Mục tiêu đề tài
- Tìm hiểu hiện trạng môi trường chung của các nhà máy sản xuất bao bì giấy
- Tính toán , thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy với công suất 30m 3 /ngày đêm.
Nội dung nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu đề ra, đề tài sẽ thực hiện các nội dung sau
Nước thải từ nhà máy sản xuất bao bì giấy có nguồn gốc từ quá trình sản xuất và chế biến nguyên liệu Những đặc tính của nước thải này thường chứa nhiều chất hữu cơ, hóa chất độc hại và kim loại nặng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống Sự thải bỏ không kiểm soát nước thải có thể dẫn đến ô nhiễm nguồn nước, đất đai và không khí, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái Việc hiểu rõ nguồn gốc, đặc tính và tác động của nước thải là cần thiết để đưa ra các biện pháp xử lý và quản lý hiệu quả.
- Tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải sản xuất bao bì giấy đang được áp dụng hiện nay
- Lựa chọn những phương án thích hợp với yêu cầu thực tế
- Tính toán thiết kế hệ thống xử nước thải cho nhà máy
Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu hoạt động của nhà máy nhằm đánh giá tình trạng môi trường hiện tại, đặc biệt là chất lượng nước thải Từ đó, chúng tôi sẽ đề xuất các phương pháp xử lý phù hợp để cải thiện môi trường.
Đề tài này tập trung vào việc xử lý nước thải do hạn chế về thời gian, không đề cập đến các khía cạnh môi trường khác Hệ thống xử lý được thiết kế chỉ mang tính chất xử lý cuối đường ống, chưa áp dụng sản xuất sạch hơn để giảm thiểu chất thải và tiết kiệm nguồn tài nguyên nước.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết
Phương pháp phân loại lý thuyết là cách tổ chức tài liệu khoa học thành một hệ thống logic chặt chẽ, phân chia theo từng mặt, đơn vị kiến thức và vấn đề khoa học có cùng đặc điểm Phương pháp này giúp dễ dàng nhận biết và sử dụng tài liệu theo mục đích nghiên cứu, đồng thời hỗ trợ trong việc phát hiện quy luật phát triển của đối tượng và sự tiến bộ của kiến thức khoa học, từ đó dự đoán các xu hướng phát triển mới trong lĩnh vực khoa học và thực tiễn.
Phương pháp hệ thống hóa lý thuyết là cách sắp xếp thông tin đa dạng từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau thành một hệ thống có cấu trúc chặt chẽ Phương pháp này giúp xây dựng một mô hình lý thuyết trong nghiên cứu khoa học, từ đó tạo ra lý thuyết mới hoàn chỉnh, giúp hiểu biết về đối tượng một cách đầy đủ và sâu sắc hơn.
Phân loại và hệ thống hóa là hai phương pháp liên quan chặt chẽ với nhau, trong đó phân loại đã bao gồm yếu tố hệ thống hóa Hệ thống hóa cần dựa trên cơ sở phân loại, từ đó giúp cho việc phân loại trở nên hợp lý và chính xác hơn.
Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu
Phân tích tài liệu là một phương pháp nghiên cứu văn bản và tài liệu, giúp hiểu vấn đề một cách toàn diện bằng cách chia nhỏ chúng thành từng phần Qua đó, người nghiên cứu có thể lựa chọn những thông tin quan trọng phù hợp với đề tài của mình.
Phương pháp tổng hợp liên kết các mặt và bộ phận thông tin từ lý thuyết đã thu thập, nhằm xây dựng một hệ thống lý thuyết mới, đầy đủ và sâu sắc hơn về vấn đề nghiên cứu.
Phân tích tài liệu đảm bảo cho tổng hợp nhanh và chọn lọc đúng thông tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc hơn.
Phương pháp so sánh
Phương pháp so sánh là một kỹ thuật phân tích thông số bằng cách đối chiếu số liệu đo được với một tiêu chuẩn cụ thể Qua đó, phương pháp này giúp xác định xem các thông số cần xem xét có nằm trong giới hạn cho phép hay không.
So sánh kết quả tính toán của công trình với TCVN 7957:2008 (Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế) giúp đánh giá tính phù hợp của các thông số thiết kế Việc này không chỉ đảm bảo rằng công trình đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật mà còn tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của hệ thống thoát nước.
So sánh các chỉ tiêu phân tích nước thải đầu ra với QCVN 40:2011/BTNMT và QCVN 12:2008/BTNMT giúp đánh giá chất lượng nước thải của công trình thiết kế Việc tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp và nước thải ngành giấy và bột giấy là cần thiết để đảm bảo môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Phương pháp hệ thống
Một hệ thống bao gồm các thành tố tương tác với nhau, trong đó sự thay đổi của một thành tố có thể ảnh hưởng đến những thành tố khác Mỗi tương tác trong hệ thống mang tính nguyên nhân và điều khiển, tạo thành chuỗi tương tác nguyên nhân - kết quả Hệ thống cũng luôn học hỏi và rút kinh nghiệm liên tục trong quá trình phát triển.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Đưa ra công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy , áp dụng kết hợp các phương pháp xử lý theo nguyên tắc cơ học – hóa lý – sinh học
- Đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn ( QCVN 40:2011/BTNMT)
- Giảm thiểu các nguồn ô nhiễm trong quá trình sản xuất gây ra đối với môi trường.
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Tổng quan về nước thải
Nước thải là lượng chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người cho các mục đích như sinh hoạt, dịch vụ, tưới tiêu, thủy lợi, công nghiệp và chăn nuôi, dẫn đến sự thay đổi tính chất ban đầu của chúng Nếu nước thải không được xử lý và trực tiếp xả ra sông, hồ, nó sẽ làm biến đổi môi trường nước mặt, gây ô nhiễm Nước thải thường được phân loại theo nguồn gốc phát sinh, từ đó xác định các biện pháp và công nghệ xử lý phù hợp.
Nước thải từ các xí nghiệp sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp và giao thông vận tải có đặc điểm khác nhau, phụ thuộc vào quy trình công nghệ của từng ngành và loại sản phẩm Thành phần hóa học và hóa sinh của nước thải có sự khác biệt rõ rệt giữa các ngành công nghiệp và các xí nghiệp khác nhau.
Nước thải sinh hoạt là sản phẩm từ các khu dân cư, bao gồm nước thải từ hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học và khu vui chơi giải trí Đặc điểm chính của nước thải này là chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy như hydrát carbon, protein và chất béo, cùng với các chất dinh dưỡng vô cơ như phốt phát và nitơ, cũng như vi khuẩn và trứng giun sán Hàm lượng ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, chất lượng bữa ăn, lượng nước sử dụng và hệ thống tiếp nhận nước thải.
2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước [11,6] Để quản lý chất lượng môi trường nước được tốt cũng như thiết kế lựa chọn công nghệ và thiết bị xử lý phù hợp, cần hiểu rõ bản chất của nước thải căn cứ vào một số chỉ tiêu vật lý, chỉ tiêu hóa học và chỉ tiêu vi sinh Các chỉ tiêu này không được vượt quá tiêu chuẩn cho phép (như TCVN 5945-2005) Như vậy, việc xác định các chỉ tiêu của nước sẽ cho phép đánh giá mức độ ô nhiễm hay hiệu quả của phương pháp xử lý nước thải
2.1.2.1.Các chỉ tiêu vật lý
Nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến độ pH và các quá trình hóa học, sinh hóa trong nước Nó cũng phụ thuộc nhiều vào môi trường xung quanh.
Ở miền Bắc Việt Nam, nhiệt độ các nguồn nước mặt dao động từ 13 đến 34 độ C, trong khi ở miền Nam, nhiệt độ nước mặt tương đối ổn định, dao động từ 26 đến 29 độ C.
Nhiệt độ cao trong nước làm giảm hàm lượng oxy hòa tan, ảnh hưởng đến sự sống của thủy sinh vật Sự gia tăng nhiệt độ kích thích các phản ứng hóa sinh và thúc đẩy sự phát triển của vi tảo Nước thải từ các ngành công nghiệp, đặc biệt là nước làm mát và nước nồi hơi từ nhà máy nhiệt điện, thường mang theo lượng nhiệt lớn, gây ô nhiễm nhiệt cho nguồn nước Nhiệt độ của nước thải này thường cao hơn từ 10 đến 25 độ C so với nguồn nước tiếp nhận.
Khi xử lý nước thải bằng công nghệ vi sinh, nhiệt độ tối ưu của nước phải nằm trong khoảng từ 20 ÷ 40 0 C
Nước nguyên chất không có màu, nhưng màu sắc của nước thường bị ảnh hưởng bởi các tạp chất như chất mùn hữu cơ, ion vô cơ và một số loài thủy sinh vật Mỗi loại nước thải có màu sắc đặc trưng: hợp chất sắt và mangan không hòa tan tạo màu nâu đỏ, chất mùn humic gây màu vàng, trong khi các loại thủy sinh tạo màu xanh lá cây Nước bị ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt hoặc công nghiệp thường có màu nâu hoặc đen Độ màu của nước được đo bằng đơn vị platin-coban, với nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 20 0 PtCo.
Màu của nước được phân thành hai loại: màu thực, do các chất hữu cơ hòa tan hoặc dạng hạt keo, và màu biểu kiến, do các chất lơ lửng trong nước tạo ra Trong thực tế, việc xác định màu thực của nước là phổ biến Có nhiều phương pháp để xác định màu nước, nhưng phương pháp so sánh mẫu với các dung dịch chuẩn như clorophantinat coban thường được sử dụng.
Nước sạch không có mùi vị, nhưng khi bị ô nhiễm, nó sẽ xuất hiện những mùi lạ đặc trưng Nước thải thường chứa nhiều tạp chất hóa học, dẫn đến sự hình thành các mùi khó chịu Ví dụ, mùi khai trong nước thải xuất hiện do sự hiện diện của các amin và photphin, trong khi mùi hôi thối có thể do H2S và các hợp chất Indol, Scattol từ quá trình phân hủy aminoaxit Ngoài ra, nước thải còn có thể có mùi tanh do sắt và vị chát do sunfat ở nồng độ 200mg/l.
Để xác định mùi của nước, bạn cần cho mẫu nước vào bình đậy kín, lắc trong khoảng 10 đến 20 giây, sau đó mở nắp và ngửi mùi Mùi nước được đánh giá theo nhiều mức độ khác nhau như không mùi, mùi nhẹ, mùi trung bình, mùi nặng và mùi rất nặng Lưu ý không để dòng hơi đi thẳng vào mũi khi thực hiện.
Độ đục của nước tự nhiên sạch thường rất trong, nhưng khi bị ô nhiễm bởi nước thải, độ đục sẽ tăng cao Độ đục chủ yếu do các hạt rắn lơ lửng, keo trong nước, có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ hoặc từ vi sinh vật, thủy sinh vật Sự gia tăng độ đục làm giảm khả năng truyền sáng của nước, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của các sinh vật tự dưỡng, từ đó giảm thẩm mỹ và chất lượng nước sử dụng.
Vi sinh vật có thể bị hấp thụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn
Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), độ đục của nước được xác định qua chiều sâu của lớp nước thấy được, gọi là độ trong, tại đó người ta vẫn có thể đọc được hàng chữ tiêu chuẩn Độ đục càng thấp thì chiều sâu của lớp nước thấy được càng lớn, và nước được coi là trong khi mức độ nhìn sâu lớn hơn 1m (hoặc độ đục nhỏ hơn 10 NTU) Theo quy định TCVN 5502-2003, độ đục của nước cấp sinh hoạt không được vượt quá 5 NTU.
Tổng hàm lượng các chất rắn (TS) trong nước bao gồm cả chất tan và không tan, với thành phần là các chất vô cơ và hữu cơ Để xác định tổng hàm lượng này, cần lấy 1 lít mẫu nước thải và cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 105°C cho đến khi nước bay hơi hoàn toàn Sau đó, lượng chất rắn còn lại sẽ được cân để tính tổng hàm lượng các chất rắn trong 1 lít nước thải, với đơn vị tính là mg/l.
Tổng hàm lượng các chất lơ lửng (SS) trong nước thải được xác định bằng cách lọc 1 lít mẫu nước qua giấy lọc tiêu chuẩn, sau đó sấy khô chất rắn còn lại ở nhiệt độ 105°C cho đến khi khối lượng ổn định Kết quả cân sẽ cho biết tổng hàm lượng các chất lơ lửng trong 1 lít nước thải, được tính bằng đơn vị mg/l.
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BAO BÌ GIẤY
Khái quát chung
Giấy là sản phẩm thiết yếu trong đời sống xã hội toàn cầu, giúp lưu trữ thông tin từ xa xưa đến nay Mặc dù công nghệ thông tin phát triển, vai trò của giấy vẫn rất quan trọng trong học tập, in ấn, báo chí và hội họa, cùng với nhu cầu gia tăng về bao bì và bìa giấy Trong những năm gần đây, nghiên cứu về bao bì giấy đã chuyển hướng, tập trung vào phát triển kỹ thuật sáng tạo nhằm bảo vệ sản phẩm và thuận tiện cho việc sử dụng Một bao bì tốt không chỉ liên kết các vật liệu và sản phẩm mà còn đáp ứng nhu cầu khách hàng, điều này được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình nghiên cứu bao bì giấy.
Bao bì hộp giấy là sản phẩm phổ biến, không chỉ dùng để chứa đựng sản phẩm mà còn đóng vai trò quảng cáo Chất lượng của thùng carton rất quan trọng và cần xem xét nhiều yếu tố như loại vật liệu, độ dày của giấy, độ bền và khả năng chống bục.
Bao bì carton đã trở thành lựa chọn hàng đầu trong ngành thực phẩm như bánh snack, cookies, và thức ăn cho động vật, cũng như trong lĩnh vực phi thực phẩm như hóa phẩm và nông phẩm Loại bao bì này không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn đảm bảo sự thành công bền vững trên thị trường bán lẻ Carton và các loại bao bì tiên tiến hơn dễ dàng trong việc vận chuyển, xếp chồng số lượng lớn, lưu kho và trưng bày sản phẩm.
Sự thuyết phục của độ cứng và tính bảo vệ của loại carton đã khiến người chủ cửa hàng yên tâm Hình ảnh và chữ viết trên giấy carton được in đậm, sống động, tạo ấn tượng mạnh Cấu trúc chắc chắn không chỉ tăng cường hiệu ứng thị giác mà còn làm nổi bật tem nền và hình ảnh ba chiều Bề mặt phẳng của carton hỗ trợ việc quét mã vạch và các panô rời, mở rộng không gian để truyền tải thông tin hiệu quả hơn.
Giấy được ưa chuộng làm bao bì nhờ vào khả năng tái chế dễ dàng, với khoảng 70% sợi gỗ được sử dụng để sản xuất lại thành các thùng carton từ nguyên liệu tái chế Bao bì chứa thức ăn của Strathcona Paper (SP) được làm hoàn toàn từ 100% giấy tái chế và đã nhận được sự cho phép từ Ban điều hành thực phẩm và dược phẩm cùng chính phủ Canada SP là một công ty có trụ sở tại Canada, chuyên sản xuất bao bì dạng thùng với trọng lượng từ vừa đến nặng.
Sự tiện lợi trong việc sử dụng và bảo quản hàng hóa là yếu tố quan trọng trong ngành nguyên liệu giấy cho sản xuất bao bì Các nhà sản xuất đang tích cực tìm kiếm những sản phẩm có giá trị gia tăng, hứa hẹn mang lại lợi nhuận cao hơn.
Người Ai Cập cổ đã sản xuất nguyên liệu để viết đầu tiên bằng cách đập mỏng những thân cây …
100 TCN Người Trung Quốc đã tạo ra giấy đầu tiên từ thớ cây tre và cây dâu
Năm 1400 Các nhà máy sản xuất giấy đã xuất hiện tại Tây Ba Nha, Ý, Đức và Pháp
Tại Bắc Mỹ nhà máy sản xuất giấy tấm đầu tiên đã được xây dựng gần Philadelphia
Nước Anh đang nỗ lực lấy lại những thuộc địa cũ và đã áp dụng đạo luật Stamp, đánh thuế lên tất cả giấy sản xuất tại các thuộc địa.
Năm 1803 Máy sản xuất giấy liên tục đầu tiên được cấp bằng sáng chế Năm 1854 Tại Anh, lần đầu tiên bột giấy từ gổ được sản xuất
Lần đầu tiên được biết nguyên liệu gấp nếp được cấp bằng sáng chế cho lớp lót của chiếc mũ cao Victorian
Năm 1871 Giấy gấp nếp lần đầu xuất hiện như vật liệu bao bì cho thủy tinh và ống khói đèn dầu
Một lớp giấy được thêm vào một mặt của lớp nếp gấp đễ ngăn các sóng bị xẹp xuống
Carton sóng được xẻ rảnh và cắt thành các thùng đầu tiên, đánh dấu bước tiến quan trọng trong ngành đóng gói Công ty Well Fargo là một trong những đơn vị đầu tiên áp dụng thùng carton sóng để vận chuyển các kiện hàng nhỏ qua đường biển, mang lại hiệu quả cao trong logistics.
Carton sóng lần đầu tiên được chấp thuận là vật liệu dùng vận chuyển đường thủy hợp lệ và thường dùng đễ vận chuyển ngũ cốc
Năm 1909 Việc phát triển bản in cao su cho phép việc tạo các mẫu in lớn
Thuế nhập khẩu được đánh trên các thùng đựng hàng carton sóng vận chuyển đường biển được xem là phán quyết phân biệt đối xử
Vào năm 1957, công nghệ in Flexo đã gần như thay thế hoàn toàn in Letterpress và mực in gốc dầu Đến những năm 60, máy in Flexo được cải tiến với bộ phận gấp và dán keo Đầu những năm 80, việc in trước trên tấm carton bắt đầu nhận được sự quan tâm đáng kể.
Mới phát triển lô anilox, bản in và chế bản đã dẫn tới công nghiệp in số lượng ít với những sản phẩm chất lượng in cao
Năm 1991, điều khoản 222 và quy tắc 41 đã được bổ sung để kiểm tra lực chịu của đỉnh sóng, thay thế cho việc kiểm tra độ bục và trọng lượng, từ đó cho phép sản xuất tấm carton nhẹ hơn.
3.1.2 Tình hình sản xuất giấy trên thế giới
Giấy, một sản phẩm quan trọng của nền văn minh nhân loại, đã có lịch sử phát triển hàng nghìn năm Từ thời cổ đại, người Ai Cập đã sáng tạo ra giấy từ sợi cây papyrus, mọc bên bờ sông Nile.
Phương pháp sản xuất giấy bắt đầu từ việc nghiền ướt các nguyên liệu từ sợi thực vật như gỗ, tre, nứa thành bột nhão, sau đó trải mỏng và sấy khô để tạo thành giấy Phát minh này của người Trung Hoa được phổ biến sang các nước Hồi giáo ở Trung Á vào giữa thế kỷ thứ 8, sau đó du nhập vào châu Âu, với các xưởng sản xuất giấy đầu tiên xuất hiện ở Tây Ban Nha, Italia, Pháp và Đức vào thế kỷ 14 Ban đầu, giấy được sản xuất thủ công từ bông và vải lanh vụn, nhưng đến đầu thế kỷ 19, quy trình sản xuất đã được cơ giới hóa, dẫn đến nhu cầu tăng cao về nguyên liệu Gỗ dần thay thế vải vụn làm nguyên liệu chính, và vào năm 1840, Đức phát triển phương pháp nghiền gỗ thành bột giấy bằng thiết bị cơ học Năm 1866, nhà hóa học Benjamin Tighman giới thiệu quy trình hóa học sử dụng Na2SO3 để sản xuất bột giấy, và năm 1880, Carl F Dahl phát minh ra phương pháp nấu bột giấy bằng Na2SO3 và NaOH, chính thức biến gỗ thành nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất giấy.
3.1.3 Sơ lược tình hình sản xuất giấy tại Việt Nam
Ngành giấy tại Việt Nam đã có lịch sử hình thành từ rất sớm, khoảng năm 284 Từ thời điểm này cho đến đầu thế kỷ 20, giấy chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp thủ công, phục vụ cho các nhu cầu ghi chép, tạo tranh dân gian và sản xuất vàng mã.
Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên tại Việt Trì với công suất 4.000 tấn giấy/năm đã được đưa vào hoạt động Đến thập niên 1960, nhiều nhà máy giấy mới được đầu tư xây dựng, nhưng phần lớn có công suất nhỏ, dưới 20.000 tấn/năm, như Nhà máy giấy Việt Trì, Nhà máy bột giấy Vạn Điểm, Nhà máy giấy Đồng Nai và Nhà máy giấy Tân Mai.
Vào năm 1975, ngành giấy Việt Nam có tổng công suất thiết kế là 72.000 tấn/năm, tuy nhiên, do tác động của chiến tranh và sự mất cân đối giữa sản lượng bột giấy và giấy, sản lượng thực tế chỉ đạt 28.000 tấn/năm.
Quá trình sản xuất bao bì giấy
3.2.1.Nguyên liệu sản xuất bao bì giấy
Nguyên liệu chính để sản xuất giấy và bột giấy là sợi xenlulozo từ nguyên liệu nguyên thủy (gỗ và phi gỗ)
- Nguyên liệu từ gỗ là các loại cây lá rộng hoặc lá kim
Nguyên liệu phi gỗ như tre nứa và phế phẩm từ sản xuất công-nông nghiệp như rơm rạ, bã mía có chi phí sản xuất thấp Tuy nhiên, chúng không phù hợp với các nhà máy có công suất lớn do tính chất theo mùa vụ và khó khăn trong việc cất trữ nguyên liệu.
- Nguyên liệu có thể dùng giấy tái chế
Giấy loại ngày càng trở thành nguyên liệu phổ biến trong ngành giấy nhờ vào khả năng tiết kiệm chi phí sản xuất Giá thành bột giấy từ giấy loại luôn thấp hơn so với bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy do chi phí vận chuyển, thu mua và xử lý giảm Trung bình, sản xuất 1 tấn giấy từ giấy loại giúp tiết kiệm 17 cây gỗ, 1.500 lít dầu, đồng thời giảm 74% khí thải và 35% nước thải so với sản xuất từ nguyên liệu nguyên thủy Hơn nữa, chi phí đầu tư cho dây chuyền xử lý giấy loại cũng thấp hơn so với dây chuyền sản xuất bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy, góp phần bảo vệ môi trường Tuy nhiên, bột giấy tái chế thường có chất lượng kém hơn, khiến nó không phù hợp cho sản xuất các sản phẩm chất lượng cao.
Nguồn giấy loại tại Việt Nam chủ yếu đến từ hai nguồn: thu gom trong nước và nhập khẩu Giấy nhập khẩu chủ yếu từ Mỹ, Nhật Bản và New Zealand, trong khi nguồn thu gom trong nước chủ yếu là từ những người thu gom riêng lẻ, công ty vệ sinh, người bới rác và các trạm thu mua trung gian Hiện tại, việc thu gom giấy tái chế diễn ra khá tự phát, dẫn đến tỷ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng ở Việt Nam chỉ đạt khoảng 25%, thấp hơn so với 38% ở Trung Quốc và 65% ở Thái Lan.
3.2.2.Dây chuyền công nghệ sản xuất bao bì giấy ( bìa carton)
Nguyên liệu chính: bìa carton loại, giấy loại, báo loại (tái chế)
Nguyên liệu phụ : kiềm, nhựa thông, chất tẩy
Nguyên liệu tái chế như giấy, bìa và báo phế liệu được phân loại, ngâm trong nước để làm mềm, sau đó nghiền nhỏ và hòa loãng để tạo thành bột giấy Bột giấy này được xeo thành bìa, sấy khô và cuộn lại bằng hơi nước từ lò than Trong một số trường hợp, javen được sử dụng để tẩy trắng bột giấy.
Hình 4 : Dây chuyền công nghệ sản xuất bao bì giấy
Bìa carton vụn,giấy, báo
Nước thải Nước,hóa chất
Giấy cuộn Sấy khô Xeo Đánh tơi Nghiền
*) Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Quá trình phân loại nguyên liệu là bước quan trọng khi sử dụng giấy tái chế, nhằm loại bỏ các vật liệu không mong muốn như ghim sắt, băng dính và túi nilong Công đoạn này chủ yếu sử dụng lao động thủ công để đảm bảo chất lượng nguyên liệu đầu vào.
Ngâm là bước quan trọng trong quy trình tái chế giấy, nơi mà nguyên liệu đã được phân loại sẽ được đưa vào nước Tất cả giấy, báo và bìa carton vụn, sau khi loại bỏ ghim và băng dính, sẽ được ngâm nhằm làm cho giấy mủn ra, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn nghiền tiếp theo.
+ Nghiền:Quá trình này nhằm mục đích là làm nhỏ nguyên liệu trong quá trình sản xuất
+ Đánh tơi: Quá trình này nhằm mục đích là làm cho bột nghiền của quá trình trên được bông tơi đều với nhau
Xeo giấy là quá trình tạo hình sản phẩm trên lưới và loại bỏ nước để giảm độ ẩm của giấy Sau khi bột giấy được nghiền, nó sẽ được trộn với chất độn và các chất phụ gia trước khi tiến hành xeo giấy Tùy thuộc vào chất lượng mong muốn, có thể thêm các chất phụ gia phù hợp vào quy trình.
- Các chất vô cơ: cao lanh, CaCO3, oxit titan
- Các chất hữu cơ: tinh bột biến tính, axit lactic
- Các chất màu: nhôm sulfat (tác nhân khử mực)
Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chứa chủ yếu xơ sợi mịn, giấy lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh Sau khi xeo, giấy sẽ được sấy khô để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh.
+ Cuộn giấy: nhằm mục đích dễ dàng trong quá trình vận chuyển và gia công sản phẩm
Hiện trạng ngành công nghiệp giấy ở Việt Nam
Ngành giấy Việt Nam đang trải qua giai đoạn phát triển mạnh mẽ, nhờ vào sự tăng trưởng nhanh của công nghiệp và cải thiện đời sống nhân dân Nhu cầu sử dụng giấy ngày càng gia tăng, với sản lượng giấy năm 2010 ước đạt 1,85 triệu tấn, tăng gần 10% so với năm 2009.
Ngành giấy Việt Nam hiện đang gặp nhiều khó khăn do công nghệ lạc hậu và quy mô sản xuất nhỏ, với năng lực sản xuất bột giấy chỉ đáp ứng 50% nhu cầu Điều này dẫn đến việc ngành giấy phải phụ thuộc vào nguồn bột giấy nhập khẩu Sản phẩm giấy rất đa dạng, bao gồm giấy in báo, giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh, khăn giấy, giấy bao bì và giấy vàng mã, phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau.
Hiện tại, Việt Nam chỉ có khả năng sản xuất giấy chất lượng thấp và trung bình, trong khi các loại giấy kỹ thuật cao như giấy điện-điện tử, giấy thuốc lá, giấy in tiền và giấy in tài liệu bảo mật vẫn chưa được sản xuất trong nước.
Giấy bao bì hiện chiếm tỷ trọng lớn nhất trong ngành giấy tại Việt Nam, tiếp theo là giấy in và giấy viết, sau đó là giấy vàng mã và giấy báo Doanh nghiệp trong nước chủ yếu cung cấp giấy in báo với chất lượng thấp, trong khi sản phẩm chất lượng cao phải nhập khẩu với khối lượng lớn Ngành giấy tissue đã có sự chiếm lĩnh thị trường nội địa và xuất khẩu một phần Triển vọng phát triển trong những năm tới sẽ tập trung vào phân khúc giấy in báo, giấy in viết và giấy bao bì, trong khi cạnh tranh trong mảng giấy tissue sẽ ngày càng gia tăng do nhiều cơ sở sản xuất đã đầu tư vào sản phẩm này.
Vào năm 2008, tổng công suất sản xuất giấy của cả nước đạt 1.371 ngàn tấn, gấp đôi so với năm 2000 Tuy nhiên, sản lượng giấy sản xuất trong năm này chỉ đạt 1.110,7 ngàn tấn, giảm 1,4% so với năm 2007 Sự sụt giảm này chủ yếu do nhu cầu tiêu thụ giấy bị ảnh hưởng bởi khủng hoảng kinh tế và sự gia tăng hoạt động nhập khẩu, khi thuế nhập khẩu giấy giảm từ 5% xuống 3%.
Từ năm 2000 đến 2008, sản lượng sản xuất giấy đã tăng trung bình khoảng 16% mỗi năm, với sản phẩm giấy bao bì chiếm tỷ trọng lớn nhất và có tốc độ tăng trưởng cao nhất đạt 27% Các loại giấy khác cũng ghi nhận sự tăng trưởng, bao gồm giấy Tissue tăng 22%, giấy in viết tăng 11,6%, giấy in báo tăng 8,95% và giấy vàng mã tăng 1,4% Đến năm 2008, sản lượng giấy vẫn cao gấp đôi so với năm 2000, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của ngành giấy trong giai đoạn này.
Công ty Giấy Việt Nam, CTCP Giấy Sài Gòn và CTCP Giấy Tân Mai sở hữu hệ thống phân phối độc lập Sản phẩm của các công ty này thường được phân phối qua các nhà phân phối, đại lý, cửa hàng giới thiệu sản phẩm và hệ thống siêu thị.
Đa phần các doanh nghiệp sản xuất giấy, đặc biệt là doanh nghiệp tư nhân quy mô nhỏ, chưa có kênh phân phối riêng Theo Hiệp Hội Giấy Việt Nam, hệ thống phân phối giấy trong nước còn manh mún, chủ yếu do các đại lý và cơ sở sản xuất nhỏ thực hiện gia công từ giấy cuộn lớn thành các sản phẩm cuối cùng như giấy gram, vở tập và giấy văn phòng Nhiều tổ chức và cá nhân tự mua giấy cuộn, tự xén và tìm hiểu thị trường Trong khi đó, các văn phòng lớn thường lựa chọn sử dụng giấy nhập khẩu.
Các vấn đề về môi trường
Ngành sản xuất giấy và bột giấy đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, với nhu cầu sản phẩm giấy ngày càng tăng do sự phát triển của các ngành công nghiệp và dịch vụ Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích kinh tế - xã hội, ngành này cũng đối mặt với nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng Do đó, cần thiết phải có các biện pháp kết hợp sản xuất với xử lý ô nhiễm môi trường và đổi mới công nghệ theo hướng thân thiện với môi trường.
Ngành công nghiệp sản xuất giấy tiêu tốn một lượng nước lớn, với nhu cầu từ 80 m³ đến 450 m³ để sản xuất 1 tấn giấy thành phẩm, tùy thuộc vào công nghệ và loại sản phẩm Hầu hết lượng nước sử dụng cuối cùng sẽ trở thành nước thải, chứa đựng nhiều tạp chất, hóa chất, bột giấy cùng các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ.
Trong quá trình sản xuất bột giấy, việc thu hồi dịch đen kịp thời là rất quan trọng để giảm thiểu ô nhiễm môi trường Dịch đen, hay còn gọi là dịch thải chưng nấu, chứa khoảng 25 ÷ 35% chất khô, với tỷ lệ chất hữu cơ và vô cơ là 70:30 Thành phần hữu cơ chủ yếu là lignin hòa tan và các sản phẩm phân hủy, trong khi thành phần vô cơ bao gồm các hóa chất nấu và natri sunphat Mức độ ô nhiễm từ nước thải công nghiệp giấy tỷ lệ nghịch với khả năng thu hồi dịch đen; khi sử dụng hợp chất chứa clo, các chỉ số ô nhiễm như BOD, COD và hợp chất clo hữu cơ đều cao, với BOD đạt khoảng 15 ÷ 17 kg/tấn bột giấy và COD từ 60 ÷ 90 kg/tấn bột giấy.
Công đoạn xeo giấy chứa xơ sợi mịn, bột giấy lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh Việc xử lý nước thải trong sản xuất giấy và bột giấy rất khó khăn và tốn kém, yêu cầu đầu tư và chi phí vận hành cao Nhiều doanh nghiệp sản xuất ở Việt Nam gặp khó khăn do thiếu kinh phí để đầu tư vào thiết bị xử lý chất thải và công nghệ mới nhằm giảm ô nhiễm và chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải.
Trong quá trình nghiền bột, bụi và khí có mùi được sinh ra từ các công đoạn như sàng rửa, tẩy trắng, chế biến và khử bọt Hơi clo chủ yếu phát sinh trong khâu tẩy trắng, trong khi khí H2S được tạo ra trong công đoạn nấu bột.
Quá trình xeo giấy và sấy khô tạo ra hơi nước từ các tấm giấy, dẫn đến việc phát tán hydrocarbon và các chất ô nhiễm từ nguyên liệu gỗ vào không khí Các thiết bị như nồi hơi và máy xeo giấy cũng sản sinh ra lượng nhiệt lớn, góp phần gây ô nhiễm môi trường.
Ngành công nghiệp giấy tiêu thụ lượng lớn nhiên liệu để vận hành các thiết bị như lò hơi, máy xeo và lò xông lưu huỳnh Các loại nhiên liệu chính bao gồm than đá, dầu FO, DO và nhiên liệu sinh học từ phụ phẩm gỗ, vỏ cây và bùn cặn Tuy nhiên, sản phẩm cháy từ những nhiên liệu này phát thải nhiều khí độc hại, gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người.
CO, CO2, SOx, NOx, tro bụi Các khí này gây các tác động tiêu cực đến môi trường không khí của khu vực dân cư lân cận
Tiếng ồn và độ rung phát sinh từ hoạt động của máy nghiền, sàng và các động cơ điện có tác động đáng kể đến chất lượng không khí.
Trong quá trình gia công nguyên liệu sản xuất giấy, một lượng lớn chất thải rắn như vỏ cây, mùn cưa và gỗ thừa được sinh ra Bên cạnh đó, quá trình lọc bột giấy cũng phát sinh các chất không mong muốn như nilon và băng keo Việc đốt nhiên liệu để cung cấp nhiệt cho sản xuất tạo ra tro, xỉ than và dầu thải Tại Việt Nam, trung bình mỗi tấn giấy sản xuất sẽ thải ra khoảng 45 đến 85 kg chất thải rắn, chưa kể đến lượng phế liệu đã được tái chế Những chất thải này không chỉ gây tác động xấu đến môi trường mà còn tạo ra mùi khó chịu và làm mất mỹ quan khu vực xung quanh.
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 4.1 Các thông số thiết kế và sơ đồ xử lý nước thải ngành công nghiệp sản xuất bao bì giấy
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy giấy sản xuất bao bì với lưu lượng thải trung bình 30m³/ngày đêm, đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 40: 2011/BTNMT Cần tính toán thiết kế công nghệ phù hợp cho hệ thống xử lý nước thải của nhà máy.
4.1.1 Các thông số thiết kế
Bảng 1: Thành phần, tính chất nước thải sản xuất giấy
Nước thải đầu vào Đơn vị
Mức độ xử lý QCVN40:2011/B TMT pH 5,86 ÷ 6,4 - 5,5 ÷ 9
[Nguồn: Khu công nghiệp Vsip Bắc Ninh, Báo cáo định kỳ về công tác bảo vệ môi trường 6 tháng đầu năm 2012]
Dựa theo các thông số thành phần nước thải trong quá trình sản xuất ta cần xử lý các thông số BOD5 , COD , SS
Từ đó đề ra công nghệ xử lý nước thải thích hợp
Xác định các lưu lượng tính toán:
Chu kỳ xả thải 8h/ngày đêm
- Lưu lượng trung bình ngày đêm: Q = 30 m 3 /ngđ
- Lưu lượng giờ trung bình tính theo công thức:
(vì chu kỳ xả thải của nhà máy là 8h/ngày)
- Lưu lượng giây trung bình tính theo công thức:
* Tra bảng 2 (Điều 4.12 TCVN 7957-2008) Q tb-s = 1,04 (l/s) tương ứng
- Lưu lượng giờ lớn nhất tính theo công thức:
- Lưu lượng giây lớn nhất tính theo công thức:
- Lưu lượng giây nhỏ nhất tính theo công thức:
Qmin-s = K0 min Qtb-s = 0,38 1,04 =0,4(l/s) a Sơ đồ xử lý nước thải sản xuất
Hình 5: Sơ đồ dây chuyền xử lý nước thải
Nước thải đầu ra Thải bỏ
Thiết bị trộn phèn b Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nước thải từ các nguồn phát sinh được thu gom qua mạng lưới và chảy vào hố thu của trạm xử lý qua hệ thống ống chính Trước khi vào hố thu, nước thải đi qua song chắn rác để loại bỏ rác thô, bảo vệ thiết bị và hệ thống đường ống Hố chứa rác được kiểm tra và thu gom định kỳ để đảm bảo hiệu quả hoạt động của trạm xử lý.
Nước thải từ hố thu được chảy vào bể điều hòa, nơi có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và hàm lượng chất thải Bể điều hòa được trang bị hệ thống sục khí để khuấy trộn, giúp giảm thiểu nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải trước khi đưa vào trạm xử lý.
Sau khi xử lý sơ bộ nước thải bằng phương pháp cơ học, bước tiếp theo là chuyển nước thải vào bể keo tụ Quá trình này nhằm tạo bông cặn, giúp xử lý hiệu quả các thành phần như BOD, COD và SS trong nước thải.
Trong quá trình xử lý nước thải, SS có mặt trong nước thải được loại bỏ thông qua bể keo tụ, nơi thiết bị khuấy trộn giúp tăng cường tiếp xúc giữa các hạt điện tích, làm cho quá trình keo tụ diễn ra nhanh chóng với hóa chất PAC và chất trợ keo Việc tính toán lượng keo tụ là rất quan trọng, vì nếu cho dư sẽ dẫn đến hiện tượng tái bền hạt keo, làm nước trở nên vẩn đục và tạo ra sản phẩm phụ không mong muốn Khi nước thải có TSS lớn, sẽ sinh ra nhiều bùn lắng, được thu gom và chuyển đến bể nén bùn theo định kỳ Nước sau khi xử lý keo tụ sẽ được chuyển sang bể lắng 1 để loại bỏ bùn cặn, tiếp theo là bể Aroten để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan như BOD5 và COD Tại bể Aroten, quá trình sinh học hiếu khí diễn ra nhờ không khí từ máy thổi khí, giúp vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản Cuối cùng, nước thải sau xử lý sẽ được chuyển đến bể lắng 2 để tách bùn hoạt tính và làm trong nước.
Bùn được giữ lại ở đáy bể lắng Một phần được tuần hoàn lại bể aroten, một phần được đưa đến bể chứa bùn để xử lý bùn dư
Nước thải sau khi được xử lý xong đạt QCVN40:2011/BTMT sẽ được đưa ra ngoài môi trường.
Tính toán các công trình đơn vị
4.2.1 Song chắn rác a Nhiệm vụ
Loại bỏ các chất thải rắn khô như nhánh cây, gỗ, nhựa, giấy, rễ cây… Bảo vệ bơm, van, đường ống, cánh khuấy
Rác sau khi được tách ra ở song chắn rác sẽ được thu gom lại và xử lý theo định kỳ b Thiết kế
Với lưu lượng xả thải trung bình giây của nhà máy chỉ đạt 1,04 l/s, việc sử dụng song chắn rác loại thô sơ kết hợp với cào thủ công là phương án hợp lý và hiệu quả.
Ta có thể xử lý rác định kỳ bằng thủ công
Vì song chắn rác là loại thô sơ nên những thông số thiết kế này dựa vào kinh nghiệm mà có được
Bảng 2: Tóm tắt các thông số thiết kế mương và song chắn rác
STT Thông số Kích thước Đơn vị
1 Chiều rộng song chắn rác 0,65 m
2 Chiều cao của song chắn rác 0,8 m
4 Vật liệu song chắn rác Thép không rỉ
6 Số lượng thanh chắn rác 25 Thanh
4.2.2 Hố thu nước thải a Nhiệm vụ
Nơi đây tập trung toàn bộ nước thải từ các quy trình sản xuất của công ty, nhằm đảm bảo lưu lượng tối thiểu cho nước vào bể điều hòa.
Nước thải từ các nguồn phát sinh theo mạng lưới thu gom nước thải chảy vào hố thu của trạm xử lý b Thiết kế
Theo lý thuyết thể tích của hố thu được tính theo công thức : Vhố thu Q max-h t
Trong đó: V hố thu : là thể tích hố thu (m 3 )
Qmax-h : là lưu lượng lớn nhất trong 1 giờ (m 3 ) t : thời gian lưu nước của hố thu (h)
Ta chọn thời gian lưu nước của hố thu là 30 phút = 0,5 (h)
Lấy thể tích hố thu Vhố thu = 5 (m 3 )
Chọn: chiều cao của bể: H = 2 m
Chọn chiều cao bảo vệ của hố thu hbv=0,5( m)
Thể tích thực của hố thu là : V=B x L x Hxd = 1 x 2 x 2,5 = 5 (m 3 )
Nước thải từ hố thu chảy sang bể điều hòa theo nguyên tắc chảy tràn
Bảng 3: Tóm tắt các thông số thiết kế hố thu
STT Thông số Kích thước Đơn vị
5 Lưu lượng lớn nhất giờ Q max-h 9,375 m 3
4.2.3 Bể điều hòa a Nhiệm vụ Điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải, làm tăng hiệu quả cho hệ thống xử lý, tránh gây sốc cho hệ thống do sự biến đổi nồng độ chất ô nhiễm hay quá tải hoặc dưới tải về lưu lượng Các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các VSV Ngoài ra bể điều hòa còn làm thoáng sơ bộ và oxi hóa sinh hóa một phần các chất bẩn hữu cơ b Nguyên lý hoạt động
Nước từ hố thu được dẫn vào máng chảy tràn và bể điều hòa, nơi lắp đặt hệ thống ống cung cấp khí để xáo trộn dòng nước, giúp điều hòa nồng độ nước Sau đó, nước sẽ được bơm qua bể lắng 1 kết hợp với bể keo tụ.
Thể tích bể điều hòa:
Trong đó: t: Thời gian lưu nước ở bể điều hòa Chọn t = 4 giờ
Qtb-h: lưu lượng trung bình tính theo giờ = 3,75 (m 3 /h) (đã tính ở trên) Chọn chiều cao làm việc của bể điều hòa: h = 2 m
Chiều cao bảo vệ của bể: hbv = 0,5 m
Kích thước xây dựng bể điều hòa:
Nhiệt độ nước thải khoảng 25°C, trong khi khí từ máy thổi khí có nhiệt độ cao hơn (khoảng 40°C) Khi cấp khí vào bể điều hòa, không chỉ hòa trộn các dòng nước mà còn nâng nhiệt độ nước thải, giúp đạt yêu cầu nhiệt độ từ 28-35°C cho các phản ứng hóa học trong công trình sinh học.
Vậy nên ta chọn khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí
Lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa:
Lkhí: Lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa (m /h)
Qmax-h = 9,375 (m 3 /h) ( đã tính ở trang trên) a: Lưu lượng khí cung cấp cho bể điều hòa trong 1 giờ, a = 3,74 m 3 /h
(Theo W.Wesley Eckenfelder, Industrial Water Pollution Control, 1989)
Khí được cung cấp bằng hệ thống ống PVC, vận tốc khí trong ống 10 ÷
15 m/s, chọn v ống = 10 m/s Đường kính ống dẫn khí chính từ máy nén tới ống phân phối
D: Đường kính ống dẫn khí chính từ máy nén tới ông phân phối (mm)
Lkhí: Lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa (m 3 /h) v ống : Vận tốc khí trong ống (m/s)
Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 35 mm
Chiều dài ống dẫn khí chính là 2 m, tương đương với chiều rộng của bể Khí được phân phối từ ống chính qua 4 ống nhánh có đục lỗ, kéo dài 3,5 m Hai ống nhánh được đặt cách nhau 0,5 m, với vận tốc khí trong ống dao động từ 10 đến 15 m/s.
Lưu lượng khí trong ống nhánh:
Trong đó: q ống : Lưu lượng khí trong ống nhánh (m 3 /h)
Lkhí: Lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa (m 3 /h) Đường kính ống nhánh dẫn khí:
Trong đó: d ống : Đường kính ống nhánh dẫn khí (mm) qống: Lưu lượng khí trong ống nhánh (m /h) vống: Vận tốc khí trong nhánh ống (m/s) = 10 (m/s)
Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 20 mm
Lưu lượng khí qua một lỗ:
Trong đó: q lỗ : Lưu lượng khí qua một lỗ vlỗ: Vận tốc khí qua lỗ bằng 5 ÷ 20 m/s, chọn vlỗ m/s dlỗ: Đường kính các lỗ 2 ÷ 5 mm, chọn dlỗ = 2 mm = 0,002 m
Số lỗ trên mỗi ống nhánh:
N: Số lỗ trên mỗi ống nhánh: q ống : Lưu lượng khí trong ống nhánh qlỗ: Lưu lượng khí qua một lỗ
Khoảng cách giữa các lỗ:
Máy nén khí Áp lực cần thiết của máy thổi khí:
Trong đó: h l : Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển thường ≤ 0,4 m, chọn h l = 0,1 m h: Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun, h = 2 m Áp lực máy thổi khí tính theo Atmotphe:
( Lkhí = qống =8,765(m 3 /h): đã tính ở trên)
Công suất máy nén khí:
Chọn máy nén khí có công suất N=0,5 kW
Pmáy: Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW a: Lưu lượng không khí, L khí = 0,0024 m 3 /s
Pm: Áp suất máy thổi khí, Pm = 1,2 atm
: Hiệu suất máy nén khí, chọn = 0,8
Máy bơm nước từ bể điều hòa sang bể keo tụ
Công suất máy bơm nước:
Chọn chiều cao cột áp H = 10 m
: Hiệu suất của bơm, chọn = 0,8
: Khối lượng riêng của nước, = 1000 kg/m 3
Trong bể điều hòa bố trí bơm có công suất N = 0,5 kW
Lưu lượng nước thải Qmax-h = 9,375 m 3 /h để bơm nước lên bể lắng 1 với chiều cao cột áp là 10 m
Bảng 4: Tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa
T Thông số Kích thước Đơn vị
4 Chiều cao bảo vệ bể 0,5 m
5 Lượng không khí cần cung cấp 35,06 m 3 /h
6 Chiều dài ống chính dẫn khí 2 m
7 Tổng chiều dài ống nhánh dẫn khí 8 m
8 Tổng số lỗ khí trên ống nhánh 260 Lỗ khí
9 Thời gian lưu nước ở bể 4 h
10 Công suất máy nén khí 0,5 Kw
11 Công suất máy bơm nước 0,5 Kw
Hàm lượng các chất bẩn còn lại sau khi ra khỏi bể điều hòa :
TSS giảm 4% SS * =TSS (100% - 4%) = 2100 × 96% = 2016(mg/l) BOD 5 giảm 5% BOD 5 * = BOD 5 (100% - 5%) = 800×95%= 760(mg/l) COD giảm 5% COD * = COD(100% - 5%) = 1200×95% = 1140 (mg/l)
4.2.4 Bể trộn phèn(PAC) a Nhiệm vụ
Trước khi đưa phèn vào bể trộn thủy lực, cần hòa tan lượng phèn đã tính toán Phèn sẽ được đưa vào bể trộn, nơi cánh khuấy giúp phèn tan đều trong nước Dung dịch phèn sau đó sẽ được bơm định lượng vào bể trộn thủy lực.
Ta sử dụng phèn PAC
Thể tích bể trộn phèn:
Ta có thể chọn thùng phy có thể tích là 100 lít
Trong đó: a: Liều lượng phèn PAC dự tính cho vào nước (Được xác định theo TCXD 33-1985 chọn P p 0( g/m 3 ))
Q: Lưu lượng nước thải trung bình giờ, Q tb-h = 3,75 m 3 /h n: Thời gian giữa hai lần hòa trộn chọn n = 12 giờ b: Nồng độ dung dịch phèn, b = 10% (10 ÷ 17%) γ: Khối lượng riêng của dung dịch, lấy bằng 1 tấn/m 3
Lượng phèn PAC cần cung cấp trong 1 ngày:
Với lượng phèn sử dụng mỗi ngày ít nên ta có thể dung phương pháp thủ công để khuấy trộn
4.2.5 Bể keo tụ a Mục đích
Trộn đều dung dịch chất keo tụ với nước thải b Nguyên lý hoạt động
Nước từ bể điều hòa được bơm vào bể keo tụ, nơi dung dịch hóa chất keo tụ được đưa vào bằng bơm định lượng Dưới tác dụng của cánh khuấy, nước thải và hóa chất được trộn đều, tạo ra quá trình keo tụ hiệu quả Cuối bể keo tụ, hệ thống thu và phân phối nước sẽ chuyển nước sang bể lắng 1 để tiếp tục xử lý.
Chọn thời gian khuấy trộn là 30 phút = 0,5 h
Chọn bể có kích thước
Thể tích thực của bể là 2,5 m 3
Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng 45 0 , đường kính cánh khuấy:
Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng bằng đường kính cánh khuấy (0,5 m)
Năng lượng cần truyền cho máy khuấy hoạt động là:
Trong đó: μ: Độ nhớt của nước ở 20 0 c, μ = 0,001 N.s/m 2
Bảng 5: Các giá trị G cho trộn nhanh
Thời gian trộn t (s) Gradien G (s -1 ) 0,5 (trộn đường ống) 3500
[Nguồn: Cấp nước tập 2, Trịnh Xuân Lai]
Theo bảng chọn G = 700(s -1 ), do thời gian trộn là 30 phút > 40 s
Công suất của động cơ:
Trong đó: là công suất hữu ích của máy (chọn = 80%)
Chọn công suất máy khuấy là 1,5kW
Số vòng quay của máy khuấy:
: Khối lượng riêng của nước
K: Hệ số sức cản của nước (đối với máy khuấy tuabin K = 1,08) d: Đường kính cánh khuấy, d = 0,5m
Bảng 6: Tóm tắt các thông số thiết kế bể keo tụ
Loại bỏ các bông cặn sinh ra trong quá trình keo tụ, có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực b Nguyên lý hoạt động
Nước từ bể trộn được dẫn vào vùng phân phối đầu bể lắng qua vách ngăn, chuyển động đều dọc theo bể Khi nước chảy qua vùng lắng, các bông cặn tiếp tục hình thành và lắng xuống đáy bể lắng, sau đó được thu tại vùng thu nước cuối bể.
Nước sau khi di chuyển từ đầu bể đến cuối bể sẽ được thu gom qua máng và phân phối vào bể aeroten Cặn lắng sẽ được các tấm gạt cặn dồn về hố thu ở đầu bể và sau đó được hút ra ngoài bằng bơm Bột giấy có tỉ trọng nhẹ sẽ nổi lên trên mặt nước, và được thanh gạt của máy cào cặn gạt về máng thu bọt ở cuối bể với tốc độ 0,9 m/phút, trong đó thanh gạt được đặt ngập dưới mực nước 0,05 m.
Ta lựa chọn bể lắng là bể lắng đứng, tiết diện hình tròn đáy hình nón nghiêng góc 45 0 , ở giữa có ống trung tâm
* Tính toán kích thước bể lắng
Chọn thời gian lưu nước trong bể lắng là 1,5 h Chọn chiều cao của bể lắng là 2 m Khi đó vận tốc lắng thực tế của hạt là:
STT Thông số Kích thước Đơn vị
4 Công suất máy khuấy 1,5 Kw
Trong thực tế, nhiều yếu tố như lắng chen của các hạt, chuyển động của các lớp nước và quá trình bơm hút bùn làm giảm vận tốc lắng so với lý thuyết Giả thuyết cho rằng vận tốc lắng lý thuyết gấp đôi vận tốc lắng thực tế, với công thức vlt = 2.vtt = 2.1,3 = 2,6 (m/h) tương đương 7,2.10 -4 m/s.
Trong nước thải, các hạt lắng chủ yếu có dạng hình cầu và là hydroxit kim loại Để đơn giản hóa quá trình tính toán bể lắng, ta tập trung vào bể Niken, nơi hydroxit niken chiếm ưu thế Độ nhớt của môi trường được coi là tương đương với độ nhớt của nước, trong khi độ nhớt của các thành phần khác trong nước thải được bỏ qua Nhiệt độ làm việc của nước thải được duy trì ở mức 20°C.
+ Diện tích bể lắng là: tt
Với Q – Lưu lượng nước vào bể lắng; Q = 3,75 m 3 /h vtt – Vận tốc lắng thực tế; vtt = 1,3 m/h
+ Thể tích bể lắng là: V = Q.t = 3,75.1,5 = 5,625 (m 3 )
+ Bán kính của bể lắng là: R = F = 0,96 (m) => D = 1,92(m)
+ Diện tích ống trung tâm đưa nước vào bể lắng được tính theo công thức:
Trong đó: q: lưu lượng nước thải qua ống Q = 3,75 m 3 /h
Q= 3,75 (m 3 /h) = 1,04.10 -3 (m 3 /s) v: vận tốc nước thải qua ống, chọn v = 0,015 m/s
(vận tốc nước thải qua ống thường từ 0,01 ÷ 0,015 m/s)
Khi đó đường kính ống trung tâm là: d = 2 = = 0,3(m)
Phía cuối của ống trung tâm có 1 phần ống loe Chọn đường kính là chiều cao của phần ống loe bằng 1,35 đường kính ống trung tâm
Khi đó: dloe = hloe = 1,35.0,3 = 0,405 (m) Đường kính tấm chắn trước miệng ống loe bằng 1,3 đường kính ống loe
+ Ngăn chứa bùn của bể lắng đứng có dạng hình nón, chọn đường kính đáy của đáy ngăn chứa bùn là dbùn = 0,6m
+ Chiều cao ngăn chứa bùn được tính theo công thức
Kích thước bể lắng đứng được xác định: Đường kính: D = 2R = 2.0,96 = 1,92 m
Chiều cao xây dựng Hxd = H + hdự trữ = 2,65 + 0,35 = 3( m)
Bùn từ bể lắng sẽ được bơm đến hệ thống máy ép bùn để xử lý Cần tính toán thời gian tháo bùn tại mỗi bể lắng nhằm xác định thời gian hoạt động hợp lý cho thiết bị ép bùn.
+ Dung tích phần chứa cặn là:
Wc – Thể tích ngăn chứa bùn của bể lắng đứng
D – đường kính bể lắng đứng; D =1,92 m d – đường kính của ngăn chứa bùn d = 0,6 m hb – Chiều cao ngăn chứa bùn cặn, hb = 0,65 m
Thay số vào ta được Wc = 0,9 m 3
+ Chu kì xả cặn lắng là: c ax
Q C C δ – Nồng độ cặn trung bình đã nén => Chọn δ = 35000 mg/l
Q – Lưu lượng nước thải vào bể = V bể lắng 1 = 5,625(m 3 )
C – Hàm lượng cặn ra khỏi bể lắng = 60 (mg/l)
Cmax – hàm lượng cặn lớn nhất trong nước thải (lấy Cmax = Co)
C max : bông cặn có khả năng liên kết và có nồng độ lớn trên 1000(mg/l)
Như vậy, thay số vào ta sẽ có chu kì xả cặn của bể lắng là:
Dựa vào tính toán trên, ta có kế hoạch hoạt động cho hệ thống máy ép bùn
Nước thải trước khi vào bể lắng chứa chủ yếu các hạt hydroxit kim loại lớn và một lượng nhỏ hạt huyền phù khó lắng Các hydroxit kim loại này có hiệu suất lắng đạt 99% chỉ sau 25 phút Trong khi đó, các hạt rắn lơ lửng nhỏ hơn khó lắng hơn với hiệu suất khoảng 85% Do đó, sau khi qua bể lắng, hàm lượng chất lơ lửng trong nước đã giảm đáng kể.
Xác định hiệu quả khử BOD 5 và SS:
Trong đó: t: Thời gian lưu nước, t = 1,5 h a, b: Các hằng số thực nghiệm
Khử cặn lơ lửng SS: a = 0,0075; b = 0,014
Hiệu quả khử BOD 5 và SS:
Lượng bùn khô sinh ra mỗi ngày:
Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày:
G: Hàm lượng bùn sinh ra mỗi ngày, G = 31,83 kg/ngày
C: Hàm lượng chất rắn trong bùn nằm trong khoảng 40 ÷ 120 (g/l)
= 40 ÷ 120 (kg/m 3 ), lấy trung bình C 0 kg/m 3
Bảng 7 Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng I
STT Tông số Kích thước Đơn vị
4 Thời gian lưu nước trong bể 1,5 Giờ
7 Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày 0,32 m 3 /ngày
Tính chi phí hóa chất và vận hành hệ thống
Bảng 10: Chi phí nhân công
STT Nhân công Số lượng
Mức lương (đồng/người/tháng)
Mức lương (đồng/người/năm)
4.3.2 Chi phí sử dụng điện năng
Giá điện công nghiệp hiện nay là 2.300đ/kW.h
Bảng 11: Chi phí sử dụng điện năng
Công suất (kW) Điện năng tiêu thụ trong 1 ngày (kW)
1 Máy nén khí bể điều hòa 0,202 4,848 11.150
2 Bơm nước sang bể keo tụ 0,320 7,68 17.664
3 Công suất máy khuấy bể keo tụ 1,148 27,552 63.370
4 Công suất máy thổi khí bể aroten 0,48 11,52 26.500
Chi phí điện năng trong 1 năm: 118.684 365 = 43.319.660 (đồng)
Bảng 12: Chi phí sử dụng hóa chất
STT Hóa chất Số lượng
(Kg/ngày) Đơn giá Thành tiền
Chi phí hóa chất sử dụng 1 ngày 31.9200 Chi phí hóa chất dung 1 năm 11.650.800
4.3.4 Chi phí sử dụng nước sạch
Nước sạch để pha hóa chất và các hoạt động khác 0,5 m 3 / ngđ Đơn giá nước sạch hiện nay: 5.000đ/m 3
Chi phí nước sạch cho 1 ngày: 2500đ/ngày
Chi phí nước sạch cho 1 năm: 912.500 đ/năm
4.3.5 Chi phí xử lý nước thải
Bảng 13: Tổng chi phí vận hành
STT Hạng mục Thành tiền (đồng/năm)
Tổng chi phí vận hành 120.882.960 Chi phí 1m 3 nước thải: