Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy Tân Mai – Đồng Nai công suất 1000 m3ngày.đêm

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Để đáp ứng nhu cầu sử dụng giấy ngày nay càng tăng, các nhà máy, xí nghiệp sản xuất giấy đã xuất hiện nhiều trong những năm gần đây nhất là pử các tỉnh và thành phố lớn. Với thiết bị công nghệ sản xuất hiện đại đã đem lại hiệu quả kinh tế cho chủ đầu tư, song cũng như các nghành công nghiệp khác bên cạnh lợ nhuận đem lại trước mắt thì vấn đề ô nhiễm môi trường từ nghành công nghiệp này đang làm đau đầu các nhà đầu tư cũng như toàn xã hội. Trong các dòng thải thì nước thải từ ngành công nghiệp này gây ra nhiều vấn đề o nhiễm đáng quan tâm. Nước thải của các nhà máy sản xuất giấy thường có độ pH trung bình 911, hàm lượng BOD5, COD, SS cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép. Đặc biệt nước có chứa cả kim loại nặng, lignin (dịch đen), phẩm màu, xút, các chất đa vòng thơm clo hóa là những hợp chất có độc tính sinh thái cao và có nguy cơ gây ung thư, rất khó phân hủy trong môi trường. Để giải quyết ô nhiễm, các nhà máy, xí nghiệ cần phải có hệ thống xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường. Đối với các nhà máy đã có sẵn hệ thống xử lý thì càn phải nâng cấp nhằm đem lại hiệu quả hơn. Cũng như các nhà máy sản xuất giấy khác, nhà máy sản xuất giấy Tân Mai cần phải có hệ thống xử lý nước thải cho hệ thống sản xuất (công suất 1000 m3h) nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm nước hiện nay. Giới thiệu vài nét về nghành công nghiệp giấy. Đặc tính của nước thải nghành công nghiệp giấy. Vài nét về nghành công nghiệp giấy. Công nghiệp giấy Việt Nam có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân mặc dù quy mô của nó còn nhỏ bé so với khu vực và thế giới. Công nghiệp giấy tập trung nhiều rộng khắp cả đất nước nhất là tập trung nhiều ở những nơi có rừng, vườn trồng cây, cây ươm, đồi núi... Công nghiệp giấy góp phần cho nên kinh tế trong và ngoài nước và là nguyên liệu cho các ngành sản xuất khác như giấy tiền, báo, sách vở, giấy in... Ngành giấy đầu năm 2010 sản xuất ổn định, sản lượng đạt 140,3 nghìn tấn, tăng 76,3% so với cùng kỳ năm trước.

VÀ MÔI TRƯỜNG TPHCM

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁNMÔN HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Họ và tên sinh viên: Quách Huy Hải

4 Yêu cầu và số liệu ban đầu:

- Thành phần và tính chất nước thải cho trong bảng 1

- Tiêu chuẩn nước thải sau xử lý là cột B của QCVN 12-MT:2015/BTNMT

5 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Lập bản thuyết minh tính toán bao gồm:

 Tổng quan về nước thải nhà máy giấy và đặc trưng của nước thải

 Đề xuất 02 phương án công nghệ xử lý nước thải được yêu cầu xử lý, từ đó phân tíchlựa chọn công nghệ thích hợp

 Tính toán các công trình đơn vị của phương án đã chọn

 Tính toán và lựa chọn thiết bị (bơm nước thải, máy thổi khí,…) cho các công trình đơn

vị tính toán trên

 Khai toán sơ bộ chi phí xây dựng công trình

6 Các bản vẽ kỹ thuật:

- Vẽ bản vẽ mặt cắt công nghệ của phương án chọn: 01 bản vẽ khổ A2

- Vẽ chi tiết 02 công trình đơn vị hoàn chỉnh (công trình chính): 02 bản vẽ khổ A2

- Vẽ mặt bằng bố trí công trình: 01 bản vẽ khổ A2

TP.HCM, Ngày tháng năm 2017

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng giấy ngày nay càng tăng, các nhà máy, xí nghiệpsản xuất giấy đã xuất hiện nhiều trong những năm gần đây nhất là pử các tỉnh và thànhphố lớn Với thiết bị công nghệ sản xuất hiện đại đã đem lại hiệu quả kinh tế cho chủđầu tư, song cũng như các nghành công nghiệp khác bên cạnh lợ nhuận đem lại trướcmắt thì vấn đề ô nhiễm môi trường từ nghành công nghiệp này đang làm đau đầu cácnhà đầu tư cũng như toàn xã hội Trong các dòng thải thì nước thải từ ngành côngnghiệp này gây ra nhiều vấn đề o nhiễm đáng quan tâm Nước thải của các nhà máysản xuất giấy thường có độ pH trung bình 9-11, hàm lượng BOD5, COD, SS cao gấpnhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép Đặc biệt nước có chứa cả kim loại nặng, lignin(dịch đen), phẩm màu, xút, các chất đa vòng thơm clo hóa là những hợp chất có độctính sinh thái cao và có nguy cơ gây ung thư, rất khó phân hủy trong môi trường Đểgiải quyết ô nhiễm, các nhà máy, xí nghiệ cần phải có hệ thống xử lý nước thải trướckhi thải ra môi trường Đối với các nhà máy đã có sẵn hệ thống xử lý thì càn phải nângcấp nhằm đem lại hiệu quả hơn Cũng như các nhà máy sản xuất giấy khác, nhà máysản xuất giấy Tân Mai cần phải có hệ thống xử lý nước thải cho hệ thống sản xuất(công suất 1000 m3/h) nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm nước hiện nay

Giới thiệu vài nét về nghành công nghiệp giấy Đặc tính của nước thải nghànhcông nghiệp giấy

Vài nét về nghành công nghiệp giấy.

Công nghiệp giấy Việt Nam có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dânmặc dù quy mô của nó còn nhỏ bé so với khu vực và thế giới Công nghiệp giấy tậptrung nhiều rộng khắp cả đất nước nhất là tập trung nhiều ở những nơi có rừng, vườntrồng cây, cây ươm, đồi núi Công nghiệp giấy góp phần cho nên kinh tế trong vàngoài nước và là nguyên liệu cho các ngành sản xuất khác như giấy tiền, báo, sách vở,giấy in Ngành giấy đầu năm 2010 sản xuất ổn định, sản lượng đạt 140,3 nghìn tấn,tăng 76,3% so với cùng kỳ năm trước

Bảng 1: Sản lượng giấy về bột giấy Việt Nam (đơn vị: nghìn tấn)

nghiệp sản xuất bột giấy và giấy là hết sức cần thiết.Đề tài này được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu vàđề xuất công nghệ xử lý thích hợp, khả thi cho mộttrường hợp cụ thể, đó là Công ty giấy Tân Mai.

1.3 PHẠM VI

Việc ứng dụng công nghệ xử lý chung cho một ngànhcông nghiệp rất khó khăn, do mỗi nhà máy có đặc trưngriêng về công nghệ, nguyên vật liệu sản xuất, … nênthành phần và tính chất nước thải thường khác nhau.Phạm vi ứng dụng của nghiên cứu là xử lý nước thảiCông ty giấy Tân Mai đặt tại phường Thống Nhất, thànhphố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai

1.4 GIỚI HẠN

Quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp có một sốgiới hạn như sau :

• Thời gian thực hiện ngắn

• Khả năng đầu tư hệ thống xử lý nước thải củaCông ty

• Diện tích dùng để bố trí hệ thống xử lý nướcthải

1.5 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

Trên cơ sở thu thập thông tin, sưu tầm, điều tra, khảo sát, nghiên cứu và đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho Công ty giấy Tân Mai, có thể tóm tắt các phương phápthực hiện như sau :

• Phương pháp điều tra khảo sát

• Phương pháp tổng hợp thông tin

• Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượngnước thải

• Phương pháp thực nghiệm

Tổng giám đốc

GĐ Quản lý và nhân sự GĐ Kinh doanh GĐ Kỹ thuật và sản phẩm Phòng tài chính kế toán

VÀ BỘT GIẤY Ở VIỆT NAM VÀ CƠNG TY GIẤY TÂN MAI

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY GIẤY TÂN MAI

MAI

Công ty giấy Tân Mai thuộc địa phận phường Thống Nhất,

thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai

• Năm 1969 : Khởi động máy xeo giấy 2

• Năm 1980 : Tiến hành xây dựng dự án mở rộng Công ty giấy Tân Mai

• Năm 1987 : Khởi động nhà máy nghiền dăm

• Năm 1990 : Khởi động máy xeo giấy 3

• Năm 1992 : Nâng sản lượng giấy đạt 20.100 tấn giấy/năm

• Năm 1994 : Nâng công suất lên 30.500 tấn giấy/năm (tăng 37% so với năm 1993)

• Năm 1995 : Nâng công suất lên 42.000 tấngiấy/năm Tiến hành sản xuất bột giấy theo quytrình CTMP

GĐ Quản lý nhân sự

Phòng bảo vệ

Phòng quản lý

Phòng nhân sự và đào tạo

GĐ Kinh doanh

Phòng kinh doanh

Phòng bán hàng

Phòng kỹ thuật và sản phẩm

Xưởng xeo giấy Xưởng bột giấy CTMP Trạm xử lý nước lò hơi

Phòng cơ Phòng điện Phòng kỹ thuật Phòng quy trình sản xuất

Hình 1: Cơ cấu tổ chức

Công ty giấy Tân Mai là Công ty sản xuất bột giấy và giấy lớn nhất miền Nam và đứng thứ hai cả nước (sauNhà máy giấy Bãi Bằng)

• Sản lượng bột giấy : 45.000 tấn/năm

• Sản lượng giấy : 48.000 tấn/năm

Các sản phẩm giấy chính của Công ty bao gồm :

• Giấy in, giấy viết

Về hơi nước : 02 nồi hơi

• Nồi hơi 1 : hơi bão hòa 17 bar, 28 tấn/giờ

• Nồi hơi 2 : hơi quá nhiệt 17 bar, 31 tấn/giờ

• Nhựa thông rắn • TALC Mg3Si4O10(OH)2

• Phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O • H2O2

• H2SO4 98%, HNO3 65% • Nhựa thông cường chế

2.1.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY VÀ GIẤY

• Gỗ thông 3 lá nội địa

• Bột CTMP tự sản xuất

• Bột nhập : TMP (Norway), CTMP (Canada), CTMP(Newzealand), DIP (Germany, Canada, France, USA), …

• Bột tre

• Giấy vụn

Công đoạn này bao gồm quá trình sản xuất dăm mảnh vàcông đoạn sản xuất bột giấy CTMP từ dăm mảnh Ngoài

ra, còn có công đoạn sản xuất bột giấy từ giấy vụn

Mâm phân phối Tang quay bóc vỏ Băng tải xích

Băng tải xích Băng tải cao su

Băng tải con lăn

Băng tải cao su Băng tải cao su

Gỗ có từ tính

Băng tải cao su

Băng tải cao su Băng tải cao su

Gỗ ngắn

Máy cắt dăm

Sàng rung Băng tải cao su

Băng tải cao su Dăm mùn

Dây chuyền bột CTMP Bãi chứa dăm mảnh Băng tải cao su

Nước thải rò rỉ

Băng tải

Bãi chứa dăm mảnh

Bình gia nhiệt sơ bộ

Vis hồi lưu

Máy rửa dăm

Vis ép vắt

Phễu

Vis nạp liệu

Vis thẩm thấu

Nước thải

• Công đoạn sản xuất dăm mảnh

Gỗ chưa sạch vỏ

Dăm quá kích cỡ

Hình 2: Dây chuyền sản xuất dăm mảnh

• Công đoạn sản xuất bột giấy CTMP từ dăm mảnh

Nước thải

Băng tải nạp liệu

Quậy thủy lực nồng độ cao

Thiết bị tách tạp chất

Lọc nồng độ cao

Sàng thô sơ cấp

Sàng tinh (3 giai đọan)

Khoang tuyển nổi

Lọc nồng độ thấp

Tang rửa bột

Máy ép cô đặc

Vis trộn – gia nhiệt

Bể nước pha lỏng

Bể nước nóng

tạp chất

Sàng thô cuối

Xử lý nước DAF

Nước thải

Nước thải

Nước thải

Nước thải

Hình 3: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bột CTMP

• Công đoạn sản xuất bột giấy từ giấy vụn DIP

Màu xanh, màu tím

Bột nhập, màu tím, Tinopan

Nước thải

Nước thải

Nước sau xử lý

Nước rửa

Mạng nước phun rửa

Hình 4: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý giấy vụn DIP

2.4.2.3 Công đoạn xeo giấy

Bột giấy vụn, bột tre địa phương, bột nhập

Màu, silicate

Nhựa

Phèn

Nước thải Nước thải Nước thải

Hình 5: Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy máy xeo 1

Hình 6: Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy máy xeo 2

Dàn cuộn

Máy cắt

Chất tăng độ bền ướt

Phèn, chất độn

Màu, chất cảm quang

Bơm

Lọc ly tâm 2 Lọc ly tâm 3

Chất trợ bảo lưu

Kho thành phẩm

Nước thải

Nước thải

Nước thải

Hình 7: Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy máy xeo 3

2.1.3 HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Nước thải phát sinh do công nhân tắm rửa, vệ sinh, …với lưu lượng không cao và được thải vào hệ thống thoátnước sinh họat chung của thành phố

Do bột giấy được sản xuất theo phương pháp cơ nênnước thải từ công đoạn sản xuất bột không phải là dịchđen Tuy nhiên, do có chứa nhiều lignin nên nước thải vẫncó màu nâu và có độ màu rất cao Đồng thời hàmlượng SS trong nước thải từ công đoạn này cũng rất cao.Hiện nay, hầu như toàn bộ nước thải từ công đoạn sảnxuất bột CTMP được thải trực tiếp ra sông, làm cho nướcsông có màu đục và có rất nhiều những thể lơ lửng.Điều này không chỉ có thể gây hủy diệt các loài thủysinh trong khu vực mà còn gây ảnh hưởng xấu đến sứckhỏe của cộng đồng dân cư sống chung quanh và làmmất đi vẽ mỹ quan đô thị

Công ty có 03 máy xeo hoạt động liên tục Nước thảitừ công đoạn này hầu như có rất ít lignin, độ màu khôngcao và chứa nhiều bột giấy nên nước có màu trắng đục.Hiện nay,nước thải từ công đoạn xeo được công ty đưa quabể lắng để xử lý đồng thời thu hồi lại bột giấy Tuynhiên, nước thải đầu ra vẫn không đạt tiêu chuẩn môitrường mà cần phải được xử lý tiếp trước khi thải rangoài Một số chỉ tiêu nước thải từ nhà máy:

Xử lý cơ học nhằm mục đích

• Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơlửng có kích thước lớn (rác, nhựa, dầu mỡõ, cặn lơlửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải

• Loại bỏ cặn nặng như sỏi, cát, mảnh kim loại, thuỷtinh.v.v…

• Điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễmtrong nước thải

• Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiệnthuận lợi cho các quá trình xử lý hoá lý và sinhhọc

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý nước trước hết phải qua song chắn rác hoặc thiết bị nghiền rác Tại đây, các thành phần rác có kích thước lớn như : vải vụn, vỏ đồ hộp, lá cây, bao nilông, đá cuội,… được giữ lại Nhờ đó tránh làm tắt bơm, đường ống hoặc kênh dẫn Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải

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 Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm vàsong chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 –

25 mm Rác có thể lấy bằng phương pháp thủ công hoặc thiết bị cào rác cơ khí

Thiết bị nghiền rác có thể thay thế song chắn rác,

được dùng để nghiền, cắt vụn rác ra các mảnh nhỏ hơn và có kích thước đều hơn, không cần tách rác ra khỏi dòng chảy Rác vụn này được giữ lại ở công trình phía sau như bể lắng cát, bể lắng đợt 1 Thiết bị này có bất lợi khirác nghiền chủ yếu là vải vụn vì có thể gây nguy hại đến cánh khuấy, tắc nghẽn ống dẫn bùn, hoặc dính chặt

trên các ống khuếch tán khí trogn xử lý sinh học

2.1.4.2 Bể lắng cát

Bể lắng cát có nhiệm vụ loại bỏ cát, cuội, xỉ lò

hoặc các loại tạp chất vô cơ khác có kích thước từ 0,2 – 2

mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi

bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránhảnh hưởng đến công trình sinh học phía sau Bể lắng cátthường có 03 loại : (1) lắng cát ngang; (2) lắng cát thổi khí;(3) lắng cát xoáy

Trong bể lắng cát ngang dòng chảy theo hướng ngang với vận tốc không vượt quá 0,3 m/s Trong bể lắng cát thổi khí, khí nén được đưa vào một cạnh theo chiều dài tạo dòng chảy xoắn ốc, cát lắng xuống đáy dưới tác dụng trọng lực Bể lắng cát xoáy có dạng trụ tròn, nước thải được đưa vào theo phương tiếp tuyến tạo nên dòng chảy xoáy, cát tách khỏi nước lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và lực ly tâm

Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có

sẵn trong nước thải, cặn hình thành trong quá trình keo tụtạo bông (bể lắng đợt 1) hoặc cặn sinh ra trong quá trìnhxử lý sinh học (bể lắng đợt 2) Theo chiều dòng chảy, bểlắng được phân thành : bể lắng ngang và bể lắng đứng

Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngangqua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưunước từ 1,5 – 2,5 giờ Đối với bể lắng đứng, nước thảichuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đếnvách tràn với vận tốc 0,5 – 0,6 m/s và thời gian lưu nướctrong bể dao động trong khoảng 0,75 – 2 giờ

Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất có kíchthước nhỏ khi không thể loại được bằng phương pháp lắng.Quá trình lọc ít khi sử dụng trong xử lý nước thải, thườngchỉ sử dụng trong trường hợp nước sau xử lý đòi hỏi cóchất lượng cao

Trong các hệ thống xử lý nước thải công suất lớnkhông sử dụng các thiết bị lọc áp suất cao mà dùng cácbể lọc với vật liệu lọc dạng hạt Vật liệu lọc thông dụngnhất là cát Kích thước hiệu quả của hạt cát thường daođộng trong khoảng 0,15 mm đến vài mm, kích thước lỗ rỗngthường có giá trị nằm trong khoảng 10 – 100 µm Kích thướcnày lớn hơn nhiều so với kích thước của nhiều hạt cặnnhỏ cần tách loại, ví dụ như vi khuẩn (0,5 – 5µm) hoặc vi rút(0,05 µm) Do đó, những hạt này có thể chuyển độngxuyên qua lớp vật liệu lọc Trong quá trình lọc, các cặnbẩn được tách khỏi nước nhờ tương tác giữa các hạt cặnvà vật liệu lọc theo cơ chế sau :

• Sàng lọc : Xảy ra ở bề mặt lớp vật liệu lọc khi

nước cần xử lý chứa các hạt cặn có kích thước

quá lớn, không thể xuyên qua lớp vật liệu lọc

• Lắng : Những hạt cặn lơ lửng có kích thước khoảng

5 µm và khối lượng riêng đủ lớn hơn khối lượngriêng của nước được tách loại theo cơ chế lắng trongcác khe rỗng của lớp vật liệu lọc Tuy nhiên, quátrình lắng không có khả năng khử các hạt keo mịncó kích thước khoảng 0,001 – 1 μm

• Hấp phụ : Các hạt keo được tách loại theo cơ chế

hấp phụ Quá trình này xảy ra theo hai giai đoạn :vận chuyển các hạt trong nước đến bề mặt vậtliệu lọc và sau đó kết dính các hạt vào bề mặthạt vật liệu lọc Quá trình này chịu ảnh hưởng củalực hút (hoặc lực đẩy) giữa vật liệu lọc và các hạtcần tách loại, lực hút quan trọng nhất là lực Van derWaals và lực hút tĩnh điện

• Chuyển hóa sinh học : Hoạt tính sinh học của các

thiết bị lọc có khả năng dẫn đến sự ôxy hóa cácchất hữu cơ Quá trình chuyển hóa sinh học hoàntoàn xảy ra khi nhiệt độ và thời gian lưu nước trongthiết bị lọc được duy trì thích hợp Do đó, trong thiết bịlọc chậm, hoạt tính sinh học đóng vai trò quan trọnghơn trong thiết bị lọc nhanh

• Chuyển hóa hóa học : Các vật liệu lọc còn có

khả năng chuyển hóa hóa học một số chất cótrong nước thải như NH4+, sắt, mangan, …

2.1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP HOÁ LÝ

Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm thườngkhông thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơlửng Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng phải dùng biệnpháp xử lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học, tức làcho vào nước cần xử lý các chất phản ứng để tạo racác hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và dính kếtcác hạt cặn lơ lửng trong nước, tạo thành các bông cặnlớn hơn có trọng lượng đáng kể Do đó, các bông cặn mớitạo thành dễ dàng lắng xuống ở bể lắng Để thực hiệnquá trình keo tụ, người ta cho vào trong nước các chất keotụ thích hợp như : phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt loại FeSO4,

Fe2(SO4)3 hoặc loại FeCl3 Các loại phèn này được đưa vàonước dưới dạng dung dịch hòa tan

Dùng phèn nhôm : Khi cho phèn nhôm vào nước

chúng phân li thành các ion Al3+, sau đó các ion này bịthủy phân thành Al(OH)3

Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+

Trong phản ứng thủy phân trên, ngoài Al(OH)3 là nhântố quyết định đến hiệu quả keo tụ được tạo thành, còngiải phóng ra các ion H+ Các ion H+ này sẽ được khử bằngđộ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3-).Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủđể trung hòa ion H+ thì cần phải kiềm hóa nước Chấtdùng để kiềm hóa thông dụng nhất là vôi (CaO) Một sốtrường hợp khác có thể dùng sôđa (Na2CO3) hoặc xút(NaOH) Thông thường phèn nhôm đạt hiệu quả keo tụ caonhất khi nước có pH = 5,5 – 7,5

Dùng phèn sắt(II) : Phèn sắt (II) khi cho vào nước

phân ly thành Fe2+ và bị thủy phân thành Fe(OH)2

Fe2+ + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H+

Fe(OH)2 vừa tạo thành vẫn còn độ hòa tan trong nướclớn, khi trong nước có ôxy hòa tan, Fe(OH)2 sẽ bị ôxy hóathành Fe(OH)3

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3

Quá trình ôxy hóa chỉ diễn ra tốt khi pH của nước đạtđược trị số từ 8 – 9 và nước phải có độ kiềm cao Vì vậy,thường dùng loại phèn này khi cần kết hợp vôi làm mềmnước

Dùng phèn sắt (III) : Phèn sắt (III) loại FeCl3 hoặc

Fe2(SO4)3 khi cho vào nước phân ly thành Fe3+ và bị thủy phân thành Fe(OH)3

Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+

Vì phèn sắt (III) không bị ôxy hóa nên không cầnnâng cao pH của nước như sắt (II) Phản ứng thủy phânxảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thànhnhanh chóng khi pH = 5,5 – 6,5

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sụccác bọt khí nhỏ vào pha lỏng Các bọt khí này sẽ kết dínhvới các hạt cặn Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khívà cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theobọt khí nổi lên bề mặt Tùy theo phương thức cấp khôngkhí vào nước, quá trình tuyển nổi bao gồm các dạng sau :

• Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Flotation) :

Khí nén được thổi trực tiếp vào bể tuyển nổi đểtạo thành các bọt khí có kích thước từ 0,1 – 1 mm,gây xáo trộn hỗn hợp khí – nước chứa cặn Cặntiếp xúc với bọt khí, kết dính và nổi lên bề mặt

• Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation) : Bão hòa

không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí rakhỏi nước ở áp suất chân không Hệ thống này ítsử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phícao

• Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation) :

Sục không khí vào nước ở áp suất cao (2 – 4 at), sauđó giảm áp giải phóng khí Không khí thoát ra sẽtạo thành bọt khí có kích thước 20 – 100 µm

Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làmsạch nước thải triệt để khỏi các chất hữu cơ hòa tan saukhi xử lý bằng phương pháp sinh học, cũng như khi nồng độcủa chúng không cao và chúng không bị phân hủy bởi visinh vật hay chúng rất độc Hấp phụ được ứng dụng đểkhử độc nước thải khỏi thuốc diệt cỏ, trừ sâu, thuốcsát trùng, phenol, các chất hoạt động bề mặt…Ưu điểmcủa phương pháp này là hiệu quả cao (80 – 95%), có khảnăng xử lý nhiều chất trong nước thải và đồng thời cókhả năng thu hồi các chất này

Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếpxúc hai pha không hòa tan là pha rắn (chất hấp phụ) vớipha khí hoặc pha lỏng Dung chất (chất bị hấp thụ) sẽ đi từpha lỏng (pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dungchất trong dung dịch đạt cân bằng Các chất hấp phụthường sử dụng :

• Than hoạt tính

• Tro, xỉ, mạt cưa

• Silicagen, keo nhôm

Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để cáctạp chất ở trạng thái ion trong nước như Zn, Cu, Cr, Ni, Hg,

Mn … cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua, chấtphóng xạ Người ta thường sử dụng nhựa trao đổi ionnhằm hai mục đích : khử cứng và khử khoáng

Khử cứng : Cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa

Cation ở dạng RNa

2RNa + CaSO4 → R2Ca + Na2SO4

2RNa + MgSO4 → R2Mg + Na2SO4

Khi lớp nhựa Cation mất hiệu lực, người ta tái sinh bằng dung dịch muối ăn NaCl

R2Ca + 2NaCl → 2RNa + CaCl2

R2Mg + 2NaCl → 2RNa + MgCl2

Khử khoáng : Cho nước cần xử lý chảy qua từng cột nhựa

Cation và nhựa Anion riêng rẽ hay qua một cột kết hợp cả nhựa Cation và nhựa Anion

RSO3H + NaCl → RSO3Na + HCl2RSO3H + Na2SO4 → 2RSO3Na + H2SO4

RSO3H + NaHCO3 → RSO3Na + CO2 + H2ORSO3H + Na2CO3 → 2RSO3Na + CO2 + H2O

ROH + HCl →RCl + H2O2ROH + H2SO4 → R2SO4 + H2OKhi lớp nhựa Cation và Anion mất hiệu lực người ta tái sinh bằng dung dịch axít HCl và dung dịch xút NaOH như sau :

RSO3Na + HCl → RSO3H + NaClRCl + NaOH → ROH + NaCl

Nhằm trung hòa nước thải có pH quá cao hoặc quáthấp, tạo điều kiện cho các quá trình xử lý hóa lý vàsinh học :

H+ + OH- → H2O

Mặt dù quá trình rất đơn giản về mặt nguyên lý,nhưng vẫn có thể gây ra một số vấn đề trong thực tếnhư : giải phóng các chất ô nhiễm dễ bay hơi, sinh nhiệt,làm sét rỉ thiết bị máy móc, …

Vôi (Ca(OH)2) thường được sử dụng rộng rãi như mộtbazơ để xử lý các nước thải có tính axit, trong khi axit

sulfuric (H2SO4) là một chất tương đối rẻ tiền dùng trong xửlý nước thải có tính bazơ.

Phương pháp này được dùng để :

• Loại bỏ các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As …và một số chất độc như cyanua

Các chất oxy hóa thông dụng :

• Ozon (O3)

• Chlorine (Cl2)

• Hydro peroxide (H2O2)

• Kali permanganate (KMnO4)

Quá trình này thường phụ thuộc rõ rệt vào pH và sự hiện diện của chất xúc tác

Kết tủa hóa học thường được sử dụng để loại trừcác kim loại nặng trong nước Phương pháp được sử dụngrộng rãi nhất để kết tủa các kim loại là tạo thành cáchydroxide, ví dụ :

Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3

Phương pháp kết tủa hóa học hay được sử dụng nhấtlà phương pháp tạo các kết tủa với vôi Soda cũng cóthể được sử dụng để kết tủa các kim loại dưới dạnghydroxide (Fe(OH)3), carbonate (CdCO3), …Anion carbonate tạo rahydroxide do phản ứng thủy phân với nước :

CO32- + H2O → HCO3- + OH

-2.1.7 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý cácchất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một sốchất vô như : H2S, sulfide, ammonia, … dựa trên cơ sở hoạtđộng của vi sinh vật Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ vàmột số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và pháttriển Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học cóthể phân thành 2 loại :

hoạt động trong điều kiện không có ôxy

Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trìnhsinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gianvà phản ứng trung gian Tuy nhiên, phương trình phương trìnhphản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễnđơn giản như sau :

- Giai đoạn 2 : Acid hóa

- Giai đoạn 3 : Acetate hóa

- Giai đoạn 4 : Methane hóa

Các chất thải hữu cơ chứa các nhiều hợp chất caophân tử như protein, chất béo, carbohydrate, cellulose, lignin, …trong giai đoạn thủy phân sẽ cắt mạch tạo thành các phântử đơn giản hơn, dễ thủy phân hơn Các phản ứng thủyphân sẽ chuyển hóa protein thành amino acid, carbohydratethành đường đơn và chất béo thành các acid béo Tronggiai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếptục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2 Vi khuẩnmethane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhấtđịnh như CO2 + H2 , formate, acetate, methanol, methylamine và

CO Các phương trình phản ứng xảy ra như sau :

4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2O

CH3COOH → CH4 + CO2

4 CH3OH → 3CH4 + CO2 + H2O4(CH3)3N + H2O → 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3

vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp ôxy liêntục

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm

03 giai đoạn sau :

- Ôxy hóa các chất hữu cơ :

trưởng dạng lơ lửng

o Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc

Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùntuần hoàn Hỗn hợp bùn và nước thải trong bểđược khuấy trộn hoàn toàn, sau khi phân hủy hỗnhợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi đểtách riêng bùn và nước Bùn tuần hoàn trở lạibể kỵ khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốcđộ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm

o Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng

nước đi từ dưới lên (UASB)

Đây là một trong những quá trình kỵ khí ứng dụngrộng rãi nhất trên thế do hai đặc điểm chính sau :

- Cả ba quá trình phân hủy – lắng bùn – tách khíđược lắp đặt trong cùng một công trình

- Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vậtrất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạttính hiếu khí dạng lơ lửng

Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khí UASBcòn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạttính 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 sungdinh dưỡng

- Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí Methane.Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trìtrong khoảng 0,6 – 0,9 m/h, pH thích hợp cho quá trìnhphân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6,6 – 7,6 Dođó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) đểđảm bảo pH của nước luôn lớn hơn 6,2 vì ở pH < 6,2

vi sinh vật chuyển hóa Methane không hoạt độngđược Cần lưu ý rằng chu kì sinh trưởng của vi sinhvật acid hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vậtacetate hóa (2 – 3 giờ ở 350C so với 2 – 3 ngày ởđiều kiện tối ưu) Do đó, trong quá trình vận hànhban đầu tải trọng chất hữu cơ không được quá cao

vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra acid béo dễ bay hơivới tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độchuyển hóa các acid này thành acetate dưới tácdụng của vi sinh vật acetate hóa

trưởng dạng dính bám

o Bể lọc kỵ khí

Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúcđể xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải.Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từtrên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có

vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển Vì vi sinhvật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc vàkhông bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gianlưu của tế bào sinh vật rất cao (khoảng 100 ngày)

o Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn

lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cố định

Là dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng và dính bám

b Quá trình hiếu khí

sinh trưởng dạng lơ lửng

Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tanvà không hòa tan chuyển hóa thành bông bùn sinh học –quần thể vi sinh vật hiếu khí – có khả năng lắng dưới tácdụng của trọng lực Nước chảy liên tục vào bể aeroten,trong đó khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tínhcung cấp ôxy cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ Dướiđiều kiện như thế, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối vàkết thành bông bùn Hỗn hợp bùn và nước thải chảyđến bể lắng đợt 2 và tại đây bùn hoạt tính lắng xuốngđáy Lượng lớn bùn hoạt tính (25 – 75% lưu lượng) tuần hoànvề bể aeroten để giữ ổn định mật độ vi khuẩn, tạo điềukiện phân hủy nhanh chất hữu cơ Lượng sinh khối dư mỗi

ngày cùng với lượng bùn tươi từ bể lắng 1 được dẫn tiếptục đến công trình xử lý bùn

Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tínhhiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quantrọng của quần thể vi sinh vật Các vi sinh vật này sẽphân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thunăng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ mộtphần chất hữu cơ bị ôxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O,

NO3-, SO42-, … Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong

hệ thống bùn hoạt tính bao gồm : Pseudomonas, Zoogloea,

Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium,…và hai

loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas, Nitrobacter Yêu cầu

chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí lànước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS khôngvượt quá 50 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ khôngquá 25 mg/L, pH từ 6,5 – 8,5 và nhiệt độ từ 6 – 370C Mộtsố dạng bể ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng như :Bể aeroten thông thường, bể aeroten xáo trộn hoàn chỉnh,mương ôxy hóa, bể hoạt động gián đoạn, bể aeroten mởrộng, …

o Bể aeroten thông thường

Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug – flow), khi đóchiều dài bể rất lớn so với chiều rộng Trong bểnày nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểmtheo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vàođầu bể Ở chế độ dòng chảy nút, bông bùn cóđặc tính tốt hơn, dễ lắng Tốc độ sục khí giảm dầntheo chiều dài bể Quá trình phân hủy nội bàoxảy ra ở cuối bể (ECKENFELDER W.W.,1989) Tải trọngthích hợp vào khoảng 0,3 – 0,6 kg BOD5/m3 ngày vớihàm lượng MLSS 1.500 – 3.000 mg/L, thời gian lưu nướctừ 4 – 8 giờ, tỷ số F/M = 0,2 – 0,4, thời gian lưu bùntừ 5 – 15 ngày

Hình 8: Bể aeroten thông thường

o Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn

Đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thíchhợp Thiết bị sục khí cơ khí (motour và cánh khuấy)hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng.Bể này thường có dạng tròn hoặc vuông, hàmlượng bùn hoạt tính và nhu cầu ôxy đồng nhất trongtoàn bộ thể tích bể Bể này có ưu điểm chịu đượcquá tải rất tốt METCALF and EDDY (1991) đưa ra tảitrọng thiết kế khoảng 0,8 – 2,0 kg BOD5/m3 ngày vớihàm lượng bùn 2.500 – 4.000 mg/L, tỷ số F/M = 0,2 –0,6

Hình 9: Bể aeroten khuấy trộn hoàn toàn

o Bể aeroten mở rộng

Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinhtrưởng thấp, sản lượng bùn thấp và chất lượngnước ra cao hơn Thời gian lưu bùn cao hơn so với cácbể khác (20 – 30 ngày) Hàm lượng bùn thích hợptrong khoảng 3.000 – 6.000 mg/L

o Mương ôxy hóa

Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòngchảy trong mương có vận tốc đủ xáo trộn bùnhoạt tính Vận tốc trong mương thường được thiết kếlớn hơn 3 m/s để tránh cặn lắng Mương ôxy hóacó thể kết hợp quá trình xử lý nitơ METCALF andEDDY (1991) đề nghị tải trọng thiết kế 0,10 – 0,25 kgBOD5/m3 ngày, thời gian lưu nước 8 – 16 giờ, hàmlượng MLSS khoảng 3.000 – 6.000 mg/L, thời gian lưubùn từ 10 – 30 ngày là thích hợp

o Bể hoạt động gián đoạn (SBR)

Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lýnước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy vàxả cạn Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự nhưtrong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ cóđiều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể vàđược thực hiện lần lượt theo các bước : (1) làm đầy,(2) phản ứng, (3) lắng, (4) xả cạn, (5) ngưng

sinh trưởng dạng dính bám

o Bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học chứa đầy vật liệu tiếp xúc, làgiá thể cho vi sinh vật sống bám Vật liệu tiếp xúcthường là đá có đường kính trung bình 25 – 100 mm,hoặc vật liệu nhựa có hình dạng khác nhau, … cóchiều cao từ 4 – 12 m Nước thải được phân bố đềutrên mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặcvòi phun Quần thể vi sinh vật sống bám trên giáthể tạo nên màng nhầy sinh học có khả năng hấpphụ và phân hủy chất hữu cơ chứa trong nướcthải Quần thể vi sinh vật này có thể bao gồm vikhuẩn hiếu khí, kỵ khí và tùy tiện, nấm, tảo, vàcác động vật nguyên sinh, … trong đó vi khuẩn tùytiện chiếm ưu thế

Phần bên ngoài lớp màng nhầy (khoảng 0,1 –0,2 mm) là loại vi sinh hiếu khí Khi vi sinh phát triển,chiều dày lớp màng ngày càng tăng, vi sinh lớpngoài tiêu thụ hết lượng ôxy khuếch tán trước khiôxy thấm vào bên trong Vì vậy, gần sát bề mặtgiá thể môi trường kỵ khí hình thành Khi lớp màngdày, chất hữu cơ bị phân hủy hoàn toàn ở lớpngoài, vi sinh sống gần bề mặt giá thể thiếunguồn cơ chất, chất dinh dưỡng dẫn đến tình trạngphân hủy nội bào và mất đi khả năng bám dính.Nước thải sau xử lý được thu qua hệ thống thu nướcđặt bên dưới Hệ thống thu nước này có cấu trúcrỗ để tạo điều kiện không khí lưu thông trong bể.Sau khi ra khỏi bể, nước thải vào bể lắng đợt haiđể loại bỏ màng vi sinh tách khỏi giá thể Nước