Đồ án Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải giấy công xuất 1000m3/ngày đêm

Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 1 LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam đang trong giai đoạn đổi mới, nền kinh tế chuyển mình phát triển mạnh mẽ. Các ngành công nghiệp, các đơn vị sản xuất tranh đua phát triển, mở rộng sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về mọi mặt của con người. Cũng như các ngành công nghiệp khác, ngành giấy đang phát triển không ngừng, nhu cầu về giấy hiện nay là rất lớn với chủng loại sản phẩm ngày càng đa dạng. Thế nhưng đó cũng là nguyên nhân của việc lượng nước thải cũng như chất thải khác gia tăng đe dọa ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và cần được kiểm soát. Phương pháp xử lý sinh học được ứng dụng rộng rãi từ hơn 100 năm nay, đến bây giờ, nó đã có mặt trong hầu hết các công trình xử lý nước thải và trong tương lai nó vẫn còn phát triển mạnh mẽ với nhiều công trình ứng dụng. Đồ án môn học xử lý chất thải mà em thực hiện nhằm nghiên cứu áp dụng, tính toán thiết kế công trình xử lý sinh học cho nước thải xeo giấy. Trong quá trình thực hiện đồ án, mặc dù có cố gắng nhưng vẫn còn những một số lỗi, nên em cũng mong muốn được thầy cô góp ý, chỉnh sửa và giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ của môn học. TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO MO ITR UO NG XA NH .IN FO Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 2 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG I. Đặt vấn đề Công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Công nghiệp giấy phát triển cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội, nhu cầu về các sản phẩm giấy ngày càng tăng, thu hút nhiều lao động tham gia cũng như kéo theo sự phát triển của một số ngành liên quan như : lâm nghiệp, xuất nhập khẩu, vận tải, . . .; chính vì vậy ngành công nghiệp này không thể thiếu được trong đời sống của người dân. Công nghiệp sản xuất giấy ra đời vừa đáp ứng được nhu cầu trong nước vừa giải quyết việc làm cho một bộ phận đáng kể nhân dân. Giấy đáp ứng các nhu cầu bức thiết trong cuộc sống con người để phục vụ nhiều mục đích khác nhau như: giấy viết, giấy in, giấy bao bì, vàng mã, sinh hoạt…Bột giấy được sản xuất từ nguyên liệu chủ yếu là gỗ, tre, nứa, lồ ồ, giấy tái sinh,…Tuy nhiên, nếu lượng nước thải do ngành công nghiệp này thải ra mà không qua xử lý sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường nước. Độc tính của các dòng nước thải từ các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy là do sự hiện diện một hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây bao gồm : nhựa cây, các axit béo, lignin … và một số sản phẩm phân hủy của lignin đã bị clo hóa có trọng lượng phân tử thấp. Nồng độ của một số chất từ dịch chiết có khả năng gây ức chế đối với cá. Khi xả trực tiếp nguồn nước thải này ra kênh rạch sẽ hình thành từng mảng giấy nổi lên trên mặt nước, làm cho nước có độ màu khá cao và hàm lượng DO trong nước hầu như bằng không. Điều này không những ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của sinh vật nước mà còn gián tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân trong khu vực. Hiện nay có khoảng 90 nhà máy giấy đang hoạt động trong cả nước, sản lượng giấy các tỉnh phía nam gần 90000 tấn / năm, trong đó Thành phố Hồ Chí Minh chiếm hơn 12000 tấn / năm. Tổng sản lượng bột giấy ở miền nam đạt đến 92500 tấn / năm, trong đó Thành phố Hồ Chí Minh chiếm hơn 18000 tấn / năm. Nước thải của nghành công nghiệp giấy có hàm lượng COD khá cao 22000 – 46500 mg/l, BOD chiếm từ 40 – 60 % COD phần lớn được gây ra từ những chất hữu cơ không Lignin. Ngoài các chỉ tiêu ô nhiễm của nước thải dịch đen đã được đề cập thì nước thải của xeo giấy có tỉ lệ COD, BOD, Lignin không cao bằng nước thải dịch đen nhưng các chỉ tiêu này cũng vượt quá giới hạn cho phép, do đó cần xử lý trước khi xả vào nguồn tiếp nhận là một điều tất yếu. TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO MO ITR UO NG XA NH .IN FO Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 3 II. Nhiệm vụ của đồ án ü Tìm hiểu nguồn gốc, tính chất đặc trưng, khả năng gây ô nhiễm của nước thải sản xuất giấy và bột giấy. ü Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy ü Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp ü Tính toán thiết kế công trình xử lý TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO MO ITR UO NG XA NH .IN FO Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 4 CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY Công nghệ sản xuất giấy có thể chia làm 2 giai đoạn : sản xuất bột giấy và xeo giấy. Sở dĩ có thể chia ra như vậy vì : _ Nguyên liệu của giai đoạn xeo giấy là bột giấy _ Bột giấy được sản xuất từ những nguyên liệu thô như tre, nứa, gỗ ,. . .. Thành phẩm của giai đoạn này là bột giấy, bột giấy có thể được chuyển sang giai đoạn xeo hoặc làm sản phẩm bán ra thị trường _ Thành phần và nồng độ chất thải từ quá trình sản xuất bột giấy lớn hơn rất nhiều so với giai đoạn xeo giấy I. Giai đoạn sản xuất bột giấy 1. Nguyên liệu Các tế bào thực vật, đặc biệt là tế bào gỗ, chứa rất nhiều sợi cellulose, là nguyên liệu thô chính cho công nghệ sản xuất giấy và bột giấy. Sợi cellulose chủ yếu được cung cấp từ các nguồn sau: · Các loại gỗ : Bạch đàn, bồ đề, mỡ, keo,… · Các thực vật ngoài gỗ : Tre, nứa, bã mía, rơm rạ,… · Các vật liệu tái sinh : Vải vụn, giấy vụn, giấy đã sử dụng,… Trong đó, gỗ là nguồn cung cấp sợi quan trọng nhất. Thành phần hóa học cơ bản của gỗ bao gồm: v Cellulose Cellulose là một carbohydrate, do nhiều phân tử đường glucose tạo thành nên còn được gọi là polysaccharide. Công thức hóa học của cellulose là (C6H10O5)n, trong đó n thay đổi tùy theo loại gỗ. Thông thường các sợi cellulose dùng trong sản xuất giấy có giá trị n nằm trong khoảng 600 – 1500. v Hemicellulose Các chuỗi cellulose dạng dài được gọi là alpha cellulose. Các chuỗi cellulose ngắn hơn thường được gọi chung là hemicellulose. TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO MO ITR UO NG XA NH .IN FO Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 5 Một số hemicellulose liên kết với các cellulose, số còn lại chủ yếu là liên kết với lignin. Thông thường, hemicellulose dễ bị phân hủy và hòa tan hơn cellulose nên hàm lượng của chúng trong bột giấy luôn thấp hơn trong gỗ. v Lignin Là hợp chất cao phân tử không có hình dạng xác định. Lignin đóng vai trò là cầu nối các sợi gỗ với nhau. Về cấu tạo hóa học, lignin là một polymer thơm bao gồm các đơn vị phenyl propane liên kết với nhau trong không gian 03 chiều. v Extractive Trong các sợi gỗ còn có chứa một số chất khác như acid béo, nhựa cây, phenol, rượu, protein,…Hầu hết các chất này tan trong nước và được gọi chung là extractive. Ngành công nghiệp sản xuất giấy còn sử dụng một lượng lớn hóa chất ở các công đoạn nấu, tẩy, xeo,… như các chất oxi hóa để khử lignin (Clo, hypoclorit, peroxit…), ngoài ra còn có đá vôi, xút, cao lanh, nhựa thông, các chất kết dính tự nhiên và tổng hợp. TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO MO ITR UO NG XA NH .IN FO Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 6 2. Qui trình công nghệ sản xuất bột giấy Bột giấy thành phẩm Nguyên liệu thô (lồ ô, dăm, đũa) Chặt, băm nhỏ thành dăm Tách nước Khuấy trộn, rửa Nghiền nhão Rửa Nấu Nước thải rửa nấu Nước, NaOH Dịch đen Nước, bột giấy Nước Nước Nước thải Nước thải rửa Các dòng nước vào và ra trong công nghệ sản xuất bột giấy TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO MO ITR UO NG XA NH .IN FO Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 7 * Nghiền bột a. Nghiền bột từ sợi tái chế Máy nghiền bột cơ học được sử dụng để nghiền giấy, trộn nước và chuyển hóa thành một hỗn hợp đồng nhất, có thể bơm như nước. Các chất nhiễm bẩn nặng như cát, sỏi,… được thải bỏ khi chảy lơ lửng trong hệ thống máng. Tại đây các chất nặng sẽ lắng xuống và lấy ra khỏi hệ thống theo định kì. Sợi được phân loại riêng dưới dạng huyền phù nhẹ, sau đó được chảy qua một loạt các sàng lọc có lớp tấm đục lỗ. Ở đây các chất nhiễm bẩn nhẹ hơn, nhưng lớn hơn sợi sẽ bị loại ra. Trong một số qui trình công nghệ cần phải có sản phẩm thật sạch, thì phải có một loạt các cyclon làm sạch đặt sau các sàng lọc. Ở công đoạn này, phải sử dụng một máy lọc tinh cơ học hoặc khử mảnh vụn nhằm đảm bảo sao cho các sợi tách rời nhau và có thể tạo ra đủ độ bền liên kết giữa các sợi trong giấy. Cách sản xuất này rất phù hợp trong việc sản xuất các loại bao gói. b.Nghiền bột cơ học Trong nghiền bột cơ học, các sợi chủ yếu bị tách rời nhau do lực cơ học trong máy nghiền hoặc trong thiết bị tinh chế. Qui trình công nghệ nguyên thủy là gia công gỗ tròn bằng đá – gỗ được ép bằng đá nghiền quay tròn. Công nghệ này làm ra loại bột giấy có độ dai tương đối thấp. Ở các máy tinh chế TMP (Thermal Mechanical Pulping) và các máy nghiền áp lực cách xử lý cơ học được tiến hành ở áp lực và nhiệt độ cao, do vậy bột giấy có các thuộc tính độ dai tốt hơn bột giấy cơ học truyền thống. c. Nghiền bột hóa học và bán hóa học Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu sợi được xử lý với hóa chất ở nhiệt độ và áp lực cao (nấu). Mục đích của quá trình xử lý này là nhằm hòa tan hoặc làm mềm thành phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nhau, đồng thời lại gây ra sự phá hủy càng ít càng tốt đối với thành phần cellulose (tăng độ dai của sợi). Cách xử lý này được tiến hành trong nồi áp suất (nồi nấu), có thể vận hành theo chế độ liên tục hoặc theo từng mẻ. * Sau khi chưng nấu, hóa chất chuẩn bị cho quá trình tạo bột giấy được chuyển vào và đóng nắp lại. Ở đó những chất lỏng màu đen (nước thải dịch đen) sẽ xả bỏ bởi những ống tháo nước. Bột giấy được cô cạn sau đó rửa, nước rửa này có thể xả bỏ, tái sử dụng hay cho quay trở lại quá trình phân tách tái tạo ban đầu. Trong quá trình rửa bột giấy, do đi qua các máy lọc sạch nên những mác gỗ và các chất không bị phân hủy sẽ bị loại bỏ. Sau đó được dẫn vào bộ phận khử nước bao gồm một lưới chắn hình trụ (gọi là lưới gạn bột giấy) xoay quanh đường dẫn bột giấy vào. Sau khi khử nước hỗn hợp được chuyển sang bể tẩy trắng , ở đây hỗn hợp được xáo trộn TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO MO ITR UO NG XA NH .IN FO Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 8 trong nước ấm hòa tan dung dịch canxi hypochlorite Ca(OCl)2 hay hydrogen peroxide. Sản phẩm sau quá trình này là sản phẩm bột giấy có thể bán hay tái tạo trong công nghiệp làm giấy. II. Giai đoạn làm giấy Quá trình làm giấy bao gồm trước tiên là chọn lựa sự xáo trộn thích hợp của bột giấy (gỗ, vải cũ, cây lanh, sợi đay, rơm, báo cũ, . . .). Hỗn hợp bột giấy bị phân huỷ và xáo trộn trong máy nhào trộn hay những loại thiết bị nhồi với thuốc nhuộm, để chất lượng sản phẩm giấy sau cùng đạt chất lượng tốt, người ta cho hồ vào để lắp đầy những lỗ rỗng do bột khí có trong bột giấy. Bột giấy được tinh chế trong phễu hình nõn lõm cố định, bên trong và bên ngoài mặt hình Thành phẩm Cắt cuộn Xeo giấy Cán ép (tạo hình giấy) Phối liệu Lắng lọc Nghiền tinh Hòa trộn Nguyên liệu thô (Giấy vụn, bột giấy) Nước thải Nước Phèn, nhựa thông, màu Các dòng nước vào và ra của công đoạn làm giấy TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO MO ITR UO NG XA NH .IN FO Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 9 nón gắn những con dao cùn, máy có tốc độ quay điều chỉnh được với mục đích xáo trộn và điều chỉnh đồng dạng quá trình làm giấy. Cuối cùng bột giấy được lọc qua lưới chắn để loại bỏ những dạng vón cục và những bùn tạo vết làm giảm chất lượng của giấy. Kế tiếp bột giấy được chuyển qua những dây đai của những lưới chắn và mang vào máy cán. Nước loại bỏ trong giai đoạn này là nước thải xeo, do màu của nước nên người ta còn gọi là nước thải dòng trắng. Khuôn in giấy bao gồm những máy cán sau: máy cán gạn lọc để loại bỏ những giấy không chất lượng, cán hút để loại bỏ nước, ép và cán khô khử phần nước còn lại trước khi cho ra giấy, và cuối cùng là cán hoàn tất để định hình cuối cùng là sản phẩm giấy. Sản phẩm cuối cùng này dùng với nhiều mục đích như giấy in, báo, giấy gói, giấy viết, giấy thấm, giấy gói thực phẩm không thấm, . . . III. Các loại nước thải _ Dòng thải rửa nguyên liệu bao gồm chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bảo vệ thực vật, vỏ cây, . . . _ Dòng thải của quá trình nấu và rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan, các hóa chất nấu và một phần xơ sợi. Dòng thải có màu tối nên thường được gọi là dịch đen. Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25 đến 35 %, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ 70:30. _ Thành phần hữu cơ chủ yếu là trong dịch đen lignin hòa tan vào dịch kiềm (30 đến 35% khối lượng chất khô), ngoài ra là những sản phẩm phân hủy hydratcacbon, axit hữu cơ. Thành phần hữu cơ bao gồm những chất nấu, một phần nhỏ là NaOH, Na2S, Na2SO4, Na2CO3 còn phần nhiều là kiềm natrisunfat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm. Ở những nhà máy lớn, dòng thải này được xử lý để thu hồi tái sinh sử dụng lại kiềm bằng phương pháp cô đặc – đốt cháy các chất hữu cơ – xút hóa. Đối với những nhà máy nhỏ thường không có hệ thống thu hồi dịch đen, dòng thải này được thải thẳng cùng các dòng thải khác của nhà máy, gây tác động xấu tới môi trường. _ Dòng thải từ công đoạn tẩy của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học và bán hóa chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thànhcủa những chất đó với chất tẩy ở dạng độc hại, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thẻ sống như các hợp chất clo hữu cơ, làm tăng AOX trong nước thải. Dòng này có độ màu, giá trị BOD5 và COD cao. _ Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh. _ Dòng thải từ các khâu rửa thiết bị, rửa sàn, dòng chảy tràn có hàm lượng các chất lơ lửng và các hóa chất rơi vãi. Dòng này không liên tục. _ Nước ngưng của quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý thu hồi hóa chất từ dịch đen. Mức độ ô nhiễm của nước ngưng phụ thuộc vào loại gỗ, công nghệ sản xuất. _ Nước thải sinh hoạt. IV. Nước thải từ công nghệ xeo giấy Dòng thải từ công nghệ xeo giấy chứa chủ yếu bột giấy và các chất phụ gia, gọi là nước trắng. Nước này được tách ra từ các bộ phận của máy xeo giấy như khử nước, ép giấy. Phần lớn TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO MO ITR UO NG XA NH .IN FO Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 10 dòng thải này được sử dụng trực tiếp cho giai đoạn tạo hình giấy hay cho công đoạn chuẩn bị nguyên liệu vào máy xeo hoặc có thể gián tiếp sau khi nước thải được qua bể lắng để thu hồi giấy và xơ sợi. Nước thải công đoạn này đôi khi có thể chiếm tới 90% lưu lượng tổng cộng của nhà máy nhưng tương đối sạch nồng độ chất nhiễm bẩn không cao, BOD trung bình, độ màu thấp, pH gần trung tính, không chứa lignin, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, chủ yếu là do bột giấy và chất độn thất thoát. Lượng chất rắn này có thể dễ dàng thu hồi bằng các phương pháp lắng. * Thành phần và tính chất nước thải công đoạn xeo giấy Thông số Đầu vào Mức độ xử lý (TCVN 5945 : 1995, loại B) PH 6.3 – 7.2 6.0 – 8.5 BOD5 tổng, mg/L 500 £ 50 COD, mg/L 1100 £ 100 SS, mg/L 653 £ 100 Độ màu, Pt – Co 450 N – NH3, mg/L 1.15 £ 35 P – PO43-, mg/L 1.21 £ 4 CHƯƠNG 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP TAI LIEU CHI MANG TINH CHAT THAM KHAO MO ITR UO NG XA NH .IN FO Thii ếá á tt kếá á bểå å Aerr ott ank xửû û ll ýù ù nướù ù cc tt hảû û ii xeo gii ấá á y cc ôâ âng ss uấá á tt 1000 m33 // ngàø ø y đêâ âm SVTH : Nguyễn Đức Ban 11 I. Xử lý cơ học Xử lý cơ học nhằm mục đích - Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơ lửng có kích thước lớn (rác, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải. - Loại bỏ cặn nặng như sỏi, cát, mảnh kim loại, thủy tinh… - Điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. - Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hoá lý và sinh học . 1. Song chắn rác Song chắn rác thường được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn. Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn. Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25