn gây bệnh, và nhiều thứ khác, do đó giảm việc khử trùng bằng clo. Lượng hóa chất thêm vào trong quá trình xử lý thấp. Thông qua các bộ lọc xử lý nước thải rửa ngược bộ phận hấp thụ để tái sản xuất nước uống, nen giảm lượng chất thải và chi phí bơm nước. Tốc độ dòng chảy chảy lớn do đó loại bỏ nhu cầu của một cân bằng lưu lượng dòng chảy trong bể chứa. rửa ngược tự động liên tục của các bộ lọc giúp loại bỏ sự cần thiết của một bể chứa nước cao theo yêu cầu của nhà máy thông thường. Nhà máy lọc-nổi nước thải lớn nhất thế giới, nhà máy xử lý nước thải Pittsfield, MA, USA. Hệ thống DAF thường đươc áp dụng cho các loại nước có chứa các hạt nhỏ nhẹ (ví dụ như tảo), độ đục ở mức thấp hoặc mức trung bình (<100 NTU; tốt nhất là <30 NTU), độ kiềm thấp, và màu sắc cao. Trong nhiều trường hợp hệ thống lắng không đạt được hiệu quả đối với những loại nước kể trên. Hệ thống lọc nước uống quy mô lớn đầu tiên đó là hệ thống lọc DAF- (37,5 MGD) được xây dựng ở Pittsfield, Massachusettes năm 1986. Đến năm 2005, nhà máy lọc nước DAF lớn nhất ở Hoa Kỳ l 75 MGD là nhà máy xử lý nước Table Rock và Bắc Saluda ở Greenville, South Carolina. Kể từ khi đưa vào vận hành đến nay nhà máy đạt hiệu suất sử lý cao góp phần loại bỏ hiệu quả bào tử ẩn. Tối ưu hóa độ đục nước thải DAF luôn thấp hơn 0.5 . NTU với SLR khác nhau từ 4 đến 8 gpm/ft2 và khả năng loại bỏ tảo đạt hơn 96 %. Những lợi thế của DAF hơn lắng thông thường bao gồm: Nhỏ gọn hơn vì của SLR cao hơn nhiều. Hiệu quả hơn cho việc loại bỏ các tảo, Giardia và Cryptosporidium. Ổn định chất lượng nước thải mà không cần polymer. d. Thời gian khởi động nhanh hơn(trong vài phút). Liều lượng chất kết tủa và keo tụ thấp hơn (không cần thu gom bùn). Có thể thu gom tập trung bùn dày với một máy hớt váng (2-4% chất rắn).   Những khó khăn chính của DAF: Có nhiều bộ phận cơ khí để duy trì . Chi phí năng lượng cao vì áp suất cao tái chế nước và không khí nén. HỆ THỐNG TUYỂN NỔI AQUADAF  Hệ thống DAF mới có thể hoạt động ở mức SLR của 8-18 gpm/ft2 gấp 2-3 lần so với các hệ thống DAF thông thường với các vách ngăn bên trong góc tường và sàn giả, tạo ra một tác dụng tuần hoàn trên toàn lưu vực DAF, đảm bảo mật độ bong bóng và nổi, tăng hiệu quả loại bỏ các chất rắn lơ lửng, đồng thời hệ thống thiết kế một lối thoát nước hệ thống thông qua sàn giả thông ra một kênh nước thải. Mặc dù hoạt động tại SLR cao nhưng hệ thống DAF mới có khả năng xử lý tương đương hiệu suất của hệ thống DAF thông thường . Hệ thống mới DAF được sử dụng để tối ưu hóa việc loại bỏ và độ đục bằng sắt keo tụ để tạo điều kiện thuận lợi một thông lượng cao hơn cho hệ thống màng . DAF mới vượt trội so với hệ thống lắng trong khi bằng cách sử dụng một liều lượng chất kết tủa thấp hơn. hệ thống DAF mới đầu tiên ở Bắc Mỹ được xây dựng tại nhà máy Lake DeForest xử lý nước ở West Nyack, New York vào năm 2003. DAF mới thay thế các bể lắng hiện có quá trình tiền xử lý với phương tiện truyền thông hai bộ lọc. QUÁ TRÌNH TUYỂN NỔI KỊ KHÍ SINH HỌC. Trong quá trình xử lý kỵ khí chất thải của một nhà máy giấy gần Kassel, Đức đã xảy ra một số vấn đề trong hoạt động làm mất sinh khối do quá trình lắng không hiệu quả. Bùn thải từ nồi kỵ khí trong quá trình sản xuất chẳng hạn như carbon dioxide, nitroge,methane, hydrogen sulfide, và do đó, lần lượt, có bong bóng khí, gây ra bùn nổi. Nồng độ COD trong vòng lặp nước lưu thông cho nhà máy giấy tăng cao, dẫn đến chất lượng giấy kém . Vì vậy người ta dã đề xuất phương pháp tuyển nổi sinh học kị khí bằng cách sử dụng một vật liệu lắng nổi , có thể để thả nổi thu hoạch sinh khối kỵ khí và trả về cho các lò phản ứng sinh học kỵ khí. Chỉ có số lượng rất nhỏ thành phần vô cơ đã được gỡ bỏ thông qua các thùng đựng nước thải trầm tích. Khí sinh học, đó là bao gồm khoảng 60% methane, carbon dioxide 39%, và hydrogen sulfide 1%, Tạo ra bởi các vi sinh vật kỵ khí đã được sử dụng ở nơi không khí hòa tan trong một ống thay đổi khí hòa tan để đảm bảo rằng các vi sinh vật hoạt động vẫn còn. Các điểm nổi bật của lò phản ứng sinh học kỵ khí quá trình tuyển nổi.Nó được bao phủ kín bởi van kín.Nó là thiết bị chống cháy nổ.Áp lực bên trong lò phản ứng sinh học kỵ khí được duy trì được chính xác tại 12 mb , lớn hơn áp suất bên ngoài , để đảm bảo không có oxy vào lò phản ứng. Tạo ra bởi các vi sinh vật kỵ khí đã được sử dụng ở nơi không khí hòa tan trong một ống thay đổi khí hòa tan để đảm bảo rằng các vi sinh vật hoạt động vẫn còn. Các điểm nổi bật của lò phản ứng sinh học kỵ khí quá trình tuyển nổi: Nó được bao phủ kín bởi van kín. Nó là thiết bị chống cháy nổ. Áp lực bên trong lò phản ứng sinh học kỵ khí được duy trì được chính xác tại 12 mb , lớn hơn áp suất bên ngoài , để đảm bảo không có oxy vào lò phản ứng. Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi: Hoạt 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 hoá. Nhược 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. Cảm ơn thầy và các bạn đã quan tâm theo dõi bài báo cáo đề tài của nhóm em.