Bài giảng : XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Nguyễn Lan Phương
46
- Tốc độ trung bình của dòng nước đi lên qua lớp cặn lơ lửng (V
1
) phụ
thuộc hàm lượng cặn của nước nguồn.
+ Nước có độ đục thấp: Co < 20mg/l → V
1
= 0,9mm/s
Co = 20 ÷ 50mg/l → V
1
= 1,2m/s
+ Nước có độ đục trung bình: Co = 50-250mg/l → V
1
= 1,6mm/s
+ Nước có độ đục lớn Co = 250 - 2500mg/l → V
1
= 2,2mm/s
- Nước từ bể phản ứng sang bể lắng phải chảy qua tường tràn ngăn cách
giữa 2 bể, tốc độ tràn V
2
≤ 0,05m/s.
- Tốc độ nước chảy giữa tường tràn và vách ngăn lửng V
3
≤ 0,03m/s
- Chiều cao lớp cặn lơ lửng ≥ 3m
- Thời gian lưu nước trong bể t ≥ 20 phút
* Tính toán:
- Diện tích mặt bằng của bể phản ứng

Q
m
vN
ω
=
Trong đó:
v
ô
: tốc độ nước chảy trong ống (m/s) (V
ô
= 0,5 ÷ 0,6m/s)
N: Số ống phân phối
+ Đường kính ống phân phối:
4
()

o
Q
Dm
vN
π
=

+ Từ
0,30 0,35
lo
ong
f
ω
=÷

việc có hiệu quả chỉ sau 3 ÷ 4 giờ làm việc.
2.3.4.4. Phản ứng tạo bông cơ khí
* Nguyên lý: dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để

tạo ra sự xáo trộn dòng chảy.
Cách khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục quay và toàn
bộ được đặt theo phương nằm ngang hay thẳng đứng.
Kích thước cánh khuấy chọn phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo bể phản
ứng.
Hình 2-18: Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí.
1. Mương phân phối nước vào 4. Cánh khuấy
2. Buồng phản ứng 5. Vách ngăn
3. Trục quay
- Bể phản ứng nên chia thành các ngăn với mặt cắt ngang dòng chảy có
dạng hình vuông, kích thước cơ bản:
3,6m x 3,6m ; 3,9m x 3,9m ; 4,2m x 4,2m
- Dung tích bể tính cho thời gian nước lưu lại 10 - 30’
3
h
1


Rn
Vms
π
=

Trong đó:
+ R: bán kính chuyển động của cánh khuấy, tính từ mép ngoài của cánh đến
tâm trục quay.
+ n: số vòng quay trong 1 phút (vòng/phút): n = (3-5) vòng/phút
Khi cánh khuấy chuyển động trong nước, nước bị cuốn theo với tốc độ 1/4
tốc độ của cánh khuấy.
→ Tốc độ chuyển động của cánh khuấy so với nước
V
a
= V
1
- V
n
=
11 1
13
44
VV V−=
⇒ V
a
= 0,75
2.
( / ) (2.19)
60
Rn

chuyển trong nước theo công thức:
P = 51.C.F.v
3
(W) (2.20)
Trong đó:
+ F: tổng diện tích của các bản cánh (m
2
)
+ v: tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước (m/s)
+ c: hệ số sức cản của nước phụ thuộc vào tỷ lệ giữa chiều dài l và chiều
rộng b của bản cánh quạt.
Bảng 2-3
l/b 5 20 >21
C 1,2 1,5 1,9

- V: dung tích bể (m
3
)
- µ: độ nhớt động lực của nước (N.S/m
2
)
Nhận xét:
- Từ P = 51.CF.v
3
⇒ P chủ yếu phụ thuộc vào v. Tiết diện bản cánh F có
ảnh hưởng không đáng kể và thường bị khống chế bởi kích thước giới hạn so với
kích thước bể.
- v có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng quay hoặc bán kính quay
của cánh khuấy.
* Thực tế giảm v ở các buồng kế tiếp thực hiện cách giảm số vòng quay của

90-99% lượng chất bẩn chứa trong nước.
2.4.1.1 Một số khái niệm cơ bản:
- Độ lớn thủy lực của hạt: là tốc độ rơi của h
ạt trong môi trường tĩnh.
- Đường kính tương đương: Đường kính tương của 1 hạt có hình dạng bất
kỳ là đường kính của 1 hạt hình cầu có độ lớn thủy lực bằng độ lớn của hạt đó.
- Tập hợp hạt đồng nhất ổn định: Là tập hợp hạt trong đó quá trình lắng
không thay đổi hình dạng, kích thước và có độ lớn thủy lực không thay đổi.
- Tập h
ợp hạt không đồng nhất, ổn định: Là tập hợp hạt có độ lớn thủy lực
khác nhau nhưng do kích thước là hình dạng ổn định nên độ lớn thủy lực không
thay đổi.
- Tập hợp hạt không đồng nhất, không ổn định: là tập hợp hạt có độ lớn
thủy lực khác nhau nhưng do kích thước là hình dạng ổn định nên độ lớn thủy lực
không thay đổi.
- Tậ
p hợp hạt không đồng nhất, không ổn định: là tập hợp hạt có độ lớn
thủy lực khác nhau và thay đổi trong quá trình lắng.
2.4.1.2 Động học của quá trình lắng
1. Lắng tĩnh:
Trong môi trường nước ở trạng thái tĩnh, dưới tác dụng của trọng lực các
hạt cặn rơi xuống theo phương thẳng đứng. Tốc độ rơi của hạt phụ thuộc vào
kích thước, hình dạng, t
ỷ trọng của hạt, đồng thời phụ thuộc vào các yếu tố môi
trường như lực đẩy nổi, lực cản của nước. Ngoài ra trong quá trình rơi, các hạt
cặn tự do có tốc độ rơi khác nhau nên lại tác động lẫn nhau bằng cách cuốn theo
hoặc liên kết thành các bông cặn lớn hơn.
Bài giảng : XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Nguyễn Lan Phương

3
ρρ
π
−==
Lực cản của môi trường nước
F
c
= ϕ
0
.ρ
0
.u
2
.d
2

Trong đó:
- m : khối lượng riêng của hạt
- g : gia tốc trọng trương
- a : gia tốc rơi của hạt
- d : đường kính của hạt
- ρ
1,
ρ
0
: tỷ trọng của cặn và của nước
- ϕ : hệ số sức cản cử nước
Theo định luật Newton, có thể viết cân bằng lực lên hạt cặn
P - F
c


F
c

F
P
Bài giảng : XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Nguyễn Lan Phương
52

gdu
6
0
01
0
ρ
ρρ
ρ
π
−
=

Hệ số sức cản của nước ϕ
0
trong trường hợp này là hệ số Reynol trong
trường lắng. Hệ số Reynol được xác định theo công thức:

γµ
ρ

2424
0
0
ρ
µ
ϕ
==

+ Khi R
e
> 2000 dòng chảy ngược của nước là dòng chảy rối hoàn toàn. So
với lực đẩy của dòng nước, lực nhớt có giá trị không đáng kể và không ảnh
hưởng đến sự chuyển động của hạt cặn. Giá trị ϕ
0
không phụ thuộc vào R
e
mà là
1 hằng số.
ϕ
0
= 0,4
1 < R
e
< 50
4
0
24
e
R
=

01
) (.
18
1
d
q
u
ρ
ρ
ρ
γ
−
=

1< R
e
< 50
4,18,0
0
01
6,0
8,0
.).(.
18
1
d
q
u
ρ
ρρ


5,05,0
0
01
5,0
.).(.83,1 dgu
ρ
ρ
ρ
−
=

Tốc độ lắng của hạt phụ thuộc vào hình dạng, khối lượng, thể tích, các yếu
tố vật lý của nước như độ nhớt, nhiệt độ Do đó việc xác định tốc độ rơi của hạt
cặn bẩn trông nước thiên nhiên bằng phương pháp lý thuyết khó có thể thực hiện.
Trong thực tế áp dụng phương pháp xác định tốc độ lắng đặc trưng b
ằng thực
nghiệm.
2. Lắng trong môi trường động
Trong kỹ thuật xử lý nước hiện nay các bể lắng tĩnh không còn được áp
dụng mà phổ biến rộng rãi phương pháp lắng trong dòng chảy liên tục. Theo
phương chuyển động của dòng nước quá trình lắng được phân thành lắng đứng
và lắng ngang. Theo chế độ thủy lực, quá trình lắng lại có thể xảy ra trong dòng
chảy tầng hoặc dòng chảy rối.
a. Lắ
ng đứng:
Trong bể lắng đứng nước chuyển động tự do theo phương chuyển động từ
dưới lên, ngược chiều với hướng rơi của hạt cặn.
Ở điều kiện dòng chảy tầng lý tưởng, nếu gọi tốc độ dòng nước là u
0

2
)
- H : chiều cao bể lắng (m)
Bài giảng : XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Nguyễn Lan Phương
54
- T
0
: thời gian nước lưu trong bể lắng, tính bằng thời
gian nước từ đáy lên mặt bể (s).
Trường hợp nước chứa cặn kết dính (cặn tự nhiên hoặc do keo tụ) hiệu quả
lắng đạt trị số cao hơn. Ban đầu các hạt cặn có tốc độ rơi nhỏ hơn tốc độ dòng
nước sẽ bị đẩy dần lên, trong quá trình đi lên các hạt cặn kết dính v
ới nhau và
tăng dần kích thước cho đến khi tốc độ lắng lớn hơn tốc độ nước và rơi xuống.
Như vậy khi lắng keo tụ bằng bể lắng đứng, hiệu quả lắng không chỉ phụ
thuộc vào diện tích bể mà còn phụ thuộc chiều cao lắng. Chiều cao lắng thường
được xác định bằng thực nghiệm theo hiệu quả lắng yêu cầu.
b. Lắng ngang
So v
ới lắng đứng, hiệu quả lắng với dòng nước chuyển động theo phương
nằm ngang đạt hiệu quả cao hơn. Xét trường hợp bể lắng ngang với điều kiện tối
ưu nhất:
- Dòng nước chuyển động theo phương ngang trong chế độ chảy tầng, tốc
độ dòng chảy tại mọi điểm trong bể đều bằng nhau. Thời gian lưu lại của mọ
i
phân tử nước đi qua bể đều bằng nhau và bằng dung tích bể chia cho lưu lượng
dòng chảy.
- Trên mặt cắt ngang vuông góc với chiều dòng chảy ở đầu bể, nồng độ các

Q
F (m/s) u
=→==
BL
Q
F
Q(m/s)
.
v
0
HB
Q
=
(*)
Trong đó:
- u
0
: tốc độ rơi của hạt cặn (m/s)
Bài giảng : XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Nguyễn Lan Phương
55
- v
0
: tốc độ chuyển động của dòng nước (m/s)
- Q : lưu lượng của dòng nước qua vùng lắng (m
3

có thể xác định theo tương quan.

.(%)100.100.
0
u
u
H
h
G
n
==

Trường hợp nước chứa cặn kết dính hoặc keo tụ quĩ đạo chuyển động của
các hạt cặn lắng là 1 đường cong. Càng xa điểm xuất phát, kích thước các hạt
càng tăng lên do quá trình keo tụ, do vậy tốc độ rơi cũng tăng lên. So với cặn tự
nhiên, hiệu quả lắng cặn keo tụ cao hơn. Tốc độ lắng cặn không chỉ phụ thuộc
vào diện tích mặ
t bế mà còn phụ thuộc chiều sâu lắng H và thời gian nước lưu lại
trong bể
0
0
u
H
t =Vùng lắng
Q
Q
L

- Cặn lơ lửng: có bề mặ
t thay đổi, có khả năng dính kết và keo tụ với nhau
trong quá trình lắng làm cho kích thước và vận tốc lắng của các bông cặn tăng
dần theo thời gian và chiều cao lắng.
- Các bông cặn: có khả năng dính kết với nhau, khi nồng độ >1000ng/l tạo
thành các đám cặn, khi đám mây cặn lắng xuống, nước từ dưới đi lên qua các khe
rỗng giữa các bông cặn tiếp xúc với nhau, lực ma sát tăng lên làm hạn chế tốc độ
l
ắng của đám bông cặn nên gọi là lắng hạn chế.
2. Các loại bể lắng:
- Lắng tĩnh và lắng theo từng mẻ kế tiếp:
+ Hồ chứa nước.
+ Trong công nghiệp sau 1 mẻ sản xuất nước được xả ra, để lắng bớt cặn,
được bơm tuần hoàn lại để tái sản xuất.
- Bể lắng ngang: bể lắng có dòng nước chảy ngang, cặn rơi thẳng
đứng.
- Bể lắng đứng: bể lắng có dòng nước chảy đi từ dưới lên, cặn rơi từ trên
xuống.
- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: nước đi từ dưới lên qua lớp cặn lơ lửng
được hình thành trong quá trình lắng cặn, cặn dính bám vào lớp cặn, nước trong
thu trên bề mặt, cặn thừa đưa sang ngăn nén cặn, từng thời kỳ xả ra ngoài.

Bài giảng : XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Nguyễn Lan Phương
57
- Lắng trong các ống tròn hoặc trong các hình trụ vuông, lục lăng đặt nghiêng so
với phương ngang 60
o
: Nước đi từ dưới lên, cặn trượt theo đáy ống.


Nguyên tắc làm việc: Nước chảy vào ống trung tâm giữa bể (ngăn phản
ứng) đi xuống dưới vào bể lắng. Nước chuyển động theo chiều từ dưới lên trên,
Sang bể lọc nhanh
(1)
(2)
40-60
o
D
(5)
(6)
(7)
(4)
h
3
H
2
=H
1
h
1
(8)
(3)
Nước từ bể
trộn tới
(1) Năng phản ứng xoáy
(2) Vùng lắng
(3) Vùng chứa cặn
(4) Ống nước vào
(5) Vòi phun

Trong đó:
+ β: hệ số sử dụng dung tích của bể (hay hệ số phân bố không đều) phụ
thuộc vào đường ính (D) và chiều cao lắng của bể (H
2
).
Bảng 2-4
: Bảng xác định hệ số
β

D(a)/H
2
1 1,5 2 2,5
β
1,3 1,5 1,75 2,0

+ Chiều cao lắng H
2
= 2,6 - 50m
+ Q
tt
: lưu lượng tính toán của trạm (m
s
/h)
+ v: tốc độ chuyển động của dòng nước đi lên (mm/s) - tốc độ này lấy bằng
tốc độ lắng u
0
của cặn.
Bảng 2-5: Bảng tốc độ rơi u
0


π
4)(
fb
FF
D
+
=
(m)
4. Hệ thống thu nước đã lắng trong ở bể lắng đứng thực hiện bằng hệ
thống máng vòng xung quanh bể.
Khi F
b
> 12m
2
thì làm thêm các ống hoặc máng có đục lỗ hình nan quạt tập
trung nước vào máng chính.
F
b
= (12 - 30) m
2
làm 4 nhánh
F
b
> 30m
2
làm (6 ÷8) nhánh


dDd
h
W
c
++=
π
(m
3
)
Trong đó:
+ h
1
: chiều cao phần lắng cặn (m)

2
cot).
2
(
1
α
g
dD
h
−
=
(m)
+ D : đường kính mặt trên (m)
+
4
2