6623-9
03/11/2007
Nha Trang 6- 2006 Chương I
XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ
I.1. Tổng quan về chất thải đặc của ao nuôi tôm thương phẩm thâm canh.
I.1.1.Nguồn gốc hình thành chất thải đặc trong ao nuôi tôm thương phẩm thâm
canh.
Chất thải đặc bao gồm
: chất thải đặc (vô cơ ) và chất thải mềm (hữu cơ)
gọi là chất thải đặc.
Nguồn gốc hình thành chất thải đặc trong nuôi tôm thương phẩm thâm canh
bao gồm các nguồn gốc chính sau đây :
1. Thức ăn thừa.
Hiện nay do chưa kiểm soát được thức ăn cho tôm thừa hay thiếu.Theo kết quả

Hình 1:Sơ đồ các nguồn hình thành chất thải đặc và được lắng tụ.
Phân đó là nguồn thức ăn rồi dào cho động vật phù du. và theo logic phát
triển đó tạo thành chất thải trong ao nuôi tôm. Hai nguồn gốc cơ bản hình thành
chất thải đặc trên nếu không được thu gom và sử lý sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn
phát triển gây bệnh cho tôm.
3. Dung dịch hữu cơ . [4]
Các chất thải trong công nghệ nuôi tôm chứa nhiều chất thải hữu cơ.
Đây là một trong những nguồn thức ăn rồi dào của các vi khuẩn gây bệnh trực tiếp
cho tôm, gây ảnh hưởng trực tiếp đến màu của nước nuôi. Vấn đề này theo kết quả
nghiên cứu của PGS. TS. Bùi Lai [5] đây là thành phần chất thải hữu cơ hoà tan
vào nước nuôi trong quá trình nuôi. Chúng khó tách khỏi môi trường nước nuôi
nh
ưng chúng lại dễ bị phân huỷ dưới tác dụng của các chất phân huỷ sinh học (EM).
Ngoài những thành phần chủ yếu trên, chất thải trong ao nuôi tôm thương phẩm
thâm canh thấp triều trên còn có các nguồn gốc khác như:

S chỉ sinh ra từ các chất hữu cơ lắng tụ khi phân huỷ trong điều kiện yếm
khí. Những lớp đất yếm khí có chất hữu cơ thường có màu đen đặc thù do sự hiện
diện của các hợp chất sắt khử. Tính độc của NH
3
và H
2
S tuỳ thuộc vào nồng độ
của chúng, độ pH và các thông số khác. NH
3
trở nên độc hại hơn khi pH cao còn
H
2
S độc hại hơn khi pH thấp.
Mặt khác các chất hữu cơ sinh ra từ sự phân huỷ của phân tôm, thức ăn và
sinh vật chết, . lại là nguồn thức ăn cho vi khuẩn và nguyên sinh động vật gây
hại trực tiếp cho tôm. Cho nên sự tích tụ của các chất thải trên ảnh hưởng trực tiếp
đến tôm nuôi.
Như vậy sự hiện diện của chất thải đặc trong ao nuôi tôm thương phẩm thâm
canh thấ
p triều là hầu như gây hai cho môi trường nuôi tôm. Chúng sinh ra khí độc,
làm nguồn nuôi vi khuẩn làm giảm nồng độ oxy gây bệnh trực tiếp cho tôm.
Do vậy muốn nuôi tôm công nghiệp đạt hiệu quả cao thì vấn đề thu gom
tách – lọc chất thải đặc trong công nghệ nuôi là vô cùng quan trọng là một trong
những nhân tố quyết định năng suất.
I. 2. 3. Các tính chất cơ học cơ bản của chất thải đặc và huyền phù.
1. Tính chất cơ h
ọc cơ bản của chất thải đặc. [5]
Các thông số kích thước cơ bản của hạt chất thải cần tách lọc:
Khối lượng riêng của hạtchất thải đặc:
b

lượng bản thân P và lực cản tổng cộng xuất hiện khi hạt chuyển động dưới tác dụng
của trọng lực P.Mối quan hệ giữa hai lực đó sẽ quyết định tốc độ l
ắng hay độ lớn
thủy của hạt.
Trọng lượng P của hạt phụ thuộc vào khối lượng riêng, kích thước hạt. Lực
cản P
1
phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, tốc độ của hạt và độ nhớt của nước.
Tốc độ lắng của mỗi hạt riêng biệt có thể coi là như nhau (theo nguyên lý stock)
trong suốt thời gian lắng bởi vì gia tốc rơi tự do cân bằng với lực cản môi trường.
khi đó tốc độ lắng của mỗi hạt riêng biệt trong nước ở trạng thái tĩnh có thể xác định
từ
điều kiện cân bằng của các lực tác dụng đối với hạt.
P=P
1

Ta có công thức tính độ lớn thủy lực (tốc đọ lắng tự nhiên)của hạt đặc là:
u
0
=
()
0
6

ϕγ
γγπ
n
nr
dg−
(1) ; [7,công thức 3-8 trang 67].

A
r
– hằng số Acsimét.
Với A
r
=
()
g
d
n
nr
γµ
γγ
.
.
2
3
−
(4) ; [công thức 2-2 trang 23,11].
Trong đó d,
b
γ
,
n
γ
,
µ
,g ở trên.
Thay các giá trị trên vào công thức (4) ta được: A
r

0
= (5) ; [6, trang 67, công thức 3-10].
Thay R
e
= 0,0306 vào công thức (5) ta được:

===
0306,0
.3.3
0
π
π
ϕ
e
R
307,843.
Thay giá trị
0
ϕ
= 307,843 vào công thức (1) ta tính được độ lớn thủy lực của hạt
cặn:
u
0
=
()
0
6

ϕγ
γγπ


Trong đó :
H : triều sâu công tác của bể lắng.
U
0 :
tốc độ lắng mm/s.
Tốc độ lắng phụ thuộc vào số lượng và khả năng kết tụ của các hạt chất thải.
Hàm lượng chất thải càng cao thì tốc độ lắng càng lớn ( hình 1).
Trong quá trình lắng nếu không có quá trình gia nhiệt và trợ lắng thì không
làm thay đổi tính chất vật lý của chất thải và cấu trúc hạt, khối lượng riêng, độ nhớt
2. Tính lắng của khối hạt chất thải.
Quá trình lắng không làm thay đổi tính chất vật lý của bã, như cấu trúc hạt,
khối lượng riêng, độ nhớt, nếu không có quá trình gia nhiệt và trợ lắng. Theo
Stockes thì vận tốc lắng tăng khi chuyển t
ừ quá trình tĩnh sang động, bằng cách tạo
thêm một trường lực như lực ly tâm. Ngoài ra bề mặt lắng và vận tốc rơi tự do của
hạt đặc cũng ảnh hưởng đến khả năng lắng. Hình 2 biểu thị quá trình lắng đứng và
lắng nghiêng.
Trong ống thẳng các hạt đặc lắng trên toàn bộ tiết diện ống, còn trong ống
nghiêng thì quá trình lắng xảy ra theo dọc ống. Vì vậy, lắng nghiêng s
ẽ nhanh hơn

-Chống được sự ăn mòn trong môi trường nước nuôi.
-Theo diện tích ao nuôi và theo bơm thường sử dụng hiện hành thiết bị phải
đảm bảo tách lọc được chất thải đặc với năng suất từ 5 ÷ 10 (m
3
/h). chieàu cao laéng
BaõBaõ
Nöôùc
trong
Nöôùc
trong
chieàu ao laéng
Nước trong
Chiếu cao
lắng
Chiếu cao
lắng
học
Ao nuôi
Ao
lắng
Ao chứa
Ao xử
lý
Ao xử
lý
Ao ni
Ao chứa
Ao
lắng

Trong sản xuất người ta thường sử dụng phương pháp cơ học kết hợp với
phương pháp lọc.
1. Bể lắng ngang :
Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, tỷ lệ giữa triều rộng và triều dài
không nhỏ hơn 1/4 và triều sâu đến 4 m.
Nước thải được dẫn vào bể theo mương và máng phân phối ngang với đập
tràn thành mỏng hoặc tường đục l
ỗ xây dựng ở đầu bể suốt triều rộng. Đối diện ở
cuối bể cũng xây dựng máng tương tự để thu nước và đặt tấm chắn nữa chìm nữa
nổi, cao hơn mực nước 0,15-0,2 m và không sâu quá mực nước 0, 25 m. Tấm này
có tác dụng ngăn chất nổi, thường đặt cách thành tràn 0,25-0,5 m. Để thu và xả chất
nổi người ta đặt một máng đặc biệt ngay sát kề tấm ch
ắn.

Hình 5:Bể lắng đứng thông thường
Khi nước thải dâng lên theo thành bể thì cặn lắng thực hiện chu trình ngược
lại. Như vậy cặn chỉ lắng được trong trường hợp tốc độ lắng U
0
lớn hơn tốc độ nước
dâng Vd ( U
o
> Vd ).
Trong thực tế thì nước thải chuyển động trong bể lắng đứng khá phức tạp.
Nước chảy qua khoảng cách giữa miệng loe của ống trung tâm và tấm chắn hướng
tới tường bể. Đó là dòng tia rối ngập, nên phạm vi dòng được mở rộng do lực lôi
kéo của nước tầng ngoài. Chính vì vậy mà trong bể lắng tạo nên những vùng nước
xoáy. Hướng của vùng nước xoáy này bắt đầu từ giữ
a khoảng miệng loe và tấm
chắn với tốc độ lớn làm cản trở quá trình lắng cặn.

Ưu điểm :
- Thuận tiện trong công tác xả cặn.
- Chiếm ít diện tích xây dựng hơn bể lắng ngang.
- Có kết cấu đơn giản.
Nhược điểm:
- Triều sâu xây dựng lớn làm tăng giá thành xây dựng ( đặc biệt những nơi đất
đai không thuận lợi như những vùng nuôi tôm trên cát ), số lượng bể nhiều.
- Hiệu suất lắng thấp.
- Chỉ lắng
được những hạt cặn có độ lớn thủy lực u
o

Hình 14 trình bày bể lắng radian kiểu ly tâm, đường kính 28 m. Nước thải
chảy theo ống trung tâm từ dưới lên trên rồi qua múi phân phối và vào bể. Chất nổi
nhờ tấm chắn treo lơ lửng dưới dàn quay dồn góp lại và chảy luồn qua ống siphông
xả vào giếng cặn.
Ưu điểm :
- Năng suất lọc lớn.
- Có khả năng tách được cặn.
Nhược điểm :
- Diện tích xây dựng lớn, chiếm nhiều diện tích.
- Hiệu suất lắng cặn nhỏ.
- Thời gian lọc lâu không bảo đảm năng suất.

- Chỉ lọc được những hạt cặn có độ lớn thủy lực lớn.
Hình 6 : Bể lắng Radian – ly tâm
1.Ống dẫn nước vào bể ; 2.Ống dẫn nước bùn
3. Hướng chuyển động của dàn quay ; 4. Ống tháo nước ; 5. Ống tháo cặn tốt
4. Bể lắng hướng tâm :
Bể lắng có máng phân phối nước ở chu vy và phễu thu nước ở trung tâm.

Hình 7 : Sơ đồ bể
lắng radian hướng tâm

Ghi chú :
1.Đưa nước thải vào bể ; 2. Máng phân phối

lắng khác, nó có các bộ phận phân phối và thu nước, phần lắng và chứa cặn. Cấu
tạo ph
ần lắng gồm nhiều tấm mỏng sắp xếp cạnh nhau với triều cao
≈
0,15m. Các
tấm mỏng đó có thể là các bản phẳng, lượn sóng hoặc các dạng ống …
Ưu điểm :
- Triều cao công tác nhỏ.

- Hạn chế được lực cản của dòng chảy rối
- Nâng cao hiệu suất lắng
- Nước thải lưu lại với thời gian ít hơn, do đó công suất của bể tăng lên.
Nhược điểm :
- Cấu tạo phức tạp.
- Diện tích lớn, khó di chuyển trên vùng đất cát.
- Chưa có thể tách được chất cặn có
độ lớn thủy lực nhỏ.

Hình 8: Bể lắng tầng mỏng
a. Bể lắng tầng mỏng Radian.
b. Bể lắng tầng mỏng ngang.
• Trong sản xuất lớn kiểu công nghiệp, để phân riêng pha đặc khỏi pha lỏng
trong huyền phù, người ta thường dùng máy ly tâm với nguyên lý :
Pha đặc có khối lượng riêng lớn hơn pha lỏng, trong trường ly tâm của
huyền phù sẽ xảy ra hiện tượng lực ly tâm tác
động vào đơn vị khối lượng pha đặc
lớn hơn vào đơn vị khối lượng pha lỏng. Sau thời gian chuyển động quay, pha đặc

Khi dẫn nước vào theo ống đặ
t tiếp tuyến với hình trụ sẽ tạo ra chuyển động
vòng trong xiclon. Tốc độ nước tại cửa vào có thể đạt được 20m/s. Dưới tác dụng
của lực ly tâm, các hạt đặc sẽ văng ra thành tường xiclon và trượt xuống ống 3 xả đi.
Vì lực ly tâm lớn hơn rất nhiều so với trọng lực của hạt nên xiclon có thể làm việc
theo phương đứng, ngang hoặc nghiêng.
Đường
nước vào
Đường nước
ra

Hiệu suất tách các chất trong xiclon có áp tỷ lệ giữa các kích thước hình học
của xiclon, tính chất các hạt và khả năng lắng của chúng.
Khả năng lắng của hạt phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, trọng lượng
riêng và nồng độ của nó.
Ưu điểm :
Xyclon cao áp được dùng rộng rãi trong công nghiệp, nhất là để phân loại
các tạp chất theo độ lớn và trọng lượng riêng. Trong công nghệ
xử lý nước nó được
dùng để sơ bộ lắng nước sông chứa nhiều bùn phù sa, để tách các tạp chất nặng khỏi
nước thải, để nén cặn tươi trước khi làm khô bằng phương pháp cơ học. Đặc biệt nó
cho hiệu suất cao, khi xử lý cặn gồm các chất dạng hạt của nước thải công nghiệp.
Nhược điểm:
- Tốn nhiều năng lượng, thành tường chóng bị
bào mòn nhất là đối với nước
thải chứa vụn sắt cạnh. Ngoài ra trong xiclon áp lực khó loại các tạp chất nổi.
- Để tránh bị bào mòn người ta tráng một lớp men lên mặt trong của xiclon

Dưới tác dụng của lực ly tâm, pha đặc dịch chuyển xa dần. Sau một thời gian các
pha đặc bám vào thành roto. Nước sẽ
ở vị trí gần tâm hơn. Người ta có những kết
cấu thích hợp để lấy pha đặc ra khỏi thiết bị lắng. Hình 10 là sơ đồ máy ly tâm tháo
vật lắng bằng vít tải. Pha đặc được lấy ra bằng vít tải qua cửa đáy nhỏ còn nước
trong tràn qua đáy lớn của roto.
Người ta thường sử dụng máy ly tâm lắng để phân riêng hai pha đặc và lỏng
trong huyền phù ( khó lọc ) có độ kết dính cao như tách đường non và m
ật rỉ, tinh
bột gạo sắn, tóp mỡ ra khỏi mỡ, vỏ trứng ra khỏi lòng tđặcg trứng, lọc nước nho,
nước cà chua, khử nước ra khỏi phomát tươi, lọc sơ bia sống.
Người ta còn dùng máy ly tâm lắng để phân loại cỡ hạt của pha đặc với kết
cấu cửa ra có những khoản cách tâm khác nhau:

Hình 11: Máy ly tâm lắng.
Trong máy ly tâm lắng có 2 phương pháp tạo trường ly tâm cho hỗn hợp
nướ
c bùn:
Roto lắng
n2 = 500 - 1500 v/ phút
Bùn 20 - 30 % Nước
Khả năng tách ( phân riên
g
Bùn có
Pha rắn từ 1 - 40 %
Nước
Vít tải rỗng n2
Roto lắng
n
2

+ Máy kết cấu phức tạp. Roto phải quay với vận tốc lớn, trong khi chúng lại
sử dụng trong môi trường nước mặn. Nếu sử dụng vật liệu chịu mặn bằng kim loại
thì thiết bị có giá thành cao. Nếu sử dụng vật liệu chịu mặn phi kim loại thì thiết bị
không đủ bền.
+ Giá thành đầu ra của bùn thấp (chỉ để làm nguyên liệ
u sản xuất phân bón)
không đủ bù lại giá thành thiết bị và gía thành sử dụng thiết bị quá cao.
* Phương pháp bình ( xyclon ) đứng yên :
Cho khối hỗn hợp bùn nước quay nhờ vận tốc tiếp tuyến của hỗn hợp vào
phần thể tích hình trụ tròn của xyclon. Do lực quán tính, nước bùn chuyển động
theo đường biên quay quanh trục xyclon. Nhờ lực ly tâm, bùn chuyển động ra xa
tâm chạm vào thành xyclon và trượt xuống dứơi đi vào phần côn thu, xuống bể
chứa và định kỳ được xả ra ngoài. Nước gần tâm hơn đi lên phía trên.
Phương pháp này có những ưu nhược điểm sau :
Ưu điểm :
+Có khả năng phân riêng hạt pha đặc có cỡ hạt từ 0,5 ÷ 1 mm .
+Máy có kết cấu đơn giản, có thể dùng vật liệu chịu mặn có độ bền không
cần cao. Giá thiết bị và gía sử dụng thiết bị thấp phù hợp gía thành đầu ra của bùn .
Nh
ược điểm :
Khả năng phân ly thấp vì tốc độ quay vòng của hỗn hợp chỉ có khả năng thực
hiện khoản 30 ÷50
v
/
f
.
Chỉ phân riêng bùn nước trong hỗn hợp với tỷ lệ bùn thấp = 18% theo khối
lượng.
giống Hoàng Gia Đinh ( Đồ Sơn ), Trại giống TS Nghi Xuân ( Hà Tĩnh ). Trại
giống TS Kỳ Anh ( Hà Tĩnh ), Trại giống TS Cái Dăm, Trại giống TS Cái Rồng,
Trại giống Cát Bà, Trại giống tôm Nam Định. Tất cả người ta đều dùng bể lọc cát
hở. Loại bể lọc cát hở có những ưu nhược điểm sau :
Ưu điểm :
Kết cấu bể lọc
đơn giản, cát lọc dễ kiếm có thể khai thác tại chỗ. Chất lượng
nước lọc được công nghệ nuôi tôm chấp nhận.
Nhược điểm :
Bể lọc cồng kềnh,vì lọc hở nên dễ bị nhiễm bẩn trong quá trình lọc như
chuột và các sinh vật khác chết trong bể lọc, sau một thời gian cát bị bẩn.
Việc định kỳ rữa cát rất khó khăn ( phải đả
o = 30 m
3
bằng thủ công ).
Việc tận thu nước mặn sau khi đã tách bùn trở lại phục vụ ao nuôi tôm rất
cần thiết với những vùng thiếu nước mặn.

Qua khảo sát chúng ta thấy nguyên lý lọc cát đã được sử dụng rộng rãi vào
để lọc nước nuôi phục vụ sản xuất tôm giống. Trong khi chất lượng nước ao nuôi
thương phẩm yêu cầu thấp hơn nước nuôi tôm giống. Do vậy đề tài sẽ chọn nguyên
lý lọc cát trong hệ thống thiết bị tận thu nước mặn nuôi tôm thương phẩm thâm
canh.
Để khắc phục những tồn tại củ
a bề mặt lọc cát hở tránh nhiễm bẩn do môi
trường xung quanh đến quá trình lọc chúng tôi chọn lọc qua bình cát kín.
+ Để có thể sử dụng thiết bị lọc phù hợp với những quy mô sản xuất thâm

Nguyên lý hoạt động cơ học của xiclo hạ áp (là kết hợp giữa lắng lực ly tâm và lắng
trọng lực) kết hợp với lọc cát. II.2. Lựa chọn phương án thiết kế và sơ đồ nguyên tắc làm việc của thiết bị
Phương án lựa chọn thiết kế lọc theo phương pháp cơ học. Dùng xiclo hạ áp
và kết hợp nguyên lý thẩm thấu vật liệu tách lọc(cát) dựa trên .
Sơ đồ nguyên tắc làm việc của thiết bị: Hình 12 : Sơ đồ nguyên tắc. 1 - Hố chứa chất thải ; 2 – Bơm hút chất thải; 3 - Thiết bị tách lọc;
4 - Thiết bị bổ sung oxy; 5 – Van xả cặn
Nguyên tắc làm việc của thiết bị :
Chất thải sau khi được máy đảo oxy gom tụ lại ở giữa đáy ao nuôi 1 thì
được hút lên bằng bơm 2, chảy vào thiết bị lọc 3, Nước sau khi được tách lọc thì
Hình 13: Sơ đồ nguyên tắc làm việc của thiết bị
Cụm hút
h
ấtthải
Van 1 chiều
Ao tôm
Bơm
Xyclon
Lọc sinh học

3
/h.
Phương án hút chất thải đặc từ dáy ao lên thiết bị. Chất thải được hút ra khỏi ao Hình 15: Bộ phận hút chất thải

a.Cơ sở lý thuyết.
Quan sát thực tế cho thấy các tia nước được hút vào vòi từ một khối chất
lỏng đồng nhất sẽ hẹp dần dần, cách vòi một khoảng nào đó, tia sẽ phân tán trong
khối đó. Sự phân tán tia lỏng là do tác động trao đổi hỗn loạn giữa tia và chất lỏng
bao quanh.
Tính nhớt là nguyên nhân làm sinh ra các xoáy ở các biên giới giữa tia và
chất lỏng nằm im. Các xoáy
đó kìm hãm chuyển động của tia, làm tăng khối lỏng
lên bằng cách lôi kéo chất lỏng từ ngoài vào cùng chuyển động theo. Trong các tia
Hình17. Sơ đồ phân bố dòng hút.

Đoạn ban đầu Đoạn cơ bản
Tiết diện ban đầu
Lõi có tốc độ không đổi Tiết diện chuyển biến.