Tài liệu Hệ thống xử lý nước thải bột giấy

ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 MỤC LỤC ---------oOo---------MỤC LỤC ........................................................................................................................ 1 DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ 2 DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................... 3 CHƯƠNG I: PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................... 4 1.1 Tổng quan về ngành sản xuất bột giấy .................................................................... 5 1.2 Thành phần hóa học của gỗ .................................................................................... 6 1.3 Công nghệ sản xuất ............................................................................................... 7 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ .. Error! Bookmark not defined. 2.1 Phương pháp xử lý .................................................Error! Bookmark not defined. 2.2. Thành phần và tính chất nước thải bột giấy ............Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG III: LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ .............. Error! Bookmark not defined. 3.1 Yêu cầu công nghệ .................................................Error! Bookmark not defined. 3.2 Cơ sở lựa chọn phương án xử lý ........................................................................... 21 3.3 Quy trình công nghệ xử lý và thuyết minh quy trình ............................................ 26 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ..... 28 4.1 Song chắn rác .............................................................................................................. 27 4.2 Bể thu gom .................................................................................................................. 28 4.3 Bể điều hòa .................................................................................................................. 29 4.4 Bể trung gian ............................................................................................................... 31 4.5 Bể lắng I ...................................................................................................................... 33 4.6 Bể Detox ...................................................................................................................... 36 4.7 Bể UASB ..................................................................................................................... 40 4.8 Bể Aerotank................................................................................................................. 54 4.9 Bể lắng II ..................................................................................................................... 56 4.10 Hồ hoàn thiện ............................................................................................................ 57 4.11 Bể chứa bùn............................................................................................................... 57 4.12 Bể nén bùn................................................................................................................. 58 4.13 Sân phơi bùn.............................................................................................................. 58 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 60 5.1 Kết Luận .............................................................................................................. 61 5.2 Kiến Nghị .............................................................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 62 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 1 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 DANH MỤC BẢNG ---------oOo---------Bảng 1.1: Chất lượng bột giấy sau khi dùng công nghệ P-RC APMP .. 9 Bảng 2.1: Thông số các giá trị đầu vào của nước thảiError! Bookmark not defined. Bảng 2.2: Gía trị các thông số ô nhiễm ................................................. 17 Bảng 2.3: Gía trị hệ số Kq ứng với lưu lượng dòng chảy ..................... 17 Bảng 2.4: Gía trị Kf ứng với lưu lượng nước thải ................................. 17 Bảng 2.5: Gía trị nồng độ nước thải ứng với các thông số.................... 18 Bảng 3.1: So sánh giữa các phương pháp xử lý kị khíError! Bookmark not defined. Bảng 4.1: Thông số tính toán cho song chắn rác ................................... 27 Bảng 4.2: Các dạng khuấy trộn trong bể điều hòa ................................ 30 Bảng 4.3: Thông số nước thải khi vào bể lắng I .................................... 33 Bảng 4.4: Thông số thiết kế bể lắng I ..................................................... 34 Bảng 4.5: Gía trị của hắng số thực nghiệm a, b. ................................... 36 Bảng 4.6: Thông số nước thải khi vào bể Detox .................................... 37 Bảng 4.7: Cường độ khuấy trộn theo thời gian ..................................... 38 Bảng 4.8: Thông số nước thải khi vào bể UASB ................................... 40 Bảng 4.9: Thông số đầu vào bể Aerotank. ............................................. 43 Bảng 4.10: Thông số tính toán thiết kế bể Aerotank............................. 43 Bảng 4.11: Thông số thiết kế bể Aerotank . ........................................... 53 Bảng 4.12: Thông số chọn tải trọng thiết kế bể lắng II ......................... 54 Bảng 4.13: Thông số thiết kế bể lắng II ................................................ 56 Bảng 4.14: Thông số đầu vào hồ hoàn thiện. ......................................... 53 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 2 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 DANH MỤC HÌNH ---------oOo---------Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ P-RC APMP ................................................. 8 Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ quá trình rửa và đánh tơi dăm mảnh ......... 8 Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ trong quá trình xơ hóa ................................. 9 Hình 1.4: Chất lượng bột giấy .................................................................. 9 Hình 2.1: Ví dụ về dòng trao đổi chất trong ao hồ sinh họcError! Bookmark not defined. Hình 3.1: Ví dụ bể bùn hoạt tính ( Aerotank) ....................................... 22 Hình 3.2: Ví dụ sân phơi bùn .................................................................. 23 Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ xử lý ............................................................. 24 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 3 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 CHƯƠNG I: ---------oOo--------- PHẦN MỞ ĐẦU GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 4 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 1.1 Tổng quan về ngành bột giấy Ngành công nghiệp giấy trong nước ta phát triển mạnh và có quy mô rộng lớn. Hiện nay ngành công nghiệp này đang đứng thứ năm trong nền kinh tế và đứng thứ ba trong tốc độ phát triển kinh tế,vì vậy đã thu hút hơn 300 nhà máy giấy trong cả nước tập trung vào hai quá trình: làm bột giấy và làm giấy từ bột .Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được to lớn về kinh tế, xã hội,…thì ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề về môi trường, đặc biệt lượng nước thải thải ra mỗi ngày trong quá trình sản xuất bột giấy có nồng độ các chất ô nhiễm rất cao, là loại nước thải rất khó xử lý và tốn kém về chi phí. Nếu nước thải này được thải ra ngoài môi trường mà không được xử lý trước thì nó sẽ gây tác hại rất nghiêm trọng đến môi trường thiên nhiên và con người. Độc tính của dòng nước thải sản xuất bột giấy là do hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây như: nhưa cây, lignin, xút…và một số chất phân hủy của lignin đã bị clo hóa có trọng lượng phân tử thấp. Hậu quả là gây ức chế của một số chất từ dịch chiết đối với cá, và khi mà thải trực tiếp ra kênh sẽ hình thành từng mảng giấy nổi trên mặt nước, làm cho nước có độ màu cao , hàm lượng DO rất thấp. Vì vậy việc nghiên cứu để đưa ra hệ thống xử lý cho ngành công nghiệp bột giấy là rất cấp bách và cần thiết để bảo vệ sức khỏe của người dân xung quanh, đồng thời là bảo vệ môi trường thiên nhiên của đất nước luôn đa dạng. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bột giấy là: gỗ, tre, nứa, lồ ô, giấy tái sinh…  Vấn đề môi trường Ngành sản xuất bột giấy và giấy được liệt vào ngành sản xuất gây ô nhiễm môi trường đáng kể cả trực tiếp cũng như gián tiếp. • Trực tiếp Nước thải có lưu lượng, tải lượng cũng như độc tính của các chất ô nhiễm cao, các chất ô nhiễm hữu cơ (dịch chiết từ thân cây, các axit béo, một số sản phẩm phân hủy của lignin, và các dẫn xuất của ligin đã bị Clo hóa) phát sinh từ ngành giấy là nguồn tiềm tàng gây ô nhiễm môi trường nước mặt, đất và nước ngầm nếu được thải thẳng ra ngoài không qua xử lý. Đặc biệt là dịch đen thải ra từ quá trình nghiền bột bằng phương pháp hóa học GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 5 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 Khí thải từ quá trình đốt nhiên liệu sản xuất hơi nước bão hòa. Ngoài ra, trong quá trình nghiền bột giấy hóa học các khí nặng mùi như hydro sulphite, mercaptan, … Dioxin xuất phát từ quá trình tẩy trắng bột giấy bằng chlorine. • Gián tiếp - Góp phần làm cạn kiết nguồn tài nguyên nước. - Góp phần làm cạn kiệt nguồn tài nguyên rừng. - Gây hiệu ứng nhà kính qua việc sử dụng năng lượng điện và mất thảm thực vật. 1.2 Thành phần hóa học của gỗ Sản xuất bột giấy là quá trình gia công xử lý nguyên liệu để tách các thành phần không phải là cellulose sao cho thu được bột giấy có hàm lượng cellulose càng cao càng tốt. Những loại cây dùng làm giấy phải có hàm lượng cellulose cao hơn 35%. Các thành khác như Hemicelluloses, lignin…cần phải thấp để giảm hóa chất dùng cho nấu và tẩy. Các tế bào thực vật, đặc biệt là tế bào gỗ chứa rất nhiều sợi cellulose, là nguyên liệu thô chính cho công nghệ sản xuất bột giấy. Sợi cellulose chủ yếu được cung cấp từ các nguồn sau:  Các loại gỗ: Bạch đàn, bồ đề,…  Các thực vật ngoài gỗ: tre, nứa, bã mía, rơm rạ,…  Các vật liệu tái sinh: vải vụn, giấy vụn, giấy đã sử dụng… Trong đó nguồn cung cấp chủ yếu cellulose là gỗ. Nguồn nguyên liệu được sử dụng để sản xuất bột giấy trong bài báo cáo là cây đay. Cây đay được trồng chủ yếu trong vụ hè thu hằng năm ở Đồng bằng Sông Cửu Long, đặc biệt là vùng bị nhiễm phèn nặng. Theo các nghiên cứu thì cây đay cao 2,5 -3m. Phần vỏ cho loại bột giấy có chiều dài xơ sợi khoảng 2,8mm và chiều ngang là 0,002mm, tỷ lệ dài/rộng= 149 phù hợp để sản xuất các loại giấy có độ bền cao. Sợi đay phần vỏ có thành phần hóa học như: cellulose 51,5% - 54,8%, lignin 11-20,6% … Vỏ đay nấu theo phương pháp sunphit trung tính là phù hợp nhất, cho hiệu quả cao, dễ tẩy trắng. Cây đay là cây thời vụ có tốc độ phát triển nhanh, trong vòng 4 tháng có thể cao 3,5m. Hiện nay, người dân địa phương trồng trên diện tích khoảng 12000ha. Ngoài việc tạo ra nguồn nguyên liệu có giá trị, cây đay còn có khả năng cun cấp thêm dinh dưỡng, cải tạo thổ dưỡng cho việc gieo trồng lúa vụ đông. Cây đay có những đặc tính sau: Cấu trúc sợi Phần thân cây đay cho bột có xơ sợi ngắn, tỷ lệ dài/rộng tương đương xơ sợi bột gỗ cứng. Thành phần hóa học: cellulose 43-465, pentozan 11-165, lignin 21-26%. GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 6 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 Toàn thân cây đay: - Chiều dài xơ sợi: 1,28mm - Hàm lượng lignin: 13,2% - Cellulose: 54,4% - Anpha cellulose: 37,4% Vỏ cây đai: - Chiều dài xơ sợi: 2,6mm - Đường kính xơ sợi: 20µm - Hàm lượng lignin: 7,7% - Cellulose: 54,4% - Anpha cellulose: 37,4% Lõi cây đay: - Chiều dài xơ sợi: 0,5mm - Đường kính xơ sợi: 30µm - Hàm lượng lignin: 17,47% 1.3 Công nghệ sản xuất Công nghệ sản xuất bột giấy là công nghệ sản xuất bột hóa cơ. Công nghệ này cho phép sản xuất bột có chất lượng cao, chi phí điện năng thấp, tiêu thụ năng lượng ít hơn, hiệu suất thu hồi bột cao và khả năng ảnh hưởng môi trường thấp hơn do làm giảm độc tố của nước thải. Công nghệ P-RC APMP cho phép thay đổi lượng hóa chất đưa vào và năng lượng điện trong khi nghiền. Vì vậy có khả năng sản xuất lượng một giấy rất lớn đáp ứng cho nhu cầu của thị trường. Ưu điểm công nghệ P-RC APMP: - Là công nghệ phối hợp tiền xử lý dăm mảnh với kiềm proxit và tẩy trắng đồng thời trong quá trình nghiền. Ở công nghệ này, proxit tự ngấm sâu vào các thành vách xơ sợi với sự phân tách ít hơn, giảm các phản ứng thủy phân kiềm, giúp các hóa chất kiềm và peroxít phản ứng xuyên suốt ống xơ sợi nhằm giảm đến mức thấp nhất các tổn thất hemicelluloses trên bề mặt của xơ sợi. Xử lý hóa chất khi nghiền nhằm nâng cao sự phân bố hoặc phối trộn hóa chất ở nhiệt độ cao, giảm pH và lưu giữ ở nồng độ cao để hoàn thiện phản ứng hóa học. - Vốn đầu tư thấp - Lượng COD trong nước thải thấp - Tiêu thụ điện năng ít hơn. - Độ dai, bền của bột cao. - Sử dụng ít hóa chất hơn hóa chất nghiền. GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 7 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 Công nghệ sản xuất Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ P- RC APMP Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ quá trình rửa và đánh tơi dăm mảnh Hệ thống rửa và đánh tơi dăm mảnh gồm: 1. Kenaf stump washer (Máy rửa dăm mảnh) 2. Tornado pulper (Máy đánh tơi dăm mảnh) GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 8 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 3. Deaeration tank (Bể thoát khí) 4. Magna cleaner (Máy làm sạch dăm mảnh) 5. Hydra screen (Sàng tách nước) Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ trong quá trình xơ hóa 1. LC-Fiberizer (Máy xơ hóa nồng độ thấp) 2. Screw press (SCP 1) (Vít ép1) 3. HC-Fiberizer (Máy xơ hóa nồng độ cao) 4. Bleaching chemicals & Dilution water (Hóa chất tẩy trắng và nước pha loãng) 5. To vent (Lỗ thoát khí) 6. Filtered water (Nước sạch)  Chất lượng bột giấy Bột giấy cây đay được dùng cho sản xuất giấy in, giấy viết. Hình 1.4: Sản phẩm chất lượng Bảng 1.1: Chất lượng bột giấy sau khi dùng công nghệ P-RC APMP Loại bột Bột giấy cây đay dùng công nghệ P-RC APMP ≥86% Độ khô 150- 200ml CSF Độ thoát nước ≥80% Độ trắng ≥38 Nm/g Chỉ số chịu bền ≥4,2 mNm2/g Độ chịu xé 2,4 cm3/g Độ chặt GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 9 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 Khả năng phân tán Độ bụi ≥52 m2/kg ≤3mm2/m2 ( Nguồn: số liệu nhà máy bột giấy Phương Nam) CHƯƠNG II ---------oOo--------- TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 10 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 2.1 Phương pháp xử lý  Xử lý cơ học Mục đích: Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơ lửng có kích thước lớn (rác, nhựa, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải. Loại bỏ cặn nặng như sỏi, cát, mảnh kim loại, thủy tinh… Điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hóa lý và sinh học. Song chắn rác Song chắn rác thường được làm bằng kim loại,đặt ở cửa vào kênh dẫn, tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn. Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô có trong nước thải. Bể lắng cát Bể lắng cát có nhiệm vụ loại bỏ cát, cuội, xỉ lò hoặc các loại tạp chất vô cơ khác có kích thước từ 0,2- 2 mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng các công trình phía sau. Bể lắng Lắng các hạt cặn lơ lửng trong nước thải, cặn hình thành trong quá trình keo tụ tạo bông (bể lắng đợt 1) hoặc cặn sinh học trong quá trình xử lý sinh học (bể lắng 2).  Xử lý hóa lý Keo tụ Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm có thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng phải dùng biện pháp xử lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lý các chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng torng nước, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Do đó, các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống ở bể lắng. Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào trong nước các chất keo tụ thích hợp như: phèn nhôm, phẻn sắt FeSO4, Fe2(SO4)3 hoặc FeCl3. Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan. Tuyển nổi Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ tạo bọt khí nổi lên bề mặt. GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 11 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 Hấp phụ Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hòa tan là pha rắn (chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng. Dung chất (chất bị hấp phụ) sẽ đi từ pha lỏng (hoặc pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung chất trong dung dịch đạt cân bằng. Các chất hấp phụ thường sử dụng: than hoạt tính, tro, silicagen, keo nhôm… Trao đổi ion Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước như Zn, Cu, Cr, Hg,Mn…cũng như các hợp chất của Asen, photpho, xyanua, chất phóng xạ. Thường sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm khử cứng và khử khoáng.  Xử lý hóa học Phương pháp trung hòa Nhằm trung hòa nước thải có pH quá cao hoặc quá thấp, tạo điều kiện cho các quá trình xử lý hóa lý và sinh học: H+ + OH- → H2O Với Ca(OH)2 thường được sử dụng rộng rãi như một bazo để xử lý các nước thải có tính axit, trong khi axit sulfuric là một chất tương đố rẻ tiền dùng trong xử lý nước thải có tính bazo. Phương pháp oxy hóa- khử Phương pháp này được dung để: - Khử trùng nước - Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc nguyên tố hòa tan sang thể khí. - Biến đổi một chất không phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn, có khả năng đồng hóa bằng vi khuẩn. - Loại bỏ cá kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, As…và một số chất độc như cyanua. - Các chất oxy hóa thông dụng là; Ozon, Chlorine, Hydro peroxide, Kali permanganate…Qúa trình này thường phụ thuộc rõ rệt vào pH và sự hiện diện của chất xúc tác. Kết tủa hóa học Kết tủa hóa học thường được sử dụng để loại trừ các kim loại nặng torng nước. Phương pháp này sử dụng rộng rãi nhất để kết tủa các kim loại là tạo thành các hydroxide Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 Phương pháp kết tủa hóa học hay được sử dụng nhất là phương pháp tạo các kết tủa với vôi. Soda cũng có thể được sử dụng để kết tủa các kim loại dưới dạng GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 12 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 hydroxide, carbonate…Anion carbonate tạo ra hydroxide do phản ứng thủy phân với nước: CO32- + H2O → HCO3- + OH Xử lý sinh học Các phương pháp xử lý sinh học được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp có chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, ammoniac, nito,… Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải, các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Qúa trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh học. Các phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên Các phương pháp xử lý sinh học trong điểu kiện nhân tạo. Các phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên Phương pháp xử lý qua đất: Dựa vào khả năng tự làm sạch của đất ở các công trình (cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, …). Khi nước thải lọc qua đất, các chất lơ lửng, keo bị giữ lại tạo thành các màng vi sinh vật bao bọc trên bề mặt các hạt đất. Màng vi sinh vật hấp thụ các chất hữu cơ, sử dụng oxy của không khí qua lớp đất trên bề mặt và xảy ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ, quá trình nitrat hóa. Phương pháp xử lý qua các khu đất ngập nước Hồ sinh học: Là một chuỗi gồm 3-5 hồ (hồ hiếu khí, hồ tùy tiện, hồ kị khí…). Nước thải được làm sạch từ các quá trình tự nhiên bao gồm tảo và vi khuẩn. Các vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra trong quá trình quang hợp của tảo và oxy được hấp thũ từ không khí để phân hủy các chất thải hữu cơ. Để đạt hiệu quả tốt có thể cung cấp oxy bằng cách thổi khí nhân tạo. GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 13 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 Vùng 1: hiếu khí Vùng 2: tùy nghi Vùng 3: kị khí Hình 2.1: Ví dụ về dòng trao đổi vật chất trong ao hồ sinh học Phương pháp xử lý sinh học trong điểu kiện nhân tạo.  Quá trình kị khí Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc: Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn, sau khi phân hủy hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn tuần hoàn trở lại bdể kị khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm. Bể xử lý UASB: Được ứng dụng rộng rãi do các đặc điểm chính sau: - Cả ba quá trình phân hủy- lắng bùn – tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình. - Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. - Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kị khí UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như: - Ít tiêu tốn năng lượng vận hành - Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn. - Bùn sinh ra dễ tách nước. - Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng. - Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane.  Quá trình hiếu khí Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan chuyển hóa thành bông bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí- có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực. Nước chảy vào bể, trong đó khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính cung cấp oxy cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ. Dưới điều kiện như thế, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bông bùn. Một lượng lớn bùn hoạt tính tuần hoàn về bể để giữ ổn định mật độ vi khuẩn, tạo điều kiện phân hủy nhanh các chất hữu cơ. Một số dạng bể ứng dụng bùn hoạt tính lơ lửng như: bể Aerotank, mương oxy hóa, bể hoạt động gián đoạn,… Bể bùn hoạt tính ( bể Aerotank): Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù. Qúa trình làm sạch trong bể bùn hoạt tính diễn ra theo mức dòng chảy qua các hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí. GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 14 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 Ưu điểm : đạt được mức độ xử lý triệt để, thời gian khởi động ngắn, ít tạo mùi hôi, có tính ổn định cao trong quá trình xử lý. Mương oxy hóa: Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương có vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính. Mương oxy hóa có thể kết hợp quá trình xử lý nitơ. Bể hoạt động gián đoạn: Là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và khí xả cạn. Qúa trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có khác là tất cả các quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện theo các bước sau: làm đầy – phản ứng – lắng – xả cạn – ngưng. Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng bám dính Bể lọc sinh học: Là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp màng bám lớp vật liệu lọc. Khi nước thải được tưới trên bề mặt của bể và thấm qua lớp vật liệu lọc, ở bề mặt của hạt vật liệu lọc và các khe hở giữa chúng, các cặn bã được giữ lại và tạo thành màng gọi là màng vi sinh. Lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất bẩn hữu cơ thâm nhập vào bể cùng với nước thải khi tưới hoặc qua khe hở thành bể,hoặc qua hệ thống tiêu nước từ đáy lên. Vi sinh vật hấp thụ chất hữu cơ và nhờ có oxy và quá trình oxy hóa được thực hiện. Phương pháp này đơn giản nhưng hiệu suất quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ. Đĩa sinh học (lọc sinh học tiếp xúc quay – RBC) Đây là hệ thống sinh học sinh trưởng cố định trong màng sinh học khác, hệ thống này gồm một loạt các đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách nhau một khoảng nhỏ. Khi trục quay, một phần đĩa ngập trong máng chứa nước thải, phần còn lại tiếp xúc với không khí. GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 15 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 2.2 Thành phần và tính chất nước thải sản xuất bột giấy  Tính chất nước thải bột giấy đầu vào Tính chất nước thải nhà máy bột giấy cần xử lý với công suất là 1500 m3/ngày đêm. Nhiệm vụ thiết kế nước thải đầu ra phải thỏa mãn QCVN12:2008. Nhiệt độ t < 60oC Bảng 2.1: Thông số các giá trị đầu vào của nước thải Thông số Nồng độ đầu vào 8 pH 10000 COD 4800 BOD 1000 TSS 15 NH4-N 0 NO3-N 15 Tổng N 2 PO4-P 400 SO4  Tính chất nước thải sau xử lý theo QCVN 12: 2008 Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp giấy và bột giấy khi thải vào nguồn nước tiếp nhận nước thải không vượt quá giá trị Cmax được tính toán như sau: Cmax = C x Kq x Kf Trong đó: - Cmax là nồng độ tối đa cho phép của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp giấy và bột giấy khi thải vào nguồn nước tiếp nhận nước thải, (mg/l) - C là giá trị nồng độ của thông số ô nhiễm quy định tại mục 2.2. - Kq là hệ số lưu lượng/dung tích nguồn nước tiếp nhận nước thải quy định tại mục 2.3 - Kf là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.4. Giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép Cmax trong nước thải công nghiệp giấy và bột giấy khi thải vào các nguồn nước tiếp nhận nước thải được quy định tại Bảng 1. GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 16 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 Bảng 2.2: Gía trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép STT THÔNG SỐ Đơn vị Gía trị C pH 6-9 5,5-9 5,5-9 1 o BOD5 ở 20 C mg/l 30 50 100 2 COD Cơ sở mới mg/l 50 150 200 3 Cơ sở đang hoạt động mg/l 80 200 300 Tổng chất rắn (TSS) mg/l 50 100 100 4 Độ màu Cơ sở mới Pt-Co 20 50 100 5 Cơ sở đang hoạt động Pt-Co 50 100 150 Halogen hữu cơ đã bị hấp thu (AOX) mg/l 7,5 15 15 6 (Nguồn: [4]) Giá trị hệ số Kq đối với nguồn nước tiếp nhận nước thải công nghiệp giấy và bột giấy là sông, suối, kênh, mương, khe, rạch được quy định tại Bảng 2 dưới đây. Bảng 2.3: Giá trị hệ số Kq ứng với lưu lượng d.ng chảy của sông, suối, kênh, mương, khe, rạch tiếp nhận nước thải Lưu lượng dòng chảy của nguồn nước tiếp Gía trị hệ số nhận nước thải (Q) Kq 3 Đơn vị m /s 0,9 Q≤ 50 1 50 < Q ≤200 1,1 200 < Q ≤ 1000 1,2 Q > 1000 (Nguồn: [4]) 3 Với Q = 1500m / ngày đêm. Chọn Kq = 1 Giá trị hệ số Kf ứng với lưu lượng nước thải quy định bởi bảng dưới đây. Bảng 2.4: Gía trị Kf ứng với lưu lượng nước thải Lưu lượng nguồn nước thải (F ) Giá trị hệ số Kf Đơn vị tính: m3/24h F ≤ 50 1,2 50 < F ≤ 500 1,1 500 < F≤ 5000 1 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 17 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 F> 5000 0,9 (Nguồn: [4]) Với F =1500 m / ngày đêm. Chọn Kf = 1 3  Tính chất nước thải sau khi xử lý Bảng 2.5: Gía trị nồng độ ứng với các thông số STT THÔNG SỐ Nồng độ đầu Nồng độ đầu ra vào QCVN12:2008 ( Kf=1, Kq= 1) 1 pH 8 5,5-9 2 BOD5 ở 20OC (mg/l) 4800 50 3 COD (mg/l) 10000 150 4 Tổng chất rắn (TSS) 1000 100 (mg/l) 5 Độ màu (Pt-Co) 3000 50 6 Halogen (mg/l) 400 15 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 18 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 CHƯƠNG III ---------oOo--------- LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH XỬ LÝ GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 19 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 3.1 Yêu cầu công nghệ Yêu cầu công nghệ xử lý nhà máy bột giấy như sau:  Nước thải sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn đầu ra.  Lưu lượng đầu vào, các chất có trong thành phần nước thải.  Chi phí xử lý cho 1 tấn sản phẩm thấp.  Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý và bảo trì.  Tận dụng được công trình có sẵn.  Khả năng đáp ứng thiết bị cho hệ thống xử lý.. 3.2 Cơ sở lựa chọn phương án xử lý Phương pháp xử lý kị khí Quá trình phân hủy kị khí là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện không có oxy để tạo ra sản phẩm cuối là khí CH4 và CO2. Cơ sở để lựa chọn bể kị khí UASB Nồng độ các chất ô nhiễm rất cao so với tiêu chuẩn. Tỉ lệ BOD5:COD ≤ 0,55 và hàm lượng COD > 1000mg/l. Do vậy, trong xử lý cơ ban bằng phương pháp sinh học thường có hai công đoạn : công nghệ kị khí đặt trước và công nghệ xử lý hiếu khí đặt sau trong quy trình công nghệ. Trong nước thải bột giấy rất giàu hidrocacbon hòa tan, nhưng nghèo nito và photpho dinh dưỡng đối với vi sinh vật, do đó khi xử lý cần cân bằng dinh dưỡng cho vi sinh vật. So sánh giữa UASB và các công nghệ kị khí khác Bảng 3.1: So sánh giữa các phương pháp xử lý kỵ khí Quá trình Thuận lợi Bất lợi Rẻ. Cần có một diện tích rất lớn. Hầu như không đòi hỏi quản Gây mùi thối rất khó chịu. lý thường xuyên, bảo trì, vận Không thu hồi được khí sinh hành đơn giản. học sinh ra. Phân hủy Thích hợp nước thải có hàm Tải trọng thấp. kỵ khí xáo lượng SS cao. Thể tích thiết bị lớn để đạt trộn hoàn Đảm bảo tính chất nước thải SRT cần thiết. toàn (vật chất, pH, nhiệt độ) đồng Sự xáo trộn trở nên khó khi Hồ kỵ khí GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 20