Xử lý nước thải nhà máy giấy

Các hóa chất được sử dụng là hydroxit natri, sulfit natri, clo,hypoclorit, dioxit clo, clorat, dioxit sulfua, ozon, oxi...Để tẩy trắng 1 tấn bột giấy trungbình cần 100kg clo và hợp chất

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Các hoạt động kinh tế xã hội không ngừng phát triển đang diễn ra trên khắp thếgiới Các hoạt động này một mặt làm cải thiện chất lượng cuộc sống, nhưng mặt kháclại đang tạo ra hàng loạt sự khan hiếm, cạn kiệt, suy thoái nguồn tài nguyên thiênnhiên, gây ô nhiễm môi trường trên khắp thế giới

Vì vậy bảo vệ môi trường là vấn đề toàn cầu, là quốc sách của hầu hết các quốcgia trên thế giới

Việt Nam đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Nước ta

đã có những bước đột phá rất lớn, được đánh dấu bằng việc gia nhập WTO, và các hiệpđịnh thương mại song phương với nhiều quốc gia trên thế giới

Trong xu thế phát triển chung đó, ngành công nghiệp giấy cũng không ngừngphát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đặc thù của ngành sản xuấtgiấy là sử dụng một lượng nước rất lớn và do đó lượng nước thải ra cũng rất lớn vớihàm lượng chất ô nhiễm cao

Vì vậy một vấn đề cấp thiết đặt ra cho các nhà quản lý môi trường là phải xử lýnước thải ngành công nghiệp sản xuất giấy trước khi thải bỏ ra môi trường

Với tư cách là một Kĩ sư môi trường trong tương lai, việc thiết kế hệ thống xử lýdịch đen của nhà máy sản xuất bột giấy là một việc làm cần thiết

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH GIẤY

I.1 Sự phát triển của giấy

Giấy gắn liền với nền văn minh của nhân loại Các khám phá về khảo cổ ở TrungHoa dựa trên phép tính tuổi bằng carbon phóng xạ đã chứng minh rằng giấy ra đời từhơn hai thế kỷ trước ở Trung Quốc Từ đó phương thức làm giấy được truyền đi khắpthế giới

Và nhất là đến năm 1450 ngành báo chí và máy in ra đời thì giấy trở thành một vậtkhông thể thiếu đối với văn minh nhân loại Người ta dùng giấy để ghi lại truyền thống,lịch sử, tín ngưỡng và nhất là truyền thông tin Không chỉ dừng lại ở đó, ngày nay giấy

đã có mặt trong tất cả các lĩnh vực của đời sống

I.2 Tình hình sản xuất giấy tại Việt Nam và trên thế giới

I.2.1 Tình hình sản xuất giấy tại Việt Nam

Ngành giấy Việt Nam có những bước phát triển mạnh mẽ Trong 20 năm qua, nănglực sản xuất ngành giấy được tăng lên gấp đôi, từ 100.000 tấn/năm lên gần 1 triệutấn/năm Mức tiêu thụ giấy bình quân đầu người của Việt Nam năm 2000 là8kg/người/năm, năm 2004 đã là 13kg/người/năm Tuy nhiên quy mô các doanh nghiệpcòn nhỏ nên chất lượng sản phẩm còn thấp, giá thành cao Hiện nay các nhà máy giấy

ở Việt Nam chỉ đáp ứng được khoảng trên 50% nhu cầu trong nước, còn gần 50% phảinhập khẩu (Tổng công ty giấy Việt Nam, 2004)

Hiện cả nước có trên 300 nhà máy sản xuất giấy và bột giấy (Tổng công ty giấyViệt Nam, 2006) Các doanh nghiệp sản xuất giấy phân bố ở cả 3 miền Bắc, Trung,Nam Miền Bắc có nhiều doanh nghiệp lớn như: Nhà máy giấy Bãi Bằng, Việt Trì, HảiPhòng và có làng nghề truyền thống lâu đời Phong Khê (Bắc Ninh), nơi tập trung củahơn 130 doanh nghiệp sản xuất giấy Khu vực miền Trung có Nhà máy giấy Tân Bình.Khu vực miền Nam có các Nhà máy giấy Tân Mai, Đồng Nai, Long An Ngoài ra, mỗitỉnh trong cả nước đều có các cơ sở sản xuất giấy thuộc khu vực kinh tế tư nhân Toàntổng công ty hiện mới có 3 đơn vị sản xuất giấy đứng đầu cả nước về công nghệ vànăng lực sản xuất giấy là giấy Bãi Bằng, giấy Tân Mai và giấy Việt Trì nhưng mỗi năm

cũng chỉ sản xuất được từ 56 nghìn đến 110 nghìn tấn giấy các loại, còn các cơ sở khácquy mô nhỏ hơn với thiết bị cũ và công nghệ lạc hậu nên sản lượng không đáng kể Do

đó khả năng cạnh tranh của bột giấy và giấy Việt Nam trên thị trường thế giới khôngcao

Hiện nay, khó khăn lớn nhất của ngành sản xuất giấy nước ta là mất cân đốinghiêm trọng giữa khâu sản xuất bột giấy và sản xuất giấy Năng lực sản xuất bột giấymới chỉ đáp ứng được 1/2 nhu cầu sản xuất giấy Do đó, ngành công nghiệp giấy luônphải phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và giá cả bột giấy

Không tránh khỏi tác động của cuộc đại suy thoái kinh tế, sản xuất giấy trong nướcđang rơi vào tình cảnh “ngồi trên đống lửa” Giấy và bột giấy nước ngoài giá rẻ đượccác doanh nghiệp nhập vào ồ ạt đẫn đến sản xuất trong nước giảm, lượng giấy tồn khotăng, tỷ lệ thất nghiệp tăng

Hình I.1 Sản xuất giấy 6 tháng cuối năm 2008 [12]

Dự kiến, năm 2009 sản xuất giấy trong nước tiếp tục giảm sút, nhập khẩu giấy sẽlấn át sản xuất trong nước Đặc biệt là giấy in báo từ nay cho đến năm 2012 dựa chủyếu vào nguồn nhập khẩu

I.2.2 Tình hình sản xuất giấy trên thế giới

Đáp ứng nhu cầu đang tăng lên của thị trường, tính từ năm 2001 – 2005 đã cókhoảng 24 triệu tấn công suất sản xuất giấy mới được lắp đặt trên toàn thế giới, trong

đó khoảng 51% lắp đặt tại Trung Quốc

Tổng lượng sản xuất bột giấy toàn cầu năm 2007 đạt trên 200,536 triệu tấn tăng3.67% so với 2006 cụ thể như sau:

Bảng I.1 Sản xuất bột giấy thế giới năm 2006 và 2007 [12]

Tuy nhiên từ năm 2007 nền kinh tế thế giới bắt đầu rơi vào khủng hoảng nênngành giấy cũng không tránh khỏi vòng xoáy đó Giá giấy các loại trên thế giới giảmmạnh Nhiều nhà máy giấy ở các nước sản xuất giấy lớn nhất thế giới như Trungquốc,Mỹ, Canada phải đóng cửa Lượng giấy tồn kho không ngừng tăng càng đẩy giágiấy xuống thấp

Số liệu tồn kho của Europulp bao gồm các nước: Hà Lan, Bỉ, Pháp, Anh Quốc,Đức, Thuỵ Sĩ, Italia và Tây Ban Nha:

Bảng I.2 Lượng tồn kho bột giấy Châu Âu năm 2007 và 2008 [12]

Tồn kho bột giấy Châu Âu (Đvt: Tấn)

Dự báo nhu cầu bột toàn cầu sẽ tăng trung bình 3%/năm từ nay đến 2012

I.2.3 Giải pháp của Hiệp hội

Về môi trường:

Hội đề nghị các chỉ số về môi trường như sau:

Bảng I.3 Các thông số của nước thải sản xuất giấy sau xử lý [12]

b Giải pháp lâu dài

• Mở rộng các cơ sở sản xuất chủ lực của ngành, đầu tư công nghệ tiên tiến nhằmtăng năng suất lao động; tiết kiệm nguyên nhiên liệu, năng lượng, thân thiện vớimôi trường giúp nâng cao thế cạnh tranh của giấy Việt nam

• Cải tạo các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ với máy móc móc cũ và gây ô nhiễm môitrường

• Việc xây dựng các cơ sở sản xuất giấy phải được nghiên cứu, đánh giá kỹ về địađiểm, đặc điểm vùng nguyên liệu, nhu cầu thị trường, điều kiện cơ sở hạ tầng vàkhả năng huy động vốn đầu tư

• Tranh thủ vốn đầu tư nước ngoài một cách hợp lý, đảm bảo vai trò chủ đạo củacác doanh nghiệp trong nước, nhất là các doanh nghiệp nhà nước

• Khuyến khích trồng rừng nguyên liệu

CHƯƠNG II

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY

VÀ CÁC DÒNG THẢI

II.1 Nguyên, nhiên liệu sản xuất giấy

II.1.1 Nguyên liệu sản xuất giấy

Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất giấy là ba nguồn sợi chính: gỗ, các loại thực vậtphi gỗ (đay, gai, tre, nứa, rơm rạ, bã mía ) và sợi tái sinh (giấy, vải cotton cũ) Trong

đó gỗ là nguồn nguyên liệu chủ yếu chiếm 60% sản lượng giấy thế giới Còn tại cácnước đang phát triển sợi giấy tái sinh chiếm 40% lượng cung cấp, tuy nhiên sợi tái chếthường sản xuất các sản phẩm không đòi hỏi chất lượng cao như giấy báo, bìa cactong

và sau 5-7 lần tái sử dụng sợi giấy sẽ ngắn đi và không tái chế được nữa

Bảng II.1 Sản lượng sợi giấy năm 1991 và con số ước đoán cho năm 2010 (triệu tấn)

Nguồn: Ngành giấy tiến tới năm 2010, FAO, Rome 1994.

Để sản xuất 1 tấn bột giấy trung bình cần 1,5-3 tấn nguyên liệu khô tuyệt đối hay3-6 tấn nguyên liệu có độ ẩm 50%

Sợi sản xuất bột giấy được làm từ gỗ cứng và gỗ mềm Gỗ mềm như thông, vânsam; gỗ cứng như sồi, bạch dương Cả gỗ mềm và gỗ cứng đều phải chứa hàm lượng

Cenllulose khoảng 40% Cellulose là hợp chất cao phân tử với các phân tử đơn vị làglucose Bên cạnh Cellulose trong gỗ còn có hemi-cellulose, lignin và các chất chiết.Hemi-cellulose là chất tổng hợp cacbonhydrat với cấu trúc thành phần chỉ chứaglucose Cả gỗ cứng và gỗ mềm đều chứa 30-35% hemi-cellulose phụ thuộc vào từngloại cây Hemi-cellulose không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ và bịphân hủy trong dung dịch kiềm hay axit loãng khi đun sôi.

Lignin trong nguyên liệu gỗ thường cao hơn nguyên liệu phi gỗ Trong nguyên liệuphi gỗ, lignin thường nhỏ hơn 20% ( trừ tre nứa là 20-30%) Gỗ mềm chứa gần 30%lignin Gỗ cứng thường chứa 20-25% lignin Các chất chiết bao gồm axit béo, nhựaaxit, các hợp chất thơm và các loại alcol Hầu hết các chất này đều tan trong dung môihữu cơ

Thành phần tro trong nguyên liệu cũng đóng vai trò quan trọng bởi nó ảnh hưởngtới sự tạo thành các tạp chất (silic, kim loại ) trong hệ thống thu hồi, điều này quyếtđịnh khả năng khép kín hệ thống và cho phép giảm được tác động môi trường của nhàmáy

Bảng II.2 Thành phần hóa học của một số loài gỗ tính theo % khối lượng khô tuyệt

II.1.2 Nhu cầu nước, hóa chất, năng lượng

- Sản xuất giấy là một trong những ngành sử dụng nhiều nước nhất (tính theo mộttấn thành phẩm) Nước được sử dụng trong các công đoạn:

o Rửa nguyên liệu

o Nấu

o Tẩy

o Sản xuất hơi nước

Tùy theo công nghệ và sản phẩm mà lượng nước tiêu thụ dao động từ 100-500

m3/tấn sản phẩm Tuy nhiên một lượng lớn nước có thể tuần hoàn để tái sử dụng

- Sản xuất giấy cũng sử dụng một lượng hóa chất lớn nhiều nhất là trong quá trìnhnấu bột và tẩy trắng bột Các hóa chất được sử dụng là hydroxit natri, sulfit natri, clo,hypoclorit, dioxit clo, clorat, dioxit sulfua, ozon, oxi Để tẩy trắng 1 tấn bột giấy trungbình cần 100kg clo và hợp chất của nó (trong đó có khoảng 50% clo nguyên tử)

Ngoài ra để nâng cao đặc tính của giấy, giảm giá thành sản phẩm, đáp ứng khảnăng đa dạng của giấy trong mọi lĩnh vực sử dụng, trong quá trình sản xuất người tacòn cho thêm vào nguyên liệu các chất phụ liệu như các nhóm keo, nhóm chất độn,nhóm màu và các phụ gia khác

- Nhiên liệu trong sản xuất giấy bao gồm điện năng và nhiệt năng

• Nhiệt năng sử dụng cho các mục đích sau:

o Đun nóng nước, gỗ, bột giấy, không khí và các hóa chất tới nhiệt độ chếbiến

o Làm bay hơi nước

o Bù lại nhiệt đã mất ra môi trường xung quanh

o Dùng để sản xuất điện

• Điện được sử dụng cho các công việc sau:

o Vận hành quạt, bơm, vít tải, băng chuyền

o Chạy bơm chân không và máy nén khí

o Các máy móc điều khiển

o Lọc và nghiền bột giấy

o Máy đánh bột giấy

o Sấy khô giấy

Bảng II.3: Nước, năng lượng, hóa chất dùng trong quá trình tạo bột và làm giấy [11]

Các quá trình

Năng lượng

Hóa chất(kg/tấn)

Nước(m3/tấn)

Điện(kWh/tấn)

Xeo giấy 500 – 1.200 4 – 10 10 15

II.2 Quy trình công nghệ sản xuất giấy

II.2.1 Sơ đồ công nghệ

Hình II.1 : Sơ đồ công nghệ kèm theo dòng thải quá trình sản xuất giấy

NấuNaOH, nước

Khí (hơi kiềm, hơi hợp chất hữu cơ)

Dịch đen Rửa

Tẩy

Clo, hợp

chất clo

Clo, hợp chất cloDịch thải (NaOH dư, Hypocloro, hợp chất

Hình II.2: Sơ đồ sản xuất giấy theo phương pháp cơ học kèm dòng thải

Xeo

Sả Sản phẩm

Chuẩn bị

nguyên liệu

Nước rửa (đất, cát)

Nước rửa chứa

Nước thải

Nước

Sàng áp

lực

Hình II.3 Sơ đồ công nghệ kèm theo dòng thải của phương pháp sản xuất bột sunfat

Nguyên liệu (gỗ, tre, nứa)

Chuẩn bị nguyên liệuNấu

Rửa

Nghiền, sàng, lọc

II.2.2 Các công đoạn trong sản xuất giấy

II.2.2.1 Nguyên liệu và chuẩn bị nguyên liệu

a Những chỉ tiêu kỹ thuật của nguyên liệu để sản xuất bột giấy

Thành phần hóa học của nguyên liệu: Nguyên liệu khô tuyệt đối, hàm lượngCellulose tối thiểu đạt 35% Lignin, hemicellulose và các thành phần khác như đường,tinh bột càng thấp càng tốt

Cấu trúc mạng lưới của nguyên liệu phải không quá bền để hóa chất thẩm thấu dễdàng vào nguyên liệu và phản ứng hóa học xảy ra đều tại mọi điểm của nguyên liệu

b Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu được đưa về nhà máy và các quy trình chuẩn bị như sau:

Hình II.4 Quá trình chuẩn bị nguyên liệu [1]

Với nguyên liệu thô là bã mía chỉ cần khử tủy rồi đưa vào nấu Công đoạn chuẩn bịnguyên liệu thường được làm bằng tay.

Phóng bột

Rửa bột

Bể chứa

Tẩy trắng

nóng

Hình II.5 Quy trình sản xuất bột theo phương pháp hóa học [1]

a Các phương pháp chủ yếu để sản xuất bột bao gồm

Ưu điểm: Hiệu suất cao tới 95%, giấy làm từ bột này có tính năng in tốt

Nhược điểm: Bột có xơ sợi ngắn và không đều, giấy dễ bị biến vàng

• Phương pháp bán hóa

Công nghệ bán hóa kết hợp cả cơ học và hóa học, bao gồm các phương pháp:

o Sunfit trung tính bán hóa

o Bột craff hiệu suất cao

o Bột sunfit hiệu suất caoĐầu tiên dăm mảnh gỗ được làm mềm một phần hoặc được nấu nhẹ với hóa chất.Sau nấu hàm lượng lignin còn nhiều, gỗ mảnh vẫn nguyên dạng nên phải dùng máynghiền để làm tơi ra thành thớ bột

Ưu điểm: Hiệu suất bột cao (55 – 85%), độ dài xơ sợi đạt giá trị trung bình, bột có

Ưu điểm: Thớ bột dài và bền

Nhược điểm: Hiệu suất bột thấp 40 – 50%, cho giấy có tính năng in kém

Tuy nhiên đây vẫn là phương pháp sản xuất bột phổ biến Tùy theo hóa chất dùngtrong nấu bột mà phương pháp hóa học được chia thành 3 phương pháp:

o Phương pháp kiềm

o Phương pháp sunfat

o Phương pháp sunfit

Mục đích là tách cellulose ra khỏi dịch nấu (dịch đen) sao cho cellulose thất thoát

ít nhất Để tiết kiệm nước thì nước của công đoạn rửa sau được dùng lại cho công đoạnrửa trước đó

c Tẩy trắng

Với những loại giấy yêu cầu độ trắng cao, bột giấy cần được tẩy trắng Mục đích làtách phần lignin còn lại và các thành phần khác không phải Cellulose nhưhemicellulose Các tác nhân được dùng để tẩy bột giấy là clo ( được sử dụng ở hầu hếtcác nhà máy giấy tại Việt nam), natri hypoclorit, canxi hypoclorit, clo dioxit,hydroperoxit, ozon

Bảng II.4 Một số hóa chất tẩy bột, chức năng và ưu nhược điểm [3]

Cl2

Oxy hóa và clo hóa lignin

Khử lignin tốt, rẻ tiền

Nếu sử dụng không hợp lý

có thể làm mất độ dai của bột, tạo AOX

NaOCl

Oxy hóa, hòa tan lignin, làm sáng màu

Dễ làm và dễ sử dụng

Nếu sử dụng không hợp lý

có thể làm mất độ dai của bột, tạo cloroform

ClO2

Oxy hóa, hòa tan lignin

Đạt độ trắng cao, không phân hủy bột

Phải có thiết bị chuyên dùng để sản xuất ozon nên tốn kém, có thể mất độ dai của bột

H2O2 (2 –

5 %)

Oxy hóa và làm sángmàu

Dễ sử dụng, không gây độc hại

Giá thành cao

II.2.3.3 Quá trình hình thành giấy

Bột giấy sau khi tẩy trắng được cán thành mảnh, quá trình này gọi là xeo giấy vàđược thực hiện như sau:

Hình II.6 Quy trình xeo giấy [1]

a Nghiền bột giấy

Mục đích của quá trình là làm cho xơ sợi được hydrat hóa, dẻo dai, tăng bề mặthoạt tính, giải phóng gốc hydroxyl làm tăng diện tích bề mặt, tăng độ mềm mại làmgiấy bền hơn Quá trình này được thực hiện trong môi trường nước với nồng độ bột 2 –8% Tùy theo mục đích sử dụng bột sau nghiền mà có nhiều phương pháp nghiền bộtsong các phương pháp này đều chịu ảnh hưởng của các yếu tố: thời gian nghiền bột, áplực nghiền bột, nồng độ bột, nhiệt độ, pH

b Xeo giấy

Quá trình này được thực hiện theo các bước:

• Tạo hình trên lưới: Bột phun đều trên chiều ngang của lưới, rung lưới đểnồng độ bột cao đều trên toàn bề mặt lưới

• Thoát nước ở suốt đỡ lưới: là quá trình thoát nước tự nhiên Nước này mangnhiều xơ sợi Sau quá trình này bột có độ ẩm 97 – 99 %

• Thoát nước ở hòm nước chân không: quá trình này xảy ra do chênh lệch ápsuất giữa phía trong và phía ngoài hòm hút chân không Sau giai đoạn này

độ ẩm của bột giảm xuống còn 90 – 93 %

• Thoát nước ở bộ phận ép: nước từ giấy chảy ra ngoài dưới tác dụng của lực

ép Sau ép độ ẩm của bột là 72 – 77 %

c Sấy giấy

Giấy sau khi ép được đưa đi sấy Quá trình này được thực hiện nhờ hơi nóng làmgiảm độ ẩm của giấy từ 50% xuông 7 – 8% bằng cách cho các tấm giấy đi qua trục lănsấy Các lưới của máy sấy sẽ giữ cho các tấm giấy tiếp xúc tốt với trục lăn sấy nhằm

tăng khả năng truyền nhiệt Hơi nước từ các tấm giấy được hút vào không khí bởi cácquạt hút Hơi ẩm được tách ra khỏi giấy bằng cách bốc hơi qua hai giai đoạn:

• Giai đoạn đẳng tốc: Nâng khả năng tiếp xúc với bề mặt giấy, sau giai đoạnnày giấy có độ khô 60 – 70%

• Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: Giai đoạn này chủ yếu loại trừ nước liên kết,sau giai đoạn này độ khô của giấy đạt 90 – 94%

Sau khi sấy, giấy có nhiệt độ cao được cho qua hai lô lạnh để hạ nhiệt độ đồng thờicho giấy hơi ẩm để tăng tính đàn hồi

II.3 Ô nhiễm môi trường

• Quá trình nấu cũng tạo ra SO2, H2S, CH3SH và các hợp chất sunfua Các khínày gây mùi khó chịu Ngoài ra còn có các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi(VOC) phát sinh từ các công đoạn, tàng trữ và xử lý nguyên liệu sợi thô vàquá trình cháy

II.3.2 Chất thải rắn

Sản xuất giấy và bột giấy sinh ra chất thải rắn rất đa dạng:

• Phần còn lại của nguyên liệu thô: Cặn hữu cơ, vỏ cây và gỗ, mùn, mắt trenứa, cát, đá

• Sợi và phần thải của quá trình sản xuất bột giấy và giấy

• Chất thải rắn từ hệ thống thu hồi của công đoạn sunfat: vôi dư, cặn, đá vụn

• Tro và xỉ lò hơi

• Bùn từ hệ thống xử lý nước thải: sợi, hóa chất và bùn sinh học

• Các phế thải khác: Giấy vụn, lề giấy, giấy lỗi, chai lọ đựng hóa chất, hóachất bị khô lại, gói giấy, vật liệu xây dựng

II.3.3 Nước thải

Sản xuất giấy là một trong những ngành sử dụng nhiều nước nhất vì thế sinh ralượng nước thải rất lớn phụ thuộc vào quá trình sản xuất và tiêu chuẩn vận hành Tất cảcác công đoạn trong quá trình sản xuất bột giấy bao gồm cả các quá trình tuần hoànthải ra các chất thải hữu cơ, nitơ, photpho có nguồn gốc từ vật liệu xơ sợi Việc phátthải các chất hữu cơ dẫn đến tiêu thụ oxy do các phản ứng phân hủy trong nguồn nướctiếp nhận nước thải Các dòng thải chính:

• Dòng thải rửa nguyên liệu: Chứa các chất hữu cơ hòa tan, hóa chất bảo vệthực vật

• Dòng thải quá trình nấu và tẩy sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòatan, hóa chất nấu và một phần xơ sợi Dòng thải này gọi là dịch đen Dịchđen chứa các chất hữu cơ và vô cơ bao gồm:

o Các chất hữu cơ được chia thành 4 nhóm:

 Nhóm các chất dễ bay hơi bao gồm axit oxalic, axit acetic và các axit dễbay hơi khác

 Các chất không hòa tan trong nước và ete, chủ yếu là lignin kiềm Ligninkiềm là sản phẩm phân hủy lignin trong nguyên liệu bởi tác nhân kiềm

 Các chất không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong ete bao gồm cáchợp chất dạng phenol, axit nhựa và axit béo

 Các chất hòa tan trong nước và hỗn hợp rượu – ete bao gồm hydroxitaxit và lacton Chúng là sản phẩm của quá trình phân hủy polysacarittrong nguyên liệu

 Các chất vô cơ bao gồm các chất tạo ra trong quá trình nấu như: Na2SO3,

Na2SO4, Na2S, NaCl NaOH dưTrong thành phần các chất hữu cơ, lignin kiềm là thành phần chủ yếu chiếmkhoảng 60 – 70% (khoảng 30 – 40% hàm lượng chất khô của dịch đen) Tùy theo hàmlượng chất khô mà dịch đen có khối lượng riêng khác nhau thông thường dịch đen cóhàm lượng chất khô dao động từ 5 – 12% tương ứng với khối lượng riêng 1,035 –1,075 g/cm3

Dịch đen có hàm lượng COD dao động từ 1000 – 1500 kg/tấn bột, BOD khoảng

250 – 350 kg/tấn và độ màu 1000 – 2000kg/tấn Độ màu lớn làm giảm khả năng truyềnánh sáng trong nước, dẫn đến giảm hiệu suất của nguồn nước tiếp nhận

Bảng II.5: Các giá trị BOD, COD và màu đối với dịch đen của quá trình nghiền bột

hóa học dùng soda và sunfat [11]

Quá trình

Nguyên liệusợi

Sản lượngbột, %

tụ sinh học trong cơ thể sống Dòng thải này cũng có độ màu, COD và BODcao

Bảng II.6 Các đặc tính dòng thải của quá trình tẩy trắng bột giấy hóa học bằng clo

[3]

Quy trình Nguyên liệu Thông số ô nhiễm, kg/tấn

• Dòng thải của quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn,bột giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia (nhựa thông, phẩm màu, caolanh ) Nước được tách ra từ quá trình xeo giấy được tuần hoàn sử dụngtrực tiếp cho công đoạn tạo hình trên giấy hay công đoạn chuẩn bị nguyênliệu vào máy xeo hoặc đưa tới bể lắng để thu hổi bột giấy và xơ sợi, nướcsau lắng lại được tuần hoàn rửa nguyên liệu thô.

• Dòng thải từ khâu rửa thiết bị, rửa sàn, nước chảy tràn chứa các chất lơ lửng

và hóa chất rơi vãi

• Dòng thải sinh hoạt chứa amoniac, coliform

Bảng II.7 Tổng lượng thải từ quá trình làm giấy [11]

Thông số phát thải Tình trạng môi trường kém Tình trạng môi trường

Nguồn: Số liệu lưu trữ của AF-IPK AB

II.3.4 Các nguồn ô nhiễm khác

Ô nhiễm nhiệt :

Các công đoạn nấu, thiết bị nồi hơi làm tăng nhiệt độ môi trường quanh khuvực sản xuất ảnh hưởng trực tiếp đến người lao động và làm tăng mức độ phát tán ônhiễm Do đó cần có hệ thống thông gió, cách nhiệt các bề mặt nóng và bố trí các thiết

bị gia nhiệt hợp lý

Ô nhiễm tiếng ồn :

Tiếng ồn sinh ra do:

• Xe tải chở nguyên, nhiên vật liệu tới nhà máy và chở giấy thành phẩm đi

• Các máy móc sản xuất (đặc biệt là các máy móc đã cũ): máy chặt mảnhnguyên liệu, máy nghiền bột

• Các nồi hơi để tạo hơi nước ở áp suất cao cho nấu, phát điện và sấy khôgiấy

• Các quạt thổi khí công suất lớn, việc thoát hơi nước áp suất cao vào khíquyển

• Các bãi chứa gỗ, bột giấy

Tiếng ồn từ quá trình sản xuất gây sự khó chịu cho người dân sống quanh khu vựcnhà máy Đặc biệt là ảnh hưởng đến công nhân làm việc gần các thiết bị phát ra tiếng

ồn gây trở ngại tới việc giao tiếp, nghễnh ngãng hoặc điếc nếu tiếp xúc với mức độ ồncao trong thời gian dài

Do đó cần giảm thiểu tiếng ồn bằng cách: Trang bị mũ chụp tai cho công nhân khitiếp xúc với tiếng ồn cường độ cao, sử dụng các vật liệu hấp thụ âm thanh để chống ồncho phòng máy, thay thế các thiết bị máy móc đã quá cũ

Ô nhiễm mùi :

Mùi sinh ra từ quá trình sản xuất bột sunfat gồm chủ yếu là mecaptan (có mùi rấtnặng), H2S (hình thành trong quá trình nấu), metanol Ngoài ra mùi sinh ra từ côngđoạn tẩy dùng clo và hợp chất của nó

Mùi gây phiền toái cho người tiếp xúc và gây mất mỹ quan Do đó cần bố trí nhàxưởng phù hợp hướng gió đồng thời sử dụng các thiết bị khử mùi

CHƯƠNG III

ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

III.1 Phương pháp hóa học

III.1.1 Oxy hóa (phản ứng fenton)

Dùng phản ứng fenton để oxy hóa các chất hữu cơ khó phân hủy có nồng độ caotrong nước thải

Phản ứng này sử dụng H2O2 với xúc tác Fe2+ , trong đó Fe2+ đóng vai trò xúc táctạo gốc radial 0OH là tác nhân oxy hóa rất mạnh ( thế oxy hóa bằng 2,8V chỉ sauFlo)

Phản ứng lựa chọn như sau:

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + 0OH + OH

-Phản ứng trên thực hiện tốt nhất ở pH = 4 Nhưng với pH này lượng hóa chất tiêutốn rất lớn nên trong sản xuất thường tiến hành phản ứng ở ph = 7

Khi phản ứng trên được thực hiện, trong hệ sẽ xảy ra các phản ứng sau:

- Phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ và phản ứng ngắt mạch chuyển chất hữu cơ cóphân tử lượng cao thành chất hữu cơ phân tử lượng thấp hơn:

Chất hữu cơ phân tử lượng cao + 0OH → Chất hữu cơ phân tử lượng thấp + CO2 +

III.1.2 Phương pháp trao đổi ion

Công nghệ này được áp dụng để bỏ các chất nhiễm bẩn hữu cơ, độ màu cao.Nguyên tắc trao đổi ion như sau:

R - A+ + B+ = R - B+ + A+

Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ tự nhiên như zeolit, kim loại,khoáng chất, đất sét, chất mica khác nhau; các chất vô cơ tổng hợp như silicagen,pecmulit, các oxyt khó tan và hydroxit của một số kim loại (nhôm, crom, ); các chấthữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp như axit humic, than đá, các chất nhựa có

bề mặt lớn

Trong hệ thống, nước thải chảy qua cột trao đổi ion, các ion không mong muốn

bị hấp phụ bởi nhựa và trao đổi với các ion hydro, natri hay hydroxyl

Hệ thống có thể tái sinh lại khi hiệu quả xử lý giảm Theo đánh giá chung côngnghệ này khá đắt nên chỉ dùng khi có các nhu cầu đặc biệt

III.2 Phương pháp hóa lý

III.2.1 Phương pháp keo tụ

Keo tụ là hiện tượng làm mất sự ổn định của các hạt huyền phù dưới dạng keo đểtạo ra các cụm hạt khi có sự tiếp xúc giữa các hạt

Các hạt cặn lơ lửng đều mang điện tích âm hoặc dương Khi thế cân bằng điệnđộng của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc dính kết vớinhau tạo thành tổ hợp các nguyên tử, phân tử hoặc ion tự do gọi là các bông keo

Như vậy trong đông tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạtnhờ trung hòa điện tích Hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào hóa trị của ion, chất đông tụmang điện tích trái dấu với điện tích của hạt Hóa trị của ion càng lớn thì hiệu quả keo

tụ càng cao

Phương pháp này ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải có độ màu cao, chứa cácchất hữu cơ khó phân hủy sinh học Cơ sở của phương pháp là sử dụng các chất thíchhợp để gây đông keo tụ các chất ô nhiễm

Al2(SO4)3.18H2O, Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, FeSO4.7H2O,FeCl3 Trong đó Al2(SO4)3.18H2O, AlCl3, FeCl3 được sử dụng rộng rãi nhất do hoà tantốt, chi phí thấp và hoạt động hiệu quả cao trong khoảng pH thích hợp Trong quá trìnhđông tụ chúng tác dụng với canxi bicacbonat trong nước theo phản ứng sau:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2↑2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 = 2Fe(OH)3↓ + 3CaCl2 + 6CO2↑

Để tăng cường quá trình tạo thành bông keo hydroxyt nhôm và sắt với mục đíchlàm tăng tốc độ lắng người ta cho thêm các hợp chất cao phân tử gọi là chất trợ keo tụnhư poliacrylamit Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất keo

tụ, giảm thời gian quá trình và nâng cao tốc độ lắng của bông keo

Bằng phương pháp này giảm được COD từ 20 - 40% trong nước thải và giảm đượcmàu nước thải

Có 4 biện pháp keo tụ chủ yếu:

o Thay đổi pH

o Bổ sung thêm chất điện ly vào nước thải

o Đưa muối kim loại có hóa trị cao vào nước thải

o Đưa vào nước thải polyme hữu cơ

Trong xử lý nước thải, người ta thường dùng hai biện pháp chính là đưa vào hệmột muối kim loại hóa trị III hoặc polyme tự nhiên (hay tổng hợp)

III.2.2.Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải khỏi các chấthữu cơ hòa tan, các chất màu sau khi xứ lý sinh học hay xử lý cục bộ khi trong nướcthải chứa một lượng nhỏ các chất đó

Tốc độ của quá trình hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ, bản chất và cấu trúc của chấttan, nhiệt độ của nước, loại và tính chất của chất hấp phụ Quá trình hấp phụ gồm 3 giaiđoạn:

o Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước tới bề mặt chất hấp phụ (khuếch tánngoài)

o Thực hiện quá trình hấp phụ

o Di chuyển chất bên trong chất hấp phụ (khuếch tán trong)

Vật liệu hấp phụ thông dụng gồm than hoạt tính, khoáng vô cơ, các oxit vàhydroxyt kim loại, các vật liệu hữu cơ, đất sét, silicagen Trong các loại chất hấp phụthì than hoạt tính là thông dụng nhất

Ưu điểm: Than hoạt tính dùng rất có hiệu quả để loại bỏ các chất hữu cơ hoà tan,các chất màu

Nhược điểm: Khả năng hấp phụ thấp ( với than hoạt tính là 20% khối lượngcacbon), giá thành cao

III.3 Phương pháp sinh học

Các phương pháp sinh học được dùng trong xử lý dịch đen bao gồm:

III.3.1 Bể aeroten

III.3.1.1.Nguyên tắc

Nguyên tắc của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là oxy hóa hiếu khí

Sử dụng vi sinh vật để oxy hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ chuyển hóa sinh họcđược đồng thời chính các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thácđược từ quá trình oxy hóa để tổng hợp nên sinh khối của chúng (bùn hoạt tính)

III.3.1.2 Cơ chế

Vi sinh vật hô hấp hiếu khí các hợp chất hữu cơ chứa hoặc không chứa nitơ

Đối với các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ: Gluxit, Lipit, Hidrocacbua

CxHyOzNt + (

4

3 2 4

t z y

2-III.3.1.3 Tác nhân sinh học

Vi sinh vật tham gia quá trình xử lý hiếu khí bao gồm hai nhóm chính: Vi khuẩn(hô hấp hiếu khí hay hô hấp tuỳ tiện) và nguyên sinh vật

• Vi khuẩn

o Các nhóm vi khuẩn hô hấp hiếu khí:

o Pseudomonas putida, Pseudomonas stuzeri

o Cellulomanas bizotera

• Các nhóm nguyên sinh động vật:

o Ciliatae (trùng tơ)

o Flagellatae (trùng roi)

Yêu cầu đối với vi sinh vật tham gia vào quá trình oxy hóa sinh học:

o Có khả năng chuyển hóa mạnh các chất hữu cơ

o Kích thước tương đối lớn

o Hệ số tạo sinh khối thấp, không sinh ra các chất khí gây ô nhiễm môi trườngnhư : H2S, Indol, scatol

III.3.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng

• Độ oxy hoà tan (DO)

Độ oxy hòa tan trong bể đạt giá trị DO = 4 mg/l là đảm bảo nhu cầu oxy hóa củasinh vật

• Nhiệt độ

Mỗi vi sinh vật thích nghi với một dải nhiệt độ phù hợp

Trong dải nhiệt độ đó: Khi nhiệt độ thấp, DO tăng nhưng tốc độ sinh trưởng của

vi sinh vật giảm dẫn đến quá trình oxy hoá chậm Ngược lại, khi nhiệt độ cao, DOgiảm nhưng tốc độ oxy hoá tăng lên

Vậy nhiệt độ phù hợp cho quá trình xử lý hiếu khí: T = 16 – 37oC

Nhiệt độ tối ưu là: Topt = 20 – 30oC

• pH

Quá trình chuyển hóa của vi sinh vật có sự xúc tác của enzym (enzym oxy hóakhử) Mà hoạt lực của enzym lại phụ thuộc vào pH Do đó pH có ảnh hưởng rất lớnđến hoạt lực của bùn, và do đó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình oxy hoá Nước thải đưavào xử lý sinh học hiếu khí có pH = 4,5 – 8,5 là phù hợp

pHopt = 6,5 – 8,0

• Hàm lượng chất dinh dưỡng

Thành phần dinh dưỡng theo tỉ lệ: COD (BOD5) : N : P = 100 : 5 : 1 hay C : N :

P = 100 : 50 : 1

Nếu C:N < 20:1: Dư thừa Nitơ, hàm lượng sinh khối trong bể rất lớn Điều nàychứng tỏ rằng bùn có khả năng oxy hoá kém, chất ô nhiễm đi vào sinh khối là chủ yếu.Lượng bùn dư lớn là điều không mong muốn

Nếu C:N >20:1: Thiếu Nitơ và giàu C Đây là môi trường thuận lợi cho vi khuẩndạng sợi phát triển, làm bùn xốp, phồng, khó lắng Do vậy không đảm bảo cho quátrình xử lý

Màu bùn là màu vàng hơi ngả sang nâu là màu chuẩn

Nếu bùn có màu trắng kem: đó là do vi khuẩn dạng sợi phát triển nhiều làm bùnphồng, xốp, khó lắng, không đảm bảo Trong trường hợp này cần ngừng quá trình, phơinắng bể 2 ngày để đảm bảo vi khuẩn dạng sợi chết hết

Nếu bùn có màu đen (do tỉ lệ vi sinh vật hiếu khí rất thấp): chất lượng bùn khôngtốt.Vi khuẩn hoại sinh sẽ phát triển, chuyển từ hô hấp hiếu khí sang hô hấp tuỳ tiện,làm giảm lượng oxy hoà tan Trong trường hợp này, phải tiến hành kiểm tra độ oxy hoàtan DO và hàm lượng các chất dinh dưỡng để bổ sung kịp thời Nếu không, bùn sẽ chếtdần và hiệu quả của quá trình oxy hoá là không đạt

Nếu bùn ngả sang đỏ là do vi khuẩn mang sắc tố hồng Rhodopseudomonas pháttriển Trường hợp này, môi trường trong bể oxy hoá đã thiếu oxy và các chất dinhdưỡng N, P Rhodopseudomonas hô hấp tuỳ tiện nên trong môi trường thiếu oxy, vikhuẩn này chuyển sang hô hấp trong điều kiện thiếu khí và phát triển làm bùn ngả sangđỏ

o Hàm lượng bùn hoạt tính:

Duy trì hàm lượng sinh khối trong bể: 800-1000mg/l

III.3.1.5 Mô tả quá trình

Nước thải sau khi qua các công trình xử lý phía trước vẫn chứa một lượng lớn cácchất hữu cơ hòa tan và các chất lơ lửng đi vào bể hiếu khí Trong bể, các chất lơ lửngđóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển thành cácbông cặn gọi là bùn hoạt tính Bùn hoạt tính có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấpphụ từ nước thải và là nơi cứ trú phát triển của vi khuẩn và vi sinh vật Vi khuẩn và visinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyểnhóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và hình thành nên các tế bào mới Quátrình chuyển hóa thực hiện theo từng bước xen kẽ, nối tiếp nhau Một số loài vi khuẩn

tấn công vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp để chuyển hóa chúng thành cáchợp chất đơn giản hơn Một số vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức ăn và lạichuyển hóa thành các hợp chất đơn giản hơn nữa Và quá trình cứ tiếp tục cho đến khinước thải không thể dùng làm thức ăn cho bất kỳ loại sinh vật nào nữa.

III.3.1.6 Ưu nhược điểm của bể Aeroten

o Chi phí xây dựng cao

o Cần cấp đủ khí cho quá trình hô hấp của vi sinh vật

o Phải thường xuyên theo dõi hoạt động sống của vi sinh vật

III.3.2 Hồ sinh học hiếu khí

Đây là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo được thiết kế để xử lý nước thải bằngcác tác nhân sinh học chủ yếu có ở trong hồ với nguyên lý dựa trên quá trình tự làmsạch

Quá trình làm sạch trong hồ chủ yếu là do quan hệ cộng sinh của tảo và vi sinh vật.Một phần oxy cung cấp cho vi sinh vật trong hồ được lấy từ quá trình quang hợp củatảo Các chất vô cơ do vi khuẩn thải ra lại được tảo sử dụng

Hồ hiếu khí được chia làm hai loại: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhântạo

Hồ hiếu khí và làm thoáng tự nhiên: Oxy cung cấp cho vi sinh vật hô hấp do quátrình khuếch tán qua mặt thoáng vào nước Hồ rộng và nông (độ sâu ≤ 1,5m), thời gianlưu nước trong hồ 3 – 7 ngày Hồ có thể xử lsy nước thải với tải trọng BOD =300kg/ha.ngày

Hồ hiếu khí và làm thoáng nhân tạo: Việc cung cấp oxy cho vi sinh vật đựợc thựchiện nhờ máy bơm hay các thiết bị làm thoáng bề mặt Độ sâu của hồ H = 1,5 – 5m,thời gian lưu nước 1 – 3 ngày Hồ có thể xử lý được tải trọng BOD = 400 kg/ha/ngày

Ưu điểm:

o Vồn đầu tư thấp

o Có thể kết hợp nuôi trồng thủy hải sản và dùng nước tưới tiêu cho nôngnghiệp

o Gây mùi khó chịu

III.3.3 Mương oxy hóa

Là dạng đặc biệt của bể Aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc trong chế độ làmthoáng kéo dài

Hoạt động: Nước thải và bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng chuyển động tuần hoàn

và liên tục trong bơm Trong bể tồn tại cả vùng hiếu khí và vùng hiếm khí thậm chí cảvùng kỵ khí Có thể xử lý được nước thải có hàm lượng sinh khối lớn (2000 – 5000mg/l) Thời gian lưu nước 1 – 3 ngày

Ưu điểm:

o Xử lý được nước thải có hàm lượng ô nhiễm cao

o Quá trình vận hành tạo ra ít bùn thải

o Lượng oxy cần cung cấp ít hơn bể Aeroten

III.3.4 Màng sinh học hiếu khí

Nguyên tắc làm việc: Tạo ra bề mặt giá thể trong thiết bị dạng tháp bằng cách chovào tháp các vật liệu đệm (đá cuội , gỗ, các vật liệu đệm bằng vật liệu PVC…) Banđầu các vi khuẩn tập trung ở một số khu vực trên giá thể và dần phủ kín toàn bè mặtgiá thể Tiếp đó các tế bào mới được sinh ra và phủ lên làm dày thêm lớp màng Khilớp màng dày lên diễn ra sự phân lớp của màng vi sinh vật: ngoài cùng là lớp hiếu khí,tiếp theo là lớp yếm khí Như vậy quá trình lọc sinh học thực chất được xem như quátrình hiếu khí và yếm khí

Khi nước thải đi vào bể tùy theo dạng bể mà nước đi từ dưới lên (bể lọc sinh họcngập nước) hay từ trên xuống (bể lọc sinh học nhỏ giọt tải trọng cao) Theo chiềuchuyển động của dòng nước, khi nước thải chảy qua lớp màng vi sinh thì các chất hữu

cơ được vi sinh vật tiếp nhận, sản phẩm của quá trình trao đổi chất được vi sinh vật thải

ra qua màng chất lỏng đồng thời oxy hòa tan được bổ sung bằng hấp thụ không khí

Theo chiều sâu của lớp đệm nồng độ chất hữu cơ giảm dần và phần sinh khối thừa củamàng sinh học bị tróc ra khỏi giá thể và trôi theo dòng nước ra khỏi bể và được táchnhờ bể lắng bậc II

o Chi phí đầu tư cao

o Thiết bị phải luôn được vệ sinh sạch sẽ

III.3.5 Bể UASB

III.3.5.1 Nguyên tắc

Nguyên tắc xử lý yếm khí nước thải là thực hiện phân giải yếm khí thu biogas.Nước thải được dẫn chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính yếm khí của thiết bị UASB(Up Flow Anaerobic Sludge Blanket) Quá trình xử lý nhằm thu biogas

III.3.5.2 Cơ chế phân giải yếm khí các chất hữu cơ bằng lên men sinh khí

Quá trình phân giải yếm khí các chất hữu cơ trong thiết bị UASB xảy ra theo 3giai đoạn:

Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân.

Dưới tác dụng của các enzim hydrolaza của vi sinh vật, các hợp chất hữu cơ phứctạp như: gluxit, lipit và protein… được phân giải thành các chất hữu cơ đơn giản, dễtan trong nước như: đường, peptit, glyxerin, axit hữu cơ, axit amin,…

Tinh bột   →amilaza

Đường glucoza Protein   →proteaza

Peptit  peptitdaza  →

Axit amin Lipit Lipaza → 

Rượu + Axit béo Zenllulozenlulaza → 

Zenllobioza zenlobiaza  →

đường glucoza

Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men các axit hữu cơ và các chất trung tính

Các sản phẩm dễ phân huỷ sau đó sẽ được phân giải yếm khí tạo thành:

• Các axit hữu cơ phân tử lượng nhỏ hơn như: axit butyric(CH3(CH2)2COOH), axit propionic (CH3CH2COOH), axit axetic(CH3COOH), axit foocmic (HCOOH), axit lactic (CH3CHOHCOOH).Ngoài ra, một số axit béo phân tử lượng lớn được chuyển hóa tạo axitaxetic dưới tác dụng các vi khuẩn axetogen

• Các chất trung tính như: rượu (CH3OH, C2H5OH…), axeton (CH3COCH3).

• Các chất khí CO2, H2, NH3,H2S, và một lượng nhỏ khí Indol, Scatol,mercaptan…

Giai đoạn 3: Giai đoạn tạo khí metan

Sự hình thành khí metan có thể theo hai cơ chế sau:

Khoảng 30% CH4 hình thành theo cơ chế này

III.3.5.3 Tác nhân sinh học

* Giai đoạn 1, 2 là các vi khuẩn hô hấp yếm khí hay tùy tiện

• Môi trường giàu các chất gluxit: Micrococcus, Clostridium, Bacillus,Pseudomonas…

• Môi trường giàu protein: Clostridium, Proteus, Bacillus

* Giai đoạn 3 : Vi khuẩn tạo metan (2 nhóm chính) :

• Nhóm vi khuẩn ưa ấm (mesophyl, Topt = 35÷37οC):

 Methanobacterium

8 NADH + 8 NAD

Nhiệt độ quyết định hiệu quả thu CH4.

pH quyết định hiệu quả quá trình khí hóa

Thời gian lưu

Thời gian lưu của nước thải phụ thuộc vào COD, BOD và bản chất của chất ônhiễm là dễ hay khó phân huỷ Thời gian lưu nhỏ làm cho vi sinh vật chưa kịp thíchnghi với môi trường dẫn đến hiệu quả xử lý kém Mặt khác, thời gian lưu lớn lại đòihỏi dung tích của thiết bị phải lớn Do đó, tuỳ loại nước thải và hoạt lực của vi sinh vật

III.3.5.5 Nguyên tắc hoạt động của bể

Hình Sơ đồ cấu tạo bể UASB

1 Vùng phản ứng kị khí; 2 Vùng lắng cặn; 3 Cửa dẫn hỗn hợp bùn nước sau khi đã tách khí đi vào ngăn lắng; 4.Cửa tuần hoàn cặn; 5.Máng thu nước;6.Nước sang Aeroten; 7 Khí sản phẩm thu được; 8 Ống dẫn hỗn hợp khí.

Nước thải sau khi điều chỉnh pH theo ống dẫn vào hệ thống phân phối đều trêndiện tích đáy bể Nước thải từ dưới lên với vận tốc 0,6 – 0,9 m/s để giữ cho lớp bùnluôn ở trạng thái lơ lửng Hỗn hợp bùn kị khí trong bể hấp thụ chất hữu cơ hòa tantrong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành khí( 70 – 80% mêtan, 20 – 30%cacbonic ) và nước Các hạt bùn cặn bám vào các bọt khí được sinh ra nổi lên trên bềmặt làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng Khi hạt cặnnổi lên va phải tấm chắn phía trên bị vỡ ra, khí thoát lên trên cặn rơi xuống dưới Hỗnhợp bùn nước đã tách hết khí được chuyển vào ngăn lắng Hạt cặn trong ngăn lắng táchbùn lắng xuống đáy và tuần hoàn lại vùng phản ứng kị khí Nước trong được thu vàománg và được dẫn sang bể xử lý đợt II ( Aeroten) Khí biogas được thu về bình chứarồi theo ống dẫn ra ngoài

Bùn trong bể được hình thành 2 vùng rõ rệt: ở chiều cao khoảng 1/4 tính từ đáylên, lớp bùn hình thành do các hạt cặn keo tụ có nồng độ từ 5000 – 7000 mg/l, phíatrên lớp này là lớp bùn lơ lửng có nồng độ 1000 – 3000 mg/l gồm các bông cặn chuyểnđộng giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hoàn từ ngăn lắng rơi xuống Bùn trong bể là sinhkhối đóng vai trò quyết định trong việc phân hủy và chuyển hóa chất hữu cơ Nồng độcao của bùn hoạt tính trong bể cho phép bể làm việc với tải trọng chất hữu cơ cao.

Để hình thành khối bùn hoạt tính đủ nồng độ, làm việc hiệu quả đòi hỏi thời gianvận hành khởi động từ 3 – 4 tháng Nếu cấy vi khuẩn tạo axit và vi khuẩn tạo mê tantrước với nồng độ thích hợp và vận hành với chế độ thủy lực nhỏ hơn 1/2 công suấtthiết kế, thời gian khởi động có thể rút xuống còn 2 – 3 tuần

Lượng cặn dư bằng 0,15 – 0,2% lượng COD, tức bằng một nửa cặn sinh ra so với

xử lý hiếu khí Cặn dư định kì xả ra bên ngoài và có thể tiếp tục đưa đi làm khô

III.4 Lựa chọn phương pháp xử lý

Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào các yếu tố sau:

o Đặc tính và thành phần của nước thải

o Công suất của trạm xử lý

o Tiêu chuẩn nước thải sau khi xử lý

o Điều kiện mặt nằng và đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựng

o Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành và bảo trì

Dựa vào ưu nhược điểm của từng phương pháp xử lý, phương pháp xử lý tối đượclựa chọn như sau:

Đường nướcĐường khíĐường bùn

Hình III.1: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải bột sản xuất bột giấy

Bể chứa bùn

Máy thổi

khí

Máy thổi khí Bể điều hòa

Song chắn rácNước thải

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

Các thông số đầu vào:

Lưu lượng: Q = 1000m3/ngày

- Mục đích: Loại bỏ các tạp chất thô như gỗ, giẻ rách

- Cấu tạo: Được chế tạo bằng thép chịu lực ăn mòn cao như inox, CT3

Các thanh tròn hoặc vuông có tác dụng giảm tổn thất thủy lực và đươc đặtnghiêng so với phương ngang góc 60o

- Tính toán

IV.1.1.Số lượng song chắn

Số khe hở của song:

n = k [9]

Trong đó:

q - Lưu lượng nướcthải, q = 0,0116 m3/s

b - Khoảng cách giữa các khe, chọn b = 20mm

h1- Chiều cao lớp nước qua song, chọn h1 = 0,1m

k - Hệ số tính đến sự co hẹp của dòng chảy do rác, k = 1,05

Thay số vào:

n = 10,14

Lấy n = 11 Suy ra số song chắn là 12

IV.1.2 Tổn thất áp lực qua song chắn

hs = φ k (m) [9]

Với :

φ = ξ( sinα [9]

Trong đó:

v - Tốc độ dòng nước qua song, v = 0,6m/s

g - Gia tốc trọng trường, lấy g = 9,8m/s2

α - Góc nghiêng của song chắn so với mặt phẳng ngang, α = 60o

S - Chiều dày song chắn, chọn S = 0,01m

b - Chiều rộng khe hở song chắn

ξ - Hệ số phụ thuộc vào hình dạng và tiết diện thanh, chọn ξ = 1,83

k- Hệ số tính đến tăng trở lực do song chắn bị bít kín, lấy k = 3

Thay số vào ta được:

Hxd = hs + 0,5 = 0,035 + 0,5 = 0,535 (m)

Trong đó: 0,5 là chiều cao bảo vệ

IV.1.4 Kích thước kênh dặt song chắn

Chiều rộng kênh đặt song chắn:

Bs = S(n-1) + bn [9]Với :

S - Chiều dày song chắn, S = 0,01 (m)

n - Số song chắn , n = 12

b - Khoảng cách giữa các khe

Thay số vào ta được :

Bs = 0,01×( 12-1) + 0,02×12 = 0,35(m).

Chiều dài đoạn k mở rộng :

ℓ1 = = 1,37(BS – BK) [9]

BK - Chiều rộng kênh dẫn nước trước song chắn,chọn BK = 0,2m

Thay số vào ta được:

ℓ1 = 1,37×(0,35-0,2) = 0,206 (m)

Chiều dài đoạn kênh thu hẹp:

ℓ2 = 0,5ℓ1 = 0,103(m)Chiều dài đoạn kênh hình chữ nhật đặt song chắn: