THÁP LÀM THOÁNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Thêm vào giỏ hàng

Chi tiết sản phẩm

Trong bài viết này, WeMe sẽ giới thiệu đến quý bạn đọc về quá trình làm thoáng trong xử lý nước cấp, cách tính toán tháp và các dự án sử dụng tháp làm thoáng của WeMe.

Tháp làm thoáng trong xử lý nước cấp - WeMe

Giới thiệu tháp làm thoáng trong xử lý nước cấp

Tháp làm thoáng là gì?

Tháp làm thoáng (tháp oxy hóa) là một thiết bị trong dây chuyền xử lý nước cấp; dùng để oxy hóa các kim loại nặng (như sắt, magan, asen,…) có chứa trong nước. Điểm đặc biệt của quá trình này là được diễn ra tự nhiên, không cần dùng đến loại hóa chất nào để tác động vào.

Công dụng của tháp làm thoáng trong xử lý nước cấp

Hiện nay, nguồn nước ngầm chủ yếu được khai thác và sử dụng làm nước cấp cho sinh hoạt, sản xuất. Tuy nhiên, nước ngầm có một số tính chất sau cần được xử lý trước khi đưa vào sử dụng:

  • Độ đục (có nhưng thấp)
  • Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí: CO2, H2S…
  • Có chứa nhiều khoáng chất hòa tan. Chủ yếu là sắt, magan, canxi, magie, flo,…

Để loại bỏ được các chất khoáng hòa tan trên trong nước ngầm, ta cần phải oxy hóa các kim loại nặng có trong nước. Đưa chúng thành các hợp chất có số oxy hóa cao, nhằm tạo thành các hạt keo và các chất không tan để loại bỏ bằng quá trình lắng. Và để oxy hóa các kim loại nặng trên cần có quá trình làm thoáng trong xử lý nước cấp.

Tháp làm thoáng được sử dụng với mục đích oxy hóa các kim loại nặng có trong nước nhờ vào quá trình hóa lý. Tuy nhiên, quá trình hóa lý này diễn ra một cách tự nhiên, không cần tác động bởi hóa chất mà bản thân tháp làm thoáng có thể tự thúc đẩy quá trình oxy hóa nước cần xử lý.

Vì vậy, đây là thiết bị không thể thiếu trong dây chuyền xử lý nước cấp.

Quá trình làm thoáng trong xử lý nước cấp được WeMe sử dụng cho dự án Công ty Cổ phần One - One Miền Trung
Quá trình làm thoáng trong xử lý nước cấp được WeMe sử dụng cho Dự án Công ty Cổ phần One – One Miền Trung
Quá trình làm thoáng trong xử lý nước cấp được WeMe sử dụng cho Dự án khu kinh tế cửa khẩu Cha Lo
Quá trình làm thoáng trong xử lý nước cấp được WeMe sử dụng cho Dự án khu kinh tế cửa khẩu Cha Lo

Cơ chế hoạt động của tháp làm thoáng

Các phương pháp làm thoáng

Có 02 phương pháp làm thoáng

  • Đưa nước vào trong không khí: Cho nước phun thành tia hoặc thành màng mỏng chảy trong không khí ở các dàn làm thoáng tự nhiên. Hay cho nước phun thành tia hoăc thành màng mỏng trong các thùng kín rồi thổi không khí vào như ở các dàn làm thoáng cưỡng bức.
  • Đưa không khí vào trong nước: Dẫn và phân phối không khí nén thành các bọt nhỏ theo dàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước, các bọt khí nổi lên, nước được làm thoáng.

Trong kỹ thuật xử lý nước cấp, áp dụng các dàn làm thoáng theo phương pháp 1 và các thiết bị làm thoáng hỗn hợp giữa 2 phương án trên. Đầu tiên tia nước tiếp xúc với không khí, sau khi chạm mặt nước, tia nước keo theo các bọt khí đi sâu vào khối nước trong bể tạo thành các bọt khí nổi lên.

Mục đích hoạt động

Quá trình làm thoáng trong xử lý nước cấp có các mục đích như sau:

  • Hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxy Fe (II), Mn (II) thành Fe (III), Mn (IV);
  • Khử khí CO2, H2S có trong nước, làm tăng độ pH của nước. Tạo điều kiện thuận lợi để đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thủy phân Fe, Mn; nâng cao hiệu suất của các công trình lắng, lọc trong quy trình khử Fe và Mn.
  • Tăng hàm lượng oxy hòa tan trong nước, nâng cao thế oxy hóa khử của nước để dễ dàng oxy hóa khử các chất hữu cơ trong quá trình khử mùi và màu của nước.

Cơ chế hoạt động

Tháp làm thoáng hoạt động theo nguyên lý bảo toàn áp suất dòng. Khi nước được phun vào trong thân tháp với áp suất cao thì nước cũng có áp suất động cao. Khi đó áp suất tĩnh của nước trong thân tháp giảm. Kéo theo áp suất tĩnh của không khí trong thân tháp cũng giảm, gây ra sự chênh lệnh giữa áp suất không khí bên ngoài và bên trong thân tháp. Chính sự chênh lệch áp suất này tạo động lực để hút không khí từ bên ngoài vào trong thân tháp. Tại đây, sẽ diễn ra các quá trình oxy hóa.

Làm giàu oxy cho nước. Tạo điều kiện để Fe2+ chuyển thành Fe3+. Sau đó, Fe3+ thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)3. Mn2+ bị oxy hóa thành Mn3+ và Mn4+ ở dạng hydroxit kết tủa. Sau đó dùng quá trình lắng, lọc để giữ lại.

Tháp làm thoáng

Các phương trình phản ứng diễn ra:

  • Trong nước ngầm, Fe(HCO3)2 là muối không bền vững, thường phân ly theo dạng:

Fe(HCO3)2 → 2HCO3 + Fe2+

  • Khi trong nước có oxy hòa tan do được làm thoáng, quá trình oxy hóa và thủy phân diễn ra:

4Fe2+ + 8OH + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+

  • Đặc biệt, trong nước ngầm, với sự có mặt của anion HCO3 nên có phản ứng sau:

H+ + HCO3  →  H2O + CO2

  • Kết hợp các phản ứng trên, ta có phản ứng chung của quá trình oxy hóa sắt như sau:

4Fe2+ + 8HCO3 + O2 + 2H2O  → 4Fe(OH)3 + 8CO­2

  • Đối với Mn: tương tự như Fe, oxy hóa Mn diễn ra theo phương trình sau :

2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O  →  2Mn(OH)4  + 4H+  + 4 HCO3

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình làm thoáng

Quá trình làm thoáng trong xử lý nước cấp có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

  • Độ pH: nếu độ pH thấp quá trình oxy hóa Fe2+ và thủy phân Fe3+ sẽ xảy ra rất chậm. pH thấp sẽ xảy ra phản ứng phụ làm giảm độ kiềm của nước.
  • Độ kiềm: độ kiềm càng lớn đồng nghĩa với lượng CO2 trong nước càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh.
  • Các tạp chất H2S, NH3: các chất bẩn hữu cơ sẽ gây cản trở quá trình oxy hóa Fe2+

Hiệu quả của quá trình làm thoáng

Hiệu quả của quá trình làm thoáng phụ thuộc vào:

  • Chênh lệch nồng độ của khí cần trao đổi trong hai pha khí và nước.
  • Diện tích tiếp xúc giữa hai pha khí và nước: Diện tích tiếp xúc càng lớn, quá trình trao đổi diễn ra càng nhanh.
  • Thời gian tiếp xúc giữa hai pha khí và nước: Thời gian tiếp xúc càng lớn, mức độ trao đổi càng triệt để.
  • Nhiệt độ môi trường: Nhiệt độ tăng có lợi cho quá trình khử khí ra khỏi nước và bất lợi cho quá trình hấp thụ và hòa tan khí vào nước và ngược lại.
  • Bản chất của khí được trao đổi.

Cấu tạo của tháp làm thoáng

Cấu tạo bên ngoài tháp

Tháp làm thoáng có cấu tạo bên ngoài gồm các bộ phận:

  • Thân tháp
  • Đáy tháp
  • Các cửa thu khí
  • Các cửa vệ sinh

Vật liệu sử dụng: inox 304, 316,.. có độ bền cao. Chiều cao của tháp phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng.

Cấu tạo bên trong tháp

Cấu tạo bên trong tháp làm thoáng gồm có:

  • Đáy tháp chứa nước sau oxy hóa
  • Thân tháp tạo không gian oxy hóa
  • Càng sàn tung nước
  • Càng côn thu nước tập trung
  • Phễu phân phối nước
  • Cửa vệ sinh sàn tung
  • Cửa hút không khí đi vào bên trong tháp

Tính toán tháp làm thoáng sử dụng quạt gió

Bài toán:

Công suất xử lý: 30 m3/h → 720 m3/ngđ

Các thông số đầu vào:

  • pH = 6,88
  • Độ cứng tổng số =  213 mgCaCO3/L
  • Độ kiềm = 2,1 mđlg/L
  • Sắt (Fe) =  5,95 mg/L
  • Độ oxy hóa = 5,5 mg/L
  • H2S = 0
  • NH4 < 1 mg/L
  • SiO2 < 1 mg/L

Bài giải: 

Nhu cầu oxy hóa = độ oxy hóa + 0,47 H2S + 0,15 Fe2+ = 5,5 + 0,15 x 5,95 = 6,4

Xác định tổng hàm lượng CO2 có trong nước = Co + 1,6 Fe2+

1,6 Fe2+ là lượng CO2 bổ sung do thủy phân sắt tạo ra. Cứ 1 mg Fe2+ bị thủy phân tạo ra 1,6 mgO2 và làm giảm độ kiềm 1 lượng bằng 0,036 mđlg/L

Co – hàm lượng ban đầu của CO2 trong nước nguồn tính theo công thức:

Công thức tính hàm lượng ban đầu của CO2 trong nước

Trong đó:

  • K: độ kiềm của nước nguồn mđlg/L, K = 2,1
  • µ: lực ion của dung dịch, µ = 0,000022 P
  • P: tổng hàm lượng muối (mg/L) 000 à µ = 0,022
  • K1: hằng số phân ly bậc 1 của acid cacbonic
t (oC) 10 20 25 30
K1 3,34 x 10-7 4,05 x 10-7 4,31 x 10-7 4,52 x 10-7

Kết quả hàm lượng CO2

Chọn quạt gió có công suất 300 m3/h (2 cái hoạt động luân phiên). Tổn thất áp lực H >= 2,8 x 100 mm (tổn thất áp lực gió lấy 100 mm cho 1 m chiều cao của tháp).

Tháp làm thoáng có chiều cao H = 2,8 m; diện tích tiếp xúc đơn vị A/V = 100; cường độ tưới q = 50 – 100 m3/m2h. Chọn q = 60 m3/m2h.

Diện tích mặt bằng của tháp: F = Q/q = 30/60 = 0,5 m2

Tháp hoạt động theo sơ đồ gió nước đi ngược chiều. Hàm lượng khí trong nước khi ra khỏi tháp tính theo công thức:

Công thức tính hàm lượng khí trong nước khi ra khỏi tháp

Trong đó:

  • R: tỷ lệ gió/nước, R = 20
  • Cs: hàm lượng CO2 bão hòa trong nước, Cs = 1mg/L
  • Co: hàm lượng CO2 ban đầu, Co = 29,6 mg/L
  • KD: đối với khí CO2, KD = 0,942
  • K2: hệ số tách kỹ thuật, K2 = 2 x 10-4 x A/V = 2 x 10-2
  • T: thời gian lưu của nước và khí trong tháp
  • t = h/q = 2,8/60 = 0,047 h = 168s

Hàm lượng khí trong nước khi ra khỏi tháp

WeMe –  Đơn vị có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực môi trường

WeMe là đơn vị có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý nước cấp. Một số dự án tiêu biểu có sử dụng tháp làm thoáng được WeMe thi công là:

  • Dự án cải tạo, sửa chữa, nâng cấp hệ thống xử lý nước cấp cho khu kinh tế cửa khẩu Cha Lo 
  • Dự án cung cấp, cải tạo hệ thống xử lý nước cấp 500 m3/ngđ cho Công ty Cổ phần One One Miền Trung

Ngoài ra, WeMe còn cung cấp các dịch vụ khác như:

Công ty Cổ phần Năng lượng WeMe

Quý khách hàng quan tâm đến các dịch vụ của WeMe, có thể liên hệ với chúng tôi TẠI ĐÂY. WeMe sẽ tư vấn, giải đáp tất cả các thắc mắc một cách tận tình nhất. Được đồng hành cùng quý khách hàng chính là niềm vinh hạnh cho WeMe chúng tôi.

(Tác giả bài viết: Kỹ sư công nghệ môi trường Bùi Phạm Kiều My

                           Kỹ sư công nghệ môi trường Đỗ Thị Bích Ngọc)

 

CÔNG TY CỔ PHẦN NĂNG LƯỢNG WEME

Trụ sở chính : 124/1 Lý Thường Kiệt, Phường 7, Quận Gò Vấp, Tp. Hồ Chí Minh
Điện thoại : 0906.653.007
Email : wemecompany@gmail.com
Fanpage : Môi Trường WeMe
Chuyên viên tư vấn : 0845.653.007
0906653007