Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy - Hoàng Thị Thúy

97 trang huongle 580

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy - Hoàng Thị Thúy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

khoa_luan_thiet_ke_he_thong_xu_ly_nuoc_thai_nha_may_giay_hoa.pdf

Nội dung text: Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy - Hoàng Thị Thúy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001 : 2008 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MƠI TRƢỜNG Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Hồng Thị Thúy PGS.TS Đồng Thị Kim Loan Sinh viên : Nguyễn Kim Dung HẢI PHÕNG - 2012 [Type text]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MƠI TRƢỜNG Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Hồng Thị Thúy PGS.TS Đồng Thị Kim Loan Sinh viên : Nguyễn Kim Dung HẢI PHÕNG - 2012 [Type text]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Kim Dung Mã SV: 120318 Lớp: MT1201 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Tên đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy [Type text]
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp. [Type text]
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên: Học hàm, học vị: Cơ quan cơng tác: Nội dung hướng dẫn: Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên: Học hàm, học vị: Cơ quan cơng tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng năm 2012 Yêu cầu phải hồn thành xong trước ngày tháng năm 2012 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Nguyễn Kim Dung ThS. Hồng Thị Thúy Hải Phịng, ngày tháng năm 2012 Hiệu trƣởng GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị [Type text]
PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: 2. Đánh giá chất lƣợng của khĩa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi bằng cả số và chữ): Hải Phịng, ngày tháng 12 năm 2012 Cán bộ hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) ThS. Hồng Thị Thúy [Type text]
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường MỞ ĐẦU Bảo vệ mơi trường hiện nay là vấn đề bức xúc trên tồn cầu nhất là tại các nước đang phát triển. Nước ta đang trên đường hội nhập với thế giới nên việc quan tâm đến mơi trường là điều tất yếu. Vấn đề bảo vệ sức khoẻ cho con người, bảo vệ mơi trường sống trong đĩ bảo vệ nguồn nước khỏi bị ơ nhiễm đã và đang được Đảng và nhà nước, các tổ chức và người dân quan tâm. Đĩ khơng chỉ là trách nhiệm của mỗi cá nhân mà cịn là trách nhiệm của tồn xã hội. Trong một vài thập kỷ gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chĩng của đất nước, các ngành cơng nghiệp Việt Nam đã cĩ những tiến bộ khơng ngừng cả về số lượng nhà máy cũng như chủng loại sản phẩm và chất lượng cũng ngày càng được cải thiện. Cơng nghiệp phát triển đã đem lại cho người dân những hàng hĩa rẻ hơn mà chất lượng khơng thua kém so với hàng ngoại nhập là bao. Ngành cơng nghiệp sản xuất giấy chiếm vị trí khá quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, tạo việc làm cho người lao động. Cùng với sự phát triển của các ngành cơng nghiệp, dịch vụ khác, nhu cầu về các sản phẩm giấy ngày càng tăng. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được to lớn về kinh tế - xã hội, ngành cơng nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề mơi trường bức xúc nhất là vấn đề nước thải. Trước thực trạng đĩ, địi hỏi phải cĩ những phương pháp thích hợp, hiệu quả để xử lý nước thải sản xuất giấy ngay tại nguồn nhằm hạn chế đến mức thấp nhất tác động của nĩ đến con người và mơi trường xung quanh. Với mong muốn được áp dụng kiến thức đã học và tìm hiểu sâu hơn để phục vụ cho cơng việc sau này của một kỹ sư ngành mơi trường. Trên cơ sở đĩ, tơi đã chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy giấy” làm khĩa luận tốt nghiệp. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 1
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về nƣớc thải 1.1.1. Một số khái niệm [1] + Nước thải: Là lượng chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người vào các mục đích như sau: sinh hoạt, dịch vụ, tưới tiêu, thủy lợi, cơng nghiệp, chăn nuơi và bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Nếu lượng nước thải này khơng qua xử lý mà đổ thẳng ra sơng, hồ sẽ làm thay đổi tính chất mơi trường nước mặt. Các biểu hiện của sự thay đổi tính chất mơi trường nước dẫn đến tình trạng ơ nhiễm cho mơi trường nước. Thơng thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng, đĩ cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc cơng nghệ xử lý. + Nước thải cơng nghiệp: Là nước thải từ các xí nghiệp sản xuất cơng nghiệp, thủ cơng nghiệp, giao thơng vận tải Nước thải này khơng cĩ đặc điểm chung mà phụ thuộc vào quy trình cơng nghệ của từng ngành, từng loại sản phẩm. Nước thải của các ngành cơng nghiệp khác nhau hoặc xí nghiệp khác nhau cĩ thành phần hĩa học và hĩa sinh cũng rất khác nhau. + Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ các khu dân cư, bao gồm nước sau khi sử dụng từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui chơi giải trí Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là cĩ hàm lượng lớn các chất hữu cơ dễ bị phân hủy (hyđrat cacbon, protein, chất béo), các chất vơ cơ dinh dưỡng (phơtphat, nitơ) cùng với vi khuẩn (cả vi sinh vật gây bệnh), trứng giun sán Hàm lượng các chất ơ nhiễm trong nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, chất lượng bữa ăn, lượng nước sử dụng và hệ thống tiếp nhận nước thải. 1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc [1, 2] Để quản lý chất lượng mơi trường nước được tốt cũng như thiết kế lựa chọn cơng nghệ và thiết bị xử lý phù hợp, cần hiểu rõ bản chất của nước thải căn cứ vào một số chỉ tiêu vật lý, chỉ tiêu hĩa học và chỉ tiêu vi sinh. Các chỉ tiêu này khơng được vượt quá tiêu chuẩn cho phép (như TCVN 5945-2005). Như Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 2
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường vậy, việc xác định các chỉ tiêu của nước sẽ cho phép đánh giá mức độ ơ nhiễm hay hiệu quả của phương pháp xử lý nước thải. 1.1.2.1. Các chỉ tiêu vật lý + Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hĩa học và sinh hĩa xảy ra trong nước. Nhiệt độ của nước phụ thuộc rất nhiều vào mơi trường xung quanh. Ví dụ: ở miền Bắc Việt Nam, nhiệt độ các nguồn nước mặt cĩ khoảng dao động từ 13 ÷ 340C, trong khi đĩ nhiệt độ trong các nguồn nước mặt ở miền Nam tương đối ổn định từ 26 ÷ 290C. Nhiệt độ cao làm cho DO trong nước giảm, giảm sự hịa tan oxi từ khơng khí vào nước. Nhiệt độ trong nước tăng sẽ làm tăng các phản ứng hĩa sinh, kích thích sự phát triển của vi tảo Nước làm mát của các ngành cơng nghiệp hay nước nồi hơi từ các nhà máy nhiệt điện thường mang một lượng nhiệt lớn theo dịng thải ra ngồi mơi trường gây ơ nhiễm nhiệt cho nguồn nước. Nhiệt độ của các loại nước thải này thường cao hơn 10 ÷ 250C so với nguồn nước tiếp nhận. Khi xử lý nước thải bằng cơng nghệ vi sinh, nhiệt độ tối ưu của nước phải nằm trong khoảng từ 20 ÷ 400C. + Màu sắc: Nước nguyên chất khơng cĩ màu. Màu sắc gây nên bởi các tạp chất trong nước (thường là do chất mùn hữu cơ, một số ion vơ cơ, một số lồi thủy sinh vật ). Mỗi loại nước thải đều cĩ màu sắc đặc trưng: các hợp chất sắt, mangan khơng hồ tan làm nước cĩ màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, cịn các loại thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh lá cây Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay cơng nghiệp thường cĩ màu nâu hoặc đen. Đơn vị đo độ màu thường dùng là platin-coban. Nước thiên nhiên thường cĩ độ màu thấp hơn 200PtCo. Màu của nước được chia làm hai loại: màu thực do các chất hữu cơ hịa tan hoặc dạng hạt keo; màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong nước tạo nên. Trong thực tế, người ta xác định màu thực của nước. Cĩ nhiều phương pháp Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 3
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường xác định màu của nước, nhưng thường sử dụng phương pháp so sánh mẫu với các dung dịch chuẩn như clorophantinat coban. + Mùi vị: Nước sạch khơng cĩ mùi vị, khi nhiễm bẩn cĩ mùi lạ. Trong nước thải chứa nhiều tạp chất hĩa học làm cho nước thải cĩ mùi lạ đặc trưng, quá trình phân giải các chất hữu cơ trong nước cũng làm cho nước cĩ mùi vị khác thường. Ví dụ như nước thải cĩ mùi khai là do các amin (R3N, R2NH, RNH2 ) và photphin (PH3); mùi hơi thối là do H2S, các hợp chất Indol, Scattol (phân hủy từ aminoaxit); mùi tanh do sắt; cĩ vị chát do sunfat (ở nồng độ 200mg/l) Cĩ thể xác định mùi của nước theo phương pháp sau: Mẫu nước được đưa vào bình đậy kín nắp, lắc khoảng 10 ÷ 20 giây rồi mở nắp, ngửi mùi và đánh giá với nhiều mức khác nhau (khơng mùi, mùi nhẹ, trung bình, nặng và rất nặng). Lưu ý khơng để dịng hơi đi thẳng vào mũi. + Độ đục: Nước tự nhiên sạch khơng cĩ tạp chất thường rất trong. Khi bị nhiễm bẩn các loại nước thải thường cĩ độ đục cao. Độ đục gây nên bởi các hạt rắn lơ lửng, keo trong nước. Các hạt rắn này cĩ thể cĩ nguồn gốc vơ cơ, hữu cơ hoặc các vi sinh vật, thủy sinh vật. Độ đục làm giảm khả năng truyền sáng của nước, ảnh hưởng tới khả năng quang hợp của các sinh vật tự dưỡng trong nước gây giảm thẩm mĩ và làm giảm chất lượng của nước khi sử dụng. Vi sinh vật cĩ thể bị hấp thụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khĩ khăn khi khử khuẩn. Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), độ đục được xác định bằng chiều sâu lớp nước thấy được (gọi là độ trong) mà ở độ sâu đĩ người ta vẫn đọc được hàng chữ tiêu chuẩn. Độ đục càng thấp chiều sâu của lớp nước cịn thấy được càng lớn. Nước được gọi là trong khi mức độ nhìn sâu lớn hơn 1m (hay độ đục nhỏ hơn 10 NTU).Theo qui định (TCVN 5502-2003), độ đục của nước cấp sinh hoạt khơng lớn hơn 5 NTU. + Tổng hàm lượng các chất rắn (TS): Các chất rắn trong nước cĩ thể là những chất tan hoặc khơng tan. Các chất này bao gồm cả những chất vơ cơ lẫn các chất hữu cơ. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 4
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Để xác định tổng hàm lượng các chất rắn ta lấy 1 lít mẫu nước thải cho vào tủ sấy, giữ ở nhiệt độ khơng đổi 1050C cho nước bay hơi hết, lượng chất rắn khơng đổi, đem cân sẽ được tổng hàm lượng các chất rắn trong 1 lít nước thải. Đơn vị tính bằng mg/l. + Tổng hàm lượng các chất lơ lửng (SS): Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn khơng tan trong nước. Để xác định hàm lượng các chất lơ lửng ta lấy 1 lít mẫu nước thải lọc qua phễu cĩ giấy lọc tiêu chuẩn, rồi sấy khơ lượng chất rắn đọng lại trên giấy lọc ở 1050C cho tới khi khối lượng khơng đổi. Đem cân sẽ được tổng hàm lượng các chất lơ lửng trong 1 lít nước thải. Đơn vị tính là mg/l. + Tổng hàm lượng các chất hịa tan (DS): Các chất rắn hịa tan là những chất tan được trong nước, cĩ kích thước rất nhỏ, bao gồm cả chất vơ cơ lẫn chất hữu cơ. Để xác định hàm lượng các chất hịa tan ta lấy 1 lít mẫu nước thải đã lọc qua phễu cĩ giấy lọc tiêu chuẩn rồi cho vào tủ sấy, giữ ở nhiệt độ khơng đổi 1050C cho tới khi lượng chất rắn khơng đổi. Đem cân sẽ được tổng hàm lượng các chất rắn hịa tan trong 1 lít nước thải. Đơn vị tính là mg/l. DS = TS – SS + Tổng hàm lượng chất dễ bay hơi: Để đánh giá hàm lượng các chất hữu cơ cĩ trong mẫu nước, người ta cịn sử dụng các khái niệm tổng hàm lượng các chất khơng tan dễ bay hơi, tổng hàm lượng các chất hịa tan dễ bay hơi. Hàm lượng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù (SS) ở 5500C cho đến khi khối lượng khơng đổi. Hàm lượng các chất rắn hịa tan dễ bay hơi (VDS) là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn hịa tan (DS) ở 5500C cho đến khi khối lượng khơng đổi. 1.1.2.2. Các chỉ tiêu hĩa học + Độ pH: pH là đại lượng liên quan đến nồng độ H+ trong nước cĩ cơng thức là: pH = -log[H+]. pH là một chỉ tiêu cần được xác định để đánh giá chất lượng nguồn nước. Giá trị pH dao động trong khoảng 1 ÷ 14. Trị số pH cho biết Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 5
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường nước thải cĩ tính trung hịa pH = 7 hay axit pH 7. Ví dụ: Nước thải của nhà máy sản xuất bột giặt mang tính kiềm, nước thải sinh hoạt mang tính kiềm (pH = 7,2 ÷ 7,6), nước thải của nhà máy sản xuất pin cĩ tính axit Sự thay đổi pH dẫn tới sự thay đổi thành phần hĩa học của nước, thay đổi vận tốc của các phản ứng hĩa sinh xảy ra trong nước. Giá trị pH của nước gĩp phần quyết định đến phương pháp xử lý. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học rất nhạy cảm với sự dao động của trị số pH. Quá trình xử lý sinh học địi hỏi giá trị pH trong khoảng 6,5 ÷ 8,5 (giá trị tối ưu hơn là từ 6,6 ÷ 7,6). + Độ cứng của nước: Độ cứng của nước gây nên bởi các ion (Ca2+, Mg2+) cĩ mặt trong nước. Chúng phản ứng với một số anion tạo thành kết tủa.Các ion Ca2+ và Mg2+ cĩ thể tạo kết tủa với một số chất khống cĩ trong nước, tạo lắng cặn trong nồi hơi, bình đun nước hoặc hệ thống dẫn nước. Trong kỹ thuật xử lý nước sử dụng ba loại khái niệm độ cứng: - Độ cứng tồn phần biểu thị tổng hàm lượng các muối của ion canxi và magiê cĩ trong nước. - Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lượng muối cacbonat và bicacbonat của các ion Ca2+, Mg2+ trong nước. Độ cứng tạm thời sẽ mất đi khi đun sơi. - Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tổng hàm lượng muối clorua và sunfat của các ion Ca2+, Mg2+ trong nước. Độ cứng vĩnh cửu rất khĩ khắc phục bằng các phương pháp thơng thường. Tuỳ theo giá trị độ cứng, nước được phân loại thành: - Nước mềm: độ cứng 300 mg CaCO3/l. + Hàm lượng oxi hịa tan (DO): Hàm lượng oxi hịa tan là thơng số quan trọng đánh giá chất lượng nguồn nước. Mọi nguồn nước đều cĩ khả năng tự làm Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 6
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường sạch nếu như cịn đủ một lượng DO nhất định. DO trong nước được cung cấp bởi sự quang hợp của thực vật thủy sinh và sự hịa tan oxi từ khơng khí. Hàm lượng DO trong nước phụ thuộc nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ, thành phần hĩa học của nguồn nước, số lượng vi sinh, thủy sinh vật Oxi hịa tan trong nước khơng tác dụng với nước về mặt hĩa học. Hàm lượng DO bão hịa trong nước sạch ở áp suất 1 atm theo nhiệt độ bình thường khoảng 8 ÷ 10 mg/l. Trong quá trình xử lý hiếu khí luơn phải giữ DO trong nước thải từ 1,5 ÷ 4 mg/l để quá trình oxi hĩa đạt hiệu suất cao. Để xác định DO trong nước thải, người ta thường dùng phương pháp Iơt. Phương pháp này dựa vào quá trình oxi hĩa Mn2+ thành Mn4+ trong mơi trường 4+ - kiềm và Mn lại cĩ khả năng oxi hĩa I thành I2 tự do trong mơi trường axit. Như vậy lượng I2 giải phĩng tương đương với lượng oxi hịa tan trong nước thải. Lượng Iơt này được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch Natrithiosunfat (Na2S2O3). + Nhu cầu oxi sinh hĩa (BOD): Là lượng oxi cần thiết để vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải (đơn vị tính là mgO2/l). BOD là một chỉ tiêu dùng để xác định mức độ nhiễm bẩn của nước, BOD của nước càng cao thì nước đĩ càng ơ nhiễm. Trong mơi trường nước, khi quá trình oxi hĩa sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxi hịa tan để oxi hĩa các chất hữu cơ và chuyển hĩa 2- 2- 3- - chúng thành các sản phẩm vơ cơ bền như CO2, CO3 , SO4 , PO4 và NO3 Nước thải sinh hoạt cĩ hàm lượng các chất hữu cơ dễ phân hủy cao, các chất chất hữu cơ khĩ phân hủy thấp. Nước thải của các ngành cơng nghiệp thuộc da, sản xuất giấy, dệt nhuộm cĩ hàm lượng chất hữu cơ khĩ phân hủy cao. Nước thải cĩ chứa hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy cao thì phương pháp xử lý thường được sử dụng là dùng VSV. Trong xử lý nước thải, nếu BOD 1000 mg/l phải áp dụng xử lý qua kị khí kết hợp hiếu khí. + Nhu cầu oxi hĩa học (COD): Là lượng oxi cần thiết để oxi hĩa hồn tồn các chất hữu cơ và một phần nhỏ các chất vơ cơ dễ bị oxi hĩa trong nước Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 7
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường thải (đơn vị là mgO2/l). Chỉ tiêu nhu cầu oxi sinh hĩa BOD5 khơng đủ để phản ánh khả năng oxi hĩa các chất hữu cơ khĩ bị oxi hĩa và các chất vơ cơ cĩ thể bị oxi hĩa cĩ trong nước thải, nhất là nước thải cơng nghiệp. Như vậy, COD giúp phần nào đánh giá được lượng chất hữu cơ trong nước cĩ thể bị oxi hĩa bằng các chất hĩa học (tức là đánh giá mức độ ơ nhiễm của nước). Trị số COD lớn hơn trị số BOD5, tỷ số COD trên BOD luơn lớn hơn 1 và thay đổi tùy thuộc vào tính chất của nước thải. Khi tỷ số COD : BOD càng nhỏ thì xử lý sinh học càng dễ (COD : BOD = 1,4 ÷ 2). Để xác định chỉ số COD trong nước ta sử dụng tác nhân cĩ tính oxi hĩa mạnh trong mơi trường axit để oxi hĩa chất hữu cơ. Ví dụ dùng chất oxi hĩa mạnh như K2Cr2O7 thì phương trình phản ứng như sau: 2- + Ag2SO4 3+ Chất hữu cơ + Cr2O7 + H CO2 + H2O + Cr Sau đĩ đem đo mật độ quang của dung dịch phản ứng trên, dựa vào đường chuẩn để xác định COD. + Tổng Nitơ (T-N): Hợp chất nitơ cĩ trong nước thải thường là các hợp chất protein, axit amin, enzim, hoocmom và các sản phẩm phân hủy amơn, nitrat, nitrit. Chúng cĩ vai trị quan trọng trong quá trình phát triển của vi sinh trong các cơng trình xử lý nước thải. Trong các thủy vực, nitơ là chất dinh dưỡng khơng thể thiếu cho động vật, thực vật, VSV phát triển. Tuy nhiên, hàm lượng các chất nitơ cao lại là nguyên nhân gây phú dưỡng thủy vực, kích thích sự phát triển của tảo, gây hiện tượng thủy triều đỏ, ảnh hưởng xấu đến mơi trường, sinh vật, kinh tế, du lịch Trong nước thải, mối quan hệ giữa BOD5 với nitơ và photpho cĩ ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành và phát triển của VSV. Vì vậy, cần xác định chỉ + - - số nitơ tổng và các chỉ số như: NH4 , NH3, NO3 , NO2 để đánh giá mức độ và giai đoạn phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Khi trong nước cĩ hàm lượng + amoni NH4 cao tức là nước mới bị ơ nhiễm, cĩ độ độc cao; hàm lượng nitrit - (NO2 ) cao tức là nước đã ơ nhiễm một thời gian, vẫn cịn độ độc. Cịn khi hàm Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 8
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường - lượng nitrat (NO3 ) cao tức là nước đã bị ơ nhiễm một thời gian khá lâu rồi. Quá trình oxi hĩa đã xảy ra đến giai đoạn cuối, gần như khơng cịn độc nữa. - - Khi con người ăn thực phẩm hoặc uống nước cĩ hàm lượng NO2 , NO3 cao gây nên bệnh trẻ xanh, ung thư dạ dày - + Tổng photpho (T-P): Photpho tồn tại trong nước dưới dạng: H2PO4 , 2- 3- HPO4 , PO4 , polyphotphat (Na3(PO3)6 ) và photpho hữu cơ. Photpho cũng giống như nitơ, là chất dinh dưỡng cho các VSV sống và phát triển trong các cơng trình xử lý nước thải. Đây là một trong những nguồn dinh dưỡng cần thiết cho thực vật dưới nước phát triển, nhưng cũng là nhân tố gĩp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng và gây ơ nhiễm ở các thủy vực. Thủy vực bị phú dưỡng do photpho khĩ khắc phục hơn nhiều so với phú dưỡng do nitơ. Nước thải chứa hàm lượng photpho cao như nước thải sinh hoạt, nơng nghiệp, chăn nuơi, sản xuất phân lân, phân tổng hợp, sản xuất bột giặt Người ta thường xác định hàm lượng photpho tổng để xác định tỉ số BOD5: N: P nhằm lựa chọn kỹ thuật xử lý thích hợp. Nếu sử dụng phương pháp sinh học trong xử lý nước thải thì tỉ số BOD5: N: P bằng 100: 5: 1 mới cĩ thể cung cấp đủ chất dinh dưỡng cho VSV. Ngồi ra cịn xác lập tỉ số giữa P: N để đánh giá hàm lượng chất dinh dưỡng cĩ trong nước. + Một số chỉ tiêu hĩa học khác trong nước: - Sắt: Sắt chỉ tồn tại dạng hịa tan trong nước ngầm dưới dạng muối Fe2+ - 2- - 2+ của HCO3 , SO4 , Cl Cịn trong nước bề mặt, Fe nhanh chĩng bị oxi hĩa 3+ thành Fe và bị kết tủa dưới dạng Fe(OH)3. 2Fe(HCO3)2 + 0,5O2 + H2O 2Fe(OH)3 + 4CO2 Với hàm lượng sắt lớn hơn 0,5 mg/l nước cĩ mùi tanh khĩ chịu, làm vàng quần áo khi giặt Các cặn kết tủa của sắt cĩ thể gây tắc nghẽn đường ống dẫn nước. Trong quá trình xử lý nước, sắt được loại bằng phương pháp thơng khí và keo tụ. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 9
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường - Clorua: Cĩ nguồn gốc từ nước cấp, hiện tượng thẩm thấu từ nước biển hoặc do ơ nhiễm từ các lọai nước thải như mạ kẽm, khai thác dầu, sản xuất giấy Clorua tồn tại trong nước dưới dạng Cl-. Nĩi chung ở mức nồng độ cho phép thì các hợp chất clorua khơng gây độc hại, nhưng với hàm lượng lớn hơn 250 mg/l làm cho nước cĩ vị mặn. Nước cĩ nhiều Cl- cĩ tính xâm thực bê tơng. 2- - Sulfat: Ion SO4 cĩ thường cĩ mặt trong nước là do quá trình oxy hĩa các chất hữu cơ cĩ chứa sunfua hoặc do ơ nhiễm từ nguồn nước thải ngành dệt nhuộm, thuộc da, luyện kim, sản xuất giấy. Nước nhiễm phèn thường chứa hàm lượng sunfat cao. Với hàm lượng sunfat cao hơn 400 mg/l, cĩ thể gây mất nước trong cơ thể và làm tháo ruột, tổn 2- hại cho sức khỏa con người. Ở điều kiện yếm khí, SO4 phản ứng với chất hữu cơ tạo thành khí H2S gây mùi hơi thối và cĩ độc tính cao. 1.1.2.3. Chỉ tiêu vi sinh Trong nước thải sinh hoạt chứa vơ số sinh vật chủ yếu là vi sinh với số lượng từ 105 ÷ 106 con trong 1 ml. Trong nước thiên nhiên cũng cĩ nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong tảo và các lồi thủy vi sinh khác. Tùy theo tính chất, các loại vi sinh trong nước cĩ thể vơ hại hoặc cĩ hại. Nhĩm cĩ hại bao gồm các loại vi trùng gây bệnh, các lồi rong rêu, tảo Nhĩm này cần phải loại bỏ khỏi nước trước khi sử dụng. Chất lượng về mặt vi sinh của nước thường được biểu thị bằng nồng độ của vi khuẩn chỉ thị khơng gây bệnh - nhĩm trực khuẩn (Colifom). Thơng số được dùng rộng rãi là chỉ số E.Coli. Người ta thường chọn chỉ số E.Coli làm vi sinh vật chỉ thị với lý do sau: - E.Coli đại diện cho nhĩm vi khuẩn quan trọng nhất trong việc đánh giá mức độ vệ sinh và nĩ cĩ đủ các tiêu chuẩn lý tưởng cho sinh vật chỉ thị. - Nĩ cĩ thể xác định theo các phương pháp phân tích vi sinh vật học thơng thường ở các phịng thí nghiệm và cĩ thể xác định sơ bộ trong điều kiện thực địa. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 10
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Theo tiêu chuẩn của WHO quy định nước đạt vệ sinh khơng quá 10 tế bào E.Coli trong 100ml nước, ở Việt Nam ≤ 20 tế bào/ 100ml nước. 1.1.3. Thành phần nƣớc thải ngành cơng nghiệp sản xuất giấy [3] Cơng nghệ sản xuất giấy là một trong những cơng nghệ sử dụng nhiều nước. Nước được dùng trong các cơng đoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước. Như vậy trong quá trình sản xuất giấy, hầu như tất cả lượng nước đưa vào sử dụng sẽ là lượng nước thải ra, trong đĩ những yếu tố gây ơ nhiễm nguồn nước bao gồm: - pH cao do kiềm dư. - Thơng số cảm quan (màu, mùi, bọt) chủ yếu là do dẫn xuất của lignin. - Cặn lơ lửng (do bột giấy và các chất độn như cao lin gây ra). - COD & BOD cao, do các chất hữu cơ hịa tan gây ra là chính. Các chất hữu cơ ở đây là lignin và các dẫn xuất của lignin, xenlulo các loại đường phân tử cao và một lượng nhỏ các hợp chất cĩ nguồn gốc sinh học khác, trong trường hợp dùng clo để tẩy trắng cĩ thêm dẫn xuất hữu cơ cĩ chứa clo. 1.1.4. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải cơng nghiệp [1, 2, 10] Nước thải nĩi chung cĩ chứa nhiều chất ơ nhiễm khác nhau từ các loại chất rắn khơng tan, đến những loại chất rắn khĩ tan và những hợp chất tan trong nước. Do đĩ, để cĩ thể loại bỏ được chúng thì chúng ta cần dựa vào đặc điểm của từng loại mà lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp. Cĩ bốn phương pháp xử lý nước thải: - Phương pháp xử lý cơ học; - Phương pháp xử lý hĩa học; - Phương pháp xử lý hĩa lý; - Phương pháp xử lý sinh học. 1.1.4.1. Phƣơng pháp xử lý cơ học Gồm các quá trình mà khi nước thải đi qua các quá trình đĩ sẽ khơng thay đổi tính chất hĩa học và sinh học của nĩ. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 11
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Trong nước thải thường chứa các loại tạp chất rắn khơng hịa tan và các chất rắn lơ lửng cĩ kích thước lớn bị cuốn theo như: rơm, cỏ, gỗ mẩu, bao bì, giấy, giẻ, nhựa, dầu mỡ, các tạp chất nổi, cặn lơ lửng Các loại cặn nặng như: sỏi, cát, mảnh kim loại, mảnh thủy tinh, các vụn gạch ngĩi Để tách các chất này ra khỏi nước thải, ta thường sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực li tâm và lọc. Tùy theo kích thước, tính chất lý hĩa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn cơng nghệ xử lý thích hợp. Ngồi ra thì xử lý cơ học cịn giúp điều hịa lưu lượng và nồng độ chất ơ nhiễm cĩ trong nước thải. Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý tiếp theo. Một số cơng trình xử lý được ứng dụng để xử lý cơ học là: Song chắn rác, lưới chắn rác và thiết bị nghiền rác, bể lắng cát, bể điều hịa, bể lắng, lọc cơ học. a. Song chắn rác, lƣới chắn rác và thiết bị nghiền rác Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác hoặc thiết bị nghiền rác. Tại đây các thành phần cĩ kích thước lớn như: giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon được giữ lại. Nhờ đĩ tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an tồn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải phía sau. Vận tốc dịng chảy thường nằm trong khoảng 0,4 ÷ 1 m/s nhằm tránh lắng cát. Hình 1.1. Song chắn rác Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 12
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường + Song chắn rác: Thường làm bằng kim loại, cĩ tiết diện trịn hoặc vuơng được đặt ở cửa vào mương dẫn. Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân ra thành các loại: thơ, trung bình và mịn. Khoảng cách giữa các thanh chắn đối với song chắn rác thơ từ 60 ÷ 100 mm, đối với song chắn rác mịn từ 10 ÷ 25 mm. Rác bị giữ lại cĩ thể được lấy ra theo phương pháp thủ cơng hoặc dùng thiết bị cào rác cơ khí. + Lưới chắn rác: Được chia thành lưới chắn rác trung bình và lưới chắn rác mịn, tùy thuộc vào kích thước mắt lưới. Lưới chắn rác trung bình được chế tạo từ một tấm thép khoan lỗ với kích thước lỗ từ 5 ÷ 25 mm dùng để khử cặn và cĩ thể đặt sau song chắn rác thơ. Lưới chắn rác di động mịn dùng để lọc hoặc thu nhặt tảo với kích thước mắt lưới từ 15 ÷ 64 µm. + Thiết bị nghiền rác: Cĩ thể thay thế cho song chắn rác, được dùng để nghiền, cắt vụn rác ra các mảnh nhỏ hơn và cĩ kích thước đều hơn, khơng cần tách rác ra khỏi dịng chảy. Rác vụn này sẽ được giữ lại ở cơng trình phía sau như bể lắng cát, bể lắng đợt một. Thiết bị này cĩ bất lợi khi rác nghiền chủ yếu là vải vụn vì cĩ thể sẽ gây nguy hại cho cánh khuấy, tắc nghẽn ống dẫn bùn, hoặc dính chặt trên các ống khuếch tán khí trong hệ thống xử lý sinh học. Thơng thường phải cĩ song chắn rác đặt song song với thiết bị nghiền rác để hỗ trợ trong thời gian bảo dưỡng hoặc duy tu thiết bị nghiền rác. b. Bể lắng cát Bể lắng cát cĩ nhiệm vụ loại bỏ cát, xỉ lị, các tạp chất vơ cơ cĩ kích thước từ 0,2 ÷ 2 mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an tồn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mịn, tránh tắc nghẽn đường ống và các cơng trình xử lý phía sau. Cĩ ba loại bể lắng cát: bể lắng cát ngang, bể lắng cát thổi khí và bể lắng cát xoay (cĩ khuấy trộn cơ khí). Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 13
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Hình 1.2. Bể lắng cát ngang + Bể lắng cát ngang: Dịng chảy theo hướng ngang với vận tốc < 0,3 m/s. Bể lắng cát ngang thường được sử dụng cho các trạm xử lý cĩ cơng suất nhỏ. + Bể lắng cát thổi khí: Khí nén được đưa vào một cạnh theo chiều dài tạo dịng chảy xoắn ốc, cát lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực. Cần kiểm sốt tốc độ thổi khí sao cho tốc độ chuyển động của dịng chảy đủ chậm cho các hạt lắng được, đồng thời dễ dàng tách cặn hữu cơ bám trên hạt và đủ lớn để ngăn khơng cho các cặn hữu cơ lắng. Bể lắng cát thổi khí thường được áp dụng cho các trạm xử lý cĩ cơng suất lớn. + Bể lắng cát xoay: Cĩ dạng trụ trịn, nước thải được đưa vào theo phương tiếp tuyến tạo nên dịng chảy xốy, cát tách khỏi nước lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và lực ly tâm. Vận tốc trong bể được kiểm sốt bằng cánh khuấy trục đứng. c. Bể điều hịa Bể điều hịa cĩ nhiệm vụ điều hịa về lưu lượng và nồng độ trên dịng thải và ngồi dịng thải. Ngồi ra bể điều hịa cịn giúp nâng cao hiệu suất, đồng thời làm giảm kích thước cũng như chi phí của các cơng trình phía sau. Trong bể điều hịa thường cĩ thiết bị khuấy trộn nhằm hịa trộn để san bằng nồng độ chất bẩn cho tồn hệ thống nước thải cĩ trong bể và để ngăn ngừa cặn lắng trong bể, pha lỗng nồng độ chất độc hại nếu cĩ để đảm bảo chất lượng nước thải là ổn Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 14
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường định cho hệ thống xử lý sinh học phía sau. Trong bể cũng cần phải đặt các thiết bị thu gom và xả bọt, váng nổi. d. Bể lắng Bể lắng cĩ nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng cĩ trong nước thải, bơng cặn hình thành trong quá trình keo tụ tạo bơng (bể lắng đợt 1) hoặc bơng bùn hoạt tính và màng vi sinh được sinh ra trong quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo cấu tạo và hướng dịng chảy, bể lắng được phân thành bể lắng ngang và bể lắng đứng. Hình 1.3. Bể lắng ngang + Bể lắng ngang: Dịng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc khơng lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 ÷ 2,5 giờ. + Bể lắng đứng: Nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,5 ÷ 0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể từ 0,75 ÷ 2 giờ. e. Lọc cơ học Lọc được ứng dụng trong xử lý nước thải để tách các tạp chất phân tán cĩ kích thước nhỏ khi khơng thể loại bỏ được bằng phương pháp lắng. Thường sử dụng hai loại phim lọc dùng vật liệu lọc dạng tấp và dạng hạt. Phim lọc dùng vật liệu dạng tấm: Cĩ thể làm bằng tấm thép cĩ đục lỗ hoặc lưới bằng thép khơng gỉ, nhơm, niken và cả các loại sợi khác nhau (thủy Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 15
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường tinh, amiăng, bơng, len, sợi tổng hợp). Tấm lọc cần cĩ trở lực nhỏ, đủ bền và dẻo cơ học, khơng bị trương nở và phá hủy ở điều kiện lọc. Phim lọc dùng vật liệu dạng hạt: Cĩ thể là cát thạch anh, than gầy (anthracit), than cốc, sỏi, đá nghiền, thậm chí là cả than nâu, than bùn hay than gỗ. Đặc tính quan trọng của lớp hạt lọc là độ xốp và bề mặt riêng. Quá trình lọc cĩ thể xảy ra dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất cao trước vách vật liệu lọc hay áp suất chân khơng sau lớp vật liệu lọc. Các phin lọc làm việc sẽ tách các phần tử tạp chất phân tán hoặc lơ lửng khĩ lắng ra khỏi nước. Các phin lọc làm việc khơng hồn tồn dựa vào nguyên lý cơ học. Khi nước qua lớp lọc, dù ít dù nhiều cũng tạo ra một lớp màng trên bề mặt các hạt vật liệu lọc, đĩ là lớp màng sinh học. Do đĩ, ngồi tác dụng tách các phần tử tạp chất phân tán ra khỏi nước, các màng sinh học cũng đã biến đổi các chất hịa tan trong nước thải nhờ quần thể vi sinh vật cĩ trong màng sinh học. Chất bẩn và màng sinh học sẽ bám vào bề mặt vật liệu lọc dần dần bít các khe hở của lớp lọc làm cho dịng chảychậm dần lại hoặc ngừng chảy. Trong quá trình làm việc người ta phải rửa phin lọc, để tách bớt màng bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc. Trong xử lý nước thải, thường dùng thiết bị lọc chậm, lọc nhanh, lọc kín, lọc hở. Ngồi ra cịn dùng loại lọc ép khung bản, lọc quay chân khơng, các máy vi lọc hiện đại. Đặc biệt là đã cải tiến các vật liệu lọc trước đây thuần túy là lọc cơ học thành lọc sinh học, trong đĩ vai trị của màng sinh học được phát huy hơn nhiều. Tuy nhiên, quá trình lọc cơ học ít khi được ứng dụng trong xử lý nước thải, thường chỉ sử dụng trong trường hợp nước sau xử lý địi hỏi cĩ chất lượng cao. 1.1.4.2. Phƣơng pháp xử lý hĩa lý a. Keo tụ Trong nguồn nước thải, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước rất nhỏ thường dao động từ 0,1 ÷ 10 m. Các hạt này khơng nổi cũng khơng lắng rất khĩ tách loại. Quá trình keo tụ làm cho hạt Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 16
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường keo cĩ khả năng kết dính lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng trong nước, tạo thành các bơng cặn lớn hơn cĩ trọng lượng đáng kể. Do đĩ, bơng cặn mới tạo ra sẽ dễ dàng lắng xuống ở bể lắng, quá trình này cịn được gọi là quá trình tạo bơng. Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào trong nước các chất keo tụ thích hợp như: phèn PAC, phèn nhơm Al2(SO4)3, phèn sắt ( FeSO4, Fe2(SO4)3 hoặc FeCl3). Các loại phèn này được đưa vào nước thải dưới dạng dung dịch hịa tan. + Phèn PAC: PAC (Poli Aluminium Chloride) là loại phèn nhơm thế hệ mới tồn tại ở dạng cao phân tử (Polime). Hiện nay, để keo tụ cặn bẩn trong nước người ta sử dụng phèn PAC để thay thế cho phèn nhơm sunfat. Phèn PAC cĩ nhiều ưu điểm hơn như: - Hiệu quả lắng trong cao hơn 4 ÷ 5 lần. - Thời gian keo tụ nhanh, ít làm biến động độ pH của nước. - Khơng cần hoặc dùng rất ít chất hỗ trợ, khơng cần các thiết bị và thao tác phức tạp. - Khơng làm đục nước khi dùng thừa hoặc thiếu phèn. - PAC cĩ khả năng loại bỏ các chất hữu cơ khơng tan cùng các kim loại nặng tốt hơn phèn sunfat. + Phèn nhơm: Khi cho phèn nhơm vào nước chúng sẽ phân ly thành các 3+ ion Al , sau đĩ các ion này sẽ bị thủy phân thành Al(OH)3. 3+ + Al + 3H2O Al(OH)3 + 3H Trong phản ứng thủy phân trên, ngồi Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ tạo thành, cịn giải phĩng ra các ion H+. Các ion H+ này sẽ được - khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3 ). Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, khơng đủ để trung hịa ion H+ thì cần phải kiềm hĩa nước. Chất dùng để kiềm hĩa thơng dụng nhất là vơi (CaO). Một số trường hợp khác cĩ thể dùng Sơ đa (Na2CO3) hoặc sút (NaOH). Thơng thường phèn nhơm đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi pH của nước thải từ 5,5 ÷ 7,5. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 17
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường + Phèn sắt (II): Phèn sắt (II) khi cho vào nước sẽ phân ly thành ion Fe2+ và sau đĩ bị thủy phân thành Fe(OH)2. 2+ + Fe + 2H2O Fe(OH)2 + 2H Fe(OH)2 vừa tạo thành vẫn cịn độ hịa tan trong nước lớn, khi trong nước cĩ oxy hịa tan, Fe(OH)2 sẽ bị oxy hĩa thành Fe(OH)3. 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 Quá trình oxy hĩa chỉ diễn ra tốt khi giá trị pH của nước từ 8 ÷ 9 và phải cĩ độ kiềm cao. Vì vậy, thường dùng loại phèn này khi cần kết hợp vơi làm mềm nước. + Phèn sắt (III): Là loại FeCl3 hoặc Fe2(SO4)3 khi cho vào nước phân ly 3+ thành Fe và bị thủy phân thành Fe(OH)3. 3+ + Fe + 3H2O Fe(OH)3 + 3H Vì phèn sắt (III) khơng bị oxy hĩa nên khơng cần nâng cao pH của nước như sắt (II). Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chĩng khi pH = 5,5 ÷ 6,5. Các muối sắt cĩ ưu điểm hơn so với muối nhơm trong việc làm đơng tụ các chất lơ lửng của nước vì: - Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp; - Khoảng pH tác dụng rộng hơn; - Tạo kích thước và độ bền bơng keo lớn hơn; - Cĩ thể khử được mùi vị khi cĩ H2S. Nhưng muối sắt cũng cĩ nhược điểm, đĩ là chúng tạo thành phức chất hịa tan cĩ màu làm cho nước cĩ màu. Trong quá trình keo tụ tạo bơng của hydroxit nhơm hoặc sắt, người ta thường thêm vào các chất trợ keo tụ. Các chất này bao gồm: tinh bột, các ete, cellulose Ngồi ra cịn cĩ các chất trợ keo tụ tổng hợp, chất hay dùng nhất là polyacrylamit. Việc dùng các chất bổ trợ này làm giảm liều lượng các chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và nâng cao tốc độ lắng của các bơng keo. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 18
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường b. Tuyển nổi Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) phân tán khơng tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp, quá trình này cịn được dùng để tách các chất hịa tan như các chất hoạt động bề mặt. Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là cĩ thể khử hồn tồn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. 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 theo bọt nổi lên bề mặt. Hiệu suất quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí, hàm lượng chất rắn. Tùy theo phương thức cấp khơng khí vào nước, quá trình tuyển nổi bao gồm các dạng sau: + Tuyển nổi bằng khí phân tán: Khí nén được thổi trực tiếp vào bể tuyển nổi để tạo thành các bọt khí cĩ kích thước từ 0,1 ÷ 1 mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí - nước chứa cặn. Cặn tiếp xúc với bọt khí, kết dính và nổi lên bề mặt. + Tuyển nổi chân khơng: Bão hịa khơng khí ở áp suất khí quyển, sau đĩ thốt khí ra khỏi nước ở áp suất chân khơng. Hệ thống này ít được sử dụng trong thực tế vì khĩ vận hành và chi phí cao. + Tuyển nổi bằng khí hịa tan: Sục khơng khí vào nước ở áp suất cao (2 ÷ 4 atm), sau đĩ giảm áp suất giải phĩng khí. Khơng khí thốt ra sẽ tạo thành bọt khí cĩ kích thước 20 ÷ 100µm. c. Hấp phụ Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải triệt để khỏi các chất hữu cơ hịa tan sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học, cũng như khi nồng độ của chúng khơng cao và chúng khơng bị phân hủy bởi vi sinh vật hay chúng rất độc. Hấp phụ được ứng dụng để khử độc nước thải khỏi thuốc Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 19
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường diệt cỏ, trừ sâu, thuốc sát trùng, phenol, các chất hoạt động bề mặt Ưu điểm của phương pháp hấp phụ là hiệu quả cao (80 ÷ 95%), cĩ khả năng xử lý nhiều chất trong nước thải và đồng thời cĩ khả năng thu hồi những chất này. Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha khơng hịa tan là pha rắn (chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng (chất bị hấp phụ). Chất bị hấp phụ sẽ đi từ pha lỏng (hoặc pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung dịch đạt cân bằng. Các chất hấp phụ thường dùng là: Than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagel, keo nhơm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất (tro, xỉ, mạt cưa). Trong những chất trên thì than hoạt tính (dạng bột và dạng hạt) là chất hấp phụ được dùng phổ biến nhất. Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn cĩ trong nước. d. Trao đổi ion Phương pháp này cĩ thể tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước như: Zn, Cu, Cr, Ni, Mn, Hg cũng như các hợp chất của asen, photpho, cyanua, chất phĩng xạ. Người ta thường sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm hai mục đích: khử cứng và khử khống. + Khử cứng: Cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa cation ở dạng RNa 2RNa + CaSO4 R2Ca + Na2SO4 2RNa + MgSO4 R2Mg + Na2SO4 Khi lớp nhựa cation mất hiệu lực, người ta sẽ tái sinh bằng dung dịch muối ăn NaCl R2Ca + 2NaCl 2RNa + CaCl2 R2Mg + 2NaCl 2RNa + MgCl2 + Khử khống: Cho nước cần xử lý chảy qua từng cột nhựa cation và nhựa anion riêng rẽ hay qua một cột kết hợp giữa nhựa cation và nhựa anion: RSO3H + NaCl RSO3Na + HCl 2RSO3H + Na2SO4 2RSO3Na + H2SO4 RSO3H + NaHCO3 RSO3Na + CO2 + H2O Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 20
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường RSO3H + Na2CO3 2RSO3Na + CO2 + H2O ROH + HCl RCl + H2O 2ROH + H2SO4 R2SO4 + H2O Khi lớp nhựa cation và nhựa anion mất hiệu lực, người ta tái sinh bằng dung dịch axit HCl và dung dịch xút NaOH như sau: RSO3Na + HCl RSO3H + NaCl RCl + NaOH ROH + NaCl 1.1.4.3. Phƣơng pháp xử lý hĩa học a. Trung hịa Nước thải thường cĩ những giá trị pH khác nhau, do đĩ cần phải tiến hành trung hịa và điều chỉnh pH của nước thải về khoảng 6,5 ÷ 8,5 tạo điều kiện thích hợp cho các quá trình xử lý hĩa lý và sinh học. + - H + OH H2O Trung hịa nước thải cĩ thể thực hiện bằng nhiều cách: - Trộn lẫn nước thải axít và nước thải kiềm; - Bổ sung các tác nhân hĩa học; - Lọc nước axit qua vật liệu cĩ tác dụng trung hịa; - Hấp thụ khí axít bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước axít. Mặc dù quá trình đơn giản về lý thuyết, nhưng vẫn cĩ thể gây ra một số vấn đề trong thực tế như: giải phĩng các chất ơ nhiễm dễ bay hơi, sinh nhiệt, làm rỉ sét máy mĩc thiết bị Vơi Ca(OH)2 được sử dụng rộng rãi như một bazơ dùng để xử lý các loại nước thải cĩ tính axit, trong khi đĩ axit sunfuric H2SO4 là một chất tương đối rẻ tiền dùng để xử lý nước thải cĩ tính bazơ. b. Oxy hĩa – khử Phương pháp oxi hĩa - khử được dùng để: - Khử trùng nước thải nhằm tiêu diệt các loại vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun, sán Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 21
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường - Biến đổi một chất khơng phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn, cĩ khả năng đồng hĩa bằng vi khuẩn. - Loại bỏ các kim loại nặng trong nước thải: Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As và một số chất độc như cyanua. - Chuyển một nguyên tố hịa tan sang kết tủa hoặc sang thể khí. Các chất oxy hĩa thơng dụng như: O3, Cl2, H2O2, KMnO4 Quá trình này thường phụ thuộc vào pH và sự cĩ mặt của chất xúc tác. c. Kết tủa hĩa học Kết tủa hĩa học thường được sử dụng để loại trừ các kim loại nặng trong nước. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhất để kết tủa các kim loại và tạo thành hydroxide, ví dụ: 3+ - Cr + 3OH Cr(OH)3 3+ - Fe + 3OH Fe(OH)3 Phương pháp kết tủa hĩa học hay được sử dụng nhất là phương pháp tạo kết tủa với vơi. Soda cũng cĩ thể được sử dụng để kết tủa các kim loại dưới dạng Fe(OH)3, CaCO3 Anion carbonate tạo ra hydroxide do phản ứng thủy phân với nước: 2- - - CO3 + H2O HCO3 + OH 1.1.4.4. Phƣơng pháp xử lý sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa trên cơ sở hoạt động sống của vi sinh vật nhằm loại bỏ các chất hữu cơ hịa tan cĩ trong nước thải, cũng như một số chất vơ cơ như: H2S, Sunfit, amoniac, các muối nitrat ra khỏi nước thải. Phương pháp xử lý sinh học được sử dụng khi trong nước thải cĩ và pH giao động trong khoảng 6,5 ÷ 8,5 và tỷ lệ BOD: N: P = 100: 5:1, COD : BOD ≤ 2. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khống chất để sinh trưởng và phát triển. Quá trình xử lý sinh học gồm các bước sau: - Chuyển hĩa các hợp chất hữu cơ cĩ nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hịa tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 22
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường - Tạo ra các bơng cặn sinh học gồm các tế bào sinh vật và các chất keo vơ cơ cĩ trong nước thải. - Loại các bơng cặn sinh học ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng trọng lực. Do vi sinh vật đĩng vai trị chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên tùy vào tính chất hoạt động của chúng, phương pháp xử lý sinh học cĩ thể chia thành hai loại: phương pháp xử lý kị khí và phương pháp xử lý hiếu khí. Ngồi ra trong một số trường hợp, người ta cũng sử dụng kết hợp cả hai quá trình kị khí và hiếu khí. Phƣơng pháp kị khí Phương pháp kị khí sử dụng nhĩm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện khơng cĩ oxi. Quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ là các quá trình sinh hĩa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hĩa trong điều kiện kị khí cĩ thể biểu diễn đơn giản như sau: Vi sinh vật Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử; - Giai đoạn 2: Axit hĩa; - Giai đoạn 3: Acetat hĩa; - Giai đoạn 4: Methan hĩa. Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin Trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hĩa protein thành amino axit, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các axit béo. Trong giai đoạn axit hĩa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hĩa thành axit acetic, H2 và CO2. Các axit béo dễ bay hơi chủ yếu là axit acetic, axit propionic và axit lactic. Bên cạnh đĩ, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 23
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường mạch carbohydrate. Vi sinh vật chuyển hĩa methan chỉ cĩ thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines, và CO. Các phương trình phản ứng diễn ra như sau: 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O 4HCOOH CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COOH CH4 + CO2 4CH3OH 3CH4 + CO2 + H2O 4(CH3)3N + H2O 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 Tùy theo trạng thái của bùn, cĩ thể chia quá trình xử lý kị khí thành: Quá trình xử lý kị khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kị khí (Anaerobic Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kị khí với dịng nước đi từ dưới lên (UASB); Qúa trình xử lý kị khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kị khí (Anaerobic Filter Process). Phƣơng pháp hiếu khí Sử dụng nhĩm vi sinh vật hiếu khí, quá trình xử lý diễn ra trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí gồm 3 giai đoạn: - Oxy hĩa các chất hữu cơ: Enzym CxHyOz + O2 CO2 + H2O + ΔH - Tổng hợp tế bào mới: Enzym CxHyOz + O2 + NH3 Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N) + CO2 + H2O – ΔH - Phân hủy nội bào: Enzym C5H7O2N + O2 5CO2 + H2O + NH3 ± ΔH Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí cĩ thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các cơng trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hĩa sinh hĩa nên quá trình xử lý cĩ tốc độ Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 24
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo cĩ thể chia thành: - Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thống, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số các quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất. - Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate với màng cố định. Một hệ thống xử lý hồn chỉnh thường kết hợp một số các thành phần kể trên, tùy theo tính chất của nước thải, mức độ tài chính và yêu cầu xử lý mà người ta cĩ thể chọn các cơng đoạn. 1.2. Tổng quan về ngành cơng nghiệp sản xuất giấy [9, 11] Giấy là một sản phẩm khơng thể thiếu trong hoạt động đời sống xã hội trên tồn thế giới. Từ xa xưa giấy đã giúp con người lưu trữ được các thơng tin của xã hội thời bấy giờ. Ngày nay, mặc dù sự phát triển của cơng nghệ thơng tin phát triển mạnh nhưng vai trị của giấy vẫn rất quan trọng. Để giúp cho việc học tập, in ấn, báo chí, hội họa phải cần rất nhiều đến giấy, ngồi ra các nhu cầu về bao bì giấy, bìa giấy cũng tăng theo sự phát triển của xã hội. 1.2.1. Lịch sử phát triển ngành giấy 1.2.1.1. Trên thế giới Giấy là một sản phẩm của nền văn minh nhân loại với lịch sử phát triển lâu đời hàng nghìn năm. Từ thời cổ đại, người Ai Cập đã biết làm ra giấy từ sợi của cây papyrus mọc bên bờ sơng Nile. Lúc đầu phương pháp sản xuất giấy khá đơn giản: người ta nghiền ướt các nguyên liệu từ sợi thực vật (như gỗ, tre, nứa ) thành bột nhão rồi trải ra từng lớp mỏng và sấy khơ. Nhờ quá trình này các sợi thực vật sẽ liên kết với nhau tạo thành tờ giấy. Nhiều thế kỷ trơi qua, mãi đến giữa thế kỷ thứ 8 phát minh này Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 25
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường của người Trung Hoa mới được phổ biến đến các nước Hồi giáo ở Trung Á. Sau đĩ, quy trình sản xuất giấy được du nhập vào châu Âu. Đến thế kỷ 14 các xưởng sản xuất giấy đã xuất hiện ở Tây Ban Nha, Italia, Pháp và Đức. Khi đĩ giấy được sản xuất bằng phương pháp thủ cơng, nguyên liệu là bơng và vải lanh vụn. Đầu thế kỷ 19, sản xuất giấy được cơ giới hĩa ngày càng nhiều, năng suất lao động tăng cao và nhu cầu về nguyên liệu vải vụn cũng ngày càng tăng. Sau đĩ gỗ đã được sử dụng để làm nguyên liệu sản xuất giấy thay cho vải vụn. Năm 1840, ở Đức người ta đã phát triển phương pháp nghiền gỗ thành bột giấy bằng thiết bị nghiền cơ học. Năm 1866, nhà hĩa học Mỹ Benjamin Tighman đưa ra quy trình sản xuất bột giấy bằng phương pháp hĩa học, sử dụng Na2SO3 để nấu gỗ vụn thành bột giấy. Năm 1880 nhà hĩa học Đức Carl F.Dahl phát minh ra phương pháp nấu bột giấy bằng Na2SO3 và NaOH. Từ lúc đĩ gỗ trở thành nguyên liệu chính để sản xuất giấy. 1.2.1.2. Tại Việt Nam Ngành giấy là một trong những ngành được hình thành từ rất sớm tại Việt Nam, khoảng năm 284. Từ giai đoạn này đến đầu thế kỷ 20, giấy được làm bằng phương pháp thủ cơng để phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh dân gian, vàng mã Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp cơng nghiệp đi vào hoạt động với cơng suất 4.000 tấn giấy/năm tại Việt Trì. Trong thập niên 1960, nhiều nhà máy giấy được đầu tư xây dựng nhưng hầu hết đều cĩ cơng suất nhỏ (dưới 20.000 tấn/năm) như Nhà máy giấy Việt Trì; Nhà máy bột giấy Vạn Điểm; Nhà máy giấy Đồng Nai; Nhà máy giấy Tân Mai v.v. Năm 1975, tổng cơng suất thiết kế của ngành giấy Việt Nam là 72.000 tấn/năm nhưng do ảnh hưởng của chiến tranh và mất cân đối giữa sản lượng bột giấy và giấy nên sản lượng thực tế chỉ đạt 28.000 tấn/năm. Năm 1982, Nhà máy giấy Bãi Bằng do Chính phủ Thụy Điển tài trợ đã đi vào sản xuất với cơng suất thiết kế là 53.000 tấn bột giấy/năm và 55.000 tấn giấy/năm, dây chuyền sản xuất khép kín, sử dụng cơng nghệ cơ-lý và tự động Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 26
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường hĩa. Nhà máy cũng xây dựng được vùng nguyên liệu, cơ sở hạ tầng, cơ sở phụ trợ như điện, hĩa chất và trường đào tạo nghề phục vụ cho hoạt động sản xuất. 1.2.2. Nguyên liệu sản xuất giấy Nguyên liệu chính để sản xuất giấy và bột giấy là sợi xenlulozo từ nguyên liệu nguyên thủy (gỗ và phi gỗ). Bên cạnh đĩ, giấy loại đang ngày càng trở thành nguồn nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất giấy. - Nguyên liệu từ gỗ là các loại cây lá rộng hoặc lá kim. - Nguyên liệu phi gỗ như các loại tre nứa, phế phẩm sản xuất cơng-nơng nghiệp như rơm rạ, bã mía Chi phí sản xuất thấp nhưng khơng phù hợp với nhà máy cĩ cơng suất lớn do nguyên liệu loại này được cung cấp theo mùa vụ và khĩ khăn trong việc cất trữ. - Giấy loại ngày càng được sử dụng nhiều làm nguyên liệu cho ngành giấy do ưu điểm tiết kiệm được chi phí sản xuất. Giá thành bột giấy từ giấy loại luơn thấp hơn các loại bột giấy từ các loại nguyên liệu nguyên thủy vì chi phí vận chuyển, thu mua và xử lý thấp hơn. Tính trung bình sản xuất 1 tấn giấy từ giấy loại tiết kiệm được 17 cây gỗ và 1.500 lít dầu, giảm được 74% khí thải và 35% nước thải so với sản xuất giấy từ nguyên liệu nguyên thủy. Hơn nữa, chi phí đầu tư dây chuyền xử lý giấy loại thấp hơn dây chuyền sản xuất bột giấy từ các nguyên liệu nguyên thủy. Bên cạnh đĩ sản xuất giấy từ giấy loại cĩ tác dụng bảo vệ mơi trường. Tuy nhiên bột giấy tái chế cĩ chất lượng kém hơn do đĩ khơng thể sử dụng để sản xuất các loại sản phẩm chất lượng cao. Nguồn giấy loại được cung cấp từ 2 nguồn là thu gom và nhập khẩu. Giấy loại nhập khẩu vào Việt Nam chủ yếu được nhập từ Mỹ, Nhật và New Zealand. Nguồn thu gom trong nước chủ yếu qua đồng nát là những người thu gom riêng lẻ lùng sục từng ngõ ngách, các cơng ty vệ sinh, những người bới rác, các trạm thu mua trung gian. Hiện nay việc thu gom giấy tái chế diễn ra khá tự phát. Do đĩ tỉ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng ở Việt Nam rất thấp chỉ khoảng 25% so với 38% ở Trung Quốc hay 65% ở Thái Lan. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 27
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường 1.2.3. Dây chuyền cơng nghệ sản xuất giấy [4] Cơng nghệ sản xuất giấy bao gồm hai cơng đoạn chính là sản xuất bột giấy và xeo giấy. 1.2.3.1. Sản xuất bột giấy Sản xuất bột giấy là quá trình gia cơng xử lý nguyên liệu để tách và thu xenlulozo. Bột giấy thu được cĩ hàm lượng xenlulozo càng cao càng tốt. Những loại cây dùng làm giấy cần phải cĩ hàm lượng xenlulozo cao hơn 35%. Các thành phần khác như hemixenluloze, lignin cần phải thấp để giảm hĩa chất dùng cho nấu, tẩy. Các phương pháp sản xuất bột giấy gồm cĩ: cơ học, nhiệt học và hĩa học. Trong các phương pháp đều dùng hĩa chất để nấu nhằm tách lignin và các tạp chất ra khỏi xenlulozo. Sulfat và sulfit là hai hĩa chất được dùng phổ biến,cĩ thể áp dụng nấu nhiều loại nguyên liệu như gỗ, tre, nứa và cĩ khả năng thu hồi hĩa chất bằng phương pháp cơ đặc-đốt-xút hĩa, dịch đen sinh ra được tái sinh và sử dụng lại như dung dịch kiềm cho cơng đoạn nấu. Nước thải của quá trình nấu gọi là dịch đen chứa các hợp chất chứa natri (chủ yếu là Na2SO4), ngồi ra cịn cĩ NaOH, Na2S, Na2CO3 và lignin cùng các sản phẩm thủy phân hydratcacbon và axit hữu cơ. 1.2.3.2. Tạo hình giấy từ bột giấy (xeo giấy) Bột giấy sau khi được tẩy trắng sẽ được đưa tiếp sang cơng đoạn làm giấy ở trong cùng một nhà máy hoặc cĩ thể nhà máy khác. Cơng đoạn này là tạo hình sản phẩm trên lưới và thốt nước để giảm độ ẩm của giấy. Nguyên liệu của quá trình này là bột giấy, giấy cũ Cĩ nhiều cơng nghệ sản xuất giấy khác nhau, nhưng nhìn chung các doanh nghiệp sản xuất giấy sử dụng cơng nghệ phổ biến như hình 1: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 28
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Nguyên liệu thơ (tre, nứa, gỗ, ) Nước rửa Gia cơng nguyên liệu thơ Nước thải chứa tạp chất Dung dịch kiềm tuần Hĩa chất nấu Nấu nguyên liệu hồn hồn Hơi nước Nước ngưng Dịch đen Nước rửa Rửa Cơ đặc, đốt, xút hĩa Nước ngưng Hĩa chất tẩy Nước thải chứa chất tẩy, Tẩy trắng (Clo) độ màu, BOD5, COD cao Nước thải cĩ chứa Nghiền bột SS, BOD , COD cao 5 Chất độn, Phụ gia Phèn, dầu, Nước thải cĩ chứa Xeo giấy SS, BOD , COD cao Nước, hơi nước 5 Hơi nước Sấy Nước ngưng Sản phẩm Hình 1.4. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất giấy kèm theo dịng thải Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 29
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ: + Gia cơng nguyên liệu thơ: Rửa sạch nguyên liệu (sủ dụng dịng nước cĩ áp lực cao), loại bỏ tạp chất, cắt nhỏ. Dịng thải rửa nguyên liệu chứa các chất hữu cơ hịa tan, đất đá, sỏi cát, thuốc bảo vệ thực vật, vỏ cây + Nấu: Nhằm tách lignin và các hemixenlulơzơ ra khỏi nguyên liệu ban đầu.Trong quá trình này ta cho các hĩa chất kiềm hịa tan vào để thủy phân lignin và hemixenlulozo như: dung dịch muối sulfit hay axit lỗng đun sơi + Rửa bột: Nhằm mục đích tách bột xenlulozo ra khỏi dung dịch nấu (dịch đen), nước rửa thường sử dụng là nước sạch. Dịng thải từ quá trình nấu và rửa sau nấu thường chứa phần lớn các chất hữu cơ hịa tan, các hĩa chất nấu và một phần xơ sợi; dịng thải cĩ màu tối nên gọi là dịch đen. Dịng thải này sau đĩ sẽ được tái sinh để thu hồi bột giấy. + Tẩy trắng: Quá trình này nhằm tách lignin và một số thành phần cịn tồn dư trong bột giấy. Để khử lignin người ta dùng các chất oxi hĩa như: clo, hyppoclorit, ozon Theo truyền thống, quá trình tẩy trắng gồm ba giai đoạn chính: - Giai đoạn clo hĩa: clo hĩa lượng lignin cịn sĩt lại trong bột giấy. - Giai đoạn thủy phân kiềm: sản phẩm lignin hịa tan trong kiềm nĩng được tách ra khỏi bột giấy. - Giai đoạn tẩy oxy hĩa: thay đổi cấu trúc mang màu cịn sĩt lại trong bột giấy. Dịng thải từ quá trình tẩy trắng này thường chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hịa tan và hợp chất tạo thành của những chất đĩ với chất tẩy ở dạng độc hại, cĩ khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất clo hữu cơ (AOX: Adsorbable Organic Halogens), làm tăng AOX trong nước thải. Dịng thải này cĩ độ màu, giá trị BOD và COD cao. + Nghiền bột: Quá trình này nhằm mục đích là làm cho các xơ sợi được hydrat hĩa và trở nên dẻo dai, tăng bề mặt hoạt tính, giải phĩng gốc hydroxit làm tăng diện tích bề mặt, tăng độ mềm mại, hình thành độ bền của tờ giấy. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 30
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường + Xeo giấy: Xeo giấy là quá trình tạo hình sản phẩm trên lưới và thốt nước để giảm độ ẩm của giấy. Sau khi bột được nghiền sẽ được trộn với chất độn và chất phụ gia trước khi đến giai đoạn xeo giấy.Tùy theo chất lượng mong muốn mà ta cĩ thể thêm vào các chất phụ gia sau: - Các chất vơ cơ: cao lanh, CaCO3, oxit titan - Các chất hữu cơ: tinh bột biến tính, axit lactic. - Các chất màu: nhơm sulfat (tác nhân khử mực). Dịng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thơng, phẩm màu, cao lanh. + Sấy: Giấy sau khi xeo sẽ được sấy khơ để cĩ được sản phẩm khơ. 1.2.4. Hiện trạng nghành cơng nghiệp giấy ở Việt Nam [9, 11] Ngành giấy Việt Nam đang đứng trước những cơ hội phát triển mạnh mẽ. Cơng nghiệp tăng trưởng nhanh, đời sống nhân dân được cải thiện, nhu cầu sử dụng ngày càng tăng lên. Sản lượng giấy cả năm 2010 đã tăng gần 10% so với năm 2009, ước đạt 1,85 triệu tấn. Nhưng nhìn chung trình độ cơng nghệ của ngành giấy Việt Nam rất lạc hậu, quy mơ sản xuất của các doanh nghiệp giấy cịn nhỏ, năng lực sản xuất bột giấy mới chỉ đáp ứng được 50% nhu cầu sản xuất giấy. Do đĩ ngành cơng nghiệp giấy luơn phải phụ thuộc vào nguồn bột giấy nhập khẩu. Hiện nay chỉ cĩ Cơng ty Giấy Bãi Bằng và Cơng ty cổ phần Giấy Tân Mai chủ động đáp ứng được khoảng 80% tổng số bột cho sản xuất giấy của mình. Ngành giấy Việt Nam cũng khơng cĩ các doanh nghiệp sản xuất bột thương mại, chỉ cĩ các doanh nghiệp sản xuất bột phục vụ cho việc sản xuất giấy của chính doanh nghiệp đĩ. Tùy theo mục đích sử dụng mà sản phẩm giấy cũng rất đa dạng và phong phú: giấy in báo, giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh, khăn giấy, giấy bao bì, giấy vàng mã Hiện nay ở Việt Nam chỉ sản xuất được các loại giấy chất lượng thấp và giấy chất lượng trung bình cịn các loại giấy và các tơng kỹ thuật như giấy kỹ thuật điện-điện tử, giấy sản xuất thuốc lá, giấy in tiền, giấy in tài liệu bảo mật vẫn chưa sản xuất được. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 31
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường 1.2.5. Các vấn đề về mơi trƣờng Cơng nghiệp sản xuất giấy và bột giấy chiếm vị trí khá quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Cùng với sự phát triển của các nghành cơng nghiệp, dịch vụ khác, nhu cầu về các sản phẩm giấy ngày càng tăng. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được to lớn về kinh tế - xã hội, nghành cơng nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề mơi trường bức xúc cần phải giải quyết, cần cĩ biện pháp xây dựng các cơ sở gắn sản xuất với xử lý ơ nhiễm mơi trường, đổi mới cơng nghệ theo hướng thân thiện với mơi trường. 1.2.5.1. Nƣớc thải Ngành cơng ngiệp sản xuất giấy sử dụng rất nhiều nước, tùy theo cơng nghệ và sản phẩm, lượng nước cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy thành phẩm dao động từ 80 m3 đến 450 m3. Hầu như tất cả lượng nước đưa vào sử dụng cuối cùng đều trở thành nước thải và mang theo các tạp chất, hĩa chất, bột giấy, các chất ơ nhiễm dạng hữu cơ và vơ cơ. Trong quá trình tạo bột giấy, mơi trường sẽ bị ơ nhiễm nặng nếu khơng kịp thời thu hồi dịch đen. Dịch đen, theo thuật ngữ của ngành giấy, là dịch thải chưng nấu, cũng là nguồn tài nguyên tái sinh trong quá trình tạo bột giấy. Dịch đen cĩ nồng độ chất khơ khoảng 25 ÷ 35%, tỉ lệ giữa chất hữu cơ và vơ cơ khoảng 70 : 30. Thành phần hữu cơ là lignin hịa tan vào dịch kiềm, sản phẩm phân hủy hydratcacbon, axit hữu cơ. Thành phần vơ cơ gồm những hĩa chất nấu, một phần nhỏ là NaOH, Na2S tự do, Na2CO3 cịn phần nhiều là kiềm natrisunphat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm. Mức độ ơ nhiễm từ nước thải cơng nghiệp giấy tỷ lệ nghịch với khả năng thu hồi dịch đen. Khi tẩy bằng các hợp chất chứa clo, các thơng số ơ nhiễm đặc trưng: BOD vào khoảng 15 ÷ 17 kg/tấn bột giấy, COD khoảng 60 ÷ 90 kg/tấn bột giấy, đặc biệt các hợp chất clo hữu cơ khoảng 4 ÷ 10 kg/tấn bột giấy. Cơng đoạn xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột giấy dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thơng, phẩm màu, cao lanh. Xử lý nước thải sản xuất giấy và bột giấy là cơng việc hết sức khĩ khăn và tốn kém, địi hỏi vốn đầu tư và Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 32
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường chi phí vận hành cao. Đây là vấn đề bức xúc với các doanh nghiệp sản xuất ở nước ta do khơng đủ kinh phí để đầu tư trang thiết bị xử lý chất thải cũng như đổi mới cơng nghệ để giảm thiểu ơ nhiễm và chi phí để vận hành các hệ thống xử lý nước thải một cách triệt để. 1.2.5.2. Khí thải Trong quá trình nghiền bột, bụi sinh ra khi xay. Các khí cĩ mùi phát sinh trong quá trình sàng rửa, trong các khâu tẩy trắng, khâu chế biến và khử bọt Hơi clo phát sinh chủ yếu ở khâu tẩy trắng. Khí H2S phát sinh trong cơng đoạn nấu bột. Cơng đoạn xeo giấy và sấy khơ, hơi nước từ các tấm giấy được thổi vào khơng khí kéo theo các hydrocarbon, các chất trong nguyên liệu gỗ gây ơ nhiễm mơi trường. Các thiết bị như nồi hơi, máy xeo giấy sản sinh nguồn nhiệt lớn. Ngành cơng nghiệp giấy tiêu tốn rất nhiều nhiên liệu để cấp nhiệt cho lị hơi, máy xeo, lị xơng lưu huỳnh Nhiên liệu được sử dụng là than đá, dầu (chủ yếu là dầu FO, DO), nhiên liệu sinh học (phụ phẩm gỗ, vỏ cây và bùn cặn) Sản phẩm cháy của các nhiên liệu này chứa nhiều chất khí độc hại như CO, CO2, SOx, NOx, tro bụi Các khí này gây các tác động tiêu cực đến mơi trường khơng khí của khu vực dân cư lân cận. Ngồi ra tiếng ồn và độ rung do hoạt động của các máy nghiền, sàng, các động cơ điện cũng gây ảnh hưởng khơng nhỏ tới mơi trường khơng khí. 1.2.5.3. Chất thải rắn Trong cơng đoạn gia cơng nguyên liệu phát sinh một lượng lớn chất thải rắn như: vỏ cây, mùn cưa, đầu mảnh, gỗ thừa Trong quá trình lọc bột giấy cĩ nilon, băng keo và một số chất lẫn trong giấy phế liệu. Quá trình đốt nhiên liệu để cấp nhiệt cho sản xuất phát sinh nhiều tro, xỉ than, dầu thải Ở Việt Nam, trung bình khi sản xuất ra 1 tấn giấy sẽ sinh ra một lượng chất thải rắn khoảng từ 45 ÷ 85 kg (chưa tính lượng phế liệu đã được tái chế). Chất thải rắn trong sản xuất giấy gây tác động xấu đến mơi trường xung quanh, gây mùi khĩ chịu, làm mất mĩ quan Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 33
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường CHƢƠNG II: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phƣơng pháp phân loại và hệ thống hố lý thuyết [12] Phương pháp phân loại lý thuyết: là phương pháp sắp xếp các tài liệu khoa học thành hệ thống logic chặt chẽ theo từng mặt, từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học cĩ cùng dấu hiệu bản chất, cĩ cùng hướng phát triển để dễ nhận biết, dễ sử dụng theo mục đích nghiên cứu, giúp phát hiện các quy luật phát triển của đối tượng, sự phát triển của kiến thức khoa học để từ đĩ dự đốn được các xu hướng phát triển mới của khoa học và thực tiễn. Phương pháp hệ thống hĩa lý thuyết: là phương pháp sắp xếp những thơng tin đa dạng thu thập được từ các nguồn, các tài liệu khác nhau thành một hệ thống với một kết cấu chặt chẽ (theo quan điểm hệ thống-cấu trúc của việc xây dựng một mơ hình lý thuyết trong nghiên cứu khoa học) để từ đĩ mà xây dựng một lý thuyết mới hồn chỉnh giúp hiểu biết đối tượng được đầy đủ và sâu sắc hơn. Phân loại và hệ thống hĩa là hai phương pháp đi liền với nhau. Trong phân loại đã cĩ yếu tố hệ thống hĩa. Hệ thống hĩa phải dựa trên cơ sở phân loại và hệ thống hĩa làm cho phân loại được hợp lý và chính xác hơn. 2.2. Phƣơng pháp phân tích, tổng hợp tài liệu [12] Phân tích tài liệu là phương pháp nghiên cứu văn bản, tài liệu bằng cách phân tích chúng thành từng mặt, từng bộ phận để hiểu vấn đề một cách đầu đủ và tồn diện, từ đĩ chọn lọc những thơng tin quan trọng cho đề tài nghiên cứu. Phương pháp tổng hợp là phương pháp liên kết từng mặt, từng bộ phận thơng tin, từ cái lý thuyết đã thu được để tạo ra một hệ thống lý thuyết mới đầy đủ và sâu sắc hơn về vấn đề nghiên cứu. Phân tích tài liệu đảm bảo cho tổng hợp nhanh và chọn lọc đúng thơng tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc hơn. 2.3. Phƣơng pháp so sánh Phương pháp so sánh là phương pháp xem xét các thơng số cần phân tích bằng cách dựa trên việc so sánh số liệu đo được với một quy chuẩn nhất định để Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 34
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường từ đĩ xác định được các thơng số cần xem xét cĩ nằm trong giới hạn cho phép hay khơng. - So sánh kết quả tính tốn của cơng trình với TCVN 7957:2008 (Thốt nước-Mạng lưới và cơng trình bên ngồi-Tiêu chuẩn thiết kế), từ đĩ đánh giá được các thơng số thiết kế cĩ phù hợp khơng. - So sánh các chỉ tiêu thiết kế nước thải đầu ra với QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải cơng nghiệp) kết hợp với QCVN 12:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải cơng nghiệp giấy và bột giấy), từ đĩ cĩ thể xác định chất lượng nước thải đầu ra của cơng trình thiết kế. 2.4. Phƣơng pháp hệ thống Một hệ thống là một tập hợp các thành tố cĩ mối quan hệ tương tác với nhau. Sự thay đổi một thành tố sẽ dẫn đến sự thay đổi một thành tố khác, từ đĩ dẫn đến một thay đổi thành tố thứ ba Bất cứ một tương tác nào trong hệ thống cũng cĩ tính nguyên nhân, vừa cĩ tính điều khiển. Rất nhiều tương tác cĩ thể liên kết với nhau thành một chuỗi tương tác nguyên nhân-kết quả. Hệ thống luơn cĩ sự học hỏi và rút kinh nghiệm liên tục trong quá trình phát triển. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 35
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường CHƢƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ 3.1. Các thơng số thiết kế và sơ đồ cơng nghệ xử lý nƣớc thải ngành giấy Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy giấy chuyên sản xuất giấy và bột giấy với lưu lượng thải trung bình 7000m3/ngày đêm. Trong đĩ nước thải từ cơng đoạn xeo giấy là 5000m3/ngày đêm, từ cơng đoạn sản xuất bột giấy là 2000m3/ngày đêm. Nồng độ chất ơ nhiễm đặc trưng trong từng dịng thải, yêu cầu về chất lượng nước thải sau xử lý xả vào nguồn tiếp nhận đạt loại B (theo QCVN 40: 2011/BTNMT). Yêu cầu tính tốn thiết kế về mặt cơng nghệ đối với hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy. 3.1.1. Các thơng số thiết kế Bảng 3.1. Thành phần, tính chất nước thải sản xuất bột giấy và xeo giấy Thơng số đầu vào Sản xuất bột giấy Xeo giấy Mức độ xử lý pH 5,86 ÷ 6,4 6,3 ÷ 7,2 5,5 ÷ 9 BOD5 (mg/l) 833 671 50 COD (mg/l) 3724 1489 100 SS (mg/l) 935 653 60 Độ màu (Pt-Co) 3040 450 150 N – NH3 (mg/l) 0,553 1,15 - 3- P – PO4 (mg/l) 2,34 1,21 - T – N 0,922 1,917 40 T – P 1,638 1,729 6 Xác định các lưu lượng tính tốn: trạm xử lý làm viêc liên tục 3 ca (24/24h). 3 - Lưu lượng trung bình ngày đêm: Q = 7000 m /ngđ - Lưu lượng giờ trung bình: Qh = 291,7 m3/h h 3 - Lưu lượng giờ lớn nhất: Qmax = 477,8 m /h - Lưu lượng giây trung bình: Qs = 0,081 m3/s s 3 - Lưu lượng giây lớn nhất: Qmax = 0,132 m /s s 3 - Lưu lượng giây nhỏ nhất: Qmin = 0,047 m /s Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 36
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường 3.1.2. Sơ đồ cơng nghệ Nước thải quá trình xeo giấy Song Bể Sân chắn lắng phơi rác cát cát Nước thải quá trình sx bột giấy Chơn lấp Nước tách bùn Bể điều hịa Thổi khí Bể trộn Bể trộn thủy phèn lực Chơn lấp Máy Bể nén Bể chứa Bể lắng I ép bùn bùn bùn Thu hồi Tuần hồn bùn bột giấy Nguồn Bể lắng tiếp nhận Khử trùng II Bể Arotank Clo Thổi khí Ghi chú: : Đường nước thải : Đường cấp khí : Đường bùn cặn : Đường cát Hình 3.1. Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải sản xuất giấy và bột giấy Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 37
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Thuyết minh sơ đồ: Nước thải từ cơng đoạn sản xuất bột giấy và từ cơng đoạn xeo giấy được đưa qua song chắn rác nhằm giữ lại những tạp chất thơ (chủ yếu là rác) cĩ trong nước thải. Sau đĩ nước được đưa qua bể lắng cát để lắng các tạp chất vơ cơ đảm bảo cho các cơng trình phía sau và tăng hiệu quả xử lý. Cát từ bể lắng cát được dẫn đến sân phơi cát làm ráo nước và đem đi chơn lấp, dưới sân phơi cát cĩ lắp hệ thống thu và dẫn nước về bể điều hịa. Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa sang bể điều hịa nhằm ổn định lưu lượng và nồng độ, sau đĩ nước được bơm trực tiếp sang bể trộn thủy lực. Hĩa chất từ bể trộn phèn được đưa vào bể trộn thủy lực nhằm keo tụ giảm lượng chất rắn lơ lửng sau đĩ đưa nước sang bể lắng 1 (lắng ngang) loại bỏ các cặn dạng lơ lửng và keo trong nước thải. Ở đây ta thu hồi bột cịn một phần bùn được đưa sang bể chứa bùn, nước được đưa sang bể Aeroten (quá trình bùn hoạt tính vi sinh vật lơ lửng) sục khí sau đĩ tiếp tục được đưa sang bể lắng 2 (lắng ly tâm) rồi qua bể khử trùng bằng clo (cĩ thổi khí) và xả ra nguồn tiếp nhận. Một phần bùn hoạt tính từ bể lắng 2 được dẫn trở lại Aeroten để tiếp tục tham gia quá trình xử lý (bùn hoạt tính tuần hồn), phần bùn cịn lại (bùn hoạt tính dư) kết hợp với bùn từ bể lắng 1 dẫn đến bể chứa bùn rồi đến bể nén và máy ép bùn nhằm làm giảm độ ẩm và thể tích sau đĩ sẽ được đem đi chơn lấp. Nước tách bùn từ bể nén bùn và cơng đoạn nén, ép bùn sẽ được dẫn lại bể điều hịa để tiếp tục xử lý. 3.2. Tính tốn các cơng trình đơn vị 3.2.1. Song chắn rác [1, 8] a. Nhiệm vụ Loại bỏ các chất thải rắn khơ như nhánh cây, gỗ, nhựa, giấy, rễ cây Bảo vệ bơm, van, đường ống, cánh khuấy. b. Thiết kế Lưu lượng: Q = 7000 m3/ngđ. Chọn song chắn rác cào rác cơ giới, các thanh chắn cĩ tiết diện trịn, = 1,79. Đường kính thanh chắn w = 0,008 m. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 38
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khoảng cách giữa các thanh chắn b = 0,016 m. 0 Đặt gĩc nghiêng = 60 so với phương ngang. Song chắn rác làm giảm tiết diện dịng chảy nên phải mở rộng về hai phía của song chắn rác một gĩc ( = 200) để tránh hiện tượng chảy rối. Số khe hở song chắn rác: Chọn n = 36 khe. Trong đĩ: Q: Lưu lượng giây lớn nhất, = 0,132m3/s. k: Hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp của dịng chảy, k = 1,05. b: Khoảng cách giữa các song chắn rác, b = 0,016m. v: Vận tốc dịng chảy qua song chắn rác, v = 0,6 m/s. h: Chiều sâu ngập nước của song chắn rác, h = 0,4m. Chiều rộng song chắn rác: Chọn Bs = 0,8 m Kiểm tra lại vận tốc dịng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn 3 ứng với lưu lượng thải = 0,13 m /s, vận tốc này khơng nhỏ hơn 0,4 m/s. Chọn chiều rộng mương B = 0,5 m Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác: Chọn chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác là 0,4 m. Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác: Chiều dài xây dựng của mương đặt song chắn rác: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 39
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Trong đĩ: Ls là chiều dài phần mương đặt song chắn rác, chọn Ls = 1,2 m. Tổn thất áp lực qua song chắn rác: Trong đĩ: : Tốc độ chuyển động của nước thải trước song chắn rác ứng với lưu lượng lớn nhất, = 0,6 m/s. K: Hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chán rác, K = 2 3. Chọn K = 3. g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. : Hệ số sức cản cục bộ của song chắn. Trong đĩ: : Hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh. Tiết diện trịn = 1,79. : Gĩc nghiêng đặt song dặt song chắn so với phương ngang = 600. Chiều cao xây dựng mương đặt song chắn rác: Chọn H = 1 m. Trong đĩ: h: Chiều sâu ngập nước của song chắn rác, h = 0,4 m. hL: Tổn thất áp lực qua song chắn rác, hL = 0,03 m. hf: Khoảng cách giữa mặt sàn đặt song chắn rác và mực nước cao nhất, hf = 0,5m. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 40
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Bảng 3.2. Tĩm tắt các thơng số thiết kế mương và song chắn rác STT Thơng số Số lượng Đơn vị 1 Chiều dài mương 1,8 m 2 Chiều rộng mương 0,8 m 3 Chiều cao mương 1 m 4 Số thanh chắn 35 Thanh 5 Số khe 36 Khe 6 Kích thước khe 0,016 m 7 Bề rộng thanh 0,008 m Quanh song chắn rác cĩ lối đi rộng 1,2 m, cịn phía trước song chắn rác thơ để lối đi rộng 1,5 m (TCVN 7957: 2008). hL h h L1=400 Ls=1200 L2=200 =500 =500 =800 =800 k s k s B B B B Hình 3.2 . 3.2.2. Mƣơng lắng cát [1, 8, 5] a. Nhiệm vụ Loại bỏ các tạp chất vơ cơ khơng hịa tan như cát, sỏi, xỉ và các vật liệu rắn khác cĩ vận tốc lắng lớn (hay trọng lượng riêng lớn). Các hạt cĩ đường kính 0,2 mm được giữ lại trong bể để đảm bảo cho bơm và các cơng trình phía sau hoạt động tốt, tránh bị mài mịn và giảm số lần làm sạch. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 41
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường b. Nguyên lý hoạt động Nước sau khi qua song chắn rác được phân phối đều vào mương lắng cát. Tại đây các hạt cặn cĩ trọng lượng lớn sẽ được lắng xuống. Nước thu được cuối mương lắng cát sẽ được đưa sang bể điều hịa. Lượng cặn cát thu được ở mương lắng cát sẽ được đưa vào sân phơi cát và đem đi chơn lấp. c. Tính tốn 3 Thiết kế mương lắng cát, Qtb = 7000 m / ngđ. Thời gian lưu nước ở mương lắng cát khoảng 30 60 giây, chọn t = 60 s. Lắng cỡ hạt 0,2 mm, cĩ U0 = 0,0187 m/s. (Theo bảng 4-1, trang 33, [1]) Diện tích mặt thống bể lắng cát: Trong đĩ: K: Hệ số kinh nghiệm tính đến ảnh hưởng của dịng chảy rối cục bộ trong mương, làm cản trở tốc độ lắng của hạt. K = 1,3 khi U0 = 18,7 mm/s; K = 1,1 khi U0 = 24 mm/s. s s 3 Q max: Lưu lượng nước thải lớn nhất, Q max = 0,132 m /s. U0: Độ lớn thủy lực của hạt cần giữ, U0 = 0,0187 m/s. Tỷ số chiều dài và chiều sâu của mương: Trong đĩ: L: Chiều dài phần chữ nhật (m). H: Chiều cao phần làm việc (m). v: Vận tốc chuyển động của nước trong mương (m/s) s s Ứng với Q max → v = 0,2 m/s; ứng với Q min → v = 0,15 m/s. U0: Độ lớn thủy lực của hạt cần giữ trong mương (m/s). K: Hệ số kinh nghiệm tính đến ảnh hưởng của dịng chảy rối cục bộ trong mương, làm cản trở tốc độ lắng của hạt. K = 1,3 khi U0 = 18,7 mm/s; K = 1,1 khi U0 = 24 mm/s. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 42
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Chọn chiều sâu làm việc của mương: H = 0,5 m Chiều dài mương: Chiều rộng mương: Đáy cửa tràn cĩ độ chênh lệch so với đáy mương lắng cát: Trong đĩ: s s Q max, Q min: Lưu lượng tối đa và tối thiểu đi qua mương lắng cát. K: Tỷ số giữa lưu lượng giây nhỏ nhất và lưu lượng giây lớn nhất Chiều rộng cửa tràn thu nước cuối mương lắng cát: Cĩ m là hệ số lưu lượng của cửa tràn phụ thuộc vào gĩc tới, chọn gĩc tới θ = 450, cotgθ = 1, m = 0,352. (Theo bảng 4-2, trang 35, [5]) Chọn b = 0,4 m. Lượng cát sinh ra mỗi ngày: Trong đĩ: Q: Lưu lượng nước thải trung bình ngày, Q = 7000 m3/ngđ. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 43
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường q: Lượng cát trong 1000 m3 nước thải, q = 0,15 m3 cát/1000 m3. Chiều cao lớp cát trong mương lắng cát ngang sinh ra trong một ngày đêm: Chiều cao xây dựng mương lắng cát: Chọn Hc = 1 m Trong đĩ: H : Chiều cao làm việc của mương lắng cát, H = 0,5 m. hc : Chiều cao của lớp cát trong mương lắng cát, hc = 0,115 m. hbv: Chiều cao bảo vệ của mương lắng cát, hbv = 0,4 m. Từ mương lắng cát nước chảy ra máng chảy tràn đưa nước vào bể điều hịa. Bảng 3.3. Tĩm tắt các thơng số thiết kế mương lắng cát STT Thơng số Số lượng Đơn vị 1 Chiều dài mương 7 m 2 Chiều rộng mương 1,3 m 3 Chiều cao mương 1 m 4 Độ chênh lệch đáy cửa tràn so với mương 0,15 m 5 Chiều rộng cửa tràn 0,4 m 6 Lượng cát sinh ra mỗi ngày 1,05 m3 Hình 3.3. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 44
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường 3.2.3. Sân phơi cát [8] a. Nhiệm vụ Làm giảm độ ẩm của cát để dễ dàng vận chuyển cát đi chơn lấp. Nước từ sân phơi cát được thu lại và đưa về bể điều hịa. b. Tính tốn Chọn chu kỳ lấy cát đem đi chơn lấp là 6 tháng. Lượng cát được phơi tại sân là: Chọn chiều cao của lớp cát trong sân phơi là 3 m. Diện tích hữu ích của sân là: Chọn chiều dài sân phơi cát là 10 m, chiều rộng là 6,4 m, chiều cao bờ bao quanh sân là 1m. Lượng nước sinh ra trong một ngày là: Bố trí ống thu nước bằng ống nhựa PVC, đường kính ống là 0,023 m. Vận tốc nước chảy trong ống là 0,003 m/s. Lượng nước này sẽ được thu và đưa vào bể điều hịa để xử lý. 3.2.4. Bể điều hịa [5, 8] a. Nhiệm vụ Điều hịa lưu lượng và nồng độ chất ơ nhiễm trong nước thải, làm tăng hiệu quả cho hệ thống xử lý, tránh gây sốc cho hệ thống do sự biến đổi nồng độ chất ơ nhiễm hay quá tải hoặc dưới tải về lưu lượng. Các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha lỗng tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các VSV. Ngồi ra bể điều hịa cịn làm thống sơ bộ và oxi hĩa sinh hĩa một phần các chất bẩn hữu cơ. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 45
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường b. Nguyên lý hoạt động Nước từ mương lắng cát chảy vào máng chảy tràn và vào bể điều hịa. Trong bể điều hịa sẽ lắp đặt một hệ thống ống cung cấp khí làm xáo trộn dịng nước. Nhờ vậy mà nước sẽ được điều hịa về nồng độ. Sau đĩ nước sẽ được bơm qua bể trộn thủy lực. c. Tính tốn Lưu lượng: Q = 7000 m3/ngđ Thể tích bể điều hịa: Trong đĩ: t: Thời gian lưu nước ở bể điều hịa. Chọn t = 4 giờ. Chọn chiều cao làm việc của bể điều hịa: h = 4,5 m. Chiều cao bảo vệ của bể: hbv = 0,5 m. Chiều cao của bể: Chiều rộng bể B = 13 m. Chiều dài bể L = 20 m. Kích thước xây dựng bể điều hịa: Lượng khơng khí cần cung cấp cho bể điều hịa: Trong đĩ: a: Lưu lượng khí cung cấp cho bể điều hịa trong 1 giờ, a = 3,74 m3/h. (Theo W.Wesley Eckenfelder, Industrial Water Pollution Control, 1989) Khí được cung cấp bằng hệ thống ống PVC, vận tốc khí trong ống 10 ÷ 15 m/s, chọn vống = 10 m/s. Đường kính ống dẫn khí chính vào bể điều hịa: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 46
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 200 mm. Chiều dài ống dẫn khí chính bằng chiều ngang bể (13 m). Khí từ ống chính được phân phối theo 6 ống nhánh cĩ đục lỗ đặt dọc theo chiều dài bể (20 m). Ống ngồi cùng cách thành bể 1 m, các ống cách nhau 2,2 m. Vận tốc khí trong ống 10 ÷ 15 m/s, chọn vống = 12 m/s. Lưu lượng khí trong ống nhánh: Đường kính ống nhánh dẫn khí: Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 75 mm. Đường kính các lỗ 2 ÷ 5 mm, chọn dlỗ = 4 mm = 0,004 m. Vận tốc khí qua lỗ bằng 5 ÷ 20 m/s, chọn vlỗ =15 m/s. Lưu lượng khí qua một lỗ: Số lỗ trên mỗi ống nhánh: Khoảng cách giữa các lỗ: Thiết bị phụ Máy nén khí Áp lực cần thiết của máy thổi khí: Trong đĩ: hl: Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển thường ≤ 0,4 m, chọn hl = 0,4 m. h: Độ sâu ngập nước của miệng vịi phun, h = 4,8 m. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 47
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Áp lực máy thổi khí tính theo Atmotphe: Năng suất yêu cầu: Cơng suất máy nén khí: Chọn hai máy nén khí cĩ cơng suất 16 kW, hai máy hoạt động luân phiên, một máy làm việc một máy nghỉ. Trong đĩ: Pmáy: Cơng suất yêu cầu của máy nén khí, kW 3 a: Lưu lượng khơng khí, Lkhí = 0,303 m /s. Pm: Áp suất máy thổi khí, Pm = 1,5 atm. : Hiệu suất máy nén khí, chọn = 0,8. Máy bơm nước từ bể điều hịa sang bể trộn thủy lực. Lưu lượng Q = 7000m3/ngđ = 0,081m3/s Cơng suất máy bơm nước: Chọn chiều cao cột áp H = 7 m. Trong đĩ: : Hiệu suất của bơm, chọn = 0,8. : Khối lượng riêng của nước, = 1000 kg/m3. Trong bể điều hịa bố trí hai bơm cĩ cơng suất N = 7 kW, lưu lượng nước thải Q = 0,081m3/s để bơm nước lên bể trộn thủy lực với chiều cao cột áp là 7 m. Bơm hoạt động luân phiên, một bơm hoạt động, một bơm nghỉ. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 48
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Bảng 3.4: Tĩm tắt các thơng số thiết kế bể điều hịa STT Thơng số Số lượng Đơn vị 1 Chiều dài bể 20 m 2 Chiều rộng bể 13 m 3 Chiều cao bể 5 m 4 Lượng khơng khí cần cung cấp 1091 m3/h 5 Chiều dài ống chính dẫn khí 12 m 6 Tổng chiều dài ống nhánh dẫn khí 120 m 7 Tổng số lỗ khí trên ống nhánh 1608 Lỗ khí bằng 3.2.5. Bể trộn phèn a. Nhiệm vụ Hịa tan lượng phèn tính tốn cần thiết trước khi đưa lượng phèn này vào bể trộn thủy lực. Phèn được đưa vào bể trộn phèn. Dưới tác dụng của cánh khuấy phèn sẽ tan đều trong nước. Dung dịch phèn này sẽ được đưa vào bể trộn thủy lực bằng bơm định lượng. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 49
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường b. Tính tốn Ta sử dụng phèn PAC Thể tích bể trộn phèn: Chọn V = 1,1m3. Trong đĩ: a: Liều lượng phèn PAC cho 1m3 nước thải (khoảng 15 ÷ 30g), chọn a = 30 g/m3. Q: Lưu lượng nước thải trung bình giờ, Q = 291,67 m3/h. n: Thời gian giữa hai lần hịa trộn. Chọn theo lưu lượng nước thải, khi lưu lượng nước thải từ 1200 ÷ 10000 m3/ngày thì n = 12 giờ. b: Nồng độ dung dịch phèn, b = 10% (10 ÷ 17%). γ: Khối lượng riêng của dung dịch, lấy bằng 1 tấn/m3. Lượng phèn PAC cần cung cấp trong 1 ngày: Bể trộn phèn cĩ tiết diện ngang trịn, chiều cao bể h = 1,5m, đường kính bể: Chọn D = 1m. Dùng máy khuấy trộn cơ khí để hịa tan lượng phèn trên. Đường kính cánh khuấy: Năng lượng cho cánh khuấy hoạt động: Trong đĩ: G: Gradiant vận tốc, G = 200 S-1. : Độ nhớt của nước ở 200c, μ = 0,001 N.s/m2. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 50
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường V: thể tích bể, V = 1,1 m3. Chọn máy khuấy tuabin cánh nghiêng 450, đường kính cánh khuấy 0,5 m. Đặt máy khuấy sao cho khoảng cách từ cánh khuấy đến đáy là 0,5 m. Cơng suất máy khuấy: Trong đĩ: là cơng suất hữu ích của máy (chọn = 80%). Số vịng quay của máy khuấy: Trong đĩ: : Khối lượng riêng của nước. K: Hệ số sức cản của nước (đối với máy khuấy tuabin K = 1,08). d: Đường kính cánh khuấy (d = 0,5 m). 3.2.6. Bể trộn thủy lực [4, 5] a. Mục đích Trộn đều dung dịch chất keo tụ với nước thải. b. Nguyên lý hoạt động Nước từ bể điều hịa được bơm vào bể trộn thủy lực. Dung dịch hĩa chất keo tụ được bơm vào bằng bơm định lượng. Dưới tác dụng của cánh khuấy nước thải và hĩa chất được trộn đều với nhau. Cuối bể trộn thủy lực cĩ hệ thống thu và phân phối nước sang bể lắng 1. c. Tính tốn Chọn thời gian khuấy trộn là 60 giây. Thể tích bể: Chọn bể cĩ kích thước Thể tích thực của bể là 5,07 m3 Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 51
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng 450, đường kính cánh khuấy: Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng bằng đường kính cánh khuấy (0,65 m). Năng lượng cần truyền cho máy khuấy hoạt động là: Trong đĩ: μ: Độ nhớt của nước ở 200c, μ = 0,001 N.s/m2. V: thể tích bể (V = 4,86 m3). G: Gradiant vận tốc (s-1), Bảng 3.5. Các giá trị G cho trộn nhanh Thời gian trộn t (s) Gradien G (s-1) 0,5 (trộn đường ống) 3500 10 – 20 1000 20 – 30 900 30 – 40 800 > 40 700 [Nguồn: Cấp nước tập 2, Trịnh Xuân Lai] Theo bảng chọn G = 700(s-1), do thời gian trộn là 60 > 40 s. Cơng suất của động cơ: Trong đĩ: là cơng suất hữu ích của máy (chọn = 80%). Chọn cơng suất máy khuấy là 3kW. Số vịng quay của máy khuấy: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 52
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Trong đĩ: : Khối lượng riêng của nước. K: Hệ số sức cản của nước (đối với máy khuấy tuabin K = 1,08). d: Đường kính cánh khuấy, d = 0,65m. 3.2.7. Bể lắng I [5, 8] a. Mục đích Loại bỏ các bơng cặn sinh ra trong quá trình keo tụ, cĩ khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực. b. Nguyên lý hoạt động Nước từ bể trộn được dẫn vào vùng phân phối đầu bể lắng qua vách ngăn nước chuyển động đều dọc bể qua vùng lắng đi vào vùng thu nước đặt cuối bể. Để phân phối đều nước vào vùng lắng, trên vách ngăn gắn một máng răng cưa suốt chiều ngang của bể. Nước chảy qua vùng lắng, tại đây các bơng cặn tiếp tục được hình thành và lắng xuống đáy bể lắng. Nước sau khi đi từ đầu bể đến cuối bể sẽ qua máng thu nước và phân phối nước đi vào bể aeroten. Cặn lắng sẽ được máy cĩ các tấm gạt cặn gắn vào dầm cầu đặt trên hai thành dọc bể, gạt dồn về hố thu đặt ở đầu vào của bể sau đĩ sẽ được hút ra ngồi bằng bơm hút cặn. Bột giấy cĩ tỉ trọng nhẹ sẽ tạo thành bọt nổi lên trên mặt nước và được thanh gạt của máy cào cặn đặt ngập dưới mực nước 0,05 m gạt về máng thu bọt ở cuối bể, tốc độ của tấm gạt bằng 0,9 m/phút. (Theo bảng 4-4, trang 46, [5]) c. Tính tốn Thiết kế bể lắng ngang, lưu lượng nước thải : Q = 7000 m3/ngđ. Tổng chiều cao vùng lắng h1 = 3,5 m. 3 2 Tải trọng bề mặt v0 = 40 m /m ngày. (Theo bảng 4-3, trang 45, [5]) Diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 53
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Kích thước bể: Chiều rộng bể: Chọn tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng bể là 4: 1. → B = 6,6 m; lấy trịn B = 7 m. Chiều dài bể: Diện tích bề mặt bể lắng: Chiều cao bảo vệ của bể: hbv = 0,5 m → Kích thước xây dựng của bể: Xác định lại tải trọng bề mặt của bể: Giá trị nằm trong giới hạn cho phép. (Theo bảng 4-3, trang45,[1]) Thể tích của bể lắng: Thời gian lưu nước trong bể: Vận tốc giới hạn trong vùng lắng: Trong đĩ: K : Hằng số phụ thuộc vào tính chất cặn, chọn K = 0,06 : Tỉ trọng của hạt, chọn = 1,25 g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m2/s d : Đường kính tương đương của hạt, chọn d = 10-4 m f : Hệ số ma sát phụ thuộc vào đặc tính bề mặt của hạt và số Raynol của hạt khi lắng, chọn f =0,025. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 54
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Vận tốc nước chảy trong vùng lắng: Ta thấy rằng v < vH, điều kiện đặt ra để kiểm tra được thỏa mãn. Máng thu nước ra bố trí ở phía cuối bể hình chữ U, gồm một máng chạy suốt chiều rộng bể và hai máng cạnh chiều dài bể. Tổng chiều dài máng thu là 15 m, chiều rộng của máng thu là 0,3 m. Sử dụng máng răng cưa bằng thép khơng gỉ cĩ dạng chữ V, gắn chặt vào thành trong bể lắng nhằm điều chỉnh lượng nước tràn qua để vào máng thu và tăng hàm lượng oxi trong nước. Tải trọng thủy lực của máng thu: Giá trị nằm trong giới hạn cho phép. (Theo bảng 4-3, trang45, [5]) Vận tốc nước chảy vào máng tại mặt cắt ngang với độ sâu 3,5 m (mặt tiếp giáp vùng chứa cặn): Xác định hiệu quả khử BOD5 và SS: Trong đĩ: t: Thời gian lưu nước, t = 2,352 h. a, b: Các hằng số thực nghiệm Khử BOD5: a = 0,018; b = 0,020. Khử cặn lơ lửng SS: a = 0,0075; b = 0,014. (Theo bảng 4-5, trang48, [1]) Hiệu quả khử BOD5 và SS: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 55
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Lượng bùn khơ sinh ra mỗi ngày: Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày: Trong đĩ: G: Hàm lượng bùn sinh ra mỗi ngày, G = 2987,5 kg/ngày. C: Hàm lượng chất rắn trong bùn nằm trong khoảng 40 ÷ 120 (g/l) = 40 ÷ 120 (kg/m3), lấy trung bình C = 80kg/m3. Cơng suất máy bơm bùn tới bể nén bùn: Trong đĩ: Q: lượng bùn tươi cần xử lý, Q = 37,34 m3/ngày. ρ: Khối lượng riêng của bùn, ρ = 1053kg/m3. g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2. H: Chiều cao cột áp, H = 7 m. : Hiệu suất bơm, chọn = 80% Bảng 3.6. Tĩm tắt các thơng số thiết kế bể lắng I STT Tơng số Kích thước Đơn vị 1 Chiều dài bể 28 m 2 Chiều rộng bể 7 m 3 Chiều cao bể 4 m 5 Thời gian lưu nước trong bể 2,352 Giờ 7 Chiều dài máng thu 15 m 8 Hiệu quả khử BOD5 36,16 % 9 Hiệu quả khử SS 58,18 % 10 Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày 37,34 m3/ngày Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 56
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Hình 3.6. Mặt bằng bể lắng 1 Hình 3.7. Mặt cắt bể lắng 1 3.2.8. Bể Aeroten a. Nhiệm vụ Bể Aeroten phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nhờ vi sinh vật hiếu khí, để giảm tải lượng ơ nhiễm đến mức đạt yêu cầu. Mục đích chủ yếu của quá trình này là dựa vào hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật để ổn định chất hữu cơ làm keo tụ các hạt cặn lơ lửng khơng lắng được. Sau thời gian lưu nước trong bể, nước thải được dẫn vào bể lắng. Tại bể lắng, một phần bùn sẽ được tuần hồn trở lại bể Aeroten, phần cịn lại sẽ đưa vào bể chứa bùn, khối lượng bùn tuần hồn và khơng khí cần cung cấp phụ thuộc vào lưu lượng nước và nồng độ các chất ơ nhiễm trong bể. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 57
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường b. Nguyên tắc hoạt động Nước từ bể lắng đợt I chảy vào bể Aeroten. Trong bể, các chất lơ lửng đĩng vai trị là các giá thể cho vi khuẩn dính bám, sinh sản và phát triển dần lên thành các bơng bùn hay cịn gọi là bùn hoạt tính. Vi khuẩn sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn. Vì vậy, sau khi qua bể Aeroten, nước thải sẽ được xử lý gần như triệt để các hợp chất hữu cơ. Quá trình làm sạch các chất bẩn cĩ trong nước thải trong bể Aeroten diễn ra theo hai dịng chảy hỗn hợp của nước thải và lượng bùn tuần hồn. c. Các thơng số thiết kế Lưu lượng nước thải Q = 7000 m3/ngđ. Hàm lượng BOD5 đầu vào = 458mg/l; BOD5 đầu ra = 50mg/l. Nhiệt độ nước thải t = 200C. Cặn lơ lửng đầu vào SS = 309 mg/l; SS đầu ra = 60 mg/l (gồm 65% là cặn lơ lửng cĩ thể phân hủy sinh học). Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào bể X0 = 0. Tỉ số giữa chất rắn lơ lửng dễ hơi (VSS) với lượng chất rắn lơ lửng (SS) cĩ trong nước thải là 0,7 (VSS/SS = 0,7), với độ tro của bùn hoạt tính là Z = 0,3. 3 3 Nồng độ cặn trong dịng tuần hồn CT = 10000g/m hay 7000g/m là cặn bay hơi. Nồng độ bùn hoạt tính hay chất rắn lơ lửng bay hơi (VSS) duy trì trong bể là X = 3200 mg/l. Thời gian lưu của tế bào trong hệ thống là = 4 ngày. Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là f = 0,68. Hệ số phân hủy nội bào kd = 0,06/ngày. Hệ số sản lượng tối đa Y = 0,46. Nước thải cĩ đủ chất dinh dưỡng BOD5: N: P = 100: 5: 1 và cĩ các chất khống ở nồng độ rất nhỏ. Tổng hàm lượng muối < 500 mg/l. Loại và chức năng bể: bể Aeroten khuấy trộn hồn chỉnh. Ưu điểm: khơng xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 58
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường d. Tính kích thƣớc bể Aeroten Xác định nồng độ BOD5 hịa tan trong nước đầu ra Nồng độ BOD5 hịa tan trong nước thải ở đầu ra của hệ thống tính theo cơng thức: BOD5 ra = BOD5 hịa tan đi vào bể + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra. Lượng cặn cĩ thể phân hủy sinh học cĩ trong cặn lơ lửng ở đầu ra: Lượng oxi cần cung cấp để oxi hĩa hết lượng cặn cĩ thể phân hủy sinh học: Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5: Lượng BOD5 hịa tan cịn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng: → Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hịa tan: Thể tích bể Aeroten Chọn V = 1447 m3. Trong đĩ: V: thể tích bể Aeroten m3. Q: lưu lượng nước đầu vào, Q = 7000m3/ngđ. Y: hệ số sản lượng cực đại, Y = 0,46. : thời gian lưu của tế bào trong hệ thống, = 4 ngày. kd: hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,06/ngày. S0: nồng độ BOD5 của nước thải vào bể, S0 = 458 mg/l. S: nồng độ BOD5 sau bể lắng II, S = 12,34 mg/l. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 59
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường X: nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể, X = 3200 mg/l. Kích thước bể Chia làm 2 bể, thể tích mỗi bể: Chọn chiều cao làm việc của bể là h = 4 m. Chọn chiều cao bảo vệ của bể 0,5 m. Chiều cao tổng cộng của bể: Diện tích một bể: Chiều rộng bể: B = 7 m Chiều dài bể: L = 26 m, Vậy kích thước xây dựng bể Aeroten như sau: Thời gian lưu nước trong bể Lưu lượng cặn phải xả ra hàng ngày khi hệ thống hoạt động ổn định Hệ số tính lượng bùn sản sinh ra từ việc khử BOD5: Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong một ngày do khử BOD5 ở hai bể: Tổng lượng cặn lơ lửng sinh ra tại hai bể do độ tro của cặn Z = 0,3 Lượng cặn dư hàng ngày phải xả đi tại hai bể: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 60
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Lượng bùn xả ra hàng ngày Qxả từ đáy bể lắng. Từ cơng thức: Trong đĩ: 3 Qxả: Lưu lượng bùn phải xả ra trong một ngày (m /ngày) V : Thể tích bể, V = 1447 m3 : thời gian lưu của tế bào trong hệ thống, = 4 ngày 3 Qr: Lưu lượng nước đầu ra của hệ thống (m /ngày) 3 Qr = Q = 7000m /ngày (coi lượng nước theo bùn là khơng đáng kể). Cr: Nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng, Cr = 60 mg/l. X: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten, X = 2300 mg/l. CT: Nồng độ chất rắn bay hơi cĩ trong bùn hoạt tính tuần hồn, CT = 7000 mg/l. Thời gian tích lũy bùn (tuần hồn lại tồn bộ) khơng xả ban đầu: Thực tế thời gian tích lũy bùn sẽ dài hơn 3 đến 4 lần vì khi nồng độ bùn chưa đủ trong bể hiệu quả xử lý ở thời gian đầu sẽ thấp và lượng bùn sinh ra ít hơn Px. Sau khi hệ thống hoạt động ổn định, lượng bùn hữu cơ xả ra hàng ngày: - Trong đĩ cặn bay hơi: - Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể lắng: - Tổng cặn hữu cơ sinh ra: Xác định lưu lượng tuần hồn QT, để nồng độ bùn trong bể luơn giữ giá trị X = 3200 mg/l. Ta cĩ: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 61
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Rút ra: Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aeroten Kiểm tra giá trị của tốc độ ρ sử dụng chất nền (BOD5) của 1gram bùn hoạt tính trong 1 giờ: Tỷ số F/M (khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính): Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thơng số thiết kế bể (0,2 ÷ 1,0). (Theo bảng 6-1, trang 91, [1]) Tải trọng bề mặt của bể: Giá trị này nằm trong khoảng thơng số cho phép khi thiết kế bể (0,8 ÷ 1,9). (Theo bảng 6-1, trang 91, [1]) Tính tốn lượng oxy cần cung cấp cho bể Lượng oxy cần thiết cung cấp cho bể theo điều kiện chuẩn: Lượng oxy cần cung cấp cho bể trong điều kiện thực ở 200C: Trong đĩ: 0 Cs: Nồng độ oxi bão hịa trong nước sạch ở nhiệt độ 20 C, Cs = 9,08 mg/l Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 62
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường CL: Lượng oxi hịa tan cần duy trì trong bể, CL = 2mg/l Lượng khí cần thiết để cấp vào bể: Trong đĩ: OCt: Lượng oxy thực tế cần cung cấp cho bể, OCt = 3776 kg O2/ngày. f : Hệ số an tồn, chọn f = 1,5 OU: Cơng suất hịa tan oxi vào nước thải của thiết bị phân phối Chọn dạng đĩa xốp, cĩ máng phân phối dạng mịn, đường kính là 170 mm, diện tích bề mặt F = 0,02 m2. Cường độ thổi khí 200 l/phút đĩa = 12m3/giờ.đĩa. Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí h = 3,8 m (lấy gần đúng bằng chiều sâu bể). Ta cĩ: Ou = 7 O2 g/m3.m (Theo bảng 7-1, trang 112, [1]) Ou: Cơng suất hịa tan oxi vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo g O2/m3 khơng khí. Số đĩa cần phân phối trong bể: Chọn n = 740 đĩa, chia đều cho 2 bể, mỗi bể 370 đĩa. Cách bố trí đĩa phân phối khí: Mỗi bể gồm cĩ 370 đĩa khí, 37 ống nhánh phân phối khí, trên mỗi ống nhánh cĩ 10 đĩa phân phối khí. Chiều dài của bể là 26 m ta bố trí như sau: khoảng cách giữa hai ống nhánh ngồi cùng với thành bể là 0,4 m; khoảng cách giữa hai ống nhánh là 0,7 m. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 63
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Trên mỗi ống nhánh bố trí các đĩa phân phối khí như sau: khoảng cách giữa hai đĩa phân phối khí ngồi cùng với thành bể là 0,35 m; khoảng cách giữa hai đĩa phân phối khí là 0,7 m. Trụ đỡ: Từng trụ được đặt giữa hai đĩa cạnh nhau. Kích thước trụ đỡ là: e. Tính tốn các thiết bị phụ Tính tốn máy thổi khí Áp lực cần thiết của máy thổi khí: Trong đĩ: hl: Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển thường ≤ 0,4 m, chọn hl = 0,4 m. hd: Tổn thất do đĩa phun thường ≤ 0,5 m, chọn hd = 0,5 m. h: Độ sâu ngập nước của miệng vịi phun, h = 3,8 m. Áp lực máy thổi khí tính theo Atmotphe: Năng suất yêu cầu cho mỗi bể: Cơng suất máy thổi khí: Trong đĩ: Pmáy: Cơng suất yêu cầu của máy nén khí, kW 3 Qk: Lưu lượng khơng khí, Qk = 1,232 m /s. Pm: Áp suất máy thổi khí, Pm = 1,455 atm. : Hiệu suất máy nén khí, chọn = 0,8. Vậy chọn máy nén khí cĩ cơng suất P = 60 kW. Tính tốn đường ống dẫn khí Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 64
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính từ 10 ÷ 15 m/s, chọn Vkhí = 15m/s. Lưu lượng khí cần cấp cho đường ống phân phối chính trong một bể: Đường kính ống phân phối chính 1: Chọn loại ống sắt tráng kẽm Φ = 325 mm. Từ ống chính ta phân làm 37 ống nhánh cung cấp khí cho bể: ống nhánh đứng ống chính ống nhánh ngang Hình 3.8. Sơ đồ ống phân phối khí từ ống chính sang ống nhánh Lưu lượng khí cung cấp cho mỗi ống nhánh: Vận tốc khí trong ống nhánh (10 ÷ 15 m/s), chọn vkhí = 15m/s. Đường kính ống nhánh: Chọn loại ống sắt tráng kẽm Φ = 55 mm. Kiểm tra lại vận tốc Vận tốc khí trong ống chính: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 65
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Vậy Vkhí nằm trong khoảng cho phép (10 ÷ 15 m/s). Vận tốc khí trong ống nhánh: Vậy vkhí nằm trong khoảng cho phép (10 ÷ 15 m/s). Tính tốn đường ống dẫn nước vào và ra khỏi bể Vận tốc nước thải trong ống (giới hạn 0,7 ÷ 1,5 m/s), chọn v = 1 m/s. Lưu lượng nước thải của mỗi bể là: Chọn loại ống dẫn nước thải là ống PVC, đường kính của ống: Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 225 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: Vậy vận tốc nước thải trong ống nằm trong giới hạn cho phép (0,7 ÷ 1,5 m/s) Hai bể Aeroten được xây dựng bằng bê tơng cốt thép, mỗi bể cĩ kích thước 26 x 7 x 4,5m. Nước tự chảy sang bể lắng 2 mà khơng dùng bơm. Mỗi bể được bố trí hệ thống sục khí gồm: hai ống chính dẫn khí Φ 325 mm, 37 ống nhánh cĩ Φ = 55mm với 370 đĩa sứ - lưới phân phối khắp bể. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 66
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Bảng 3.7. Tĩm tắt các thơng số thiết kế một bể Aeroten STT Thơng Số Kích Thước Đơn Vị 1 Chiều dài 26 m 2 Chiều rộng 7 m 3 Chiều cao 4,5 m 4 Thời gian lưu bùn 4,96 Giờ 5 Chiều dài ống chính dẫn khí 25,6 m 6 Tổng chiều dài ống nhánh dẫn khí 246,05 m 7 Đĩa sứ-lưới thổi khí 370 cái Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 67
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường 3.2.9. Bể lắng II a. Mục đích Lắng trong nước ở phần trên của bể để xả ra nguồn tiếp nhận; cơ đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể nhằm loại bỏ lớp cặn dư và tuần hồn bùn về bể Aeroten. Nước thải sau khi qua bể Aeroten, sẽ tự chảy về bể lắng, lượng cặn được thu dưới đáy của bể. b. Nguyên lý hoạt động Nước cần xử lý vào ống trung tâm của bể, rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngồi và từ trên xuống dưới. Ở đây, cặn được lắng xuống đáy, nước trong thì được thu vào máng vịng và theo đường ống sang bể khử trùng. c. Tính tốn Cĩ hai bể lắng II nối tiếp với hai bể Aeroten, hai bể này làm việc song song nhau. Diện tích bề mặt bể lắng: hai bể lắng giống nhau nên chỉ cần tính tốn một bể. Trong đĩ: S: Diện tích mặt bằng của bể lắng, m2 Q: Lưu lượng nước thải đưa vào xử lý, Q = 3500 m3/ngày = 145,83 m3/h. : Hệ số tuần hồn, = 0,842 Co: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten (tính theo chất rắn lơ lửng) 3 CT: Nồng độ bùn trong dịng tuần hồn, CT = 10000 mg/l = 10000 g/m . VL: Vận tốc lắng của mặt phân chia phụ thuộc vào nồng độ cặn CL và tính chất của cặn. VL xác định bằng thực nghiệm. Tuy nhiên do khơng cĩ điều kiện thí nghiệm nên ta xác định VL bằng cơng thức sau. Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 68
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Trong đĩ: CL: Nồng độ cặn tại mặt lắng L (bề mặt phân chia) Vmax = 7 m/h K = 600 (cặn cĩ chỉ số thể tích 50 < SVI < 150) Vậy diện tích phần lắng của bể: Diện tích của bể nếu tính thêm buồng phân phối trung tâm: 2 Lấy Sb = 386 m . Đường kính bể: Đường kính buồng phân phối trung tâm: Diện tích buồng phân phối trung tâm: Diện tích vùng lắng của bể: Tải trọng thủy lực: Vận tốc đi lên của dịng nước trong bể: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 69
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường → Với diện tích này, bể cĩ thể làm việc với lưu lượng giờ cao điểm 3 Q = abảng × SL =16,4 × 362 = 5936,8 m /ngày, gấp n = 5936,8/3500 = 1,7 lần lưu lượng giờ trung bình. Máng thu nước cĩ đường kính bằng 0,8 đường kính bể: Sử dụng máng răng cưa gắn chặt vào thành máng thu nước nhằm điều chỉnh lượng nước tràn qua để vào máng thu. Chiều dài máng thu nước: Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: Tải trọng bùn: Xác định chiều cao bể Chọn chiều cao bể: H = 4,5 m. Chiều cao dự trữ trên mặt thống: h1 = 0,8 m. Chiều cao cột nước trong bể: h = H – h1 = 4,5 – 0,8 = 3,7 m, gồm: - Chiều cao phần nước trong h2 = 2 m. - Chiều cao phần chĩp đáy bể cĩ độ dốc 2% về phía hướng tâm: Lấy trịn h3 = 0,25 m. Chiều cao chứa bùn phần hình trụ: Thể tích phần chứa bùn: Nồng độ bùn trung bình trong bể: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 70
Khĩa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Lượng bùn chứa trong bể lắng: Lượng bùn cần thiết trong một bể Aeroten: → Như vậy, nếu phải tháo khơ một bể Aeroten để sửa, sau đĩ hoạt động lại thì bùn từ bể lắng đủ cấp để bể Aeroten cĩ thể hoạt động ngay. Khơng cần phải cĩ thời gian khởi động để tích lũy cặn. Thời gian lưu nước trong bể Dung tích bể: Nước đi vào bể lắng: Thời gian lắng: Tính tốn đường ống dẫn bùn tuần hồn Lưu lượng bùn tuần hồn trong một bể Aeroten: Vận tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện cĩ bơm là 1 ÷ 2 m/s. Chọn vận tốc bùn trong ống v = 1 m/s. Đường kính ống dẫn bùn tuần hồn: Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 200 mm. Kiểm tra lại vận tốc bùn tuần hồn trong ống: Sinh viên: Nguyễn Kim Dung – MT1201 Trang: 71