Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
3
3
/ngày đêm
/ngày đêm
LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam đang trong giai đoạn đổi mới, nền kinh tế chuyển mình phát triển mạnh
mẽ. Các ngành công nghiệp, các đơn vò sản xuất tranh đua phát triển, mở rộng sản xuất
nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về mọi mặt của con người. Cũng như các ngành
công nghiệp khác, ngành giấy đang phát triển không ngừng, nhu cầu về giấy hiện nay là
rất lớn với chủng loại sản phẩm ngày càng đa dạng. Thế nhưng đó cũng là nguyên nhân
của việc lượng nước thải cũng như chất thải khác gia tăng đe dọa ô nhiễm môi trường
nghiêm trọng và cần được kiểm soát.
Phương pháp xử lý sinh học được ứng dụng rộng rãi từ hơn 100 năm nay, đến bây
giờ, nó đã có mặt trong hầu hết các công trình xử lý nước thải và trong tương lai nó vẫn
còn phát triển mạnh mẽ với nhiều công trình ứng dụng. Đồ án môn học xử lý chất thải
mà em thực hiện nhằm nghiên cứu áp dụng, tính toán thiết kế công trình xử lý sinh học
cho nước thải xeo giấy.
Trong quá trình thực hiện đồ án, mặc dù có cố gắng nhưng vẫn còn những một số
lỗi, nên em cũng mong muốn được thầy cô góp ý, chỉnh sửa và giúp em hoàn thành tốt
nhiệm vụ của môn học.
SVTH : Nguyễn Đức Ban 1
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
3
3
/ngày đêm
/ngày đêm
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG
I. Đặt vấn đề

3
3
/ngày đêm
/ngày đêm
II. Nhiệm vụ của đồ án
 Tìm hiểu nguồn gốc, tính chất đặc trưng, khả năng gây ô nhiễm của nước thải sản xuất
giấy và bột giấy.
 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy
 Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp
 Tính toán thiết kế công trình xử lý
SVTH : Nguyễn Đức Ban 3
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
3
3
/ngày đêm
/ngày đêm
CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY
Công nghệ sản xuất giấy có thể chia làm 2 giai đoạn : sản xuất bột giấy và xeo giấy. Sở
dó có thể chia ra như vậy vì :
_ Nguyên liệu của giai đoạn xeo giấy là bột giấy
_ Bột giấy được sản xuất từ những nguyên liệu thô như tre, nứa, gỗ ,. . .. Thành phẩm của giai
đoạn này là bột giấy, bột giấy có thể được chuyển sang giai đoạn xeo hoặc làm sản phẩm bán ra
thò trường
_ Thành phần và nồng độ chất thải từ quá trình sản xuất bột giấy lớn hơn rất nhiều so với giai
đoạn xeo giấy
I. Giai đoạn sản xuất bột giấy
1. Nguyên liệu
Các tế bào thực vật, đặc biệt là tế bào gỗ, chứa rất nhiều sợi cellulose, là nguyên liệu thô
chính cho công nghệ sản xuất giấy và bột giấy. Sợi cellulose chủ yếu được cung cấp từ các nguồn

Trong các sợi gỗ còn có chứa một số chất khác như acid béo, nhựa cây, phenol, rượu,
protein,…Hầu hết các chất này tan trong nước và được gọi chung là extractive.
Ngành công nghiệp sản xuất giấy còn sử dụng một lượng lớn hóa chất ở các công đoạn nấu,
tẩy, xeo,… như các chất oxi hóa để khử lignin (Clo, hypoclorit, peroxit…), ngoài ra còn có đá vôi,
xút, cao lanh, nhựa thông, các chất kết dính tự nhiên và tổng hợp.
SVTH : Nguyễn Đức Ban 5
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
3
3
/ngày đêm
/ngày đêm
2. Qui trình công nghệ sản xuất bột giấy
SVTH : Nguyễn Đức Ban 6
Bột giấy thành phẩm
Nguyên liệu thô
(lồ ô, dăm, đũa)
Chặt, băm nhỏ thành
dăm
Tách nước
Khuấy trộn, rửa
Nghiền nhão
Rửa
Nấu
Nước thải rửa nấu
Nước, NaOH Dòch đen
Nước, bột giấy
Nước
Nước
Nước thải

hủy càng ít càng tốt đối với thành phần cellulose (tăng độ dai của sợi). Cách xử lý này được tiến
hành trong nồi áp suất (nồi nấu), có thể vận hành theo chế độ liên tục hoặc theo từng mẻ.
* Sau khi chưng nấu, hóa chất chuẩn bò cho quá trình tạo bột giấy được chuyển vào và đóng nắp
lại. Ở đó những chất lỏng màu đen (nước thải dòch đen) sẽ xả bỏ bởi những ống tháo nước. Bột
giấy được cô cạn sau đó rửa, nước rửa này có thể xả bỏ, tái sử dụng hay cho quay trở lại quá trình
phân tách tái tạo ban đầu. Trong quá trình rửa bột giấy, do đi qua các máy lọc sạch nên những
mác gỗ và các chất không bò phân hủy sẽ bò loại bỏ. Sau đó được dẫn vào bộ phận khử nước bao
gồm một lưới chắn hình trụ (gọi là lưới gạn bột giấy) xoay quanh đường dẫn bột giấy vào. Sau khi
khử nước hỗn hợp được chuyển sang bể tẩy trắng , ở đây hỗn hợp được xáo trộn trong nước ấm
hòa tan dung dòch canxi hypochlorite Ca(OCl)
2
hay hydrogen peroxide. Sản phẩm sau quá trình
này là sản phẩm bột giấy có thể bán hay tái tạo trong công nghiệp làm giấy.
SVTH : Nguyễn Đức Ban 7
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
3
3
/ngày đêm
/ngày đêm
II. Giai đoạn làm giấy
Quá trình làm giấy bao gồm trước tiên là chọn lựa sự xáo trộn thích hợp của bột giấy (gỗ,
vải cũ, cây lanh, sợi đay, rơm, báo cũ, . . .). Hỗn hợp bột giấy bò phân huỷ và xáo trộn trong máy
nhào trộn hay những loại thiết bò nhồi với thuốc nhuộm, để chất lượng sản phẩm giấy sau cùng
đạt chất lượng tốt, người ta cho hồ vào để lắp đầy những lỗ rỗng do bột khí có trong bột giấy. Bột
giấy được tinh chế trong phễu hình nõn lõm cố đònh, bên trong và bên ngoài mặt hình nón gắn
những con dao cùn, máy có tốc độ quay điều chỉnh được với mục đích xáo trộn và điều chỉnh
đồng dạng quá trình làm giấy. Cuối cùng bột giấy được lọc qua lưới chắn để loại bỏ những dạng
SVTH : Nguyễn Đức Ban 8
Thành phẩm

_ Dòng thải của quá trình nấu và rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan, các hóa
chất nấu và một phần xơ sợi. Dòng thải có màu tối nên thường được gọi là dòch đen. Dòch đen có
nồng độ chất khô khoảng 25 đến 35 %, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ 70:30.
_ Thành phần hữu cơ chủ yếu là trong dòch đen lignin hòa tan vào dòch kiềm (30 đến 35%
khối lượng chất khô), ngoài ra là những sản phẩm phân hủy hydratcacbon, axit hữu cơ. Thành
phần hữu cơ bao gồm những chất nấu, một phần nhỏ là NaOH, Na
2
S, Na
2
SO
4
, Na
2
CO
3
còn phần
nhiều là kiềm natrisunfat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm. Ở những nhà máy lớn, dòng
thải này được xử lý để thu hồi tái sinh sử dụng lại kiềm bằng phương pháp cô đặc – đốt cháy các
chất hữu cơ – xút hóa. Đối với những nhà máy nhỏ thường không có hệ thống thu hồi dòch đen,
dòng thải này được thải thẳng cùng các dòng thải khác của nhà máy, gây tác động xấu tới môi
trường.
_ Dòng thải từ công đoạn tẩy của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học
và bán hóa chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thànhcủa những chất đó với
chất tẩy ở dạng độc hại, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thẻ sống như các hợp chất clo hữu
cơ, làm tăng AOX trong nước thải. Dòng này có độ màu, giá trò BOD
5
và COD cao.
_ Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mòn, bột giấy ở dạng lơ
lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh.
_ Dòng thải từ các khâu rửa thiết bò, rửa sàn, dòng chảy tràn có hàm lượng các chất lơ lửng

N – NH
3
, mg/L 1.15 ≤ 35
P – PO
4
3-
, mg/L 1.21 ≤ 4
CHƯƠNG 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG
NGHIỆP
I. Xử lý cơ học
Xử lý cơ học nhằm mục đích
SVTH : Nguyễn Đức Ban 10
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
3
3
/ngày đêm
/ngày đêm
- Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơ lửng có kích thước lớn (rác, nhựa, dầu mỡõ,
cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải.
- Loại bỏ cặn nặng như sỏi, cát, mảnh kim loại, thủy tinh…
- Điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải.
- Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bò và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hoá lý và
sinh học .
1. Song chắn rác
Song chắn rác thường được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn. Tùy theo kích thước
khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mòn. Song chắn rác thô có khoảng
cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mòn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 –
25 mm. Rác có thể lấy bằng phương pháp thủ công hoặc thiết bò cào rác cơ khí.
2. Bể lắng cát

(SO
4
)
3
, phèn sắt loại FeSO
4
, Fe
2
(SO
4
)
3
hoặc loại FeCl
3
. Các loại phèn này được đưa vào
nước dưới dạng dung dòch hòa tan.
2. 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 theo bọt khí nổi lên bề mặt.
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 bò hấp thụ) sẽ đi từ pha lỏng (hoặc pha
khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung chất trong dung dòch đạt cân bằng. Các chất hấp phụ
thường sử dụng: than hoạt tính, tro, xỉ, mạt cưa, silicagen, keo nhôm.
4. 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, Ni, 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.
III. Các phương pháp hóa học

- 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 như Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As …và một số chất độc như cyanua.
Các chất oxy hóa thông dụng:Ozon, Chlorine, Hydro peroxide, Kali permanganate
Quá trình này thường phụ thuộc rõ rệt vào pH và sự hiện diện của chất xúc tác.
3. Kết tủa hóa học
Kết tủa hóa học thường được sử dụng để loại trừ các kim loại nặng trong nước. Phương pháp
được sử dụng rộng rãi nhất để kết tủa các kim loại là tạo thành các hydroxide, ví dụ :
Cr
3+
+ 3OH
-
→ Cr(OH)
3
Fe
3+
+ 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 hydroxide (Fe(OH)
3
), carbonate
(CdCO
3
), …Anion carbonate tạo ra hydroxide do phản ứng thủy phân với nước :
CO
3
2-

nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn tuần hoàn trở lại bể kỵ khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít
do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm.
* Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB)
Đây là một trong những quá trình kỵ khí ứng dụng rộng rãi nhất trên thế do hai đặc điểm
chính sau :
- Cả ba quá trình phân hủy-lắng bùn-tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình.
- Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn
hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng
Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khí UASB còn có những ưu điểm so với quá trình
bùn hoạt tính hiếu khí như :
- Ít tiêu tốn năng lượng vận hành.
- Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn.
- Bùn sinh ra dễ tách nước.
- Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng.
- Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí Methane.
* Bể lọc kỵ khí
Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước
thải. Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó
có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển. Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp
xúc và không bò rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào sinh vật rất cao (khoảng
100 ngày).
b. Quá trình hiếu khí
 Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng
Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan chuyển hóa thành
bông bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí – có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực.
Nước chảy liên tục vào bể aeroten, trong đó khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính
SVTH : Nguyễn Đức Ban 14
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
3

Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và
xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ
có điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước : (1)
làm đầy, (2) phản ứng, (3) lắng, (4) xả cạn, (5) ngưng.
SVTH : Nguyễn Đức Ban 15
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
3
3
/ngày đêm
/ngày đêm
 Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám
* Bể lọc sinh học
Bể lọc sinh học chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Vật liệu tiếp
xúc thường là đá có đường kính trung bình 25 – 100 mm, hoặc vật liệu nhựa có hình dạng khác
nhau, … có chiều cao từ 4 – 12 m. Nước thải được phân bố đều trên mặt lớp vật liệu bằng hệ
thống quay hoặc vòi phun. Quần thể vi sinh vật sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh
học có khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ chứa trong nước thải. Quần thể vi sinh vật này
có thể bao gồm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí và tùy tiện, nấm, tảo, và các động vật nguyên sinh, …
trong đó vi khuẩn tùy tiện chiếm ưu thế.
Phần bên ngoài lớp màng nhầy (khoảng 0,1 – 0,2 mm) là loại vi sinh hiếu khí. Khi vi sinh
phát triển, chiều dày lớp màng ngày càng tăng, vi sinh lớp ngoài tiêu thụ hết lượng ôxy khuếch
tán trước khi ôxy thấm vào bên trong. Vì vậy, gần sát bề mặt giá thể môi trường kỵ khí hình
thành. Khi lớp màng dày, chất hữu cơ bò phân hủy hoàn toàn ở lớp ngoài, vi sinh sống gần bề mặt
giá thể thiếu nguồn cơ chất, chất dinh dưỡng dẫn đến tình trạng phân hủy nội bào và mất đi khả
năng bám dính. Nước thải sau xử lý được thu qua hệ thống thu nước đặt bên dưới. Sau khi ra khỏi
bể, nước thải vào bể lắng đợt hai để loại bỏ màng vi sinh tách khỏi giá thể. Nước sau xử lý có thể
tuần hoàn để pha loãng nước thải đầu vào bể lọc sinh học, đồng thời duy trì độ ẩm cho màng
nhầy.
* Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC)

tiếp nhận, ôxy hòa tan có trong nước đủ để cấp cho quá trình làm sạch hiếu khí các chất hữu cơ.
* Hồ sinh học
Hệ hồ có thể phân loại như sau : (1) hồ hiếu khí, (2) hồ tùy tiện, (3) hồ kỵ khí
o Hồ hiếu khí
Có diện tích rộng, chiều sâu cạn. Chất hữu cơ trong nước thải được xử lý chủ yếu nhờ sự
cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn sống ở dạng lơ lửng. Ôxy cung cấp cho vi khuẩn nhờ sự khuếch
tán qua bề mặt và quang hợp của tảo. Chất dinh dưỡng và CO
2
sinh ra trong quá trình phân hũy
chất hữu cơ được tảo sử dụng. Hồ hiếu khí có hai dạng : (1) có mục đích là tối ưu sản lượng tảo,
hồ này có chiều sâu cạn 0,15 – 0,45 m; (2) tối ưu lượng ôxy cung cấp cho vi khuẩn, chiều sâu hồ
này khoảng 1,5 m. Để đạt hiệu quả tốt có thể cung cấp ôxy bằng cách thổi khí nhân tạo.
o Hồ tùy tiện
SVTH : Nguyễn Đức Ban 17
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
Thiết kế bể Aerotank xử lý nước thải xeo giấy công suất 1000 m
3
3
/ngày đêm
/ngày đêm
Trong hồ tùy tiện tồn tại 03 khu vực: (1) khu vực bề mặt, nơi đó chủ yếu vi khuẩn và tảo
sống cộng sinh; (2) khu vực đáy, tích lũy cặn lắng và cặn này bò phân hủy nhờ vi khuẩn kỵ khí;
(3) khu vực trung gian, chất hữu cơ trong nước thải chòu sự phân hủy của vi khuẩn tùy tiện. Có thể
sử dụng máy khuấy để tạo điều kiện hiếu khí trên bề mặt khi tải trọng cao. Tải trọng thích hợp
dao động trong khoảng 70 – 140 kg BOD
5
/ha ngày.
o Hồ kỵ khí
Thường được áp dụng cho xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao và cặn lơ lửng lớn, đồng
thời có thể kết hợp phân hủy bùn lắng. Hồ này có chiều sâu lớn, có thể sâu đến 9 m. Tải trọng

o
: làm sạch cơ khí) với dòng chảy. Tiết diện của thanh đan song chắn rác có thể là loại tiết
diện tròn, chữ nhật hay bầu dục. Tiết diện chữ nhật được sử dung rộng rãi nhưng loại này gây tổn
thất áp lực lớn. Ta có thể làm sạch song chắn và lưới chắn bằng thủ công hay bằng các thiết bò cơ
khí tự động hay bán tự động. Hiện nay, trên thò trường đã có bán nhiều loại thiết bò vừa làm lưới
chắn rác, vừa làm cắt và nghiền vụn rác thành các hạt hoặc mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải mà
không làm tắc ống, không gây hại cho máy bơm. Tuy nhiên, các loại thiết bò này cũng có nhược
điểm là gây khó khăn cho các công trình xử lý tiếp theo do lượng cặn trong nước thải tăng lên.
Loại này gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bò làm thoáng trong bể sinh học, chủ
yếu là các đóa, lỗ phân phối khí và dính bám vào các tuabin làm hư hại và giảm công suất của
thiết bò làm thoáng bề mặt. Do vậy, ta cần cân nhắc kỹ khi lựa chọn các loại thiết bò chắn rác.
2. Bể thu gom nước thải
SVTH : Nguyễn Đức Ban 19