Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 - ĐH BK TP Hồ Chí Minh

ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 1 MỤC LỤC ---------oOo---------- MỤC LỤC ........................................................................................................................ 1 DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ 2 DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................... 3 CHƯƠNG I: PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................... 4 1.1 Tổng quan về ngành sản xuất bột giấy .................................................................... 5 1.2 Thành phần hóa học của gỗ .................................................................................... 6 1.3 Công nghệ sản xuất ............................................................................................... 7 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ .. Error! Bookmark not defined. 2.1 Phương pháp xử lý .................................................Error! Bookmark not defined. 2.2. Thành phần và tính chất nước thải bột giấy ............Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG III: LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ .............. Error! Bookmark not defined. 3.1 Yêu cầu công nghệ .................................................Error! Bookmark not defined. 3.2 Cơ sở lựa chọn phương án xử lý ........................................................................... 21 3.3 Quy trình công nghệ xử lý và thuyết minh quy trình ............................................ 26 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ..... 28 4.1 Song chắn rác .............................................................................................................. 27 4.2 Bể thu gom .................................................................................................................. 28 4.3 Bể điều hòa .................................................................................................................. 29 4.4 Bể trung gian ............................................................................................................... 31 4.5 Bể lắng I ...................................................................................................................... 33 4.6 Bể Detox ...................................................................................................................... 36 4.7 Bể UASB ..................................................................................................................... 40 4.8 Bể Aerotank................................................................................................................. 54 4.9 Bể lắng II ..................................................................................................................... 56 4.10 Hồ hoàn thiện ............................................................................................................ 57 4.11 Bể chứa bùn. .............................................................................................................. 57 4.12 Bể nén bùn. ................................................................................................................ 58 4.13 Sân phơi bùn.............................................................................................................. 58 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 60 5.1 Kết Luận .............................................................................................................. 61 5.2 Kiến Nghị .............................................................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 62 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 2 DANH MỤC BẢNG ---------oOo---------- Bảng 1.1: Chất lượng bột giấy sau khi dùng công nghệ P-RC APMP .. 9 Bảng 2.1: Thông số các giá trị đầu vào của nước thảiError! Bookmark not defined. Bảng 2.2: Gía trị các thông số ô nhiễm ................................................. 17 Bảng 2.3: Gía trị hệ số Kq ứng với lưu lượng dòng chảy ..................... 17 Bảng 2.4: Gía trị Kf ứng với lưu lượng nước thải ................................. 17 Bảng 2.5: Gía trị nồng độ nước thải ứng với các thông số .................... 18 Bảng 3.1: So sánh giữa các phương pháp xử lý kị khíError! Bookmark not defined. Bảng 4.1: Thông số tính toán cho song chắn rác ................................... 27 Bảng 4.2: Các dạng khuấy trộn trong bể điều hòa ................................ 30 Bảng 4.3: Thông số nước thải khi vào bể lắng I .................................... 33 Bảng 4.4: Thông số thiết kế bể lắng I ..................................................... 34 Bảng 4.5: Gía trị của hắng số thực nghiệm a, b. ................................... 36 Bảng 4.6: Thông số nước thải khi vào bể Detox .................................... 37 Bảng 4.7: Cường độ khuấy trộn theo thời gian ..................................... 38 Bảng 4.8: Thông số nước thải khi vào bể UASB ................................... 40 Bảng 4.9: Thông số đầu vào bể Aerotank. ............................................. 43 Bảng 4.10: Thông số tính toán thiết kế bể Aerotank............................. 43 Bảng 4.11: Thông số thiết kế bể Aerotank . ........................................... 53 Bảng 4.12: Thông số chọn tải trọng thiết kế bể lắng II ......................... 54 Bảng 4.13: Thông số thiết kế bể lắng II ................................................ 56 Bảng 4.14: Thông số đầu vào hồ hoàn thiện. ......................................... 53 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 3 DANH MỤC HÌNH ---------oOo---------- Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ P-RC APMP ................................................. 8 Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ quá trình rửa và đánh tơi dăm mảnh ......... 8 Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ trong quá trình xơ hóa ................................. 9 Hình 1.4: Chất lượng bột giấy .................................................................. 9 Hình 2.1: Ví dụ về dòng trao đổi chất trong ao hồ sinh họcError! Bookmark not defined. Hình 3.1: Ví dụ bể bùn hoạt tính ( Aerotank) ....................................... 22 Hình 3.2: Ví dụ sân phơi bùn .................................................................. 23 Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ xử lý ............................................................. 24 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 4 CHƯƠNG I: ---------oOo--------- PHẦN MỞ ĐẦU ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 5 1.1 Tổng quan về ngành bột giấy Ngành công nghiệp giấy trong nước ta phát triển mạnh và có quy mô rộng lớn. Hiện nay ngành công nghiệp này đang đứng thứ năm trong nền kinh tế và đứng thứ ba trong tốc độ phát triển kinh tế,vì vậy đã thu hút hơn 300 nhà máy giấy trong cả nước tập trung vào hai quá trình: làm bột giấy và làm giấy từ bột .Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được to lớn về kinh tế, xã hội,…thì ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề về môi trường, đặc biệt lượng nước thải thải ra mỗi ngày trong quá trình sản xuất bột giấy có nồng độ các chất ô nhiễm rất cao, là loại nước thải rất khó xử lý và tốn kém về chi phí. Nếu nước thải này được thải ra ngoài môi trường mà không được xử lý trước thì nó sẽ gây tác hại rất nghiêm trọng đến môi trường thiên nhiên và con người. Độc tính của dòng nước thải sản xuất bột giấy là do hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây như: nhưa cây, lignin, xút…và một số chất phân hủy của lignin đã bị clo hóa có trọng lượng phân tử thấp. Hậu quả là gây ức chế của một số chất từ dịch chiết đối với cá, và khi mà thải trực tiếp ra kênh sẽ hình thành từng mảng giấy nổi trên mặt nước, làm cho nước có độ màu cao , hàm lượng DO rất thấp. Vì vậy việc nghiên cứu để đưa ra hệ thống xử lý cho ngành công nghiệp bột giấy là rất cấp bách và cần thiết để bảo vệ sức khỏe của người dân xung quanh, đồng thời là bảo vệ môi trường thiên nhiên của đất nước luôn đa dạng. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bột giấy là: gỗ, tre, nứa, lồ ô, giấy tái sinh…  Vấn đề môi trường Ngành sản xuất bột giấy và giấy được liệt vào ngành sản xuất gây ô nhiễm môi trường đáng kể cả trực tiếp cũng như gián tiếp. • Trực tiếp Nước thải có lưu lượng, tải lượng cũng như độc tính của các chất ô nhiễm cao, các chất ô nhiễm hữu cơ (dịch chiết từ thân cây, các axit béo, một số sản phẩm phân hủy của lignin, và các dẫn xuất của ligin đã bị Clo hóa) phát sinh từ ngành giấy là nguồn tiềm tàng gây ô nhiễm môi trường nước mặt, đất và nước ngầm nếu được thải thẳng ra ngoài không qua xử lý. Đặc biệt là dịch đen thải ra từ quá trình nghiền bột bằng phương pháp hóa học ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 6 Khí thải từ quá trình đốt nhiên liệu sản xuất hơi nước bão hòa. Ngoài ra, trong quá trình nghiền bột giấy hóa học các khí nặng mùi như hydro sulphite, mercaptan, … Dioxin xuất phát từ quá trình tẩy trắng bột giấy bằng chlorine. • Gián tiếp - Góp phần làm cạn kiết nguồn tài nguyên nước. - Góp phần làm cạn kiệt nguồn tài nguyên rừng. - Gây hiệu ứng nhà kính qua việc sử dụng năng lượng điện và mất thảm thực vật. 1.2 Thành phần hóa học của gỗ Sản xuất bột giấy là quá trình gia công xử lý nguyên liệu để tách các thành phần không phải là cellulose sao cho thu được bột giấy có hàm lượng cellulose càng cao càng tốt. Những loại cây dùng làm giấy phải có hàm lượng cellulose cao hơn 35%. Các thành khác như Hemicelluloses, lignin…cần phải thấp để giảm hóa chất dùng cho nấu và tẩy. Các tế bào thực vật, đặc biệt là tế bào gỗ chứa rất nhiều sợi cellulose, là nguyên liệu thô chính cho công nghệ sản xuất bột giấy. Sợi cellulose chủ yếu được cung cấp từ các nguồn sau:  Các loại gỗ: Bạch đàn, bồ đề,…  Các thực vật ngoài gỗ: tre, nứa, bã mía, rơm rạ,…  Các vật liệu tái sinh: vải vụn, giấy vụn, giấy đã sử dụng… Trong đó nguồn cung cấp chủ yếu cellulose là gỗ. Nguồn nguyên liệu được sử dụng để sản xuất bột giấy trong bài báo cáo là cây đay. Cây đay được trồng chủ yếu trong vụ hè thu hằng năm ở Đồng bằng Sông Cửu Long, đặc biệt là vùng bị nhiễm phèn nặng. Theo các nghiên cứu thì cây đay cao 2,5 -3m. Phần vỏ cho loại bột giấy có chiều dài xơ sợi khoảng 2,8mm và chiều ngang là 0,002mm, tỷ lệ dài/rộng= 149 phù hợp để sản xuất các loại giấy có độ bền cao. Sợi đay phần vỏ có thành phần hóa học như: cellulose 51,5% - 54,8%, lignin 11-20,6% … Vỏ đay nấu theo phương pháp sunphit trung tính là phù hợp nhất, cho hiệu quả cao, dễ tẩy trắng. Cây đay là cây thời vụ có tốc độ phát triển nhanh, trong vòng 4 tháng có thể cao 3,5m. Hiện nay, người dân địa phương trồng trên diện tích khoảng 12000ha. Ngoài việc tạo ra nguồn nguyên liệu có giá trị, cây đay còn có khả năng cun cấp thêm dinh dưỡng, cải tạo thổ dưỡng cho việc gieo trồng lúa vụ đông. Cây đay có những đặc tính sau: Cấu trúc sợi Phần thân cây đay cho bột có xơ sợi ngắn, tỷ lệ dài/rộng tương đương xơ sợi bột gỗ cứng. Thành phần hóa học: cellulose 43-465, pentozan 11-165, lignin 21-26%. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 7 Toàn thân cây đay: - Chiều dài xơ sợi: 1,28mm - Hàm lượng lignin: 13,2% - Cellulose: 54,4% - Anpha cellulose: 37,4% Vỏ cây đai: - Chiều dài xơ sợi: 2,6mm - Đường kính xơ sợi: 20µm - Hàm lượng lignin: 7,7% - Cellulose: 54,4% - Anpha cellulose: 37,4% Lõi cây đay: - Chiều dài xơ sợi: 0,5mm - Đường kính xơ sợi: 30µm - Hàm lượng lignin: 17,47% 1.3 Công nghệ sản xuất Công nghệ sản xuất bột giấy là công nghệ sản xuất bột hóa cơ. Công nghệ này cho phép sản xuất bột có chất lượng cao, chi phí điện năng thấp, tiêu thụ năng lượng ít hơn, hiệu suất thu hồi bột cao và khả năng ảnh hưởng môi trường thấp hơn do làm giảm độc tố của nước thải. Công nghệ P-RC APMP cho phép thay đổi lượng hóa chất đưa vào và năng lượng điện trong khi nghiền. Vì vậy có khả năng sản xuất lượng một giấy rất lớn đáp ứng cho nhu cầu của thị trường. Ưu điểm công nghệ P-RC APMP: - Là công nghệ phối hợp tiền xử lý dăm mảnh với kiềm proxit và tẩy trắng đồng thời trong quá trình nghiền. Ở công nghệ này, proxit tự ngấm sâu vào các thành vách xơ sợi với sự phân tách ít hơn, giảm các phản ứng thủy phân kiềm, giúp các hóa chất kiềm và peroxít phản ứng xuyên suốt ống xơ sợi nhằm giảm đến mức thấp nhất các tổn thất hemicelluloses trên bề mặt của xơ sợi. Xử lý hóa chất khi nghiền nhằm nâng cao sự phân bố hoặc phối trộn hóa chất ở nhiệt độ cao, giảm pH và lưu giữ ở nồng độ cao để hoàn thiện phản ứng hóa học. - Vốn đầu tư thấp - Lượng COD trong nước thải thấp - Tiêu thụ điện năng ít hơn. - Độ dai, bền của bột cao. - Sử dụng ít hóa chất hơn hóa chất nghiền. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 8 Công nghệ sản xuất Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ P- RC APMP Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ quá trình rửa và đánh tơi dăm mảnh Hệ thống rửa và đánh tơi dăm mảnh gồm: 1. Kenaf stump washer (Máy rửa dăm mảnh) 2. Tornado pulper (Máy đánh tơi dăm mảnh) ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 9 3. Deaeration tank (Bể thoát khí) 4. Magna cleaner (Máy làm sạch dăm mảnh) 5. Hydra screen (Sàng tách nước) Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ trong quá trình xơ hóa 1. LC-Fiberizer (Máy xơ hóa nồng độ thấp) 2. Screw press (SCP 1) (Vít ép1) 3. HC-Fiberizer (Máy xơ hóa nồng độ cao) 4. Bleaching chemicals & Dilution water (Hóa chất tẩy trắng và nước pha loãng) 5. To vent (Lỗ thoát khí) 6. Filtered water (Nước sạch)  Chất lượng bột giấy Bột giấy cây đay được dùng cho sản xuất giấy in, giấy viết. Hình 1.4: Sản phẩm chất lượng Bảng 1.1: Chất lượng bột giấy sau khi dùng công nghệ P-RC APMP Loại bột Bột giấy cây đay dùng công nghệ P-RC APMP Độ khô ≥86% Độ thoát nước 150- 200ml CSF Độ trắng ≥80% Chỉ số chịu bền ≥38 Nm/g Độ chịu xé ≥4,2 mNm2/g Độ chặt 2,4 cm3/g ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 10 Khả năng phân tán ≥52 m2/kg Độ bụi ≤3mm2/m2 ( Nguồn: số liệu nhà máy bột giấy Phương Nam) CHƯƠNG II ---------oOo--------- TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 11 2.1 Phương pháp xử lý  Xử lý cơ học Mục đích: Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơ lửng có kích thước lớn (rác, nhựa, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải. Loại bỏ cặn nặng như sỏi, cát, mảnh kim loại, thủy tinh… Điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hóa lý và sinh học. Song chắn rác Song chắn rác thường được làm bằng kim loại,đặt ở cửa vào kênh dẫn, tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn. Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô có trong nước thải. Bể lắng cát Bể lắng cát có nhiệm vụ loại bỏ cát, cuội, xỉ lò hoặc các loại tạp chất vô cơ khác có kích thước từ 0,2- 2 mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng các công trình phía sau. Bể lắng Lắng các hạt cặn lơ lửng trong nước thải, cặn hình thành trong quá trình keo tụ tạo bông (bể lắng đợt 1) hoặc cặn sinh học trong quá trình xử lý sinh học (bể lắng 2).  Xử lý hóa lý Keo tụ Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm có thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng phải dùng biện pháp xử lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lý các chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng torng nước, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Do đó, các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống ở bể lắng. Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào trong nước các chất keo tụ thích hợp như: phèn nhôm, phẻn sắt FeSO4, Fe2(SO4)3 hoặc FeCl3. Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan. Tuyển nổi Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ tạo bọt khí nổi lên bề mặt. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 12 Hấp phụ Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hòa tan là pha rắn (chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng. Dung chất (chất bị hấp phụ) sẽ đi từ pha lỏng (hoặc pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung chất trong dung dịch đạt cân bằng. Các chất hấp phụ thường sử dụng: than hoạt tính, tro, silicagen, keo nhôm… Trao đổi ion Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước như Zn, Cu, Cr, Hg,Mn…cũng như các hợp chất của Asen, photpho, xyanua, chất phóng xạ. Thường sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm khử cứng và khử khoáng.  Xử lý hóa học Phương pháp trung hòa Nhằm trung hòa nước thải có pH quá cao hoặc quá thấp, tạo điều kiện cho các quá trình xử lý hóa lý và sinh học: H+ + OH- → H2O Với Ca(OH)2 thường được sử dụng rộng rãi như một bazo để xử lý các nước thải có tính axit, trong khi axit sulfuric là một chất tương đố rẻ tiền dùng trong xử lý nước thải có tính bazo. Phương pháp oxy hóa- khử Phương pháp này được dung để: - Khử trùng nước - Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc nguyên tố hòa tan sang thể khí. - Biến đổi một chất không phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn, có khả năng đồng hóa bằng vi khuẩn. - Loại bỏ cá kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, As…và một số chất độc như cyanua. - Các chất oxy hóa thông dụng là; Ozon, Chlorine, Hydro peroxide, Kali permanganate…Qúa trình này thường phụ thuộc rõ rệt vào pH và sự hiện diện của chất xúc tác. Kết tủa hóa học Kết tủa hóa học thường được sử dụng để loại trừ các kim loại nặng torng nước. Phương pháp này sử dụng rộng rãi nhất để kết tủa các kim loại là tạo thành các hydroxide Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 Phương pháp kết tủa hóa học hay được sử dụng nhất là phương pháp tạo các kết tủa với vôi. Soda cũng có thể được sử dụng để kết tủa các kim loại dưới dạng ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 13 hydroxide, carbonate…Anion carbonate tạo ra hydroxide do phản ứng thủy phân với nước: CO3 2- + H2O → HCO3 - + OH-  Xử lý sinh học Các phương pháp xử lý sinh học được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp có chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, ammoniac, nito,… Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải, các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Qúa trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh học. Các phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên Các phương pháp xử lý sinh học trong điểu kiện nhân tạo. Các phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên Phương pháp xử lý qua đất: Dựa vào khả năng tự làm sạch của đất ở các công trình (cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, …). Khi nước thải lọc qua đất, các chất lơ lửng, keo bị giữ lại tạo thành các màng vi sinh vật bao bọc trên bề mặt các hạt đất. Màng vi sinh vật hấp thụ các chất hữu cơ, sử dụng oxy của không khí qua lớp đất trên bề mặt và xảy ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ, quá trình nitrat hóa. Phương pháp xử lý qua các khu đất ngập nước Hồ sinh học: Là một chuỗi gồm 3-5 hồ (hồ hiếu khí, hồ tùy tiện, hồ kị khí…). Nước thải được làm sạch từ các quá trình tự nhiên bao gồm tảo và vi khuẩn. Các vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra trong quá trình quang hợp của tảo và oxy được hấp thũ từ không khí để phân hủy các chất thải hữu cơ. Để đạt hiệu quả tốt có thể cung cấp oxy bằng cách thổi khí nhân tạo. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 14 Vùng 1: hiếu khí Vùng 2: tùy nghi Vùng 3: kị khí Hình 2.1: Ví dụ về dòng trao đổi vật chất trong ao hồ sinh học Phương pháp xử lý sinh học trong điểu kiện nhân tạo.  Quá trình kị khí Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc: Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn, sau khi phân hủy hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn tuần hoàn trở lại bdể kị khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm. Bể xử lý UASB: Được ứng dụng rộng rãi do các đặc điểm chính sau: - Cả ba quá trình phân hủy- lắng bùn – tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình. - Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. - Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kị khí UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như: - Ít tiêu tốn năng lượng vận hành - Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn. - Bùn sinh ra dễ tách nước. - Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng. - Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane.  Quá trình hiếu khí Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan chuyển hóa thành bông bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí- có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực. Nước chảy vào bể, trong đó khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính cung cấp oxy cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ. Dưới điều kiện như thế, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bông bùn. Một lượng lớn bùn hoạt tính tuần hoàn về bể để giữ ổn định mật độ vi khuẩn, tạo điều kiện phân hủy nhanh các chất hữu cơ. Một số dạng bể ứng dụng bùn hoạt tính lơ lửng như: bể Aerotank, mương oxy hóa, bể hoạt động gián đoạn,… Bể bùn hoạt tính ( bể Aerotank): Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù. Qúa trình làm sạch trong bể bùn hoạt tính diễn ra theo mức dòng chảy qua các hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 15 Ưu điểm : đạt được mức độ xử lý triệt để, thời gian khởi động ngắn, ít tạo mùi hôi, có tính ổn định cao trong quá trình xử lý. Mương oxy hóa: Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương có vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính. Mương oxy hóa có thể kết hợp quá trình xử lý nitơ. Bể hoạt động gián đoạn: Là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và khí xả cạn. Qúa trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có khác là tất cả các quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện theo các bước sau: làm đầy – phản ứng – lắng – xả cạn – ngưng. Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng bám dính Bể lọc sinh học: Là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp màng bám lớp vật liệu lọc. Khi nước thải được tưới trên bề mặt của bể và thấm qua lớp vật liệu lọc, ở bề mặt của hạt vật liệu lọc và các khe hở giữa chúng, các cặn bã được giữ lại và tạo thành màng gọi là màng vi sinh. Lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất bẩn hữu cơ thâm nhập vào bể cùng với nước thải khi tưới hoặc qua khe hở thành bể,hoặc qua hệ thống tiêu nước từ đáy lên. Vi sinh vật hấp thụ chất hữu cơ và nhờ có oxy và quá trình oxy hóa được thực hiện. Phương pháp này đơn giản nhưng hiệu suất quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ. Đĩa sinh học (lọc sinh học tiếp xúc quay – RBC) Đây là hệ thống sinh học sinh trưởng cố định trong màng sinh học khác, hệ thống này gồm một loạt các đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách nhau một khoảng nhỏ. Khi trục quay, một phần đĩa ngập trong máng chứa nước thải, phần còn lại tiếp xúc với không khí. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 16 2.2 Thành phần và tính chất nước thải sản xuất bột giấy  Tính chất nước thải bột giấy đầu vào Tính chất nước thải nhà máy bột giấy cần xử lý với công suất là 1500 m3/ngày đêm. Nhiệm vụ thiết kế nước thải đầu ra phải thỏa mãn QCVN12:2008. Nhiệt độ t < 60oC Bảng 2.1: Thông số các giá trị đầu vào của nước thải Thông số Nồng độ đầu vào pH 8 COD 10000 BOD 4800 TSS 1000 NH4-N 15 NO3-N 0 Tổng N 15 PO4-P 2 SO4 400  Tính chất nước thải sau xử lý theo QCVN 12: 2008 Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp giấy và bột giấy khi thải vào nguồn nước tiếp nhận nước thải không vượt quá giá trị Cmax được tính toán như sau: Cmax = C x Kq x Kf Trong đó: - Cmax là nồng độ tối đa cho phép của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp giấy và bột giấy khi thải vào nguồn nước tiếp nhận nước thải, (mg/l) - C là giá trị nồng độ của thông số ô nhiễm quy định tại mục 2.2. - Kq là hệ số lưu lượng/dung tích nguồn nước tiếp nhận nước thải quy định tại mục 2.3 - Kf là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.4. Giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép Cmax trong nước thải công nghiệp giấy và bột giấy khi thải vào các nguồn nước tiếp nhận nước thải được quy định tại Bảng 1. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 17 Bảng 2.2: Gía trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép STT THÔNG SỐ Đơn vị Gía trị C 1 pH 6-9 5,5-9 5,5-9 2 BOD5 ở 20oC mg/l 30 50 100 3 COD Cơ sở mới mg/l 50 150 200 Cơ sở đang hoạt động mg/l 80 200 300 4 Tổng chất rắn (TSS) mg/l 50 100 100 5 Độ màu Cơ sở mới Pt-Co 20 50 100 Cơ sở đang hoạt động Pt-Co 50 100 150 6 Halogen hữu cơ đã bị hấp thu (AOX) mg/l 7,5 15 15 (Nguồn: [4]) Giá trị hệ số Kq đối với nguồn nước tiếp nhận nước thải công nghiệp giấy và bột giấy là sông, suối, kênh, mương, khe, rạch được quy định tại Bảng 2 dưới đây. Bảng 2.3: Giá trị hệ số Kq ứng với lưu lượng d.ng chảy của sông, suối, kênh, mương, khe, rạch tiếp nhận nước thải Lưu lượng dòng chảy của nguồn nước tiếp nhận nước thải (Q) Đơn vị m3/s Gía trị hệ số Kq Q≤ 50 0,9 50 < Q ≤200 1 200 < Q ≤ 1000 1,1 Q > 1000 1,2 (Nguồn: [4]) Với Q = 1500m3/ ngày đêm. Chọn Kq = 1 Giá trị hệ số Kf ứng với lưu lượng nước thải quy định bởi bảng dưới đây. Bảng 2.4: Gía trị Kf ứng với lưu lượng nước thải Lưu lượng nguồn nước thải (F ) Đơn vị tính: m3/24h Giá trị hệ số Kf F ≤ 50 1,2 50 < F ≤ 500 1,1 500 < F≤ 5000 1 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 18 F> 5000 0,9 (Nguồn: [4]) Với F =1500 m3/ ngày đêm. Chọn Kf = 1  Tính chất nước thải sau khi xử lý Bảng 2.5: Gía trị nồng độ ứng với các thông số STT THÔNG SỐ Nồng độ đầu vào Nồng độ đầu ra QCVN12:2008 ( Kf=1, Kq= 1) 1 pH 8 5,5-9 2 BOD5 ở 20OC (mg/l) 4800 50 3 COD (mg/l) 10000 150 4 Tổng chất rắn (TSS) (mg/l) 1000 100 5 Độ màu (Pt-Co) 3000 50 6 Halogen (mg/l) 400 15 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 19 CHƯƠNG III ---------oOo--------- LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH XỬ LÝ ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 20 3.1 Yêu cầu công nghệ Yêu cầu công nghệ xử lý nhà máy bột giấy như sau:  Nước thải sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn đầu ra.  Lưu lượng đầu vào, các chất có trong thành phần nước thải.  Chi phí xử lý cho 1 tấn sản phẩm thấp.  Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý và bảo trì.  Tận dụng được công trình có sẵn.  Khả năng đáp ứng thiết bị cho hệ thống xử lý.. 3.2 Cơ sở lựa chọn phương án xử lý Phương pháp xử lý kị khí Quá trình phân hủy kị khí là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện không có oxy để tạo ra sản phẩm cuối là khí CH4 và CO2. Cơ sở để lựa chọn bể kị khí UASB Nồng độ các chất ô nhiễm rất cao so với tiêu chuẩn. Tỉ lệ BOD5:COD ≤ 0,55 và hàm lượng COD > 1000mg/l. Do vậy, trong xử lý cơ ban bằng phương pháp sinh học thường có hai công đoạn : công nghệ kị khí đặt trước và công nghệ xử lý hiếu khí đặt sau trong quy trình công nghệ. Trong nước thải bột giấy rất giàu hidrocacbon hòa tan, nhưng nghèo nito và photpho dinh dưỡng đối với vi sinh vật, do đó khi xử lý cần cân bằng dinh dưỡng cho vi sinh vật. So sánh giữa UASB và các công nghệ kị khí khác Bảng 3.1: So sánh giữa các phương pháp xử lý kỵ khí Quá trình Thuận lợi Bất lợi Hồ kỵ khí Rẻ. Hầu như không đòi hỏi quản lý thường xuyên, bảo trì, vận hành đơn giản. Cần có một diện tích rất lớn. Gây mùi thối rất khó chịu. Không thu hồi được khí sinh học sinh ra. Phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn Thích hợp nước thải có hàm lượng SS cao. Đảm bảo tính chất nước thải (vật chất, pH, nhiệt độ) đồng Tải trọng thấp. Thể tích thiết bị lớn để đạt SRT cần thiết. Sự xáo trộn trở nên khó khi ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 21 đều trong thiết bị. hàm lượng SS quá lớn. Tiếp xúc kỵ khí Thích hợp với nước thải có hàm lượng SS từ trung bình đến cao. Tải trọng trung bình. Vận hành tương đối phức tạp. Lọc kỵ khí Vận hành tương đối đơn giản. Phù hợp cho các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao. Không phù hợp với loại nước thải có hàm lượng SS cao. Dễ bị bít kín. UASB Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp. Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích. Phù hợp cho các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao. Có thể đạt được tải trọng rất cao. Không phù hợp với loại nước thải có hàm lượng SS cao. Những năm gần đây UASB được ứng dụng rộng rãi hơn các công nghệ khác do nguyên lý quá trình được xem là thuận tiện và đơn giản nhất, những hạn chế trong quá trình vận hành UASB có thể dễ dàng khắc phục bằng các phương pháp xử lý sơ bộ. Tính kinh tế cũng là một ưu điểm của UASB. - UASB có khả năng xử lý nước thải hữu cơ với tải trọng cao, nhưng ít tốn năng lượng. Hiệu quả xử lý cao từ 60 – 90% theo COD. - Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích. - Có khả năng giữ bùn lâu dài và ít thay đổi hoạt tính khi không hoạt động. - Hàm lượng cặn lơ lửng trong thành phần nước thải bột giấy chủ yếu là các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học nên không ảnh hưởng đến UASB. Cơ sở lựa chọn hiếu khí Sau xử lý kị khí, nước thải được tiếp tục xử lý sinh học hiếu khí. Trong xử lý hiếu khí có rất nhiều công trình khác nhau. Tuy nhiên qua phân tích các yêu cầu xử lý của Nhà máy bao gồm : ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 22 - Khả năng tương lai nhà máy sẽ mở rộng sản xuất. - Điều kiện tự nhiên, khí tượng, thủy văn của nhà máy. - Chi phí đầu tư, xây dựng, vận hành, bảo trì thấp. Hình 3.1: Bể bùn hoạt tính ( Aerotank) Qúa trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ trong Aerotank xảy ra qua 3 giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian đẩu tiên thức ăn dinh dưỡng cho nước thải hết sức phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất ít. Sau cùng, vi sinh vật thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân. Vì vậy, lượng tiêu thụ oxi cao dần. Giai đoạn hai: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi ở mức gần như ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. Hoạt lực enzim của bùn hoạt tính trong giai đoạn này cũng đạt gần tới mức cực đại và kéo dài trong một thời gian tiếp theo. Điểm cực đại của enzim oxi hóa trong bùn hoạt tính thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) tới mức ổn định. Tốc đô tiêu thụ oxy ở giai đoạn thứ nhất cao gấp 3 lần giai đoạn thứ hai. Giai đoạn ba: sau một thời gian khá dài, tốc độ oxi hóa cầm chừng hầu như ít thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat các muối amon Trong nước thải hàm lượng chất dinh dưỡng cũng rất quan trọng, tỉ lệ chất dinh dưỡng phù hợp cho nước thải xử lý bằng hiếu khí là: BOD:N:P = 100:5:1 Nguyên lý làm việc của Aerotank: Nước thải dẫn theo ống trung tâm vào vùng làm thoáng . Dưới tác động của áp lực động do tuốc bin gây lên mà hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính bão hòa oxi trào qua cửa sổ lưng chừng vào vùng lắng. Do các song chắn hướng dòng mà hỗn hợp nước và bùn chuyển dần theo chu vi của vùng lắng, và ở đây bùn được tách khỏi nước thải và mịn lại. Nước thải đi qua lớp chất lơ lửng (chất không hòa tan được giữ lại) vào máng thu quanh thành bể và xả theo đường ống dẫn. Bùn tuần hoàn lắng xuống và chui qua cửa sổ ở dưới tường phân chia vào vùng làm thoáng. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 23 Bể aerotank thường được trang bị them hệ thống cung cấp oxi tự động. Hệ thống này tự động đảm bảo nồng độ oxy hòa tan trong nước và bùn theo yêu cầu khi có sự thay đổi về thành phần, nồng độ và lưu lượng thải. - Ưu điểm: đạt được mức độ xử lý triệt để, thời gian khởi động ngắn, ít tạo mùi hôi, có tính ổn định cao trong quá trình xử lý. - Khuyết điểm: tốn nhiều năng lượng. Bể lắng II được đặt sau bể Aerotank có chức năng loại bỏ bùn hoạt tính ra khỏi nước thải nhờ trọng lực. Một phần bùn lắng tại đáy bể dược tuần hoàn lại bể Aerotank và mương oxi hóa. Phần bùn dư còn lại được bơm tới bể nén bùn, trước khi đem tới sân phơi bùn. Cơ sở chọn bể chứa bùn Bùn từ đáy bể lắng li tâm được đưa vào bể thu bùn có hai ngăn, một phần bùn trong bể sẽ được bơm tuần hoàn lại bể Aerotank nhằm duy trì nồng độ bùn hoạt tính trong bể, phần bùn dư được đưa vào bể nén bùn. Cơ sở chọn bể nén bùn Tại bể nén bùn, bùn được tách nước trước khi đem tới sân phơi bùn. Nước tách được tại bể nén bùn được bơm tới bể thu gom để xử lý lại. Cơ sở chọn sân phơi bùn Bùn sau khi được nén tại bể nén bùn được chảy sang sân phơi bùn dưới áp lực thủy tĩnh. Sân phơi sử dụng điều kiên tự nhiên để giảm thể tích và khối lượng cặn. Tại sân phơi cặn của bùn giảm xuống do một phần bốc hơi và phần khác ngấm xuống đất. Sau một thời gian lưu tại sân phơi bùn, bùn được chở tới bãi chon lấp hợp vệ sinh. Hình 3.2: Ví dụ sân phơi bùn ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 24 3.3 Sơ đồ công nghệ Nước thải SCR Nước tách bùn Thổi khí NaOH Chất dinh dưỡng Bùn tươi Bùn tươi tuần hoàn bùn Sục khí Sân phơi bùn Bể thu gom Bể điều hòa Bể trung gian Lắng I UASB Aerotank Lắng II Hồ hoàn thiện Bể chứa bột giấy Bể nén bùn Bể chứa bùn Nguồn tiếp nhận Bãi chôn lấp Bể Detox ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 25 Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ Thuyết minh công nghệ Song chắn rác thường được đặt ở cửa vào kênh dẫn. Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô có trong nước thải.Nước thải từ các công đoạn được đưa vào hố thu gom, có nhiệm vụ tập trung nước thải đảm bảo lưu lượng. Tại hố thu gom được gắn hai bơm chìm hoạt động luân phiên. Sau đó, nước thải được bơm lên bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa nồng độ và lưu lượng nước thải tạo điều kiện cho các công trình đơn vị phía sau hoạt động ổn định. Bể điều hòa được sục khí nhằm tạo nên sự xáo trộn cần thiết để ngăn cản lắng cặn và phát sinh mùi hôi. Từ bể điều hòa nước thải tiếp tục được bơm qua vào bể lắng I. Sau đó bột giấy sẽ được thu gom lại ở đáy bể. Bột giấy thu gom được ở bể lắng sẽ được tận thu lại dưới dạng các hạt nhỏ lơ lửng khó lắng. Đưa về bể chứa bột như nguyên liệu đầu vào thay vì đem bỏ rất lãng phí. Từ bể lắng, nước thải được đưa vào bể Detox khử các chất độc để loại trừ các tác nhân gây ức chế cho vi sinh vật ở bể UASB, như: SO4 2-, H2O2…có trong nước thải. Bể này hoạt động tương tự như bể tiếp xúc kị khí. Sau đó, nước thải được đưa vào bể UASB. Tại đây,khâu xử lý chính được bắt đầu. Tại UASB, các chất hữu cơ phức tạp dễ phân hủy sinh học sẽ bị phân hủy, biến đổi thành các chất hữu cơ đơn giản đồng thời sinh ra một số khí như: CO2, SO2, CH4…Nước thải sau khi qua bể này sẽ giảm một lượng đáng kể BOD và một phần COD (hiệu quả xử lý của UASB tính theo COD, BOD là 60- 80%). Tuy nhiên, để triệt để giảm lượng BOD so với tiêu chuẩn phải dẫn nước thải qua công trình hiếu khí bằng thủy lực. Tại bể Aerotank diễn ra quá trình sinh học hiếu khí được duy trì nhờ không khí cấp từ máy thổi khí. Tại đây các vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản như: CO2, H2O… Hiệu quả xử lý của bể Aerotank là 90 – 95% tính theo COD, BOD. Sau đó nước thải được dẫn qua bể lắng II. Bể lắng II được xây dựng để loại bỏ các bông bùn (xác vi sinh vật) được hình thành trong quá trình sinh học lắng xuống đáy. Sau khi qua bể lắng II, để giảm nồng độ chất ô nhiễm còn lại cho qua hồ hoàn thiện rồi đưa ra nguồn tiếp nhận. Bùn thu được từ bể lắng II, một phần dùng bơm định lượng bơm tuần hoàn lại bể Aerotank để bổ sung cho quá trình hiếu khí, phần bùn dư còn lại đưa về bể chứa bùn. Và bùn thu được từ bể Detox, bể UASB đưa đến bể chứa bùn. Dẫn bùn sang bể nén bùn, bùn được tách nước trước khi đưa đến sân phơi bùn và cho ra bãi chôn lấp. Nước tách ra bùn nén sẽ được tuần hoàn lại bể thu gom để xử lý lại. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 26 CHƯƠNG IV ---------oOo--------- TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 27 1. Song chắn rác a. Nhiệm vụ: nhằm loại bỏ các loại rác có kích thước lớn, nhằm bảo vệ các công trình phía sau, cản các vật lớn đi qua có thể làm tắc nghẽn hệ thống (đường ống, mương dẫn, máy bơm) làm ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của các công trình phía sau. b.Tính toán:  Tính lưu lượng lớn nhất: Lưu lượng trung bình ngày: ng mQ tbngay 3 1500= Lưu lượng trung bình giờ: h mQ tbgiô 3 5,62 24 1500 == Lưu lượng trung bình giây: s lQ tbgiây 36,171000360024 1500 =× × = Lưu lượng giờ thải lớn nhất: hmQKQ tbhchh /9,1215,6295,1 3max =×=×= Với Kch: hệ số không điều hòa chung (nội suy theo bảng 3.1 điều 3.2 ─ TCXDVN ─ 51:2008) Lưu lượng giây thải lớn nhất: s lhmQQ hgiây 86,333600 1000/9,121 3600 1000 3maxmax =×=×=  Tính toán song chắn rác: Song chắn rác đặt nghiêng một góc 600 so với mặt đất. Chọn tốc độ dòng chảy trong mương: vs=0.4 m/s Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước bẩn: H=0.7 m Chọn kích thước mương: rộng x sâu = B x H = 0.4m x 0.7m Chiều cao lớp nước trong mương là: max1 3600 h s Q h vB = ∗∗ = = ×× msm hm 4,0/4,03600 /9,121 3 0,21 m Chọn kích thước thanh: rộng x dày = b x d = 5mm x 25mm Khe hở giữa các thanh: w = 25mm Bảng4.1 : Các thông số tính toán cho song chắn rác làm sạch bằng thủ công Thông số Đơn vị Làm sạch thủ công Kích thước song chắn + Rộng mm 5 ÷ 15 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 28 + Dài mm 25÷ 38 Khe hở giữa các thanh mm 25÷ 50 Độ dốc theo phương đứng độ 30÷ 45 Tốc độ dòng chảy trong mương đặt song chắn m/s 0.3-0.6 Tổn thất áp lực cho phép mm 150 (Nguồn: [1]) Kích thước song chắn rác: Giả sử SCR có n thanh, suy ra số khe hở là: m = n+1 Quan hệ giữa chiều rộng mương, chiều rộng thanh và khe hở giữa các thanh w=25mm. B = n x b + w x (n+1) 300 = n x 5 + 25 x (n+1) Giải ra ta tìm được n = 9,166 Chọn số thanh n = 9, điều chỉnh khoảng cách giữa các thanh lại như sau: 300 = 9 x 5 + w x (n+1) w= 25,5mm  Tính toán tổn thất áp lực qua song chắn rác Tổng tiết diện các khe song chắn: A = (B – b x n) x h Trong đó: B – chiều rộng mương đặt SCR, B = 0,3m b – chiều rộng thanh song chắn, b = 5mm = 0,005m n – số thanh, n = 9 thanh h – chiều cao lớp nước trong mương, h = 0,222m A = ( 0,3m – 0,005mm x 9) x 0,21m = 0,05355m2 Vận tốc dòng chảy qua SCR: sm mlm s l A Q V giây /632,0 /1000 1 05355,0 86,33 32 max =×== Tổn thất áp lực qua SCR: mmmmm g vV h s L 1504,170174,081,92 4,0632,0 7,0 1 27,0 1 22 22 <== × −= − = Hàm lượng cặn lơ lửng còn lại khi qua lưới chắn rác: ( ) lmglmgC /950/100005,01 =×−= 2. Bể thu gom ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 29 a. Nhiệm vụ: tập trung toàn bộ nước thải từ nhà máy và nước thải sinh hoạt của toàn trung tâm đồng thời để đảm bảo lượng nước đủ để cho bơm hoạt động an toàn. b. Tính toán: Thời gian lưu nước trong bể thu gom tối thiểu là 10÷30 phút. Chọn thời gian lưu nước trong bể t=15 phút. Thể tích bể thu gom: 33 max 5,30 60 15 /9,121 mphúthmtQV h =×=×= Chọn chiều cao h=2 m Chiều cao bảo vệ hbv=0,5m Chiều cao của bể: H = h + hbv = 2 + 0,5 = 2,5 m Chọn bể hình chữ nhật: → Kích thước bể: 3405,244 mmmmHBL =××=×× Chọn bơm nhúng chìm đặt tại hầm bơm: có Qb = max hQ = 121,9 m 3/h, Hb = 8-10 mH2O, chọn Hb= 8 mH2O. Công suất của bơm: N = η ρ 1000 gHQb = 36008,01000 881,910009,121 ×× ××× = 3,32 (kw) Chọn 2 bơm EBARA, ký hiệu 100 DML53.7 có công suất 3.7KW, hoạt động luân phiên. 3. Bể điều hòa a. Nhiệm vụ: nhằm điều hòa, ổn định về lưu lượng và nồng độ các chất; ổn định pH của nước thải; tránh phát sinh mùi hôi nhờ làm thoáng cung cấp oxy cho nước thải bằng máy thổi khí. Nhờ đó giúp cho các công trình phía sau không bị quá tải, nước thải cấp vào các công trình xử lý sinh học phía sau được liên tục nên vận hành tốt, đạt được hiệu quả xử lý cao. b. Tính toán kích thước bể: Do lưu lượng và tính chất nước thải của trung tâm thay đổi có tính chu kỳ theo thời gian làm việc trong ngày, nước thải chỉ tập trung vào đầu giờ buổi sáng, buổi trưa và cuối buổi chiều. Chọn thời gian lưu nước trong bể là 5h (theo W.Wesley Eckenfelder, Industrial Water Pollution control, 1989) Thể tích thực của bể điều hòa Vdh = Qmax x t = 121,9 x 5 = 609,5 m 3 Chọn chiều cao hữu ích h= 5m Chọn chiều cao bảo vệ mhbv 5,0= Chọn bể hình chữ nhật cạnh B x L = 11m x 11m ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 30 ⇒Thể tích tính toán: ( ) 36655,051111 mmmmHLBVtt =+××=××= c. Tính toán thiết bị cấp khí cho bể điều hoà: Các dạng xáo trộn trong bể điều hòa Bảng 4.2: Các dạng khuấy trộn trong bể điều hòa Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị Khuấy trộn cơ khí 4 ÷ 8 W/m3 thể tích bể Tốc độ khí nén 10 ÷ 15 L/m3.phút (m3 thể tích bể) (Nguồn: [1]) Tính toán hệ thống cấp khí. Lượng không khí cần thiết: /23474,35,62 3maQL htbkhí =×=×= giờ Trong đó: - htbQ : Lưu lượng nước thải trung bình theo giờ. h tbQ =62,5m 3/h - a : Lưu lượng không khí cấp cho bể điều hoà, a = 3,74 m3 khí/m3 nước thải (nguồn: W.Wesley Enkenfelder, Industrial Water Pollution Control, 1989). Chọn hệ thống ống cấp khí bằng nhựa PVC có đục lỗ, gồm 5 ống nhánh dọc theo chiều dài bể, khoảng cách giữa các ống nhánh là 2m, 2 ống đặt sát tường cách tường 0,5 m. Lưu lượng khí trong mỗi ống : 8,46 5 234 5 === khiong L q m3/giờ Đường kính ống dẫn khí: m q d ong ong ong 04,036001014,3 8,464 3600 4 = ×× ×= ×× × = νπ Trong đó: - vống : Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính vống= 10 – 15 m/s, chọn vống = 10 m/s Chọn ống sắt tráng kẽm φchính = 40 Áp lực cần thiết của máy thổi khí Hm = h1 + hd + H Trong đó : ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 31 - h1: Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển h1 = 0,5m - hd : Tổn thất qua đĩa phun , hd = 0,5m - H : Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun H = 3m ⇒Hm = 0,5 + 0,5 + 3 = 4m Áp lực máy thổi khí tính theo Atmotphe: Pm = 12,10 Hm = 12,10 4 = 0,4atm Năng suất yêu cầu Qkk = 234 m 3/h = 0,065 m3/s Công suất máy thổi khí Pmáy = ne GRT 7,29 1         −    1 283,0 1 2 p p Trong đó : - Pmáy : Công suất yêu cầu của máy nén khí , kW - G: Trọng lượng của dòng không khí , kg/s G = Qkk × ρkhí = 0,065 × 1,3 = 0,0845 kg/s - R : hằng số khí , R = 8,314 KJ/K.mol 0K - T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1= 273 + 25 = 298 0K - P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1= 1 atm - P2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2 =Pm + 1=0,4 +1=1,4 atm n= K K 1− = 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí ) - 29,7 : hệ số chuyển đổi - e: Hiệu suất của máy , chọn e= 0,7 ⇒Pmáy = 7,0283,07,29 298314,80845,0 ×× ××         −     1 1 4,1 283,0 = 3,6 kW = 4,8Hp Chọn 2 máy nén khí một máy làm việc, một máy dự phòng. Chọn máy hiệu Taiko model SSR-65H. Công suất mỗi máy 3.8kW. Hiệu quả xử lý: Hàm lượng BOD5 sau khi qua bể điều hòa: 4800 x (1 - 0,1) = 4320 mg/l Hàm lượng COD giảm khoảng 10%, hàm lượng COD sau bể điều hòa là: 10000 x (1- 0,1) = 9000 mg/l 4. Bể trung gian ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 32 a. Tính toán bể Chọn thời gian lưu là 10 phút Thể tích bể trung gian là: 33 4,10 6024 10 /1500 mphútngàymtQV = × ×=×= Chọn chiều cao bể H = 2m Chiều cao bảo vệ hbv= 0,5m Diện tích bề mặt bể: 2 3 2,5 2 4,10 m m m H VF === Chọn: - Chiều dài bể là: L = 2,3m - Chiều rộng bể là: B = 2,3m Thể tích bể xây dựng thực tế là: 3133,233,2 mmmmLHBVtt =××=××= Chọn bơm nhúng chìm đặt tại bể: có Qb = max hQ =121,9 m 3/h, Hb = 8-10mH2O, chọn Hb=8mH2O. Công suất của bơm: N = η ρ 1000 gHQb = 36008,01000 881,910009,121 ×× ××× = 3,32(kw) Chọn bơm EBARA, ký hiệu 100 DML53.7, có công suất 3.7KW, hoạt động luân phiên. b. Tính toán máy thổi khí Nhiệt độ đầu vào: t = 60oC Nhiệt độ đầu ra: t = 35oC Nhiệt độ trung bình trong bể: C Q QCQC t o 0 0 5,47 1500 75060750352 60 2 35 =×+×= ×+× = Lưu lượng không khí cần cung cấp cho bể hmnmkhímhmaQL khíhkhí /1172/)/74,3/5,62( 3333 =×=×= Trong đó: a là lưu lượng không khí cấp, chọn a = 3,74 m3 khí/ m3 nước thải. Khí được cung cấp bằng 2 máy đặt trên bề mặt. Áp lực cần thiết của máy thổi khí: Hm = h1 + H Trong đó: - h1 : tổn thất trong đường ống vận chuyển h1 = 0,4 m - H : độ sâu ngập nước của ống H = 5 m ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 33 ⇒Hm = 0,4 + 5 = 5.4 m Chọn Hm = 5,4 m = 0,54 atm Năng suất yêu cầu mỗi máy, Lkhí = 2 117 = 58,5 m3/h Công suất của máy thổi khí Pmáy =         −    1 7,29 283,0 1 21 p p ne GRT Trong đó: - Pmáy : công suất yêu cầu của máy nén khí, kW - G : lưu lượng khối lượng của dòng không khí, kg/s - G = Lkhí khi.ρ = 3600 5,58 . 1,3 = 0,021 kg/s - R :hằng số khí , R= 8,314 KJ/K.mol 0K - khiρ = 13 - T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, T1= 273 + 60 = 333 0K - P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào , P1 = 1 atm - P2:áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra - P2 = Hm + 1 = 0,54 + 1 = 1,54 atm - n = K K 1− = 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí ) [1 ] - 29,7 : Hệ s