›
›

Khóa luận Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất giấy, công suất 1000m3/ngày đêm - Trần Thị Phương

pdf 96 trang huongle 1100
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất giấy, công suất 1000m3/ngày đêm - Trần Thị Phương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_tinh_toan_thiet_ke_he_thong_xu_ly_nuoc_thai_san_xu.pdf

Nội dung text: Khóa luận Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất giấy, công suất 1000m3/ngày đêm - Trần Thị Phương

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001 : 2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Trần Thị Phƣơng Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. Nguyễn Thị Mai Linh HẢI PHÒNG - 2012
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT GIẤY, CÔNG SUẤT 1000M3/NGÀY ĐÊM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Trần Thị Phƣơng Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Mai Linh HẢI PHÒNG - 2012
  3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Trần Thị Phƣơng Mã SV: 121241 Lớp: MT1202 Ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Tên đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải sản xuất giấy, công suất 1000m3/ngày đêm.
  4. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.
  5. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên: Nguyễn Thị Mai Linh Học hàm, học vị: Thạc sĩ Cơ quan công tác: Khoa Môi Trƣờng – Trƣờng ĐHDL Hải Phòng. Nội dung hƣớng dẫn:”Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải sản xuất giấy, công suất 1000m3/ngày đêm” Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hƣớng dẫn: Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày 02 tháng 09 năm 2012 Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày 08 tháng 12 năm 2012 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Trần Thị Phƣơng Ths. Nguyễn Thị Mai Linh Hải Phòng, ngày tháng năm 2012 Hiệu trƣởng GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị
  6. 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 khóa 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 toán số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi bằng cả số và chữ): Hải Phòng, ngày . tháng năm 2012 Cán bộ hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Ths. Nguyễn Thị Mai Linh
  7. LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thạc sĩ Nguyễn Thị Mai Linh – Khoa Kỹ thuật Môi trường Đại học Dân lập Hải Phòng, người đã hướng dẫn và chỉ bảo em tận tình trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp này. Cảm ơn cô vì những định hướng, những tài liệu quý báu và những động viên, khích lệ đã giúp em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp. Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong Khoa Môi trường và toàn thể các thầy cô đã dạy em trong suốt khóa học tại trường ĐHDL Hải Phòng. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã động viên và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học và làm khóa luận. Cuối cùng do thời gian và trình độ có hạn nên bài khóa luận của em không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được các thầy cô giáo và các bạn góp ý để bài khóa luận được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, tháng 12 năm 2012 Sinh viên Trần Thị Phương
  8. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Sản lƣợng bột giấy trên thế giới năm 2005 và 2006 3 Bảng 1.2. Tình hình xuất nhập khẩu và sử dụng giấy tái chế theo vùng lãnh thổ 4 Bảng 1.3. Sản lƣợng giấy toàn cầu theo chủng loại 5 Bảng 1.4. Các nguồn nƣớc thải từ các bộ phận và thiết bị khác nhau 14 Bảng 1.5. Ô nhiễm của nhà máy giấy và bột giấy điển hình tại Việt Nam 15 Bảng 1.6. Bảng liệt kê tóm tắt các chất quan trọng nhất phát tán vào không khí 20 Bảng 3.1. Các thông số đầu vào của nƣớc thải nhà máy sản xuất giấy A 34 Bảng 4.1. Liều lƣợng phèn nhôm để xử lý nƣớc đục 52 Bảng 4.2. Các thông số cơ bản thiết kế cho bể lắng đợt 1 55 Bảng 4.3. Các kích thƣớc điển hình của Aerotank xáo trộn hoàn toàn 60 Bảng 5.1. Tính toán chi phí xây dựng công trình 76 Bảng 5.2. Bảng tính toán chi phí thiết bị 77 Bảng 5.3. Lƣợng hóa chất cần dùng 79
  9. DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát xử lý nƣớc thải bột giấy 29 Hình 2.2. Sơ đồ xử lý nƣớc thải bột giấy báo với TMP 29 Hình 2.3. Sơ đồ xử lý nƣớc thải của nhà máy giấy cũ từ nguyên liệu giấy cũ 30 Hình 2.4. Sơ đồ xử lý hóa lý nƣớc thải công nghiệp giấy 31 Hình 2.5. Các sơ đồ có khả năng xử lý sinh học nƣớc thải công nghiệp giấy 32 Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ theo phƣơng án 1 36 Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ theo phƣơng án 2 38 Hình 4.1. Sơ đồ hố thu gom nƣớc 44 Hình 4.2. Sơ đồ song chắn rác thiết kế 46 Hình 4.3. Mặt cắt và mặt bằng bể lắng cát ngang 49 Hình 4.4. Sơ đồ làm việc bể Aerotank 61 Hình 4.5. Sơ đồ hệ thống phân phối khí trong bể Aerotank 65 Hình 4.6. Mặt bằng bể Aerotank 66
  10. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT GIẤY 3 1.1. Tổng quan về tình hình sản xuất giấy 3 1.1.1. Tình hình sản xuất giấy trên thế giới 3 1.1.2. Tình hình sản xuất giấy tại Việt Nam 6 1.2. Công nghệ sản xuất giấy 8 Hình 1.1. Sơ đồ quy trình sản xuất giấy và bột giấy 9 1.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu thô 10 1.2.2. Sản xuất bột giấy 10 1.2.2.1. Nấu 10 1.2.2.2. Rửa 10 1.2.2.3. Sàng 10 1.2.2.4. Tẩy trắng 11 1.2.3. Chuẩn bị phối liệu bột 11 1.2.4. Xeo giấy 12 1.2.5. Khu vực phụ trợ 12 1.2.6. Thu hồi hóa chất 13 1.3. Hiện trạng môi trƣờng ngành sản xuất giấy 14 1.3.1. Hiện trạng về nước thải 14 1.3.2. Hiện trạng về khí thải 16 1.3.3. Hiện trạng về chất thải rắn 17 1.4. Tác động của chất thải ngành giấy đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời 17 1.4.1. Nước thải 17 1.4.2. Bụi 18 1.4.3. Hơi khí Clo 18 1.4.4. Monoxit cacbon và dioxit cacbon 18 1.4.5. Tiếng ồn và độ rung 18 1.4.6. Các nguồn nhiệt dư 19 1.4.7. Chế độ chiếu sáng 19
  11. CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY 21 2.1. Các biện pháp giảm thiểu nƣớc thải trong công nghiệp giấy 21 2.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải trong công nghiệp giấy 22 2.2.1. Phương pháp lắng 22 2.2.2. Phương pháp đông keo tụ hóa học 22 2.2.3. Phương pháp sinh học 25 2.3. Xử lý nƣớc thải của công đoạn sản xuất bột giấy 28 2.4. Xử lý nƣớc thải của nhà máy sản xuất giấy và cactong 30 CHƢƠNG 3. ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT GIẤY 34 3.1. Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất giấy 34 3.2. Các thông số thiết kế và yêu cầu xử lý 34 3.2.1. Đặc trưng nước thải của cơ sở lựa chọn thiết kế 34 3.2.2. Yêu cầu xử lý 35 3.3. Các phƣơng án công nghệ đề xuất xử lý nƣớc thải sản xuất giấy 35 3.3.1. Phương án 1 36 3.3.2. Phương án 2 38 3.4. Lựa chọn phƣơng án 40 CHƢƠNG 4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 41 4.1. Bể trộn chất kiềm hóa 41 4.1.1. Mục đích 41 4.1.2. Tính toán bể trộn chất kiềm hóa 41 4.2. Hố thu nƣớc của giai đoạn sản xuất bột giấy 43 4.2.1. Mục đích 43 4.2.2. Tính toán 43 4.3. Song chắn rác 44 4.3.1. Mục đích 44 4.3.2. Tính toán song chắn rác 44 4.4. Bể lắng cát ngang] 47 4.4.1. Mục đích 47 4.4.2. Tính toán 47 4.5. Sân phơi cát 49 4.5.1. Mục đích 49 4.5.2. Tính toán 49
  12. 4.6. Bể điều hòa 49 4.6.1. Mục đích 49 4.6.2. Tính toán bể điều hòa 50 4.7. Bể trộn phèn 51 4.7.1. Mục đích 51 4.7.2. Tính toán 51 4.8. Bể trộn thủy lực 54 4.8.1. Mục đích 54 4.8.2. Tính toán 54 4.9. Bể lắng đợt 1 55 4.9.1. Mục đích 55 4.9.2. Tính toán bể lắng 1 55 4.10. Bể Aerotank 57 4.10.1. Mục đích 57 4.10.2. Tính kích thước bể Aerotank 58 4.10.3. Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày, lưu lượng bùn tuần hoàn 61 4.10.4. Tính hệ số tuần hoàn bùn 62 4.10.5. Xác định lượng không khí cần thiết cung cấp cho Aerotank 62 4.10.5. Chọn kiểu và tính toán thiết bị cung cấp khí, đường ống dẫn khí 64 4.11. Bể lắng đợt II 67 4.11.1. Mục đích 67 4.11.2. Tính toán 67 4.12. Bể nén bùn 70 4.12 .1. Mục đích 70 4.12 .2. Tính toán 70 4.13. Máy ép bùn lọc ép dây đai 73 4.13.1. Mục đích 73 4.13.2. Tính toán 73 4.14. Bể khử trùng, bể tiếp xúc 74 4.14.1. Mục đích 74 4.14.2. Khử trùng nước thải bằng Clo 74 4.14.3. Tính toán bể tiếp xúc 75 CHƢƠNG 5. TÍNH TOÁN KINH TẾ 76 5.1. Chi phí đầu tƣ xây dựng 76 5.2. Chi phí vận hành hệ thống 79
  13. 5.2.1. Lượng hóa chất sử dụng 79 5.2.2. Chi phí điện 79 5.2.3. Chi phí nhân công 79 5.2.4. Chi phí bảo dưỡng máy móc thiết bị 79 5.2.5. Giá thành xử lý 1m3 nước thải 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 1. Kết luận 81 2. Kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83
  14. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường MỞ ĐẦU Công nghiệp giấy là ngành công nghiệp có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân của Việt Nam và có tốc độ tăng trƣởng khá cao trong những năm vừa qua. Sản phẩm của ngành chiếm ƣu thế rất lớn trong thị trƣờng tiêu thụ. Giấy là sản phẩm cần thiết và không thể thiếu đối với ngành giáo dục, báo chí, in ấn, hội họa và cả trong nhiều nhu cầu tiêu dùng hàng ngày khác của con ngƣời nhƣ khăn giấy, giấy vệ sinh, thùng chứa Đặc biệt ngày nay giấy còn đƣợc khuyến khích trong việc sử dụng làm bao bì, giấy gói để thay thế cho túi nilon ở một số quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, ngành công nghiệp sản xuất giấy cũng là một trong những ngành công nghiệp có mức độ ô nhiễm trầm trọng nhất và dễ gây tác động đến con ngƣời và môi trƣờng xung quanh. Một mặt do công nghệ sản xuất lỗi thời lạc hậu nên khối lƣợng chất thải phát sinh trong quá trình sản xuất rất nhiều. Mặt khác do các nhà máy chƣa thực sự quan tâm đúng mức đến vấn đề môi trƣờng. Vì vậy ngành công nghiệp sản xuất giấy đã góp phần làm cho chất lƣợng môi trƣờng bị giảm sút do độc tính nƣớc thải. Độc tính của các dòng nƣớc thải từ các nhà máy sản xuất giấy là do sự hiện diện một hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây nhƣ nhựa cây, các axit béo, lignin, và một số sản phẩm phân hủy của lignin đã bị clo hóa có độc tính sinh thái cao, có nguy cơ gây ung thƣ, và rất khó phân hủy trong môi trƣờng. Nồng độ của một số chất từ dịch chiết có khả năng gây ức chế đối với cá. Khi xả trực tiếp nguồn nƣớc thải này ra kênh rạch sẽ hình thành từng mảng giấy nổi lên trên mặt nƣớc, làm cho nƣớc có độ màu cao và hàm lƣợng DO trong nƣớc hầu nhƣ bằng không. Điều này không những ảnh hƣởng trực tiếp đến môi trƣờng sống của sinh vật nƣớc, đến đời sống thủy sinh, mà còn gián tiếp ảnh hƣởng đến sức khỏe của dân trong khu vực. Ngoài ra, nƣớc thải ngành công nghiệp sản xuất giấy thƣờng có pH trung bình khoảng 9 – 11, có các chỉ số BOD, COD cao (có thể lên đến 700mg/l đối với BOD và 2.500mg/l đối với COD). Đặc biệt, ngoài lignin, nƣớc thải còn có cả kim loại nặng, phẩm màu, xút, chất rắn lơ lửng Tất cả các chất này đều độc hại đối với Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 1
  15. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường sức khỏe con ngƣời, sinh vật và môi trƣờng. Để sản xuất ra một tấn giấy thành phẩm, các nhà máy giấy ở Việt Nam phải sử dụng 100 - 350 m3 nƣớc trong khi các nhà máy hiện đại của thế giới chỉ sử dụng 7- 15 m3/tấn giấy. Sự lạc hậu này không chỉ gây lãng phí nguồn nƣớc ngọt, tăng chi phí xử lý nƣớc thải mà còn đƣa ra sông, rạch một lƣợng nƣớc thải khổng lồ. Theo thống kê, cả nƣớc có gần 500 doanh nghiệp sản xuất giấy, trong đó chỉ có khoảng 10% doanh nghiệp có hệ thống xử lý nƣớc thải đạt yêu cầu, còn hầu hết các nhà máy đều không có hệ thống xử lý nƣớc thải hoặc có nhƣng chƣa đạt yêu cầu, vì thế tình trạng gây ô nhiễm môi trƣờng do sản xuất giấy cũng đang là vấn đề đƣợc nhiều ngƣời quan tâm. Thậm chí nguồn nƣớc thải này thƣờng không đƣợc xử lý mà đổ trực tiếp ra sông hồ gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trƣờng. Đặc trƣng của ngành giấy Việt Nam là quy mô nhỏ. Việt Nam có tới 46% doanh nghiệp có công suất dƣới 1000 tấn/năm, 42% có công suất từ 1000 – 10000 tấn/năm và chỉ có 4 doanh nghiệp có công suất trên 50000 tấn/năm. Quy mô nhỏ làm ảnh hƣởng đến tính cạnh tranh sản xuất do chất lƣợng thấp, chi phí sản xuất và xử lý môi trƣờng cao. Công nghệ sản xuất từ những năm 70 – 80 hiện vẫn còn đang tồn tại phổ biến, thậm chí ở cả những doanh nghiệp sản xuất quy mô trên 50000 tấn/năm. Sự lạc hậu này gây lãng phí nguồn nƣớc ngọt, tăng chi phí xử lý nƣớc thải và đƣa ra sông, rạch lƣợng nƣớc thải khổng lồ. Nƣớc thải, lignin là những vấn đề môi trƣờng chính đối với ngành sản xuất giấy. Việc xử lý là bắt buộc trƣớc khi thải ra môi trƣờng. Bên cạnh đó, phát thải khí từ nồi hơi, chất thải rắn của quá trình nấu, bùn thải của hệ thống xử lý nƣớc thải cũng là những vấn đề môi trƣờng cần đƣợc quan tâm. Vì vậy, việc tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải cho nhà máy sản xuất giấy là vấn đề cấp thiết nhằm giảm thiểu ô nhiễm, bảo vệ môi trƣờng và tiết kiệm tài nguyên. Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài “tính toán – thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy sản xuất giấy công suất 1000m3/ngày đêm” đã đƣợc lựa chọn trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 2
  16. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT GIẤY 1.1. Tổng quan về tình hình sản xuất giấy [ 5 ] 1.1.1. Tình hình sản xuất giấy trên thế giới Sản xuất giấy và bìa trên toàn cầu tiếp tục tăng trong năm 2006 và đạt 382 triệu tấn (năm 2005 là 366 triệu tấn), theo RISI Annual Review of Global Pup & Paper Statistics 2007. Sản xuất bột giấy năm 2006 tăng 1,9% và đạt 192 triệu tấn (so với năm 2005 là 189 triệu tấn). Năm 2006, Mỹ vẫn là nƣớc đứng đầu trong sản xuất và tiêu dùng giấy, xếp thứ hai và thứ ba là Trung Quốc và Nhật Bản. Trung Quốc tiếp tục củng cố vị trí của mình khi sản xuất giấy và bìa tăng trƣởng nhiều nhất với mức độ tăng trƣởng là 16%. Trong khi các nƣớc lớn khác trong sản xuất giấy nhƣ Phần Lan và Canada thì sản lƣợng lại giảm xuống do bãi công và đóng cửa các cơ sở sản xuất. Riêng châu Á, sản lƣợng năm 2006 đã tăng thêm 12 triệu tấn so với năm 2005. Bảng 1.1. Sản lượng bột giấy trên thế giới năm 2005 và 2006 Đơn vị: nghìn tấn Loại bột Bột hóa* Bột cơ Bột khác Tổng Năm 2005 2006 2005 2006 2005 2006 2005 2006 Khu vực Bắc Mỹ 62.189 61.352 16.090 15.324 216 216 78.495 76.892 Châu Âu 33.380 34.774 15.423 15.983 665 675 49.468 51.432 Châu Á 13.701 13.985 1.701 1.808 18.570 20.173 33.972 35.966 Mỹ Latinh 13.820 14.996 1.085 1.079 707 607 15.612 16.682 Châu Phi 1.837 1.874 288 294 848 857 2.973 3.024 Châu Úc 1.463 1.476 1.257 1.144 0 0 2.720 2.620 Tổng 126.390 128.457 35.843 35.631 21.006 25.528 183.239 186.616 * Gồm cả bột bán hóa Gồm cả bột không phân loại Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 3
  17. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Bảng 1.2. Tình hình xuất nhập khẩu và sử dụng giấy tái chế theo vùng lãnh thổ Đơn vị: nghìn tấn Tái chế Nhập khẩu Xuất khẩu Khu vực Năm Năm Năm Năm Năm Năm 2006 2005 2006 2005 2006 2005 Châu Âu 57.671 61.717 11.630 12.371 18.506 19.669 Bắc Mỹ 49.918 51.819 2.625 2.407 15.741 16.926 Châu Á 62.991 70.040 25.340 28.612 5.564 5.944 Châu Úc 1.691 1.716 9 7 889 1.171 Mỹ Latinh 8.616 8.927 2.161 1.925 255 294 Châu Phi 1.708 1.790 202 235 79 71 Tổng số 182.895 196.009 41.967 45.557 41.034 44.075 Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 4
  18. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Bảng 1.3. Sản lượng giấy toàn cầu theo chủng loại Đơn vị: nghìn tấn Loại giấy In & In báo Tissue Bao bì Bìa Tổng viết Khu vực Năm 2005 10.615 33.487 8.007 44.834 16.341 129.210 Châu Á 2006 11.445 41.871 8.564 49.339 17.956 140.794 Châu 2005 12.981 39.613 6.754 27.375 13.869 109.730 Âu 2006 13.571 40.493 6.830 28.517 14.366 113.243 2005 12.662 28.936 7.446 33.999 14.820 102.168 Bắc Mỹ 2006 11.863 28.784 7.549 34.893 14.879 102.243 Mỹ 2005 917 4.111 2.500 6.900 1.803 17.849 latinh 2006 944 4.246 2.640 7.086 1.840 18.325 Châu 2005 427 848 383 1.750 283 4.039 Phi 2006 427 979 399 1.760 283 4.156 Châu 2005 798 614 270 1.415 213 3.361 Úc 2006 711 591 271 1.436 223 3.273 2005 38.401 112.609 25.360 116.273 47.392 366.356 Tổng 2006 38.960 116.964 26.252 123.030 49.547 382.035 Theo đánh giá hàng năm về số liệu thống kê giấy và bột giấy thế giới năm 2008, sản lƣợng giấy và bao bì toàn cầu năm 2007 tiếp tục tăng và đạt trên 394 triệu tấn, tăng 3% so với 382 triệu tấn của năm 2006. Sản lƣợng bột giấy cũng tăng nhƣng chỉ tăng ở mức 1% so với năm 2006 (từ 190 triệu tấn lên 192 triệu tấn). Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 5
  19. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 1.1.2. Tình hình sản xuất giấy tại Việt Nam Đặc trƣng của ngành sản xuất giấy ở Việt Nam là quy mô nhỏ (về sản lƣợng và đầu tƣ), công nghệ sản xuất lạc hậu hoặc chƣa làm chủ đƣợc công nghệ, mất cân đối năng lực sản xuất bột giấy, gây ô nhiễm môi trƣờng ở khu vực sản xuất và vùng lân cận a, Quy mô sản xuất nhỏ nhưng tốc độ tăng trưởng cao Đặc trƣng của ngành giấy Việt Nam là quy mô nhỏ. Tính đến năm 2004, toàn ngành giấy có trên 300 nhà máy sản xuất giấy và bột giấy nhƣng phần lớn chỉ có quy mô từ 1000 đến 20.000 tấn/năm. Chỉ có khoảng 20 nhà máy là có quy mô trên 20.000 tấn/năm (trong đó có 4 doanh nghiệp là có quy mô trên 50.000 tấn/năm. Các nhà máy có quy mô nhỏ chủ yếu do tƣ nhân đầu tƣ, công nghệ sản xuất lạc hậu dẫn đến năng suất lao động thấp và chất lƣợng giấy thành phẩm không cao đồng thời còn gây ô nhiễm nặng cho môi trƣờng xung quanh. Tiếp đến là do việc mất cân đối trong đầu tƣ: do đầu tƣ sản xuất bột giấy cần vốn lớn (suất đầu tƣ còn lớn hơn nhà máy điện), hiệu quả thấp, thời gian thu hồi vốn kéo dài ( thƣờng là trên 20 năm) và nhiều rủi ro nên các nhà máy chủ yếu đầu tƣ vào khâu sản xuất giấy (sản lƣợng giấy tăng từ 350.000 tấn lên 750.000 tấn trong khi sản lƣợng bột giấy chỉ tăng từ 94.000 tấn lên 175.000 tấn), tổng kim ngạch nhập khẩu các loại bột giấy lên đến khoảng 97 triệu USD. Bên cạnh đó là chủng loại giấy và chất lƣợng sản phẩm chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu của ngƣời tiêu dùng, quy mô vùng nguyên liệu thì nhỏ và năng suất trồng rừng còn thấp Công nghiệp giấy thực chất là ngành sản xuất đa ngành và tổng hợp, sử dụng một lƣợng khá lớn nguyên liệu đầu vào (nguyên liệu từ rừng, các hóa chất cơ bản, nhiên liệu, năng lƣợng, nƣớc ) so với khối lƣợng sản phẩm đã tạo ra (tỉ lệ bình quân vào khoảng 10/1). Quá trình sản xuất bột và giấy đã sinh ra một lƣợng rất lớn các chất thải ở dạng rắn, lỏng (nƣớc thải) và khí. Tùy thuộc vào công nghệ mà lƣợng nƣớc tiêu hao trong quá trình sản xuất giấy vào khoảng 100 – 350 m3/tấn sản phẩm. Ảnh hƣởng của nấu bột và sản xuất giấy tới môi trƣờng chủ yếu ở hai giai đoạn: nấu bột giấy và tẩy trắng bột giấy. Quá trình nấu bột giấy (bằng phƣơng pháp sunfit hay sunfat) đều thải ra các hợp chất (ở dạng lỏng) chứa lƣu huỳnh, đồng thời thải ra khí SO2, H2S, các mercaptan, các sunfua Quá trình tẩy trắng bột giấy gây ô nhiễm môi trƣờng nhiều nhất vì có sử dụng clo và các hợp chất của nó nhƣ hypoclorit, clo dioxit. Để tẩy trắng 1 tấn Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 6
  20. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường bột giấy cần tới 100 kg clo và các hợp chất của nó (trong đó có tới 50% là clo phân tử). Về mặt công nghệ sản xuất, trong quá trình tẩy trắng bột giấy, đƣa vào bao nhiêu clo thì thải ra từng ấy. Hiện nay trên thế giới cũng chƣa có công nghệ tái sử dụng clo trong khâu tẩy trắng bột giấy. Nói chung, do quy mô nhỏ, sản xuất phân tán nên CNGVN chƣa gây ra những vấn đề nghiêm trọng trên diện rộng. Tuy nhiên do hầu hết các cơ sở ít hoặc không có đầu tƣ cho xử lý chất thải (mà trƣớc hết là nƣớc thải) nên vấn đề ô nhiễm cục bộ ở địa phƣơng lại hay xảy ra; nƣớc thải đều không đạt các tiêu chuẩn quy định về môi trƣờng. Qua khảo sát cho thấy cả 3 công ty giấy lớn nhất Việt Nam (Bãi Bằng, Tân Mai, Đồng Nai) mặc dù 3 công nghệ sản xuất tƣơng đối hiện đại và có đầu tƣ cho công trình xử lý nƣớc thải nhƣng các chỉ tiêu SS (chất rắn lơ lửng), BOD5, COD còn cao gấp chục lần, thậm chí hàng trăm lần so với tiêu chuẩn cho phép. b, Mất cân đối năng lực sản xuất bột giấy Hiện tại, trong thời kì hội nhập với nền kinh tế thế giới, ngành giấy của Việt Nam đang gặp phải những khó khăn, thách thức về chủ động nguồn bột giấy, về quy mô, trình độ công nghệ và các vấn đề về xử lý môi trƣờng cũng nhƣ sức ép từ phía nguồn giấy nhập khẩu với mức thuế suất thấp. Nhất là các vấn đề về nguồn nguyên liệu. Giá bột giấy liên tục tăng, bình quân trên 120 USD/tấn so với trƣớc. Những doanh nghiệp nào có thể chủ động đƣợc bột giấy có khả năng sẽ lãi to, trong đó hàng đầu là công ty giấy Bãi Bằng. Hiện nay, đơn vị này hầu nhƣ chủ động hoàn toàn nguyên liệu sản xuất giấy in, giấy viết. Kế đến, giấy Tân Mai có dây chuyền sản xuất bột DIP (sản xuất bột giấy từ giấy in báo cũ có khử mực) nên cũng chủ động đƣợc nguồn bột giấy in báo. Thêm vào đó, Tân Mai cũng đƣa nguyên liệu bột keo tai tƣợng vào thay thế bột gỗ thông, góp phần giảm giá thành sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh đối với mặt hàng giấy khi thuế nhập khẩu giấy in báo từ các nƣớc trong khu vực giảm từ 40% vào năm 2003 xuống còn 5% trong năm 2008. Công ty giấy Sài Gòn cũng có dây chuyền sản xuất bột giấy từ giấy phế liệu nên cũng chủ động đƣợc nguồn bột cho sản xuất giấy carton và giấy vệ sinh. Một số doanh nghiệp có vốn đầu tƣ nƣớc ngoài cũng có những dây chuyền sản xuất bột từ giấy phế liệu giúp tăng khả năng cạnh tranh. Tuy nhiên năng lực sản xuất của các công ty này vẫn chƣa đủ lớn để cung ứng cho sản xuất nên vẫn còn phải nhập khẩu thêm bột giấy. Trong khi đó thì đa Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 7
  21. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường phần các nhà máy giấy khác mới chỉ ở bƣớc đầu tƣ hoặc không chủ động đƣợc nguồn bột giấy đều rơi vào tình trạng căng thẳng, sản phẩm tạo ra có giá thành cao, nếu bán ra thị trƣờng thì sẽ thua lỗ nặng. Cũng bởi do ngành giấy Việt Nam chƣa đầu tƣ đƣợc một nhà máy sản xuất bột giấy lớn nào đáng kể để cung cấp cho toàn ngành nên phần lớn các doanh nghiệp phải nhập khẩu dẫn đến việc phụ thuộc. Mỗi năm nhập khẩu khoảng 130.000 – 135.000 tấn bột giấy. c, Chưa làm chủ được công nghệ Hiệp hội giấy Việt Nam cho biết, riêng nhu cầu nhập khẩu giấy bao bì công nghiệp, giấy tráng phấn chiếm 36,84% (175.000 tấn), giấy làm lớp mặt carton sóng chiếm 18,69%, giấy làm carton chiếm 29,27%, giấy duplex (một mặt trắng hoặc hai mặt trắng) chiếm 5,7%, giấy làm bao xi măng chiếm 9,5%. Nhƣ vậy, nhu cầu giấy tráng phấn là rất lớn. Vừa qua, các công ty giấy Việt Trì, công ty giấy Bình An, công ty giấy Hải Phòng đã đầu tƣ vào sản xuất giấy tráng phấn. Đây đƣợc xem là bƣớc đi đúng hƣớng nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nƣớc. Tuy nhiên, hầu hết các mặt hàng giấy tráng phấn chƣa đƣợc sản xuất ổn định, sản phẩm làm ra chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu trong nƣớc là một tổn thất lớn. Ngoài dự án của công ty giấy Hải Phòng mới đƣa vào hoạt động nên chƣa có đánh giá chuẩn xác, còn lại hai dự án giấy của công ty giấy Việt Trì và Bình An đã trở thành một gánh nặng tài chính cho thiết bị đầu tƣ không hiệu quả, không khai thác đƣợc hết năng lực đầu tƣ. Theo nhận xét của các chuyên gia, nguyên nhân chủ yếu là do các doanh nghiệp chƣa làm chủ đƣợc công nghệ, chƣa có kinh nghiệm sản xuất mặt hàng này và thị trƣờng chƣa ổn định. Đối với mặt hàng giấy in và giấy viết, trong những năm qua giấy Bãi Bằng, Tân Mai, Đồng Nai đã chủ động đƣợc công nghệ sản xuất. Tuy nhiên, có nhiều dự án đầu tƣ của tƣ nhân sản xuất mặt hàng này mới chỉ chú trọng thiết bị mà chƣa làm chủ đƣợc công nghệ khiến sản phẩm làm ra không tiêu thụ đƣợc. Đến nay nhiều doanh nghiệp đứng trƣớc nguy cơ phá sản vì không trả đƣợc nợ và gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. 1.2. Công nghệ sản xuất giấy [ 10 ] Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 8
  22. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Hình 1.1. Sơ đồ quy trình sản xuất giấy và bột giấy [ 10 ] Nguyên liệu thô (tre, n ứ a, g ỗ m ề m ) Chuẩn bị nguyên liệu Chặt, băm, cắt Hóa chất nấu Nƣớc ngƣng Dung dịch Nấu Hơi nƣớc Dịch đen kiềm tuần Cô đ ặ c – đ ố t hoàn Rửa Nƣớc rửa – xút hóa Nƣớc ngƣng Sàng Nghiền bột Làm sạch Tẩy trắng Hóa chất tẩy Nƣớc thải có độ màu, BOD5, COD cao Nƣớc Nƣớc thải Rửa Nghiền đĩa Hóa chất Nƣớc rửa có SS, BOD5, COD cao Chất độn, phụ gia Nƣớc Làm s ạ ch ly tâm Nƣớc thải Chuẩn bị bột Phèn, dầu, Xeo giấy nƣớc, hơi nƣớc Nƣớc thải có SS, BOD, COD cao Sấy Hơi nƣớc Nƣớc ngƣng Xeo giấy Hoàn tất Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 9
  23. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường  Mô tả công nghệ: Các công đoạn chính của công nghiệp sản xuất giấy bao gồm: 1.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu thô Nguyên liệu thô đƣợc sử dụng là tre, các loại gỗ mềm khác, giấy phế liệu hoặc tái chế, Trƣờng hợp là gỗ thì sau khi đã cân trọng lƣợng, gỗ xếp đống trong sân chứa và sau đó đƣợc mang đi cắt thành mảnh. Khi sử dụng các nguyên liệu thô nhƣ giấy thải, thì giấy thải sẽ đƣợc sàng lọc để tách các loại tạp chất nhƣ vải sợi, nhựa, giấy sáp hoặc giấy có cán phủ. Các tạp chất này sẽ đƣợc thải ra nhƣ chất thải rắn và phần nguyên liệu còn lại sẽ đƣợc chuyển đến công đoạn sản xuất bột giấy. 1.2.2. Sản xuất bột giấy 1.2.2.1. Nấu Gỗ thƣờng gồm 50% xơ, 20 – 30% đƣờng không chứa xơ và 20 – 30% lignin. Lignin là một hợp chất hóa học liên kết các xơ với nhau. Các xơ đƣợc tách ra khỏi lignin bằng cách nấu với hóa chất ở nhiệt độ và áp suất cao trong nồi nấu. Quá trình nấu đƣợc thực hiện theo mẻ với kiềm (NaOH) và hơi nƣớc. Sau nấu, các chất nằm trong nồi nấu đƣợc xả ra nhờ áp suất đi vào tháp phóng. Bột thƣờng đƣợc chuyển qua các sàng để tách mấu trƣớc khi rửa. 1.2.2.2. Rửa Trong quá trình rửa, bột từ tháp phóng và sàng mấu đƣợc rửa bằng nƣớc. Dịch đen loãng từ bột đƣợc loại bỏ trong quá trình rửa và đƣợc chuyển đến quá trình thu hồi hóa chất. Bột đƣợc tiếp tục rửa trong các bể rửa. Quá trình rửa này kéo dài khoảng 5 – 6 giờ. 1.2.2.3. Sàng Bột sau khi rửa thƣờng có chứa tạp chất là cát và một số mảnh chƣa đƣợc nấu. Tạp chất này đƣợc loại bỏ bằng cách sàng và làm sạch li tâm. Phần tạp chất tách loại từ quá trình sàng bột khi sản xuất giấy viết và giấy in sẽ đƣợc tái chế làm giấy bao bì (không tẩy trắng). Phần tạp chất loại ra từ thiết bị làm sạch li tâm thƣờng bị thải bỏ. Sau sàng, bột giấy thƣờng có nồng độ 1% sẽ đƣợc làm đặc tới khoảng 4% để chuyển sang bƣớc tiếp theo là tẩy trắng. Phần nƣớc lọc đƣợc tạo ra trong quá trình làm đặc sẽ đƣợc thu hồi và tái sử dụng cho quá trình Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 10
  24. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường rửa bột. Loại bột dùng sản xuất giấy bao bì sẽ không cần tẩy trắng và đƣợc chuyển trực tiếp đến công đoạn chuẩn bị xeo. 1.2.2.4. Tẩy trắng Công đoạn tẩy trắng đƣợc thực hiện nhằm đạt đƣợc độ sáng và độ trắng cho bột giấy. Công đoạn này đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng các hóa chất. Loại và lƣợng hóa chất sử dụng phụ thuộc vào loại sản phẩm sẽ đƣợc sản xuất từ bột giấy đó. Trƣờng hợp sản phẩm là giấy viết hoặc giấy in thì công đoạn tẩy trắng đƣợc thực hiện theo 3 bƣớc, trƣớc mỗi bƣớc bột đều đƣợc rửa kỹ. Trong quá trình này, lignin bị phân hủy và tách ra hoàn toàn, tuy nhiên, xơ cũng bị phân hủy phần nào và độ dai của giấy cũng giảm đi. Các hóa chất dùng cho loại tẩy này là clo, dioxit clo, hypoclo và hydroxide natri. 3 bƣớc tẩy trắng bột truyền thống là: Bƣớc 1: Clo hóa bột giấy bằng khí clo, khí này sẽ phản ứng với lignin để tạo ra các hợp chất tan trong nƣớc hoặc tan trong môi trƣờng kiềm. Bƣớc 2: Lignin đã oxi hóa đƣợc loại bỏ bằng cách hòa tan trong dung dịch kiềm. Bƣớc 3: Đây là giai đoạn tẩy trắng thực sự khi bột đƣợc tẩy trắng bằng dung dịch hypochlorite. Sau tẩy trắng, bột sẽ đƣợc rửa bằng nƣớc sạch và nƣớc trắng (thu hồi từ máy xeo). Nƣớc rửa từ quá trình tẩy trắng có chứa chlorolignates và clo dƣ, và do vậy không thể tái sử dụng trực tiếp đƣợc. Vì thế nƣớc này sẽ đƣợc trộn với nƣớc tuần hoàn từ các công đoạn khác và tái sử dụng cho quá trình rửa bột giấy. Hiện nay, việc nghiên cứu số bƣớc tẩy trắng, kết hợp sử dụng các hóa chất tẩy trắng thân thiện với môi trƣờng nhƣ peroxide đã đƣợc triển khai áp dụng thành công tại một số doanh nghiệp trong nƣớc. 1.2.3. Chuẩn bị phối liệu bột Bột giấy đã tẩy trắng sẽ đƣợc trộn với các loại bột khác từ giấy phế liệu hoặc bột nhập khẩu. Sự pha trộn phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và loại giấy cần sản xuất. Hỗn hợp bột đƣợc trộn với chất phụ gia và chất độn trong bồn trộn. Thông thƣờng, các hóa chất dùng để trộn là nhựa thông, phèn, bột đá, thuốc nhuộm (tùy chọn), chất tăng trắng quang học và chất kết dính, gồm các bƣớc sau: Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 11
  25. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường * Trộn bột giấy và chất phụ gia để tạo ra dịch bột đồng nhất và liên tục * Nghiền đĩa để tạo ra đƣợc chất lƣợng mong muốn cho loại giấy cần sản xuất. * Hồ (để cải thiện cảm giác và khả năng in cho giấy) và tạo màu (thêm pigments,chất màu và chất độn) để đạt đƣợc thông số chất lƣợng nhƣ mong muốn. 1.2.4. Xeo giấy Bột giấy đã trộn lại đƣợc làm sạch bằng phƣơng pháp ly tâm để loại bỏ chất phụ gia thừa và tạp chất, đƣợc cấp vào máy xeo thông qua hộp đầu. Về tách nƣớc và xeo giấy thì máy xeo có 3 bƣớc phân biệt: * Bƣớc tách nƣớc trọng lực và chân không (phần lƣới) * Bƣớc tách nƣớc cơ học (phần cuốn ép) * Bƣớc sấy bằng nhiệt (các máy sấy hơi gián tiếp) Ở phần lƣới của máy xeo, quá trình tách nƣớc khỏi bột diễn ra do tác dụng của trọng lực và chân không. Nƣớc từ mắt lƣới đƣợc thu vào hố thu bằng máy bơm cánh quạt và liên tục đƣợc tuần hoàn để pha loãng bột tại máy rửa ly tâm. Ở một số máy xeo, lƣới đƣợc rửa liên tục bằng cách phun nƣớc sạch. Nƣớc đƣợc thu gom và xơ đƣợc thu hồi từ đó nhờ biện pháp tuyển nổi khí (DAF). Nƣớc trong từ quá trình tuyển nổi khí DAF, còn gọi là nƣớc trắng, đƣợc tuần hoàn cho nhiều điểm tiêu thụ khác nhau. Các nhà máy không có DAF thì sẽ hoặc thải bỏ nƣớc rửa lƣới ra cống thải hoặc tuần hoàn một phần sử dụng cho quá trình rửa bột. Sau phần lƣới là phần cắt biên để có đƣợc độ rộng nhƣ ý. Phần biên cắt đi của tấm bột giấy rơi xuống một hố dài dƣới lƣới và đƣợc tuần hoàn vào bể trƣớc máy xeo. Ở cuối của phần lƣới máy xeo, độ đồng đều của bột tăng đến khoảng 20%. Ngƣời ta tiếp tục tách nƣớc bằng cuộn ép để tăng độ đồng đều lên khoảng 50%. Cuối cùng, giấy đƣợc làm khô bằng máy sấy hơi gián tiếp đạt khoảng 94% độ cứng và đƣợc cuốn thành từng cuộn thành phẩm. 1.2.5. Khu vực phụ trợ Khu vực phụ trợ bao gồm cấp nƣớc, cấp điện, nồi hơi, hệ thống khí nén, và mạng phân phối hơi nƣớc. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 12
  26. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Ngành công nghiệp giấy và bột giấy là một ngành sử dụng nhiều nƣớc và việc cấp nƣớc đƣợc đảm bảo bằng cách lấy nƣớc từ mạng cấp nƣớc địa phƣơng hoặc bằng các giếng khoan của công ty. Có một số trƣờng hợp các công ty lấy nƣớc trực tiếp từ sông thì khi đó nƣớc cần phải đƣợc xử lý trƣớc khi sử dụng vào sản xuất. Mặc dù vậy, nƣớc sử dụng cho nồi hơi phải đƣợc xử lý kỹ lƣỡng để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu. Trong các nhà máy giấy và bột giấy, khí nén đƣợc dùng cho vận hành máy xeo, các thiết bị đo, các khâu rửa phun, Các máy nén thƣờng là yếu tố góp phần làm giảm hiệu quả sử dụng năng lƣợng. Hệ thống phân phối hơi trong các nhà máy giấy thƣờng khá phức tạp. Khói thải từ nồi hơi đƣợc thải ra thông qua một quạt gió đẩy vào ống khói. Hệ thống kiểm soát khói thải nhƣ cyclon đa bậc, túi lọc, và ESP có thể đƣợc sử dụng để kiểm soát phát thải hạt lơ lửng. Một số nhà máy có các bộ phát điện dùng diesel để đảm bảo các yêu cầu về điện năng, đề phòng trƣờng hợp mất điện từ lƣới điện quốc gia. 1.2.6. Thu hồi hóa chất Dịch đen thải ra sau quá trình nấu có chứa lignin, ligno sulphates, và các hóa chất khác. Các hóa chất này đƣợc thu hồi tại khu vực thu hồi hóa chất và đƣợc tái sử dụng cho quá trình sản xuất bột giấy. Đầu tiên, dịch đen đƣợc cô đặc bằng phƣơng pháp bay hơi. Tiếp đó, dịch đen đã cô đặc đƣợc dùng làm nhiên liệu đốt trong nồi hơi thu hồi. Các chất vô cơ còn lại sau khi đốt sẽ ở dạng dịch nấu chảy trên sàn lò. Dịch nấu chảy chứa chủ yếu là muối carbonate chảy xuống từ trên sàn lò và đƣợc giữ bằng nƣớc; chất này gọi là dịch xanh. Dịch xanh này đƣợc mang đến bồn phản ứng (bồn kiềm hóa) để phản ứng với vôi Ca(OH)2 tạo thành natri hydroxide và calcium carbonate lắng xuống. Phần chất lỏng sẽ đƣợc dùng cho quá trình sản xuất bột giấy, còn calcium carbonate đƣợc làm khô và cho vào lò vôi để chuyển thành calcium oxide bằng cách gia nhiệt. Calcium oxide lại đƣợc trộn với nƣớc để hóa vôi. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 13
  27. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 1.3. Hiện trạng môi trƣờng ngành sản xuất giấy [ 10 ] 1.3.1. Hiện trạng về nước thải Các nhà máy giấy và bột giấy sinh ra một lƣợng lớn nƣớc thải và nếu không đƣợc xử lý thì có thể ảnh hƣởng tới chất lƣợng nguồn tiếp nhận. Bảng 1.4 cho thấy các nguồn nƣớc thải khác nhau trong một nhà máy giấy và bột giấy. Bảng 1.4. Các nguồn nước thải từ các bộ phận và thiết bị khác nhau Bộ phận Các nguồn điển hình • Hơi ngƣng khi phóng bột • Dịch đen bị rò rỉ hoặc bị tràn • Nƣớc làm mát ở các thiết bị nghiền đĩa • Rửa bột giấy chƣa tẩy trắng Sản xuất bột giấy • Phần tách loại có chứa nhiều xơ, sạn và cát • Phần lọc ra khi làm đặc bột giấy • Nƣớc rửa sau tẩy trắng có chứa chlorolignin • Nƣớc thải có chứa hypochlorite Chuẩn bị phối • Rò rỉ và tràn các hóa chất/phụ gia • Rửa sàn liệu bột • Phần tách loại từ máy làm sạch ly tâm có chứa xơ, sạn và cát • Chất thải từ hố lƣới có chứa xơ Xeo giấy • Dòng tràn từ hố bơm quạt • Phần nƣớc lọc ra từ thiết bị tách nƣớc có chứa xơ, bột đá và các chất hồ • Nƣớc xả đáy • Nƣớc ngƣng tụ chƣa đƣợc thu hồi Khu vực phụ trợ • Nƣớc thải hoàn nguyên từ tháp làm mềm • Nƣớc làm mát máy nén khí Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 14
  28. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Bộ phận Các nguồn điển hình • Nƣớc ngƣng tụ từ máy hóa hơi • Dịch loãng từ thiết bị rửa cặn Thu hồi hóa chất • Dịch loãng từ thiết bị rửa bùn • Nƣớc bẩn ngƣng đọng • Nƣớc ngƣng tụ từ thiết bị làm mát và từ hơi nƣớc Phần lớn nƣớc thải phát sinh là nƣớc dùng trong quy trình tiếp xúc với nguyên liệu thô, với các sản phẩm và sản phẩm phụ và các chất dƣ thừa. Đối với các quy trình sản xuất có tẩy trắng bột giấy thì đó là công đoạn gây ô nhiễm nhiều nhất. Nƣớc thải từ công đoạn tẩy chiếm 50 – 70% tổng lƣợng nƣớc thải và chiếm đến 80 – 95% tổng dòng thải ô nhiễm. Sản xuất giấy về căn bản là một quá trình vật lý (thủy cơ), nhƣng các chất phụ gia trong quá trình xeo giấy nhƣ các hợp chất hồ và phủ, cũng là một trong những nguyên nhân gây ra ô nhiễm. So với quá trình làm bột, nƣớc thải từ các công đoạn sản xuất giấy có phần cao hơn về hàm lƣợng chất rắn lơ lửng nhƣng hàm lƣợng BOD lại ít hơn. Các chất ô nhiễm xuất phát từ nƣớc trắng dƣ, phần tách loại từ quá trình sàng, và do tràn xơ, các chất độn và chất phụ gia. Chất ô nhiễm lơ lửng chủ yếu là xơ và hợp chất với xơ, các chất độn và chất phủ, chất bẩn và cát trong khi đó các chất ô nhiễm hòa tan là các chất keo từ gỗ, thuốc nhuộm, các chất hồ (tinh bột và gôm), và các phụ gia khác. Tổng lƣợng nƣớc thải và giá trị tải lƣợng ô nhiễm cho một tấn giấy khô gió trƣớc khi xử lý của một nhà máy giấy và bột giấy tại Việt Nam đƣợc trình bày ở bảng 1.5. Bảng 1.5. Ô nhiễm của nhà máy giấy và bột giấy điển hình tại Việt Nam Thông số Giá trị Lƣu lƣợng (m3/t) 150-350 BOD5 (kg/t) 90-330 COD (kg/t) 270-1200 SS (kg/t) 30-50 * Nƣớc thải của quá trình rửa nguyên liệu bao gồm các chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bảo vệ thực vật, vỏ cây. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 15
  29. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường * Dòng thải của quá trình nấu bột chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan, các hóa chất nấu dƣ thừa và một phần xơ sợi. Dòng thải có màu tối nên thƣờng đƣợc gọi là dịch đen. Dịch đen có nồng độ các chất hữu cơ vào khoảng 25 – 35%, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ vào khoảng 7/3. * Thành phần hữu cơ chủ yếu của dịch đen là lignin, đƣợc hòa tan vào dịch kiềm (30 - 35% khối lƣợng chất khô), ngoài ra là những sản phẩm phân hủy hyđrat cacbon, axit hữu cơ. Thành phần vô cơ bao gồm những hóa chất nấu, một phần nhỏ là NaOH, Na2S tự do, Na2SO4, Na2CO3, còn phần nhiều là NaSO4 liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm, ở các nhà máy lớn dòng thải này đƣợc xử lý để thu hồi tái sinh sử dụng lại kiềm bằng phƣơng pháp cô đặc – đốt cháy các chất hữu cơ – xút hóa. Đối với các nhà máy nhỏ thƣờng không có hệ thống thu hồi dịch đen nên dòng thải này đƣợc thải thẳng cùng với các dòng thải khác của nhà máy gây tác động xấu tới môi trƣờng. 1.3.2. Hiện trạng về khí thải Một trong những vấn đề về phát thải khí đáng chú ý ở nhà máy sản xuất giấy là mùi. Quá trình nấu tạo ra khí H2S có mùi rất khó chịu, methyl mercaptant, dimethyl sulphide và dimethyl-disulphide. Các hợp chất này còn thƣờng đƣợc gọi là tổng lƣợng lƣu huỳnh dạng khử (TRS). Các hợp chất này đƣợc thoát ra từ quá trình nấu, khi phóng bột. Các hợp chất mùi phát sinh khác có tỉ lệ tƣơng đối nhỏ hơn so với TRS và có chứa hydrocarbons. Một nguồn ô nhiễm không khí khác là do quá trình tẩy trắng bột giấy. Tại đây, clo phân tử bị rò rỉ theo lƣợng nhỏ trong cả quá trình tẩy. Tuy nồng độ ô nhiễm không cao nhƣng loại phát thải này lại cực kỳ độc hại. Trong quá trình thu hồi hóa chất, một lƣợng SO2 nồng độ cao cũng bị thoát ra ngoài. Các oxit lƣu huỳnh đƣợc sinh ra từ các nhiên liệu có chứa sulphur (nhƣ than đá, dầu FO, ) đƣợc sử dụng cho nồi hơi để tạo hơi nƣớc. Phát thải bụi cũng đƣợc quan sát thấy tại một số lò hơi đốt than khi không có đủ các thiết bị kiểm soát bụi (cyclon, túi lọc, ESP, ) Một lƣợng nhỏ bụi cũng đƣợc thoát ra khi cắt mảnh gỗ. Bên cạnh những loại phát thải này còn có rất nhiều loại phát thải tức thời khác từ quá trình sản xuất. Ngoài ra, chất thải khí sinh ra do việc đốt cháy nhiên liệu (than, dầu) ở bộ phận động lực và ở bộ phận lò thu hồi hóa chất và hoạt động giao thông vận tải trong nhà máy. Khí thải bao gồm CO2, SO2, bụi, NOx Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 16
  30. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 1.3.3. Hiện trạng về chất thải rắn Chất thải rắn sinh ra ở tất cả các công đoạn trong quá trình sản xuất bột và giấy: * Mùn, vỏ cây, phế liệu trong quá trình sơ chế chiếm 10% nguyên liệu thô. * Cặn, tro, xỉ than: xỉ than đƣợc thải ra ở các bộ phận động lực của nhà máy, một điều lƣu ý là trong xỉ than chứa các kim loại nặng nhƣ Pb, Zn, Cd, As và một phần than không cháy hết, than lọt ghi, phần than này có thể tận dụng lại đƣợc. * Xơ sợi: lƣợng xơ sợi từ các phân xƣởng nấu, rửa, sàng tẩy thải ra. Lƣợng xơ sợi này nếu không đƣợc thu hồi sẽ làm tăng hàm lƣợng các chất hữu cơ trong dòng thải và tổn thất nguyên liệu. * Bùn vôi: ở các nhà máy sản xuất bột tại phân xƣởng thu hồi hóa chất sẽ sinh ra một lƣợng bùn vôi. * Các loại phế thải khác: giấy vụn, nhựa, băng dính lẫn trong nguyên liệu giấy lề. Cặn bùn của các quá trình xử lý nƣớc, bùn cặn ở phân xƣởng xử lý hóa chất xút, clo. Nguồn chính của bùn là cặn của bể lắng, và cặn từ tầng làm khô của trạm xử lý nƣớc thải. Bên cạnh đó, đôi khi còn có cặn dầu thải từ thùng chứa dầu đốt. Lƣợng thải rắn của các công đoạn/hoạt động khác nhau phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ quy mô hoạt động, thành phần nguyên liệu thô, và rất khó ƣớc tính. 1.4. Tác động của chất thải ngành giấy đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời [7] 1.4.1. Nước thải Trong các cơ sở công nghiệp giấy và bột giấy, nƣớc thải thƣờng có độ pH trung bình 9 – 11, chỉ số nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD) cao, có thể lên đến 700mg/l và 2500mg/l. Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép. Đặc biệt nƣớc có chứa cả kim loại nặng, lignin (dịch đen), phẩm màu, xút, các chất đa vòng thơm Clo hóa là những hợp chất có độc tính sinh thái cao và có nguy cơ gây ung thƣ, rất khó phân hủy trong môi trƣờng. Tất cả các chất này đều độc hại đối với sức khỏe con ngƣời, sinh vật và môi trƣờng. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 17
  31. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Ngoài ra, trong công nghiệp xeo giấy, để tạo nên một sản phẩm đặc thù hoặc những tính năng đặc thù sản phẩm, ngƣời ta còn sử dụng nhiều hóa chất và chất xúc tác. Những chất này nếu không đƣợc thu hồi hoặc xử lý mà xả thẳng ra sông ngòi thì vấn đề ô nhiễm là không tránh khỏi, làm mất cân bằng sinh thái trong môi trƣờng nƣớc. 1.4.2. Bụi Bụi gây ra các kích thích cơ học đối với phổi và gây khó thở cũng nhƣ các bệnh đƣờng hô hấp. Các muội khói sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu có thể chứa các hợp chất cacbon đa vòng (nhƣ 3,4 – benzpyrene) có độc tính cao và có thể dẫn đến ung thƣ. 1.4.3. Hơi khí Clo Phát sinh chủ yếu từ khâu tẩy trắng bột giấy. Nguồn Clo đƣợc sử dụng trong khâu tẩy trắng bột giấy là Ca(OCl)2 với hàm lƣợng khi sử dụng dung dịch 0 0 là 25 – 30 g/l. Khí Clo là loại khí độc, tnóng chảy = - 101 C, tsôi = - 34,1 C. Khi tiếp xúc với khí Clo ảnh hƣởng trực tiếp đến mắt, đƣờng hô hấp và có thể gây tử vong khi phải tiếp xúc với khí Clo ở hàm lƣợng cao. Ngoài ra, quá trình tẩy trắng bột giấy bằng Chlorine có thể tạo ra các sản phẩm phụ là các hợp chất hữu cơ dẫn xuất Clo có độ bền vững và độc tính cao. Hiện nay, tại các nƣớc tiên tiến đã thực hiện từng bƣớc ngƣng sử dụng Chlorine nhƣ chất tẩy trắng và đặc biệt là các sản phẩm dùng Chlorine để tẩy trắng không đƣợc nhập khẩu. 1.4.4. Monoxit cacbon và dioxit cacbon Các khí này sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu.  CO có độc tính cao, do chúng tạo mối liên kết bền vững với hemoglobin trong máu và làm giảm khả năng vận chuyển oxi của máu tới các cơ quan trong cơ thể ngƣời.  CO2 gây khó thở và ảnh hƣởng đến hệ hô hấp do chúng sẽ chiếm lĩnh trong buồng oxi trong phổi. Độc tính của CO2 nhƣ sau: hàm lƣợng CO2 50 000 ppm gây khó thở, đau đầu; còn 100 000 ppm gây nôn ói, bất tỉnh. Hàm lƣợng CO2 cho phép là 0,1%. 1.4.5. Tiếng ồn và độ rung Do hoạt động của các máy nghiền, sàng và các động cơ điện tiếng ồn và độ rung thƣờng gây ảnh hƣởng trực tiếp đến hệ thính giác của con ngƣời, làm Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 18
  32. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường giảm thính lực của ngƣời lao động, hiệu suất lao động và phản xạ của công nhân cũng nhƣ tạo ra các vết chai và các vết nứt nẻ trên da. Tác động của tiếng ồn có thể diễn tả qua phản xạ của hệ thần kinh hoặc gây trở ngại đến hoạt động của hệ thần kinh thực vật, khả năng định hƣớng, giữ thăng bằng và qua đó ảnh hƣởng đến năng suất lao động. Nếu tiếng ồn có cƣờng độ quá lớn có thể gây thƣơng tích. Tiêu chuẩn qui định cho mức tiếng ồn tại các cơ sở sản xuất là 75 dB (TCVN 5949 – 1998). 1.4.6. Các nguồn nhiệt dư Các bộ phận sản xuất có liên quan đến nguồn nhiệt dƣ bao gồm nồi hơi, tại các máy xeo giấy Khi phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao thì tải nhiệt đối với trực tiếp sản xuất tăng đáng kể do nhiệt dƣ làm cho quá trình trao đổi chất trong cơ thể công nhân sản sinh ra nhiều nhiệt sinh học hơn. Khi khả năng sinh học của cơ thể ngƣời trực tiếp sản xuất không đủ để trung hòa các nhiệt dƣ thì sẽ gây lên trạng thái mệt mỏi, làm tăng khả năng gây chấn thƣơng và có thể xuất hiện dấu hiệu lâm sàng của bệnh do nhiệt cao. Khi phải làm việc thời gian dài trong điều kiện nhiệt độ cao sẽ gây rối loạn các hoạt động sinh lý của cơ thể và gây ảnh hƣởng trực tiếp đến hệ thần kinh trung ƣơng. Nếu quá trình này còn kéo dài có thể dẫn đến bệnh đau đầu kinh niên. 1.4.7. Chế độ chiếu sáng Gây ảnh hƣởng đến thị lực và sức khỏe của ngƣời lao động, liên quan đến chất lƣợng và năng suất ngƣời lao động. Do cƣờng độ ánh sáng có ảnh hƣởng trực tiếp đến trạng thái sinh lý và hệ thần kinh của con ngƣời. Vì vậy nếu ánh sáng khu vực làm việc không đƣợc bố trí một cách hợp lý sẽ dẫn đến trạng thái mệt mỏi, mỏi mắt và đó cũng là một trong những nguyên nhân gây tai nạn lao động. Tiêu chuẩn chiếu sáng cục bộ trong các phân xƣởng sản xuất là 130 – 300 Lux. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 19
  33. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Bảng 1.6. Bảng liệt kê tóm tắt các chất quan trọng nhất phát tán vào không khí Các nhóm chất Nguồn Dạng tác động Các bụi hạt Đốt nhiên liệu Gây khó chịu cục bộ Hệ thống thu hồi (nghiền bột hóa học) Các hợp chất giảm sulfur: Hệ thống thu hồi Mùi (acid hóa) hydrogen sulphide, methyl (nghiền bột hóa học) mercaptan, dimethylsulphide, dimethyldisulphide Sulfur dioxide Đốt nhiên liệu Acid hóa Hệ thống thu hồi (nghiền bột hóa học) Nitrogen oxides Đốt nhiên liệu Acid hóa Hệ thống thu hồi Phú dƣỡng (nghiền bột hóa học) Các hợp chất chlor: chlorine Phân xƣởng tẩy trắng Độc hại dioxide, chlorofom (nghiền bột hóa học) Tình hình ô nhiễm môi trƣờng ở Việt Nam nói riêng, cả Thế giới nói chung đang là một trong những vấn đề cấp bách đối với toàn nhân loại. Môi trƣờng sống bị ô nhiễm nặng nề, ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng cuộc sống và có nguy cơ đe dọa đến tính mạng của con ngƣời. Vì vậy, vấn đề xử lý nƣớc thải là nhu cầu bức thiết ở nƣớc ta.Trong đó ngành công nghiệp sản xuất giấy cũng đóng góp một phần không nhỏ vào việc gây ô nhiễm môi trƣờng, đặc biệt là nƣớc thải. Hiện nay hầu hết các nhà máy sản xuất giấy đều có hệ thống xử lý nƣớc thải, tuy nhiên đa số các hệ thống xử lý nƣớc thải đều xử lý không đạt tiêu chuẩn. Vì vậy, việc áp dụng kết hợp các biện pháp xử lý nƣớc thải đồng bộ sẽ giúp cải thiện chất lƣợng nƣớc thải ngành công nghiệp giấy. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 20
  34. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY 2.1. Các biện pháp giảm thiểu nƣớc thải trong công nghiệp giấy [ 3,4 ] Giảm lƣợng nƣớc thải trong sản xuất bột giấy và giấy có thể đạt đƣợc nhờ các biện pháp [ 4 ]: + Bảo quản và làm sạch nguyên liệu đầu bằng phƣơng pháp khô sẽ giảm đƣợc lƣợng nƣớc rửa. + Dùng súng phun tia để rửa máy móc, thiết bị, sàn sẽ giảm đƣợc lƣợng nƣớc đáng kể so với rửa bằng vòi. + Thay đổi công nghệ tách dịch đen ra khỏi bột ở thiết bị hình trống thông thƣờng bằng ép vít tải, ép hai dây hay lọc chân không để giảm thể tích dòng thải. + Bảo toàn hơi và nƣớc, thánh thất thoát hơi, chảy tràn nƣớc. + Phân luồng các dòng thải để tuần hoàn sử dụng lại các nguồn nƣớc ít ô nhiễm. Trong công đoạn nấu thu đƣợc loại dịch nấu màu đen, rất giầu lignin (loại hợp chất hữu cơ từ thực vật rất khó phân hủy) và các hóa chất nấu. Để giảm thiểu nồng độ ô nhiễm trong dịch đen ta có những biện pháp [ 3 ]: - Tách dịch đen đậm đặc ban đầu từ lƣới gạn bột giấy và tuần hoàn dùng lại ở nồi nấu sẽ giảm đƣợc lƣợng kiềm trong dịch thải. - Thu hồi hóa chất từ dịch đen bằng công nghệ cô đặc – đốt – xút hóa sẽ giảm tải ô nhiễm COD tới 85%. Thu hồi kiềm từ dịch đen của phƣơng pháp nấu sulfat nhƣ sau: + Cô đặc + Đốt dịch đã cô đặc ở t0 > 5000C để cho chất hữu cơ cháy hoàn toàn thành CO2 và H2O, còn thành phần vô cơ của kiềm đen sẽ tạo ra cặn tro hoặc cặn nóng chảy gọi là kiềm đỏ. + Xút hóa kiềm đỏ bằng dung dịch kiềm loãng và sữa vôi Ca(OH)2. Sau đó tách bùn vôi, dung dịch trắng gồm NaOH, Na2S, Na2CO3, Na2SO4 đƣợc thu hồi và đƣợc tuần hoàn lại cho công đoạn nấu. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 21
  35. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường - Có thể thay hóa chất tẩy clo bằng H2O2 và O3. Vì dùng Cl2 vừa tẩy trắng vừa tiệt trùng có thể sinh ra AOX của clo tự do. AOX là hợp chất halogen hữu cơ có nguy cơ gây độc tính tích lũy cho cơ thể ngƣời và là chất kích thích tiền ung thƣ. - Thu hồi bột giấy và xơ từ các dòng nƣớc thải để sử dụng lại nhƣ nguồn nguyên liệu đầu, đặc biệt đối với dòng thải từ công đoạn nghiền và xeo giấy. Các phƣơng án có thể là lắng, lọc, tuyển nổi. Biện pháp này có các lợi ích là tiết kiệm đƣợc nguyên liệu đầu, mặt khác giảm đƣợc tải lƣợng chất rắn tổng và chất rắn lơ lửng trong nƣớc thải. - Tránh rơi vãi, tổn thất hóa chất trong khi pha trộn và sử dụng. Xử lý nƣớc thải trong nhà máy giấy có thể xử lý theo từng nguồn tải hoặc tập trung trong bể điều hòa rồi xử lý nƣớc thải hỗn hợp. 2.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải trong công nghiệp giấy [ 3,4 ] Nói chung nƣớc thải trong sản xuất giấy có lẫn nhiều xơ sợi xenlulozo, nhiều chất rắn lơ lửng dạng bột, nhiều chất hữu cơ hòa tan ở dạng khó và dễ phân hủy sinh học, các hóa chất dùng để tẩy và hợp chất hữu cơ của chúng. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải giấy bao gồm lắng, keo tụ và sinh học. 2.2.1. Phương pháp lắng [ 4 ] Phƣơng pháp lắng dùng để tách các chất rắn dạng bột hay xơ sợi, trƣớc hết đối với dòng thải từ công đoạn nghiền và xeo giấy. Với mục đích thu hồi lại xơ sợi, bột giấy thì thƣờng dùng thiết bị lắng hình phễu. Trong quá trình lắng cần phải tính toán thời gian lƣu thích hợp vì với thời gian lƣu dài dễ có hiện tƣợng phân hủy yếm khí, khi bùn lắng không đƣợc lấy ra thƣờng xuyên. Để nƣớc thải loại này lắng đƣợc tốt và tạo điều kiện các hạt liên kết với nhau tạo thành bông cặn dễ lắng, ngƣời ta thƣờng tính toán với tải trọng bề mặt từ 1 đến 2 m3/m2.h. Để giảm thời gian lƣu trong bể lắng, nâng cao hiệu suất lắng ngƣời ta có thể thổi khí nén (áp suất 4 đến 6 bar) vào bể lắng. Loại bể lắng – tuyển nổi này thƣờng có tải trọng bề mặt 5 đến 10 m3/m2.h. 2.2.2. Phương pháp đông keo tụ hóa học [ 3 ] Trong nguồn nƣớc, một phần các hạt thƣờng tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thƣớc của hạt thƣờng dao động trong khoảng 0,1 đến 10 µm. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tƣơng đối khó tách loại. Vì Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 22
  36. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường kích thƣớc hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tƣợng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nƣớc có khuynh hƣớng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dƣơng nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trang thái lơ lửng của các hạt keo đƣợc bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này đƣợc gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thƣớc lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này đƣợc gọi là quá trình tạo bông. Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau: Me3+ + HOH = Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+ + H+ + + Me(OH) + HOH = Me(OH)3 + H 3+ + Me + HOH = Me(OH)3 + 3H Những chất keo tụ thƣờng dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm nhƣ: Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, Fe2(SO4)3.7H2O a, Muối Nhôm Trong các loại phèn nhôm, Al2(SO4)3 đƣợc dùng rộng rãi nhất do có tính hòa tan tốt trong nƣớc, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả tron khoảng pH = 5,0 – 7,5. Quá trình điện ly và thủy phân Al2(SO4)3 xảy ra nhƣ sau: 3+ 2+ + Al + H2O = AlOH + H + + + AlOH + H2O = Al(OH)2 + H + + Al(OH)2 + H2O = Al(OH)3 ↓ + H - + Al(OH)3 + H2O = Al(OH)4 + H Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 23
  37. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Ngoài ra, Al2(SO4)3 có thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nƣớc theo phƣơng trình phản ứng sau: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2↑ Trong phần lớn các trƣờng hợp, ngƣời ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỷ lệ (10:1) – (20:1). Phản ứng xảy ra nhƣ sau: 6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12H2O = 8Al(OH)3↓ + 2Na2SO4 Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ƣu của môi trƣờng cũng nhƣ tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông. b, Muối Sắt Các muối sắt đƣợc sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ƣu điểm hơn so với các muối nhôm do: Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp Có khoảng giá trị pH tối ƣu của môi trƣờng rộng hơn Độ bền lớn Có thể khử mùi H2S Tuy nhiên, các muối sắt cũng có nhƣợc điểm là tạo thành phức hòa tan có màu do phản ứng của ion sắt với các hợp chất hữu cơ. Quá trình keo tụ sử dụng muối sắt xảy ra do các phản ứng sau: FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3↓ + HCl Fe2(SO4)3 + 6H2O → Fe(OH)3↓ + 3H2SO4 Trong điều kiện kiềm hóa: 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → Fe(OH)3↓ + 3CaCl2 FeSO4 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4 c, Chất trợ keo tụ Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, ngƣời ta thƣờng sử dụng các chất trợ keo tụ (flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lƣợng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo. Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thƣờng dùng là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O). Các chất trợ keo tụ tổng hợp thƣờng dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n. Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 24
  38. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường đông tụ có điện tích âm hoặc dƣơng nhƣ polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallydimetyl-amon. 2.2.3. Phương pháp sinh học Xử lý sinh học dùng để xử lý các hợp chất hữu cơ ở dạng tan. Nƣớc thải của công nghiệp giấy và bột giấy có tải lƣợng ô nhiễm chất hữu cơ cao, đặc biệt có chứa hàm lƣợng các hợp chất lignin cao ở dòng thải của xí nghiệp. Các hợp chất của lignin là những chất không có khả năng phân hủy hiếu khí và phân hủy yếm khí rất chậm. Do đó trƣớc khi đƣa nƣớc thải vào xử lý sinh học thì dịch đen của quá trình sản xuất bột giấy cần đƣợc xử lý cục bộ để tách lignin.[ 4 ] Trong nƣớc thải của sản xuất giấy và bột giấy có hàm lƣợng các hợp chất cacbonhydrat cao, là những chất dễ phân hủy sinh học nhƣng lại thiếu nito và photpho là những chất dinh dƣỡng cần thiết cho vi sinh vật phát triển. Do đó trong quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học cần bổ sung các chất dinh dƣỡng, đảm bảo tỉ lệ cho quá trình hiếu khí BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1; đối với quá trình yếm khí BOD5 : N : P = 100 : 3 : 0,5. Đặc tính nƣớc thải ngành giấy thƣờng có tỷ lệ BOD5 : COD ≤ 0,55 và hàm lƣợng COD cao (> 1000 mg/l) nên trong xử lý thƣờng kết hợp giữa phƣơng pháp yếm khí và hiếu khí. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nƣớc thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn chính nhƣ sau [ 3 ]: Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lƣợng và tổng hợp tế bào mới Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lƣợng các tạp chất và mức độ ổn định của lƣu lƣợng nƣớc thải vào hệ thống xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lƣợng oxy trong nƣớc thải, nhiệt độ, pH, dinh dƣỡng và nguyên tố vi lƣợng. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 25
  39. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường a, Bể xử lý hiếu khí Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nƣớc thải gồm ba giai đoạn sau: - Oxy hóa các chất hữu cơ: Enzyme CxHyOz + O2 CO2 + H2O + ∆H - Tổng hợp tế bào mới: Enzyme CxHyOz + NH3 + O2 Tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + C5H7NO2 - ∆H - Phân hủy nội bào: Enzyme C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 ± ∆H Các quá trình xử lý sinh học bằng phƣơng pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, ngƣời ta tạo điều kiện tối ƣu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ 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 có thể chia thành: - Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trƣởng dạng lơ lửng chủ yếu đƣợc sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon nhƣ quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số những 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 trƣởng dạng dính bám nhƣ quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hóa với màng cố định. Xử lý BOD có trong nguồn nƣớc, quá trình này là quá trình sinh trƣởng hiếu khí, chuyển hóa các hợp chất hữu cơ tan có trong nguồn nƣớc thành bùn hoạt tính tồn tại ở dạng pha rắn. Quá trình xử lý này gồm 2 giai đoạn: + Dùng vi sinh vật hiếu khí kết hợp với oxy để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ tan có trong nƣớc thành tế bào vi sinh vật mới (sinh tổng hợp tế bào). Quá trình đƣợc mô tả chi tiết bằng phƣơng trình sau: ↑ C18H19O9N + 0,74NH3 + 8,8O2 → 1,74C5H7NO2 + 9,3CO2 + 4,52H2O [ 12 ] + Dùng oxy trong không khí để oxy hóa các hợp chất hữu có tan có trong nguồn nƣớc để chuyển hóa thành các hợp chất khí (chủ yếu là CO2) và các thành Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 26
  40. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường phần khác. Ngoài ra lƣợng oxy dƣ còn đƣợc dùng để chuyển hóa các hợp chất + - - chứa nito (chủ yếu là NH4 ) thành NO2 và NO3 . Quá trình đƣợc mô tả chi tiết bằng phƣơng trình sau: ↑ + - C18H19O9N + 19,5O2 → 18CO2 + 9H2O + H + NO3 [ 12 ] Quá trình xử lý này chủ yếu sử dụng các chủng vi sinh vật nhƣ: chủng VSV Nitrosomonas, Nitrobacter. b, Bể xử lý yếm khí Thiết bị xử lý sinh học yếm khí có thể là hồ yếm khí (anaerobic lagoon) hay các loại thiết bị yếm khí cao tốc nhƣ UASB. Quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phƣơng trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kị khí có thể biểu diễn đơn giản nhƣ sau: Vi sinh vật Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + tế bào mới Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kị khí xảy ra theo bốn giai đoạn: - Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử - Giai đoạn 2: Acid hóa - Giai đoạn 3: Acetate hóa - Giai đoạn 4: Methane hóa * Quá trình tiếp xúc kị khí (Anaerobic Contact Process) Một số loại nƣớc thải có hàm lƣợng chất hữu cơ cao có thể xử lý rất hiệu quả bằng quá trình tiếp xúc kị khí. Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn và nƣớc thải trong bể đƣợc khuấy trộn tuần hoàn. Sau khi phân hủy, hỗn hợp đƣợc đƣa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nƣớc. Bùn đƣợc tuần hoàn trở lại bể kị khí. Lƣợng bùn dƣ thải bỏ thƣờng rất ít do tốc độ sinh trƣởng của vi sinh vật khá chậm. * UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Đây là một trong những quá trình kị khí đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do hai đặc điểm chính sau: - Cả ba quá trình phân hủy – lắng bùn – tách khí đƣợc lắp đặt trong cùng một công trình Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 27
  41. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường - Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vƣợt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kị khí sử dụng UASB còn có những ƣu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí nhƣ: - Ít tiêu tốn năng lƣợng vận hành - Ít bùn dƣ, nên giảm chi phí xử lý bùn - Bùn sinh ra dễ tách nƣớc - Nhu cầu dinh dƣỡng thấp nên giảm đƣợc chi phí bổ sung dinh dƣỡng - Có khả năng thu hồi năng lƣợng từ khí methane - Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kị khí có thể hồi phục và hoạt động đƣợc sau một thời gian ngƣng không nạp liệu. 2.3. Xử lý nƣớc thải của công đoạn sản xuất bột giấy [ 3 ] Trong quá trình nấu bột giấy bằng phƣơng pháp CTMP có một lƣợng COD trong dịch nấu. Sau khi đã thu hồi hóa chất, dịch đen (dịch thải đặc và dịch ngƣng tụ) này cần phải xử lý hóa lý bằng keo tụ kết lắng sau đó thực hiện bằng xử lý sinh học: metan hóa (kị khí) và bằng bùn hoạt tính (hiếu khí). Nƣớc thải sau khi xử lý bằng kị khí, có thể trộn lẫn với nƣớc thải khác (chủ yếu của nhà máy giấy) để xử lý hiếu khí. Quy trình công nghệ này (hình 2.1) cho phép giảm từ 90 – 98% BOD5 và từ 80 – 90% COD. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 28
  42. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Chất thải đặc Mêtan hóa Chất ngƣng tụ Hớt Lắng Trung Làm Bùn Chất váng hòa lạnh hoạt loại tính Nƣớc ra bỏ thải cát Bùn dƣ Cô đ ặc dự trữ Khử nƣớc của bùn bùn Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát xử lý nƣớc thải bột giấy CTMP: phƣơng pháp hóa nhiệt cơ * Xử lý nƣớc thải từ công đoạn sản xuất giấy báo TMP Trong các nhà máy hiện đại có trang bị chu trình tuần hoàn nội bộ, nếu các chất thải đƣợc tập hợp đƣa đến dây chuyền xử lý (hình 2.2). Nƣớc thải Kết tủa Làm Trung Mêtan TMP, Tẩy mực nhà lắng lạnh hòa hóa máy giấy Bùn hoạt Nƣớc ra tính Hình 2.2. Sơ đồ xử lý nƣớc thải bột giấy báo với TMP TMP: phƣơng pháp nghiền cơ nhiệt Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 29
  43. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 2.4. Xử lý nƣớc thải của nhà máy sản xuất giấy và cactong [ 3 ] Cần nghiên cứu kĩ sự khác nhau giữa sản xuất giấy và cactong. Cần phải biết rõ tất cả các tham số gắn liền với nguyên liệu sử dụng, các chất bổ sung, loại giấy hay cactong đƣợc sản xuất, thiết bị thu hồi hiện có Để đơn giản ta chia thành hai loại sản xuất chính: * Nhà máy sản xuất giấy lƣợn sóng, cactong từ giấy cũ. Sau khi đã tuần hoàn lại toàn bộ, chất rắn huyền phù đƣợc thu hồi, nƣớc thải ra vẫn còn đậm đặc chất hữu cơ (COD > 2000 mg/l). Hình 2.3 giới thiệu một sơ đồ xử lý tƣơng ứng. Hớt Trung TURB Bùn Nƣớc váng, hòa có -OCIR Mêtan hoạt thải Bể thể CULA hóa tính chung đệm đông -TOR tụ Tuần hoàn bùn sản xuất Nƣớc ra Tuần hoàn từng phần nƣớc đã lắng Làm đặc bùn Khử nƣớc trong sản xuất Hình 2.3. Sơ đồ xử lý nƣớc thải của nhà máy giấy cũ từ nguyên liệu giấy cũ Hệ thống cần một bể điều hòa. Xử lý hóa lý bằng đông tụ- kết bông TURBOCIRCULATOR bằng cách phun nhôm sulfat và chất đa điện li vào bể nƣớc thải và có thể loại bỏ đƣợc 95 – 99% chất rắn huyền phù. Có thể thay Turbocirculator bằng máy tuyển nổi Sediflotazur. Xử lý kị khí (metan hóa) giảm đƣợc 60 – 90% COD của tải khi vào bể phản ứng kị khí, thay đổi từ 6 – 40 kgCOD/m3.ngày. Metan đƣợc thu lại cho phép dùng làm chất đốt thay thế nồi hơi. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 30
  44. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Nƣớc thải sau khi xử lý kị khí chƣa đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn nƣớc thì phải xử lý tiếp theo bằng bùn hoạt tính để giảm BOD5 đƣợc khoảng 90% và COD đƣợc 80%. Trong quy trình công nghệ, sau khi xử lý hóa lý, tùy thành phần của nƣớc thô và hiệu quả xử lý ta có các sơ đồ xử lý sinh học khác: - Với kĩ thuật bùn hoạt tính, tiếp theo có hoặc không có lọc sinh học. - Có thể thay kĩ thuật bùn hoạt tính bằng màng sinh học với các lọc sinh học. Bùn sinh học sơ cấp đƣợc tuần hoàn cho xử lý. * Nhà máy sản xuất giấy từ bột giấy. Sản xuất giấy kiểu này không cho phép tuần hoàn nƣớc và huyền phù từ trạm xử lý. Việc tuần hoàn đƣợc thực hiện trên chu trình ngắn từng công đoạn. Do đó lƣợng nƣớc cần nhiều và nồng độ COD và BOD5 nhỏ hơn yêu cầu xử lý kị khí. Các sơ đồ xử lý có thể là khác nhau tùy thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm đầu vào và yêu cầu làm sạch. + Xử lý hóa lý Nói chung là cần qua xử lý hóa lý. Trong hệ thống cần có 1 bể đệm trung gian làm đông – tụ kết bông bằng cách phun nhôm sulfat và polyme. Ở đây có thể loại tới 85 – 95% SS. Hình 2.4 là sơ đồ xử lý hóa lý nƣớc thải giấy. Hớt Bể Trung TURBOCIR Tới nơi xử váng đệm hòa lý sinh học CULATOR Nƣớc vào Bùn sinh học dƣ Làm đặc Loại bỏ bùn nƣớc Hình 2.4. Sơ đồ xử lý hóa lý nƣớc thải công nghiệp giấy Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 31
  45. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường + Xử lý sinh học Tùy thuộc vào nồng độ BOD5 của nƣớc đã xử lý sơ bộ và hiệu suất mong muốn cuối cùng, ngƣời ta dự kiến nhiều sơ đồ xử lý sinh học nhƣ hình 2.5. 1 L ớ p Hi ệu suất phân hủy (HS) BOD5 60 – 75% vi khuẩn 2 HS BOD5 90 – 98% Bùn Nƣớc ra khỏi hoạt tính TURBOCIR- 3 HS BOD 60 – 70% BIOFOR 5 CULATOR Bùn hoạt tính 4 L ớ p hoặc vi khuẩn BIOFOR Hình 2.5. Các sơ đồ có khả năng xử lý sinh học nƣớc thải công nghiệp giấy Bùn sinh học dƣ đã loại bỏ nƣớc đƣợc trộn với bùn ban đầu đƣa vào hệ thống xử lý. Theo sơ đồ (2) thƣờng hay đƣợc dùng nhất, cả trong trƣờng hợp BOD5 > 300 mg/l. Hiệu suất xử lý có thể đạt đƣợc 90 – 98% BOD5 và 85 – 95% COD. Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng còn lại trong nƣớc đã xử lý từ 5 – 20 mg/l. Sơ đồ (1) và (3) đƣợc áp dụng trong một số trƣờng hợp đặc biệt Sơ đồ (1): hiệu quả loại bỏ BOD5 nhỏ hơn 70% Sơ đồ (3): dùng xử lý nƣớc thô có BOD5 nhỏ hơn 100 – 150 mg/l và hiệu quả xử lý chỉ đạt tới 60 – 70% hoặc nhỏ hơn. Ngoài ra sơ đồ (3) có thể dùng để xử lý kết thúc sơ đồ (2) hay (4) để cho phép thu đƣợc nƣớc đã xử lý có chứa ít hơn 5 – 10 mg/l SS và BOD5. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 32
  46. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường + Xử lý bổ sung: Loại bỏ COD không có khả năng phân hủy sinh học và màu. Có thể xử lý đặc biệt nhƣ: hấp phụ trên than hoạt tính, siêu lọc, ozon hóa, kết tủa hóa học. Ngoài các phƣơng pháp trên nƣớc thải giấy có thể xử lý bằng hồ sinh học có đƣợc làm thoáng. Song, xử lý bằng hồ sinh học không đƣợc dùng phổ biến, vì hiệu suất xử lý thấp, sự tắc nghẽn lớn và có những khó khăn riêng (lấp đầy, son khí, sƣơng mù, nguy cơ có mùi) Muốn làm nƣớc trong tốt hơn thì sau khi lắng 2 nƣớc thải đƣợc xử lý bổ sung gồm: - Xử lý hóa lý: đông tụ - kết bông (dùng vôi, nhôm sulfat, polyme), tiếp theo là lắng, tuyển nổi và lọc. - Xử lý với BIOFOR (lọc sinh học hiếu khí bằng oxi) - Xử lý đặc biệt: hấp phụ bằng than hoạt tính, siêu lọc thải màu, ozon hóa để khử màu. Vấn đề không đạt yêu cầu của nƣớc thải sau xử lý tại một số nhà máy giấy hiện nay là do nhiều khía cạnh. Nguyên nhân chủ yếu vẫn là do các doanh nghiệp vì lợi nhuận, sợ tốn kém do đầu tƣ hệ thống xử lý nƣớc thải và vận hành hệ thống mà lén lút xả trộm Chính vì vậy việc đề xuất các phƣơng án xử lý nƣớc thải công nghiệp giấy hiệu quả và triệt để, phù hợp về chi phí là vấn đề cần thiết hiện nay. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 33
  47. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường CHƢƠNG 3. ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT GIẤY 3.1. Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất giấy [ 8 ] Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ của trạm xử lý nƣớc thải dựa vào các yếu tố cơ bản sau: - Có khả năng xử lý đƣợc đa dạng nguồn gây ô nhiễm hữu cơ - Hiệu quả xử lý cao, chất lƣợng nƣớc đầu ra phải đảm bảo và ổn định - Đảm bảo tính liên tục - Vận hành, bảo trì và bảo dƣỡng định kỳ đơn giản - Thiết bị thay thế sẵn có và phổ biến trên thị trƣờng - Hiệu quả kinh tế (chi phí đầu tƣ và vận hành hợp lý) - Phù hợp với kiến trúc cảnh quan tổng thể của toàn khu vực - Phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất thủy văn của khu vực - Kiểu dáng công nghiệp phù hợp với quy hoạch trung của toàn bộ dự án 3.2. Các thông số thiết kế và yêu cầu xử lý 3.2.1. Đặc trưng nước thải của cơ sở lựa chọn thiết kế Trong quá trình tính toán thiết kế, đề tài lựa chọn nhà máy sản xuất giấy A với các thông số ô nhiễm đặc trƣng nằm trong khoảng dao động chung của các cơ sở sản xuất giấy. Các thông số đặc trƣng của nhà máy giấy A đƣợc chỉ ra nhƣ sau: Bảng 3.1. Các thông số đầu vào của nước thải nhà máy sản xuất giấy A QCVN Thông số Đầu vào 40 : 2011/BTNMT (loại B) pH 10 5.5 – 9 BOD5 tổng (mg/l) 700 ≤ 50 COD (mg/l) 2000 ≤ 150 SS (mg/l) 180 ≤ 100 Độ màu (Pt – Co) 1985 ≤ 150 Tổng N (mg/l) 50 ≤ 40 Tổng P (mg/l) 12 ≤ 6 Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 34
  48. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 3.2.2. Yêu cầu xử lý : - (theo QCVN 40:2011 – ). - . - . 3.3. Các phƣơng án công nghệ đề xuất xử lý nƣớc thải sản xuất giấy Vấn đề xử lý nƣớc thải sản xuất giấy luôn là vấn đề đƣợc các chủ nhà máy, xí nghiệp quan tâm. Vì vậy các phƣơng án công nghệ đề xuất ra phải đảm bảo các yếu tố sau: nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn, chi phí đầu tƣ xây lắp và vận hành ở mức hợp lý. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 35
  49. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 3.3.1. Phương án 1 Trộn hóa chất Nƣớc thải Song Bể điều Bể phản Bể keo tụ Lắng chắn rác hòa ứng đứng Lọc Biofor Máy nén khí Bể hiếu Clo khí Nguồn Khử Lọc áp Chất xúc Bể oxi tiếp trùng lực tác hóa bậc cao nhận Máy phát ozone Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ theo phƣơng án 1 a. Thuyết minh qui trình công nghệ Nƣớc thải sau sản xuất đƣợc đƣa qua song chắn rác giữ lại các tạp chất thô. Sau đó nƣớc tiếp tục đƣợc đƣa sang bể điều hòa nhằm điều hòa lƣu lƣợng và nồng độ. Nƣớc thải tiếp tục đƣợc đƣa qua bể phản ứng (có trộn hóa chất) để hình thành bông cặn và đƣa sang bể keo tụ. Sau đó đƣa nƣớc sang bể lắng 1 và tiếp tục đƣa sang bể lọc biofor (kỵ khí- quá trình vi sinh dính bám) nhằm làm giảm lƣợng BOD, không gây quá tải trong bể hiếu khí. Tại bể hiếu khí có hệ thống thổi khí cung cấp oxi cho bể để hiệu quả của quá trình xảy ra hoàn toàn. Nƣớc tiếp tục qua bể oxi hóa bậc cao bằng ozone đến thiết bị chất xúc tác (máy Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 36
  50. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường phát ozone) đến bể lọc áp lực, sau đó khử trùng bằng clo và nƣớc đƣợc xả ra nguồn tiếp nhận. b, Ưu điểm - Qua nhiều công đoạn lọc và khử trùng bằng ozone nên nguồn nƣớc đảm bảo chất lƣợng. - Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng có hiệu quả cao, cấu tạo đơn giản, không cần máy móc cơ khí, không tốn chiều cao xây dựng. - Chiếm một diện tích khá nhỏ trong xây dựng bởi số lƣợng công trình ít. c, Nhược điểm - Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng thƣờng khởi động chậm, lớp cặn lơ lửng đƣợc hình thành và làm việc có hiệu quả chỉ sau 3- 4 tuần. - Bể lắng đứng không đáp ứng đƣợc công suất lớn trong xử lý. - Chi phí vận hành cao do tốn chi phí hóa chất và tốn chi phí thiết bị. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 37
  51. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 3.3.2. Phương án 2 Nƣớc thải quá trình xeo gi ấ y Cát Song Bể Sân ch ắ n l ắ ng phơi Nƣớc thải quá rác cát cát Ch Chôn lấp trình sản xuất Hố thu b ộ t gi ấ y Bể điều hòa Nƣớc tách bùn Chôn lấp Bể trộn hóa chất Máy ép Bể nén Bể chứa Bể lắng I bùn bùn bùn Thu hồi bột Clo Tuần hoàn bùn Khử trùng Bể lắng II Bể Arotank Nguồn tiếp nhận Máy thổi khí Thổi khí Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ theo phƣơng án 2 Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 38
  52. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường a. Thuyết minh qui trình công nghệ Nƣớc thải từ công đoạn sản xuất giấy đƣợc đƣa qua hố thu nhằm điều chỉnh pH thích hợp và nƣớc từ công đoạn xeo giấy đƣợc đƣa qua song chắn rác nhằm giữ lại những tạp chất thô (chủ yếu là rác) có trong nƣớc thải. Sau đó nƣớc đƣợc đƣa qua bể lắng cát lắng các tạp chất vô cơ đảm bảo cho các quá trình xử lý sau. Cát từ bể lắng đƣợc dẫn đến sân phơi cát để làm ráo nƣớc và đem đi chôn lấp hoặc trải đƣờng. Nƣớc tiếp tục đƣa sang bể điều hòa nhằm ổn định lƣu lƣợng và nồng độ. Từ bể điều hòa, nƣớc đƣợc bơm trực tiếp sang bể trộn hóa chất (trộn phèn) nhằm keo tụ giảm lƣợng chất rắn lơ lửng. Sau đó đƣa nƣớc sang bể lắng I để loại bỏ các cặn sinh ra trong quá trình trộn hóa chất. Ở đây ta thu hồi bột, còn một phần bùn đƣợc đƣa sang bể chứa bùn. Còn nƣớc đƣa sang bể arotank (quá trình bùn hoạt tính vi sinh vật lơ lửng) có quá trình thổi khí. Sau đó tiếp tục đƣợc đƣa sang bể lắng II (lắng ly tâm) qua khử trùng (có thổi khí) bằng clo và xả ra nguồn tiếp nhận. Một phần bùn hoạt tính (sinh vật lơ lửng) từ bể lắng II đƣợc dẫn trở lại arotank để tiếp tục tham gia quá trình xử lý (bùn hoạt tính tuần hoàn), phần còn lại (bùn hoạt tính dƣ) đƣợc dẫn đến bể chứa bùn rồi đến bể nén và ép bùn nhằm làm giảm độ ẩm và thể tích. Sau đó đem chôn lấp hoặc dùng làm phân bón, nƣớc tách bùn từ bể nén bùn và công đoạn ép bùn sẽ đƣợc dẫn lại bể arotank để tiếp tục xử lý. b. Ưu điểm - Giảm lƣợng hóa chất ngay ban đầu (nƣớc đƣợc đƣa vào hố thu để điều chỉnh pH). - Dây chuyền công nghệ này không cần có bể phản ứng trƣớc bể trộn hóa chất. - Nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại B. c. Nhược điểm - Xây dựng và quản lý khá tốn kém. - Đòi hỏi ngƣời quản lý có chuyên môn cao. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 39
  53. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 3.4. Lựa chọn phƣơng án Dựa trên ƣu nhƣợc điểm của cả 2 phƣơng án trên, xét về mặt kĩ thuật thì phƣơng án 1 có cấu tạo đơn giản hơn, tuy nhiên xét về mặt hiệu quả kinh tế so với phƣơng án 1 và chất lƣợng nƣớc thải đầu ra thì phƣơng án 2 vẫn là lựa chọn tốt nhất. Do phƣơng án 1 còn có nhiều nhƣợc điểm, đặc biệt là tính ứng dụng rộng rãi là không cao. Bởi vậy cả hai phƣơng án đều có chi phí cao nhƣng phƣơng án 2 ƣu việt và nổi trội hơn cả. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 40
  54. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường CHƢƠNG 4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ  Các chỉ tiêu nƣớc thải đầu vào - BOD5 = 700 (mg/l) - COD = 2000 (mg/l) - SS = 180 (mg/l) - Tổng N = 50 (mg/l) - Tổng P = 12 (mg/l)  Lƣu lƣợng nƣớc thải tính toán Giả thiết nhà máy A sản xuất 3ca/ngày đêm. 3 + Lƣu lƣợng trung bình ngày đêm: Qtb = 1000 m /ngày đêm + Lƣu lƣợng trung bình giờ: Q 1000 m3 Qh = tb = = 41,667 ( ) tb 24 24 h + Lƣu lƣợng trung bình giây: Q 1000 m3 Qs = tb = = 0,011 ( ) tb 24 3600 24 3600 s + Lƣu lƣợng tính theo giờ lớn nhất: m3 Qh = Qs K h = 0,028 ( ) max tb s Với Kh: là hệ số vƣợt tải theo giờ lớn nhất (K = 1,5 – 3,5). Chọn K = 2,5 (theo Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn) 4.1. Bể trộn chất kiềm hóa [ 6 ] 4.1.1. Mục đích Nâng pH của nƣớc tạo điều kiện thuận lợi cho các công trình xử lý tiếp theo. 4.1.2. Tính toán bể trộn chất kiềm hóa Dùng vôi để kiềm hóa nƣớc, dạng vôi sử dụng là vôi sữa. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 41
  55. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường  Liều lƣợng vôi cần dùng là: P 100 35 100 mg Pv = e1 ( - Kt + 1) = 28 ( - 1,5 + 1) = 4 e2 C 57 80 l Trong đó: P : hàm lƣợng phèn dùng để keo tụ (mg/l) e1 : trọng lƣợng đƣơng lƣợng của vôi (mg/mgđl) e2 : trọng lƣợng đƣơng lƣợng của phèn nhôm (mg/mgđl) Kt : độ kiềm nhỏ nhất của nguồn nƣớc, Kt = 1,5 mgđl/l C = 80% là độ tinh khiết của vôi thƣơng mại  Thể tích bể pha chế vôi sữa: Q h n P 41,667 8 4 V = tb v = = 0,027 (m3) 10000 b  10000 5 1 Trong đó: h 3 Qtb : lƣu lƣợng trung bình giờ (m /h) n : số giờ giữa hai lần pha vôi (n = 8h) b : nồng độ vôi sữa (b = 5%) 3  : khối lƣợng riêng của vôi sữa (1000 kg/m )  Lƣợng vôi cần thiết sử dụng: -3 m = Q Pv = 1000 4 10 = 4 kg/ngày đêm  Lƣợng vôi thực cần dùng (độ tinh khiết 80%): m 4 mth = = = 5 kg/ngày đêm C 0,8  Lƣợng vôi sữa 5%: mth 5 mdd = = = 100 kg/ngày đêm 0,05 0,05  Thể tích vôi sữa cần dùng: mdd 100 3 3 Vdd = = = 0,1 m /ngày đêm = 0,004 m /h  1000 Chọn 2 bơm định lƣợng để bơm dung dịch vôi sữa đã pha vào bể trộn thủy lực, một bơm làm việc, một bơm nghỉ. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 42
  56. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường  Đƣờng kính thiết bị pha trộn: 4 V 4 0,027 D = 3 = 3 = 0,33 m  Đƣờng kính máy khuấy: d = D = 0,165 m 2  Năng lƣợng cần thiết cho máy khuấy hoạt động: 2 2 P = G  V = 200 0,001 0,027 = 1,08 W Trong đó: G : gradient vận tốc (s-1), chọn G = 200 s-1 0 2 2  : độ nhớt động lực của nƣớc ở 20 C (N.s/m ),  = 0,001N.s/m V : thể tích bể pha chế (m3) Chọn chiều cao của bể h = 0,8 m Chọn máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng 450, đƣờng kính cánh khuấy 0,3 m. 4.2. Hố thu nƣớc của giai đoạn sản xuất bột giấy [ 6 ] 4.2.1. Mục đích Thu nƣớc từ nguồn thải và ổn định pH của nguồn nƣớc giúp xử lý các công trình sau đạt hiệu quả tốt hơn. 4.2.2. Tính toán  Thời gian lƣu: 2h  Thể tích hố thu: 1000 W = Qh t = 2 = 83,334 m3 tb 24 Chọn chiều cao lƣu nƣớc là 5m  Tiết diện hố thu: f = = 83,334= 16,666 m2 h 5 → Ta chọn chiều rộng hố thu là 5m → Chiều dài hố thu là 3,333m. Ta chọn chiều dài hố thu là 4m Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 43
  57. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Trong hố thu chọn 2 máy khuấy tuabin cánh nghiêng 450 Đƣờng kính cánh khuấy 0,5m  Năng lƣợng cần cung cấp: 2 2 = G  W = 200 0,001 83,334 = 3333,36 W = 3,33336 Kw P 3,33336  Công suất máy khuấy : N = = = 4,1667 kw  0,8 Với  : công suất hữu ích của máy, chọn  = 80% -1.00 -2.80 Hình 4.1. Sơ đồ hố thu gom nƣớc 4.3. Song chắn rác [ 6,11 ] 4.3.1. Mục đích Nƣớc thải dẫn vào hệ thống xử lý nƣớc trƣớc hết phải qua song chắn rác. Tại đây các thành phần rác có kích thƣớc lớn nhƣ: nhánh cây, gỗ, nhựa, giấy, rễ cây đƣợc giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc nghẽn và bào mòn bơm, đƣờng ống hoặc kênh dẫn. Đây là bƣớc quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nƣớc thải. 4.3.2. Tính toán song chắn rác Chọn loại song chắn có kích thƣớc khe hở b = 0,016m Tiết diện song chắn hình chữ nhật có kích thƣớc: s 1 8 50mm Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 44
  58. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Chiều sâu lớp nƣớc ở song chắn rác lấy bằng chiều cao lớp nƣớc của cống dẫn nƣớc thải: chọn h1 = 0,1m Song chắn rác làm giảm tiết diện dòng chảy nên phải mở rộng về hai phía một góc 200 để tránh hiện tƣợng chảy rối.  Số khe hở song chắn rác: s Qmax 0,028 N = kz = 1,05 ≈ 30 khe vs b h1 0,6 0,016 0,1 Trong đó: kz = 1,05 – hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy lƣu lƣợng giây lớn nhất của nƣớc thải vs : tốc độ nƣớc chảy qua song chắn rác (0,4 – 0,8 m/s); chọn vs = 0,6 m/s  Chiều rộng của song chắn rác: Bs = S (N – 1) + (b N) = 0,008 (30 – 1) + (0,016 30) = 0,712 m Trong đó: S là chiều dày thanh song chắn = 0,008m  Tổn thất áp lực qua song chắn rác: 2 vmax hs =  k 2g Trong đó: vmax : vận tốc nƣớc thải trƣớc song chắn ứng với Qmax, vmax = 0,6m/s k: hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do rác bám, k = 2÷3. Chọn k = 3  : hệ số tổn thất áp lực cục bộ, đƣợc xác định theo công thức: 4 4 s 3 0,008 3   sin 2,42 sin600 = 0,832 b 0,016 Với: : góc nghiêng đặt song chắn rác, chọn = 600  : hệ số phụ thuộc hình dạng thanh đan,  = 2,42  Vậy: 0,6 2 hs = 0,832 3 = 0,046m 2 9,81 Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 45
  59. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường β= 2,42 β= 1,83 β= 1,67 β= 1,97 β= 0,92  Chiều dài phần mở rộng trƣớc song chắ n rác: Bs Bk 0,712 0,2 L1 = = 0,703 (m) 2 tan 2tan 200 Trong đó: Bs: chiều rộng của song chắn rác Bk : bề rộng mƣơng dẫn, chọn Bk = 0,2m 0 : góc nghiêng chỗ mở rộng, thƣờng lấy = 20  Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác: L2 = 0,5 L1 = 0,5 0,703 = 0,351 (m)  Chiều dài xây dựng mƣơng đặt song chắn rác: L = L1 + L2 + Ls = 0,703 + 0,351 + 1,5 = 2,554 (m) Ls : chiều dài phần mƣơng đặt song chắn rác, Ls = 1,5m  Chiều sâu xây dựng mƣơng đặt song chắn rác: H = h1 + hs + hbv = 0,1 + 0,046 + 0,5 = 0,646 m hbv: là chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,5m hs h1 h1 L1 = 703 Ls = 1500 L2 = 351 Bk = 200 Bs = 712 Hình 4.2. Sơ đồ song chắn rác thiết kế Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 46
  60. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 4.4. Bể lắng cát ngang [ 2,13 ] 4.4.1. Mục đích Bể lắng cát ngang đƣợc thiết kế để loại bỏ các tạp chất vô cơ không hòa tan nhƣ cát, xỏi, xỉ và các vật liệu rắn khác có vận tốc lắng (hay trọng lƣợng riêng) lớn hơn các chất hữu cơ có thể phân hủy trong nƣớc thải. Bể lắng cát ngang đƣợc thiết kế sao cho vận tốc chuyển động ngang của dòng chảy là 0,15 m/s ≤ v ≤ 0,3 m/s và thời gian lƣu nƣớc trong bể là 30s ÷ 60s (Điều 6.3.20 TCXD 51 – 84). 4.4.2. Tính toán  Diện tích mặt cắt ngang của bể: s Qmax 0,028 2 Fn = K 1,1 = 1,272 m U 0 0,0242  Tỷ số giữa chiều dài và chiều cao phần công tác: L v 0,2 K = 1,1 = 9,09 H U 0 0,0242 Trong đó: v: vận tốc chuyển động của nƣớc trong bể lắng cát, v = 0,2 – 0,3m/s. Chọn v = 0,2m/s H: chiều cao công tác của bể lắng cát 0,25m – 1m. Chọn H = 0,5m (Điều 6.3.4 – TCXD 51 – 84) U0: độ thô thủy lực của hạt cát (mm/s). Với điều kiện bể lắng cát giữ lại các hạt cát có đƣờng kính = 0,25mm, ta có U0 = 24,2mm/s (theo bảng 4 - 1/trang 33, “tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải” – TS.Trịnh Xuân Lai, 2000) K: hệ số kinh nghiệm tính đến ảnh hƣởng của dòng chảy rối cục bộ trong bể, với bể lắng cát ngang K = 1,1 (theo bảng 24 – 20 TCXD 51 – 84)  Chiều dài của bể: L = 9,09 H = 9,09 0,5 = 4,545 (m)  Chiều rộng bể lắng cát: F 1,272 B = n = 0,28 (m) L 4,545 Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 47
  61. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường  Chiều rộng máng: 3 2 B v B v 1 K 3 2 b = Q s 1 K m 2g max Trong đó: B = 0,28 m , v = 0,2 m/s m: hệ số lƣu lƣợng của cửa tràn phụ thuộc vào góc tới. Chọn góc tới  = 450, cotg = 1, chọn m = 0,352 (Bảng 4 – 2, “tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải”, Trịnh Xuân Lai) Qmin, Qmax: lƣu lƣợng tối thiểu và tối đa đi qua bể lắng cát, khi đó tốc độ nƣớc chảy qua bể là v không đổi. Q 41,667 K = min = 0,4 Qmax 104,167  Vậy: 3 2 2 0,28 0,2 0,28 0,2 1 0,4 3 b = = 0,033 (m) 0,352 2 9,81 0,028 1 0,4  Lƣợng cát lắng trung bình sau mỗi ngày đêm là: Qtb 1000 3 Wc = q 0,15= 0,15 (m /ngày đêm) 1000 o 1000 3 3 Trong đó: qo = 0,15 m /ngày đêm là lƣợng cát trong 1000m nƣớc thải  Chiều cao lớp cát trong 1 ngày đêm: c t 0,15 1 Hc = = = 0,117 (m) L B n 4,545 0,28 1 Với t = 1: chu kỳ xả cát (ngày đêm) n= 1: số đơn nguyên công tác của bể lắng cát  Chiều cao xây dựng của bể lắng cát: Hxd = H + Hc + hbv = 0,5 + 0,117 + 0,1 = 0,717 (m) Với hbv = 0,1m là chiều cao bảo vệ H = 0,5m là chiều sâu làm việc của bể lắng Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 48
  62. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 100 500 4545 280 Hình 4.3. Mặt cắt và mặt bằng bể lắng cát ngang 4.5. Sân phơi cát [ 2,13 ] 4.5.1. Mục đích Làm ráo nƣớc trong hỗn hợp cát và nƣớc để dễ dàng vận chuyển cát đi chôn lấp. Nƣớc từ sân phơi cát đƣợc đƣa về bể điều hòa. 4.5.2. Tính toán Chọn: chiều dài của sân phơi cát Ls = 3m chiều cao của sân phơi cát H = 0,03m thời gian phơi cát = chu kỳ xả cát = 1 ngày đêm 3 thể tích cát Wc = 0,15 m /ngày đêm  Chiều rộng của sân phơi cát: c 0,15 Bs = = = 1,667 (m) t H Ls 1 0,03 3 2  Vậy diện tích của sân phơi cát là: Ls Bs = 3 1,667 = 5 (m ) 4.6. Bể điều hòa [ 6,9 ] 4.6.1. Mục đích Lƣu lƣợng và chất lƣợng nƣớc thải từ cống thu gom chảy về trạm xử lý nƣớc thải, đặc biệt đối với dòng thải công nghiệp và dòng nƣớc mƣa thƣờng xuyên dao động theo thời gian trong ngày. Khi hệ số không điều hòa k ≥ 1,4 thì nên xây dựng bể điều hòa để đảm bảo cho công trình xử lý làm việc ổn định và đạt đƣợc giá trị kinh tế. Có hai loại bể điều hòa: bể điều hòa lƣu lƣợng và bể điều hòa chất lƣợng. Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 49
  63. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Mục đích xây dựng bể điều hòa: - Giảm bớt sự dao động của hàm lƣợng các chất bẩn trong nƣớc do quá trình sản xuất thải ra không đều. - Tiết kiệm hóa chất để trung hòa nƣớc thải. - Giữ ổn định lƣu lƣợng nƣớc đi vào các công trình xử lý tiếp theo.  Sau bể điều hòa có khả năng giảm được: 5% BOD, 5% COD, 15% SS → Hàm lượng BOD, COD, SS trong nước thải là: BOD = (100% - 5%) 700 = 665 (mg/l) COD = (100% - 5%) 2000 = 1900 (mg/l) SS = (100% - 15%) 180 = 153 (mg/l) 4.6.2. Tính toán bể điều hòa Chọn thời gian lƣu nƣớc thải trong bể điều hòa là 4 giờ.  Thể tích bể điều hòa: h 3 V = Qtb t = 41,667 4 = 166,668 (m )  Thể tích thực tế của bể điều hòa: 3 Vth = 1,2 V = 1,2 166,668 = 200 (m ) (theo Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn) Chọn bể hình chữ nhật, chiều dài bể: L = 8m, chiều rộng bể: B = 5m  Chiều cao bể điều hòa: V 166,668 H = = 4,166 m L B 8 5  Chiều cao xây dựng của bể điều hòa: Hxd = H + Hbv = 4,166 + 0,5 = 4,666 m Với Hbv = 0,5m là chiều cao an toàn  Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa: hệ thống cấp khí trong bể điều hòa tạo sự xáo trộn hoàn toàn và tránh gây mùi hôi thối.  Lƣu lƣợng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa: m3 Qkhí = V qkk = 166,668 0,015 60 = 150 ( ) h Trong đó: Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 50
  64. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 3 3 qkk: tốc độ cấp khí trong bể điều hòa, qkk = 0,01 – 0,015 m /m .phút, 3 3 chọn qkk = 0,015 m /m .phút (theo Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Chọn hệ thống phân phối khí là các đĩa thổi khí, các đĩa đặt cách nhau 1m theo chiều rộng và chiều dài. Hình 4.4. Mặt cắt ngang bể điều hòa 4.7. Bể trộn phèn [ 6 ] 4.7.1. Mục đích Hòa tan lƣợng phèn tính toán cần thiết trƣớc khi đƣa lƣợng phèn này vào bể trộn thủy lực. Phèn đƣợc đƣa vào bể trộn phèn. Dƣới tác dụng của cánh khuấy, phèn sẽ tan đều trong nƣớc. Dung dịch phèn này sẽ đƣợc đƣa vào bể trộn thủy lực bằng bơm định lƣợng. 4.7.2. Tính toán Ta có thể chọn phèn nhôm hay phèn sắt nhƣng để đạt hiệu suất cao ta nên sử dụng hỗn hợp phèn nhôm và phèn sắt theo tỷ lệ 1 : 1 (FeCl3 : Al2(SO4)3 = 1 : 1) Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 51
  65. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Bảng 4.1. Liều lƣợng phèn nhôm để xử lý nƣớc đục Hàm lƣợng cặn của nƣớc nguồn Liều lƣợng phèn nhôm Al2(SO4)3 (mg/l) không chứa nƣớc (mg/l) Đến 100 25 – 35 101 – 200 30 – 45 201 – 400 40 – 60 401 – 600 45 – 70 601 – 800 55 – 80 801 – 1000 60 – 90 1001 - 1400 65 - 105 Dựa vào hàm lƣợng cặn trong nƣớc ta chọn lƣợng phèn cần dùng là 35mg/l.  Lƣợng phèn nhôm dùng trong ngày: -3 mkhan = 1000 35 10 = 35 kg/ngày đêm → Lƣợng phèn sắt dùng trong ngày là 35 kg/ngày đêm  Lƣợng phèn nhôm [tính theo Al2(SO4)3.18H2O] : M Al (SO ) .18H O 666 m = 35 2 4 3 2 = 35 = 68,16 kg/ngày đêm M 342 Al2 (SO4 )3  Lƣợng dung dịch phèn nhôm 10% cần dùng là: m 68,16 mdd10% = = = 681,6 kg/ngày đêm C% 10% Trong đó: C : nồng độ dung dịch phèn (C = 10 – 15%)  Lƣu lƣợng dung dịch phèn nhôm cần dùng: mdd10% 681,6 3 Qphèn = = 0,6816 m /ngày = 28,4 l/h  1000 → Lƣu lƣợng dung dịch phèn sắt cần dùng là 28,4 l/h Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 52
  66. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường  Lƣợng nƣớc cần thiết để pha phèn: mdd m phèn 681,6 68,16 3 Vnƣớc = = 0,613 m /ngày đêm  1000 3 Với  = 1000 kg/m là khối lƣợng riêng của nƣớc Sử dụng 2 bơm, hoạt động với chế độ 1 bơm chạy, 1 bơm nghỉ. Nhà máy làm việc 3 ca, mỗi ca pha một lần nên thời gian lƣu t = 8h.  Thể tích bể trộn phèn: 0,6816 8 V = Q t = = 0,23 (m3) 24 Trong đó: t: thời gian lƣu (h), t = 8h Chọn chiều cao bể trộn phèn gấp 1,5 lần đƣờng kính  Ta có đƣờng kính bể: 4 V 4 0,23 D = 3 = 3 = 0,58 (m) 1,5 1,5 → Chiều cao bể: H = 1,5 0,58 = 0,87 (m) Dùng máy khuấy trộn cơ khí để hòa tan lƣợng phèn trên D  Đƣờng kính cánh khuấy d = = 0,29 (m) 2  Năng lƣợng cho cánh khuấy hoạt động P = G2  V 2002 0,001 0,23= 9,2 (W) Trong đó: G: là gradiant vận tốc, chọn G = 200 S-1 µ = 0,001 Ns/m2: độ nhớt của nƣớc ở 200C V: thể tích bể trộn phèn, V = 0,23 m3 Chọn máy khuấy tuabin cánh nghiêng 450, đƣờng kính cánh khuấy 0,156m. Đặt máy khuấy sao cho khoảng cách từ cánh khuấy đến đáy là 0,156m P 9,2  Công suất máy khuấy N = = 11,5 W  0,8 Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 53
  67. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường  : công suất hữu ích của máy, chọn  = 80% 4.8. Bể trộn thủy lực [ 6 ] 4.8.1. Mục đích Trộn đều dung dịch chất keo tụ với nƣớc thải. 4.8.2. Tính toán  Chọn thời gian khuấy trộn là 60s  Chọn G = 1000 S-1 s 3  Thể tích bể: V = Qtb t = 0,011 60= 0,66 (m ) → Chọn V = 0,7 m3  Chọn chiều cao lớp nƣớc trong bể trộn là ho = 2,3 m. → Chiều cao bể trộn H = ho + hbv = 2,3 + 0,5 = 2,8 m Với hbv = 0,5 m là chiều cao an toàn  Chọn bể trộn hình vuông với diện tích là: V 0,7 F = = L B = = 0,25 m2 H 2,8 → Bể trộn có kích thƣớc 0,5 m.  Vậy thể tích thực của bể là 0,5 0,5 2,8 = 0,7 (m3)  Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng 450, đƣờng kính cánh khuấy: B d = 0,25m 2 Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng bằng đƣờng kính cánh khuấy.  Năng lƣợng cần truyền cho máy khuấy hoạt động là: P = G2  V = 10002 0,001 0,7 = 700 W 700  Công suất của động cơ: N = = 875 W 0,8 Với  = 80% là công suất hữu ích của máy  Số vòng quay của máy khuấy 1 1 P 3 700 3 n = 5 = 5 = 8,722 vòng/s = 523,32 vòng/phút K D 1,08 1000 0,25 Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 54
  68. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Trong đó: 3 : khối lƣợng riêng của nƣớc thải, = 1000 kg/m K: hệ số sức cản của nƣớc (đối với máy khuấy tuabin K = 1,08). (theo Cấp nước tập 2 – Trịnh Xuân Lai) 4.9. Bể lắng đợt 1 [ 6 ] 4.9.1. Mục đích Loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nƣớc thải qua bể điều hòa. Ở đây các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nƣớc sẽ lắng xuống đáy. Hàm lƣợng chất lơ lửng sau khi qua bể lắng đợt 1 cần đạt ≤ 150mg/l. Bảng 4.2. Các thông số cơ bản thiết kế cho bể lắng đợt 1 Giá trị Thông số Khoảng dao động Đặc trƣng Thời gian lƣu nƣớc, giờ 1,5 – 2,5 2,0 Tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày Lƣu lƣợng trung bình 31 - 50 40 Lƣu lƣợng cao điểm 81 - 122 89 Tải trọng máng thu, m3/m.ngày 124 - 490 248 Chiều sâu H của bể lắng, m 3 – 4,8 4,2 [Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai]  Các thông số sau khi ra khỏi bể lắng 1 phải đạt BOD = 80% 665 = 532 (mg/l) COD = 80% 1900 = 1520 (mg/l) SS = 55% 153 = 84,15 (mg/l) 4.9.2. Tính toán bể lắng 1  Chọn bể lắng 1 sử dụng là bể lắng ngang thu hồi nƣớc ở cuối bể.  Diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng: Q 1000 F = = 28,571 (m2) U 0 35 Trong đó: Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 55
  69. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Q: lƣu lƣợng nƣớc thải, m3/ngày đêm 3 2 U0 : tải trọng bề mặt, chọn U0 = 35 m /m .ngày → Chọn chiều dài L = 10 m, chiều rộng B = 3 m  Thể tích bể lắng : V = 10 3 3,2 = 96 m3 Trong đó chọn chiều cao vùng lắng h = 3,2 m  Kiểm tra lại thời gian lưu nước của bể lắng  Diện tích bể lắng: F = L B = 10 3 = 30 m2 V 96 24  Thời gian lƣu nƣớc: t = = 2,304 (h) → thỏa mãn Q 1000  Tải trọng bề mặt: Q 1000 3 2 U0 = = 33,333 (m /m .ngày) F 30 m3 Với điều kiện: U0 = 31 – 50 ( ) → thỏa mãn m 2 .ngày  Tính toán lượng bùn sinh ra Giả sử hiệu suất xử lý cặn lơ lửng đạt 45% ở tải trọng 40 m3/m2.ngày.  Lƣợng bùn tƣơi sinh ra mỗi ngày: 3 3 1kg kgSS Mtƣơi = 153gSS/m 1000m /ngày 0,45 = 68,85 ( ) 1000g ngày Giả sử bùn tƣơi của nƣớc thải nhà máy giấy có hàm lƣợng cặn 5% (tức là có độ ẩm 95%). Tỉ số VSS : SS = 0,8 và khối lƣợng riêng bùn tƣơi là 1,053 kg/l  Vậy lƣu lƣợng bùn tƣơi cần phải xử lý là: 68,85kg / ngày l m3 Qtƣơi = = 1307,692 ( ) = 1,307 ( ) 0,05 1,053kg / l ngày ngày  Lƣợng bùn tƣơi có khả năng phân hủy sinh học: kgVSS Mtƣơi(VSS) = 0,8 68,85 = 55,08 ( ) ngày  Tính bơm bùn đến bể nén bùn: bơm 10 phút/ngày Q g H 1,453 1053 9,81 10 N = t = = 0,313 (Kw) 1000  1000 0,8 10 60 Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 56
  70. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Trong đó: 3 Qt: lƣu lƣợng bùn bơm đến bể nén bùn, m /s H: chiều cao cột áp toàn phần, H = 10mH2O 3 : khối lƣợng riêng của bùn, = 1053 kg/m g: gia tốc trọng trƣờng, g 9,81 m/s2  : hiệu suất của bơm,  = 73% - 90%. Chọn  = 80%  Công suất thực tế của máy bơm: Ntt = 1,2 N = 1,2 0,313 = 0,3756 (kw) Chọn 1 bơm công suất 0,3756kw để bơm bùn đến bể nén bùn. 4.10. Bể Aerotank [ 6,9,13 ] 4.10.1. Mục đích Phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nhờ vi sinh vật hiếu khí, để giảm tải lƣợng ô nhiễm đến mực 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 không lắng đƣợc. Sau thời gian lƣu nƣớc trong bể, nƣớc thải đƣợc dẫn vào bể lắng 2. Tại bề lắng 2, một phần bùn sẽ đƣợc đƣa trở lại bể aerotank, phần còn lại sẽ đƣa qua bể tiêu bùn. Khối lƣợng bùn tuần hoàn và không khí cần cung cấp phụ thuộc vào lƣu lƣợng nƣớc và nồng độ các chất ô nhiễm vào bể.  Các thông số thiết kế - Lƣu lƣợng trung bình của nƣớc thải trong một ngày đêm: Q = 1000m3/ngày đêm - BOD5 đầu vào = 532 mg/l - COD đầu vào = 1520 mg/l - SS đầu vào = 84,15 mg/l - Lƣợng bùn hoạt tính trong nƣớc thải đầu ở đầu vào bể X0 = 0 Giả sử theo kết quả thực nghiệm ta tìm đƣợc các thông số động học sau: -1 - Y = 0,5mgVSS/mgBOD5; kd = 0.072ngày Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 57
  71. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường - ) Xr = 10000 mg/l Có thể áp dụng các điều kiện sau để tính toán quá trình bùn hoạ trộn hoàn toàn: - Tỉ số MLVSS/MLSS = 0,7 - Hàm lƣợng bùn hoạt tính trong bể aeroten MLVSS = 3200mg/l - Thời gian lƣu bùn trung bình c = 10 ngày - Nƣớc thải sau lắng đạt tiêu chuẩn loại B, BOD5 ở đầu ra 50mg/l. - : 84,15 x 40% = 33,66 (mg/l), trong đó 65% cặn dễ phân hủy sinh học. - Tỉ số BOD5/BODL = 0,68 - Hàm lƣợng bùn hoạt tính lắng xuống đáy bể lắng có hàm lƣợng chất rắn 0,8% và khối lƣợng riêng là 1,008kg/l - Hiệu suất chuyển hóa oxi của thiết bị khuếch tán là 8%, hệ số an toàn là 1,5 - Oxi chiếm 21% trọng lƣợng thể tích không khí và khối lƣợng riêng không khí là 1,2kg/m3 - Độ ) - Loại và chức năng của bể: bể aerotank khuấy trộn hoàn toàn - N : BOD : N : P = 100 : 5 : 1 (theo ử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình” - Lâm Minh Triết , Nguyễn Phước Dân, Nguyễn Thanh Hùng) 4.10.2. Tính kích thước bể Aerotank Xác định BOD5 hòa tan trong nƣớc thải đầu ra tính theo công thức:  BOD5 ở đầu ra = BOD5 hòa tan đi ra từ bể aerotank + BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra.  Lƣợng cặn có thể phân hủy sinh học: 0,65 33,66 = 21,879 (mg/l) Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 58
  72. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường  Lƣợng oxi cần cung cấp để oxi hóa hết lƣợng cặn này đƣợc tính dựa vào phƣơng trình phản ứng: C5H7O2N + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + năng lƣợng 113mg 160mg 1mg 1,42mg (lƣợng oxi cung cấp này chính là BOD20 20 BOD5)  Vậy BOD hoàn toàn của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra là: 21,879 1,42 (mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxi hóa) = 31,068 (mg/l)  BOD5 của cặn lơ lửng của nƣớc thải sau lắng II: BOD5 = BODL 0,68 = 31,068 0,68 = 21,126 (mg/l)  BOD5 hòa tan của nƣớc thải sau lắng II: 50 = S + 21,126 Suy ra: S = 28,874 (mg/l)  Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan: S0 S 532 28,874 E0 = 100% 100% 95% S0 532 Với S0 là hàm lƣợng BOD5 ở đầu vào bể aerotank  Hiệu quả xử lý BOD5 tổng cộng: 532 50 E = 100% 90% 532  Thể tích bể aerotank tính theo công thức sau:  Q Y S S V = c 0 X 1 kd  c Trong đó:  c : thời gian lƣu bùn, chọn  c = 10 ngày Q: lƣu lƣợng trung bình ngày, Q = 1000m3/ngày Y: hệ số sản lƣợng bùn, Y = 0,5 mgVSS/mg BOD5 (VSS: hàm lƣợng chất rắn bay hơi) S0: hàm lƣợng BOD5 dẫn vào aerotank, S0 = 532 mg/l Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 59
  73. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường S: hàm lƣợng BOD5 hòa tan của nƣớc thải dẫn ra khỏi aerotank, S = 28,874 mg/l X: nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính, X = 3200 mg/l -1 kd:hệ số phân hủy nội bào, chọn kd = 0,072 ngày 10 1000 0,5 532 28,874 3  Vậy: V = = 457,054 (m ) 3200 1 0,072 10  Thời gian lƣu nƣớc trong bể là: V 457,054  = 0,457 (ngày) ≈ 11 h Q 1000 Bảng 4.3. Các kích thƣớc điển hình của Aerotank xáo trộn hoàn toàn Thông số Giá trị Chiều cao hữu ích (m) 3,0 ÷ 4,6 Chiều cao bảo vệ (m) 0,3 ÷ 0,6 Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí (m) 0,45 ÷ 0,75 Tỉ lệ rộng : sâu (W : H) 1 : 1 ÷ 2,2 : 1  Chọn chiều cao hữu ích của bể là 4m, chiều cao bảo vệ là 0,5m. Vậy chiều cao tổng cộng của bể là: Htc = 4 + 0,5 = 4,5 (m) Chọn chiều rộng của bể là B = 5m  Vậy chiều dài của bể: 457,054 L = V = = 20,313 (m) B H tc 5 4,5 Vậy kích thƣớc bể aerotank đƣợc xác định: L B H = 20,313m 5m 4,5m Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 60
  74. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường 4.10.3. Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày, lưu lượng bùn tuần hoàn Hình 4.4. Sơ đồ làm việc bể Aerotank Giả sử bùn dƣ đƣợc xả bỏ (dẫn đến bể nén bùn) từ đƣờng ống dẫn bùn tuần hoàn và hàm lƣợng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (MVLSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lƣợng chất rắn lơ lửng (MLSS). Khi đó lƣu lƣợng bùn dƣ thải bỏ đƣợc tính theo công thức: V X  c Q X r Qc X c Trong đó: V: thể tích bể aerotank, V = 457,054 (m3) X: nồng độ MLVSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể aerotank, X = 3200 (mg/l) 3 QW: lƣu lƣợng bùn thải, (m /ngày) Xr: nồng độ MLVSS có trong bùn hoạt tính tuần hoàn, (mg/l) 3 Qc: lƣu lƣợng nƣớc đã xử lý đi ra khỏi bể lắng (m /ngày). Qc = Q = 1000m3/ngày đêm. Xc: nồng độ bùn hoạt tính trong nƣớc ra khỏi bể lắng (mg/) Xr = 0,7 10000 = 7000mg/l Xc = 0,7 33,66 = 23,562mg/l (0,7 là tỷ lệ lƣợng cặn bay hơi trong tổng số cặn hữu cơ, cặn không tro) Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 61
  75. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường  Từ đó tính đƣợc: V X  c Qc X c QW =  c X r (457,054 3200) 10 1000 23,562 3 QW = = 17,527 (m /ngày) 10 7000 4.10.4. Tính hệ số tuần hoàn bùn Từ phƣơng trình cân bằng vật chất viết cho bể lắng II (xem nhƣ lƣợng chất hữu cơ bay hơi ở đầu ra của hệ thống là không đáng kể), ta có: X (Q + Qr) = Xr Qr + Xr QW → Lƣu lƣợng bùn tuần hoàn: X Q X r Q 3200 1000 7000 17,527 3 Qr = = = 809,818 (m /ngày đêm) X r X 7000 3200  Vậy, ta có: Q 809,818 r = 0,809 Q 1000 ( Công thức 6 - 5/trang 93 – Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – TS. Trịnh Xuân Lai)  Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng hữu cơ  Tỷ số F/M (tỷ số khối lƣợng chất nền/khối lƣợng bùn hoạt tính) xác định theo công thức sau: F S0 532 = = 0,363 (mg BOD5/mg bùn.ngày) M X  3200 0,457  Tải trọng thể tích: S Q 532 1000 kgBOD L = 0 10-3 = 10-3 = 1,163 ( 5 ) V 457,054 m3 .ngày Cả hai giá trị này đều nằm trong giá trị cho phép đối với aerotank xáo trộn hoàn toàn: F/M = 0,2 – 0,6 LBOD = 0,8 – 1,9 4.10.5. Xác định lượng không khí cần thiết cung cấp cho Aerotank  Ta có hệ số tạo bùn từ việc khử BOD5: Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 62
  76. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường Y 0,5 Yobs = = = 0,29 (mg/l) 1 kd c 1 0,072 10  Lƣợng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS: Px = Yobs Q (BODvào – BODra) 1 Px = 0,29 1000 532 28,874 = 145,906 (kgVSS/ngày) 1000  Lƣợng oxi cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn: Q S0 S 1000 532 28,874 OC0 = - 1,42Px = - 1,42 145,906 = 1000 f 1000 0,68 kgO 532,704 ( 2 ) ngày Với: 0 OC0: lƣợng oxi cần thiết theo tiêu chuẩn của phản ứng ở 20 C f: hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay BOD20 và f = BOD5/COD thƣờng từ 0,65 – 0,68. Chọn f = 0,68 1,42: hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD Px: lƣợng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS Q: lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 1000 m3/ngày S0: BOD5 của nƣớc thải đầu vào, mg/l S: BOD5 của nƣớc thải đầu ra, mg/l  Lƣợng oxi cần thiết trong điều kiện thực tế: C 9,08 kgO2 OCt = OC0 s = 532,704 = 664,416 ( ) ngày Cs CL 9,08 1,8 Trong đó: Cs: nồng độ bão hòa của oxi trong nƣớc ở nhiệt độ làm việc, Chọn Cs = 9,08mg/l CL: nồng độ oxi cần duy trì công trình. Đối với nƣớc thải CL = 1,5 – 2mg/l, chọn CL = 1,8mg/l Trong không khí oxi chiếm 21% thể tích, giả sử rằng trọng lƣợng riêng của không khí là 1,2kg/m3. Vậy lƣợng không khí lý thuyết cho quá trình là: Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 63
  77. Khóa luận tốt nghiệp Ngành Kỹ thuật Môi trường M 3 O2 664,416 m Qkk = = = 2636,571 ( ) 0,21 1,2 0,252 ngày Giả sử hiệu quả vận chuyển oxi của thiết bị thổi khí là 8%, hệ số an toàn khi sử dụng trong thiết kế là 1,5. Vậy lƣợng khí theo yêu cầu là: 2636,571 1,5 m3 m3 Qkk = = 49435,706 ( ) = 0,572 ( ) 0,08 ngày s 4.10.5. Chọn kiểu và tính toán thiết bị cung cấp khí, đường ống dẫn khí Để cung cấp đủ lƣợng oxi cần thiết cho quá trình xử lý, thƣờng dùng máy khuấy trộn cơ khí bề mặt để tạo ra màng nƣớc, tia nƣớc, giọt nƣớc tiếp xúc với không khí để lấy oxi hoặc dùng hệ thống máy thổi khí, ống dẫn và thiết bị phân phối khí vào bể aerotank để lấy oxi. Ống dẫn không khí: Để dẫn không khí có thể chọn ống thép không rỉ, ống nhựa gia cƣờng bằng sợi thủy tinh, ống PE hoặc ống nhựa chịu đƣợc sự thay đổi của nhiệt độ. Tốc độ chuyển động của không khí qua ống dẫn và qua hệ thống phân phối từ 10 – 15m/s, qua lỗ phân phối từ 15 – 20m/s.  Tính toán hệ thống phân phối khí Chọn đĩa phân phối khí dạng đĩa xốp đƣờng kính 170mm, diện tích bề mặt F = 0,02m2. Lƣu lƣợng riêng phân phối khí của đĩa thổi khí Ω = 150 – 200 l/phút, chọn Ω = 200 l/phút.  Lƣợng đĩa thổi khí trong bể aerotank: 103 Q 103 49435,706 N = kk = = 171,651 (đĩa) 24 60  24 60 200 Để thuận lợi cho việc bố trí ta chọn số đĩa thổi khí là 180 đĩa. Phân phối đĩa thành 20 hàng theo chiều dài bể, mỗi hàng 9 đĩa.  Lƣu lƣợng khí cấp cho 1m3 nƣớc thải: Q 49435,706 m3kk C = kk = 49,435 ( ) Q 1000 m3nt  Lƣu lƣợng không khí cần để khử 1kg BOD5: Sinh viên: Trần Thị Phương- MT1202 64