thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3

trình bày thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3

Trang 1

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

Trang 2

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

Trang 3

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

Trang 4

CHƯƠNG I:

-oOo -

PHẦN MỞ ĐẦU

Trang 5

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…

Trang 6

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:

C ấu trúc sợi

Phần thân cây đay cho bột có xơ sợi ngắn, tỷ lệ dài/rộng tương đương xơ sợi bột gỗ

Trang 7

Toàn thân cây đay:

- Chiều dài xơ sợi: 1,28mm

- Hàm lượng lignin: 13,2%

- Cellulose: 54,4%

- Anpha cellulose: 37,4%

V ỏ cây đai:

- Đường kính xơ sợi: 20µm

- Cellulose: 54,4%

- Anpha cellulose: 37,4%

Lõi cây đay:

- Đường kính xơ sợi: 30µm

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

Trang 8

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)

Trang 9

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)

B ảng 1.1: Chất lượng bột giấy sau khi dùng công nghệ P-RC APMP

Loại bột Bột giấy cây đay dùng công

Trang 11

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

B ể 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

Trang 12

H ấp 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:

K ết 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)3Phương 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

Trang 13

hydroxide, carbonate…Anion carbonate tạo ra hydroxide do phản ứng thủy phân với nước:

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

H ồ 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

Trang 14

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

B ể 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

B ể 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,…

B ể 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

Trang 15

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

B ể 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

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

Trang 16

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

B ảng 2.1: Thông số các giá trị đầu vào của nước thải

 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:

C max = 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

Trang 17

B ảng 2.2: Gía trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép

(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

B ảng 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

nhận nước thải (Q) Đơn vị m 3

Với Q = 1500m3/ ngày đêm Chọn Kq = 1

Giá trị hệ số Kf ứng với lưu lượng nước thải quy định bởi bảng dưới đây

B ảng 2.4: Gía trị Kf ứng với lưu lượng nước thải

Lưu lượng nguồn nước thải (F )

Trang 18

F> 5000 0,9

(Nguồn: [4])

Với F =1500 m3/ ngày đêm Chọn Kf = 1

 Tính chất nước thải sau khi xử lý

B ảng 2.5: Gía trị nồng độ ứng với các thông số

vào

Nồng độ đầu ra QCVN12:2008 ( Kf=1, Kq= 1)

Trang 19

CHƯƠNG III

-oOo -

LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH

QUY TRÌNH XỬ LÝ

Trang 20

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

Hồ kỵ khí

Rẻ

Hầu như không đòi hỏi quản

lý thường xuyên, bảo trì, vận hành đơn giản

Cần có một diện tích rất lớn Gây mùi thối rất khó chịu

Không thu hồi được khí sinh học sinh ra

Đảm bảo tính chất nước thải (vật chất, pH, nhiệt độ) đồng

Tải trọng thấp

Thể tích thiết bị lớn để đạt SRT cần thiết

Sự xáo trộn trở nên khó khi

Trang 21

đều trong thiết bị hàm lượng SS quá lớn

Tiếp xúc kỵ

khí

Thích hợp với nước thải có hàm lượng SS từ trung bình đến cao

Tải trọng trung bình

Vận hành tương đối phức tạp

Không phù hợp với loại nước thải có hàm lượng SS cao

Phù hợp cho các loại nước

t hải có hàm lượng COD từ thấp đến cao

Có thể đạt được tải trọng rất cao

Không phù hợp với loại nước thải có hàm lượng SS cao

Những năm gần đây UASB được ứng dụng rộng rãi hơn các công nghệ khác do nguyên lý quá trình được xem là thuận tiện và đơn giản nhất, những hạn chế trong quá trình vận hành UASB có thể dễ dàng khắc phục bằng các phương pháp xử lý sơ bộ Tính kinh tế cũng là một ưu điểm của UASB

- UASB có khả năng xử lý nước thải hữu cơ với tải trọng cao, nhưng ít tốn năng lượng Hiệu quả xử lý cao từ 60 – 90% theo COD

- Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích

- Có khả năng giữ bùn lâu dài và ít thay đổi hoạt tính khi không hoạt động

- Hàm lượng cặn lơ lửng trong thành phần nước thải bột giấy chủ yếu là các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học nên không ảnh hưởng đến UASB

Cơ sở lựa chọn hiếu khí

Sau xử lý kị khí, nước thải được tiếp tục xử lý sinh học hiếu khí Trong xử lý hiếu khí có rất nhiều công trình khác nhau Tuy nhiên qua phân tích các yêu cầu xử lý của Nhà máy bao gồm :

Trang 22

- Khả năng tương lai nhà máy sẽ mở rộng sản xuất

- Điều kiện tự nhiên, khí tượng, thủy văn của nhà máy

- Chi phí đầu tư, xây dựng, vận hành, bảo trì thấp

Hình 3.1: Bể bùn hoạt tính ( Aerotank)

Qúa trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ trong Aerotank xảy ra qua 3 giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian đẩu tiên thức ăn dinh dưỡng cho nước thải hết sức phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất ít Sau cùng, vi sinh vật thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân Vì vậy, lượng tiêu thụ oxi cao dần

Giai đoạn hai: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi ở mức gần như ít thay đổi Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất Hoạt lực enzim của bùn hoạt tính trong giai đoạn này cũng đạt gần tới mức cực đại và kéo dài trong một thời gian tiếp theo Điểm cực đại của enzim oxi hóa trong bùn hoạt tính thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) tới mức ổn định Tốc đô tiêu thụ oxy ở giai đoạn thứ nhất cao gấp 3 lần giai đoạn thứ hai

Giai đoạn ba: sau một thời gian khá dài, tốc độ oxi hóa cầm chừng hầu như ít thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên Đây là giai đoạn nitrat các muối amon

Trong nước thải hàm lượng chất dinh dưỡng cũng rất quan trọng, tỉ lệ chất dinh dưỡng phù hợp cho nước thải xử lý bằng hiếu khí là: BOD:N:P = 100:5:1

Nguyên lý làm việc của Aerotank: Nước thải dẫn theo ống trung tâm vào vùng làm thoáng Dưới tác động của áp lực động do tuốc bin gây lên mà hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính bão hòa oxi trào qua cửa sổ lưng chừng vào vùng lắng Do các song chắn hướng dòng mà hỗn hợp nước và bùn chuyển dần theo chu vi của vùng lắng, và ở đây bùn được tách khỏi nước thải và mịn lại Nước thải đi qua lớp chất lơ lửng (chất không hòa tan được giữ lại) vào máng thu quanh thành bể và xả theo đường ống dẫn Bùn tuần hoàn lắng xuống và chui qua cửa sổ ở dưới tường phân chia vào vùng làm thoáng

Trang 23

Bể aerotank thường được trang bị them hệ thống cung cấp oxi tự động Hệ thống này tự động đảm bảo nồng độ oxy hòa tan trong nước và bùn theo yêu cầu khi có sự thay đổi về thành phần, nồng độ và lưu lượng thải

- 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

- Khuyết điểm: tốn nhiều năng lượng

Bể lắng II được đặt sau bể Aerotank có chức năng loại bỏ bùn hoạt tính ra khỏi nước thải nhờ trọng lực Một phần bùn lắng tại đáy bể dược tuần hoàn lại bể Aerotank

và mương oxi hóa Phần bùn dư còn lại được bơm tới bể nén bùn, trước khi đem tới sân phơi bùn

Cơ sở chọn bể chứa bùn

Bùn từ đáy bể lắng li tâm được đưa vào bể thu bùn có hai ngăn, một phần bùn trong bể sẽ được bơm tuần hoàn lại bể Aerotank nhằm duy trì nồng độ bùn hoạt tính trong bể, phần bùn dư được đưa vào bể nén bùn

Cơ sở chọn bể nén bùn

Tại bể nén bùn, bùn được tách nước trước khi đem tới sân phơi bùn Nước tách được tại bể nén bùn được bơm tới bể thu gom để xử lý lại

Cơ sở chọn sân phơi bùn

Bùn sau khi được nén tại bể nén bùn được chảy sang sân phơi bùn dưới áp lực thủy tĩnh Sân phơi sử dụng điều kiên tự nhiên để giảm thể tích và khối lượng cặn Tại sân phơi cặn của bùn giảm xuống do một phần bốc hơi và phần khác ngấm xuống đất Sau một thời gian lưu tại sân phơi bùn, bùn được chở tới bãi chon lấp hợp vệ sinh

Hình 3.2: Ví dụ sân phơi bùn

Trang 24

3.3 Sơ đồ công nghệ

Nước thải

Bể nén bùn

Bể chứa bùn

Bể Detox

Trang 25

Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ Thuyết minh công nghệ

Song chắn rác thường được đặt ở cửa vào kênh dẫn Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô có trong nước thải.Nước thải từ các công đoạn được đưa vào hố thu gom, có nhiệm vụ tập trung nước thải đảm bảo lưu lượng Tại hố thu gom được gắn hai bơm chìm hoạt động luân phiên Sau đó, nước thải được bơm lên bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa nồng độ và lưu lượng nước thải tạo điều kiện cho các công trình đơn vị phía sau hoạt động ổn định Bể điều hòa được sục khí nhằm tạo nên sự xáo trộn cần thiết để

ngăn cản lắng cặn và phát sinh mùi hôi

Từ bể điều hòa nước thải tiếp tục được bơm qua vào bể lắng I Sau đó bột giấy sẽ được thu gom lại ở đáy bể Bột giấy thu gom được ở bể lắng sẽ được tận thu lại dưới

dạng các hạt nhỏ lơ lửng khó lắng Đưa về bể chứa bột như nguyên liệu đầu vào thay vì đem bỏ rất lãng phí

Từ bể lắng, nước thải được đưa vào bể Detox khử các chất độc để loại trừ các tác nhân gây ức chế cho vi sinh vật ở bể UASB, như: SO42-, H2O2…có trong nước thải Bể này hoạt động tương tự như bể tiếp xúc kị khí Sau đó, nước thải được đưa vào bể UASB Tại đây,khâu xử lý chính được bắt đầu Tại UASB, các chất hữu cơ phức tạp dễ phân hủy sinh học sẽ bị phân hủy, biến đổi thành các chất hữu cơ đơn giản đồng thời sinh ra một số khí như: CO2, SO2, CH4…Nước thải sau khi qua bể này sẽ giảm một lượng đáng kể BOD và một phần COD (hiệu quả xử lý của UASB tính theo COD, BOD là 60- 80%) Tuy nhiên, để triệt để giảm lượng BOD so với tiêu chuẩn phải dẫn nước thải qua công trình hiếu khí bằng thủy lực

Tại bể Aerotank diễn ra quá trình sinh học hiếu khí được duy trì nhờ không khí cấp

từ máy thổi khí Tại đây các vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản như: CO2,

H2O… Hiệu quả xử lý của bể Aerotank là 90 – 95% tính theo COD, BOD Sau đó nước thải được dẫn qua bể lắng II Bể lắng II được xây dựng để loại bỏ các bông bùn (xác vi sinh vật) được hình thành trong quá trình sinh học lắng xuống đáy Sau khi qua

bể lắng II, để giảm nồng độ chất ô nhiễm còn lại cho qua hồ hoàn thiện rồi đưa ra nguồn tiếp nhận

Bùn thu được từ bể lắng II, một phần dùng bơm định lượng bơm tuần hoàn lại bể Aerotank để bổ sung cho quá trình hiếu khí, phần bùn dư còn lại đưa về bể chứa bùn

Và bùn thu được từ bể Detox, bể UASB đưa đến bể chứa bùn Dẫn bùn sang bể nén bùn, bùn được tách nước trước khi đưa đến sân phơi bùn và cho ra bãi chôn lấp Nước tách ra bùn nén sẽ được tuần hoàn lại bể thu gom để xử lý lại

Trang 26

CHƯƠNG IV

-oOo -

TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH

TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Trang 27

1 Song chắn rác

a Nhiệm vụ: nhằm loại bỏ các loại rác có kích thước lớn, nhằm bảo vệ các công

trình phía sau, cản các vật lớn đi qua có thể làm tắc nghẽn hệ thống (đường ống, mương dẫn, máy bơm) làm ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của các công trình phía sau

×

=

Lưu lượng giờ thải lớn nhất: Q hmax=K ch×Q h tb =1,95×625,=1219,m3/h

Với Kch: hệ số không điều hòa chung (nội suy theo bảng 3.1 điều 3.2 ─ TCXDVN ─ 51:2008)

3600

1000/

9,

1213600

max

 Tính toán song chắn rác:

Song chắn rác đặt nghiêng một góc 600 so với mặt đất

Chọn tốc độ dòng chảy trong mương: vs=0.4 m/s

Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước bẩn: H=0.7 m

Chọn kích thước mương: rộng x sâu = B x H = 0.4m x 0.7m

Chiều cao lớp nước trong mương là:

4,0/4,03600

/9,

121 3

0,21 m Chọn kích thước thanh: rộng x dày = b x d = 5mm x 25mm

Khe hở giữa các thanh: w = 25mm

Bảng4.1 : Các thông số tính toán cho song chắn rác làm sạch bằng thủ công

công Kích thước song chắn

Trang 28

Giả sử SCR có n thanh, suy ra số khe hở là: m = n+1

Quan hệ giữa chiều rộng mương, chiều rộng thanh và khe hở giữa các thanh w=25mm

B = n x b + w x (n+1)

300 = n x 5 + 25 x (n+1) Giải ra ta tìm được n = 9,166

Chọn số thanh n = 9, điều chỉnh khoảng cách giữa các thanh lại như sau:

300 = 9 x 5 + w x (n+1) w= 25,5mm

 Tính toán tổn thất áp lực qua song chắn rác

Tổng tiết diện các khe song chắn:

A = (B – b x n) x h

b – chiều rộng thanh song chắn, b = 5mm = 0,005m

l m

s l A

Q

/1000

105355

,0

86,33

3 2

mm mm

m g

v V

81,92

4,0632,07,0

12

7,0

( ) mg l mg l

2 Bể thu gom

Trang 29

a Nhiệm vụ: tập trung toàn bộ nước thải từ nhà máy và nước thải sinh hoạt của

toàn trung tâm đồng thời để đảm bảo lượng nước đủ để cho bơm hoạt động an toàn

60

15/9,

m t

Q

Chọn chiều cao h=2 m

Chiều cao bảo vệ hbv=0,5m

Chiều cao của bể: H = h + hbv = 2 + 0,5 = 2,5 m

881,910009,

a Nhiệm vụ: nhằm điều hòa, ổn định về lưu lượng và nồng độ các chất; ổn định pH

của nước thải; tránh phát sinh mùi hôi nhờ làm thoáng cung cấp oxy cho nước thải bằng máy thổi khí Nhờ đó giúp cho các công trình phía sau không bị quá tải, nước thải cấp vào các công trình xử lý sinh học phía sau được liên tục nên vận hành tốt, đạt được hiệu quả xử lý cao

b Tính toán kích thước bể:

Do lưu lượng và tính chất nước thải của trung tâm thay đổi có tính chu kỳ theo thời gian làm việc trong ngày, nước thải chỉ tập trung vào đầu giờ buổi sáng, buổi trưa và cuối buổi chiều

Chọn thời gian lưu nước trong bể là 5h (theo W.Wesley Eckenfelder, Industrial Water Pollution control, 1989)

Thể tích thực của bể điều hòa

Vdh = Qmax x t = 121,9 x 5 = 609,5 m3Chọn chiều cao hữu ích h= 5m

Chọn chiều cao bảo vệ h bv =05,m

Chọn bể hình chữ nhật cạnh B x L = 11m x 11m

Trang 30

⇒Thể tích tính toán: V tt=B×L×H= 11m× 11m×(5 + 5,)m= 665m3

c Tính toán thiết bị cấp khí cho bể điều hoà:

Các dạng xáo trộn trong bể điều hòa

Bảng 4.2: Các dạng khuấy trộn trong bể điều hòa

Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị

Khuấy trộn cơ khí 4 ÷ 8 W/m 3 thể tích bể

Tốc độ khí nén 10 ÷ 15 L/m 3 phút (m 3 thể tích bể)

(Nguồn: [1]) Tính toán hệ thống cấp khí

Lượng không khí cần thiết:

/23474,35,

62 3

m a

- a : Lưu lượng không khí cấp cho bể điều hoà, a = 3,74 m3 khí/m3 nước

thải (nguồn: W.Wesley Enkenfelder, Industrial Water Pollution Control, 1989)

Chọn hệ thống ống cấp khí bằng nhựa PVC có đục lỗ, gồm 5 ống nhánh dọc theo chiều dài bể, khoảng cách giữa các ống nhánh là 2m, 2 ống đặt sát tường cách tường 0,5 m

Lưu lượng khí trong mỗi ống :

8,465

234

= khi ong

ong

36001014,3

8,46

43600

Trang 31

- h1: Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển h1 = 0,5m

- hd : Tổn thất qua đĩa phun , hd = 0,5m

- H : Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun H = 3m