Thuyết minh thiết kế hệ thống xử lý nước thải giấy

Thuyết minh thiết kế hệ thống xử lý nước thải giấy

THUYẾT MINH THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẤY

I DỮ LIỆU THIẾT KẾ

1 Nguồn nước: Nước thải sản xuất giấy

2 Đặc trưng nguồn nước:

Công nghệ sản xuất giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước Tùy theo từng công nghệ và sản phẩm màlượng nước cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy dao động từ 200 đến 500 m3 nước Nước được dùng trong các công đoạn rửanguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước

Như vậy trong quá trình sản xuất giấy, hầu như tất cả lượng nước đưa vào sử dụng sẽ là lượng nước thải ra, trong đó nhữngyếu tố gây ô nhiễm chính đó là:

- pH cao do kiềm dư gây ra là chính

- Thông số cảm quan (màu đen, mùi, bọt) chủ yếu là do dẫn xuất của lignin gây ra là chính

- Cặn lơ lửng (do bột giấy và các chất độn như cao lin gây ra)

- COD & BOD do các chất hữu cơ hòa tan gây ra là chính, các chất hữu cơ ở đây là lignin và các dẫn xuất của lignin, cácloại đường phân tử cao và một lượng nhỏ các hợp chất có nguồn gốc sinh học khác, trong trường hợp dùng clo để tẩy trắng

có thêm dẫn xuất hữu cơ có chứa clo khác

3 Yêu cầu về chất lượng nước sau xử lý:

Đạt tiêu chuẩn Việt Nam: QCVN 12 – 2008/BTNMT (loại B) xả ra môi trường.

Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất của nước thải trước khi đưa vào trạm xử lý và khi thải ra các vực nướcphải phù hợp với các quy định trong bảng sau:

Các thông số của nguồn nước đầu vào (dữ liệu thiết kế) và tiêu chuẩn phải đạt sau xử lý

Chất lượng nước đầu vào

Chất lượng nước sau xử lý QCVN 12 – 2008/BTNMT

5 Lưu lượng thiết kế

II LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1 Đặc điểm chung và những yêu cầu cần thiết

Do đặc thù là cơ sở sản xuất giấy nên hàm luợng nước thải đầu vào cho trạm xử lý tương đối phức tạp Vì vậy, để xử lý đạthiệu quả tốt nhất phải kết hợp các phương pháp cơ học, hoá lý và sinh học

Các giải pháp xử lý phải phù hợp với điều kiện cụ thể của Dự án, không gây tác động phụ tới khu vực lân cận

Việc lựa chọn công nghệ và thiết kế hoàn chỉnh hệ thống phải đáp ứng được những yêu cầu cần thiết sau:

- Có khả năng xử lý được đa dạng nguồn gây ô nhiễm hữu cơ

- Hiệu quả xử lý cao, chất lượng nước đầu ra phải đảm bảo và ổn định

- Đảm bảo tính liên tục

- Vận hành, bào trì và bảo dưỡng định kỳ đơn giản

- Thiết bị thay thế sẵn có và phổ biến trên thị trường

- Hiệu quả kinh tế (chi phí đầu tư và vận hành hợp lý)

- Phù hợp với kiến trúc cảnh quan tổng thể của toàn khu vực

Lưu lượng trung bình cho 1 giờ (m3/h) 3

- Phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất thuỷ văn của khu vực.

- Kiểu dáng công nghiệp phù hợp với quy hoạch trung của toàn bộ Dự án

2 Lựa chọn công nghệ và phương án thiết kế

Công nghệ xử lý của trạm xử lý nước thải được lựa chọn trên cơ sở các số liệu đầu vào, công suất thiết kế, điều kiện mặtbằng, cơ sở khoa học …

Công nghệ xử lý nước thải của trạm xử lý được chia thành các giai đoạn: Xử lý bậc một, xử lý bậc hai, xử lý hoàn thiện và

xử lý bùn

2.1 Giai đoạn xử lý bậc một hay xử lý sơ bộ

Mục đích của giai đoạn này nhằm loại bỏ nguồn ô nhiễm tồn tại dưới dạng vật chất có kích thước lớn (có thể là vô cơ hoặchữu cơ) nhằm giảm tải cho các công đoạn xử lý sau này – Song chắn rác, bể điều hoà

Ngoài ra giai đoạn này cũng có thể xử lý được các chất có kích thước nhỏ (có thể là vô cơ hoặc hữu cơ) - lắng (bể lắng sơcấp)

Song chắn rác

Để làm giảm thiểu mức độ ảnh hưởng của các chất thải có kích thước lớn trong nguồn nước đầu vào cho các công đoạn xử

lý sau Có những chủng loại rác mà không những các công đoạn sau không xử lý được mà nó còn gây tác động bất lợi đếncác giai đoạn xử lý này

Ví dụ: Các túi nilon (PE, PVC) - Các công đoạn sau không xử lý được, không những thế nó còn làm tắc đầu hút của bơmlàm giảm công suất xử lý của hệ thống, hay còn làm cháy bơm…

Bể điều hoà

Điều hoà về lưu lượng và tải lượng các chất gây bẩn trong nguồn nước Nếu lưu lượng vào thời gian hoạt động cao điểm(ban ngày) của trường quá lớn sẽ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xử lý sau này làm chất lượng nước ra không đảm bảo(không đủ thời gian cho quá trình xử lý), ngoài ra còn làm tắc nghẽn nguồn nước trong hệ thống thoát nước chung gây ônhiễm cho toàn khu vực

Bể lắng sơ cấp ( Thiết bị lắng lá cấp )

Thiết bị lắng có nhiệm vụ tách chất rắn lơ lửng trong nước, và một phần cặn còn lại có khả năng lắng được để đảm bảo điềukiện cho quá trình xử lý tiếp theo

Để giảm dung tích công trình xử lý và tăng cường quá trình lắng, chúng tôi sử dụng thiết bị lắng lá

thiết bị lắng lá có khối tấm hoặc ống tạo thành lớp mỏng, chế độ chuyển động từ dòng chảy rối sang dòng chảy tầng(laminar) nên khả năng tách cặn khỏi nước thải tăng lên Cặn liên tục được trượt về hố tập trung hoặc nổi lên trên bề mặttùy thuộc cách bố trí khối lớp mỏng Khối lớp có thể cấu tạo bằng các tấm thép inox hoặc nhựa PVC ghép với nhau có khe

hở từ 25÷150 mm hoặc dạng bó ống Φ25 ÷ Φ150

2.2 Giai đoạn xử lý bậc hai: Xử lý hoá lý, sinh học kết hợp lắng

Xử lý hóa lý dùng hóa chất để điều chỉnh pH – bể điều chỉnh pH

Xử lý sinh học dùng để loại bỏ các hợp chất hữu cơ (có thể tồn tại ở dạng tan hay không tan) - bể xử lý hiếu khí (aerobic)

Xử lý cơ học tách pha rắn (bùn hoạt tính - vi sinh vật) ra khỏi pha lỏng (nước sạch) – bể lắng thứ cấp

Bể xử lý hiếu khí

Xử lý BOD có trong nguồn nước Quá trình này là quá trình sinh trưởng hiếu khí, chuyển hoá các hợp chất hữu cơ tan cótrong nguồn nước thành bùn hoạt tính (activated sludge) tồn tại ở dạng pha rắn.

Quá trình xử lý này gồm 2 quá trình xử lý:

Dùng vi sinh vật hiếu khí kết hợp với oxy để chuyển hoá các hợp chất hữu cơ tan có trong nước thành tế bào vi sinh vật mới(sinh tổng hợp tế bào) Quá trình được mô tả chỉ tiết bằng phương trình sau:

C18H19O9N + 0,74NH3 +8,8O2  1,74C5H7NO2 + 9,3CO2 + 4,52H2O(Theo wastewater treatment - Biological and chemical processes - Second edition - 68 pages)Dùng oxy trong không khí để oxy hoá các hợp chất hữu cơ tan có trong nguồn nước để chuyển hoá thành các hợp chất khí(chủ yếu là CO2) và các thành phần khác Ngoài ra lương oxy dư còn được dùng để chuyển hoá các hợp chất chứa nitơ (chủyếu là NH4 ) thành NO2- và NO3-.Quá trình được mô tả chỉ tiết bằng phương trình sau:

C18H19O9N + 19,5O2  18CO2 + 9H2O + H+ + NO3

-(Theo wastewater treatment - Biological and chemical processes - Second edition - 66 pages)

Quá trình xử lý này chủ yếu sử dụng các chủng vi sinh vật như: chủng VSV Nitrosomonas, Nitrobacter.

Bể lắng thứ cấp (Thiết bị lắng lá cấp 2)

Nước khi đi vào thiết bị này sẽ bị phân tách thành 2 pha rõ rệt Pha rắn là các vi sinh vật hiếu khí (có tỷ trọng lớn) sẽ lắngxuống đáy bể và được bơm bùn tuần hoàn bơm lại đầu bể xử lý hiếu khí dùng cho quá trình xử lý tiếp theo Nếu lượng visinh vật hiếu khí dư thừa sẽ được chuyển về bể chứa bùn Phần nước trong đã đảm bảo yêu cầu chất lượng về mặt hoá lý sẽđược chảy qua máng thu gom nước trên mặt bể lắng

2.3 Giai đoạn xử lý hoàn thiện

Giai đoạn này có thể kết hợp nhiều biện pháp xử lý kết hợp nhằm loại bỏ phần còn lại các chất gây ô nhiễm còn tồn tạitrong nước - cụm thiết bị khử trùng cho nước

Cụm thiết bị khử trùng

Hầu hết các giai đoạn xử lý trước đây không xử lý được virus gây bệnh (vi khuẩn có kích thước rất nhỏ) Để hoàn thiện chotoàn bộ quá trình xử lý thì cần phải dùng hoá chất có khả năng tiêu diệt toàn bộ mầm bệnh này Sử dụng nước Javen (chấtoxy hoá mạnh) bổ xung vào nguồn nước

Kết thúc giai đoạn này nước đã đảm bảo yêu cầu cho xả thải mà không làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

2.4 Giai đoạn xử lý bùn

Bùn sinh ra được thu gom và tách nước nhằm làm giảm tác động của nó tới môi trường (do lên men yếm khí sinh ra một sốkhí khử độc hại như NH3, H2S….) – Sân phơi bùn

Sân phơi bùn

Toàn bộ lượng bùn dư và bùn thải của các giai đoạn xử lý được thu gom về sân phơi bùn

Sân phơi bùn có chức năng làm mất nước bùn trong điều kiện tự nhiên Nước tách khỏi cặn bằng cách nén, bay hơi, thấmxuống đất, … Sau quá trình phơi, do tác động của tia tử ngoại, vi trùng gây bệnh cũng như mùi hôi thối của nó được giảmđi

Sau khi phơi, độ ẩm của bùn cặn còn lại 75÷80%, thể tích giảm 2,5 đến 3 lần Lúc này bùn được vận chuyển đi sử dụng làmphân bón hoặc sử dụng cho mục đích khác

Nước bùn từ sân phơi bùn theo hệ thống thoát nước về bể điều hòa để xử lý lại

III MÔ TẢ QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

1 Sơ đồ dây truyền công nghệ

2 Mô tả quá trình hoạt động của hệ thống

Giai đoạn xử lý nước thải:

Nước thải được thu gom theo hệ thống thu gom nước thải chảy vào khu xử lý tập trung nước thải, chảy qua song chắn rácvào bể điều hòa

Tại bể điều hoà nước thải được xử lý sơ bộ thông qua hệ thống phân phối cấp cho bể thông qua cụm máy thổi khí và cácđĩa phân phối khí (diffuser)

Sau bể điều hoà nước được bơm với lưu lượng cố định lên thiết bị lắng lá cấp 1 thông qua cụm bơm nước thải thả chìm đặt

tại bể điều hoà Tại đây phần cặn bẩn không tan (SS) có trong nguồn nước sẽ lắng xuống đáy thiết bị và xả về sân phơibùn, phần nước trong sẽ tự chảy sang bể điều chỉnh pH Nước thải có pH cao do kiềm dư nên tại bể này nước thải được hòatrộn đều với hóa chất điều chỉnh pH nhằm đưa pH xuống giới cho phép

Nước thải tiếp tục tự chảy sang bể xử lý hiếu khí Tại đây nước thải được hoà trộn đều với bùn hoạt tính (activated sludge)

có trong bể kết hợp với lượng oxy có trong không khí được cấp vào bởi cụm máy thổi khí và các đĩa phân phối khí(diffuser) Quá trình xử lý giảm thiểu nồng độ ô nhiễm có trong nguồn nước chủ yếu xảy ra ở giai đoạn này

Khi kết thúc giai đoạn này hầu như toàn bộ các thành phần ô nhiễm tan trong nước được chuyển hoá thành tế bào vi sinhvật (không tan)

Sau bể xử lý hiếu khí, nước thải lẫn bùn hoạt tính tự chảy sang thiết bị lắng lá cấp 2 Tại thiết bị này toàn bộ lượng bùn hoạttính (activated sludge) lắng xuống đáy thiết bị và phần nước trong chảy sang bể tiếp xúc khử trùng

Trong quá trình xử lý lượng bùn hoạt tính tăng lên do quá trình tăng sinh khối của vi sinh vật Một phần bùn hoạt tính đượctuần hoàn ngược trở lại bể xử lý hiếu khí thông qua cụm bơm bùn thải, phần còn lại được xả ra sân phơi bùn

Tại bể khử trùng, nước thải (đã đảm bảo đạt tiêu chuẩn hoá lý về nước xả thải) được châm hoá chất khử trùng Lúc nàynước đã đảm bảo TCVN và đủ điều kiện xả thải ra môi trường.

Giai đoạn xử lý bùn và rác thải:

Rác thải được sinh ra từ quá trình xử lý cơ học sẽ được chuyên chở bằng xe trở rác chuyên dụng định kỳ hàng tuần

Do quá trình xử lý sẽ có một lượng lớn bùn được sinh ra, nguồn nước thải đầu vào mà có hàm lượng các chất gây ô nhiễmcàng lớn thì lượng bùn hoạt tính sinh ra càng nhiều, để xử lý triệt để các nguồn gây ô nhiễm thì việc xử lý triệt để lượngbùn này là cần thiết

Bùn sinh ra từ các quá trình lắng sơ cấp, lắng thứ cấp, sẽ được chuyển ra sân phơi bùn Bùn sau khi được xử lý, phần bùnkhô được vận chuyển đi bằng xe chở chuyên dụng Phần nước bùn từ sân phơi bùn được chuyển về bể điều hoà

IV TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

Tính toán lượng không khí cần cấp cho bể điều hoà:

Để đảm bảo khả năng hoà trộn đều làm ổn định nồng độ các chất gây bẩn đồng thời làm giảm hiện tượng gây mùi hôi cho

hệ thống Chọn lưu lượng khí cần cấp để hoà trộn đều 1m3 nước thải trong bể điều hoà là: q = 0,015 (m3 khí /m3 nước thải /phút)

Vậy tổng lưu lượng khí cần cấp cho bể điều hoà là:

Qk = q  Vđh = 0,015  18 = 0,27 m3/phútTrong đó:

Qk: Lưu lượng khí cần cấp cho bể điều hoà (m3/phút)q: Lượng khí cần cấp cho 1m3 nước thải, q = 0,015 (m3 khí /m3 nước thải /phút)

Vđh: Thể tích chứa nước của bể điều hoà (m3), Vđh = 18 m3

Tính toán lượng đĩa phân phối khí cho bể điều hoà:

Chọn đĩa phân phối khí cho bể điều hoà có lưu lượng cấp qđĩa = 0,05 m3/phút

6 05 , 0

27 , 0

n: Số lượng đĩa phân phối khí trong bể điều hoà

Qk: Lưu lượng khí cần cấp cho bể điều hoà (m3/phút), Qk = 0,27 m3/phút

qđĩa: Lưu lượng khí cấp vào đĩa phân phối khí (m3/phút), qđĩa = 0,05 m3/phútTổng số lượng đĩa phân phối khí trong bể điều hoà là n = 6 đĩa

Tính toán đường kính ống cấp khí chính cho bể điều hoà:

Trong điều kiện thường, vận tốc khí chạy trong ống thép được chọn v = 20 m/s

Vậy xác định đường kính ống cấp khí chính cho bể điều hoà bằng công thức:

Đường kính ống cấp khí chính trong bể điều hoà:

60 20 14 , 3

27 , 0 4 60

ddh: Đường kính ống cấp khí chính cho bể điều hoà (m)

Qk: Lưu lượng khí cần cấp cho bể điều hoà (m3/phút), Qk = 0,27 m3/phútv: Vận tốc khí chạy trong ống (m/s), v = 20 m/s

Vậy đường kính ống cấp khí chính cho bể điều hoà là: chọn ddh = 20 mm

h U

Q F

Trong đó:

Q : Công suất của trạm xử lý, Q = 3 m3/h = 8,33 10-4 m3/s

Uo: Tốc độ lắng của hạt cặn; Uo = 0,5mm/s = 5.10-4m/sh: Kích thước tiết diện ống lắng

H: Chiều cao khối trụ lắng

α = 600; cos α = 0,5;

33 , 1 5 , 0 866 , 0 5 , 0 866 , 0

052 , 0 10

5 , 0

10 33 , 8

2 4

3 Bể điều chỉnh pH

4 Bể xử lý hiếu khí

Tính toán dung tích bể xử lý hiếu khí:

38 )

10 06 , 0 1 ( 3000

) 100 600 ( 10 6 , 0 60 ) 1

(

) ( 0

C

K X

S S QY V

C: Thời gian lưu tế bào (ngày)

S0: Nồng độ BOD5 đầu vào (mg/l)S: Nồng độ BOD5 đầu ra (mg/l) X: Nồng độ MLVSS có trong bể xử lý hiếu khí (mg/l) X = 3000

Tính toán lượng bùn thải hàng ngày:

Tốc độ tăng trưởng của bùn hoạt tính được xác định như sau:

375 , 0 06 , 0 10 1

6 , 0



d C

Y y

25 , 11 1

(Độ tro của cặn Z = 0,3-Nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng thứ cấp)

Lượng cặn dư xả ra hàng ngày:

c ra ra

X

X Q X V

10 70 60 3000 38

6 , 0 3000 000

8

X Q

Q

T T

m    1 , 42 

1000

) ( 02

Px: Tổng lượng bùn hoạt tính sinh ra trong ngày (kg/ngày)Thay vào công thức ta có:

1,42 11,25 24,025

800

600 1000

) 100 600 ( 60

O

m

kg/ngàyTrong không khí oxy chiếm 23,2% tổng khối lượng

Vậy lượng khí cần là:

104 2

, 23

100 025 , 24

100 104

Qkk = 1950/1,29 = 1511,63m3/ngày  1,05 m3/phút

Tính toán lượng đĩa phân phối khí cho bể hiếu khí:

Chọn đĩa phân phối khí cho bể hiếu khí có lưu lượng cấp qđĩa = 0,05 m3/phút

Số lượng đĩa phân phối khí trong bể hiếu khí: 21

05 , 0

05 , 1

n: Số lượng đĩa phân phối khí trong bể hiếu khí

Qkk: Lưu lượng khí cần cấp cho bể hiếu khí, Qkk = 1,05 (m3/phút)

qđĩa: Lưu lượng khí cấp vào đĩa phân phối khí, qđĩa = 0,05 (m3/phút)Tổng số lượng đĩa phân phối khí trong bể điều hoà là n = 21 đĩa

Tính toán đường kính ống cấp khí chính cho bể hiếu khí:

Trong điều kiện thường, vận tốc khí chạy trong ống thép được chọn v = 20 m/s

Vậy xác định đường kính ống cấp khí chính cho bể hiếu khí bằng công thức:

Đường kính ống cấp khí chính trong bể hiếu khí:

033 , 0 60 20 14 , 3

05 , 1 4 60

Vậy đường kính ống cấp khí chính cho bể hiếu khí là: chọn ddh = 40 mm

, 0 053 , 1

54



P S

M

Q tuoi

(l/ngày) = 1,026 (m3/ngày)Trong đó:

S: Tỷ trọng cặn tươi, S = 1,053 kg/l (bảng 13-1, giáo trình ‘’Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải’’ – Trịnh Xuân Lai)

P: Nồng độ cặn, P = 5% = 0,05 (độ ẩm 95%) (bảng 13-5, giáo trình ‘’Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải’’ – Trịnh Xuân Lai).

Lượng bùn từ bể lắng lá cấp 2:

Ở bể xử lý hiếu khí, lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày là 13,4 kg/ngày

Lưu lượng bùn cần xử lý:

995 01 , 0 005 , 1

10



P S

Thể tích bùn đưa vào sân phơi mỗi ngày:

Vb = 1,026 + 1 = 2,026 m3

Chỉ tiêu thiết kế: đạt nồng độ cặn 25% ( độ ẩm 75%)

Chọn chiều dày bùn 25% là 10cm, sau 4 tuần (28 ngày) 1m2 sân phơi được lượng cặn là:

g = V.S.P = 0,1 x 1,4 x 0,25 = 0,035 (tấn) = 35 (kg/28 ngày)Trong đó:

V = 1m2 x 0,1 = 0,1 m3

S: Tỷ trọng bùn khô, S = 1,4

P = 0,25