Mục tiêu đề tài
- Tìm hiểu hiện trạng môi trường chung của các nhà máy sản xuất bao bì giấy
- Tính toán , thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy với công suất 30m 3 /ngày đêm.
Nội dung nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu đề ra, đề tài sẽ thực hiện các nội dung sau
Nước thải từ nhà máy sản xuất bao bì giấy có nguồn gốc từ quá trình sản xuất và chế biến nguyên liệu Những đặc tính của nước thải này thường chứa các hợp chất hữu cơ, hóa chất độc hại và chất rắn lơ lửng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống Sự thải bỏ không kiểm soát nước thải có thể dẫn đến ô nhiễm nguồn nước, đất đai và ảnh hưởng đến sức khỏe con người, làm gia tăng nguy cơ mắc các bệnh liên quan đến môi trường Việc hiểu rõ nguồn gốc và tác động của nước thải là cần thiết để có biện pháp xử lý và quản lý hiệu quả.
- Tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải sản xuất bao bì giấy đang được áp dụng hiện nay
- Lựa chọn những phương án thích hợp với yêu cầu thực tế
- Tính toán thiết kế hệ thống xử nước thải cho nhà máy
Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu hoạt động của nhà máy nhằm đánh giá hiện trạng môi trường, đặc biệt là chất lượng nước thải Từ đó, chúng tôi sẽ đề xuất các phương pháp xử lý phù hợp để cải thiện tình hình môi trường chung.
Đề tài này giới hạn trong việc xử lý nước thải do thời gian có hạn, không đề cập đến các khía cạnh môi trường khác Hệ thống xử lý được thiết kế chỉ mang tính chất xử lý cuối đường ống, chưa áp dụng sản xuất sạch hơn để giảm thiểu chất thải và tiết kiệm nguồn tài nguyên nước.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết
Phương pháp phân loại lý thuyết là cách tổ chức tài liệu khoa học theo hệ thống logic chặt chẽ, giúp phân loại theo từng mặt, đơn vị kiến thức và vấn đề khoa học có đặc điểm chung Phương pháp này không chỉ tạo điều kiện dễ dàng cho việc nhận biết và sử dụng tài liệu theo mục đích nghiên cứu mà còn hỗ trợ phát hiện các quy luật phát triển của đối tượng và kiến thức khoa học Từ đó, nó giúp dự đoán xu hướng phát triển mới trong lĩnh vực khoa học và thực tiễn.
Phương pháp hệ thống hóa lý thuyết là cách tổ chức thông tin đa dạng từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau thành một hệ thống chặt chẽ Phương pháp này dựa trên quan điểm hệ thống và cấu trúc trong việc xây dựng mô hình lý thuyết trong nghiên cứu khoa học Mục tiêu của nó là tạo ra một lý thuyết mới hoàn chỉnh, giúp nâng cao sự hiểu biết về đối tượng nghiên cứu một cách đầy đủ và sâu sắc hơn.
Phân loại và hệ thống hóa là hai phương pháp liên quan chặt chẽ với nhau Trong quá trình phân loại, yếu tố hệ thống hóa đã được tích hợp, giúp nâng cao tính hợp lý và độ chính xác của việc phân loại Hệ thống hóa dựa trên cơ sở của phân loại, làm cho quá trình này trở nên hiệu quả hơn.
Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu
Phân tích tài liệu là phương pháp nghiên cứu văn bản và tài liệu bằng cách chia nhỏ chúng thành các khía cạnh và bộ phận khác nhau Mục tiêu của phương pháp này là hiểu vấn đề một cách đầy đủ và toàn diện, từ đó lựa chọn những thông tin quan trọng phục vụ cho đề tài nghiên cứu.
Phương pháp tổng hợp liên kết các mặt và bộ phận thông tin từ lý thuyết đã thu được, nhằm tạo ra một hệ thống lý thuyết mới, đầy đủ và sâu sắc hơn về vấn đề nghiên cứu.
Phân tích tài liệu đảm bảo cho tổng hợp nhanh và chọn lọc đúng thông tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc hơn.
Phương pháp so sánh
Phương pháp so sánh là cách phân tích các thông số bằng cách đối chiếu số liệu đo được với một quy chuẩn cụ thể Mục tiêu của phương pháp này là xác định xem các thông số cần xem xét có nằm trong giới hạn cho phép hay không.
So sánh kết quả tính toán của công trình với tiêu chuẩn TCVN 7957:2008 về thoát nước, mạng lưới và công trình bên ngoài giúp đánh giá tính phù hợp của các thông số thiết kế Việc này đảm bảo rằng thiết kế đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn hiện hành, từ đó nâng cao hiệu quả và an toàn cho công trình.
Bài viết so sánh các chỉ tiêu phân tích nước thải đầu ra với QCVN 40:2011/BTNMT và QCVN 12:2008/BTNMT, nhằm xác định chất lượng nước thải đầu ra của công trình thiết kế Việc kết hợp các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp và nước thải ngành giấy giúp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải, từ đó đảm bảo rằng nước thải thải ra môi trường đáp ứng các tiêu chuẩn quy định.
Phương pháp hệ thống
Một hệ thống bao gồm các thành tố tương tác lẫn nhau, trong đó sự thay đổi của một thành tố có thể ảnh hưởng đến các thành tố khác Mỗi tương tác trong hệ thống đều mang tính nguyên nhân và điều khiển, tạo thành chuỗi tương tác nguyên nhân - kết quả Hệ thống cũng luôn học hỏi và rút kinh nghiệm trong quá trình phát triển.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Đưa ra công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy , áp dụng kết hợp các phương pháp xử lý theo nguyên tắc cơ học – hóa lý – sinh học
- Đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn ( QCVN 40:2011/BTNMT)
- Giảm thiểu các nguồn ô nhiễm trong quá trình sản xuất gây ra đối với môi trường.
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Tổng quan về nước thải
Nước thải là lượng chất lỏng được thải ra sau khi sử dụng cho các mục đích như sinh hoạt, dịch vụ, tưới tiêu, thủy lợi, công nghiệp và chăn nuôi, khiến chúng bị biến đổi tính chất ban đầu Nếu nước thải không được xử lý và thải trực tiếp ra sông, hồ, nó sẽ làm thay đổi tính chất môi trường nước, dẫn đến ô nhiễm Nước thải thường được phân loại theo nguồn gốc phát sinh, từ đó giúp lựa chọn các biện pháp và công nghệ xử lý phù hợp.
Nước thải từ các xí nghiệp sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp và giao thông vận tải không có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào quy trình công nghệ của từng ngành và loại sản phẩm Thành phần hóa học và hóa sinh của nước thải từ các ngành công nghiệp khác nhau hoặc xí nghiệp khác nhau rất đa dạng.
Nước thải sinh hoạt là sản phẩm từ các khu dân cư, bao gồm nước sử dụng từ hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, và khu vui chơi giải trí Đặc điểm chính của nước thải này là chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy như hydrat cacbon, protein, và chất béo, cùng với các chất vô cơ dinh dưỡng như photphat và nitơ, cùng với vi khuẩn và trứng giun sán Mức độ ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, chất lượng bữa ăn, lượng nước tiêu thụ, và hệ thống tiếp nhận nước thải.
2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước [11,6] Để quản lý chất lượng môi trường nước được tốt cũng như thiết kế lựa chọn công nghệ và thiết bị xử lý phù hợp, cần hiểu rõ bản chất của nước thải căn cứ vào một số chỉ tiêu vật lý, chỉ tiêu hóa học và chỉ tiêu vi sinh Các chỉ tiêu này không được vượt quá tiêu chuẩn cho phép (như TCVN 5945-2005) Như vậy, việc xác định các chỉ tiêu của nước sẽ cho phép đánh giá mức độ ô nhiễm hay hiệu quả của phương pháp xử lý nước thải
2.1.2.1.Các chỉ tiêu vật lý
Nhiệt độ có tác động lớn đến độ pH và các quá trình hóa học, sinh hóa trong nước Nó chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ môi trường xung quanh.
Ở miền Bắc Việt Nam, nhiệt độ các nguồn nước mặt dao động từ 13 đến 34 độ C, trong khi miền Nam có nhiệt độ nước mặt tương đối ổn định, dao động từ 26 đến 29 độ C.
Nhiệt độ cao làm giảm lượng oxy hòa tan (DO) trong nước, ảnh hưởng đến sự hòa tan oxy từ không khí Sự gia tăng nhiệt độ trong nước kích thích các phản ứng hóa sinh và thúc đẩy sự phát triển của vi tảo Nước thải từ các ngành công nghiệp và nồi hơi của nhà máy nhiệt điện thường mang theo lượng nhiệt lớn, gây ô nhiễm nhiệt cho nguồn nước Nhiệt độ của các loại nước thải này thường cao hơn từ 10 đến 25 độ C so với nguồn nước tiếp nhận.
Khi xử lý nước thải bằng công nghệ vi sinh, nhiệt độ tối ưu của nước phải nằm trong khoảng từ 20 ÷ 40 0 C
Nước nguyên chất không có màu, nhưng màu sắc của nước thường do các tạp chất như chất mùn hữu cơ, ion vô cơ và thủy sinh vật gây ra Mỗi loại nước thải có màu sắc đặc trưng: hợp chất sắt và mangan không hòa tan tạo màu nâu đỏ, trong khi chất mùn humic gây ra màu vàng, và các loại thủy sinh làm nước có màu xanh lá cây Nước bị ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt hoặc công nghiệp thường có màu nâu hoặc đen Độ màu của nước được đo bằng đơn vị platin-coban, với nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 20 0 PtCo.
Màu của nước được phân chia thành hai loại: màu thực, do các chất hữu cơ hòa tan hoặc dạng hạt keo, và màu biểu kiến, là màu của các chất lơ lửng trong nước Trong thực tế, việc xác định màu thực của nước là phổ biến, thường được thực hiện thông qua các phương pháp so sánh mẫu với dung dịch chuẩn, chẳng hạn như clorophantinat coban.
Nước sạch thường không có mùi vị, nhưng khi bị ô nhiễm, nó sẽ xuất hiện mùi lạ Nước thải chứa nhiều tạp chất hóa học, gây ra mùi đặc trưng Quá trình phân giải các chất hữu cơ cũng góp phần làm thay đổi mùi vị của nước Chẳng hạn, nước thải có mùi khai do sự hiện diện của các amin và photphin; mùi hôi thối xuất phát từ H2S và các hợp chất Indol, Scattol; mùi tanh có thể do sắt; và vị chát có thể do nồng độ sunfat lên tới 200mg/l.
Để xác định mùi của nước, bạn cần thực hiện theo các bước sau: Đầu tiên, cho mẫu nước vào một bình kín, lắc trong khoảng 10 đến 20 giây Sau đó, mở nắp bình và ngửi mùi để đánh giá, với các mức độ từ không mùi, mùi nhẹ, mùi trung bình, đến mùi nặng và rất nặng Lưu ý không để dòng hơi từ bình đi thẳng vào mũi.
Độ đục của nước là một chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng nước tự nhiên, với nước sạch thường có độ đục thấp và trong suốt Khi nước bị ô nhiễm, đặc biệt từ các loại nước thải, độ đục sẽ tăng cao do sự hiện diện của các hạt rắn lơ lửng, keo, có nguồn gốc từ vô cơ, hữu cơ hoặc vi sinh vật Độ đục không chỉ làm giảm khả năng truyền sáng của nước mà còn ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của các sinh vật tự dưỡng, từ đó giảm thiểu thẩm mỹ và chất lượng nước sử dụng.
Vi sinh vật có thể bị hấp thụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn
Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), độ đục của nước được xác định qua chiều sâu của lớp nước thấy được, gọi là độ trong, tại đó người ta vẫn có thể đọc được chữ tiêu chuẩn Độ đục càng thấp thì chiều sâu của lớp nước thấy được càng lớn Nước được coi là trong khi mức độ nhìn sâu vượt quá 1m (tương ứng với độ đục nhỏ hơn 10 NTU) Theo quy định TCVN 5502-2003, độ đục của nước cấp sinh hoạt không được vượt quá 5 NTU.
Tổng hàm lượng các chất rắn (TS) trong nước thải bao gồm các chất tan và không tan, cả vô cơ lẫn hữu cơ Để xác định TS, cần lấy 1 lít mẫu nước thải, cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 105°C cho đến khi nước bay hơi hoàn toàn Sau đó, cân lượng chất rắn còn lại để tính tổng hàm lượng các chất rắn trong 1 lít nước thải, đơn vị tính là mg/l.
Tổng hàm lượng các chất lơ lửng (SS) trong nước thải được xác định bằng cách lọc 1 lít mẫu nước qua giấy lọc tiêu chuẩn, sau đó sấy khô các chất rắn còn lại ở 105°C cho đến khi khối lượng ổn định Kết quả cân sẽ cho biết tổng hàm lượng các chất lơ lửng trong 1 lít nước thải, được tính bằng đơn vị mg/l.
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BAO BÌ GIẤY
Khái quát chung
Giấy là một sản phẩm thiết yếu trong đời sống xã hội toàn cầu, giúp lưu trữ thông tin từ xa xưa đến nay Mặc dù công nghệ thông tin phát triển, vai trò của giấy vẫn rất quan trọng trong học tập, in ấn, báo chí và hội họa Nhu cầu về bao bì giấy và bìa giấy cũng gia tăng theo sự phát triển xã hội Trong những năm gần đây, nghiên cứu về bao bì giấy đã chuyển mình, tập trung vào phát triển kỹ thuật sáng tạo nhằm bảo vệ sản phẩm và thuận tiện cho việc sử dụng Một bao bì tốt không chỉ kết nối các vật liệu và sản phẩm mà còn đáp ứng nhu cầu khách hàng, và tất cả yếu tố này đều được xem xét trong quá trình nghiên cứu bao bì giấy.
Bao bì hộp giấy là sản phẩm phổ biến, không chỉ dùng để chứa đựng sản phẩm mà còn đóng vai trò quan trọng trong quảng cáo Chất lượng của thùng carton cần được xem xét kỹ lưỡng, bao gồm các yếu tố như loại vật liệu, độ dày mỏng của giấy, độ bền và khả năng chịu lực.
Bao bì giấy carton đã trở thành lựa chọn hàng đầu trong ngành thực phẩm như bánh snack, cookies, và thức ăn cho động vật, cũng như trong lĩnh vực phi thực phẩm như hóa phẩm và nông phẩm Loại bao bì này mang lại nhiều tiện lợi, giúp duy trì sự thành công trong thị trường bán lẻ Carton và các biến thể của nó dễ dàng trong việc vận chuyển, xếp chồng, lưu kho và trưng bày, góp phần vào hiệu quả kinh doanh.
Sự thuyết phục của người chủ cửa hàng đến từ độ cứng của carton, giúp bảo vệ sản phẩm khỏi tổn thất Hình ảnh và chữ viết trên giấy carton được in đậm và sống động, trong khi cấu trúc chắc chắn của nó tăng cường hiệu quả thị giác, làm nổi bật tem nền và ảnh ba chiều Bề mặt phẳng của carton cũng hỗ trợ việc quét mã vạch và các panô rời, cung cấp thêm diện tích để phổ biến thông tin.
Giấy được chọn làm bao bì không chỉ vì tính năng mà còn do khả năng tái chế dễ dàng Khoảng 70% sợi gỗ trong sản xuất bao bì được tái chế thành các thùng carton Strathcona Paper (SP), một công ty Canada, sản xuất bao bì thực phẩm hoàn toàn từ 100% giấy tái chế và đã nhận được sự chấp thuận từ Ban điều hành thực phẩm và dược phẩm cùng chính phủ Canada SP chuyên cung cấp bao bì dạng thùng với trọng lượng từ vừa đến nặng.
Sự thuận tiện trong việc sử dụng và bảo quản hàng hóa là yếu tố quan trọng cho ngành nguyên liệu giấy sản xuất bao bì Các nhà sản xuất đang nỗ lực tìm kiếm những sản phẩm có giá trị gia tăng để đạt được lợi nhuận cao hơn.
Người Ai Cập cổ đã sản xuất nguyên liệu để viết đầu tiên bằng cách đập mỏng những thân cây …
100 TCN Người Trung Quốc đã tạo ra giấy đầu tiên từ thớ cây tre và cây dâu
Năm 1400 Các nhà máy sản xuất giấy đã xuất hiện tại Tây Ba Nha, Ý, Đức và Pháp
Tại Bắc Mỹ nhà máy sản xuất giấy tấm đầu tiên đã được xây dựng gần Philadelphia
Nước Anh mong muốn khôi phục lại các thuộc địa cũ để tăng cường xuất khẩu giấy Để thực hiện điều này, họ đã ban hành đạo luật Stamp, áp dụng thuế lên tất cả các sản phẩm giấy được sản xuất tại các thuộc địa.
Năm 1803 Máy sản xuất giấy liên tục đầu tiên được cấp bằng sáng chế Năm 1854 Tại Anh, lần đầu tiên bột giấy từ gổ được sản xuất
Lần đầu tiên được biết nguyên liệu gấp nếp được cấp bằng sáng chế cho lớp lót của chiếc mũ cao Victorian
Năm 1871 Giấy gấp nếp lần đầu xuất hiện như vật liệu bao bì cho thủy tinh và ống khói đèn dầu
Một lớp giấy được thêm vào một mặt của lớp nếp gấp đễ ngăn các sóng bị xẹp xuống
Carton sóng được xẻ rảnh và cắt để tạo thành các thùng đầu tiên Công ty Well Fargo đã bắt đầu ứng dụng thùng carton sóng trong việc vận chuyển hàng hóa nhỏ qua đường biển.
Carton sóng lần đầu tiên được chấp thuận là vật liệu dùng vận chuyển đường thủy hợp lệ và thường dùng đễ vận chuyển ngũ cốc
Năm 1909 Việc phát triển bản in cao su cho phép việc tạo các mẫu in lớn
Thuế nhập khẩu được đánh trên các thùng đựng hàng carton sóng vận chuyển đường biển được xem là phán quyết phân biệt đối xử
Vào năm 1957, công nghệ in Flexo đã gần như thay thế hoàn toàn in Letterpress và mực in gốc dầu Đến những năm 60, máy in Flexo được trang bị thêm bộ phận gấp và dán keo, đánh dấu một bước tiến quan trọng Đầu những năm 80, việc in trước trên tấm carton bắt đầu thu hút sự chú ý và quan tâm từ ngành công nghiệp.
Mới phát triển lô anilox, bản in và chế bản đã dẫn tới công nghiệp in số lượng ít với những sản phẩm chất lượng in cao
Năm 1991, điều khoản 222 và quy tắc 41 được bổ sung nhằm kiểm tra lực chịu của đỉnh sóng, thay thế cho việc kiểm tra độ bục và trọng lượng, từ đó cho phép sản xuất tấm carton nhẹ hơn.
3.1.2 Tình hình sản xuất giấy trên thế giới
Giấy, một sản phẩm quan trọng của nền văn minh nhân loại, đã có lịch sử phát triển kéo dài hàng nghìn năm Từ thời cổ đại, người Ai Cập đã sáng tạo ra giấy từ sợi cây papyrus, loài cây mọc ven sông Nile.
Phương pháp sản xuất giấy ban đầu khá đơn giản, bao gồm việc nghiền ướt sợi thực vật thành bột nhão, sau đó trải thành lớp mỏng và sấy khô để tạo thành giấy Phát minh này của người Trung Hoa đã được phổ biến sang các nước Hồi giáo ở Trung Á vào giữa thế kỷ thứ 8, và sau đó du nhập vào châu Âu, nơi các xưởng sản xuất giấy xuất hiện ở Tây Ban Nha, Italia, Pháp và Đức vào thế kỷ 14 Lúc bấy giờ, giấy được sản xuất thủ công từ bông và vải lanh vụn Đến đầu thế kỷ 19, sản xuất giấy bắt đầu được cơ giới hóa, với nhu cầu nguyên liệu vải vụn gia tăng Gỗ dần trở thành nguyên liệu chính thay thế vải vụn, và vào năm 1840, Đức đã phát triển phương pháp nghiền gỗ thành bột giấy bằng thiết bị cơ học Năm 1866, nhà hóa học Benjamin Tighman giới thiệu quy trình sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học với Na2SO3, và năm 1880, Carl F.Dahl phát minh ra phương pháp nấu bột giấy bằng Na2SO3 và NaOH, chính thức biến gỗ thành nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất giấy.
3.1.3 Sơ lược tình hình sản xuất giấy tại Việt Nam
Ngành giấy tại Việt Nam có lịch sử hình thành từ rất sớm, khoảng năm 284 Từ thời điểm này cho đến đầu thế kỷ 20, giấy chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp thủ công, phục vụ cho việc ghi chép, tạo tranh dân gian và sản xuất vàng mã.
Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp được khánh thành tại Việt Trì với công suất 4.000 tấn giấy/năm Đến thập niên 1960, nhiều nhà máy giấy được xây dựng, tuy nhiên, hầu hết đều có công suất nhỏ dưới 20.000 tấn/năm, như Nhà máy giấy Việt Trì, Nhà máy bột giấy Vạn Điểm, Nhà máy giấy Đồng Nai và Nhà máy giấy Tân Mai.
Năm 1975, ngành giấy Việt Nam có tổng công suất thiết kế là 72.000 tấn/năm; tuy nhiên, do ảnh hưởng của chiến tranh và sự mất cân đối giữa sản lượng bột giấy và giấy, sản lượng thực tế chỉ đạt 28.000 tấn/năm.
Quá trình sản xuất bao bì giấy
3.2.1.Nguyên liệu sản xuất bao bì giấy
Nguyên liệu chính để sản xuất giấy và bột giấy là sợi xenlulozo từ nguyên liệu nguyên thủy (gỗ và phi gỗ)
- Nguyên liệu từ gỗ là các loại cây lá rộng hoặc lá kim
Nguyên liệu phi gỗ như tre nứa và phế phẩm từ sản xuất công-nông nghiệp như rơm rạ, bã mía có chi phí sản xuất thấp Tuy nhiên, chúng không phù hợp cho các nhà máy có công suất lớn vì nguồn cung cấp nguyên liệu này theo mùa vụ và gặp khó khăn trong việc cất trữ.
- Nguyên liệu có thể dùng giấy tái chế
Giấy loại ngày càng trở thành nguyên liệu phổ biến trong ngành giấy nhờ vào việc tiết kiệm chi phí sản xuất Giá bột giấy từ giấy loại thấp hơn so với bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy do chi phí vận chuyển, thu mua và xử lý thấp hơn Trung bình, sản xuất 1 tấn giấy từ giấy loại giúp tiết kiệm 17 cây gỗ và 1.500 lít dầu, đồng thời giảm 74% khí thải và 35% nước thải so với sản xuất từ nguyên liệu nguyên thủy Hơn nữa, chi phí đầu tư cho dây chuyền xử lý giấy loại cũng thấp hơn so với dây chuyền sản xuất bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy, góp phần bảo vệ môi trường Tuy nhiên, bột giấy tái chế có chất lượng kém hơn, do đó không phù hợp để sản xuất các sản phẩm chất lượng cao.
Nguồn cung cấp giấy loại tại Việt Nam chủ yếu đến từ hai nguồn: thu gom nội địa và nhập khẩu, với giấy nhập khẩu chủ yếu từ Mỹ, Nhật Bản và New Zealand Việc thu gom giấy tái chế trong nước chủ yếu thực hiện bởi những người thu gom riêng lẻ, công ty vệ sinh và các trạm thu mua trung gian Hiện nay, hoạt động thu gom giấy tái chế diễn ra một cách tự phát, dẫn đến tỷ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng ở Việt Nam chỉ đạt khoảng 25%, thấp hơn nhiều so với 38% của Trung Quốc và 65% của Thái Lan.
3.2.2.Dây chuyền công nghệ sản xuất bao bì giấy ( bìa carton)
Nguyên liệu chính: bìa carton loại, giấy loại, báo loại (tái chế)
Nguyên liệu phụ : kiềm, nhựa thông, chất tẩy
Nguyên liệu giấy, bìa và báo phế liệu sau khi phân loại sẽ được ngâm trong nước để mủn, sau đó nghiền nhỏ, hòa loãng và đánh tơi để tạo thành bột giấy Bột giấy này được xeo thành bìa, sấy khô và cuộn lại bằng hơi nước từ lò than Trong một số trường hợp, javen được sử dụng để tẩy trắng bột giấy.
Hình 4 : Dây chuyền công nghệ sản xuất bao bì giấy
Bìa carton vụn,giấy, báo
Nước thải Nước,hóa chất
Giấy cuộn Sấy khô Xeo Đánh tơi Nghiền
*) Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Quá trình phân loại nguyên liệu là rất quan trọng trong việc sử dụng giấy tái chế, nhằm loại bỏ các vật liệu không mong muốn như ghim sắt, băng dính và túi nilong Công đoạn này thường được thực hiện bằng lao động thủ công để đảm bảo chất lượng nguyên liệu.
Ngâm nguyên liệu là bước quan trọng trong quy trình tái chế giấy Sau khi phân loại, toàn bộ giấy, báo và bìa carton đã được loại bỏ ghim và băng dính sẽ được ngâm trong nước Quá trình này giúp giấy tái chế mủn ra, tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn nghiền tiếp theo.
+ Nghiền:Quá trình này nhằm mục đích là làm nhỏ nguyên liệu trong quá trình sản xuất
+ Đánh tơi: Quá trình này nhằm mục đích là làm cho bột nghiền của quá trình trên được bông tơi đều với nhau
Xeo giấy là quá trình tạo hình sản phẩm trên lưới và loại bỏ nước để giảm độ ẩm của giấy Sau khi nghiền bột, nó sẽ được trộn với chất độn và phụ gia trước khi tiến hành xeo giấy Tùy thuộc vào chất lượng mong muốn, có thể thêm các chất phụ gia khác nhau vào hỗn hợp.
- Các chất vô cơ: cao lanh, CaCO3, oxit titan
- Các chất hữu cơ: tinh bột biến tính, axit lactic
- Các chất màu: nhôm sulfat (tác nhân khử mực)
Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu bao gồm xơ sợi mịn, giấy lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh Sau khi xeo, giấy sẽ được sấy khô để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh.
+ Cuộn giấy: nhằm mục đích dễ dàng trong quá trình vận chuyển và gia công sản phẩm
Hiện trạng ngành công nghiệp giấy ở Việt Nam
Ngành giấy Việt Nam đang trải qua giai đoạn phát triển mạnh mẽ, nhờ vào sự tăng trưởng nhanh chóng của công nghiệp và cải thiện đời sống nhân dân Nhu cầu sử dụng giấy ngày càng gia tăng, với sản lượng giấy năm 2010 ước đạt 1,85 triệu tấn, tăng gần 10% so với năm 2009.
Trình độ công nghệ của ngành giấy Việt Nam còn lạc hậu, với quy mô sản xuất nhỏ và năng lực sản xuất bột giấy chỉ đáp ứng 50% nhu cầu Do đó, ngành giấy phụ thuộc nhiều vào bột giấy nhập khẩu Sản phẩm giấy rất đa dạng, bao gồm giấy in báo, giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh, khăn giấy, giấy bao bì và giấy vàng mã.
Hiện nay, ngành sản xuất giấy tại Việt Nam chủ yếu cung cấp các loại giấy chất lượng thấp và trung bình Tuy nhiên, các loại giấy kỹ thuật cao như giấy điện-điện tử, giấy dùng trong sản xuất thuốc lá, giấy in tiền và giấy in tài liệu bảo mật vẫn chưa được sản xuất trong nước.
Giấy bao bì là phân khúc chiếm tỷ trọng lớn nhất trong ngành giấy Việt Nam, tiếp theo là giấy in và giấy viết, trong khi giấy vàng mã và giấy báo đứng sau Hiện nay, các doanh nghiệp trong nước chủ yếu cung cấp giấy in báo chất lượng thấp, còn sản phẩm chất lượng cao phải nhập khẩu với khối lượng lớn Ngành giấy tissue đã có sự chiếm lĩnh thị trường nội địa và xuất khẩu một phần Trong những năm tới, tiềm năng phát triển sẽ tập trung vào giấy in báo, giấy in viết và giấy bao bì, trong khi mảng giấy tissue sẽ đối mặt với sự cạnh tranh ngày càng tăng do nhiều cơ sở sản xuất đã đầu tư vào sản phẩm này.
Tổng công suất giấy của Việt Nam năm 2008 đạt 1.371 ngàn tấn, gấp đôi so với năm 2000 Sản lượng sản xuất giấy trong năm 2008 đạt 1.110,7 ngàn tấn, giảm 1,4% so với năm 2007 do nhu cầu tiêu thụ bị ảnh hưởng bởi khủng hoảng kinh tế và sự gia tăng hoạt động nhập khẩu khi thuế nhập khẩu giấy giảm từ 5% xuống 3%.
Từ năm 2000 đến 2008, sản lượng sản xuất giấy đã tăng trung bình khoảng 16% mỗi năm, với sản phẩm giấy bao bì có tốc độ tăng trưởng cao nhất đạt 27% Trong khi đó, giấy Tissue tăng 22%, giấy in viết tăng 11,6%, giấy in báo tăng 8,95% và giấy vàng mã tăng 1,4% Đến năm 2008, sản lượng giấy vẫn cao gấp đôi so với năm 2000, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của ngành giấy, đặc biệt là từ các công ty sản xuất giấy lớn.
Công ty Giấy Việt Nam, CTCP Giấy Sài Gòn và CTCP Giấy Tân Mai sở hữu hệ thống phân phối riêng biệt Sản phẩm của các công ty này thường được phân phối thông qua các nhà phân phối, đại lý, cửa hàng giới thiệu và hệ thống siêu thị.
Đa phần các doanh nghiệp sản xuất giấy, đặc biệt là các doanh nghiệp tư nhân quy mô nhỏ, chưa có kênh phân phối riêng Theo Hiệp Hội Giấy Việt Nam, hệ thống phân phối giấy trong nước đang manh mún, chủ yếu do các đại lý và cơ sở sản xuất nhỏ thực hiện gia công từ giấy cuộn lớn ra các sản phẩm cuối cùng như giấy gram, vở tập và giấy văn phòng Các tổ chức và cá nhân thường tự mua giấy cuộn, tự xén và tìm hiểu thị trường, trong khi các văn phòng lớn thường sử dụng giấy nhập khẩu.
Các vấn đề về môi trường
Ngành sản xuất giấy và bột giấy đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, với nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm giấy do sự phát triển của các ngành công nghiệp và dịch vụ Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích kinh tế - xã hội, ngành này cũng đối mặt với nhiều vấn đề môi trường cần khắc phục Cần thiết phải xây dựng các cơ sở sản xuất gắn liền với xử lý ô nhiễm và đổi mới công nghệ theo hướng thân thiện với môi trường.
Ngành công nghiệp sản xuất giấy tiêu tốn một lượng nước lớn, với nhu cầu từ 80 m³ đến 450 m³ cho mỗi tấn giấy thành phẩm, tùy thuộc vào công nghệ và sản phẩm Hầu hết nước sử dụng đều trở thành nước thải, chứa đựng tạp chất, hóa chất, bột giấy cùng các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ.
Trong quá trình sản xuất bột giấy, việc thu hồi dịch đen là rất quan trọng để ngăn chặn ô nhiễm môi trường Dịch đen, hay còn gọi là dịch thải chưng nấu, chứa khoảng 25 ÷ 35% chất khô và có tỉ lệ chất hữu cơ và vô cơ là 70:30 Thành phần hữu cơ chủ yếu là lignin hòa tan trong dịch kiềm, trong khi thành phần vô cơ bao gồm các hóa chất nấu như NaOH, Na2S và Na2CO3 Mức độ ô nhiễm từ nước thải công nghiệp giấy tỷ lệ nghịch với khả năng thu hồi dịch đen; khi sử dụng hợp chất chứa clo, các chỉ số ô nhiễm như BOD và COD có thể lên đến 15 ÷ 17 kg và 60 ÷ 90 kg trên mỗi tấn bột giấy, cùng với lượng hợp chất clo hữu cơ khoảng 4 ÷ 10 kg/tấn.
Công đoạn xeo giấy chứa xơ sợi mịn, bột giấy lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh Việc xử lý nước thải trong sản xuất giấy và bột giấy rất khó khăn và tốn kém, đòi hỏi đầu tư lớn và chi phí vận hành cao Điều này trở thành vấn đề bức xúc cho các doanh nghiệp sản xuất tại Việt Nam, khi họ không đủ kinh phí để đầu tư vào thiết bị xử lý chất thải và công nghệ mới nhằm giảm thiểu ô nhiễm và chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải.
Trong quá trình nghiền bột, bụi và khí có mùi được sinh ra từ các công đoạn như sàng rửa, tẩy trắng, chế biến và khử bọt Hơi clo chủ yếu phát sinh trong khâu tẩy trắng, trong khi khí H2S được tạo ra trong giai đoạn nấu bột.
Quá trình xeo giấy và sấy khô thải ra hơi nước, kéo theo hydrocarbon và các chất ô nhiễm từ nguyên liệu gỗ vào không khí Các thiết bị như nồi hơi và máy xeo giấy tạo ra lượng nhiệt lớn, góp phần làm tăng mức độ ô nhiễm môi trường.
Ngành công nghiệp giấy tiêu tốn nhiều nhiên liệu cho các thiết bị như lò hơi và máy xeo, chủ yếu sử dụng than đá, dầu FO, DO và nhiên liệu sinh học từ phụ phẩm gỗ Sản phẩm cháy từ các nhiên liệu này phát thải nhiều khí độc hại, gây ảnh hưởng đến môi trường.
CO, CO2, SOx, NOx, tro bụi Các khí này gây các tác động tiêu cực đến môi trường không khí của khu vực dân cư lân cận
Tiếng ồn và độ rung phát sinh từ hoạt động của máy nghiền, sàng và động cơ điện có tác động đáng kể đến chất lượng không khí trong môi trường.
Trong quá trình sản xuất giấy, việc gia công nguyên liệu tạo ra một lượng lớn chất thải rắn như vỏ cây, mùn cưa, và gỗ thừa, cùng với các tạp chất như nilon và băng keo trong bột giấy Đặc biệt, quá trình đốt nhiên liệu để cung cấp nhiệt cũng phát sinh tro, xỉ than và dầu thải Tại Việt Nam, trung bình mỗi tấn giấy sản xuất sẽ thải ra từ 45 đến 85 kg chất thải rắn, chưa tính đến lượng phế liệu tái chế Chất thải rắn này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra mùi khó chịu và làm mất đi mỹ quan xung quanh.
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 4.1 Các thông số thiết kế và sơ đồ xử lý nước thải ngành công nghiệp sản xuất bao bì giấy
Hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy giấy bao bì có lưu lượng thải trung bình 30m³/ngày đêm cần được thiết kế đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Việc tính toán và thiết kế công nghệ cho hệ thống xử lý nước thải là yêu cầu quan trọng để đảm bảo nước thải sau xử lý đạt chất lượng an toàn.
4.1.1 Các thông số thiết kế
Bảng 1: Thành phần, tính chất nước thải sản xuất giấy
Nước thải đầu vào Đơn vị
Mức độ xử lý QCVN40:2011/B TMT pH 5,86 ÷ 6,4 - 5,5 ÷ 9
[Nguồn: Khu công nghiệp Vsip Bắc Ninh, Báo cáo định kỳ về công tác bảo vệ môi trường 6 tháng đầu năm 2012]
Dựa theo các thông số thành phần nước thải trong quá trình sản xuất ta cần xử lý các thông số BOD5 , COD , SS
Từ đó đề ra công nghệ xử lý nước thải thích hợp
Xác định các lưu lượng tính toán:
Chu kỳ xả thải 8h/ngày đêm
- Lưu lượng trung bình ngày đêm: Q = 30 m 3 /ngđ
- Lưu lượng giờ trung bình tính theo công thức:
(vì chu kỳ xả thải của nhà máy là 8h/ngày)
- Lưu lượng giây trung bình tính theo công thức:
* Tra bảng 2 (Điều 4.12 TCVN 7957-2008) Q tb-s = 1,04 (l/s) tương ứng
- Lưu lượng giờ lớn nhất tính theo công thức:
- Lưu lượng giây lớn nhất tính theo công thức:
- Lưu lượng giây nhỏ nhất tính theo công thức:
Qmin-s = K0 min Qtb-s = 0,38 1,04 =0,4(l/s) a Sơ đồ xử lý nước thải sản xuất
Hình 5: Sơ đồ dây chuyền xử lý nước thải
Nước thải đầu ra Thải bỏ
Thiết bị trộn phèn b Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nước thải từ các nguồn phát sinh được thu gom qua mạng lưới và chảy vào hố thu của trạm xử lý thông qua ống chính Trước khi vào hố thu, nước thải đi qua song chắn rác để loại bỏ rác thô, nhằm bảo vệ thiết bị và hệ thống đường ống Hố chứa rác được kiểm tra và thu gom định kỳ để đảm bảo hiệu quả xử lý.
Nước thải từ hố thu được chảy vào bể điều hòa, nơi có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng và hàm lượng chất thải trước khi vào trạm xử lý Bể điều hòa được trang bị hệ thống sục khí nhằm khuấy trộn và giảm nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải.
Sau khi thực hiện xử lý sơ bộ nước thải bằng phương pháp cơ học, nước thải sẽ được chuyển tiếp sang bể keo tụ để tạo bông cặn Mục đích của quá trình này là xử lý hiệu quả các chỉ tiêu như BOD, COD và SS.
Trong quá trình xử lý nước thải, SS có mặt trong nước thải được loại bỏ thông qua bể keo tụ với thiết bị khuấy trộn, giúp tăng cường sự tiếp xúc giữa các hạt điện tích Hóa chất PAC được sử dụng trong quá trình này, cùng với chất trợ keo để nâng cao hiệu quả keo tụ Việc tính toán chính xác lượng chất keo tụ là rất quan trọng, vì nếu cho quá nhiều, polymer có thể cuộn lại, gây ra hiện tượng tái bền hạt keo và làm nước trở nên đục Nước thải có TSS lớn sẽ tạo ra nhiều bùn lắng, được thu gom và chuyển đến bể nén bùn theo định kỳ Sau khi xử lý keo tụ, nước được chuyển sang bể lắng 1 để loại bỏ bùn cặn, tiếp theo là bể Aroten để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan như BOD 5 và COD Tại bể Aroten, quá trình sinh học hiếu khí diễn ra nhờ không khí từ máy thổi khí, trong đó vi sinh vật hiếu khí phân huỷ chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản Cuối cùng, nước thải sau khi xử lý sẽ được chuyển đến bể lắng 2 để tách bùn hoạt tính và làm trong nước.
Bùn được giữ lại ở đáy bể lắng Một phần được tuần hoàn lại bể aroten, một phần được đưa đến bể chứa bùn để xử lý bùn dư
Nước thải sau khi được xử lý xong đạt QCVN40:2011/BTMT sẽ được đưa ra ngoài môi trường.
Tính toán các công trình đơn vị
4.2.1 Song chắn rác a Nhiệm vụ
Loại bỏ các chất thải rắn khô như nhánh cây, gỗ, nhựa, giấy, rễ cây… Bảo vệ bơm, van, đường ống, cánh khuấy
Rác sau khi được tách ra ở song chắn rác sẽ được thu gom lại và xử lý theo định kỳ b Thiết kế
Với lưu lượng xả thải trung bình của nhà máy chỉ đạt 1,04 l/s, việc sử dụng song chắn rác thô sơ kết hợp với cào thủ công là hoàn toàn khả thi.
Ta có thể xử lý rác định kỳ bằng thủ công
Vì song chắn rác là loại thô sơ nên những thông số thiết kế này dựa vào kinh nghiệm mà có được
Bảng 2: Tóm tắt các thông số thiết kế mương và song chắn rác
STT Thông số Kích thước Đơn vị
1 Chiều rộng song chắn rác 0,65 m
2 Chiều cao của song chắn rác 0,8 m
4 Vật liệu song chắn rác Thép không rỉ
6 Số lượng thanh chắn rác 25 Thanh
4.2.2 Hố thu nước thải a Nhiệm vụ
Nơi đây là điểm tập trung toàn bộ nước thải từ các quy trình sản xuất của công ty, nhằm đảm bảo duy trì lưu lượng tối thiểu cho nước vào bể điều hòa.
Nước thải từ các nguồn phát sinh theo mạng lưới thu gom nước thải chảy vào hố thu của trạm xử lý b Thiết kế
Theo lý thuyết thể tích của hố thu được tính theo công thức : Vhố thu Q max-h t
Trong đó: V hố thu : là thể tích hố thu (m 3 )
Qmax-h : là lưu lượng lớn nhất trong 1 giờ (m 3 ) t : thời gian lưu nước của hố thu (h)
Ta chọn thời gian lưu nước của hố thu là 30 phút = 0,5 (h)
Lấy thể tích hố thu Vhố thu = 5 (m 3 )
Chọn: chiều cao của bể: H = 2 m
Chọn chiều cao bảo vệ của hố thu hbv=0,5( m)
Thể tích thực của hố thu là : V=B x L x Hxd = 1 x 2 x 2,5 = 5 (m 3 )
Nước thải từ hố thu chảy sang bể điều hòa theo nguyên tắc chảy tràn
Bảng 3: Tóm tắt các thông số thiết kế hố thu
STT Thông số Kích thước Đơn vị
5 Lưu lượng lớn nhất giờ Q max-h 9,375 m 3
4.2.3 Bể điều hòa a Nhiệm vụ Điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải, làm tăng hiệu quả cho hệ thống xử lý, tránh gây sốc cho hệ thống do sự biến đổi nồng độ chất ô nhiễm hay quá tải hoặc dưới tải về lưu lượng Các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các VSV Ngoài ra bể điều hòa còn làm thoáng sơ bộ và oxi hóa sinh hóa một phần các chất bẩn hữu cơ b Nguyên lý hoạt động
Nước từ hố thu chảy vào máng chảy tràn và được dẫn vào bể điều hòa, nơi lắp đặt hệ thống ống cung cấp khí để xáo trộn dòng nước, giúp điều hòa nồng độ nước Sau khi đạt được nồng độ mong muốn, nước sẽ được bơm qua bể lắng 1 kết hợp với bể keo tụ.
Thể tích bể điều hòa:
Trong đó: t: Thời gian lưu nước ở bể điều hòa Chọn t = 4 giờ
Qtb-h: lưu lượng trung bình tính theo giờ = 3,75 (m 3 /h) (đã tính ở trên) Chọn chiều cao làm việc của bể điều hòa: h = 2 m
Chiều cao bảo vệ của bể: hbv = 0,5 m
Kích thước xây dựng bể điều hòa:
Nhiệt độ của nước thải khoảng 25 °C, trong khi nhiệt độ khí từ máy thổi khí cao hơn nhiều, khoảng 40 °C Khi cấp khí vào bể điều hòa, không chỉ hòa trộn các dòng nước mà còn nâng nhiệt độ của nước thải Nhiệt độ lý tưởng cho nước thải khi vào công trình sinh học là từ 28-35 °C, điều này rất quan trọng để đảm bảo các phản ứng hóa học diễn ra hiệu quả.
Vậy nên ta chọn khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí
Lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa:
Lkhí: Lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa (m /h)
Qmax-h = 9,375 (m 3 /h) ( đã tính ở trang trên) a: Lưu lượng khí cung cấp cho bể điều hòa trong 1 giờ, a = 3,74 m 3 /h
(Theo W.Wesley Eckenfelder, Industrial Water Pollution Control, 1989)
Khí được cung cấp bằng hệ thống ống PVC, vận tốc khí trong ống 10 ÷
15 m/s, chọn v ống = 10 m/s Đường kính ống dẫn khí chính từ máy nén tới ống phân phối
D: Đường kính ống dẫn khí chính từ máy nén tới ông phân phối (mm)
Lkhí: Lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa (m 3 /h) v ống : Vận tốc khí trong ống (m/s)
Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 35 mm
Chiều dài ống dẫn khí chính là 2 m, tương đương với chiều rộng bể Khí được phân phối qua 4 ống nhánh có đục lỗ, chạy dọc theo chiều dài bể 3,5 m, với khoảng cách giữa hai ống là 0,5 m Vận tốc khí trong ống dao động từ 10 đến 15 m/s.
Lưu lượng khí trong ống nhánh:
Trong đó: q ống : Lưu lượng khí trong ống nhánh (m 3 /h)
Lkhí: Lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa (m 3 /h) Đường kính ống nhánh dẫn khí:
Trong đó: d ống : Đường kính ống nhánh dẫn khí (mm) qống: Lưu lượng khí trong ống nhánh (m /h) vống: Vận tốc khí trong nhánh ống (m/s) = 10 (m/s)
Tra theo catalogue ống nhựa, ta chọn loại ống PVC Φ = 20 mm
Lưu lượng khí qua một lỗ:
Trong đó: q lỗ : Lưu lượng khí qua một lỗ vlỗ: Vận tốc khí qua lỗ bằng 5 ÷ 20 m/s, chọn vlỗ m/s dlỗ: Đường kính các lỗ 2 ÷ 5 mm, chọn dlỗ = 2 mm = 0,002 m
Số lỗ trên mỗi ống nhánh:
N: Số lỗ trên mỗi ống nhánh: q ống : Lưu lượng khí trong ống nhánh qlỗ: Lưu lượng khí qua một lỗ
Khoảng cách giữa các lỗ:
Máy nén khí Áp lực cần thiết của máy thổi khí:
Trong đó: h l : Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển thường ≤ 0,4 m, chọn h l = 0,1 m h: Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun, h = 2 m Áp lực máy thổi khí tính theo Atmotphe:
( Lkhí = qống =8,765(m 3 /h): đã tính ở trên)
Công suất máy nén khí:
Chọn máy nén khí có công suất N=0,5 kW
Pmáy: Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW a: Lưu lượng không khí, L khí = 0,0024 m 3 /s
Pm: Áp suất máy thổi khí, Pm = 1,2 atm
: Hiệu suất máy nén khí, chọn = 0,8
Máy bơm nước từ bể điều hòa sang bể keo tụ
Công suất máy bơm nước:
Chọn chiều cao cột áp H = 10 m
: Hiệu suất của bơm, chọn = 0,8
: Khối lượng riêng của nước, = 1000 kg/m 3
Trong bể điều hòa bố trí bơm có công suất N = 0,5 kW
Lưu lượng nước thải Qmax-h = 9,375 m 3 /h để bơm nước lên bể lắng 1 với chiều cao cột áp là 10 m
Bảng 4: Tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa
T Thông số Kích thước Đơn vị
4 Chiều cao bảo vệ bể 0,5 m
5 Lượng không khí cần cung cấp 35,06 m 3 /h
6 Chiều dài ống chính dẫn khí 2 m
7 Tổng chiều dài ống nhánh dẫn khí 8 m
8 Tổng số lỗ khí trên ống nhánh 260 Lỗ khí
9 Thời gian lưu nước ở bể 4 h
10 Công suất máy nén khí 0,5 Kw
11 Công suất máy bơm nước 0,5 Kw
Hàm lượng các chất bẩn còn lại sau khi ra khỏi bể điều hòa :
TSS giảm 4% SS * =TSS (100% - 4%) = 2100 × 96% = 2016(mg/l) BOD 5 giảm 5% BOD 5 * = BOD 5 (100% - 5%) = 800×95%= 760(mg/l) COD giảm 5% COD * = COD(100% - 5%) = 1200×95% = 1140 (mg/l)
4.2.4 Bể trộn phèn(PAC) a Nhiệm vụ
Trước khi đưa phèn vào bể trộn thủy lực, cần hòa tan lượng phèn đã tính toán sẵn Phèn được cho vào bể trộn, nơi cánh khuấy giúp phèn tan đều trong nước Sau đó, dung dịch phèn này sẽ được bơm định lượng vào bể trộn thủy lực.
Ta sử dụng phèn PAC
Thể tích bể trộn phèn:
Ta có thể chọn thùng phy có thể tích là 100 lít
Trong đó: a: Liều lượng phèn PAC dự tính cho vào nước (Được xác định theo TCXD 33-1985 chọn P p 0( g/m 3 ))
Q: Lưu lượng nước thải trung bình giờ, Q tb-h = 3,75 m 3 /h n: Thời gian giữa hai lần hòa trộn chọn n = 12 giờ b: Nồng độ dung dịch phèn, b = 10% (10 ÷ 17%) γ: Khối lượng riêng của dung dịch, lấy bằng 1 tấn/m 3
Lượng phèn PAC cần cung cấp trong 1 ngày:
Với lượng phèn sử dụng mỗi ngày ít nên ta có thể dung phương pháp thủ công để khuấy trộn
4.2.5 Bể keo tụ a Mục đích
Trộn đều dung dịch chất keo tụ với nước thải b Nguyên lý hoạt động
Nước từ bể điều hòa được bơm vào bể keo tụ, nơi dung dịch hóa chất keo tụ được bơm vào bằng bơm định lượng Dưới tác dụng của cánh khuấy, nước thải và hóa chất được trộn đều Cuối bể keo tụ có hệ thống thu và phân phối nước sang bể lắng 1.
Chọn thời gian khuấy trộn là 30 phút = 0,5 h
Chọn bể có kích thước
Thể tích thực của bể là 2,5 m 3
Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng 45 0 , đường kính cánh khuấy:
Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng bằng đường kính cánh khuấy (0,5 m)
Năng lượng cần truyền cho máy khuấy hoạt động là:
Trong đó: μ: Độ nhớt của nước ở 20 0 c, μ = 0,001 N.s/m 2
Bảng 5: Các giá trị G cho trộn nhanh
Thời gian trộn t (s) Gradien G (s -1 ) 0,5 (trộn đường ống) 3500
[Nguồn: Cấp nước tập 2, Trịnh Xuân Lai]
Theo bảng chọn G = 700(s -1 ), do thời gian trộn là 30 phút > 40 s
Công suất của động cơ:
Trong đó: là công suất hữu ích của máy (chọn = 80%)
Chọn công suất máy khuấy là 1,5kW
Số vòng quay của máy khuấy:
: Khối lượng riêng của nước
K: Hệ số sức cản của nước (đối với máy khuấy tuabin K = 1,08) d: Đường kính cánh khuấy, d = 0,5m
Bảng 6: Tóm tắt các thông số thiết kế bể keo tụ
Loại bỏ các bông cặn sinh ra trong quá trình keo tụ, có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực b Nguyên lý hoạt động
Nước từ bể trộn được dẫn vào vùng phân phối đầu bể lắng qua vách ngăn, giúp nước chuyển động đều dọc bể Tại vùng lắng, nước chảy qua và các bông cặn tiếp tục hình thành, cuối cùng lắng xuống đáy bể lắng.
Nước sau khi di chuyển từ đầu đến cuối bể sẽ được thu gom qua máng và phân phối vào bể aeroten Cặn lắng sẽ được máy gạt cặn dồn về hố thu ở đầu vào bể và sau đó được hút ra ngoài bằng bơm Bột giấy nhẹ sẽ nổi lên bề mặt nước và được thanh gạt cào cặn, hoạt động dưới mức nước 0,05 m, gạt về máng thu bọt ở cuối bể với tốc độ 0,9 m/phút.
Ta lựa chọn bể lắng là bể lắng đứng, tiết diện hình tròn đáy hình nón nghiêng góc 45 0 , ở giữa có ống trung tâm
* Tính toán kích thước bể lắng
Chọn thời gian lưu nước trong bể lắng là 1,5 h Chọn chiều cao của bể lắng là 2 m Khi đó vận tốc lắng thực tế của hạt là:
STT Thông số Kích thước Đơn vị
4 Công suất máy khuấy 1,5 Kw
Trong thực tế, nhiều yếu tố như sự lắng chen của các hạt, chuyển động của các lớp nước, hoặc quá trình bơm hút bùn đã ảnh hưởng đến tốc độ lắng Do đó, vận tốc lắng thực tế thường thấp hơn so với vận tốc lắng lý thuyết, với giả thuyết rằng vận tốc lắng lý thuyết gấp đôi vận tốc lắng thực tế Cụ thể, khi vận tốc lắng thực tế là 1,3 m/h, thì vận tốc lắng lý thuyết đạt 2,6 m/h, tương đương 7,2 x 10^-4 m/s.
Trong nước thải, các hạt lắng chủ yếu có dạng hình cầu và là hydroxit kim loại, với hydroxit niken là thành phần chính trong bể lắng Để đơn giản hóa quá trình tính toán, ta xem xét bể Niken, với độ nhớt của môi trường tương đương với độ nhớt của nước, bỏ qua độ nhớt của các thành phần khác Nhiệt độ làm việc của nước thải được duy trì ở mức 20°C.
+ Diện tích bể lắng là: tt
Với Q – Lưu lượng nước vào bể lắng; Q = 3,75 m 3 /h vtt – Vận tốc lắng thực tế; vtt = 1,3 m/h
+ Thể tích bể lắng là: V = Q.t = 3,75.1,5 = 5,625 (m 3 )
+ Bán kính của bể lắng là: R = F = 0,96 (m) => D = 1,92(m)
+ Diện tích ống trung tâm đưa nước vào bể lắng được tính theo công thức:
Trong đó: q: lưu lượng nước thải qua ống Q = 3,75 m 3 /h
Q= 3,75 (m 3 /h) = 1,04.10 -3 (m 3 /s) v: vận tốc nước thải qua ống, chọn v = 0,015 m/s
(vận tốc nước thải qua ống thường từ 0,01 ÷ 0,015 m/s)
Khi đó đường kính ống trung tâm là: d = 2 = = 0,3(m)
Phía cuối của ống trung tâm có 1 phần ống loe Chọn đường kính là chiều cao của phần ống loe bằng 1,35 đường kính ống trung tâm
Khi đó: dloe = hloe = 1,35.0,3 = 0,405 (m) Đường kính tấm chắn trước miệng ống loe bằng 1,3 đường kính ống loe
+ Ngăn chứa bùn của bể lắng đứng có dạng hình nón, chọn đường kính đáy của đáy ngăn chứa bùn là dbùn = 0,6m
+ Chiều cao ngăn chứa bùn được tính theo công thức
Kích thước bể lắng đứng được xác định: Đường kính: D = 2R = 2.0,96 = 1,92 m
Chiều cao xây dựng Hxd = H + hdự trữ = 2,65 + 0,35 = 3( m)
Bùn từ bể lắng sẽ được bơm đến hệ thống máy ép bùn để xử lý Cần tính toán thời gian tháo bùn tại mỗi bể lắng nhằm xác định thời gian hoạt động hợp lý cho thiết bị ép bùn.
+ Dung tích phần chứa cặn là:
Wc – Thể tích ngăn chứa bùn của bể lắng đứng
D – đường kính bể lắng đứng; D =1,92 m d – đường kính của ngăn chứa bùn d = 0,6 m hb – Chiều cao ngăn chứa bùn cặn, hb = 0,65 m
Thay số vào ta được Wc = 0,9 m 3
+ Chu kì xả cặn lắng là: c ax
Q C C δ – Nồng độ cặn trung bình đã nén => Chọn δ = 35000 mg/l
Q – Lưu lượng nước thải vào bể = V bể lắng 1 = 5,625(m 3 )
C – Hàm lượng cặn ra khỏi bể lắng = 60 (mg/l)
Cmax – hàm lượng cặn lớn nhất trong nước thải (lấy Cmax = Co)
C max : bông cặn có khả năng liên kết và có nồng độ lớn trên 1000(mg/l)
Như vậy, thay số vào ta sẽ có chu kì xả cặn của bể lắng là:
Dựa vào tính toán trên, ta có kế hoạch hoạt động cho hệ thống máy ép bùn
Nước thải trước khi vào bể lắng chứa nhiều hạt hydroxit kim loại và một lượng nhỏ hạt huyền phù khó lắng Các hạt hydroxit kim loại có kích thước lớn nên lắng nhanh, đạt hiệu suất lắng 99% sau 25 phút Ngược lại, các hạt rắn lơ lửng nhỏ hơn khó lắng hơn, với hiệu suất khoảng 85% Kết quả là, hàm lượng chất lơ lửng trong nước giảm đáng kể sau khi qua bể lắng.
Xác định hiệu quả khử BOD 5 và SS:
Trong đó: t: Thời gian lưu nước, t = 1,5 h a, b: Các hằng số thực nghiệm
Khử cặn lơ lửng SS: a = 0,0075; b = 0,014
Hiệu quả khử BOD 5 và SS:
Lượng bùn khô sinh ra mỗi ngày:
Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày:
G: Hàm lượng bùn sinh ra mỗi ngày, G = 31,83 kg/ngày
C: Hàm lượng chất rắn trong bùn nằm trong khoảng 40 ÷ 120 (g/l)
= 40 ÷ 120 (kg/m 3 ), lấy trung bình C 0 kg/m 3
Bảng 7 Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng I
STT Tông số Kích thước Đơn vị
4 Thời gian lưu nước trong bể 1,5 Giờ
7 Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày 0,32 m 3 /ngày
Tính chi phí hóa chất và vận hành hệ thống
Bảng 10: Chi phí nhân công
STT Nhân công Số lượng
Mức lương (đồng/người/tháng)
Mức lương (đồng/người/năm)
4.3.2 Chi phí sử dụng điện năng
Giá điện công nghiệp hiện nay là 2.300đ/kW.h
Bảng 11: Chi phí sử dụng điện năng
Công suất (kW) Điện năng tiêu thụ trong 1 ngày (kW)
1 Máy nén khí bể điều hòa 0,202 4,848 11.150
2 Bơm nước sang bể keo tụ 0,320 7,68 17.664
3 Công suất máy khuấy bể keo tụ 1,148 27,552 63.370
4 Công suất máy thổi khí bể aroten 0,48 11,52 26.500
Chi phí điện năng trong 1 năm: 118.684 365 = 43.319.660 (đồng)
Bảng 12: Chi phí sử dụng hóa chất
STT Hóa chất Số lượng
(Kg/ngày) Đơn giá Thành tiền
Chi phí hóa chất sử dụng 1 ngày 31.9200 Chi phí hóa chất dung 1 năm 11.650.800
4.3.4 Chi phí sử dụng nước sạch
Nước sạch để pha hóa chất và các hoạt động khác 0,5 m 3 / ngđ Đơn giá nước sạch hiện nay: 5.000đ/m 3
Chi phí nước sạch cho 1 ngày: 2500đ/ngày
Chi phí nước sạch cho 1 năm: 912.500 đ/năm
4.3.5 Chi phí xử lý nước thải
Bảng 13: Tổng chi phí vận hành
STT Hạng mục Thành tiền (đồng/năm)
Tổng chi phí vận hành 120.882.960 Chi phí 1m 3 nước thải: