Đồ án Thiết kế bể aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy – bột giấy công suất 3000 m3/ngày đêm

Nước thải sau xử lý không lẫn dầu mỡ mới được phép đưa vào thủy vực. Ngoài ra, nước thải có lẫn dầu mỡ khi vào xử lý sinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở vật liệu lọc, ở phin lọc sinh học và còn làm hỏng cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aerotank. 2.1.1.6. Lọc cơ học Lọc được ứng dụng trong xử lý nước thải để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khi không thể loại bỏ được bằng phương pháp lắng. Trong các loại phin lọc, thường có các loại phin lọc dùng vật liệu dạng tấm và loại hạt. - Vật liệu dạng tấm có thể làm bằng tấm thép có đục lỗ hoặc lưới bằng thép không gỉ, nhôm, niken,…và cả các loại vải khác nhau ( thủy tinh, amiăng, bông, len, sợi tổng hợp ). Tấm lọc cần có trở lực nhỏ, đủ bền và dẻo cơ học, không bị trương nở và phá hủy ở điều kiện lọc. ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 12 - Vật liệu dạng hạt là cát thạch anh, than gầy ( anthracit ), than cốc, sỏi, đá nghiền, thậm chí là cả than nâu, than bùn hay than gỗ. Đặc tính quan trọng của lớp hạt lọc là độ xốp và bề mặt riêng. Quá trình lọc có thể xảy ra dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất cao trước vách vật liệu lọc hay áp suất chân không sau lớp vật liệu lọc. Các phin lọc làm việc sẽ tách các phần tử tạp chất phân tán hoặc lơ lửng khó lắng ra khỏi nước. Các phin lọc làm việc không hoàn toàn dựa vào nguyên lý cơ học. Khi nước qua lớp lọc, dù ít dù nhiều cũng tạo ra một lớp màng trên bề mặt các hạt vật liệu lọc, đó là lớp màng sinh học. Do đó, ngoài tác dụng tách các phần tử tạp chất phân tán ra khỏi nước, các màng sinh học cũng đã biến đổi các chất hòa tan trong nước thải nhờ quần thể vi sinh vật có trong màng sinh học. Chất bẩn và màng sinh học sẽ bám vào bề mặt vật liệu lọc dần dần bít các khe hở của lớp lọc làm cho dòng chảy chậm dần lại hoặc ngừng chảy. Trong quá trình làm việc người ta phải rửa phin lọc, để tách bớt màng bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc. Trong xử lý nước thải, thường dùng thiết bị lọc chậm, lọc nhanh, lọc kín, lọc hở. Ngoài ra còn dùng loại lọc ép khung bản, lọc quay chân không, các máy vi lọc hiện đại. Đặc biệt là đã cải tiến các vật liệu lọc trước đây thuần túy là lọc cơ học thành lọc sinh học, trong đó vai trò của màng sinh học được phát huy hơn nhiều. Tuy nhiên, quá trình lọc cơ học ít khi được ứng dụng trong xử lý nước thải, thường chỉ sử dụng trong trường hợp nước sau xử lý đòi hỏi có chất lượng cao. 2.1.2. Các phương pháp hóa lý 2.1.2.1. Keo tụ Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm thường không tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng phải dùng biện pháp xử lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lý các chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng trong nước, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Do đó, bông cặn mới tạo ra sẽ dễ dàng lắng xuống ở bể lắng. Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào trong nước các chất keo tụ thích hợp như: phèn nhôm ( Al2(SO4)3 ), phèn sắt ( FeSO4, ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 13 Fe2(SO4)3 hoặc FeCl3 ). Các loại phèn này được đưa vào nước thải dưới dạng dung dịch hòa tan.  Phèn nhôm: Khi cho phèn nhôm vào nước chúng sẽ phân ly thành các ion Al3+, sau đó các ion này sẽ bị thủy phân thành Al(OH)3. Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+ Trong phản ứng thủy phân trên, ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ tạo thành, còn giải phóng ra các ion H+. Các ion H+ này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước ( được đánh giá bằng HCO3- ). Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hòa ion H+ thì cần phải kiềm hóa nước. Chất dùng để kiềm hóa thông dụng nhất là vôi ( CaO ). Một số trường hợp khác có thể dùng Sô đa ( Na2CO3 ) hoặc sút ( NaOH ). Thông thường phèn nhôm đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước thải có pH = 5,5 ÷ 7,5.  Phèn sắt (II): Phèn sắt (II) khi cho vào nước sẽ phân ly thành ion Fe2+ và sau đó bị thủy phân thành Fe(OH)2. Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+ Fe(OH)2 vừa tạo thành vẫn còn độ hòa tan trong nước lớn, khi trong nước có oxy hòa tan, Fe(OH)2 sẽ bị oxy hóa thành Fe(OH)3. 4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 Quá trình oxy hóa chỉ diễn ra tốt khi giá trị pH của nước từ 8 ÷ 9 và phải có độ kiềm cao. Vì vậy, thường dùng loại phèn này khi cần kết hợp vôi làm mềm nước.  Phèn sắt (III): ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 14 Phèn sắt (III) loại FeCl3 hoặc Fe2(SO4)3 khi cho vào nước phân ly thành Fe3+ và bị thủy phân thành Fe(OH)3. Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ Vì phèn sắt (III) không bị oxy hóa nên không cần nâng cao pH của nước như sắt (II). Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 ÷ 6,5. Các muối sắt có ưu điểm hơn so với muối nhôm trong việc làm đông tụ các chất lơ lửng của nước vì: - Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp, - Khoảng pH tác dụng rộng hơn, - Tạo kích thước và độ bền bông keo lớn hơn, - Có thể khử được mùi vị khi có H2S. Nhưng muối sắt cũng có nhược điểm, đó là chúng tạo thành phức chất hòa tan có màu làm cho nước có màu. Trong quá trình keo tụ tạo bông của hydroxit nhôm hoặc sắt, người ta thường thêm vào các chất trợ keo tụ. Các chất này bao gồm: tinh bột, các ete, cellulose,…Ngoài ra còn có các chất trợ keo tụ tổng hợp, chất hay dùng nhất là polyacrylamit. Việc dùng các chất bổ trợ này làm giảm liều lượng các chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và nâng cao tốc độ lắng của các bông keo. 2.1.2.2. Tuyển nổi Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt. Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi bao gồm các dạng sau:  Tuyển nổi bằng khí phân tán ( Dispersed Air Flotation ): ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 15 Khí nén được thổi trực tiếp vào bể tuyển nổi để tạo thành các bọt khí có kích thước từ 0,1 ÷ 1 mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí – nước chứa cặn. Cặn tiếp xúc với bọt khí, kết dính và nổi lên bề mặt.  Tuyển nổi chân không ( Vacuum Flotation ): Bão hòa không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không. Hệ thống này ít được sử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao.  Tuyển nổi bằng khí hòa tan ( Dissolved Air Flotation ): Sục không khí vào nước ở áp suất cao ( 2 ÷ 4 at ), sau đó giảm áp giải phóng khí. Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kích thước 20 – 100 µm. 2.1.2.3. Hấp phụ Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hòa tan là pha rắn ( chất hấp phụ ) với pha khí hoặc pha lỏng. Dung chất ( chất bị hấp phụ ) sẽ đi từ pha lỏng ( pha khí ) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung dịch đạt cân bằng. Các chất hấp phụ thường dùng là: Than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagel, keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất ( xỉ tro, xỉ mạt sắt,…).Trong những chất trên thì than hoạt tính là chất được dùng phổ biến nhất. Than hoạt tính dạng: bột và dạng hạt đều được dùng để hấp phụ. Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước. Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ có thể được kể đến là: phenol, alkylbenzen, thuốc nhuộm các hợp chất thơm. 2.1.2.4. Trao đổi ion Phương pháp này có thể tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước như: Zn, Cu, Cr, Ni, Mn, Hg,…cũng như các hợp chất của asen, photpho, cyanua, chất phóng xạ. Người ta thường sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm hai mục đích: khử cứng và khử khoáng. ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 16  Khử cứng: Cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa cation ở dạng RNa 2RNa + CaSO4  R2Ca + Na2SO4 2RNa + MgSO4  R2Mg + Na2SO4 Khi lớp nhựa cation mất hiệu lực, người ta sẽ tái sinh bằng dung dịch muối ăn NaCl R2Ca + 2NaCl 2RNa + CaCl2 R2Mg + 2NaCl 2RNa + MgCl2  Khử khoáng: Cho nước cần xử lý chảy qua từng cột nhựa cation và nhựa anion riêng rẽ hay qua một cột kết hợp giữa nhựa cation và nhựa anion: RSO3H + NaCl  RSO3Na + HCl 2 RSO3H + Na2SO4  2RSO3Na + H2SO4 RSO3H + NaHCO3  RSO3Na + CO2 + H2O RSO3H + Na2CO3  2RSO3Na + CO2 + H2O ROH + HCl  RCl + H2O 2ROH + H2SO4  R2SO4 + H2O Khi lớp nhựa cation và nhựa anion mất hiệu lực, người ta tái sinh bằng dung dịch axit HCl và dung dịch xút NaOH như sau: RSO3Na + HCl  RSO3H + NaCl RCl + NaOH  ROH + NaCl 2.1.3. Các phương pháp hóa học 2.1.3.1. Trung hòa Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau, do đó cần phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH của nước thải tạo điều kiện thích hợp cho các quá trình xử lý hóa lý và sinh học. ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 17 Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch acid hoặc muối acid, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dung dịch nước thải H+ + OH- = H2O Mặc dù quá trình đơn giản về lý thuyết, nhưng vẫn có thể gây ra một số vấn đề trong thực tế như: giải phóng các chất ô nhiễm dễ bay hơi, sinh nhiệt, làm rỉ sét máy móc thiết bị,… Vôi ( Ca(OH)2 ) được sử dụng rộng rãi như một bazơ dùng để xử lý các loại nước thải có tính axit, trong khi đó acid sunfuric ( H2SO4 ) là một chất tương đối rẻ tiền dùng để xử lý nước thải có tính bazơ. 2.1.3.2. Phương pháp oxy hóa – khử Phương pháp oxy hóa – khử được dùng để: - Khử trùng nước thải nhằm tiêu diệt các loại vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun, sán,… - Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc sang thể khí. - Biến đổi một chất không phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn, có khả năng đồng hóa bằng vi khuẩn. - Loại bỏ các kim loại nặng trong nước thải: Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As,… và một số chất độc như cyanua. Các chất oxy hóa thông dụng như: ozon ( O3 ), chlorine ( Cl2 ), hydro peroxide (H2O2), kali permanganate (KMnO4 ) Quá trình này thường phụ thuộc vào pH và sự hiện diện của chất xúc tác. 2.1.3.3. Kết tủa hóa học Kết tủa hóa học thường được sử dụng để loại trừ các kim loại nặng trong nước. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhất để kết tủa các kim loại là tạo thành hydroxide, ví dụ: Cr3+ + 3OH-  Cr(OH)3 Fe3+ + 3OH-  Fe(OH)3 ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 18 Phương pháp kết tủa hóa học hay được sử dụng nhất là phương pháp tạo kết tủa với vôi. Soda cũng có thể được sử dụng để kết tủa các kim loại dưới dạng hydroxide (Fe(OH)3), carbonate ( CaCO3 ),…Anion carbonate tạo ra hydroxide do phản ứng thủy phân với nước: CO32- + H2O  HCO3- + OH- 2.1.4. Phương pháp sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật nhằm loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, cũng như một số chất vô cơ như: H2S, sulfide, ammonia, các muối nitrat,…ra khỏi nước thải.Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất để sinh trưởng và phát triển. Quá trình xử lý sinh học gồm các bước sau: - Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh. - Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào sinh vật và các chất keo vô cơ có trong nước thải. - Loại các bông cặn sinh học ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng trọng lực. Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên tùy vào tính chất hoạt động của chúng, phương pháp xử lý sinh học có thể chia thành hai loại: phương pháp xử lý kỵ khí và phương pháp xử lý hiếu khí. Ngoài ra trong một số trường hợp, người ta cũng sử dụng kết hợp cả hai quá trình kỵ khí và hiếu khí.  Phương pháp xử lý kỵ khí: sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, quá trình xử lý diễn ra trong điều kiện không có oxy. Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là các quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau: Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn: Vi sinh vật ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 19 - Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử. - Giai đoạn 2: Acid hóa - Giai đoạn 3: Acetat hóa - Giai đoạn 4: Methane hóa Các chất hữu cơ chứa nhiều hợp chất cao phân tử như: Protein, chất béo, carbonhydrate, cellulose, lignin,…trong giai đoạn thủy phân sẽ cắt mạch tạo thành các phân tử đơn giản hơn, dễ thủy phân hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành các amino acid, cacbonhydrate thành đường đơn và chất béo thành acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại tiếp tục được chuyển hóa thành acid acetic, H2 và CO2. Vi khuẩn methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như là CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methyl amine và CO. Các phương trình phản ứng diễn ra như sau: 4H2 + CO2  CH4 + 2H2O 4HCOOH  CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COOH  CH4 + CO2 4CH3OH  3CH4 + CO2 + H2O 4(CH3)3N + H2O  9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3  Phương pháp hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, quá trình xử lý diễn ra trong tình trạng có oxy. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí gồm 3 giai đoạn: - Oxy hóa các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 CO2 + H2O + ΔH - Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + O2 + NH3 Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N) + CO2 + H2O – ΔH - Phân hủy nội bào: Enzyme Enzyme Enzyme ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 20 C5H7O2N + O2 5CO2 + H2O + NH3 ± ΔH Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kỵ khí và hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo ra điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn xử lý sinh học tự nhiên. 2.2 VÍ DỤ VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP  Công ty giấy Tân Mai Thu gom Bể điều hòa Bể trộn Lắng 2 Bể phản ứng kết hợp lắng đứng Bể chứa bột Aerotank Lắng 1 Nguồn tiếp nhận Khử trùng Bể nén bùn Bể chứa bùn Bột giấy tái sử dụng Hố thu gom Bể điều hòa Nước thải sản xuất xeo giấy Bùn làm phân bón Lọc ép dây đai Nước thải sản xuất bột giấy NaOH, Phèn sắt ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 21 CHƯƠNG III LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHÍNH 3.1. CƠ SỞ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ: Từ các thông số thiết kế: - Lưu lượng nước thải cần xử lý là 3000 m3/ngày đêm. - Tính chất nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945-2005 (Loại B) Bảng 3.1 Tính chất nước thải loãng đầu vào và tiêu chuẩn xả thải STT Thành phần Đơn vị Tính chất nước thải thô TCVN 5945-2005 (Loại B) 1 TSS 1800 100 2 BOD5 467 50 3 COD 752 80 Nước thải nhà máy có chỉ tiêu SS chủ yếu là các xơ sợi mịn và bột giấy ở dạng lơ lửng. Để thu hồi bột giấy và xơ sợi mịn lẫn trong nước thải, phương án tối ưu là sử dụng lưới chắn rác mịn và xử lý bằng phương pháp hóa lý (quá trình keo tụ tạo bông và lắng bông cặn). Nước thải nhà máy có tỉ lệ BOD5 : COD > 0,5 . Phù hợp cho xử lý bằng phương pháp sinh học ( hiếu khí ). Trong xử lý sinh học hiếu khí có nhiều công trình khác nhau như: bể Aerotank,bể lọc sinh học (Bioohin), bể sinh học tiếp xúc quay (RBC), bể Unitank. Ta cần cân nhắc lựa chọn sao cho phù hợp điều kiện thực tế (lưu lượng, nồng độ các chất ô nhiễm, vị trí nơi xử lý, đặc điểm nguồn tiếp nhận,…). Bảng 3.2 So sánh các công trình xử lý sinh học hiếu khí Công trình Ưu điểm Nhược điểm Aerotank +Hiệu quả xử lý cao đạt trên 89% +Thời gian khởi động ngắn +Ít tạo mùi hôi +Cần thêm bể lắng 1(loại bớt chất bẩn trước khi vào bể) và bể lắng 2 (lắng cặn, bùn hoạt tính) Biophin +Thiết bị đơn giản, ít tốn năng lượng +Hiệu quả xử lý kém hơn Aerotank +Ruồi, muỗi phát sinh ảnh hưởng công trình và môi trường sống RBC +Chiếm ít diện tích +Hiệu quả xử lý phụ thuộc yếu tố nhiệt độ không khí Unitank +Cấu trúc gọn,ít chiếm diện tích +Thích hợp với lưu lượng vào ra +Vận hành khó do nhiều thông số +Đầu tư thiết bị tốn kém ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 22 thay đổi +Dễ dàng mở rộng, tăng công suất do thiết kế dạng Module Từ bảng (3.2) cho thấy việc xử lý nước thải nhà máy theo phương pháp sinh học hiếu khí dạng công trình bể Aerotank là khả thi nhất. 3.2. THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ: 3.2.1 Sơ đồ công nghệ: Nước thải loãng Hố thu gom Lưới chắn rác mịn Bể điều hòa Bể trộn cơ khí Bể lắng ly tâm đợt 1 Bể tạo bông cơ khí Bể Aerotank Bể lắng ly tâm đợt 2 Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận Song chắn rác làm sạch cơ giới NaOH, Phèn sắt Nước tách bùn tuần hoàn Thu hồi xơ sợi Máy thổi khí Polymer anion Clorine Máy thổi khí Bùn tuần hoàn Polymer cation Đốt, chôn lấp Bể chứa bùn Bể nén bùn ly tâm Máy ép bùn băng tải ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 23 Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải loãng nhà máy sản xuất giấy – bột giấy. 3.2.2 Thuyết minh công nghệ : Nước thải loãng cùng các nước thải khác (nước làm mát, nước thải sinh hoạt, nước vệ sinh nhà máy…) được bơm tới trạm xử lý nước thải. Đầu tiên nước thải sẽ đi qua song chắn rác và chảy vào hố thu gom. Song chắn rác có nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô để tránh gây tắc nghẽn đường ống, mương dẫn và làm hỏng bơm. Hố thu gom có nhiệm vụ tập trung nước thải và để đảm bảo lưu lượng cho các bơm hoạt động. Hố thu gom được đặt 2 bơm nhúng chìm hoạt động đồng thời để phân phối nước thải vào bể điều hòa. Nước thải trước khi vào bể điều hòa sẽ chảy qua lưới chắn rác mịn, tại đó các xơ sợi mịn được thu hồi và tái sử dụng bột giấy. Bể điều hòa có hệ thống khuấy trộn phía dưới để điều hòa nồng độ và lưu lượng dòng thải. Từ bể điều hòa nước thải được bơm đến bể trộn cơ khí để khử màu, các chất rắn lơ lửng, một phần chất hữu cơ hòa tan và một số chất độc bằng phương pháp hóa lý. Tại đây, NaOH và phèn sắt được châm vào nước thải bằng bơm định lượng để đạt được giá trị pH tối ưu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình keo tụ tạo bông và quá trình xử lý sinh học phía sau. Bể trộn cơ khí có lắp đặt hệ thống motor cánh khuấy dạng tua bin 6 cánh giúp cho hóa chất có thể trộn đều với nước thải. Tiếp theo, nước thải sẽ được dẫn qua bể tạo bông cơ khí và bể lắng ly tâm đợt 1 để hoàn tất quá trình keo tụ. Tại đây nước thải sẽ được châm polymer anion để tăng tính kết dính giữa các hạt keo với cặn bẩn,hình thành các bông cặn đủ lớn để dễ dàng tách ra khỏi nước bằng phương pháp lắng. Bùn lắng đọng dưới đáy bể lắng ly tâm đợt 1 sẽ được bơm về bể chứa bùn. Nước thải sau lắng sẽ được dẫn qua bể Aerotank. Tại đây quá trình xử lý sinh học hiếu khí sẽ diễn ra nhờ O2 được cấp từ hệ thống sục khí đặt chìm dưới đáy bể. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ đơn giản (CO2 và H2O). Hiệu quả xử lý của bể Aerotank tính theo COD và BOD là 90-95%. Nước thải sau khi qua bể Aerotank được dẫn đến bể lắng ly tâm đợt 2 để loại bỏ bùn hoạt tính. Một phần bùn được tuần hoàn trở lại bể Aerotank để duy trì ổn định mật độ vi sinh vật, phần bùn còn lại được bơm về bể chứa bùn trước khi đến bể nén bùn ly tâm. Bùn sau nén sẽ được đưa đến máy ép bùn băng tải để tách nước. Sau đó sẽ được đem đi đốt cùng vỏ cây, mùn và dịch cô đặc. Nước tách bùn sẽ được tuần hoàn trở lại về bể điều hòa để xử lý lại chung với nước thải. ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 24 Nước thải sau khi qua bể lắng ly tâm đợt 2 sẽ được dẫn đến bể khử trùng để loại bỏ các mầm bệnh có trong nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. 3.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHÍNH: BỂ AEROTANK 3.3.1. Nhiệm vụ Tại bể Aerotank các hợp chất hữu cơ trong nước thải sẽ được phân hủy bởi các vi sinh vật hiếu khí. Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ có trong bể Aerotank qua 3 giai đoạn chính sau: 1. Giai đoạn 1: Tốc độ oxy hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxy 2. Giai đoạn 2: Vi sinh phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi. Chính giai đoạn này chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. 3. Giai đoạn 3: Sau một thời gian khá là dài thì tốc độ oxy hóa bị chững lại, tốc độ tiêu thụ oxy tăng lên. Đây là giai đoạn xảy ra quá trình nitrat hóa các muối amon. Hiệu quả xử lý của bể Aerotank tính theo COD và BOD là 90-95%. 3.3.2. Tính toán Sau khi qua các công trình xử lý sơ bộ,tải lượng ô nhiễm của dòng thải giảm Các thông số đầu vào của bể Aerotank *COD : 40 % *BOD5 : 35 % *TSS : 85 % *COD : 451 mg/l *BOD5 : 303 mg/l *TSS : 270 mg/l Bảng 3.3. Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn Tên thông số Đơn vị Giá trị MLVSS/MLSS - 0,7 ÷ 0,8 Thời gian lưu bùn (SRT), Өc ngày 5 ÷ 15 Tỷ lệ BOD5 trong nước thải và bùn hoạt tính (F/M) kg BOD5/kg bùn.ngày 0,2 ÷ 0,6 Tải trọng BOD5 trên một đơn vị thể tích, La kg BOD5/m3.ngày 0,8 ÷ 1,9 Nồng độ bùn hoạt tính trong bể (MLVSS), X mg/l 800 ÷ 4000 Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn (MLSS), Xr mg/l 4000 ÷ 12000 ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: TS Vũ Trần Mai Anh - TS Bùi Xuân Thành SVTH: Lê Thế Sơn Thiết kế bể Aerotank cho hệ thống xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy, công suất 3000 m3/ngày.đêm Page 25 Hệ số tuần hoàn bùn, α - 0,25 ÷ 1 (Nguồn: Giáo trình “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải” – NXB Xây Dựng – TS.Trịnh Xuân Lai) Bảng 3.4. Giá trị đặc trưng của các hệ số động học trong xử lý nước thải Tên thông số Đơn vị Giá trị Trung bình K ngày-1 2 ÷ 10 4 Ks mg BOD5/l 25 ÷ 100 60 mg COD/l 15 ÷ 70 40 Hệ số sản lượng bùn ,Y mg VSS/mg BOD5 0,4 ÷ 0,8 0,6 mg VSS/mg COD 0,3 ÷ 0,6 0,4 Hệ số phân hủy nội bào, Kd ngày-1 0,02 ÷ 0,1 0,055 (Nguồn: Giáo trình “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải” – NXB Xây Dựng – TS.Trịnh Xuân Lai) A. Các thông số thiết kế bể Aerotank - Lưu lượng nước thải: Qngàytb = 3000 m3/ngày đêm = 125 m3/h. - Hàm lượng COD đầu vào: 451 mg/l. - Hàm lượng BOD5 đầu vào: S0 = 303 mg/l. - Hàm lượng BOD5 đầu ra: S’ = 50 mg/l. - Hàm lượng SS đầu vào : 270 mg/l. - Nước thải sau bể lắng ly tâm đợt 2 chứa SSra = 60mg/l, trong đó có chứa 65% cặn dễ phân hủy sinh học. - Nước thải khi vào bể Aerotank có hàm lượng chất lơ lửng bay hơi (nồng độ vi sinh vật ban đầu): X0 = 0. - Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) trong bùn hoạt tính: MLVSS:MLSS = 0,7. - Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn (tính theo lượng chất rắn lơ lửng – MLSS): Xr = 10000 mg/l. - Nồng độ bùn hoạt tính (tính theo lượng chất rắn lơ lửng bay hơi – MLVSS)trong bể Aerotank: X = 3500 mg/l. - Thời gian lưu bùn trong hệ thống: Өc = 10 ngày. - Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 : BOD20 (BOD hoàn thành): f = 0.68.