Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 (kèm bản vẽ)

ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 1 MỤC LỤC ---------oOo---------- MỤC LỤC ........................................................................................................................ 1 DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ 2 DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................... 3 CHƯƠNG I: PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................... 4 1.1 Tổng quan về ngành sản xuất bột giấy .................................................................... 5 1.2 Thành phần hóa học của gỗ .................................................................................... 6 1.3 Công nghệ sản xuất ............................................................................................... 7 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ .. Error! Bookmark not defined. 2.1 Phương pháp xử lý .................................................Error! Bookmark not defined. 2.2. Thành phần và tính chất nước thải bột giấy ............Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG III: LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ .............. Error! Bookmark not defined. 3.1 Yêu cầu công nghệ .................................................Error! Bookmark not defined. 3.2 Cơ sở lựa chọn phương án xử lý ........................................................................... 21 3.3 Quy trình công nghệ xử lý và thuyết minh quy trình ............................................ 26 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ..... 28 4.1 Song chắn rác .............................................................................................................. 27 4.2 Bể thu gom .................................................................................................................. 28 4.3 Bể điều hòa .................................................................................................................. 29 4.4 Bể trung gian ............................................................................................................... 31 4.5 Bể lắng I ...................................................................................................................... 33 4.6 Bể Detox ...................................................................................................................... 36 4.7 Bể UASB ..................................................................................................................... 40 4.8 Bể Aerotank................................................................................................................. 54 4.9 Bể lắng II ..................................................................................................................... 56 4.10 Hồ hoàn thiện ............................................................................................................ 57 4.11 Bể chứa bùn. .............................................................................................................. 57 4.12 Bể nén bùn. ................................................................................................................ 58 4.13 Sân phơi bùn.............................................................................................................. 58 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 60 5.1 Kết Luận .............................................................................................................. 61 5.2 Kiến Nghị .............................................................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 62 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 2 DANH MỤC BẢNG ---------oOo---------- Bảng 1.1: Chất lượng bột giấy sau khi dùng công nghệ P-RC APMP .. 9 Bảng 2.1: Thông số các giá trị đầu vào của nước thảiError! Bookmark not defined. Bảng 2.2: Gía trị các thông số ô nhiễm ................................................. 17 Bảng 2.3: Gía trị hệ số Kq ứng với lưu lượng dòng chảy ..................... 17 Bảng 2.4: Gía trị Kf ứng với lưu lượng nước thải ................................. 17 Bảng 2.5: Gía trị nồng độ nước thải ứng với các thông số .................... 18 Bảng 3.1: So sánh giữa các phương pháp xử lý kị khíError! Bookmark not defined. Bảng 4.1: Thông số tính toán cho song chắn rác ................................... 27 Bảng 4.2: Các dạng khuấy trộn trong bể điều hòa ................................ 30 Bảng 4.3: Thông số nước thải khi vào bể lắng I .................................... 33 Bảng 4.4: Thông số thiết kế bể lắng I ..................................................... 34 Bảng 4.5: Gía trị của hắng số thực nghiệm a, b. ................................... 36 Bảng 4.6: Thông số nước thải khi vào bể Detox .................................... 37 Bảng 4.7: Cường độ khuấy trộn theo thời gian ..................................... 38 Bảng 4.8: Thông số nước thải khi vào bể UASB ................................... 40 Bảng 4.9: Thông số đầu vào bể Aerotank. ............................................. 43 Bảng 4.10: Thông số tính toán thiết kế bể Aerotank............................. 43 Bảng 4.11: Thông số thiết kế bể Aerotank . ........................................... 53 Bảng 4.12: Thông số chọn tải trọng thiết kế bể lắng II ......................... 54 Bảng 4.13: Thông số thiết kế bể lắng II ................................................ 56 Bảng 4.14: Thông số đầu vào hồ hoàn thiện. ......................................... 53 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 3 DANH MỤC HÌNH ---------oOo---------- Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ P-RC APMP ................................................. 8 Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ quá trình rửa và đánh tơi dăm mảnh ......... 8 Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ trong quá trình xơ hóa ................................. 9 Hình 1.4: Chất lượng bột giấy .................................................................. 9 Hình 2.1: Ví dụ về dòng trao đổi chất trong ao hồ sinh họcError! Bookmark not defined. Hình 3.1: Ví dụ bể bùn hoạt tính ( Aerotank) ....................................... 22 Hình 3.2: Ví dụ sân phơi bùn .................................................................. 23 Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ xử lý ............................................................. 24 ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 4 CHƯƠNG I: ---------oOo--------- PHẦN MỞ ĐẦU ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 5 1.1 Tổng quan về ngành bột giấy Ngành công nghiệp giấy trong nước ta phát triển mạnh và có quy mô rộng lớn. Hiện nay ngành công nghiệp này đang đứng thứ năm trong nền kinh tế và đứng thứ ba trong tốc độ phát triển kinh tế,vì vậy đã thu hút hơn 300 nhà máy giấy trong cả nước tập trung vào hai quá trình: làm bột giấy và làm giấy từ bột .Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được to lớn về kinh tế, xã hội,…thì ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề về môi trường, đặc biệt lượng nước thải thải ra mỗi ngày trong quá trình sản xuất bột giấy có nồng độ các chất ô nhiễm rất cao, là loại nước thải rất khó xử lý và tốn kém về chi phí. Nếu nước thải này được thải ra ngoài môi trường mà không được xử lý trước thì nó sẽ gây tác hại rất nghiêm trọng đến môi trường thiên nhiên và con người. Độc tính của dòng nước thải sản xuất bột giấy là do hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây như: nhưa cây, lignin, xút…và một số chất phân hủy của lignin đã bị clo hóa có trọng lượng phân tử thấp. Hậu quả là gây ức chế của một số chất từ dịch chiết đối với cá, và khi mà thải trực tiếp ra kênh sẽ hình thành từng mảng giấy nổi trên mặt nước, làm cho nước có độ màu cao , hàm lượng DO rất thấp. Vì vậy việc nghiên cứu để đưa ra hệ thống xử lý cho ngành công nghiệp bột giấy là rất cấp bách và cần thiết để bảo vệ sức khỏe của người dân xung quanh, đồng thời là bảo vệ môi trường thiên nhiên của đất nước luôn đa dạng. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bột giấy là: gỗ, tre, nứa, lồ ô, giấy tái sinh…  Vấn đề môi trường Ngành sản xuất bột giấy và giấy được liệt vào ngành sản xuất gây ô nhiễm môi trường đáng kể cả trực tiếp cũng như gián tiếp. • Trực tiếp Nước thải có lưu lượng, tải lượng cũng như độc tính của các chất ô nhiễm cao, các chất ô nhiễm hữu cơ (dịch chiết từ thân cây, các axit béo, một số sản phẩm phân hủy của lignin, và các dẫn xuất của ligin đã bị Clo hóa) phát sinh từ ngành giấy là nguồn tiềm tàng gây ô nhiễm môi trường nước mặt, đất và nước ngầm nếu được thải thẳng ra ngoài không qua xử lý. Đặc biệt là dịch đen thải ra từ quá trình nghiền bột bằng phương pháp hóa học ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 6 Khí thải từ quá trình đốt nhiên liệu sản xuất hơi nước bão hòa. Ngoài ra, trong quá trình nghiền bột giấy hóa học các khí nặng mùi như hydro sulphite, mercaptan, … Dioxin xuất phát từ quá trình tẩy trắng bột giấy bằng chlorine. • Gián tiếp - Góp phần làm cạn kiết nguồn tài nguyên nước. - Góp phần làm cạn kiệt nguồn tài nguyên rừng. - Gây hiệu ứng nhà kính qua việc sử dụng năng lượng điện và mất thảm thực vật. 1.2 Thành phần hóa học của gỗ Sản xuất bột giấy là quá trình gia công xử lý nguyên liệu để tách các thành phần không phải là cellulose sao cho thu được bột giấy có hàm lượng cellulose càng cao càng tốt. Những loại cây dùng làm giấy phải có hàm lượng cellulose cao hơn 35%. Các thành khác như Hemicelluloses, lignin…cần phải thấp để giảm hóa chất dùng cho nấu và tẩy. 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 bột giấy. Sợi cellulose chủ yếu được cung cấp từ các nguồn sau:  Các loại gỗ: Bạch đàn, bồ đề,…  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 nguồn cung cấp chủ yếu cellulose là gỗ. Nguồn nguyên liệu được sử dụng để sản xuất bột giấy trong bài báo cáo là cây đay. Cây đay được trồng chủ yếu trong vụ hè thu hằng năm ở Đồng bằng Sông Cửu Long, đặc biệt là vùng bị nhiễm phèn nặng. Theo các nghiên cứu thì cây đay cao 2,5 -3m. Phần vỏ cho loại bột giấy có chiều dài xơ sợi khoảng 2,8mm và chiều ngang là 0,002mm, tỷ lệ dài/rộng= 149 phù hợp để sản xuất các loại giấy có độ bền cao. Sợi đay phần vỏ có thành phần hóa học như: cellulose 51,5% - 54,8%, lignin 11-20,6% … Vỏ đay nấu theo phương pháp sunphit trung tính là phù hợp nhất, cho hiệu quả cao, dễ tẩy trắng. Cây đay là cây thời vụ có tốc độ phát triển nhanh, trong vòng 4 tháng có thể cao 3,5m. Hiện nay, người dân địa phương trồng trên diện tích khoảng 12000ha. Ngoài việc tạo ra nguồn nguyên liệu có giá trị, cây đay còn có khả năng cun cấp thêm dinh dưỡng, cải tạo thổ dưỡng cho việc gieo trồng lúa vụ đông. Cây đay có những đặc tính sau: Cấu trúc sợi Phần thân cây đay cho bột có xơ sợi ngắn, tỷ lệ dài/rộng tương đương xơ sợi bột gỗ cứng. Thành phần hóa học: cellulose 43-465, pentozan 11-165, lignin 21-26%. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 7 Toàn thân cây đay: - Chiều dài xơ sợi: 1,28mm - Hàm lượng lignin: 13,2% - Cellulose: 54,4% - Anpha cellulose: 37,4% Vỏ cây đai: - Chiều dài xơ sợi: 2,6mm - Đường kính xơ sợi: 20µm - Hàm lượng lignin: 7,7% - Cellulose: 54,4% - Anpha cellulose: 37,4% Lõi cây đay: - Chiều dài xơ sợi: 0,5mm - Đường kính xơ sợi: 30µm - Hàm lượng lignin: 17,47% 1.3 Công nghệ sản xuất Công nghệ sản xuất bột giấy là công nghệ sản xuất bột hóa cơ. Công nghệ này cho phép sản xuất bột có chất lượng cao, chi phí điện năng thấp, tiêu thụ năng lượng ít hơn, hiệu suất thu hồi bột cao và khả năng ảnh hưởng môi trường thấp hơn do làm giảm độc tố của nước thải. Công nghệ P-RC APMP cho phép thay đổi lượng hóa chất đưa vào và năng lượng điện trong khi nghiền. Vì vậy có khả năng sản xuất lượng một giấy rất lớn đáp ứng cho nhu cầu của thị trường. Ưu điểm công nghệ P-RC APMP: - Là công nghệ phối hợp tiền xử lý dăm mảnh với kiềm proxit và tẩy trắng đồng thời trong quá trình nghiền. Ở công nghệ này, proxit tự ngấm sâu vào các thành vách xơ sợi với sự phân tách ít hơn, giảm các phản ứng thủy phân kiềm, giúp các hóa chất kiềm và peroxít phản ứng xuyên suốt ống xơ sợi nhằm giảm đến mức thấp nhất các tổn thất hemicelluloses trên bề mặt của xơ sợi. Xử lý hóa chất khi nghiền nhằm nâng cao sự phân bố hoặc phối trộn hóa chất ở nhiệt độ cao, giảm pH và lưu giữ ở nồng độ cao để hoàn thiện phản ứng hóa học. - Vốn đầu tư thấp - Lượng COD trong nước thải thấp - Tiêu thụ điện năng ít hơn. - Độ dai, bền của bột cao. - Sử dụng ít hóa chất hơn hóa chất nghiền. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 8 Công nghệ sản xuất Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ P- RC APMP Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ quá trình rửa và đánh tơi dăm mảnh Hệ thống rửa và đánh tơi dăm mảnh gồm: 1. Kenaf stump washer (Máy rửa dăm mảnh) 2. Tornado pulper (Máy đánh tơi dăm mảnh) ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 9 3. Deaeration tank (Bể thoát khí) 4. Magna cleaner (Máy làm sạch dăm mảnh) 5. Hydra screen (Sàng tách nước) Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ trong quá trình xơ hóa 1. LC-Fiberizer (Máy xơ hóa nồng độ thấp) 2. Screw press (SCP 1) (Vít ép1) 3. HC-Fiberizer (Máy xơ hóa nồng độ cao) 4. Bleaching chemicals & Dilution water (Hóa chất tẩy trắng và nước pha loãng) 5. To vent (Lỗ thoát khí) 6. Filtered water (Nước sạch)  Chất lượng bột giấy Bột giấy cây đay được dùng cho sản xuất giấy in, giấy viết. Hình 1.4: Sản phẩm chất lượng Bảng 1.1: Chất lượng bột giấy sau khi dùng công nghệ P-RC APMP Loại bột Bột giấy cây đay dùng công nghệ P-RC APMP Độ khô ≥86% Độ thoát nước 150- 200ml CSF Độ trắng ≥80% Chỉ số chịu bền ≥38 Nm/g Độ chịu xé ≥4,2 mNm2/g Độ chặt 2,4 cm3/g ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 10 Khả năng phân tán ≥52 m2/kg Độ bụi ≤3mm2/m2 ( Nguồn: số liệu nhà máy bột giấy Phương Nam) CHƯƠNG II ---------oOo--------- TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 11 2.1 Phương pháp xử lý  Xử lý cơ học Mục đích: Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơ lửng có kích thước lớn (rác, nhựa, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải. Loại bỏ cặn nặng như sỏi, cát, mảnh kim loại, thủy tinh… Điều hòa 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 hóa lý và sinh học. 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. Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô có trong nước thải. Bể lắng cát Bể lắng cát có nhiệm vụ loại bỏ cát, cuội, xỉ lò hoặc các loại tạp chất vô cơ khác có kích thước từ 0,2- 2 mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng các công trình phía sau. Bể lắng Lắng các hạt cặn lơ lửng trong nước thải, cặn hình thành trong quá trình keo tụ tạo bông (bể lắng đợt 1) hoặc cặn sinh học trong quá trình xử lý sinh học (bể lắng 2).  Xử lý hóa lý Keo tụ Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm có thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái 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 torng nước, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Do đó, các bông cặn mới tạo thành 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, phẻn sắt FeSO4, Fe2(SO4)3 hoặc FeCl3. Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan. Tuyển nổi Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt 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 tạo bọt khí nổi lên bề mặt. ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 12 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 (hoặc pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung chất trong dung dịch đạt cân bằng. Các chất hấp phụ thường sử dụng: than hoạt tính, tro, silicagen, keo nhôm… Trao đổi ion Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước như Zn, Cu, Cr, Hg,Mn…cũng như các hợp chất của Asen, photpho, xyanua, chất phóng xạ. Thường sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm khử cứng và khử khoáng.  Xử lý hóa học Phương pháp trung hòa Nhằm trung hòa nước thải có pH quá cao hoặc quá thấp, tạo điều kiện cho các quá trình xử lý hóa lý và sinh học: H+ + OH- → H2O Với Ca(OH)2 thường được sử dụng rộng rãi như một bazo để xử lý các nước thải có tính axit, trong khi axit sulfuric là một chất tương đố rẻ tiền dùng trong xử lý nước thải có tính bazo. Phương pháp oxy hóa- khử Phương pháp này được dung để: - Khử trùng nước - Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc nguyên tố hòa tan 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 cá kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, As…và một số chất độc như cyanua. - Các chất oxy hóa thông dụng là; Ozon, Chlorine, Hydro peroxide, Kali permanganate…Qúa trình này thường phụ thuộc rõ rệt vào pH và sự hiện diện của chất xúc tác. Kết tủa hóa học Kết tủa hóa học thường được sử dụng để loại trừ các kim loại nặng torng nước. Phương pháp này sử dụng rộng rãi nhất để kết tủa các kim loại là tạo thành các hydroxide Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 Phương pháp kết tủa hóa học hay được sử dụng nhất là phương pháp tạo các kết tủa với vôi. Soda cũng có thể được sử dụng để kết tủa các kim loại dưới dạng ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bột giấy công suất 1500m3 GVHD: Th.S Phan Thị Hải Vân SVTH: Nguyễn Thị Ly Uyên 90604482 13 hydroxide, carbonate…Anion carbonate tạo ra hydroxide do phản ứng thủy phân với nước: CO3 2- + H2O → HCO3 - + OH-  Xử lý sinh học Các phương pháp xử lý sinh học được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp có chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chấ