Luận văn nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty giấy tân mai

Mục đích

Với tình hình môi trường hiện nay, việc nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải cho ngành sản xuất bột giấy và giấy là cực kỳ quan trọng Mục tiêu của đề tài này là tìm ra và đề xuất công nghệ xử lý phù hợp và khả thi cho Công ty giấy Tân Mai.

Phạm vi

Việc áp dụng công nghệ xử lý nước thải cho ngành công nghiệp gặp nhiều thách thức do sự đa dạng về công nghệ và nguyên vật liệu giữa các nhà máy, dẫn đến sự khác biệt trong thành phần và tính chất nước thải Nghiên cứu này tập trung vào việc xử lý nước thải tại Công ty giấy Tân Mai, nằm ở phường Thống Nhất, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai.

Giới hạn

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

• Thời gian thực hiện ngắn.

• Khả năng đầu tư hệ thống xử lý nước thải của Công ty.

• Diện tích dùng để bố trí hệ thống xử lý nước thải.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY Ở VIỆT

Hiện trạng ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy Việt Nam

Ở Việt Nam công nghiệp giấy còn rất nhỏ bé Năng lực sản xuất bột giấy đạt khoảng 150 –

Sản lượng giấy trong nước hiện đạt từ 200 đến 250 ngàn tấn mỗi năm, trong khi năng suất thiết kế của các cơ sở sản xuất giấy khoảng 250 ngàn tấn/năm Điều này cho thấy tiềm năng phát triển của ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam, với sản lượng bột giấy cũng đóng góp đáng kể vào tổng sản lượng.

120 – 150 ngàn tấn Lượng bột giấy thiếu hụt được bù đắp bằng việc xử lý giấy cũ và bột nhập khẩu.

Ngành giấy Việt Nam sản xuất chủ yếu các loại giấy như giấy in báo, giấy viết, giấy vệ sinh và giấy bao bì, nhưng chất lượng giấy thường chỉ đạt mức trung bình hoặc thấp hơn so với tiêu chuẩn khu vực và thế giới Để đáp ứng nhu cầu, Việt Nam nhập khẩu khoảng 100 ngàn tấn giấy mỗi năm, trong khi tiêu thụ nội địa gần 300 ngàn tấn, tương đương 4 kg/người/năm, một con số thấp so với các nước phát triển (200-300 kg/người/năm) và các nước Đông Nam Á (30-100 kg/người/năm) Ngành giấy Việt Nam rất phân tán với tổng sản lượng trên 200 ngàn tấn/năm, nhưng lại có hơn 100 cơ sở sản xuất với quy mô đa dạng, chủ yếu nhỏ lẻ, trong đó chỉ có ba cơ sở lớn là Bãi Bằng, Tân Mai và Đồng Nai có sản lượng từ 10 ngàn đến 50 ngàn tấn/năm.

Ngành sản xuất giấy Việt Nam chủ yếu sử dụng hai loại nguyên liệu là tre nứa và gỗ lá rộng mọc nhanh như bồ đề, mỡ, keo, bạch đàn và khuynh diệp, với khoảng 700 ngàn tấn nguyên liệu tiêu chuẩn cần thiết để sản xuất 130 – 150 ngàn tấn bột giấy mỗi năm Mặc dù một số cơ sở có sử dụng bả mía, nhưng tỷ lệ này không đáng kể Diện tích rừng khai thác cho ngành giấy không nhỏ, với sinh khối rừng nguyên liệu tăng trưởng khoảng 12 – 15 tấn mỗi năm và sản lượng dưới 100 tấn/ha Việc tái chế giấy cũ trong sản xuất chỉ đạt khoảng 10 – 15%, con số này còn thấp so với mức trung bình 50% ở nhiều quốc gia khác Trong khi đó, nhiều khu vực như Hàn Quốc và Đài Loan nhập khẩu giấy cũ để chế biến, giúp giảm thiểu khai thác rừng tự nhiên và ô nhiễm môi trường.

Ngành giấy Việt Nam hiện vẫn còn lạc hậu về công nghệ, với sản xuất bột giấy chủ yếu diễn ra tại Bãi Bằng thông qua phương pháp nấu kiềm Công ty giấy Bãi Bằng đóng góp 20-30% tổng sản lượng bột giấy của toàn ngành, sử dụng nguyên liệu từ gỗ bồ đề, mỡ, bạch đàn, keo (khoảng 50%) và tre nứa (50%) Phương pháp sản xuất là sulphate, trong đó dịch nấu là hỗn hợp NaOH và Na2S Sau khi nấu, dịch đen được thu hồi, cô đặc và đốt, dẫn đến khoảng 55% sinh khối nguyên liệu hòa tan trở thành CO2 Hóa chất nấu được bổ sung dưới dạng sulphate natri và được tái sử dụng, tuy nhiên, ô nhiễm từ khu vực này chủ yếu phát sinh từ khí có mùi, chất hữu cơ, hóa chất kiềm tính rò rỉ và khói lò đốt.

Mỗi tấn bột giấy tẩy trắng yêu cầu khoảng 100 kg Clo (Cl2 hoạt tính) và 30 kg xút Với sản lượng hàng ngày khoảng 150 tấn bột giấy tẩy trắng, quá trình tẩy trắng sẽ tiêu thụ và thải ra khoảng 15 tấn Clo và các hợp chất liên quan.

Quá trình tẩy trắng thải ra khoảng 40 – 50 tấn xút và 15 tấn hợp chất hữu cơ hòa tan, cho thấy mức độ ảnh hưởng đến môi trường là rất lớn.

Quy trình sản xuất giấy bao gồm các bước nghiền bột, pha chế với phụ gia, xeo giấy và hoàn thiện sản phẩm Trong giai đoạn này, tải trọng môi trường được kiểm soát tốt nhờ vào việc tái sử dụng nước trong chu trình khép kín, với nước thải chứa lượng hóa chất không độc hại và pH từ 5,5 – 6,0 Việc áp dụng công nghệ tiên tiến như sử dụng chất tuyển nổi để thu hồi xơ sợi và tận thu xơ sợi từ nước thải, như ở công ty giấy Bãi Bằng, đã giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường một cách đáng kể.

Ngoài công ty giấy Bãi Bằng với công nghệ và trang thiết bị hoàn chỉnh, nhiều xí nghiệp giấy khác sử dụng phương pháp sản xuất gây hại cho môi trường, như công nghệ nấu bột giấy bằng dung dịch xút (NaOH) ở nhiệt độ cao mà không thu hồi hóa chất Toàn bộ dịch đen sau nấu, chứa hỗn hợp hóa chất và nguyên liệu đã hòa tan, được thải ra môi trường, dẫn đến nước thải có hàm lượng BOD và COD vượt mức cho phép Một số cơ sở sản xuất có quy mô đáng kể như Công ty giấy Đồng Nai, nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, nhà máy giấy Việt Trì, nhà máy giấy Lửa Việt, và nhà máy giấy Lam Sơn, Mục Sơn cũng gặp phải vấn đề tương tự.

Gần đây, một số nhà máy giấy tại Việt Nam, như công ty giấy Hải Phòng và công ty giấy Vĩnh Huê, đã bắt đầu sản xuất giấy vàng mã xuất khẩu Tuy nhiên, quá trình sản xuất này gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do việc sử dụng tre nứa ngâm với dung dịch xút, dẫn đến nước thải có nồng độ BOD, COD và màu vượt tiêu chuẩn cho phép Các cơ sở sản xuất giấy, như công ty giấy Bãi Bằng, nhà máy giấy Việt Trì, công ty giấy Đồng Nai, công ty giấy Tân Mai, và công ty giấy Linh Xuân, đều là những điểm nóng về ô nhiễm công nghiệp, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường tại các địa phương.

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm trong ngành giấy Việt Nam không chỉ đến từ công nghệ sản xuất mà còn từ khâu xử lý chất thải còn hạn chế Ngoại trừ công ty giấy Bãi Bằng có một số biện pháp xử lý sơ bộ, hầu hết các cơ sở sản xuất không có hệ thống trang thiết bị xử lý chất thải, dẫn đến việc chất thải được thải ra môi trường nước và không khí một cách tự do Sau 35 năm phát triển, ngành giấy đã để lại gánh nặng ô nhiễm đáng kể Trong bối cảnh khó khăn hiện nay, các doanh nghiệp thiếu khả năng đầu tư vào thiết bị xử lý chất thải và công nghệ mới để giảm thiểu ô nhiễm Dù một số cơ sở đã nhận được tài trợ quốc tế để xây dựng hệ thống xử lý nước thải, nhưng vẫn không đủ khả năng kinh tế để vận hành hiệu quả hệ thống này.

Mặc dù quy mô sản xuất giấy ở Việt Nam còn nhỏ, nhưng vấn đề ô nhiễm môi trường do ngành này gây ra vẫn cần được chú ý Các xí nghiệp sản xuất giấy không thể coi là vô can, vì vậy cần có đánh giá chính xác về ảnh hưởng của sản xuất giấy đối với môi trường Các ngành liên quan cần tìm ra giải pháp thích hợp để ngăn chặn hậu quả nghiêm trọng và sự bùng nổ ô nhiễm môi trường khi ngành giấy phát triển.

Các vấn đề môi trường

Ngành sản xuất bột giấy và giấy được liệt vào ngành sản xuất gây ô nhiễm môi trường đáng kể cả trực tiếp cũng như gián tiếp.

Nước thải từ ngành giấy có lưu lượng và tải lượng ô nhiễm cao, đặc biệt là các chất ô nhiễm hữu cơ như dịch chiết từ thân cây, axit béo, và các sản phẩm phân hủy của lignin Nếu không được xử lý, những chất này có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nước mặt, đất và nước ngầm Dịch đen thải ra từ quá trình nghiền bột bằng phương pháp hóa học là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính, tiềm tàng nguy cơ ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái.

Quá trình đốt nhiên liệu để sản xuất hơi nước bão hòa tạo ra khí thải, trong khi quá trình nghiền bột giấy hóa học phát thải các khí nặng mùi như hydro sulphite và mercaptan.

- Dioxin xuất phát từ quá trình tẩy trắng bột giấy bằng chlorine.

- Góp phần làm cạn kiết nguồn tài nguyên nước.

- Góp phần làm cạn kiệt nguồn tài nguyên rừng.

- Gây hiệu ứng nhà kính thông qua việc sử dụng năng lượng điện và mất thảm thực vật.

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

GĐ Quản lý nhân sự Phòng quản lý

Phòng nhân sự và đào tạo Phòng kinh doanh

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Các nghiên cứu thực hiện trong luận văn

Nội dung các nghiên cứu :

Thí nghiệm Jartest được thực hiện để xác định các điều kiện keo tụ tối ưu cho quá trình xử lý nước thải công nghiệp trong sản xuất giấy, cụ thể là trong công đoạn sản xuất bột giấy CTMP tại Công ty giấy Tân Mai Việc này giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường.

 Nghiên cứu mô hình bùn hoạt tính hiếu khí ứng dụng trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy tại Công ty giấy Tân Mai.

 Xác định khả năng lắng của nước thải từ công đoạn xeo giấy và khả năng lắng của bùn hoạt tính.

Thời gian tiến hành nghiên cứu : 15/09 – 01/11

4.2 THÍ NGHIỆM JARTEST (NƯỚC THẢI CÔNG ĐOẠN SẢN XUẤT BỘT GIẤY CTMP TẠI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI)

• Xác định hàm lượng phèn Fe2(SO4)3 và pH tối ưu trong xử lý nước thải công đoạn sản xuất bột giấy CTMP.

• Xác định hàm lượng PAC, hàm lượng phèn Fe2(SO4)3 và pH tối ưu trong xử lý nước thải công đoạn sản xuất bột giấy CTMP.

• So sánh hiệu quả quá trình keo tụ trong hai trường hợp trên để ứng dụng vào thực tế.

4.2.2.1 Phương pháp luận a Giới thiệu chung

Keo tụ là phương pháp xử lý nước sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng liên kết với nhau nhờ tác dụng của chất keo tụ, tạo thành bông keo lớn hơn Các bông keo này dễ dàng được tách ra khỏi nước thông qua các biện pháp lắng, lọc hoặc tuyển nổi Những chất keo tụ phổ biến bao gồm phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng dung dịch hòa tan, chất điện ly và các chất cao phân tử.

Quá trình keo tụ là phương pháp hiệu quả để tách hoặc giảm thiểu các thành phần có trong nước thải, bao gồm kim loại nặng và chất bẩn lơ lửng Phương pháp này không chỉ giúp cải thiện độ đục, mùi và màu sắc của nước, mà còn nâng cao chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường.

Trong công nghệ xử lý nước thải, phương pháp keo tụ thường sử dụng các muối nhôm hoặc sắt với hệ keo ngược dấu, cùng với các chất polyme Việc kết hợp hai phương pháp này giúp tăng cường hiệu quả keo tụ, khi các polyme hỗ trợ quá trình keo tụ của muối nhôm hoặc sắt.

Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu

Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai

SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 91

Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai

SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 92

Trong quá trình xử lý nước, muối nhôm hoặc sắt hóa trị III, được biết đến với tên gọi phèn nhôm hay phèn sắt, được sử dụng làm chất keo tụ Các muối này được hòa tan trong nước, tạo thành dung dịch, trong đó chúng phân ly thành các anion và cation.

FeCl3 → 2Fe 3+ + 3Cl - Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các phức chất hexa Me(H2O)6 3+

Me có thể là Al hoặc Fe, và khả năng tồn tại của chúng phụ thuộc vào giá trị pH của môi trường Cụ thể, các phức chất nhôm tồn tại ở pH từ 3 đến 4, trong khi các phức chất sắt tồn tại ở pH từ 1 đến 3.

Khi tăng pH, các phản ứng xảy ra như sau :

→ Me(H2O)5OH 2+ + H3O + Tăng axit Me(H2O)5 2+

+ 3H2O + H3O + Me(OH)3 + OH - → Me(OH)4 -

Các sản phẩm hydroxyt tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6, đó là các sản phẩm mang nhiều các nguyên tử kim loại, ví dụ Al3(OH)4 5+

Các hợp chất mang điện tích dương mạnh có khả năng kết hợp với các hạt keo âm trong nước thải, tạo thành bông cặn Hydroxyt nhôm hoặc sắt được hình thành tùy thuộc vào pH và điều kiện quá trình, đều có hoạt tính tạo bông keo tụ cao nhờ vào diện tích bề mặt lớn Khi các bông keo này lắng xuống, chúng hấp phụ các hạt keo, cặn bẩn hữu cơ, và chất gây mùi trong nước Ngoài ra, các ion kim loại tự do cũng phản ứng với nước qua quá trình thủy phân, tạo thành hydroxyt.

Al 3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H + Fe 3+ + 3H2O → Fe(OH)3

Quá trình keo tụ bằng phèn nhôm và sắt tạo ra ba loại bông cặn khác nhau, trong đó loại đầu tiên là tổ hợp các hạt keo tự nhiên, tuy nhiên loại này chỉ chiếm tỷ lệ rất nhỏ.

Loại thứ hai bao gồm các hạt keo có điện tích trái dấu, dẫn đến việc chúng kết hợp và trung hòa điện tích với nhau Tuy nhiên, loại hạt này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong quá trình lắng tiếp theo, do đó số lượng của chúng là không đáng kể.

Loại bông cặn thứ ba được hình thành từ các hạt keo do thủy phân kết hợp với các anion trong nước, tạo ra bông cặn có hoạt tính bề mặt cao và khả năng hấp phụ các chất bẩn trong quá trình lắng, giúp hình thành các bông cặn lớn hơn Trong quy trình xử lý nước bằng keo tụ, bông cặn này đóng vai trò quan trọng và quyết định đến hiệu quả của quá trình keo tụ Đồng thời, việc tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử cũng góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nước.

Quá trình keo tụ sử dụng các chất cao phân tử tan trong nước có cấu tạo mạch dài, với phân tử lượng từ 10^3 đến 10^7 g/mol và đường kính phân tử trong dung dịch khoảng 0,1 đến 0,01 mm Những chất này cũng được dùng làm chất trợ keo tụ, như phèn nhôm hoặc sắt, giúp tăng tốc độ keo tụ và tạo ra các bông keo lớn hơn, dễ dàng tách ra khỏi nước Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả xử lý nước.

Quá trình nén lớp điện tích kép yêu cầu nồng độ cao của các ion trái dấu để giảm thế điện động Zeta Khi các ion này trung hòa điện tích, thế điện động Zeta giảm, dẫn đến lực hút giữa các hạt mạnh hơn lực đẩy, từ đó tạo ra sự kết dính hiệu quả giữa các hạt.

Quá trình keo tụ diễn ra thông qua hấp phụ ion trái dấu lên bề mặt hạt keo, làm trung hòa điện tích và tạo ra điểm đẳng điện Zeta bằng 0 Cơ chế hấp phụ này mạnh hơn so với cơ chế nén lớp điện tích kép, giúp giảm thế điện động Zeta và tăng cường khả năng kết dính giữa các hạt keo.

Quá trình keo tụ xảy ra khi các hạt keo tích điện tương tác với nhau thông qua lực hấp phụ tĩnh điện Nhờ vào lực tĩnh điện này, các hạt keo có xu hướng kết hợp thành từng lớp, tạo nên sự ổn định trong hệ thống.

• Quá trình keo tụ do hiện tượng bắc cầu : Các polyme vô cơ hoặc hữu cơ (không phải

Al hoặc Fe) có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt

Quá trình keo tụ diễn ra trong quá trình lắng, khi hình thành các tinh thể như Al(OH)3, Fe(OH)3 và các muối không tan Trong quá trình này, các tinh thể này sẽ hấp phụ các hạt keo khác, cặn bẩn, cũng như các chất vô cơ và hữu cơ lơ lửng và hòa tan trong nước Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình keo tụ.

• Trị số pH của nước.

• Liều lượng phèn sử dụng.

Nghiên cứu mô hình bùn hoạt tính hiếu khí ứng dụng trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy tại công ty giấy Tân Mai

• Xác định khả năng phân hủy sinh học của bùn hoạt tính hiếu khí.

• Xác định các thông số động học quá trình bùn hoạt tính hiếu khí.

4.3.2.1 Phương pháp luận a Động học sinh trưởng của vi sinh vật

Khi tế bào được nuôi cấy trong môi trường tối ưu, sự phát triển của quần thể vi sinh vật sẽ diễn ra theo bốn pha trong đường cong sinh trưởng.

Pha lag là giai đoạn mà tế bào thích nghi với môi trường mới, trong đó tế bào tăng kích thước và trọng lượng do quá trình tổng hợp các chất như protein, enzyme và acid nucleic Trong giai đoạn này, vi sinh vật không phân chia và không tăng số lượng Thời gian của pha lag phụ thuộc vào tiền sử của tế bào, bao gồm tuổi, thành phần môi trường và khả năng chịu đựng các yếu tố vật lý, hóa học Pha lag không được quan sát khi chuyển vi sinh vật từ pha log sang môi trường mới với điều kiện nuôi cấy tương tự, nhưng lại xuất hiện khi đưa tế bào yếu vào môi trường nuôi cấy.

Trong pha log, tế bào vi sinh vật luôn có sẵn thức ăn dư thừa xung quanh Tốc độ trao đổi chất và sự phát triển của chúng chỉ bị giới hạn bởi khả năng sử dụng cơ chất Số lượng tế bào vi sinh vật sẽ tăng theo cấp số mũ trong giai đoạn này.

• Xt : Sinh khối hoặc số lượng tế bào ở thời điểm t

• X0 : Sinh khối hoặc số lượng tế bào ban đầu

• à : Tốc độ tăng trưởng riờng (h -1 ) a.3

Trong pha ổn định, tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật giảm do thiếu hụt chất dinh dưỡng và sự tích tụ các sản phẩm trao đổi chất độc hại Ở giai đoạn này, số lượng tế bào mới sinh ra tương đương với số tế bào chết, dẫn đến sự cân bằng quần thể.

Khi tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật giảm và nồng độ chất dinh dưỡng đạt mức tối thiểu, quá trình phân hủy tế bào diễn ra nhanh hơn so với sự sinh trưởng Trong giai đoạn này, khi vi sinh vật cần nhiều chất dinh dưỡng hơn, chúng buộc phải tiêu thụ chính nguyên sinh chất của mình, dẫn đến sự giảm sinh khối vi sinh vật.

Trong mô hình động, cơ chất được cung cấp liên tục, giúp duy trì pha log của vi sinh vật trong thời gian dài Điều này cho phép xác định các thông số động học quan trọng của quá trình sinh học hiếu khí.

Các thông số động học của quá trình sinh học hiếu khí bao gồm :

- Ks : Hằng số bán vận tốc, mg/L

- k : Tốc độ sử dụng cơ chất tối đa, ngày -1

- àm : Tốc độ vi khuẩn sinh trưởng riờng tối đa, ngày -1

- Y : Hệ số sản lượng tối đa

- kd : Hệ số phân hủy nội bào, ngày -1

Các thông số này được xác định theo 02 phương trình sau (Metcalf & Eddy, 1991) :

• X : Hàm lượng bùn hoạt tính MLSS, mg/L

• θ : Thời gian lưu nước, ngày

• θc : Thời gian lưu bùn, ngày

• S0 : Hàm lượng COD hoặc BOD5 ban đầu θ, mg/L

• S : Hàm lượng COD hoặc BOD5 ở thời gian lưu nước θ, mg/L

Dựa vào số liệu thí nghiệm và phương pháp hồi quy tuyến tính, chúng ta có thể xác định mối quan hệ bậc nhất giữa các thông số động học thông qua phương trình y = ax + b Từ đó, các thông số động học được xác định dựa trên các hệ số a và b Trong quá trình bùn hoạt tính, tỷ số F/M là một trong những thông số hoạt động thường được sử dụng để đánh giá hiệu suất xử lý.

• F/M : Tỷ số thức ăn chia vi sinh, ngày -1

• S0 : Nồng độ BOD hoặc COD đầu vào, mg/L

• θ : Thời gian lưu nước trong bể thổi khí, ngày

• X : Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi trong bể thổi khí, mg/L

Tỷ số F/M trong hệ thống bùn hoạt tính phản ánh tải lượng hữu cơ và được điều chỉnh thông qua tốc độ thải bỏ bùn Khi tốc độ thải bỏ bùn hoạt tính cao, tỷ số F/M cũng tăng theo Đối với bể thổi khí khuấy trộn hoàn chỉnh, tỷ số F/M thường nằm trong khoảng 0,2 – 0,6 Tỷ số F/M thấp cho thấy vi sinh vật trong bể thổi khí đang bị đói, điều này dẫn đến hiệu quả xử lý nước thải cao hơn.

Thời gian lưu nước là thời gian một dòng nước thải phải mất trong bể thổi khí, thời gian lưu nước trong bể được tính như sau :

• V : Thể tích bể thổi khí, m 3 θ = V

• Q : Lưu lượng nước thải xử lý, m 3 /ngày c.3Thời gian lưu bùn ( c )

Thời gian lưu bùn là khoảng thời gian trung bình mà vi sinh vật tồn tại trong hệ thống xử lý nước Trong khi thời gian lưu nước chỉ kéo dài vài giờ, thời gian lưu trú của tế bào vi sinh có thể từ 5 đến 15 ngày, đặc biệt trong bể thổi khí khuấy trộn hoàn chỉnh Công thức tính thời gian lưu bùn sẽ được cung cấp để xác định thời gian tối ưu cho quá trình xử lý.

• MLSS : Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bể thổi khí, mg/L

• V : Thể tích bể thổi khí, m 3 e

• SSe : Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu ra, mg/L

• Qe : Lưu lượng nước thải ra, m 3 /ngày

• SSw : Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bùn thải, mg/L

Thùng chứa nước vào Bể phản ứng kết hợp ngăn lắng Thùng chứa nước ra

• Qw : Lưu lượng bùn thải, m 3 /ngày c.4

Chỉ số thể tích bùn (SVI)

Chỉ số thể tích bùn (SVI) là thể tích mà 1 g bùn khô chiếm chỗ, đo bằng mL sau khi dung dịch bùn lắng tĩnh trong 30 phút Bùn hoạt tính được coi là lắng tốt khi chỉ số SVI nằm trong khoảng từ 50 đến 150 Cách tính SVI như sau:

• V 30’ : Thể tích bùn lắng sau 30 phút, mL/L

• MLSS : Nồng độ bùn lơ lửng trong dung dịch, mg/L

4.3.2.2 Mô hình a Sơ đồ thí nghiệm

Nước thải cần xử lý được chứa trong thùng nhựa 60 lít và được bơm sang ngăn phản ứng hiếu khí lơ lửng bằng bơm màng hoạt động liên tục Ngăn phản ứng được thiết kế kết hợp với ngăn lắng, trong khi nước ra khỏi ngăn lắng được chứa trong thùng nhựa 20 lít Khí được đưa vào bằng máy sục khí, khuếch tán qua 02 cục đá bọt để đảm bảo ôxy hòa tan luôn lớn hơn 2 mgO2/L.

N ử ụ ực t h a ỷi v a ứo n g a ờn p h a ỷn ử ựn g

Hình 4.2 : Ngăn phản ứng kết hợp ngăn lắng

Ngăn phản ứng và ngăn lắng được chế tạo từ mica, có tổng thể tích hữu ích 8,3 lít, với chiều cao lớp nước đạt 0,45 m Trong đó, thể tích ngăn phản ứng là 6,3 lít, còn ngăn lắng có thể tích 2 lít.

Nước thải được nghiên cứu được thu thập từ quá trình sản xuất bột CTMP và xeo giấy tại nhà máy giấy Tân Mai, với tỷ lệ hòa trộn 1:3 về thể tích Hỗn hợp nước thải này sẽ được giữ nguyên hoặc pha loãng để thu thập các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm khác nhau, phục vụ cho quá trình nghiên cứu.

• Máy đo pH (MP220 pHMeter)

• Máy quang phổ kế (Spectrophotometer)

• Giấy lọc ashless có kích thước lỗ 0,45 mm

• Hóa chất làm COD, BOD

Thí nghiệm được thực hiện trên mô hình động với dòng chảy liên tục vào và ra, bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn thích nghi và giai đoạn tăng tải trọng Trong giai đoạn thích nghi, mô hình sẽ được điều chỉnh để thích ứng với điều kiện thí nghiệm.

Bùn nuôi cấy ban đầu được lấy từ bể UNITANK của Nhà máy xử lý nước thải khu công nghiệp Biên Hòa 2, với hàm lượng MLSS khoảng 3.000 – 4.000 mg/L Giai đoạn thích nghi bắt đầu với tải trọng 0,5 kg COD/m³/ngày, tương ứng với COD vào khoảng 500 mg/L và thời gian lưu nước là 24 giờ Các bước trong giai đoạn thích nghi sẽ được thực hiện tiếp theo.

Xác định khả năng lắng của nước thải từ công đoạn xeo giấy và khả năng lắng của bùn hoạt tính

• Xác định thể tích bùn lắng của nước thải từ công đoạn xeo giấy tại Công ty giấy Tân Mai.

• Xác định khả năng lắng của bùn hoạt tính thông qua việc xác định chỉ tiêu SVI (bùn hoạt tính lắng tốt khi chỉ số SVI nằm trong khoảng 50 – 150).

Thí nghiệm được thực hiện trên hình nón Imhoff có dạng như sau :

Hình 4.3 : Mô hình thí ngiệm lắng

• Xác định thể tích bùn lắng của nước thải từ công đoạn xeo giấy

- Cho 01 lít nước thải vào ống Imhoff để lắng trong 1 giờ.

- Sau mỗi 5 phút ghi nhận thể tích bùn lắng.

• Xác định khả năng lắng của bùn hoạt tính

- Lấy 01 lít bùn hoạt tính (lấy từ bể phản ứng ở một số tải trọng khác nhau) cho vào ống Imhoff để lắng trong 30 phút.

- Sau mỗi 5 phút ghi nhận thể tích bùn lắng.

- Ghi nhận thể tích bùn lắng sau 30 phút.

- SVI là phần thể tích tính bằng mL bị chiếm chỗ bởi 1 g bùn khô và được tính bằng công thức sau :

 V 30’ : Thể tích bùn lắng sau 30 phút, mL/L

 MLSS : Nồng độ bùn lơ lửng trong dung dịch, mg/L

5.1 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM JARTEST

5.1.1 CÁC THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PHÈN VÀ PH TỐI ƯU

Thí nghiệm 1 : XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ pH TỐI ƯU LẦN THỨ NHẤT

• Cố định hàm lượng phèn 2.000 mg/L

Đồ thị 5.1 cho thấy sự biến thiên độ màu theo pH trong khoảng từ 2,5 đến 8,5 khi hàm lượng phèn được cố định ở mức 2.000 mg/L Đồng thời, đồ thị 5.2 minh họa sự biến thiên COD theo pH với cùng điều kiện hàm lượng phèn.

Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai

SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang

Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai

SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang

0 2 4 6 8 10 pH Đồ thị 5.3 : Sự biến thiên hiệu quả xử lý độ màu và hiệu quả xử lý COD theo pH khi cố định hàm lượng phèn bằng 2.000 mg/L

Theo các đồ thị phân tích, hiệu quả xử lý độ màu và COD đạt mức cao nhất tại pH = 5,5, với hiệu suất xử lý độ màu đạt 90,59% và COD đạt 76,53% Do đó, pH tối ưu cho quá trình xử lý nằm gần giá trị 5,5.

Thí nghiệm 2 : XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PHÈN TỐI ƯU LẦN THỨ NHẤT

Hàm lượng phèn trong nước dao động từ 500 đến 3.000 mg/L, ảnh hưởng đến độ màu và COD Đồ thị 5.4 cho thấy sự biến thiên độ màu theo hàm lượng phèn khi pH được cố định ở mức 5,5 Đồng thời, đồ thị 5.5 minh họa sự biến thiên COD cũng dưới điều kiện pH 5,5.

0 ly ỷử x ûa uq uọ ie H

Hàm lượng phèn (mg/L) Đồ thị 5.6 : Sự biến thiên hiệu quả xử lý độmàu và hiệu quả xử lý COD theo hàm lượng phèn khi cố định pH bằng 5,5

Kết quả từ các đồ thị cho thấy hiệu quả xử lý độ màu và COD tăng khi hàm lượng phèn tăng Đặc biệt, khi hàm lượng phèn đạt 2.000 mg/L, hiệu quả xử lý độ màu đạt 90,49% và COD đạt 76,64%, cho thấy rằng hiệu quả xử lý không còn tăng thêm Do đó, hàm lượng phèn tối ưu được xác định là khoảng 2.000 mg/L.

Thí nghiệm 3 : XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ pH TỐI ƯU LẦN THỨ HAI

• Cố định hàm lượng phèn 2.000 mg/L

Đồ thị 5.7 cho thấy sự biến thiên độ màu theo pH trong khoảng từ 4,5 đến 7,0 khi hàm lượng phèn được cố định ở mức 2.000 mg/L Đồng thời, đồ thị 5.8 minh họa sự biến thiên của COD theo pH với cùng điều kiện hàm lượng phèn.

4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 pH Đồ thị 5.9 : Sự biến thiên hiệu quả xử lý độ màu và hiệu quả xử lý COD theo pH khi cố định hàm lượng phèn bằng 2.000 mg/L

Kết quả từ các đồ thị cho thấy hiệu quả xử lý độ màu và COD cao nhất đạt được ở giá trị pH = 4,5, với hiệu quả xử lý độ màu là 96,38% và COD là 80,45% Do đó, pH tối ưu cho quá trình xử lý là khoảng 4,5.

Thí nghiệm 4 : XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PHÈN TỐI ƯU LẦN THỨ HAI

Hàm lượng phèn trong nước biến thiên từ 1.500 đến 2.500 mg/L, ảnh hưởng đến độ màu và COD khi pH được cố định ở mức 4,5 Đồ thị 5.10 thể hiện sự biến thiên độ màu theo hàm lượng phèn, trong khi Đồ thị 5.11 minh họa sự biến thiên COD tương ứng.

Hàm lượng phèn (mg/L) ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý độ màu và COD, như thể hiện trong đồ thị 5.12, khi pH được cố định ở mức 4,5 Sự biến thiên này cho thấy mối quan hệ giữa lượng phèn sử dụng và khả năng xử lý chất lượng nước.

Nhận xét từ các đồ thị cho thấy hiệu quả xử lý độ màu và COD tăng khi hàm lượng phèn tăng Khi hàm lượng phèn đạt 1.900 mg/L, hiệu quả xử lý độ màu đạt 96,97% và COD đạt 79,67%, nhưng không còn tăng thêm Do đó, hàm lượng phèn tối ưu được xác định khoảng 1.900 mg/L.

Qua 04 thí nghiệm trên chúng ta có thể kết luận, quá trình keo tụ sử dụng phèn sắt để xử lý nước thải công đoạn sản xuất bột giấy CTMP tại nhà máy giấy Tân Mai đạt hiệu quả cao khi :

• Hàm lượng phèn khoảng 1.900 mg/L

Khi đó, nước thải sau xử lý có độ màu khoảng 92 (Pt – Co) và COD khoảng 757 mg/L

5.1.2 CÁC THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PAC, HÀM

LƯỢNG PHÈN VÀ pH TỐI ƯU

Thí nghiệm 5 : XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ pH TỐI ƯU LẦN THỨ NHẤT KHI CÓ PAC

• Cố định hàm lượng phèn 1.900 mg/L

• Cố định hàm lượng PAC 45 mg/L

Đồ thị 5.13 thể hiện sự biến thiên độ màu theo pH trong khoảng từ 4,0 đến 6,5 mg/L khi giữ cố định hàm lượng phèn ở mức 1.900 mg/L và hàm lượng PAC là 45 mg/L Đồng thời, đồ thị 5.14 cho thấy sự biến thiên COD theo pH với cùng điều kiện cố định hàm lượng phèn và PAC.

Đồ thị 6.15 minh họa sự biến thiên hiệu quả xử lý độ màu và COD theo pH, với hàm lượng phèn cố định ở mức 1.900 mg/L và PAC là 45 mg/L Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý thay đổi rõ rệt trong khoảng pH từ 3.5 đến 7.

Theo các đồ thị phân tích, hiệu quả xử lý độ màu và COD cao nhất đạt được ở pH = 5,0, với hiệu suất xử lý độ màu là 97,50% và COD là 81,74% Do đó, giá trị pH tối ưu được xác định là gần 5,0.

Thí nghiệm 6 : XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PHÈN TỐI ƯU LẦN THỨ NHẤT

• Cố định giá trị pH = 5,0

• Cố định hàm lượng PAC = 45 mg/L

Hàm lượng phèn trong nghiên cứu dao động từ 1.500 đến 2.500 mg/L Đồ thị 5.16 thể hiện sự biến thiên độ màu tương ứng với hàm lượng phèn khi pH được cố định ở mức 5,5 và hàm lượng PAC là 45 mg/L Đồng thời, đồ thị 5.17 cho thấy sự thay đổi của COD theo hàm lượng phèn trong cùng điều kiện pH và PAC.

Hàm lượng phèn (mg/L) ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý độ màu và COD, như thể hiện trong Đồ thị 5.18, khi pH được cố định ở mức 5,5 và hàm lượng PAC là 45 mg/L.