CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
I.4. Giới thiệu về tuyển nổi, các phương pháp tuyển nổi - tuyển nổi DAF
I.4.5. Phương pháp tuyển nổi
Tuyển nổi là quá trình công nghệ tuyển dựa trên sự khác nhau về năng lượng bề mặt riêng (tính dính ướt bề mặt ) của các loại khoáng vật để phân chia chúng thành các sản phẩm nổi và không nổi.
Tuyển nổi là phương pháp làm giàu khoáng sản có ích dựa trên khả năng bám dính khác nhau của các loại khoáng vật lên bề mặt phân chia các pha như nước-không khí, nước-dầu do có sự khác nhau về năng lượng bề mặt riêng giữa các loại khoáng vật đó, là phương pháp tuyển nổi dựa trên cơ sở sự khác nhau về tính chất lý hóa của bề mặt các hạt khoáng vật.
Các yếu tố ảnh hưởng:
- Mức độ tách rời giữa các hạt khoáng.
- Sự khác nhau về trọng lượng riêng giữa các khoáng vật có ích và không có ích.
- Khối lượng riêng của môi trường tuyển.
- Đặc tính kỹ thuật.
Máy tuyển nổi.
a) Máy tuyển nổi loại từng ngăn.
Hình 1.14: Cá dạng ngăn máy Đảm bảo các yêu cầu xau:
-Cấp bùn ban đầu, tách sản phẩm bọt và sản phẩm ngăn máy một cách đều đặn và liên tục.
-Khuấy bùn đủ mạnh để các hạt khoáng luôn ở trạng thái lơ lửng tạo điều kiện tốt cho nó tiếp xúc với bóng khí.
-Cấp đủ không khí để tạo thành các bóng khí nhỏ và phân tán đều trong toàn bộ thể tích bùn trong ngăn máy.
-Tạo nên vùng bọt yên tĩnh trên bề mặt bùn.
b) Máy tuyển nổi cơ giới.
Hình1.15: Máy tuyển nổi cơ giới.
Chú Thích:
1:Hộp chứa bùn; 2,9: Ống trục chứa trục quay; 3: Bộ phận cấp khí; 4: Vách ngăn;
5: Cần điều chỉnh độ kín; 6: Hộp điều chỉnh mức bùn trong ngăn kép; 7: Thanh nối với cửa đậy để điều chỉnh tiết diện lỗ; 8: Đòn bẩy (Đối trọng điều chỉnh mức bùn); 10:
Trục thẳng đứng;11: Cửa; 12,13: Lỗ; 14: Lá chắn bịt lỗ trung gian; 15: Nút bịt của cấp bùn từ ống 20; 16: Bản lá định hướng; 17: Đĩa cố định; 18: Lỗ 19: Bánh khuấy có dạng đĩa lõm; 20: Ống cấp bùn.
c) Máy tuyển nổi khí nén.
Chú thích:
1: Bình thông nhau 1; 2: Bình thông nhau 2; 3: Ống cấp nước rửa; 4: Vách ngăn;
5: Ống cấp khí; 6: Chóp phân tán khí.
d) Máy tuyên nổi cột.
Hình 1.17: Máytuyển nổi cột Chú thích:
1: Bình khí nén; 2: Ống thu bọt khí; 3: Ống cấp nước rửa; 4: Vỏ thiết bị; 5: Bộ phận cấp bùn; 6: Chóp phân tán khí; 7: Cửa xả cặn.
I.4.6. Tuyển từ, tuyển điện và một số phương pháp khác.
Tuyển từ dựa trên sự khác nhau về tính từ của các khoáng vật đem tuyển.
Các yếu tố ảnh hưởng:
- Mức độ tách rời giữa các hạt khoáng.
- Sự khác nhau về từ tính giữa các khoáng vật có ích và không có ích.
- Từ trường.
Hình 1.18: Máy tuyển từ bốn trục để tuyển ướt quặng có từ tính yếu.
Chú thích: 1-Hệ thống nam châm; 2-Máy cấp liệu; 3-Thùng chứa; 4-Bộ truyền động cho trục; 5-Bộ truyền động cho cấp liệu; 6-Thiết bị tháo sản phẩm; 7- Vỏ bảo vệ;
8-Giá đơ bằng bê tông.
e) Thiết bị phụ trong tuyển nổi.
Hình1.19: Thùng khuấy Chú thích:
1: Ống cấp bùn; 2: Trục quay; 3: Mô tơ quay; 4: Cửa tháo bọt; 5: Lỗ tuần hoàn
Tuyển điện.
Quá trình phân chia các hạt khoáng trong điện trường
Hình 1.20: Máy tuyển điện vầng ánh sang kiểu tang trống Chú thích:
1-Bộ lọc san phẳng; 2-thiết bị chỉnh lưu; 3-Điện cực mũi nhọn; 5-Máy biến áp.
Tuyển bằng phóng xạ.
Dựa vào sự khác nhau về dấu hiệu bên ngoài: màu sắc, độ ánh, hình dạng hạt.
Hình 1.21: Thiết bị tuyển bằng phóng xạ
Chú thích: 1-Băng tải; 2-Bộ đo; 3-Màn chắn; 4-Cửa; 5-Nam châm điện; 6-Bộ thực hiện.
I.5. Giới thiệu phương pháp tuyển nổi DAF.
Tuyển nổi (DAF - Disolved Air Flotation) là phương pháp loại bỏ cặn lơ lửng, làm trong nước thải. Phương pháp tuyển nổi có thể loại bỏ tốt các cặn lơ lửng có kích thước rất nhỏ trong nước thải mà phương pháp lắng trọng lực thông thường không thể loại bỏ được. Đồng thời phương pháp tuyển nổi giúp giảm dầu mơ, COD cũng như BOD trong nước thải.
Hiệu quả tách cặn đạt được bởi sự hoạt động của các hạt bong bóng khí nhỏ cơ micromet (0.1 - 100 micromet) kết hợp với các bông cặn lơ lửng trong nước, tạo thành hệ hỗn hợp Bong bóng khí - Chất rắn. Hệ này có trọng lượng riêng nhỏ hơn nước nhiều lần, do vậy dễ dàng được kéo lên trên mặt nước (nổi) nhờ lực đẩy Acsimet. Với kích cơ bong bóng vô cùng nhỏ nên hiệu quả xử lý cặn trong nước thải là rất cao.
Nước thải sau tuyển nổi có độ đục thấp hơn nhiều lần so với phương pháp lắng, do vậy giảm tải rất nhiều cho các công trình xử lý phía sau, nhờ vậy tăng hiệu suất cho toàn hệ thống.
Tuyển nổi DAF.
Hình 1.22: Mô hình công nghệ tuyển nổi DAF.
Chú Giải:
Compressed ari: Khí nén; Wastewater influent: Đầu vào nước thải; Float: Bọt
A. Nguyên tắc hoạt động của phương pháp tuyển nổi khí hòa tan DAF.
Nước được bơm vào bình chứa không khí. Từ bình áp lực được thông qua hệ thống van giản áp, sau đó được cấp vào bể tuyển nổi cùng dòng nước thải. Dưới áp lực cao nước thải được trộn đều với nước thổi khí, đồng thời dưới áp lực cao khi đi ra khỏi van dẫn tạo ra bọt khí để giúp quá trình tuyển nổi đạt hiệu quả.
B. Các thông số thiết kế phương pháp tuyển nổi khí hòa tan DAF.
-Thông số giá trị thông dụng 1 áp lực khí nén 3.5 – 7 atm.
-Thời gian lưu nước ở bể tuyển nổi từ 20 – 60 phút.
-Tải trọng bề mặt 20 – 325 m3/m2 ngày..
-Lượng không khí tiêu thụ cần dùng là 15 – 50 L/m3.
-Thời gian lưu nước ở bồn áp lực từ 0.5 – 3 phút.
-Tỷ lệ tuần hoàn nước để hòa tan khí 30 – 70%.
C. Các quá trình diễn ra.
Cấp không khí vào nước - Hòa tan không khí vào nước - Tạo bọt khí từ dung dịch quá bão hòa khí - Kết dính bọt khí - Bám dính cặn vào bọt khí - Tách cặn ra khỏi nước.
D. Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi khí hòa tan DAF.
Ưu điểm.
-Quá trình thực hiện liên tục, phạm vi ứng dụng rộng rãi.
-Tốc độ quá trình tuyển nổi cao hơn quá trình lắng và có khả năng cho bùn cặn có độ ẩm thấp hơn.
-Hiệu quả khử SS cao (90 – 95%).
- Khi nguồn nước có nhiều cặn nhẹ (hữu cơ) khó lắng, dùng bể tuyển nổi sẽ giảm được thời gian lắng và thể tích bể.
- Vốn đầu tư chi phí không lớn.
Nhược điểm
-Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ, nước và áp suất làm thoáng, đòi hỏi kỹ thuật khi vận hành.
- Không có hiệu quả khi nhiệt độ lớn hơn 40oC.
E. Đối tượng áp dụng.
•Nước thải nhà hàng, khách sạn.
•Nước thải bột giấy.
•Nước thải sản xuất mì ăn liền, sa tế…
I.5.1. Phân loại hệ thống tuyển nổi DAF.
Hệ thống tuyển nổi DAF chân không.
Hình 1.23: Hệ thống tuyển nổi DAF chân không.
Chú giải:
-Filter section: Bộ phận lọc.
-Rotation: Chiều quay.
-Slurry feed: Cấp bùn.
-Precoat tank: Bể cấp nước . -Precoat pump: Máy phun nước.
-Precoat vacuum filter: Máy lọc chân không.
-Fiter drain: Ống xả bùn.
-Overlleow: Xả nước tràn.
-Filtrate pump: Bơm nước đã được xử lý.
-Vacuum pump: Máy hút chân không.
-Filtrate receiver: Bộ phận thu nước xử lý.
-Filtrate drain: Tuần hoàn nước xử lý.
-Slurry: Bùn.
-Filtrate: Nước lọc.
-Vacuum: Chân không.
-Preconat septum: Vách ngăn máy lọc chân không.
-Cake: Bánh quay.
Hệ thống tuyển nổi DAF cơ học.
Hình 1.24: Hệ thống tuyển nổi DAF cơ học.
Chú Giải:
- Froth ( containing hudrophobic material ): Bọt ( có chứa chất kỵ hydro nước).
-Hydrophobic particlesadhering to bubbles: Các hạt kỵ hydro nước bám vào bong bóng.
-Tails: Đầu ra nước xử lý.
-Pulp: Đầu vào chất xử lý.
-Hydrophilic particles: hạt ưa nước.
-Agitator: Cánh Khuấy.
-Air: Khí nén vào.
Hệ thống tuyển nổi hóa học.
Hình 1.25:Hệ thống tuyển nổi hóa học.
Chú giải:
-Froth bubbles carrying sulphide ore particles: Bọt bong bóng chứa các hạt quặng sunfua.
-Compressed ari: Khí nén.
-Sulphide ore particles: Các hạt quặng sunfua.
-Water containing pine oil: Nước có chứa dầu thông.
-Gangue: Cặn.
Hệ thống tuyển nổi áp lực.
Hình 1.26: Hệ thống tuyển nổi áp lực.
Chú giải:
-Sludge in: Cấp bùn.
-Treated water to head or works: Đầu ra nước xử lý.
-Scraper: Gạt bọt.
-Sludge out: Bùn ra.
-Air Compressed: Khí nén.
Nguồn gốc ra đời của hệ thống tuyển nổi khí hòa tan DAF - tuyển nổi áp lực.
Công nghệ tuyển nổi áp lực hay còn gọi là tuyển nổi khí hòa tan (hệ thống DAF - Dissolved Air Flotation) đã được các nước tiên tiến nghiên cứu và áp dụng trong những thập niên 60 của thế kỷ trước, hiện nay hệ thống tuyển nổi khí hòa tan DAF đã
được phổ biến rộng rãi trên toàn thế giới như một giải pháp thay thế bể lắng truyền thống.
Tại Mỹ, hệ thống tuyển nổi khí hòa tan DAF lần đầu tiên được áp dụng tại bang Massachusets vào những năm 1980, đến nay có khoảng trên 100 nhà máy sử
dụng công nghệ tuyển nổi DAF với công suất đến vài trăm ngàn m3/ngày. Nhà máy với công nghệ tuyển nổi DAF tại New York đưa vào sử dụng năm 2012 với công suất lên tới 1,1 triệu m3/ngày. Ở nước ta hiện nay, tuyển nổi áp lực DAF được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp.
Nhiều chất ô nhiễm kích thước nhỏ, có trạng thái hợp thể trong nước ổn định, không thể lắng được trong các bể keo tụ - lắng thông thường, nhưng lại có thể dễ dàng loại bỏ bằng cách dính bám vào các bọt khí kích thước nhỏ (cơ vài chục micromét) và nổi trên mặt nước dưới dạng bọt sau đó được tách ra khỏi nước - DAF. Hiện tượng này chúng ta dễ dàng nhận thấy trong thực tế cuộc sống hàng ngày khi đun nấu thức ăn nhỏ lửa, các bọt khí nổi lên kéo theo các chất lơ lửng kích thước nhỏ và tạo thành bọt trong nồi.
Trong hệ thống tuyển nổi khí hòa tan DAF , không khí được khuếch tán vào dòng nước tuần hoàn với áp suất cao trong một thùng gọi là thùng bão hòa hay thùng
áp lực. Dòng nước tuần hoàn đã bão hòa không khí này được châm vào bể tuyển nổi qua các vòi phun hoặc các van chuyên dụng từ đáy ngăn tiếp xúc. Do áp suất giảm đột ngột (xuống bằng áp suất khí quyển), xảy ra quá trình nhả khí từ dung dịch bão hòa và hỡnh thành cỏc bọt khớ cú kớch thước rất nhỏ (từ 20-50àm) trong vùng tiếp xúc với mật độ cao và rất đồng nhất. Các bọt khí sẽ dính kết với các phần tử chất bẩn và nổi lên trên mặt nước tạo một lớp bọt trên bề mặt bể, lớp bọt này dần trở nên đặc hơn và được tách gạt ra khỏi bể. Nước sau khi tách bẩn được thu từ đáy bể phục vụ cho việc sản xuất nước sinh hoạt, nước tuần hoàn được lấy sau bể tuyển nổi (hoặc sau bể lọc) để tiếp tục chu trình.