TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT GIẤY
Xử lý nước thải sản xuất giấy bao gồm tách chất rắn lơ lửng và các chất hữu cơ hoà tan trong dòng thải bằng xử lý lắng/tạo bông và xử lý sinh học.
III.1. Hệ thống tách chất rắn lơ lửng :
Thông thường trình tự của xử lý nước thải bắt đầu bằng tiền xử lý (xử lý sơ bộ). Lưới chắn là giai đoạn xử lý đầu tiên thường được dùng để tách chất rắn thô. Các bể lắng thường được sử dụng để tách các chất rắn lơ lửng trong nước dựa trên cơ sở trọng lực. Các bể lắng này có thể đặt trước và/hoặc sau công trình xử lý sinh học tuỳ theo yêu cầu về mức độ cần thiết xử lý nước thải. Nhìn chung các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng bao gồm : lưu lượng nước thải, thời gian lắng (hay thời gian lưu nước), khối lượng riêng và tải trọng tính theo chất rắn lơ lửng, tải trọng thuỷ lực, sự keo tụ các chất rắn, vận tốc dòng chảy trong bể, sự nén bùn đặc, nhiệt độ nước thải và kích thước bể lắng.
- Tuỳ theo công dụng của bể lắng trong dây chuyền công nghệ mà người ta phân biệt bể lắng đợt 1 (đặt trước công trình sinh học), bể lắng đợt 2 (đặt sau công trình sinh học)
- Căn cứ theo chế độ làm việc để phân biệt bể lắng hoạt động gián đoạn và bể lắng hoạt động liên tục.
o Bể lắng hoạt động gián đoạn là một bể chứa mà ta xả nước vào đó và để lắng trong khoảng thời gian nhất định. Nước đã lắng được tháo ra và cho nước mới vào. (áp dụng cho trường hợp nước thải ít và chế độ thải không đồng đều)
- Căn cứ theo chiều nước chảy trong bể, người ta phân biệt thành bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng radian.
o Bể lắng ngang : nước chảy trong bể theo phương ngang từ đầu đến cuối bể.
o Bể lắng đứng : nước chảy từ dưới lên theo phương thẳng đứng.
o Bể lắng radian : nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể (bể lắng li tâm) hoặc có thể ngược lại (bể lắng hướng tâm).
a. Bể lắng ngang
Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều dài không nhỏ hơn ¼, chiều sâu đến 4m.
Nước thải dẫn vào bể theo mương và máng phân phối. Đối diện cuối bể cũng xây dựng máng tương tự để thu nước và đặt tấm chắn nửa chìm nửa nổi cao hơn mực nước 0,15 – 0,2m và không sâu quá mực nước 0,25m. Tấm này có tác dụng ngăn chất nổi, thường đặt cách thành tràn 0,25 – 0,5m. Để thu và xả chất nổi người ta đặt một máng đặc biệt ngay sát kể tấm chắn.
Tấm chắn ở đầu bể đặt cách thành tràn (cửa vào) khoảng 0,5 – 1m và không nông hơn 0,2m với mục đích phân phối đều nước trên toàn bộ chiều rộng của bể.
Chiều cao xây dựng bể được xác định như sau : H = h1 + h2 + h3 + h4
Trong đó :
h1 : chiều sâu làm việc, m h2 : chiều cao lớp chứa cặn, m
h3 : chiều cao lớp nước trung hoà (≈ 0,4 m)
Đáy bể làm dốc I = 0,01 để thuận tiện khi cào gom cặn. Độ dốc của hố thu cặn không nhỏ hơn 45o. Xả cặn ra khỏi bể thường bằng áp lực thuỷ tĩnh với cột nước ≥ 1,5m đối với bể lắng đợt 1 và 0,9m (sau bể Aerotan) hoặc 1,2m (sau bể Biophin) đối với bể lắng đợt 2.
Bể lắng ngang có thể làm một hố thu cặn ở đầu và cũng có thể làm các hố thu cặn dọc theo chiều dài của bể.
Song các bể có nhiều hố thu cặn thường không kinh tế vì làm tăng thêm khối tích không cần thiết và tạo ra những vùng xoáy làm giảm khả năng lắng.
b. Bể lắng đứng
Bể lắng đứng là bể có dạng tròn hoặc vuông và đáy có dạng nón hay hình chóp cụt.
Bể lắng đứng có kết cấu đơn giản, đường kính không quá 3 lần chiều sâu công tác và có thể đến 10m.
Nước thải theo máng chảy vào ống trung tâm (bể phản ứng xoáy hình trụ làm bằng thép cuốn hàn điện hoặc bê tông cốt thép). Sau khi ra khỏi ống trung tâm, nước thải va vào tấm chắn và thay đổi hướng từ đứng sang ngang rồi dâng lên theo thân bể. Nước đã lắng trong tràn qua máng thu đặt xung quanh thành bể và đi ra ngoài. Khi nước thải dâng lên theo thân bể thì cặn lắng thực hiện quá trình ngược lại. Vậy giả sử tốc độ nước dâng là Vd và tốc độ lắng là Uo thì cặn chỉ lắng được khi Uo > Vd.
Để cặn tự chảy đến hố thu thì góc tạo bởi tường đáy bể và mặt nằm ngang không nhỏ hơn 45o.
Trong thực tế, nước thải chuyển động trong bể lắng đứng khá phức tạp và có thể tạo nên những vùng nước xoáy làm cản trở quá trình lắng cặn.
Ưu điểm của bể lắng đứng là thuận tiện trong công tác xả cặn, chiếm ít diện tích xây dựng. Song nó cũng có nhược điểm là chiều sâu xây dựng lớn làm tăng giá thành xây dựng (đặc biệt những nơi đất đai không thuận lợi), số lượng bể nhiều và hiệu suất lắng thấp.
Bảng 10. Một số kích thước của bể lắng đứng bằng bêtông cốt thép
Đường kính của bể, mm Lưu lượng tính toán, l/s Chiều cao, m Tổng cộng Hình trụ, Ht Hình nón, Hn 4 12 5.4 3.6 1.8 6 19.8 7.2 4.2 3 9 44 9 4.2 4.8 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các chỉ tiêu để tính toán thiết kế :
- Đặc tính cặn lắng
- Chế độ dòng chảy trong vùng lắng do thiết bị phân phối nước vào và rút nước ra quyết định
- Ảnh hưởng của gió và nhiệt độ
- Chuyển động đối lưu do nhiệt và chênh lệch nồng độ xảy ra trong bể.
Bảng 11. Các thông số tính toán bể lắng đợt 1
Nước thải đi thẳng vào bể lắng đợt một
Tên thông số Đơn vị đo Giá trị các thông số
Khoảng dao động Giá trị tiêu biểu
Thời gian lưu nước Giờ (h) 1.5 – 2.5 2
Tải trọng bề mặt
-Giờ trung bình
-Giờ cao điểm
M3/m2.ngày M3/m2.ngày 31 – 50 81 – 122 40 89
Tải trọng máng thu M3/m dài.
Ngày
III.2. Các công trình xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học :
Xử lý nước thải nhà máy giấy bằng phương pháp sinh học được áp dụng phổ biến để giảm hàm lượng các hợp chất hữu cơ hoà tan. Bản chất của quá trình xử lý sinh học là quá trình vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát triễn và tăng số lượng tế bào (tăng sinh khối), đồng thời làm sạch (có thể là gần hoàn toàn) các chất hữu cơ hoà tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ. Sản phẩm của quá trình vi sinh vật phân huỷ các hợp chất hữu cơ hoà tan trong nước thải là khí CO2, nước, khí N2 , ion sulfate… Để có thể phát triễn lượng vi sinh vật tối ưu cần có đủ dinh dưỡng cung cấp cho chúng. Dinh dưỡng có thể thêm vào dưới dạng phân bón bán trên thị trường hay axit của nitơ và phôtpho. Một số chất sử dụng trong nhà máy giấy có thể gây hại cho quá trình sinh học như nhựa, sulphite, hydropeoxit,…
III.2.1. Các công trình xử lý hiếu khí :
Các hệ thống xử lý hiếu khí phụ thuộc vào sự cung cấp đủ oxy. Tiêu thụ oxy tự nhiên diễn ra trong các ao có tải lượng thấp, còn các quá trình khác phải sử dụng hệ thống sục khí cơ học. Có nhiều thiết bị sục khí cơ học và được chia thành các loại như sục khí bề mặt và sục khí chìm trong nước.
a. Hồ oxy hoá và hồ hỗn hợp
Hồ oxy hoá được phát triễn từ khái niệm làm sạch tự nhiên. Bằng cách chứa nước thải trong hồ để xảy ra quá trình làm sạch trước khi thải ra sông. Khi xử lý dòng thải cho nhà máy bột giấy và giấy, các hồ này thường làm việc như là hồ hỗn hợp với lớp trên là hồ oxy hoá và lớp dưới hoạt động như hồ kị khí. Chúng thường được gọi là hồ ổn định. Các hồ oxy hoá có thể gây ra các vấn đề mùi và thường nhạy cảm với những thay đổi nhiệt độ lớn.
b. Hồ sục khí
Trong hồ sục khí, thiết bị sục khí tuốcbin bề mặt thường chịu trách nhiệm tạo sự thoáng khí và khuấy trộn cần thiết. Một hệ thống làm trong (clarifier) hay một vùng lắng nên được bố trí ở cuối hồ để tách các đám bông sinh học sinh ra trong quá trình xử lý.
Các thiết bị sục khí phải cung cấp đủ oxy cần thiết và khuấy trộn hiệu quả. Năng lượng tối thiểu cho khuấy trộn khoảng 2W/m3.
Ưu điểm của hồ sục khí là ít nhạy cảm với các chất độc, sự thay đổi pH và tải cũng như nhu cầu dinh dưỡng thấp và sinh ra ít bùn.
Nhược điểm của hồ là cần một diện tích rộng và nhạy cảm với nhiệt độ thấp (thời tiết lạnh) cũng như tiêu thụ nhiều năng lượng.
c. Hoạt hoá bùn
Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh có khả năng oxy hoá và khoáng hoá các chất hữu cơ trong nước thải
Trong xử lý bằng bùn hoạt hoá, nước thải và các vi sinh vật được sục khí trong một bể trước khi đưa tới thiết bị làm trong (clarifier) nơi mà sinh khối được tách khỏi dịch lỏng. Phần chính của sinh khối được tuần hoàn lại bể sục khí, còn phần bùn dư được rút ra tỉ lệ với sự sản sinh tế bào mới. Sự sục khí phục vụ hai mục đích là cung cấp oxy cần thiết cho quá trình phân huỷ và khuấy trộn trong bể. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quá trình hoạt hoá bùn sinh ra nhiều bùn hơn các hồ sục khí và khi xử lý dòng thải nhà máy bột giấy và giấy bằng phương pháp này cần thêm dinh dưỡng cần thiết đảm bảo tỉ lệ thông thường là BOD5:N:P =100:5: 1 Nhu cầu dinh dưỡng trong phương pháp này cao hơn so với các phương
pháp xử lý sinh học khác nhưng nó lại ít nhạy cảm với các hiệu ứng nhiệt độ hơn. Vùng nhiệt độ tối ưu là 30 – 35oC
Oxy tinh khiết có thể sử dụng để thay cho không khí trong quá trình hoạt hoá bùn. Những hệ thống như vậy được áp dụng cho tải lớn và ít nhạy cảm với các thay đổi lớn của các chất hữu cơ.
Bảng 12. Các thông số thiết kế thông thường cho các công trình xử lý hiếu khí
Thông số Đơn vị Hồ oxy hoá và
hồ hỗn hợp Hồ sục khí Hoạt hoá bùn
Độ sâu m 1 – 2.5 3 – 10 4 – 11
Thời gian lưu ngày 7 – 50 3 – 10 0.1 – 0.4
Tải BOD5 g/m3, ngày 2 – 10 40 – 200 1000 – 4000
BOD5 giảm % 50 – 80 50 – 90 75 – 95
COD giảm % 30 – 50 30 – 60 40 – 70
Giảm độc % Chưa biết >70 >70
Giảm Phospho % Xấp xỉ 0 Xấp xỉ 0 Tăng
Giảm Nitơ % Chưa biết Tăng Tăng
Bùn sinh ra kgSS/kgBOD5 - 0.3 0.6 – 0.8
Nồng độ bùn g/m3 - - 4 – 6
Tải bề mặt của
lắng thứ cấp m/h - 0.3 0.8 – 1
Công trình hiếu khí nhân tạo ứng dụng bùn hoạt hoá để xử lý nước thải thường gặp là Aerotank – bể phản ứng sinh học hiếu khí.
- Đặc điểm và nguyên lý làm việc của Aerotank :
o Bể phản ứng sinh học hiếu khí là công trình bê tông cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hình tròn được sục khí để tăng cường oxy hoà tan và tăng cường quá trình oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước.
o Nước thải (sau khi qua xử lý sơ bộ) còn chứa phần lớn các chất hữu cơ hoà tan và các chất lơ lửng đi vào Aerotank. Quá trình oxy hoá các chất hữu cơ xảy ra qua ba giai đoạn :
Giai đoạn 1 : tốc độ oxy hoá bằng tốc độ tiêu thụ oxy. Ở giai
oxy cần cho vi sinh vật sinh trưởng trong thời gian này rất ít do vi sinh vật cần thời gian thích nghi với môi trường. Sau khi đã thích nghi với môi trường nước thải, chúng sinh trưởng và phát triển mạnh theo cấp số nhân và tất nhiên lượng oxy bị tiêu thụ tăng mạnh
Giai đoạn 2 : vi sinh vật phát triễn ổn định và tốc độ tiêu thụ
oxy cũng ở mức gần như ít thay đổi. Giai đoạn này, các chất hữu cơ bị phân huỷ nhiều nhất. Hoạt lực enzyme của bùn hoạt tính ở giai đoạn này cũng đạt tới mức cực đại và kéo dài trong một thời gian tiếp theo. Điểm cực đại của enzyme oxy hoá ở bùn hoạt tính thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tính (sinh khối của vi sinh vật) ở mức ổn định.
Giai đoạn 3 : sau một thời gian khá dài, tốc độ oxy hoá hầu
như không thay đổi và có chiều hướng giảm, tốc độ tiêu thụ oxy lại tăng cao lên. Đây là giai đoạn nitrat hoá các muối amon. Sau cùng nhu cầu oxy lại giảm và cần kết thúc quá trình làm việc của Aerotank (làm việc theo mẻ).
Lưu ý : sau khi oxy hoá được 80 – 95% BOD trong nước thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn ra nếu không sẽ gây ô nhiễm thứ cấp do hiện tượng tự phân của vi sinh vật trong bùn (chiếm 70% khối lượng cặn bùn)
- Các yếu tố làm ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của Aerotank (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
o Lượng oxy hoà tan trong nước : điều kiện đầu tiên để đảm bảo cho aerotank có khả năng oxy hoá các chất bẩn hữu cơ với hiệu suất cao
các vi sinh vật hiếu khí trong bùn hoạt tính. Lượng oxy có thể coi là đủ khi nước thải ra khỏi bể lắng 2 có nồng độ oxy hoà tan là 2mg/l.
o Thành phần dinh dưỡng đối với sinh vật :
Trong nước thải có chứa các thành phần dinh dưỡng bao gồm chủ yếu là nguồn cacbon (cơ chất hay chất nền được thể hiện bằng BOD) – chất hữu cơ dễ bị phân huỷ bởi vi sinh vật, nitơ ( ở dạng NH4+) và phospho (ở dạng muối phosphate) và một số các chất khác như Mg, K, Ca, Mn, Fe, Co, … Thông thường các nguyên tố này ở dạng ion đều có mặt trong nước thải và đôi khi vượt quá nhu cầu sinh lý của vi sinh vật.
Thiếu dinh dưỡng trong nước thải sẽ làm giảm mức độ sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật mà biểu hiện của nó là sự suy giảm lượng bùn hoạt tính tạo thành, kìm hãm và ức chế quá trình oxy hoá các chất hữu cơ.
Nếu thiếu Nitơ một cách kéo dài thì ngoài việc làm cản trở quá trình sinh hoá, còn làm cho bùn hoạt tính khó lắng, các hạt bông bị phồng lên trôi nổi theo dòng nước ra làm cho nước khó trong và chứa một lượng lớn vi sinh vật, làm giảm tốc độ sinh trưởng cũng như cường độ oxy hoá của vi sinh vật. Nếu thiếu phospho thì vi sinh vật dạng sợi phát triễn làm cho
bùn hoạt tính lắng chậm và giảm hiệu quả xử lý.
Tỉ lệ các chất dinh dưỡng cho xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí được đề xuất như sau : BOD: N : P = 100 : 5 : 1. Song, tỉ số này thường chỉ đúng cho 3 ngày đầu (là lúc vi sinh vật phát triễn mạnh và bùn hoạt tính được tao thành nhiều nhất). Nếu quá trình xử lý kéo dài thì tỉ lệ trên cần đổi thành 200 : 5 : 1 (thời gian xử lý có
thể đến 20 ngày). Để cân đối dinh dưỡng N và P có thể dùng ure hoặc supephosphat để bổ sung vào nước thải.
o Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải để đảm bảo cho Aerotank hoạt động có hiệu quả :
Nồng độ cơ chất trong môi trường ảnh hưởng nhiều tới đời sống vi sinh vật vì chúng đều có nồng độ cơ chất tới hạn hoặc cho phép. Nếu vượt quá thì vi sinh vật sẽ bị ức chế các quá trình sinh lý,