Tổng quan về ngành sản xuất giấy
Lịch sử phát triển ngành giấy trên thế giới
Giấy, một sản phẩm quan trọng của nền văn minh nhân loại, đã có lịch sử phát triển lâu dài kéo dài hàng nghìn năm Từ thời cổ đại, con người đã bắt đầu khám phá và phát triển công nghệ sản xuất giấy, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong việc ghi chép và lưu trữ thông tin Sự tiến bộ này không chỉ thúc đẩy văn hóa và giáo dục mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển của xã hội.
Ai Cập đã biết làm ra giấy từ sợi của cây papyrus mọc bên bờ sông Nile
Phương pháp sản xuất giấy ban đầu rất đơn giản, bao gồm việc nghiền ướt các nguyên liệu từ sợi thực vật như gỗ, tre, nứa thành bột nhão, sau đó trải thành lớp mỏng và sấy khô Quá trình này giúp các sợi thực vật liên kết với nhau, tạo thành tờ giấy Phát minh này của người Trung Hoa chỉ được phổ biến sang các nước Hồi giáo vào giữa thế kỷ thứ 8 sau nhiều thế kỷ.
Quy trình sản xuất giấy được du nhập vào châu Âu vào thế kỷ 14, với các xưởng giấy đầu tiên xuất hiện ở Tây Ban Nha, Italia, Pháp và Đức Thời kỳ này, giấy được sản xuất thủ công từ bông và vải lanh vụn Đến đầu thế kỷ 19, sản xuất giấy đã được cơ giới hóa, nâng cao năng suất lao động và làm tăng nhu cầu về nguyên liệu vải vụn Cuối cùng, gỗ trở thành nguyên liệu chính thay thế cho vải vụn, với sự phát triển của phương pháp nghiền gỗ thành bột giấy tại Đức vào năm 1840, và những cải tiến tiếp theo từ nhà hóa học Mỹ Benjamin vào năm 1866.
Tighman đã phát triển quy trình sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học, sử dụng Na2SO3 để nấu gỗ vụn thành bột giấy Năm 1880, nhà hóa học Carl F Dahl người Đức đã phát minh ra phương pháp nấu bột giấy kết hợp Na2SO3 và NaOH Từ đó, gỗ trở thành nguyên liệu chính trong ngành sản xuất giấy.
Lịch sử phát triển ngành giấy ở Việt Nam
Ngành giấy tại Việt Nam có nguồn gốc 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, sáng tác tranh dân gian và sản xuất vàng mã.
Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp đi vào hoạt động với công suất 4.000 tấn giấy/năm tại Việt Trì
Trong thập niên 1960, nhiều nhà máy giấy nhỏ được xây dựng tại Việt Nam, với công suất dưới 20.000 tấn/năm như nhà máy giấy Việt Trì và nhà máy bột giấy Vạn Điểm Đến năm 1975, tổng công suất thiết kế của ngành giấy đạt 72.000 tấn/năm, nhưng thực tế chỉ sản xuất được 28.000 tấn/năm do ảnh hưởng của chiến tranh Năm 1982, nhà máy giấy Bãi Bằng, được tài trợ bởi Chính phủ Thụy Điển, đi vào hoạt động với công suất thiết kế 53.000 tấn bột giấy và 55.000 tấn giấy/năm, sử dụng công nghệ hiện đại và xây dựng hệ thống nguyên liệu, cơ sở hạ tầng cùng các cơ sở phụ trợ như điện và hóa chất.
Ngành giấy đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ với sản lượng tăng trung bình 11% mỗi năm Tuy nhiên, nguồn cung hiện tại chỉ đáp ứng khoảng 64% nhu cầu tiêu dùng trong nước, phần còn lại vẫn phải nhập khẩu Mặc dù có sự tăng trưởng đáng kể, nhưng đóng góp của ngành giấy vào tổng giá trị sản xuất quốc gia vẫn còn hạn chế.
Nguyên liệu sản xuất giấy
Nguyên liệu chính để sản xuất giấy và bột giấy là sợi xenlulozo từ gỗ và phi gỗ Ngoài ra, giấy loại ngày càng trở thành nguồn nguyên liệu quan trọng trong ngành sản xuất giấy.
- 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 nông nghiệp, chẳng hạn như rơm rạ và bã mía, có chi phí sản xuất thấp Tuy nhiên, chúng không phù hợp cho các nhà máy có công suất lớn do tính chất theo mùa vụ và khó khăn trong việc lưu trữ.
Giấy loại ngày càng trở thành nguyên liệu phổ biến cho ngành giấy nhờ vào việc tiết kiệm chi phí sản xuất Giá bột giấy từ giấy loại thường thấp hơn so với bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy, do chi phí vận chuyển, thu mua và xử lý giảm Trung bình, sản xuất 1 tấn giấy từ giấy loại 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 cho việc sản xuất các sản phẩm chất lượng cao.
Giấy loại ở Việt Nam được cung cấp từ hai nguồn chính: thu gom trong nước và nhập khẩu Giấy nhập khẩu chủ yếu đến từ Mỹ, Nhật Bản và New Zealand, trong khi nguồn thu gom trong nước chủ yếu đến từ những người thu gom riêng lẻ, các công ty vệ sinh, và các trạm thu mua trung gian Hiện tại, việc thu gom giấy tái chế diễn ra khá tự phát, dẫn đến tỷ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng ở Việt Nam chỉ đạt khoảng 25%, thấp hơn so với 38% ở Trung Quốc và 65% ở Thái Lan.
Dây chuyền công nghệ sản xuất giấy
Sản xuất bột giấy
Quá trình sản xuất bột giấy bao gồm việc gia công và xử lý nguyên liệu nhằm tách và thu được xenlulozo Để đạt hiệu quả cao nhất, bột giấy cần có hàm lượng xenlulozo tối ưu, với các loại cây làm giấy yêu cầu hàm lượng xenlulozo trên 35% Đồng thời, các thành phần khác như hemixenluloze và lignin cần phải được giảm thiểu để hạn chế lượng hóa chất sử dụng trong quá trình nấu và tẩy.
Các phương pháp sản xuất bột giấy bao gồm cơ học, nhiệt học và hóa học, trong đó hóa chất được sử dụng để tách lignin và tạp chất khỏi xenlulozo Sulfat và sulfit là hai hóa chất phổ biến, có thể áp dụng cho nhiều loại nguyên liệu như gỗ, tre, và nứa Phương pháp cô đặc - đốt - xút hóa cho phép thu hồi hóa chất, trong khi dịch đen sinh ra được tái sinh và sử dụng lại như dung dịch kiềm trong quá trình nấu Nước thải từ quá trình nấu gọi là dịch đen, chứa các hợp chất natri như Na2SO4, NaOH, Na2S, Na2CO3, cùng với lignin và các sản phẩm thủy phân như hydratcacbon và axit hữu cơ.
Tạo hình giấy từ bột giấy (xeo giấy)
Bột giấy sau khi tẩy trắng sẽ được chuyển đến công đoạn sản xuất giấy tại cùng một nhà máy hoặc một nhà máy khác Trong quá trình này, sản phẩm được tạo hình trên lưới và tiến hành thoát nước để giảm độ ẩm của giấy Nguyên liệu chính cho quá trình này bao gồm bột giấy và giấy cũ.
Có nhiều công nghệ sản xuất giấy khác nhau, nhưng nhìn chung các doanh nghiệp sản xuất giấy sử dụng công nghệ phổ biến như:
Hình 1.1: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất giấy
Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Gia công nguyên liệu thô bao gồm các bước rửa sạch nguyên liệu bằng nước áp lực cao, loại bỏ tạp chất và cắt nhỏ nguyên liệu Quy trình này tạo ra dòng thải chứa các chất hữu cơ hòa tan, đất đá, sỏi cát, thuốc bảo vệ thực vật và vỏ cây.
Nguyên liệu tre, nứa được đưa vào băng tải đầu tiên để chặt nhỏ thành các mảnh dài 35mm Sau đó, các mảnh này được chuyển qua hệ thống sàng và rửa bằng nước để đảm bảo chất lượng.
Nguyên liệu gỗ được chuyển đến băng tải thứ hai để tiến hành bóc vỏ Sau khi tách vỏ, gỗ sẽ được cắt thành các mảnh có kích thước từ 8 đến 10cm, rộng 22 đến 25mm và dày từ 2 đến 5mm Các mảnh gỗ này sau đó sẽ được sàng lọc và rửa sạch bằng nước.
- Nguyên liệu sau khi được chặt và rửa sạch sẽ được đưa vào nấu
Nấu: Mảnh được đưa vào nấu, sau khi nạp nguyên liệu là các mảnh gỗ, tre, nứa, bơm dịch trắng vào Dịch trắng chứa NaOH và Na2S
Quá trình tách lignin và hemixenlulozơ khỏi nguyên liệu ban đầu được thực hiện bằng cách sử dụng hóa chất kiềm hòa tan, như dung dịch muối sulfit hoặc axit loãng đun sôi, để thủy phân chúng Sau đó, để tách bột xenlulozo ra khỏi dung dịch nấu (dịch đen), bột sẽ được rửa bằng nước sạch.
Dòng thải từ quá trình nấu và rửa sau nấu chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan, hóa chất nấu và một phần xơ sợi, tạo ra dịch đen có màu tối Dịch thải này sau đó được tái sinh để thu hồi bột giấy Quá trình tẩy trắng nhằm tách lignin và các thành phần còn tồn dư trong bột giấy, thường sử dụng các chất oxi hóa như clo, hypochlorit, và ozon Tẩy trắng truyền thống bao gồm ba giai đoạn chính.
- Giai đoạn clo hóa: clo hóa lượng lignin còn sót lại trong bột giấy
- Giai đoạn thủy phân kiềm: sản phẩm lignin hòa tan trong kiềm nóng được tách ra khỏi bột giấy
- Giai đoạn tẩy oxy hóa: thay đổi cấu trúc mang màu còn sót lại trong bột giấy
Dòng thải từ quá trình tẩy trắng chứa các hợp chất hữu cơ và lignin hòa tan, cùng với các chất độc hại do phản ứng với chất tẩy, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống Các hợp chất clo hữu cơ (AOX: Adsorbable Organic Halogens) làm tăng mức AOX trong nước thải, dẫn đến độ màu cao và giá trị BOD, COD lớn.
Quá trình nghiền bột nhằm hydrat hóa và làm dẻo các xơ sợi, tăng bề mặt hoạt tính và giải phóng gốc hydroxit, từ đó cải thiện độ mềm mại và độ bền của giấy Tiếp theo, quá trình xeo giấy tạo hình sản phẩm trên lưới và thoát nước để giảm độ ẩm Bột sau khi nghiền sẽ được trộn với chất độn và phụ gia trước khi tiến hành xeo giấy, cho phép điều chỉnh chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.
- Các chất vô cơ: cao lanh, CaCO 3 , 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 và cao lanh Sau khi xeo, giấy sẽ được sấy khô để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh.
Để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế trong quy trình sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học, cần thiết phải thiết lập một bộ phận thu hồi hóa chất Cụ thể, việc tái sinh kiềm từ dịch đen trong phương pháp sunfat bao gồm nhiều giai đoạn quan trọng.
- Cô đặc để giảm lượng nước
Đốt dịch đã qua cô đặc ở nhiệt độ trên 500 độ C nhằm mục đích đốt cháy hoàn toàn các chất hữu cơ, tạo ra CO2 và H2O Phần vô cơ của kiềm trong dịch đen sẽ được chuyển hóa thành tro hoặc cặn nóng chảy, được gọi là kiềm đỏ.
Xút hóa kiềm đỏ được thực hiện bằng cách sử dụng dung dịch kiềm loãng và sữa vôi Ca(OH)2 Sau khi quá trình này hoàn tất, bùn vôi sẽ được tách ra, trong khi dung dịch trắng chứa NaOH, Na2S, Na2SO4 và NaCO3 sẽ được thu hồi và tái sử dụng cho công đoạn nấu.
Lưu lượng và thành phần nước thải từ quá trình sản xuất giấy
Nước thải trong sản xuất bột giấy có thành phần phụ thuộc vào nguyên liệu và công nghệ sản xuất, với ước tính phát sinh từ vài chục đến vài trăm mét khối nước thải cho mỗi tấn sản phẩm Nguyên liệu chính thường là gỗ rừng, nhưng cũng có thể sử dụng các nguồn cellulose khác như tre nứa, bã mía, đay, giấy vụn và giấy phế liệu Bột giấy có thể là bột không tẩy hoặc tẩy trắng, trong đó quá trình tẩy trắng sử dụng các chất oxy hóa như hyđrôperoxit, clo và clođioxit, dẫn đến việc nước thải từ công đoạn này chứa nhiều hóa chất có hại cho môi trường, đặc biệt khi sử dụng clo.
Nước thải sản xuất giấy phát sinh từ quá trình sản xuất giấy từ bột giấy mới hoặc tái sinh, với lượng nước thải dao động từ 0,5 – 13,5 m³/tấn sản phẩm Quy trình sản xuất chủ yếu bao gồm việc trộn huyền phù bột giấy với các chất độn và phụ gia như cao lanh, bột đá, và TiO2 Các phụ gia hữu cơ như tinh bột biến tính và latex cũng được sử dụng để cải thiện chức năng của giấy Nước thải từ nhà máy giấy thường có độ đục cao do sử dụng nhiều phụ gia vô cơ Để xử lý, nước thải thường được tách cặn và thu hồi bột, do đó chất lượng nước thải phụ thuộc vào mức độ tuần hoàn tái sử dụng nước, với nước thải có độ đậm đặc cao hơn khi tái sử dụng nhiều.
Nước thải từ quá trình sản xuất bột giấy tái sinh thường phát sinh từ các nhà máy sản xuất cả bột và giấy, với lưu lượng dao động từ 0,06 đến 50 m³/tấn sản phẩm Để đảm bảo chất lượng giấy, các nhà máy thường bổ sung một phần "bột" mới, dẫn đến thành phần nước thải tương tự như nước thải của nhà máy giấy nhưng có mức độ ô nhiễm cao hơn do quy trình tái sinh giấy đã sử dụng Mức độ ô nhiễm này phụ thuộc vào loại hóa chất tẩy sử dụng, trong đó clo và các hợp chất clo như nước javen hay hypoclorơ vẫn là phổ biến nhất, trong khi các nhà máy hiện đại thường sử dụng clo dioxit Mặc dù oxy, ôzôn và hyđroperoxit cũng được áp dụng, nhưng hiệu quả tẩy trắng của chúng không bằng clo.
Trong ngành sản xuất giấy và bột giấy, nước thải từ nhà máy giấy thuần túy thường khá sạch, chủ yếu từ quy trình xeo giấy với cặn lơ lửng là xơ sợi giấy, bột độn, bột màu và phụ gia Hàm lượng chất hữu cơ trong nước xeo thường không cao, với BOD5 dao động từ 150 - 350 mgO2/l Ngược lại, nước thải từ các nhà máy sản xuất bột giấy lại rất đậm đặc và khó xử lý, đặc biệt là nước thải dịch đen, với lượng kiềm dư có thể lên tới 20 g/l và COD từ hàng chục ngàn đến 100.000 mg/l Đối với các nhà máy sản xuất giấy từ giấy thải, ô nhiễm chủ yếu đến từ SS, COD và BOD5 với nồng độ cao.
Bảng 1.1 Thành phần nước thải của một số nhà máy sản xuất giấy và bột giấy với nguyên liệu là gỗ và giấy thải
Nguyên liệu từ gỗ mềm Nguyên liệu là giấy thải
Sản phẩm giấy vệ sinh
Sản phẩm giấy bao bì pH - 6,9 6,8 ÷ 7,2 6,0 ÷7,4
(Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2011)
Nước thải chứa nhiều tạp chất gây ô nhiễm với tính chất đa dạng, bao gồm chất rắn không tan, chất khó tan và hợp chất tan trong nước Xử lý nước thải nhằm loại bỏ các tạp chất này, làm sạch nước để có thể thải ra môi trường hoặc tái sử dụng Để đạt được mục tiêu này, các phương pháp xử lý thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất, bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau.
- Xử lý bằng phương pháp cơ học
- Xử lý bằng phương pháp hóa học và hóa lý
- Xử lý bằng phương pháp sinh học
- Xử lý bằng phương pháp tổng hợp
Phương pháp cơ học
Lọc qua song chắn hoặc lưới chắn
Quá trình xử lý sơ bộ nước thải nhằm loại bỏ tất cả các tạp chất có thể gây ra sự cố trong vận hành, như tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn Đây là bước quan trọng để đảm bảo an toàn và tạo điều kiện làm việc thuận lợi cho các hệ thống xử lý nước thải.
Song chắn rác được phân loại dựa trên kích thước khe hở thành ba loại: thô, trung bình và mịn, với khoảng cách giữa các thanh lần lượt là 60-100 mm và 10-25 mm Hình dạng của song chắn có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác, thường được làm bằng kim loại và đặt ở cửa vào kênh dẫn với góc nghiêng từ 45-60 độ cho việc làm sạch thủ công hoặc 75-85 độ cho máy Tiết diện của song chắn có thể là tròn, vuông hoặc hỗn hợp, trong đó tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhưng dễ bị tắc Thông dụng nhất là tiết diện hỗn hợp với cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước Vận tốc nước chảy qua song chắn được giới hạn từ 0,6-1 m/s, với vận tốc cực đại từ 0,75 m/s đến 1 m/s để tránh đẩy rác qua khe, và vận tốc cực tiểu là 0,4 m/s để ngăn ngừa phân hủy chất thải rắn.
Lắng cát
Bể lắng cát được thiết kế để loại bỏ các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2 mm đến 2 mm khỏi nước thải, giúp bảo vệ bơm khỏi sự bào mòn do cát, sỏi, đồng thời ngăn ngừa tắc nghẽn ống dẫn và bảo vệ các công trình sinh học phía sau Có hai loại bể lắng cát: bể lắng cát ngang và bể lắng đứng Để nâng cao hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng phổ biến.
Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt quá 0,3 m/s, nhằm đảm bảo rằng các hạt cát, hạt sỏi và các hạt vô cơ khác có thể lắng xuống đáy Trong khi đó, hầu hết các hạt hữu cơ sẽ không lắng và sẽ được xử lý tại các công trình tiếp theo.
Lắng
Bể lắng đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các hạt cặn lơ lửng trong nước thải, được chia thành hai loại: bể lắng đợt 1 để lắng cặn có sẵn và bể lắng đợt 2 để lắng cặn do quá trình keo tụ tạo bông hoặc xử lý sinh học Dựa vào chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành bể lắng ngang và bể lắng đứng.
Bể lắng ngang xử lý nước thải với dòng chảy theo phương ngang, vận tốc tối đa 0,01 m/s và thời gian lưu từ 1,5-2,5 giờ, thường áp dụng cho lưu lượng trên 15.000 m³/ngày Ngược lại, bể lắng đứng cho phép nước thải di chuyển theo phương thẳng đứng, với vận tốc 0,5-0,6 m/s và thời gian lưu từ 45 đến 120 phút Tuy nhiên, hiệu suất lắng của bể đứng thường thấp hơn từ 10-20% so với bể lắng ngang.
Tuyển nổi
Phương pháp tuyển nổi là kỹ thuật hiệu quả để tách các tạp chất rắn hoặc lỏng không tan khỏi pha lỏng, đồng thời có thể loại bỏ các chất hòa tan như chất hoạt động bề mặt Trong xử lý nước thải, phương pháp này thường được áp dụng để loại bỏ các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học Ưu điểm nổi bật của tuyển nổi là khả năng loại bỏ hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng, giúp các bọt khí kết dính với các hạt cặn và đưa chúng nổi lên bề mặt.
Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi được thực hiện theo các phương thức sau
Tuyển nổi bằng khí phân tán là phương pháp thổi khí nén trực tiếp vào bể tuyển nổi, tạo ra bọt khí có kích thước từ 0,1-1mm Quá trình này giúp xáo trộn hỗn hợp khí và nước chứa cặn, khiến cặn tiếp xúc với bọt khí, dính kết và nổi lên bề mặt.
Tuyển nổi chân không là phương pháp trong đó không khí được bão hòa ở áp suất khí quyển, sau đó khí được thoát ra khỏi nước dưới áp suất chân không Tuy nhiên, hệ thống này ít được sử dụng trong thực tế do khó vận hành và chi phí cao.
Tuyển nổi bằng khí hòa tan là phương pháp sục không khí vào nước dưới áp suất cao từ 2-4 atm Sau khi giảm áp, khí sẽ được giải phóng, tạo ra bọt khí có kích thước từ 20-100 m.
Lọc
Lọc là phương pháp hiệu quả để loại bỏ các tạp chất nhỏ mà không thể tách ra bằng lắng Mặc dù ít được áp dụng trong xử lý nước thải, lọc thường được sử dụng khi yêu cầu chất lượng nước sau xử lý cao Có nhiều loại bể lọc khác nhau có thể được sử dụng để lọc nước thải.
- Theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục
- Theo dạng của quá trình như làm đặc và lọc trong
- Theo áp suất trong quá trình lọc như lọc chân không, lọc áp lực hay lọc dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng
Trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô lớn, việc sử dụng bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt là phổ biến, thay vì các thiết bị lọc áp suất cao Các vật liệu lọc như cát thạch anh, than cốc, sỏi, than nâu hoặc gỗ có thể được sử dụng, tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương Quá trình lọc diễn ra theo nhiều cơ chế khác nhau.
- Sàng lọc để tách các hạt rắn hoàn toàn bằng nguyên lý cơ học
- Giữ hạt rắn theo quán tính
- Quá trình dính bám, quá trình lắng tạo bông
Thiết bị lọc với lớp hạt có thể phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín.
Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý
Trung hòa
Nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa để đưa pH về khoảng 6.5-8.5 trước khi thải ra môi trường hoặc sử dụng cho các công nghệ xử lý tiếp theo Có nhiều phương pháp để thực hiện quá trình trung hòa nước thải này.
- Trộn lẫn nước thải acid với nước thải kiềm
- Bổ sung các tác nhân hóa học
- Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa
Để trung hòa nước thải chứa acid, có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH, Na2CO3, NH4OH, CaCO3, và MgCO3 Trong số này, sữa vôi Ca(OH)2 là lựa chọn rẻ nhất, tiếp theo là soda và NaOH dạng phế thải Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước acid là phương pháp hiệu quả để xử lý nước thải.
Để trung hòa nước thải acid, có thể sử dụng vật liệu lọc như manhêtit, đôlômit, đá vôi, đá phấn, đá hoa và các chất thải rắn như xỉ Khi lọc nước thải chứa HCl và HNO3 qua đá vôi, tốc độ lọc thường được chọn từ 0,5-1 m/h Đối với nước thải chứa tới 0,5% H2SO4 qua đôlômit, tốc độ lọc là 0,6-0,9 m/h, và khi nồng độ H2SO4 đạt 2%, tốc độ lọc giảm xuống 0,35 m/h Để trung hòa nước thải kiềm, có thể sử dụng khí acid.
CO2,SO2,NO2,…) Việc sử dụng khí acid không những cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu quả làm sạch chính khí thải
Việc chọn phương pháp trung hòa phụ thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế độ xả thải và chi phí hóa chất cần thiết.
Ôxy hóa khử
Để làm sạch nước thải, có thể sử dụng các tác nhân oxy hóa khử như clo, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi, natri, ozone, H2O2 và MnO2 Quá trình oxy hóa giúp chuyển đổi các chất độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hại hơn và tách chúng ra khỏi nước Tuy nhiên, do tiêu tốn nhiều hóa chất, phương pháp này thường chỉ được áp dụng khi không còn lựa chọn nào khác.
Trong nguồn nước, các hạt thường tồn tại dưới dạng hạt keo mịn với kích thước từ 0,1-10um, không nổi cũng không lắng, khiến việc tách loại trở nên khó khăn Các hạt nhỏ có xu hướng keo tụ nhờ lực hút VanderWaals, dẫn đến sự dính kết khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ do va chạm Va chạm này xảy ra nhờ chuyển động Brown và tác động của sự xáo trộn.
Trong phân tán keo, các hạt giữ trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện do bề mặt hạt mang điện tích âm hoặc dương Điều này xảy ra nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa Lực đẩy tĩnh điện đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì trạng thái lơ lửng của các hạt keo.
Để phá vỡ tính bền của hạt keo, cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng thông qua quá trình keo tụ Khi các hạt keo bị trung hòa, chúng có khả năng liên kết với nhau, tạo thành bông cặn lớn hơn và nặng hơn, dẫn đến lắng xuống Quá trình thủy phân các chất keo tụ và hình thành bông cặn diễn ra theo nhiều giai đoạn khác nhau.
Me3+ + HOH = Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+
Những chất keo tụ dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như:
- Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O
- FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, Fe2(SO4)3.7H2O
Hấp phụ
Phương pháp hấp được sử dụng phổ biến để loại bỏ triệt để các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải mà các phương pháp khác không xử lý hiệu quả Quá trình hấp được chia thành hai loại chính: hấp lý học và hấp hóa học, tùy thuộc vào bản chất của chất cần xử lý.
Hấp lý học là quá trình hấp thụ diễn ra nhờ các lực liên kết VanderWaals, trong đó các hạt bị hấp vật lý di chuyển tự do trên bề mặt chất hấp Quá trình này dẫn đến sự hình thành nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp, tạo nên hiện tượng hấp đa lớp.
Hấp hóa học là quá trình mà chất bị hấp phản ứng với chất hấp, tạo ra sự tương tác hóa học Trong xử lý nước thải, quá trình hấp này thường kết hợp giữa hấp vật lý và hấp hóa học để đạt hiệu quả tối ưu.
Khả năng hấp của chất hấp phụ thuộc vào:
Diện tích bề mặt chất hấp
Nồng độ của chất hấp
Vận tốc tương đối giữa hai pha
Cơ chế hình thành liên kết hóa học hoặc lý học.
Trao đổi ion
Phương pháp này được dùng để tách các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb,
Phương pháp này hiệu quả trong việc loại bỏ các chất độc hại như Hg, Mn, Arsen, Phospho, Cyanua và chất phóng xạ khỏi nước, đồng thời cho phép thu hồi những hợp chất có giá trị cao với mức độ sạch cao Ngoài ra, nó còn được ứng dụng rộng rãi trong việc tách muối trong xử lý nước và nước thải.
Trao đổi ion là quá trình mà các ion trên bề mặt chất rắn trao đổi với ion cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc Quá trình này cũng được xem là hấp thụ, khi các ion trong dung dịch thay thế các ion khác Trong công nghiệp, chất trao đổi ion chủ yếu là các polyme không tan, được gọi là nhựa trao đổi ion.
Phương pháp sinh học
Phương pháp kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là một quá trình sinh hóa phức tạp, tạo ra hàng trăm sản phẩm và phản ứng trung gian Dù vậy, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể được biểu diễn một cách đơn giản.
Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + tế bào mới
Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kị khí xảy ra theo bốn giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử
Chất thải hữu cơ chứa các hợp chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo và carbohydrate sẽ trải qua quá trình thủy phân, trong đó chúng được cắt mạch thành các phân tử đơn giản hơn Quá trình này chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn và chất béo thành acid béo Tiếp theo, trong giai đoạn acid hóa, các hợp chất hữu cơ đơn giản sẽ được chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2 Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu bao gồm acetic acid, propionic acid và lactic acid, cùng với sự hình thành của CO2, H2, methanol và các rượu đơn giản khác Vi sinh vật chuyển hóa methane chỉ có khả năng phân hủy một số loại cơ chất nhất định.
CO2, H2, formate, acetate, methanol, methylamines và CO Các phương pháp phản ứng xảy ra như sau:
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí và diễn ra trong điều kiện cung cấp oxy liên tục, bao gồm ba giai đoạn chính.
Oxy hoá các chất hữu cơ:
CO 2 + H2O + ΔH Tổng hợp tế bào mới:
Enzym Tế bào vi khuẩn (C 5 H7O2N) + CO2 + H2O - ΔH Phân huỷ nội bào:
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể diễn ra trong điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Tại các công trình xử lý nhân tạo, các điều kiện tối ưu được thiết lập nhằm tăng cường quá trình oxy hóa sinh hóa, từ đó nâng cao tốc độ xử lý.
Và hiệu suất cao hơn rất nhiều Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể chia thành:
Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật lơ lửng chủ yếu được áp dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon, bao gồm các phương pháp như bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn và quá trình lên men phân hủy hiếu khí Trong số các phương pháp này, bùn hoạt tính là quy trình phổ biến nhất.
Xử lý sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật dạng dính bám bao gồm các phương pháp như bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học và bể phản ứng nitrate với màng cố định Các phương pháp này giúp tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải, nâng cao hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước.
Bể Aeroten là công trình bằng bê tông cốt thép hoặc sắt thép, có hình dạng chữ nhật hoặc tròn, nơi nước thải được sục khí và khuấy đảo để tăng cường oxy hòa tan Quá trình này thúc đẩy sự phân hủy chất hữu cơ bởi vi sinh vật hiếu khí, diễn ra qua ba giai đoạn trong bể.
Giai đoạn một của quá trình phát triển sinh thái trong nước cho thấy sự phong phú của thức ăn dinh dưỡng, mặc dù lượng sinh khối còn thấp Khi vi sinh vật thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng nhanh chóng và mạnh mẽ theo cấp số nhân, dẫn đến sự gia tăng dần lượng oxy tiêu thụ.
Giai đoạn hai là thời kỳ sinh vật phát triển ổn định, với tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi Trong giai đoạn này, quá trình phân huỷ chất hữu cơ diễn ra mạnh mẽ nhất.
Giai đoạn ba là thời kỳ mà sau một thời gian dài, tốc độ oxy hóa giảm dần, trong khi tốc độ tiêu thụ oxy lại tăng lên Đây chính là giai đoạn nitrat hóa muối amon.
Công trình này được thiết kế để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thông qua quá trình oxy hóa trên bề mặt vật liệu tiếp xúc Bể chứa được lấp đầy bằng vật liệu tiếp xúc, tạo ra giá thể cho vi sinh vật sống bám, và có hai dạng khác nhau.
Bể lọc sinh học nhỏ giọt là một hệ thống lọc nước thải với lớp vật liệu lọc không bị ngập nước, giúp giảm giá trị BOD của nước thải xuống còn 10 ÷ 15 mg/l Hệ thống này phù hợp cho lưu lượng nước thải tối đa 1000 m³/ngày.
Bể lọc sinh học cao tải sử dụng lớp vật liệu lọc ngập trong nước, cho phép xử lý nước thải với tải trọng lên đến 10 ÷ 30m³/m²/ngđ, gấp 10 ÷ 30 lần so với bể lọc sinh học nhỏ giọt.
RBC là một hệ thống xử lý nước thải gồm các đĩa tròn làm từ polystyren hoặc PVC, được sắp xếp liền nhau và ngâm trong nước thải Khi hoạt động, các đĩa này quay chậm, cho phép vi sinh vật bám vào bề mặt và hình thành lớp màng sinh học Quá trình quay của đĩa giúp sinh khối tiếp xúc liên tục với chất hữu cơ trong nước thải và không khí, từ đó hấp thụ oxy và duy trì điều kiện hiếu khí cho sự phát triển của vi sinh vật.
SBR là một loại bể xử lý nước thải tương tự như bể Aeroten, với quy trình xây dựng đơn giản khi nước thải chỉ cần đi qua song chắn rác, bể lắng cát và tách dầu mỡ nếu cần, trước khi được nạp vào bể Ưu điểm nổi bật của bể SBR là khả năng khử hiệu quả các hợp chất Nitơ và Photpho khi được vận hành đúng quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí.
Bể SBR hoạt động theo 5 pha:
Song chắn rác
Chọn loại song chắn có kính thước khe hở b= 0,016m
Song chắn rác làm giảm tiết diện dòng chảy nên phải mở rộng về hai phía của song chắn rác một góc 20 o để tránh hiện tượng chảy rối
Chọn thanh chắn có bề rộng 8 mm
Số khe hở của song chắn rác
- Q: Lưu lượng giây lớn nhất (m 3 /s)
- v: Tốc độ nước chảy qua song chắn rác (0,4 ÷ 0,8m/s) = 0,6 (m/s)
- h: Chiều sâu ngập nước của song chắn rác, h = 0,1 m
Chiều rộng song chắn rác:
Bs= S × ( n - 1) + (b × n) = 0,008 × (10 - 1) + (0.016 × 10) = 0,232 (m) [7] Chọn Bs = 0.3 m trong đó S là bề dày của song chắn chọn S = 0,008
Tổn thất áp lực của song chắn rác:
- vmax : Vận tốc chuyển động của nước thải trước song chắn rác ứng với lưu lượng lớn nhất,v max = 0,6 m/s
- K1: Hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do rác bám ở song chắn rác,
- hs: Tổn thất áp lực (m)
- w: Chiều rộng lớn nhất của thanh chắn (m)
- β: Hệ số phụ thuộc vào hình dạng thanh chắn, β = 2,42
- α: Góc nghiêng của thanh chắn so với thanh ngang
Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác:
- Bs: Chiều rộng của song chắn
- Bk: Chiều rộng mương dẫn, chọn B= 0,2 (m)
- : góc nghiêng chỗ mở rộng, = 20 0
Chiều dài phần mở rộng sau song chắn
Chiều dài xây dựng của mương đặt song chắn rác
Ls là chiều dài phần mương đặt song chắn rác chọn Ls= 1,5 (m)
Chiều sâu xây dựng mương chắn rác
= 0,7 (m) : h: chiều sâu ngập nước của sòn chắn hc là khoảng cách giữa mặt sàn song chắn rác và mực nước cao nhất, chọn hc 0,5 m
Với: song chắn rác đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc α = 60 0
Bảng 4.1 Tóm tắt các thông số thiết kế mương và song chắn
STT Thông số Số lƣợng Đơn vị
8 Chiều dài thanh Lt 80 Mm
Hình 4.1 Hệ thống song chắn rác
Hố thu
Chọn thời gian lưu nước là 30 phút
Chọn chiều cao lớp nước là 2 (m)
Chiều cao bảo vệ là 0,5 m
Lưu lượng nước là 300 m 3 /ngày
Thể tích của hố thu được tính theo công thức:
Tiết diện của hố thu :
Chọn chiều rộng hố thu là B=1,2 m, chiều dài là L=1,8 m
Thể tích thực của hố thu: V= B × L × h = 1,5 × 2 × 2,5= 7,5 m 3
Công suất bơm nước thải:
- Trong đó: g: Gia tốc trọng trường (m/s 2 )
: hiệu suất của bơm, chọn = 0,8
: khối lượng riêng của nước, = 1000 kg/m 3
Cột áp của bơm H= 8-10m H2O chọn H= 8 mH2O
Bảng 4.2 Tóm tắt các thông số thiết kế hố thu
STT Thông số Kích thước Đơn vị
Hình 4.2 Mặt cắt hố thu
Bể điều hòa
Thể tích bể điều hòa
- t: Thời gian lưu nước ở bể điều hòa, chọn t = 4h
- Qtbh: lưu lượng trung bình tính theo giờ
Chọn chiều cao làm việc của bể điều hòa: h = 2m
Chiều cao bảo vệ của bể hbv = 0,5 m
Chiều cao của bể: H = h+ h bv = 2 + 0,5 = 2,5 m
Thể tích thực bể điều hòa: V = L × B × h =7 × 3 × 2,5 = 52,5 m 3
Lưu lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa:
Lưu lượng khí cung cấp cho bể điều hòa là 3,74 m³/h, theo tài liệu của W.Wesley Eckenfelder trong cuốn "Industrial Water Pollution Control" (1989) Hệ thống cung cấp khí được thiết kế bằng ống PVC với vận tốc khí trong ống đạt 10-15 m/s, và chọn vận tốc ống là 10 m/s Đường kính ống dẫn khí chính vào bể điều hòa cần được xác định dựa trên các thông số này.
Tra theo catalogue ống nhựa ta chọn loại ống PVC = 40 mm
Chiều dài ống dẫn khí chính bằng chiều rộng bể (3m) Khí từ ống chính được phân phối theo 3 ống nhánh có đục lỗ dọc theo chiều dài bể (7m)
Lưu lượng khí trong ống nhánh: Đường kính ống nhánh dẫn khí: tra theo catalogue ống nhựa , ta chọn loại ống PVC = 20 mm
Lưu lượng khí qua một lỗ:
- v L : Vận tốc qua lỗ bằng 5-20 m/s, chọn v L m/s
- dL: Đường kính các lỗ 2 – 5 mm, chọn dl = 4 mm = 0,004 m
Số lỗ trên mỗi ống nhánh:
Tính toán máy thổi khí: áp lực cần thiết của máy thổi khí: H m = hl + h = 0,4 + 2 = 2,4 m
Trong đó: hl: tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển thường 0,4m , chọn h l = 0,4 m h: độ sâu ngập nước của ống, chọn h = 2m Áp lực máy thổi khí theo Atmotphe:
Công suất máy nén khí:
- Pm: công suất yêu cầu của máy nén khí
- G: trọng lượng của dòng khí
- R: là hằng số khí R= 8,314 KJ/K.mol o K
- T 1 : Nhiệt độ của không khí đầu vào T 1 = 273 + 25 = 298 o K
- P1: áp suất của không khí đầu vào P 1 = 1atm
- P2: áp suất của không khí đầu ra P 2 = Pm + 1 = 1,24 atm
( K = 1,395 đối với không khí ) e: hiệu suất của máy từ 0,7- 0,8, chọn e = 0,7
Tính toán ống và bơm dẫn nước thải:
Vận tốc chảy trong ống là v =1,5 m/s Đường kính ống dẫn nước thải:
Công suất bơm nước thải:
- Trong đó: g: Gia tốc trọng trường (m/s 2 )
: hiệu suất của bơm, chọn = 0,8
: khối lượng riêng của nước, = 1000 kg/m3
Cột áp của bơm H= 8-10m H2O chọn H= 10 mH2O
Bảng 4.3 Tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa
STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước t giờ 4
Kích thước bể điều hòa
5 Số ống nhánh phân phối khí n ống 3
6 Đường kính ống dẫn khí chính Dc mm 40
7 Đường kính ống dẫn khí nhánh Dnh mm 20
8 Đường kính ống dẫn nước thải D mm 50
9 Đường khí lỗ khí dl mm 4
11 Công suất máy thổi khí Pm kW 0,412
Hàm lượng các chất bẩn còn lại sau khi qua bể điều hòa giảm 5%:
Hình 4.3 Mặt cắt bể điều hòa
NƯỚC VÀO ỐNG NHỰA DẪN
NƯỚC RABÔM KHÍ NEÙN
Hình 4.4 Mặt bằng bể điều hòa
Bể lắng 1
Chọn bể lắng đứng hình tròn
Chiều cao vùng lắng hl = 3 m -
Tải trọng bề mặt Uo = 40 (m 3 /m 2 ngày)
Diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng: Đường kính bể lắng: Đường kính ống trung tâm : dt %D = 0,2 × 3,09 = 0,62 m
Chiều cao ống trung tâm: h = d t × h l = 0,62 × 3= 1,86 m
Tính lại diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng:
Xác định lại tải trọng bề mặt của bể theo Qtb-h
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép [3]
Xác định lại tải trọng bề mặt của bể theo Qmax-h
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép -
Bể lắng có dạng hình trụ dốc 10%, hố thu gom bùn đặt ở chính giữa hình bể và có thể tích nhỏ đường kính lấy bằng 20% đường kính bể
Chiều cao phần chóp đáy bể:
Chiều cao dự trữ trên mặt thoáng hdt= 0,3 m
Chiều cao tổng cộng của bể Hb = hL + h dt = 3+ 0,3 =3,3 m
Thể tích phần công tác của bể:
Thể tích tổng cộng của bể:
Thời gian lưu nước trong bể lắng:
Vận tốc giới hạn trong vùng lắng:
- k; hằng số phụ thuộc vào tính chất cặn, chọn k= 0,06
- d: đường kính tương đương của hạt, chọn d = 10 -4 m
- f: hệ số ma sát phụ thuộc đặc tính bề mặt của hạt, chọn f = 0,025
Vận tốc nước chảy trong vùng lắng ứng với Qmax-h
Để kiểm tra điều kiện thỏa mãn hệ thống thu nước sau lắng, cần đảm bảo rằng v < v h Máng thu nước được bố trí sát thành ngoài bể và ôm theo chu vi bể, trong khi máng răng cưa được gắn chặt vào thành trong bể lắng nhằm điều chỉnh lượng nước tràn vào máng thu.
Tổng chiều dài máng răng cưa:
Tải trọng thủy lực của máng thu:
Xác định hiệu quả khử BOB 5 và SS
- a,b: các hằng số thực nghiệm
Khử cặn lơ lửng SS : a = 0,0075 ; b = 0,014
Lượng bùn khô sinh ra mỗi ngày: G = Rss × SS× Q
Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày:
- G: hàm lượng bùn sinh ra mỗi ngày
- C: hàm lượng chất rắn trong bùn nằm trong khoảng 40-120 g/l = 40-120 kg/m 3
Thông số Kích thước Đơn vị
Chiều cao bể H 3,3 m Đường kính của bể D 3,09 m
Thời gian lưu nước trong bể T 1,98 Giờ
Chiều cao ống trung tâm d t 1,86 m Đường kính ống trung tâm H 0,62 m
Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày V b 1,7 m 3 /ngày
Hình 4.5 Mặt cắt bể lắng 1
Chọn thời gian lưu nước: từ 90 – 120 s, chọn t = 90 s
Chọn chiều cao lớp nước trong bể trộn là h0 = 1,2 m
Chọn chiều cao bảo vệ là h bv = 0,3 m
Chiều cao tổng cộng của bể là H = h0 + hbv = 1,2 + 0,3 =1,5 m
Chọn bể trộn hình vuông với diện tích:
Chiều dài mỗi cạnh là 0,5 m
Vậy thể tích thực của bể V = L × B × H = 0,5×0.5×1,5 = 0,38 m 3
Tính toán thiết bị khuấy trộn
Chọn cánh khuấy turbine làm bằng thép không gỉ, 4 cánh nghiêng góc 45 o Đường kính cánh khuấy:
Cánh khuấy đặt cách đáy: h = 0,25 m
Năng lượng cho cánh khuấy hoạt động:
VÁCH NGĂN MÁNG NỔI TAÁM RAấNG CệA
- G: Gradiant vận tốc, G = 700 S-1(Cấp nước 2, Trịnh Xuân Lai)
Trong đó: là công suất hữu ích của máy, chọn = 80%
Liều lượng phèn dùng trong 1 ngày
- a: Liều lượng phèn PAC dự tính cho vào nước.( Được xác định theo TCXD 33- 2006, chọn a = 90 g/m 3 )
- Q: Lưu lượng nước trung bình giờ
Bảng 4.5 Tóm tắt thông số thiết kế bể trộn
Hình 4.6 Mặt cắt bể trộn
Ong dan nuoc ra Ong dan hoa chat
Bảng 4.6 Tóm tắt thông số thiết kế bể phản ứng xoáy kết hợp với lắng đứng STT
Hình 4.7 Mặt cắt bể phản ứng xoáy kết hợp với lắng đứng
5 : BOD5 = 402,2 mg/l BOD 5 : BOD 5 = 50 mg/l
: 30 o C ộ bùn hoạt tính) Xo = 0 Độ tro của cặn là z = 0,3 (70% là cặn bay hơi)
: X = 3200 mg/l của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) , c
: kd = 0,06 ỐNG DẪN NƯỚC VÀO ỐNG DẪN NƯỚC RA
Hình 4.8 Sơ đồ làm việc của hệ thống Aerotank
Q, Q r , Q x , Q c : Lưu lượng nước đầu vào, lưu lượng bùn tuần hoàn, lưu lượng bùn xả và lưu lượng đầu ra, m 3 /ngày
S0,S: Nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể Aerotank và bể lắng, mg/l
X, X r , X c : Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank, nồng độ bùn tuần hoàn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng 2, mg/l
Chia làm 2 bể, thể tích mỗi bể:
Bảng 4.7 Tóm tắt thông số thiết kế bể Aerotank
STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước t giờ 8,4
5 Đường khính ống dẫn khí chính D mm 125
6 Đường khính ống dẫn khí nhánh Dn mm 60
7 Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn Db mm 60
8 Công suất máy thổi khí Pm kW 6,79
Hình 4.9 Mặt cắt bể Aerotank
Hình 4.10 Mặt bằng bể Aerotank ong dan khi chinh ong dan nuoc ra ong dan bun ong dan nuoc vao
STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
3 Chiều dài máng thu nước L m m 16,34
4 Đường kính máng thu nước D m m 5,2
6 Đường kính ống dẫn bùn dư Dd mm 40
Hình 4.11 Mặt cắt bể lắng 2
STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
4 Lượng clo tiêu thụ m kg/ 0,0375
Hình 4.12 Mặt cắt bể khử trùng
Bể chứa bùn gồm 2 ngăn: ngăn chứa bùn tuần hoàn và ngăn chứa bùn dư
Lượng bùn ở ngăn chứa bùn tuần hoàn: Q = 246,85 m 3 /ngày
Thời gian lưu là 10 phút
Thể tích ngăn chứa bùn tuần hoàn
Ngăn chứa bùn dư bao gồm lượng bùn từ bể lắng 1 (Q1), bể phản ứng xoáy hình trụ kết hợp với lắng đứng (Q2) và lượng bùn dư từ bể aerotank (Q3) Thời gian lưu trong bể chứa bùn là 8 tiếng.
Ong dan nuoc raOng dan nuoc vao
Bảng 4.10 Tóm tắt thông số thiết kể bể khử trùng STT
Hình 4.13 Mặt cắt bể chứa bùn
Q0 , q0 = 0,5 m 3 / m 2 h ong dãn bùn vào ong dãn bùn ra
: Thể tích bể nén bùn
Công suất máy bơm bùn
Qb: Lưu lượng bùn cần xử lý
: Khối lượng riêng của bùn, = 1053kg/m 3
Bảng 4.11 Tóm tắt thông số thiết kế bể nén bùn
Hình 4.14 Mặt cắt bể nén bùn
, máy làm việc 24 giờ/ngày, 7 ngày/tuần :
Ong dan nuoc ra Ong dan bun vao
Bảng 4.12 STT Nhân công Số lượng Mức lương
4 Máy bơm bể điều hòa 0,42 10,08 23184
8 Bơm bùn nên bể nén bùn 0,006 0,144 331
4.4 Chi phí đầu tƣ xây dựng
Bảng 4.16: Chi phí xây dựng các bể
STT Hạng mục công trình Thể tích
4 Bể trộn (thép không gỉ) 0,31 20000000 20.000.000
5 Bể phản ứng xoáy kết hợp với lắng đứng 27,08 2000000 54.160.000
Bảng 4.17 Chi phí trang thiết bị
STT Tên thiết bị Số lƣợng Đơn giá (VND)
2 Máy cấp khí bể điều hoà 1 24.000.000 24.000.000
3 Máy cấp khí bể aerotank 2 25.000.000 50.000.000
7 Máy khuấy bể trộn phèn 1 25.000.000 25.000.000
8 Bơm bùn nên bể nén bùn 1 20.000.000 20.000.000
- Bộ định lượng hóa chất
8 Hệ thống điện, tủ điều khiển 1 30.000.000 30.000.000
9 Hệ thống van, đường ống dẫn, các thiết bị phụ kiện khác 1 100.000.000 100.000.000
Tổng vốn đầu tư cơ bản bao gồm chi phí khấu hao xây dựng 20 năm và chi phí khấu hao máy móc là 10 năm
Nước thải từ sản xuất giấy chứa chủ yếu các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học Vì vậy, việc áp dụng phương pháp xử lý sinh học hiếu khí Aerotank kết hợp với các phương pháp cơ học và hóa lý là lựa chọn tối ưu và hiệu quả nhất.
Trong quá trình thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất giấy với công suất 300 m³/ngày, các công trình đơn vị đã được thiết kế cụ thể nhằm đảm bảo hiệu quả xử lý và tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường.
1 Thông số các công trình của hệ thống xử lý nước thải:
Lưu lượng nước thải trung bình ngày:
Song chắn rác có hình dạng hộp chữ nhật với các kích thước cụ thể: chiều dài mương L là 1,8m, chiều rộng mương B là 0,3m và chiều sâu mương H là 0,7m Sản phẩm này được trang bị 9 thanh chắn rác, mỗi thanh có bề rộng 8mm và kích thước khe là 16mm.
Hố thu: Hình hộp chữ nhật có chiều dài bể L = 2m; chiều rộng bể B 1,5m; chiều sâu bể H = 2,5 m; thể tích hố thu là 6,25 m 3 , thời gian lưu nước là 30 phút
Bể điều hoà: Chiều dài bể L = 7 m; chiều rộng bể B = 3m; chiều sâu bể H
= 2,5 m; thể tích bể là 50 m 3 , thời gian lưu nước là 4 giờ
Bể lắng 1: Hình trụ có đường kính D = 3,09 m; chiều cao bể H = 3,3 m; thể tích là 24,75 m 3 , thời gian lưu nước trong bể là 1,98 giờ
Bể trộn: Hình vuông ,chiều dài bể L = 0,5 m; chiều rộng bể B = 0,5m; chiều sâu bể H = 1,5 m; thể tích bể là 0,31 m 3
Bể phản ứng xoáy hình trụ kết hợp với lắng đứng: đường kính bể phản ứng D = 1,52 m; đường kính bể lắng D = 2,63 m; thể tích bể là 27,08m 3
Bể Aeroten: Chiều dài bể L = 7 m; chiều rộng bể B = 4 m; chiều sâu bể H
= 4,5 m; thể tích bể là 105,08 m 3 , thời gian lưu nước là 8,4 giờ
Bể lắng 2: Hình trụ tròn có chiều cao bể H = 3,5 m; đường kính bể D 6,5 m; thể tích bể là 98,34 m 3
Bể khử trùng: Hình hộp chữ nhật có chiều dài bể L = 4 m; chiều rộng bể
B = 2m; chiều sâu bể H = 1 m; thể tích bể là 6,25 m 3 , thời gian lưu là 30 phút
Bể chứa bùn: ngăn chứa bùn tuần hoàn có chiều dài bể L = 2 m; chiều rộng bể B = 1m; chiều sâu bể H = 1 m; thể tích bể = 1,7 m 3
Ngăn chứa bùn dư có chiều dài L = 2 m: chiều rộng bể là 1 m: thể tích Vt
Bể nén bùn: đường kính bể D = 0,9 m; chiều cao bể H = 4,1 m;
Nước thải sinh hoạt tại khu chung cu sau khi qua hệ thống xử lý đạt QCVN12:2008 cột B với các thông số đầu ra: COD = 200 (mg/l)
2 Chi phí quản lý và vận hành hệ thống nước thải là: 3104 VND/m 3
Chi phí hợp lý là yếu tố quan trọng giúp các nhà đầu tư quản lý giải quyết vấn đề xử lý nước thải trong ngành sản xuất giấy, từ đó đóng góp vào bảo vệ môi trường và hướng tới phát triển bền vững Để đảm bảo hiệu suất của công trình, cần thực hiện một số kiến nghị cụ thể.
- Hệ thống các công trình xử lý nước thải phải được thường xuyên giám sát vận hành và khắc phục sự cố kịp thời
- Máy móc, thiết bị phải được bảo dưỡng định kì
- Nâng cao ý thức trách nhiệm làm việc của cán bộ, công nhân viên