Trong kỹ thuật xử lý nước, các quy trình đơn vị như bể đông tụ, bể keo tụ và bể phản ứng làm mềm đòi hỏi độ đồng đều cực cao của việc trộn nước. Theo truyền thống, việc trộn đạt được bằng cách lắp đặt máy khuấy cơ học. Tuy nhiên, với chi phí năng lượng ngày càng tăng và việc triển khai các chính sách "carbon{2}}kép", ngày càng có nhiều dự án bắt đầu thử thay thế khuấy trộn cơ học bằng khí nén để đạt được mục tiêu bảo tồn năng lượng và giảm phát thải. Bài viết chia sẻ nguyên lý, phương pháp tính toán và giá trị ứng dụng của công nghệ trộn khí nén cho các chuyên gia xử lý nước.
I. Điểm yếu của khuấy động cơ học truyền thống
Trong các quy trình xử lý nước thông thường, máy khuấy dạng mái chèo hoặc khung thường được lắp đặt trong bể trộn, bể keo tụ và bể phản ứng làm mềm. Động cơ điều khiển các cánh khuấy quay, tạo ra các dòng xoáy và lực cắt trong nước, từ đó thúc đẩy quá trình trộn kỹ các hóa chất và nước thô. Tuy nhiên, khuấy trộn cơ học có những vấn đề sau:
1. Tiêu thụ năng lượng cao
Trong-các nhà máy xử lý nước thải quy mô lớn, công suất của máy khuấy cơ học thường nằm trong khoảng từ 2 đến 15 kW, với thời gian vận hành dài và mức tiêu thụ điện năng hàng năm cao.
2. Chi phí bảo trì cao
Máy khuấy liên quan đến nhiều bộ phận dễ bị hư hỏng như động cơ, bộ giảm tốc, khớp nối và cánh quạt. Việc bảo trì và thay thế các bộ phận hàng ngày rất-tốn thời gian và công sức-.
3. Trường dòng chảy không đồng đều trong bể
Trong một số bể có hình dạng bất thường hoặc bể phản ứng có thể tích lớn,{0}}việc khuấy trộn cơ học dễ dàng tạo ra "vùng chết" dẫn đến hiệu ứng trộn không đạt yêu cầu.
Do đó, việc tìm kiếm các công nghệ khuấy trộn tiết kiệm năng lượng và hiệu quả-đã trở thành xu hướng.
II. Nguyên lý khuấy trộn khí nén
Máy khuấy khí nén là công nghệ tạo ra bong bóng bằng cách đưa khí nén vào đáy hoặc thành bể. Khi bọt khí nổi lên trong nước, chúng tạo ra một luồng không khí đi lên, đồng thời đẩy nước xung quanh tạo thành dòng chảy tuần hoàn. So với khuấy trộn cơ học, khuấy trộn khí nén có một số ưu điểm đáng kể: (1) Tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu hao; không cần lắp đặt máy khuấy-công suất cao, chỉ cần một máy nén khí duy nhất để cung cấp không khí tập trung; (2) Không bị mài mòn cơ học; hầu như không cần bảo trì; (3) Trường dòng chảy đồng đều hơn; phân bổ bong bóng hợp lý tránh “vùng chết”; (4) Cũng có chức năng sục khí; trong một số quy trình, nó có thể giúp tăng lượng oxy hòa tan. III. Tính toán thể tích không khí Nhiều dự án liên quan đến kiểu sửa đổi này nhưng thường không có cơ sở khoa học, tự ý kết nối đường ống cấp khí vào bể bơi, dẫn đến hiệu quả hoạt động không đạt yêu cầu.
III. Tính toán thể tích không khí
Nhiều dự án có sử dụng kiểu cải tiến này nhưng thường không có cơ sở khoa học, tự ý nối ống nguồn khí vào bể dẫn đến hiệu quả không đạt yêu cầu.
Thể tích không khí cần thiết để sục khí và trộn có thể được tính bằng công thức sau.
Trong công thức: Qa là lưu lượng không khí cần thiết để sục khí và trộn trộn ở điều kiện tiêu chuẩn, m³/phút; Pt là công suất trục của máy khuấy ban đầu, kW, có thể lấy bằng 0,75 ~ 0,90 công suất động cơ; h là độ sâu của nước tại cửa phân phối không khí, m.
Áp suất không khí (áp suất đo) cần thiết cho sục khí và trộn có thể được tính bằng công thức sau.
Trong công thức: pc là áp suất không khí (áp suất đo) cần thiết để sục khí và trộn trộn, kPa; Δph là áp suất tĩnh ở độ sâu nước, kPa, Δph=9.81 × h; Δpf là tổn thất áp suất dọc đường ống và tại các điểm cục bộ, kPa, có thể được tính bằng cách tham khảo nội dung liên quan trong bài viết “Phương pháp xác định công suất và áp suất của máy thổi khí” trên tài khoản công khai này qua liên kết ở cuối bài viết này; Δpd là tổn thất áp suất của đầu phân phối không khí, kPa, có thể tham khảo ý kiến của nhà sản xuất và thường là 3 ~ 15 kPa.
IV. Cân nhắc thiết kế cho việc trộn khí nén
1. Đường kính bong bóng và vận tốc tăng dần
Theo tài liệu, đường kính bong bóng thường khoảng 5 mm và thể tích không khí thường chiếm 10% tốc độ dòng chất lỏng. Đường kính bong bóng càng nhỏ, tốc độ dâng lên càng chậm và hiệu ứng khuấy trộn chất lỏng càng tốt, nhưng mức tiêu thụ năng lượng khí nén cao hơn một chút; nếu đường kính bong bóng quá lớn thì hiệu quả trộn sẽ giảm.
2. Thiết bị đường ống và phân phối không khí
Các đầu phân phối không khí phải được phân bổ đều, thường sử dụng các ống xốp hoặc đầu sục khí vi xốp. Thiết kế phải đảm bảo bọt khí được phân bố đều trong bể để tránh hiện tượng “đoản mạch” cục bộ.
3. Đặc tính thủy lực của bể bơi
Đối với các vực sâu, bọt khí bị tổn thất lớn hơn trong quá trình bay lên, do đó đòi hỏi-áp suất khí nén cao hơn.
Bản tóm tắt
Trong bối cảnh "carbon kép" (carbon dioxide, cô lập carbon và lượng khí thải carbon), công nghệ khuấy khí nén cung cấp cho các nhà máy xử lý nước một phương pháp trộn hiệu quả cao,-tiết kiệm năng lượng và-bảo trì thấp. Bằng cách tính toán hợp lý mức tiêu thụ không khí và áp suất, tối ưu hóa thiết kế phân phối không khí và kiểm soát kích thước bong bóng, có thể đạt được sự trộn đều hơn so với khuấy trộn cơ học, đồng thời giảm đáng kể chi phí vận hành. Trong tương lai, với sự phát triển của hệ thống điều khiển thông minh, việc trộn khí nén dự kiến sẽ được liên kết với giám sát chất lượng nước trực tuyến, cho phép-cung cấp không khí theo yêu cầu và tiết kiệm năng lượng động, cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn trong xử lý nước đô thị, nước tuần hoàn công nghiệp và phản ứng hóa học.