các nghiên cứu thực hiện trong luận văn về công nghiệp giấy

trình bày về các nghiên cứu thực hiện trong luận văn về công nghiệp giấy

Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai 4.1 CÁC NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN TRONG LUẬN VĂN Nội dung các nghiên cứu :  Thí nghiệm Jartest xác đònh các điều kiện keo tụ tối ưu ứng dụng trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy (công đoạn sản xuất bột giấy CTMP tại Công ty giấy Tân Mai).  Nghiên cứu mô hình bùn hoạt tính hiếu khí ứng dụng trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy tại Công ty giấy Tân Mai.  Xác đònh khả năng lắng của nước thải từ công đoạn xeo giấy và khả năng lắng của bùn hoạt tính. Thời gian tiến hành nghiên cứu : 15/09 – 01/11 4.2 THÍ NGHIỆM JARTEST (NƯỚC THẢI CÔNG ĐOẠN SẢN XUẤT BỘT GIẤY CTMP TẠI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI) 4.2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Xác đònh hàm lượng phèn Fe 2 (SO 4 ) 3 và pH tối ưu trong xử lý nước thải công đoạn sản xuất bột giấy CTMP. • Xác đònh hàm lượng PAC, hàm lượng phèn Fe 2 (SO 4 ) 3 và pH tối ưu trong xử lý nước thải công đoạn sản xuất bột giấy CTMP. • So sánh hiệu quả quá trình keo tụ trong hai trường hợp trên để ứng dụng vào thực tế. 4.2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.2.2.1 Phương pháp luận a. Giới thiệu chung Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn và ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng, lọc hay tuyển nổi. Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng dung dòch hòa tan, các chất điện ly hoặc các chất cao phân tử,… Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ người ta có thể tách được hoặc làm giảm đi các thành phần có trong nước thải như : các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng,…đồng thời có thể cải thiện được độ đục, mùi và độ màu của nước. b. Các phương pháp keo tụ Trong công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt và phương pháp keo tụ SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 35 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai dùng các chất polyme. Ngoài ra, chúng ta có thể kết hợp hai phương pháp với nhau, khi đó các polyme có nhiệm vụ tăng cường quá trình keo tụ cho các muối nhôm hoặc sắt. b.1 Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trò III, còn gọi là phèn nhôm hay phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này được đưa vào nước dưới dạng dung dòch hòa tan, trong dung dòch chúng phân ly thành các anion và cation theo phản ứng sau : Al 2 (SO 4 ) 3 → 2Al 3+ + 3SO 4 2- FeCl 3 → 2Fe 3+ + 3Cl - Nhờ hóa trò cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các phức chất hexa Me(H 2 O) 6 3+ (trong đó Me có thể là Al hoặc Fe). Tùy thuộc vào giá trò pH của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau, thí dụ với nhôm các phức chất này tồn tại ở pH từ 3 đến 4; với sắt, chúng tồn tại ở pH từ 1 đến 3. Khi tăng pH, các phản ứng xảy ra như sau : Me(H 2 O) 6 3+ + H 2 O → Me(H 2 O) 5 OH 2+ + H 3 O + Tăng axit Me(H 2 O) 5 2+ + H 2 O → Me(H 2 O) 4 (OH) 2 + + H 3 O + Tăng kiềm Me(H 2 O) 4 (OH) 2 + + H 2 O → Me(H 2 O) 3 + + 3H 2 O + H 3 O + Me(OH) 3 + OH - → Me(OH) 4 - Các sản phẩm hydroxyt tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6, đó là các sản phẩm mang nhiều các nguyên tử kim loại, ví dụ Al 3 (OH) 4 5+ . Các hợp chất này mang điện tích dương mạnh và có khả năng kết hợp với các hạt keo mang điện tích âm trong nước thải tạo thành các bông cặn. Các hydroxyt nhôm hoặc sắt tạo thành khác nhau tùy thuộc vào pH và các điều kiện của quá trình, song chúng đều là các hợp chất mang điện dương và có hoạt tính tạo bông keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bông keo này khi lắng xuống sẽ hấp phụ, cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn hữu cơ, chất mang mùi vò,…tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong nước. Mặt khác, các ion kim loại tự do còn kết hợp với nước qua phản ứng thủy phân cũng tạo thành các hydroxyt như sau : Al 3+ + 3H 2 O → Al(OH) 3 + 3H + Fe 3+ + 3H 2 O → Fe(OH) 3 + 3H + Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhôm, sắt ta thấy có khả năng tạo ra 03 loại bông cặn sau : • Loại thứ nhất là tổ hợp các hạt keo tự nhiên, loại này chiếm số ít. • Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và trung hòa về điện tích. Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong quá trình lắng tiếp theo vì vậy số lượng cũng không đáng kể. • Loại thứ ba được hình thành từ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các anion có trong nước nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng hấp phụ các chất bẩn trong khi lắng, tạo thành các bông cặn lớn hơn. Trong xử lý nước bằng keo tụ, loại bông cặn thứ ba chiếm ưu thế và có tính quyết đònh đến hiệu quả keo tụ. b.2 Keo tụ hoặc tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 36 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai Quá trình này sử dụng các chất cao phân tử tan trong nước, chúng có cấu tạo mạch dài, với phân tử lượng từ 10 3 đến 10 7 g/mol và đường kính phân tử trong dung dòch vào khoảng 0,1 đến 01 µm. Chúng còn được sử dụng làm chất trợ keo tụ, tức là sử dụng phèn nhôm hoặc sắt là những chất keo tụ chính. Chúng giúp cho quá trình keo tụ xảy ra nhanh hơn và tạo ra các bông có kích thước lớn hơn để có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng. c. Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông • Quá trình nén lớp điện tích kép : Quá trình đòi hỏi nồng độ cao của các ion trái dấu cho vào để giảm thế điện động Zeta. Sự tạo bông nhờ trung hòa điện tích, giảm thế điện động Zeta làm cho lực hút mạnh hơn lực đẩy và tạo ra sự kết dính giữa các hạt keo. • Quá trình keo tụ do hấp phụ, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện Zeta bằng 0 : Các hạt keo hấp phụ ion trái dấu lên bề mặt song song với cơ chế nén lớp điện tích kép nhưng cơ chế hấp phụ mạnh hơn. Hấp phụ ion trái dấu làm trung hòa điện tích, giảm thế điện động Zeta tạo ra khả năng kết dính giữa các hạt keo. • Quá trình keo tụ do hấp phụ tónh điện thành từng lớp các hạt keo đều tích điện, nhờ lực tónh điện chúng có xu thế kết hợp với nhau. • Quá trình keo tụ do hiện tượng bắc cầu : Các polyme vô cơ hoặc hữu cơ (không phải Al hoặc Fe) có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo. • Quá trình keo tụ ngay trong quá trình lắng : Hình thành các tinh thể Al(OH) 3 , Fe(OH) 3 , các muối không tan,… Khi lắng, chúng hấp phụ cuốn theo các hạt keo khác, các cặn bẩn, các chất vô cơ, hữu cơ lơ lửng và hòa tan trong nước. d. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ • Trò số pH của nước. • Liều lượng phèn sử dụng. • Nhiệt độ nước. • Tạp chất trong nước. • Môi chất tiếp xúc,… Nhìn chung, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ. Tuy nhiên, trong thực tế người ta thường chú ý đến hai yếu tố đó là trò số pH của nước thải và liều lượng phèn sử dụng. Ngoài ra, để tăng hiệu quả quá trình keo tụ người ta có thể bổ sung các polyme làm chất trợ keo tụ. Các giá trò pH, liều lượng phèn và liều lượng polyme tối ưu thường khác nhau đối với từng loại nước thải. Vì vậy, để xác đònh các giá trò này chúng ta phải tiến hành thí nghiệm Jartest đối với từng loại nước thải cần xử lý. 4.2.2.2 Mô hình nghiên cứu SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 37 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai a. Mô hình Hình 4.1 : Mô hình nghiên cứu thí nghiệm Jartest Mô hình nghiên cứu đặt tại phòng thí nghiệm khoa Môi trường trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Thiết bò gồm 06 cánh khuấy quay cùng tốc độ. Nhờ hộp số, tốc độ quay có thể điều chỉnh được ở dãy 10 – 120 vòng / phút. Cánh khuấy dạng turbine gồm 02 bản phẳng nằm cùng mặt thẳng đứng. Cánh khuấy đặt trong 06 beaker dung tích 01 lít chứa cùng mẫu nước cho mỗi đợt thí nghiệm. b. Tính chất nước thải Nước thải nghiên cứu được lấy từ công đoạn sản xuất bột CTMP tại Công ty giấy Tân Mai với các thông số như sau : • COD : 3724 mg/L • pH : 5,5 – 6,0 • Độ màu Pt – Co : 3040 • Độ đục : 720 (thêm đơn vò) • SS : 935 mg/L 4.2.2.3 Trình tự tiến hành a. Các thí nghiệm xác đònh hàm lượng phèn và pH tối ưu Thí nghiệm 1 : Xác đònh giá trò pH tối ưu lần thứ nhất • Cố đònh hàm lượng phèn (chọn trước hàm lượng phèn) • Biến thiên giá trò pH (điều chỉnh pH bằng dung dòch NaOH 2N hoặc H 2 SO 4 1N) trong một khoảng rộng. Trình tự thí nghiệm như sau : - Lấy 01 lít nước thải cho vào beaker 1 lít, cho lượng phèn đã chọn trước vào. Dùng dung dòch NaOH 2N hoặc dung dòch H 2 SO 4 1N để chỉnh pH dung dòch đến các giá trò pH khác nhau. Ghi nhận thể tích các dung dòch đã dùng. SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 38 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai - Chuẩn bò 06 beaker, cho vào mỗi cốc 01 lít nước thải. - Thêm vào mỗi cốc một lượng phèn như nhau (đã xác đònh trước) và các thể tích dung dòch NaOH hay H 2 SO 4 (đã xác đònh ở phần trên) tương ứng với các giá trò pH khác nhau. - Đưa 06 beaker vào giàn Jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 120 vòng / phút trong 01 phút. - Sau đó cho khuấy chậm trong 15 phút ở tốc độ 20 vòng / phút. - Tắt máy khuấy, để lắng tónh 30 phút. - Sau đó lấy mẫu nước lắng (lớp nước phía trên) phân tích các chỉ tiêu độ màu, COD. - Giá trò pH tối ưu là giá trò ứng với mẫu có độ màu và COD thấp nhất. Thí nghiệm 2 : Xác đònh hàm lượng phèn tối ưu lần thứ nhất • Cố đònh giá trò pH (đã xác đònh ở thí nghiệm 1) bằng cách cho thêm dung dòch NaOH 2N hay H 2 SO 4 1N • Biến thiên hàm lượng phèn trong một khoảng rộng Trình tự thí nghiệm như sau : - Chuẩn bò 06 beaker, cho vào mỗi cốc 01 lít nước thải. - Thêm vào mỗi cốc các lượng phèn khác nhau. - Sau đó thêm các thể tích dung dòch NaOH hay H 2 SO 4 để đạt pH tối ưu tương ứng với các liều lượng phèn khác nhau. - Đưa 06 beaker vào giàn Jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 120 vòng / phút trong 01 phút. - Sau đó cho khuấy chậm trong 15 phút ở tốc độ 20 vòng / phút. - Tắt máy khuấy, để lắng tónh 30 phút. - Sau đó lấy mẫu nước lắng (lớp nước phía trên) phân tích các chỉ tiêu độ màu, COD. - Hàm lượng phèn tối ưu là giá trò ứng với mẫu có độ màu và COD thấp nhất. Thí nghiệm 3 : Xác đònh giá trò pH tối ưu lần thứ hai • Cố đònh hàm lượng phèn (đã xác đònh ở thí nghiệm 2). • Biến thiên giá trò pH : cho pH biến thiên trong một khoảng hẹp hơn quanh giá trò pH tối ưu tìm được ở thí nghiệm 1. Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm 1. Thí nghiệm 4 : Xác đònh hàm lượng phèn tối ưu lần thứ hai • Cố đònh giá trò pH (đã xác đònh ở thí nghiệm 3) bằng cách cho thêm dung dòch NaOH 2N hay H 2 SO 4 1N • Biến thiên hàm lượng phèn trong một khoảng hẹp hơn quanh hàm lượng phèn tối ưu tìm được ở thí nghiệm 2. SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 39 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm 2. b. Các thí ngiệm xác đònh hàm lượng PAC, hàm lượng phèn và pH tối ưu Thí nghiệm 5 : Xác đònh giá trò pH tối ưu lần thứ nhất trong trường hợp có PAC • Cố đònh hàm lượng phèn (chọn trước hàm lượng phèn) • Cố đònh hàm lượng PAC (chọn trước hàm lượng PAC) • Biến thiên giá trò pH (điều chỉnh pH bằng dung dòch NaOH 2N hoặc H 2 SO 4 1N) trong một khoảng rộng. Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm 1, nhưng ngoài lượng phèn cố đònh còn cho thêm lượng PAC cố đònh. Thí nghiệm 6 : Xác đònh hàm lượng phèn tối ưu lần thứ nhất khi có PAC • Cố đònh giá trò pH (đã xác đònh ở thí nghiệm 5) bằng cách cho thêm dung dòch NaOH 2N hay H 2 SO 4 1N • Cố đònh hàm lượng PAC • Biến thiên hàm lượng phèn trong một khoảng rộng Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm 2, nhưng có cho thêm lượng PAC cố đònh. Thí nghiệm 7 : Xác đònh hàm lượng PAC tối ưu lần thứ nhất • Cố đònh giá trò pH (đã xác đònh ở thí nghiệm 5) bằng cách cho thêm dung dòch NaOH 2N hay H 2 SO 4 1N • Cố đònh hàm lượng (phèn đã xác đònh ở thí nghiệm 6) • Biến thiên hàm lượng PAC trong một khoảng rộng Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm 6, nhưng lúc này biến thiên hàm lượng PAC và cố đònh hàm lượng phèn. Thí nghiệm 8 : Xác đònh giá trò pH tối ưu lần thứ hai trong trường hợp có PAC • Cố đònh hàm lượng phèn (đã xác đònh ở thí nghiệm 6) • Cố đònh hàm lượng PAC (đã xác đònh ở thí nghiệm 7) • Biến thiên giá trò pH (điều chỉnh pH bằng dung dòch NaOH 2N hoặc H 2 SO 4 1N) trong một khoảng hẹp hơn quanh giá trò pH tìm được ở thí nghiệm 5. Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm 5. Thí nghiệm 9 : Xác đònh hàm lượng phèn tối ưu lần thứ hai khi có PAC • Cố đònh giá trò pH (đã xác đònh ở thí nghiệm 8) bằng cách cho thêm dung dòch NaOH 2N hay H 2 SO 4 1N • Cố đònh hàm lượng PAC (đã xác đònh ở thí nghiệm 7) SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 40 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai • Biến thiên hàm lượng phèn trong một khoảng hẹp hơn quanh hàm lượng phèn đã xác đònh ở thí nghiệm 6. Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm 6. Thí nghiệm 10 : Xác đònh hàm lượng PAC tối ưu lần thứ hai • Cố đònh giá trò pH (đã xác đònh ở thí nghiệm 8) bằng cách cho thêm dung dòch NaOH 2N hay H 2 SO 4 1N • Cố đònh hàm lượng (phèn đã xác đònh ở thí nghiệm 9) • Biến thiên hàm lượng PAC trong một khoảng hẹp hơn quanh hàm lượng PAC đã xác đònh ở thí nghiệm 7. Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm 7. 4.3 NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY TẠI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI 4.3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Xác đònh khả năng phân hủy sinh học của bùn hoạt tính hiếu khí. • Xác đònh các thông số động học quá trình bùn hoạt tính hiếu khí. 4.3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.3.2.1 Phương pháp luận a. Động học sinh trưởng của vi sinh vật Khi tế bào được nuôi cấy trong trong môi trường thích hợp, sự tăng trưởng của quần thể vi sinh vật sẽ tuân theo đường cong sinh trưởng gồm 04 pha sau đây : a.1 Pha lag Pha lag là giai đoạn tế bào thích nghi với môi trường mới, tế bào tăng kích thước và trọng lượng rõ rệt do quá trình tổng hợp các chất, trước hết là các cao phân tử (protein, enzyme, acid nucleic, …) diễn ra mạnh mẽ. Trong pha này vi sinh vật không phân chia, tức không tăng số lượng. Thời gian của pha lag phụ thuộc vào tiền sử của tế bào như : tuổi, thành phần môi trường, khả năng chòu đựng các yếu tố vật lý, hóa học,…Chẳng hạn, người ta không quan sát được pha lag nếu ta chuyển các vi sinh vật đang ở pha log, tức pha sinh trưởng cực đại vào cùng môi trường với những điều kiện nuôi cấy như nhau. Ngược lại, pha lag được quan sát khi người ta đưa những tế bào yếu vào môi trường nuôi cấy. a.2 Pha log Trong pha log luôn có thức ăn dư thừa xung quanh tế bào vi sinh vật. Tốc độ trao đổi chất và sinh trưởng chỉ bò giới hạn do khả năng sử dụng cơ chất của vi sinh vật. Số lượng tế bào sẽ tăng theo số mũ trong pha log : SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 41 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai X t = X 0 e µ t Trong đó • X t : Sinh khối hoặc số lượng tế bào ở thời điểm t • X 0 : Sinh khối hoặc số lượng tế bào ban đầu • µ : Tốc độ tăng trưởng riêng (h -1 ) a.3 Pha ổn đònh Trong pha ổn đònh, tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật giảm dần do sự thiếu hụt chất dinh dưỡng cùng với sự sản sinh và tích tụ các sản phẩm trao đổi chất độc hại. Trong pha này, số lượng tế bào mới sinh ra sẽ bằng số tế bào chết đi. Do đó có sự cân bằng quần thể trong pha này. a.4 Pha chết Xảy ra khi tốc độ sinh trưởng giảm, nồng độ chất dinh dưỡng tối thiểu. Trong pha này, tốc độ phân hủy của tế bào lớn hơn tốc độ sinh trưởng. Khi vi sinh vật đòi hỏi chất dinh dưỡng nhiều hơn, chúng phải trao đổi chất với chính nguyên sinh chất của chúng, dẫn đến sinh khối vi sinh vật giảm. Trong trường hợp mô hình động, cơ chất được đưa vào liên tục nên pha log của vi sinh vật được duy trì trong thời gian dài. b. Xác đònh các thông số động học của quá trình sinh học hiếu khí Các thông số động học của quá trình sinh học hiếu khí bao gồm : - K s : Hằng số bán vận tốc, mg/L - k : Tốc độ sử dụng cơ chất tối đa, ngày -1 - µ m : Tốc độ vi khuẩn sinh trưởng riêng tối đa, ngày -1 - Y : Hệ số sản lượng tối đa - k d : Hệ số phân hủy nội bào, ngày -1 Các thông số này được xác đònh theo 02 phương trình sau (Metcalf & Eddy, 1991) : kSk K SS X s o 1 + × = − × θ d c k X SS Y − × − ×= θθ 0 1 Trong đó • X : Hàm lượng bùn hoạt tính MLSS, mg/L • θ : Thời gian lưu nước, ngày • θ c : Thời gian lưu bùn, ngày • S 0 : Hàm lượng COD hoặc BOD 5 ban đầu θ, mg/L • S : Hàm lượng COD hoặc BOD 5 ở thời gian lưu nước θ, mg/L Dựa vào số liệu thí nghiệm, bằng phương pháp hồi quy tuyến tính, xác đònh mối quan hệ bậc nhất (y = ax + b) giữa các thông số động học trên. Từ đó xác đònh các thông số động học thông qua các hệ số a,b của phương trình y = ax + b. c. Các thông số hoạt động thường dùng trong quá trình bùn hoạt tính SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 42 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai c.1 Tỷ số F/M F/M = X S θ 0 Trong đó • F/M : Tỷ số thức ăn chia vi sinh, ngày -1 • S 0 : Nồng độ BOD hoặc COD đầu vào, mg/L • θ : Thời gian lưu nước trong bể thổi khí, ngày • X : Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi trong bể thổi khí, mg/L Thông số này chỉ tải lượng hữu cơ trong hệ thống bùn hoạt tính. Tỷ số F/M được kiểm soát bằng tốc độ thải bỏ bùn hoạt tính, tốc độ thải bỏ bùn càng cao thì tỷ số F/M càng cao. Đối với bể thổi khí khuấy trộn hoàn chỉnh, tỷ số F/M = 0,2 – 0,6. Tỷ số F/M thấp có nghóa là vi sinh vật trong bể thổi khí bò đói, dẫn đến xử lý có hiệu quả hơn. c.2 Thời gian lưu nước ( θ ) Thời gian lưu nước là thời gian một dòng nước thải phải mất trong bể thổi khí, thời gian lưu nước trong bể được tính như sau : θ = Q V (ngày) Trong đó • V : Thể tích bể thổi khí, m 3 • Q : Lưu lượng nước thải xử lý, m 3 /ngày c.3 Thời gian lưu bùn ( θ c ) Thời gian lưu bùn là thời gian lưu trú trung bình của vi sinh vật trong hệ thống. Khi thời gian lưu nước có thể là vài giờ, thời gian lưu trú tế bào có thể vài ngày (5 – 15 ngày đối với bể thổi khí khuấy trộn hoàn chỉnh) . Thời gian lưu bùn được cho bởi công thức sau : wwee c QSSQSS VMLSS ×+× × = θ (ngày) Trong đó • MLSS : Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bể thổi khí, mg/L • V : Thể tích bể thổi khí, m 3 • SS e : Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu ra, mg/L • Q e : Lưu lượng nước thải ra, m 3 /ngày • SS w : Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bùn thải, mg/L • Q w : Lưu lượng bùn thải, m 3 /ngày c.4 Chỉ số thể tích bùn (SVI) Chỉ số thể tích bùn là thể tích do 1 g bùn khô choán chổ tính bằng mL sau khi để dung dòch bùn lắng tónh 30 phút. Bùn hoạt tính lắng tốt khi khi chỉ số thể tích bùn nằm trong khoảng 50 – 150, SVI được tính như sau : SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 43 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai SVI = 1000 ' 30 × MLSS V (mL/g) Trong đó • V 30’ : Thể tích bùn lắng sau 30 phút, mL/L • MLSS : Nồng độ bùn lơ lửng trong dung dòch, mg/L 4.3.2.2 Mô hình a. Sơ đồ thí nghiệm Nước thải cần xử lý được chứa trong thùng nhựa có dung tích 60 lít. Từ đây, nước thải được bơm sang ngăn phản ứng hiếu khí lơ lửng nhờ một bơm màng hoạt động liên tục. Ngăn phản ứng được thiết kế kết hợp với ngăn lắng. Nước ra khỏi ngăn lắng được chứa trong thùng nhựa có dung tích 20 lít. Khí được đưa vào bằng máy sục khí và khuếch tán vào nước qua 02 cục đá bọt để đảm bảo lượng ôxy hòa tan luôn lớn hơn 2 mgO 2 /L. b. Kích thước ngăn phản ứng và ngăn lắng 342 180 68 342 342 270136 160 180 10 Ngăn lắng Nước thải vào ngăn phản ứng Nước sau xử lý Xả bùn dư Hình 4.2 : Ngăn phản ứng kết hợp ngăn lắng Ngăn phản ứng và ngăn lắng được chế tạo bằng mica với thể tích hữu ích 8,3 lít, tương ứng với chiều cao lớp nước là 0,45 m. Trong đó, thể tích ngăn phản ứng là 6,3 lít còn thể tích ngăn lắng là 2 lít. c. Nước thải nghiên cứu Nước thải nghiên cứu được lấy từ công đoạn sản xuất bột CTMP và công đoạn xeo giấy tại nhà máy giấy Tân Mai, hòa trộn với nhau theo tỷ lệ 1 : 3 về thể tích. Từ đây, hỗn hợp nước thải SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 44 Thùng chứa nước vào Thùng chứa nước vào Bể phản ứng kết hợp ngăn lắng Bể phản ứng kết hợp ngăn lắng Thùng chứa nước ra Thùng chứa nước ra [...].. .Luận văn tốt nghiệp Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG được giữ nghuyên hay pha loãng để thu các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm khác nhau phục vụ cho quá trình nghiên cứu d Các thiết bò và vật liệu thí nghiệm • • • • • • Tủ sấy Máy đo pH (MP220 pHMeter) Máy quang phổ kế (Spectrophotometer) Giấy lọc ashless có kích... xác đònh các chỉ tiêu COD, MLSS, pH, DO và xác đònh khả năng lắng của bùn bằng chỉ tiêu SVI Giai đoạn tăng tải trọng tiến hành theo các bước sau : - Cố đònh thời gian lưu nước trong bể thổi khí : 6 giờ Hàm lượng MLSS được duy trì ổn đònh ở khoảng 3.000 – 4.000 mg/L Tăng dần tải trọng COD SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 45 Luận văn tốt nghiệp Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân... tích bùn lắng của nước thải từ công đoạn xeo giấy tại Công ty giấy Tân Mai Xác đònh khả năng lắng của bùn hoạt tính thông qua việc xác đònh chỉ tiêu SVI (bùn hoạt tính lắng tốt khi chỉ số SVI nằm trong khoảng 50 – 150) 4.4.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.4.2.1 Mô hình Thí nghiệm được thực hiện trên hình nón Imhoff có dạng như sau : Hình 4.3 : Mô hình thí ngiệm lắng 4.4.2.2 Cách tiến hành • Xác đònh thể tích... 4.4.2.2 Cách tiến hành • Xác đònh thể tích bùn lắng của nước thải từ công đoạn xeo giấy - • Cho 01 lít nước thải vào ống Imhoff để lắng trong 1 giờ Sau mỗi 5 phút ghi nhận thể tích bùn lắng Xác đònh khả năng lắng của bùn hoạt tính SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 46 Luận văn tốt nghiệp Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai - GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Lấy 01 lít bùn hoạt tính (lấy... đồng thời bổ sung khoảng 0,5 g NH4Cl nhằm đảm bảo tỷ lệ các chất dinh dưỡng COD : N : P = 150 : 50 : 1 thích hợp cho hoạt động sống của vi sinh vật Tiến hành sục khí, sau 24 giờ tắt máy nén khí để lắng tónh trong 30 – 60 phút Sau đó, dùng siphong hút lớp nước trong bên trên và giữ lại 2 lít hỗn hợp nước và bùn lắng phía dưới Tiếp tục thực hiện lại các bước trên cho đến khi bùn kết cụm thành dạng bông... tải trọng xác đònh các chỉ tiêu COD, pH, SS, DO, SVI Tiến hành tăng tải trọng khi hiệu quả xử lý COD ở tải trọng trước đó đã ổn đònh (khoảng 2 – 3 ngày) Quá trình tăng tải kết thúc khi hiệu quả xử lý COD giảm, hàm lượng DO thấp (lúc này xảy ra hiện tượng quá tải) 4.4 XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG LẮNG CỦA NƯỚC THẢI TỪ CÔNG ĐOẠN XEO GIẤY VÀ KHẢ NĂNG LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH 4.4.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • • Xác đònh thể... tải trọng khác nhau) cho vào ống Imhoff để lắng trong 30 phút Sau mỗi 5 phút ghi nhận thể tích bùn lắng Ghi nhận thể tích bùn lắng sau 30 phút SVI là phần thể tích tính bằng mL bò chiếm chỗ bởi 1 g bùn khô và được tính bằng công thức sau : ' V 30 ×1000 (mL/g) SVI = MLSS Trong đó :   V30’ : Thể tích bùn lắng sau 30 phút, mL/L MLSS : Nồng độ bùn lơ lửng trong dung dòch, mg/L SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang... sinh học hiếu khí) đang hoạt động ổn đònh của Nhà máy xử lý nước thải khu công nghiệp Biên Hòa 2 Bùn cho vào mô hình ở hàm lượng MLSS khoảng 3.000 – 4.000 mg/L Giai đoạn thích nghi bắt đầu ở tải trọng 0,5 kg COD/m3ngày tương ứng với CODvào khoảng 500 mg/L và thời gian lưu nước 24 giờ Giai đoạn thích nghi được tiến hành theo các bước sau : - - Pha loãng nước thải đến nồng độ COD khoảng 500 mg/L, sau . 4. 4.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4. 4.2.1 Mô hình Thí nghiệm được thực hiện trên hình nón Imhoff có dạng như sau : Hình 4. 3 : Mô hình thí ngiệm lắng 4. 4.2.2. ra hiện tượng quá tải). 4. 4 XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG LẮNG CỦA NƯỚC THẢI TỪ CÔNG ĐOẠN XEO GIẤY VÀ KHẢ NĂNG LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH 4. 4.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU •