Nghiên cứu xử lý nước thải từ sản xuất giấy tái chế tại công ty bình minh bằng phương pháp sinh học

bộ giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hµ néi - Hà hảI long Nghiên cứu xử lý nước thảI từ sản xuất giấy táI chế công ty bình minh chuyên ngành: công nghệ hoá học luận văn thạc sĩ công nghệ hoá học Người hướng dẫn khoa học: Ts Vũ thị phương anh Mục lục Lời cam đoan Lời cảm ơn Mở đầu Chương I điều kiƯn tù nhiªn, kinh tÕ – x· héi cđa cơm công nghiệp Phú Lâm Bắc Ninh 1.1 §iỊu kiƯn tù nhiªn 1.2 §iỊu kiƯn khÝ hËu 1.3 §iỊu kiƯn kinh tÕ - x· héi CHƯƠNG : HIệN TRạNG SảN XUấT GIấY TạI CƠ Sở SảN XUấT GIấY BìNH MINH phú lâm bắc ninh 2.1 Thông tin chung 2.2 Công nghệ sản xuất 10 2.2.1 Công đoạn nghiền bột giấy 13 2.2.2 Công đoạn nghiền xay 14 2.2.3 Công đoạn xeo giấy 15 2.2.4 Công đoạn tạo sản phẩm 15 CHƯƠNG TáC ĐộNG CủA SảN XUấT Tới MÔI TRƯờNG 16 3.1 Tác động đến môi trường không khí 16 3.2 Tác động đến môi trường đất 17 3.3 Tác động đến môi trường nước 18 Chương IV Các phương pháp xử lý nước thảI ngành công nghiệp giấy 19 4.1 Các thông số đánh giá chất lượng nước thải 19 4.1.1 Độ pH 19 4.1.2 Độ oxi hoà tan (DO) 19 4.1.3 Hàm lượng chất rắn nước 19 4.1.4 Độ mầu 20 4.1.5 Độ đục 20 4.1.6 Tỉng chÊt hun phï T.S.S 20 4.1.7 ChØ sè BOD (nhu cÇu oxi hãa sinh hãa) 21 4.1.8 ChØ sè COD (nhu cầu oxi hoá) 21 4.1.9 Hàm lượng Nitơ 22 4.1.10 Hàm lượng Photpho 22 4.1.11 Vi sinh vật nước thải 23 4.2 Các phương pháp xử lý nước thải 24 4.2.1 Một số nguyên tắc tiến hành xử lý nước thải 24 4.2.2 Xử lý riêng biệt loại nước thải 25 4.2.3 Xử lý nước thải phương pháp keo tụ 26 4.2.4 Hấp phụ 28 4.2.5 Tun nỉi 28 4.2.6 Trao ®ỉi ion 29 4.2.7 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí 29 4.2.7.1 Cơ sở phương pháp 29 4.2.7.2 Giai đoạn phát triển vi sinh vật 30 4.2.7.3 Cơ chế phân hủy chất hữu nhờ vi sinh vật 32 4.2.7.4 Điều kiện nước thải xử lý phương pháp sinh học 33 4.2.7.5 Bể phản øng sinh häc hiÕu khÝ - aeroten 33 4.2.7.6 Bån läc sinh häc 41 4.2.8 Xư lý n­íc th¶i b»ng phương pháp sinh học kị khí 42 Chương V Đối tượng phương pháp nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cøu 43 5.2 Mơc tiªu nghiªn cøu 43 5.3 TÝnh toán thiết bị lọc sinh học 43 5.4 Phương pháp nghiên cứu 49 5.4.1 Sơ đồ hệ thống 49 5.4.2 Quy trình thực nghiệm 50 5.5 Kết thảo luận 51 5.5.1 Các thông số đầu vào 51 5.5.2 Sau thiÕt bÞ läc sinh häc 51 5.6 KÕt luËn 53 Mở đầu Ngành giấy nước ta đứng trước ngưỡng cửa giai đoạn phát triển mạnh mẽ Việc hình thành nhà máy công suất lớn với quy mô đại coi yếu tố khách quan chế thị trường giai đoạn míi Tuy vËy, hiƯn t¹i ch­a thĨ bá qua vai trò sở sản xuất giấy tái chế quy mô vừa nhỏ ( công suất 5.000/tấn) Các sở sản xuất loại nước có đến hàng trăm, với tổng công suất trăm nghìn tấn/năm, phân bố hầu hết tỉnh thành phố nước, tập trung nhiều Bắc Giang - Bắc Ninh, Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh có vai trò định kinh tế quốc dân Nói riêng hai làng nghề tái chế giấy Dương ổ Phú Lâm thuộc tỉnh Bắc Ninh đà có tới 350 sở sản xuất giấy tái chế với tổng công suất lên tới 30.000 tấn/ năm Với nhiều loại hình sản phẩm phong phú, đa dạng, với hình thức tổ chức sản xuất linh hoạt, sở tái chế giấy kiểu đà tạo lượng lớn hàng hoá, giải công ăn việc làm mang lại thu nhập cho bà con, góp phần phát triển kinh tế xà hội khu vực Thị trường giấy tương lai, bên cạnh nhóm sản phẩm không đòi hỏi chất lượng cao giá thành rẻ ổn định chất lượng Để đáp ứng mảng thị trường chưa hẳn nhà máy lớn với thiết bị đại công suất lớn đà phù hợp Vì vậy, sở sản xuất giấy quy mô vừa nhỏ làng nghề có nhiều hội để tồn phát triển ý nghĩa thực tiễn mục đích đề tài: sở sản xuất loại này, với thiết bị cũ kỹ, lạc hậu, trình độ công nghệ thấp, lao động giản đơn, chưa đào tạo đầy đủ bản, chủ yếu dựa vào kinh nghiệm nên hiệu sản xuất thường không cao, tiêu tốn nhiều lượng nguyên liệu Tất mặt hạn chế khiến giá thành sản phẩm tăng lên mặt khác tác động tiêu cực tới chất lượng môi trường sức khỏe người Do vậy, vấn đề xử lý nguồn gây ô nhiễm môi trường sở sản xuất có quy mô vừa nhỏ thiết Để giải vấn đề, mục tiêu luận văn: - Tổng quan tài liệu liên quan đến xử lý nước thải nói chung nước thải giấy nói riêng - Nghiên cứu xử lý nước thải giấy phương pháp sinh học - Tính toán, lựa chọn thiết bị phù hợp với phương pháp sinh häc xư lý n­íc th¶i giÊy chương I điều kiện tự nhiên, kinh tế xà hội cụm công nghiệp Phú Lâm Bắc Ninh 1.1 Điều kiện tự nhiên Bắc Ninh tỉnh thuộc đồng châu thổ sông Hồng nằm phía Bắc thủ đô Hà Nội, đầu mối giao lưu tỉnh phía Nam Trung Quốc hệ thống giao thông đường sắt đường thủy Bắc Ninh trung tâm giao cắt khu chế xuất lớn Hà Nội Hải Phòng Hạ Long, với hệ thống mạng lưới giao thông đường thủy thuận lợi đà tạo cho Bắc Ninh có đầy đủ điều kiện để phát triển kinh tế xà hội giao lưu văn hóa với địa phương khác Đặc thù sản xuất Bắc Ninh tiểu thủ công nghiệp Theo báo cáo Sở Công thương Bắc Ninh có tổng số 58 làng nghề với 30 lµng nghỊ trun thèng vµ 28 lµng nghỊ míi Các làng nghề như: làng nghề sắt thép Đa Hội, làng nghề giấy Phú Lâm Tiên Du, làng nghề giấy Phong Khê, làng nghề đúc đồng Đại Bái, làng nghề đúc nhôm, chì Văn Môn, làng nghề nấu rượu Đại Lâm, làng nghề dệt nhuộm Tương Giang, làng nghề đồ gỗ mỹ nghệ Đồng Kỵđà góp phần quan trọng vào việc phát triển kinh tế địa phương tăng kim ngạch xuất Riêng lĩnh vực sản xuất giấy tái chế từ nguyên liệu phế thải nguyên liệu nguyên sinh, tỉnh Bắc Ninh có 100 sở sản xuất tập trung chủ yếu Phong Khê, Phú Lâm Tiên Du Các sở trình hoạt động đà thải vào môi trường lượng nước thải lớn có chứa hàm lượng chất hữu số hóa chất độc hại Đặc biệt ngành tái chế giấy Phú Lâm Tiên Du, hình thành, song nguy gây ô nhiễm lại cao chưa quản lý chặt chẽ, nước thải đổ thẳng trực tiếp sông Cầu sông chảy qua nhiều tỉnh có ý nghĩa chiến lược đất nước Xà Phú Lâm nằm phía Bắc huyện Tiên Du cách thị trấn Lim km Phía Bắc huyệnYên Phong, phía Tây giáp xà Tam Sơn, phía Nam giáp xà Tương Giang, xà Nội Duệ, phía Đông giáp xà Vân, Phú Lâm có tổng diện tích tự nhiên 1.163,35 nằm gọn vùng đồng châu thổ sông Hồng Sông Ngũ Huyện Khuê chạy suốt ranh giới xà Phú Lâm từ phía Tây sang phía Bắc, phía Đông dài khoảng - km Đây nguồn cung cấp nước tưới tiêu chủ yếu đường tiêu nước cho xà Ngoài ra, có 60 diện tích mặt nước địa bàn xà nguồn nước tưới tiêu dồi cho đồng ruộng 1.2 Điều kiện khí hậu Về mặt khí hậu, Phú Lâm mang đầy đủ đặc trưng khí hậu vùng đồng Bắc Bộ - khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, có phân hoá khí hậu theo hai mïa chÝnh vµ hai mïa chun tiÕp Mïa hÌ kéo dài từ tháng đến tháng 9, khí hậu nóng ẩm mưa nhiều Mùa đông kéo dài từ tháng 11 đến tháng sang mùa chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới lục địa đà biến tính nhiều trình di chuyển song lạnh - Nhiệt độ trung bình tháng năm khoảng 23 - 240 Nhiệt độ cao năm trung bình khoảng 37 - 380C - Độ ẩm tương đối trung bình tháng năm lớn 70%, độ ẩm tương đối cao trung bình khoảng 94 - 97% vào tháng đầu năm cuối mùa hè - Lượng mưa trung bình hàng năm Phú Lâm khoảng 1.676 mm - Tốc độ gió trung bình khoảng mm/s chênh lệch không nhiều năm 1.3 Điều kiện kinh tế - xà hội Phú Lâm xà thuộc huyện Tiên Du tỉnh Bắc Ninh có thôn, với số dân thống kê tính đến ngày 01/04/2005 khoảng 15.000 người với 3.000 hộ Tổng số hộ sản xuất giấy tái chế 13 hộ, thu hút 800 lao động tham gia làm nghề có khoảng 100 lao động nơi khác đến Phú Lâm xà nông, tiềm lực, sức người, sức tập trung vào sản xuất nông nghiệp Kinh tế nông thôn có 98% thu nhập từ nông nghiệp Các hoạt động khác nông nghiệp nghề phụ mang tính chất tận dụng lúc thời vụ nông nhàn Toàn xà Phú Lâm có diện tích tự nhiên 1.163,35 ha, đất nông nghiệp chiếm 74,4% có 884 đất canh tác với mức bình quân đầu người 730 m2/ người Đây mức bình quân cao huyện Tiên Du ưu lớn cho việc phát triển nông nghiƯp - VỊ trång trät: Tỉng diƯn tÝch ®Êt gieo trồng năm đạt 4.200 mẫu diện tích lúa 4.650 mẫu đạt 100% kế hoạch diện tích màu đạt 550 mẫu 78,5% so với năm 2004 - Về chăn nuôi: Mặc dù chịu ảnh hưởng dịch bệnh lở mồm, long móng trâu, bò, lợn, song đạo ngành, cấp đạo xÃ, thôn đà tổ chức phòng bệnh xử lý tốt nên thiệt hại đáng kể, đàn gia cầm gia súc phát triển tính đến ngày 31/12/2005 tổng đàn lợn có 6.300 con, tăng 9,8% so với năm 2004 Bình quân hộ nuôi từ - đầu lợn, cá biệt có gia đình nuôi 20 - 30 đầu lợn, xuất chuồng 1,5 thịt Đàn trâu, bò có 765 con, bê nghé 357 con, giảm năm trước 0,8%, chủ yếu trâu song bảo đảm cho khâu làm đất, cày kéo chăn nuôi lấy thịt Đàn gia cầm có 30.300 tăng năm 2000 11,4%, việc nuôi thả cá phát triển thu từ 20 - 25 - Về sản xuất nông nghiệp, tiểu thủ công nghiệp: + Tính đến năm 2005 toàn xà có 13 sở sản xuất giấy tái chế hoạt động ổn định, năm thu nhập 18 - 20 tỷ đồng tạo công ăn việc làm cho khoảng 700 lao động với mức thu nhập ổn định từ 800 đến 900 nghìn đồng/ tháng + Ngoài ngành nghề khác nề, trạm, mành, rèn, làm nón trì phát triển, số lao động tham gia tăng lên đáng kể thôn Ân Phú, Đồng Kỵ, Phù Khê, tạo thêm việc làm, tăng thêm thu nhập lúc nông nhàn Số lao động làm nghề đà tăng lên từ 200 - 300 người toàn xà + Các ngành nghề, dịch vụ khác phát triển xay sát, dịch vụ vật tư, ăn uống Tại khu vực chợ Tam Đảo đà hình thành nơi buôn bán đa dạng phong phú Việc tạo điều kiện phát triển công nghiệp tiểu thủ công nghiệp UBND xÃ, UBND huyện tỉnh ưu tiên Trước mắt tạo điều kiện cho doanh nghiệp việc hỗ trợ thủ tục vay vốn, thuê đất cũ phát triển sản xuất tạo công ăn việc làm cho người lao động - Về nghiệp giáo dục: Công tác giáo dục Phú Lâm đặt lên hàng đầu, chất lượng giảng dạy nâng lên rõ rệt, sở vật chất đầu tư bước đáp øng cho häc tËp vµ rÌn lun cđa häc sinh Tại xà Phú Lâm có 02 trường tiểu học, 01 trường trung học sở 12 lớn mẫu giáo với tổng số 3342 em học sinh Trong năm vừa qua xà có 04 thầy cô giáo viên dạy giỏi cấp huyện, 01 thấy giáo dạy cấp tỉnh - Công tác văn hoá xà hội, thể dục thể thao: + Năm 1999 xà Phú Lâm đà xây dựng đăng ký 04 làng văn hoá cấp công nhận Đến toàn xà đà có 1.980 hộ đạt danh hiệu gia đình văn hoá + Công tác tuyên truyền, xây dựng nếp sống văn hoá thực thị 27 đưa đến thôn xà Nhiều tục lệ không phù hợp đà vận động bỏ giảm dần ma chay, cưới xin, khao l·o, lƠ héi… + Phong trµo thĨ dơc, thể thao, văn hoá văn nghệ phát triển mạnh mẽ cầu lông, bóng chuyền, hát quan họ, thơ ca Hàng năm xà tổ chức 40 sinh vật có thích hợp không, có kìm hÃm, ức chế đến sinh trưởng tăng sinh khối chúng hay không? Tiến hành xác định độc tính vi sinh vật, dụng nước thải để nguyên pha loÃng cân đối dinh dưỡng, sau cấy giống vi sinh vật (có thể giống chủng cặn bùn nước thải) Việc xác định cho ta thấy loại nước thải xử lý kỹ thuật bùn hoạt tính aeroten hay không, suy tính độc yếu tố (trong có kim loại nặng chất độ khác) vi sinh vật Nồng độ muối vô nước thải không 10g/l Nếu muối vô thông thường, pha loÃng nước thải xử lý phương pháp bùn hoạt tính, chất độc kim loại nặng, chất độc hữu phải tiến hành phân tích cẩn thận có biện pháp xử lý riêng (hấp phơ, trao ®ỉi ion ) sau ®ã míi cã thĨ phương pháp sinh học - pH: nước thải có ảnh hưởng nhiều tới trình hóa sinh vi sinh vật, trình tạo bùn lắng Nói chung, pH thích hợp cho xử lý nước thải aeroten 6,5-8,5 Trong thêi gian ci, n­íc th¶i aeroten có pH chuyển sang kiềm, hợp chất nitơ chuyển thành NH3 muối amon - Nhiệt độ: Nhiệt độ nước thải aeroten có ảnh hưởng lớn đến hoạt động vi sinh vật Hầu vi sinh vật có nước thải thể ưa ẩm Chúng có nhiệt ®é sinh tr­ëng tèi ®a lµ 400C vµ tèi thiĨu 50C Vì vậy, nhiệt độ xử lý nước thải khoảng 370C, tốt 350C Như đà biết, nhiệt độ không ảnh hưởng đến chuyển hoá vi sinh vật mà ảnh hưởng nhiều tới trình hoà tan oxi vào nước khả kết lắng cặn bùn hoạt tính - Nồng độ chất lơ lửng (SS) dạng huyền phù: 41 Sau xử lý sơ bộ, tuỳ thuộc nồng độ chất lơ lửng có nước thải mà xác định công trình xử lý thích hợp lọc sinh học aeroten Nếu nồng độ chất lơ lửng không 100 mg/l loại hình xử lý thích hợp bể lọc sinh học nồng độ không 150 mg/l xử lý aeroten cho hiệu phân hủy chất hữu nhiễm bẩn cao Con số quy ước thực nghiệm aeroten thông thường, với aeroten hiếu khí tích cực nồng độ chất rắn lơ lửng cao Song, với lượng rắn lơ lửng cao thường làm ảnh hưởng tới hiệu xử lý Vì vậy, nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao cần phải tiền xử lý giai đoạn xử lý sơ cách đầy đủ loại bỏ vẩn cặn lớn phần chất rắn lơ lửng 4.2.7.6 Bồn lọc sinh học Bồn lọc sinh học chứa đầy vật liệu tiếp xúc, giá thể cho vi sinh vật sống bám Vật liệu tiếp xúc thường đá có đường kính trung bình 25 100 mm, vật liệu nhựa có đường kính khác Nước thải phân bố mặt lớp vật liệu hệ thống quay vòi phun Quần thể vi sinh vật sống bám giá thể tạo nên màng nhầy sinh học có khả hấp phụ phân hủy chất hữu chứa nước thải Quần thể vi sinh vật bao gồm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí, nấm, tảo động vật nguyên sinh Phần bên lớp nhầy (khoảng 0,1 0,2 mm) loại vi sinh hiếu khí Khi vi sinh phát triển chiều dày lớp màng nhầy tăng, vi sinh lớp tiêu thụ hết lượng oxy khuếch tán trước oxy thấm vào bên Vì vậy, gần sát bề mặt giá thể môi trường kỵ khí hình thành Khi lớp màng dày, chất hữu bị phân hủy hoàn toàn lớp ngoài, vi sinh sống gần bề mặt giá thể thiếu nguồn chất dinh dưỡng dẫn đến tình trạng phân hủy nội bào khả bám dính Nước thải sau xử lý thu qua hệ thống thu nước đặt bên Sau khỏi bồn, nước thải vào bể lắng đợt để loại bỏ màng vi 42 sinh tách khỏi giá thể Nước sau xử lý tuần hoàn để pha loÃng nước thải đầu vào bồn lọc sinh học đồng thời trì độ ẩm cho màng nhầy 4.2.8 Xử lý nước thải phương pháp sinh học kị khí Quá trình phân hủy chất hữu điều kiện kị khí quần thể vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn) hoạt động mặt oxy không khí, sản phẩm cuối hỗn hợp khí có CH4, CO2, N2, H2 Trong có tới 65% CH4 Vì vậy, trình gọi lên men metan quần thể vi sinh vật gọi chung c¸c vi sinh vËt metan C¸c vi sinh vËt metan sống kị khí hội sinh tác nhân phân huỷ chất hữu protein chất béo, hydratcacbon thành sản phẩm có phân tử thấp qua ba giai đoạn sau: Các chất hữu hữu cơ, axit béo, rượu hợp chất dễ tan n­íc c¸c axit CH4 + CO2 + N2 + H2 Đây trình phức tạp chế chưa biết cách đầy đủ rõ ràng Người ta coi trình lên men metan gồm ba pha: pha ban đầu phân hủy, pha thứ hai pha chuyển hoá axit, pha thø ba lµ pha kiỊm Trong pha axit, vi sinh vật tạo thành axit gồm vi sinh vật kị khí vi sinh vật tuỳ tiện Chúng chuyển hóa sản phẩm phân huỷ trung gian thành axit hữu bậc thấp, chất hữu khác axit hữu cơ, axit béo, rượu, c¸c axit amin, glyxerin, axeton, H2S, CO2, H2 Trong pha kiềm, vi sinh vật sinh metan đích thực hoạt động Chúng vi sinh vật kị khí cực đoan, chuyển hoá sản phẩm pha axit thành CH4 CO2 Các phản ứng pha chuyển pH môi trường sang kiềm 43 Chương V Đối tượng phương pháp nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cứu Nước thải sử dụng trình nghiên cứu nước thải lấy công ty cổ phần sản xuất giấy tái chế Bình Minh thuộc làng nghề giấy Phong Khê Bắc Ninh 5.2 Mục tiêu nghiên cứu Theo kết phân tích mẫu nước sở sản xuất giấy Bình Minh, ta thÊy n­íc th¶i cã tû lƯ 0,5 Chøng tá nước thải có chứa hàm lượng bột giấy cao dạng phân tán Do đó, để xử lý nước thải cần áp dụng phương pháp thích hợp nhằm tách chất lơ lửng chất hòa tan nước thải Nước thải không chứa chất có hại cho phát triển vi sinh vật nên dùng phương pháp sinh học để xử lý Mục đích dùng phương pháp sinh học để loại bỏ chất hữu hòa tan nước thải số chất vô H2S, N2, P khỏi nước thải 5.3 Tính toán thiết bị lọc sinh học - Hàm lượng BOD5 đầu vào: BODv = 1.420 mg/l - Đệm vi sinh xếp thành khối tháp với diện tích bề mặt Fa =200 m2/m3, độ rỗng P= 90% - Yêu cầu nước sau xử lý: BODr = 20 mg/l - Nhiệt độ trung bình trung bình nước thải: T0 = 250C Tính toán thông số: + Chọn chiều cao lớp đệm tháp: Hđ = m + Hàm lượng BOD5 đầu = 20mg/l => Tra b¶ng 11-2: η = ,25 Trong đó: [3] Hệ số phụ thuộc vào hàm lượng BOD5 đầu vào + nhiệt độ 250C, số nhiệt độ: KT = 0, ì1, 0475 = 0, 2516 K 20 1, 047 25− 20 = 44 + Tải trọng BOD5 cho phép m2 bề mặt lớp đệm tính theo công thức: C0 = P.H.KT/η , gBOD5 /m3.ngµy [3] ( 5.1 ) C0 = 90 x 1x 0,2516/2,25 = 10,064 gBOD5 /m3.ngày + Tải träng thủ lùc cho phÐp trªn 1m3 vËt liƯu: q0 = C0.Fa/BODv , m3/m3 ngµy [3] ( 5.2 ) q0 = 10,064 x 200/1420=1,42 m3/m3 ngµy + ThĨ tÝch líp vật liệu lọc (lớp đệm) cần thiết: W = Q/q0= 0,24/1,42 = 0,169 m3 [3] ( 5.3 ) Q – Lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/ngày + Diện tÝch líp vËt liƯu läc: F= ¦ W 0,169 = = 0,169 m2 H + §­êng kÝnh cđa tháp lọc: [3] ( 5.4 ) D= 4ì F × 0,169 = π = 0,47 (m); ( 5.5 ) lÊy trßn D = 0,5(m) + Tỉng chiỊu cao th¸p läc: H = H1 + H2 + H3 , m ( 5.6 ) - Trong ®ã: H1: ChiỊu cao đáy phân phối lắp hệ thống phân phối khí; H1 = 0,3 m H2: ChiỊu cao líp vËt liƯu läc (líp ®Ưm); H2 =1 m H3: ChiỊu cao dù trữ thu nước; H3 = 0,2 m => H= 0,3 + + 0,2 =1,5 m Tính toán lượng không khí cần thiết - Lượng oxi cần thiết điều kiện tiêu chuẩn cung cấp cho trình xử lý nước thải: OC0 = Trong đó: Q ì (S − S ) − 1,42 Px 1000 f ( 5.7 ) [3] 45 - S0: Hàm lượng BOD5 đầu vào trình xử lý sinh học hiếu khí, S0 = 1.420 mg/l - S: Hàm lượng BOD5 đầu ra, S = 20 mg/l - f: HƯ sè chun ®ỉi tõ BOD sang COD; f = BOD5/COD = 1.420/2.085=0,68 - Px: Lượng bùn hoạt tính sinh khử BOD5: Px = Yb Q( S − S ).10 −3 kg/ngày ( 5.8 ) [3] Yb: Hệ số tạo cặn tõ BOD5 Yb = Y 1+ K d θ c ( 5.9 ) [3] + Y: HÖ sè sinh tr­ëng cực đại, chọn Y = 0,6 + Kd: Hệ số phân huỷ nội bào, chọn Kd = 0,06 + C: Thêi gian l­u bïn hƯ thèng (ti cđa bïn), C = 10 ngày => Px = 0,6 ì 0,24(1420 20 ).10 = 0,126 kg/ng.đêm + 0,06 ì 10 - Lượng oxy cần thiết điều kiện chuÈn: OC = 0,24(1420 − 20) − 1,42 × 0,126 = 0,32 kg O2/ngày 1000 ì 0,68 - Lượng O2 cần điều kiện thực 200C OC t = OC C S 20 C S 20 − C L ( 5.10 ) [3] Víi: CS20: Nång ®é b·o hoµ O2 n­íc ë 200C; CS20 = 9,08 mg/l CL: Nồng độ oxy trì bể; CL= mg/l => OCt = 0,32 × 9,08 = 0,41 kg/ngày 9,08 Lượng không khí cần thiết: QK = OC t f OU ( 5.11 ) [3] OU: Công suất hoà tan oxy vào nước thải thiết bị phân phối; OU = Ou.h 46 + Ou: Công suất hoà tan oxy vào nước thải thiết bị phân phối tính theo gram oxy cho 1m3 không khí độ sâu ngập nước (1m); Chọn Ou= gr O2/m3.m + Lấy độ sâu ngập lỗ phân phèi; h = 0,3 m + f: HÖ sè an toàn, lấy = QK = 0,41 ì 1000 ì = 683,33 m3/ngµy ~ 28,4 m3/h ~ 7,9.10-3 m3/s ì 0,3 + Đường kính ống phân phối: DK = Qk , m ; 0,785 × ω – Tèc độ chuyển động không khí ống dẫn qua hƯ thèng ph©n phèi khÝ, DK = Qk = 3600 x0,785 x15 = 10 – 15 m/s; Chän 28,4 = 2,6.10-2 3600 x0,785 x15 = 15 m/s m Chän DK = 27 ( mm ) Chän thiÕt bÞ cÊp khí máy thổi khí Để lựa chọn máy thổi khí, lưu lượng cần phải xác định áp lực khí cần có để thắng trở lực đường èng dÉn khÝ TÝnh trë lùc cđa ®­êng èng: Tỉn thÊt thđy lùc cđa èng dÉn khÝ bao gåm tỉn thÊt theo chiỊu dµi vµ tỉn thÊt cơc bé h= hd + hc = ( + ) , N/m2 ( 5.12 ) Trong đó: l, D: Chiều dài đường kÝnh èng dÉn, m ( l = 3,85 m ; D = 0,034 m ) : VËn tèc chun ®éng cđa kh«ng khÝ èng, tõ 10 – 15 m/s Chän = 15 m/s : Tû träng cđa kh«ng khÝ, = 1,3 kg/m3 : HƯ sè søc c¶n thđy lùc cơc bé tra theo s¸ch thđy lùc 47 : HƯ số nhám, tính theo công thức: = 0,0125 + = 0,0125 + = 0,336 ( 5.13 ) VËy tỉn thÊt theo chiỊu dµi ( tỉn thÊt ma sát ) là: , N/m2 h = hd = hd = ( 5.14 ) 1,3 = 5564,4 N/m2 = 0,055 atm = Trë lùc van: Chän van tiªu chuÈn, với đường kính ống D = 34 m Tra bảng hƯ sè trë lùc cơc bé, ta cã hƯ sè sức cản thủy lực = 4,4 Vậy tổn thất áp lùc qua van lµ: 1,3 = 643,5 N/m2 = 6,35.10-3 atm hc1 = 4,4 Tỉn thÊt ¸p lùc èng rÏ: hc2 = ( 5.15 ) or Trong ®ã: : Hệ số sức cản thủy lực ống rẽ Tra b¶ng hƯ sè trë lùc cơc bé II.16 ta cã [1] = 16 1,3 = 2340 N/m2 = 23,09.10-3 atm hc2 = 16 Tổn thất áp lực ống thẳng trùc tiÕp: hc3 = ( 5.16 ) oc Trong ®ã: oc : Hệ số sức cản thủy lực ống thẳng trực tiếp, tra bảng II.16 [1] ta có oc = hc3 = 0,4 0,4 1,3 = 58,5 (N/m2) = 0,58.10-3 atm Trë lùc cđa hƯ thèng ph©n phèi khÝ: 48 Với lưu lượng khí 12,2 m3/h trở lực hệ thống phân phối khí 0,3 m nước Vậy trở lực hệ thống phân phối khí là: hc4 = = 0,03 atm hc = hc1 + hc2 + hc3 + hc4 = 6,35.10-3 + 23,09.10-3 + 0,58.10-3 + 30.10-3 = 60,02.10-3 = 0,06002 atm ¸p st cđa líp chÊt láng th¸p läc: Pn = = = 0,15 atm VËy trë lùc cđa hƯ thèng lµ: Hm = Pn + hd + hc = 0,15 + 0,055 + 0,06002 = 0,26502 atm Chän m¸y thỉi khÝ ly tâm, công suất thổi khí đoạn nhiệt theo công thức: n N= ( 5.17 ) Trong đó: N: Công suất yêu cầu máy nén khí ( KW ) G: Trọng lượng dòng không khí ( kg/s) G=Qx Q: Lưu lượng không khí cần thiết, Q = 7,9.10-3 m3/s : Tû träng cđa kh«ng khÝ, = 1,239 kg/m3 Ta cã: G = 7,9.10-3 x 1,239 = 9,8.10-3 kg/s R: Hằng số khí, không khí R = 8,314 ( KJ/kmol.0K) T: Nhiệt độ tuyệt đối không khí đầu vào (0K), T = 273 + 25=298 0K n: Hệ số, n tính sau: n= ( 5.18 ) k: hệ số đoạn nhiệt, không khí , k=1,395 Thay k vào ta được: n= = 0,283 P1: áp lực tuyệt đối không khí đầu vào P1 = atm 49 P2: áp lực tuyệt đối không khí đầu P2= Hm + 1= 0,265 +1=1,265 atm e: HiƯu st cđa m¸y tõ 0,7 – 0,8 Chän e = 0,7 Thay vµo ta cã: 0,283 N= = 0,284 KW Công suất động : Ndc = ( 5.19 ) ck tr dc Trong ®ã: : HƯ sè dù tr÷, = 1,1 – 1,15 Chän : Hiệu suất khí quạt thổi khí, ck = 1,15 = 0,96 – 0,98 Chän ck : HiÖu st trun ®éng , tr = 0,96 – 0,99 Chän tr : Hiệu suất động , dc = 0,96 ck = 0,96 tr = 0,95 dc Thay sè, ta ®­ỵc : Ndc = 0,37304 KW = 373,04 W Chọn Ndc = 500 W 5.4 Phương pháp nghiên cứu 5.4.1 Sơ đồ hệ thống Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải giấy phương pháp sinh học 50 Bể lắng sơ cấp Bån läc sinh häc – BĨ l¾ng thø cÊp Quạt thổi khí Bơm + Nguyên tắc hoạt động : Nước thải giấy tái chế đưa vào thiết bị lọc sinh học 2, khí sục vào thiết bị nhờ quạt thổi khí Tại thiết bị lọc sinh học giá thể vi sinh bám dính vào lớp đệm vi sinh làm PVC gấp nếp chồng lên Sau thời gian đủ để vi sinh vật phân giải hầu hết chất hữu nước thải sang bể lắng bùn Tại tiến hành trình lắng thứ cấp Cuối nước qua ống chảy tràn bể lắng 5.4.2 Quy trình thực nghiệm - Nước thải để lắng năm ngày cho BOD5 giảm từ 1.440 mg/l xuống 1.050 mg/l Sau cho vào thiết bị lọc sinh học - Để tiến hành xử lý nước thải giấy thiết bị lọc sinh học ta phải tiến hành nuôi cấy vi sinh vật cách cho bùn hoạt tính lấy sở Bình Minh vào thiết bị lọc sinh học theo tû lÖ kinh nghiÖm: gram men vi sinh dïng cho m3 nước thải 300 lít nước thải cần: = 1,5 gam bùn hoạt tính -Tính toán lượng hóa chất bổ sung: Trong nghiên cứu sử dụng hai hóa chất phân đạm ( dd (NH2)2CO 30%) axit photphoric (dd H3PO4 85%) BODv = 1.050 mg/l Nång độ N, P ban đầu x0 = 70,8 mg/l vµ y0 = 8,6 mg/l BOD: N: O = 100 : : = 1050 : x : y x = (1.050/100) x = 52,5 mg/l ( 20 ) y = (1.050/100) x = 10,5 mg/l ( 5.21 ) Trong trình thí nghiệm với mô h×nh thÝ nghiƯm cã dung tÝch V = 300 lÝt Nồng độ Nitơ mẫu nước thải cao, thuận lợi cho vi sinh vật 51 phát triển Do không cần bổ sung phân đạm, phải bổ sung axit photphoric Lượng axit photphoric cần bổ sung tiến hành thí nghiệm là: Lượng H3PO4 (m1) cần thêm vào dung dịch nước thải là: m1 = (y-y0).V = (10,5 – 8,6) x 300 x = 1.801,94 mg ( 5.22 ) Sử dụng dd H3PO4 85% nên khối lượng axit photphoric (m2) cần dùng là: m2 = = 2.119,92 mg = 2,12 g Dung dÞch H3PO4 85% cã khèi lượng riêng ( 5.23 ) = 1,5 (g/ml) Thể tích dung dịch H3PO4 85% ( V2) cần dùng là: V2 = m4/ = 5,36 ml 1,41ml Sau hÖ thống chạy tiến hành quan sát thí nghiệm thời điểm khác lấy mẫu nước sau xử lý thời điểm 5.5 Kết thảo luận 5.5.1 Các thông số đầu vào Bảng 5.1 Các tiêu nước thải trước qua thiết bị lọc sinh học Kết TCVN5945-2005 phân tích (loại B) 6,6 6-9 mg/l 1050 50 Nit¬ tổng mg/l 70,8 30 Phốt tổng mg/l 8,6 STT ChØ tiªu phân tích pH BOD5 Đơn vị 5.5.2 Sau thiết bị lọc sinh học Bảng 5.2 Sự biến thiên pH, BOD5 nước thải giấy BOD5 = 1.050 (mg/l) theo thêi gian Thêi gian ChØ tiêu phân tích Đơn vị Kết TCVN5945-2005 52 t (ngày) pH phân tích (loại C) 6,7 5-9 780 100 6,7 5-9 540 100 6,8 5-9 330 100 6,8 5-9 280 100 6,8 5- 290 100 BOD5 mg/l pH BOD5 mg/l pH BOD5 mg/l pH BOD5 mg/l pH BOD5 mg/l Dựa vào bảng số liệu ta vẽ biểu đồ cho số: 53 Hình 5.2 Biểu đồ biểu thị biến thiên theo thời gian pH Hình 5.3 Biểu đồ biểu thị biến thiên theo thời gian BOD5 Nhận xét: - BOD5 giảm dần theo thời gian t = - ( ngày), đặc biệt ngày số giảm mạnh, sau tốc độ giảm chậm dần Ngày thứ năm số BOD5 tăng nhẹ - pH thay đổi không đáng kể theo thời gian không đáng kể - Sau thiết bị lọc sinh học số không đạt TCVN 5945 2005 5.6 Kết luận - Qua trình khảo sát trạng môi trường sở sản xuất giấy Bình Minh kết luận: Nước thải sở Bình Minh không xử lý, mà xả trực tiếp môi trường Nguyên nhân chủ yếu chi phí để lắp đặt hệ thống xử lý chi phí trì hoạt động hệ thống cao - Qua trình nghiên cứu xử lý nước thải giấy tái chế phương pháp sinh häc hiÕu khÝ, sư dơng bån läc sinh häc, nhËn thấy phương pháp áp dụng 54 cho nước thải giấy có BOD5 1.400 mg/l chưa phù hợp (nước thải sau xử lý cao gấp lần so với tiêu chuẩn TCVN 5945 -2005 loại C), cần kết hợp với phương pháp khác để xử lý triƯt ®Ĩ ... Vi sinh vật nước thải 23 4.2 Các phương pháp xử lý nước thải 24 4.2.1 Một số nguyên tắc tiến hành xử lý nước thải 24 4.2.2 Xử lý riêng biệt loại nước thải 25 4.2.3 Xử lý nước thải phương pháp. .. Nghiên cứu xử lý nước thải giấy phương pháp sinh học - Tính toán, lựa chọn thiết bị phù hợp với phương pháp sinh học xử lý nước thải giấy 3 chương I điều kiện tự nhiên, kinh tế xà hội cụm công. .. V Đối tượng phương pháp nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cứu Nước thải sử dụng trình nghiên cứu nước thải lấy công ty cổ phần sản xuất giấy tái chế Bình Minh thuộc làng nghề giấy Phong Khê Bắc