Nghiên cứu thiết kế và cải tạo hệ thống xử lý nước thải công suất 3000m3/ngày - Đêm cho công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ

Vi Thị Mai Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 97 - 101 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 97 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CẢI TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG SUẤT 3000M 3 /NGÀY-ĐÊM CHO CÔNG TY CỔ PHẦN GIẤY HOÀNG VĂN THỤ Vi Thị Mai Hương* Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Trong bài báo này tác giả trình bày nghiên cứu thiết kế và cải tạo hệ thống xử lý nước thải công suất 3000 m3/ngày đêm cho công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ nhằm xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra sông Cầu. Từ khóa: thiết kế hệ thống xử lý nước thải, xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy, xử lý nước thải, cải tạo hệ thống xử lý nước thải.  MỞ ĐẦU Giấy là một trong những mặt hàng tiêu dùng thiết yếu phục vụ những nhu cầu khác nhau trong đời sống của con người và phục vụ sự phát triển kinh tế xã hội của mỗi nước. Ngành công nghiệp giấy có đặc trưng sử dụng một khối lượng lớn nguyên liệu thô, năng lượng, nước và các hóa chất trong quá trình sản xuất. Để sản xuất 1 tấn giấy trung bình cần 1,35 tấn nguyên liệu khô tuyệt đối, 35 tấn than, 200500 m3 nước, 10003000 kwh điện, ngoài ra còn sử dụng các loại hóa chất như phèn, nhựa thông, vôi, chất tẩy trắng, kiềm ...[4]. Do vậy, ngành này cũng tạo ra một lượng lớn chất thải nước thải, khí thải và chất thải rắn có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu không được xử lý. Xuất phát từ các vấn đề thực tiễn trên ước ta nói chung và của Công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ nói riêng, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu là: “Nghiên cứu thiết kế và cải tạo hệ thống xử lý nước thải công suất 3000 m3/ngày đêm cho Công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ”. Giới thiệu về Công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ Nhà máy Giấy Hoàng Văn Thụ là nhà máy giấy đầu tiên của ngành giấy Việt Nam, tiền thân là nhà máy giấy Đáp Cầu - Bắc Ninh do thực dân Pháp xây dựng từ tháng 7 năm 1913 với công suất ban đầu là 4.000 tấn giấy/năm.  Tel: [2]. Hiện nay, Công ty là một trong số những cơ sở sản xuất giấy vỏ bao xi măng có chất lượng tốt của Việt Nam. Phần lớn nguyên liệu hiện tại của Công ty là giấy loại nhập khẩu (OCC và NDK) thường nhập của các nước Châu Âu, Châu Mỹ và Châu Á. Một phần nhỏ nguyên liệu là giấy vỏ bao bì hộp thu mua được trong nước. Sản lượng giấy là 13.800 tấn/năm, đạt khoảng 92% công suất thiết kế. Hiện trạng môi trường nước Công ty nằm ngay sát sông Cầu nên nguồn nước cấp cho quá trình sản xuất của Công ty được bơm từ sông Cầu và nước thải của quá trình sản xuất cũng được thải ra sông Cầu. Nước thải sản xuất bao gồm nước thải phát sinh từ các công đoạn khuếch tán nóng, xeo giấy, nước xả đáy lò hơi, nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng, nước làm mát, nước thải sinh hoạt của cán bộ công nhân viên của Công ty. Ngoài ra còn có một lượng nước rò rỉ từ các van vòi hỏng, từ các đường ống dẫn nước bị nứt, vỡ. Định mức tiêu thụ nước trung bình của Công ty là 160  200 m3/tấn sản phẩm, tổng lượng nước thải sản xuất trung bình khoảng 2.400 m3/ngày. Hệ thống thu gom và xử lý nước thải của Công ty Kết quả kiểm soát ô nhiễm môi trường nước do Trung tâm Quan trắc và Bảo vệ Môi trường Thái Nguyên lấy mẫu nước thải trước khi thải ra sông Cầu được thể hiện trong bảng 1: Vi Thị Mai Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 97 - 101 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 98 Hình 1. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải hiện tại của Công ty Chú thích: a: Nước thải sau công đoạn xeo giấy b: nước thải sinh hoạt, nước thải vệ sinh thiết bị nhà xưởng, nước thải chảy tràn c: Nước thải sau công đoạn khuếch tán nóng d: Bùn thải; e: nước thải ra sông Cầu 1: Hệ thống bể tuyển nổi; 2: nước thải tuần hoàn 3: xơ sợi tuần hoàn; 4: Hố ga 5: Bể lắng; 6: Sân phơi bùn 7: Bể chứa; 8: Bể lắng bùn 9: Song chắn rác Bảng 1. Bảng kết quả phân tích nước thải trước khi thải ra sông Cầu T T Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5945:2005 (Cột A) 1 pH - 6,59 6 – 9 2 Mn mg/l 0,56 0,2 3 Fe 0,42 1 4 Coliform MPN/ 100ml 820 3000 5 BOD5 (20 0C) mg/l 290 30 6 COD mg/l 465,7 50 7 SS mg/l 408,1 50 8 Dầu mỡ mg/l 0,33 5 9 Tổng P mg/l 0,25 4 10 Tổng N mg/l <5 15 (Nguồn:Trung tâm Quan trắc và Bảo vệ Môi trường Thái Nguyên - lấy mẫu ngày 12/12/2006) [3] Nhận xét: Kết quả phân tích mẫu nước thải trước khi thải ra sông Cầu cho thấy: Các thông số BOD5, COD và SS có giá trị vượt tiêu chuẩn cho phép còn các thông số khác đều đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường bên ngoài. Giá trị BOD5 gấp TCCP 9,67 lần, giá trị COD gấp 9,31 lần và SS gấp 8,16 lần. Do đó thải trực tiếp ra sông Cầu sẽ gây hại cho sự sống của các loài sinh vật thủy sinh và gây hại cho môi trường sinh thái của sông Cầu. * Hệ thống xử lý nước thải cũ của Công ty Khi Công ty tiến hành xây dựng và lắp đặt dây chuyền sản xuất giấy bao bì đầu năm 2001 thì Công ty cũng đồng thời cũng được thiết kế và lắp đặt kèm theo một hệ thống xử lý nước thải. Tuy nhiên, hệ thống này chỉ vận hành được một thời gian ngắn (khoảng 2 tháng) thì dừng hoạt động. Hiện tại, hệ thống xử lý nước thải này bị bỏ hoang hoàn toàn, chỉ có bể chứa được tận dụng để lắng nước thải trước khi đổ ra sông Cầu. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải cũ của Công ty được thể hiện trong hình 2.[1] Nhận xét: Về mặt nguyên tắc, các phương pháp sử dụng trong sơ đồ hệ thống xử lý nước thải này để xử lý các chất ô nhiễm có trong nước thải là hợp lý. Tuy nhiên khi triển khai xây dựng và vận hành hệ thống thì hiệu quả xử lý nước thải là rất thấp nên hệ thống đã không thể duy trì hoạt động lâu được và đã bị bỏ hoang như hiện nay. Nguyên nhân dẫn đến hậu quả đó có thể là do một số nguyên nhân chủ yếu sau đây: - Chưa có sự phân luồng nước thải. Dòng nước thải từ công đoạn xeo có lượng thải lớn và hàm lượng chất ô nhiễm cao đặc biệt là các xơ sợi lơ lửng được dẫn thẳng vào hệ thống xử lý cùng với các dòng nước thải khác. Do vậy, khi sử dụng phương pháp đông keo tụ để tách xơ sợi sẽ kém hiệu quả và tốn hóa chất. - Phần xơ sợi còn lại trong nước thải vẫn rất lớn, khi đưa sang bể aeroten có quá trình sục khí mạnh gây hiện tượng bột nổi làm giảm hiệu quả xử lý của bể aeroten. Do các xơ sợi này làm cản trở sự tiếp xúc pha giữa vi sinh vật và các chất hữu cơ ở dạng hòa tan trong nước thải - Không thu hồi và tận thu được phần xơ sợi thất thoát sau công đoạn xeo, làm tăng lượng bùn cần xử lý. Vi Thị Mai Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 97 - 101 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 99 - Không tái sử dụng được một phần lớn nước thải sau công đoạn xeo. Hình 2. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải cũ của Công ty Chú thích 1. Song chắn rác 2. Bể chứa 3. Bể trộn - phản ứng 4. Bể lắng đợt 1 5. Bể aeroten 6. Bể lắng đợt 2 7. Hố ga 8. Bể chứa bùn 9. Nhà đặt máy nén bùn a:Nước thải vào b: Bùn thải c: Nước thải ra sông Cầu 4. Lựa chọn quy trình công nghệ xử lý Trên cơ sở phân tích đặc tính nước thải, các phương pháp thường sử dụng trong xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy và đánh giá quy trình công nghệ xử lý nước thải cũ, tác giả đã đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sản xuất giấy của Công ty cổ phần Giấy Hoàng Văn Thụ như trong Hình 3. Hình 3. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải mới thiết kế Chú thích 1. Bể lắng cát 2. Bể điều hòa 3. Bể tuyển nổi 4. Bể chứa bọt nổi 5. Bể aeroten 6. Bể lắng đợt 2 7. Bể nén bùn 8. Máy ép bùn băng tải a. Nước thải vào b: Bổ sung N, P c. Nước thải sinh hoạt d. Máy sục khí Bùn thải e. Nước thải tuần hoàn g: Nước thải ra sông Cầu h. Bùn thải Bảng.1. Các thông số chính đầu vào và yêu cầu đặc tính nước thải đầu ra của hệ thống xử lý nước thải cần thiết kế T T Thông số Đầu vào Đầu ra (TCVN 5945:2005cột A) 1 Thời gian thải (h) 24 24 2 Lưu lượng m3/h) 125 125 3 pH 5,77 6 – 9 4 BOD5 (mg/l) 310 30 5 COD (mg/l) 555,7 50 6 TSS (mg/l) 441,6 50 7 Tổng N (mg/l) 5,6 15 8 Tổng P (mg/l) 0,262 4 Phương án cải tạo hệ thống xử lý nước thải cũ Hệ thống xử lý nước thải cũ đã bị bỏ hoang gần 4 năm. Do vậy, hệ thống đường ống, máy móc thiết bị phụ trợ phải được thiết kế lắp đặt mới lại toàn bộ. Ở đây chỉ tiến hành cải tạo lại các bể của hệ thống cũ để chuyển thành những hạng mục trong hệ thống mới thiết kế và sẽ xây dựng thêm những hạng mục còn thiếu để tạo thành một hệ thống xử lý nước thải như mới thiết kế. Bảng 2. Bảng các hạng mục công trình chính của hệ thống xử lý nước thải cũ và của hệ thống xử lý nước thải mới thiết kế Hạng mục Kích thước (m) Thể tích (m3) I. Các hạng mục công trình chính của hệ thống xử lý nước thải cũ 1. Bể điều hòa 2 ngăn 16 x 12 x 4,5 864 2. Bể trộn - phản ứng D = 3,9, H = 3,5, d = 2, h = 1,5 41,8 3. Bể lắng đợt I D = 8,2, h = 3,5 184,8 4. Bể aeroten 4 ngăn 26,7 x 11,6 x 3,5 1084 5. Bể lắng đợt II D =10,8, h = 3,5 320,6 6. Bể chứa bùn 5 x 4 x 3,5 70 II. Các hạng mục công trình chính của hệ thống xử lý nước thải mới thiết kế 1. Bể lắng cát ngang 7 x 0,83 x 0,5 3 Vi Thị Mai Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 97 - 101 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 100 2. Bể điều hòa (2 ngăn ) 17 x 12 x 4 816 3. Bể tuyển nổi R = 4,1, h = 1,9 100 4. Bể trộn hóa chất trợ tuyển nổi 1 x 2 x 0,75 1,5 5. Bể chứa dung dịch bọt D =3, h = 3,5 25 6. Bể aeroten (2 ngăn) 20 x 11,2 x 3,5 784 7. Bể lắng đợt II D =13, H = 3,7 492,1 8. Bể nén bùn D = 2,5, h = 3,8 18,1 Tác giả đề xuất phương án cải tạo hệ thống xử lý nước thải cũ theo bản tóm tắt trong Bảng 3. Bảng 3. Đề xuất phương án cải tạo hệ thống xử lý nước thải cũ Hạng mục công trình hệ thống xử lý nước thải cũ Cải tạo thành hạng mục trong công trình hệ thống xử lý nước thải mới Các hạng mục công trình cần xây mới 1. Bể điều hòa 2 ngăn 1. Bể điều hòa 2 ngăn, có khuấy trộn cơ khí 1. Bể lắng cát 2. Bể trộn - phản ứng 2. Bể chứa dung dịch bọt nổi 2. Bình tạo áp lực trộn khí và nước của bể tuyển nổi 3. Bể lắng đợt I 3. Bể tuyển nổi 3. Bể cô đặc bùn 4. Bể aeroten 4 ngăn 4. Bể aeroten 2 ngăn và bể lắng ngang 4. Máy ép bùn băng tải 5. Bể lắng đợt II 5. Bể lắng đợt II 6. Bể chứa bùn 6. Bể chứa bùn Các hạng mục được cải tạo cụ thể như sau: * Bể điều hòa: Kích thước của bể điều hòa trong hệ thống xử lý cũ lớn hơn trong hệ thống mới nên có thể sử dụng lại. Chỉ cần lắp thêm vào giữa mỗi ngăn một máy khuấy cơ khí hoạt động liên tục nhằm xáo trộn nước thải trong bể, tránh lắng cặn xơ sợi ở đáy bể và tránh sự phân hủy yếm khí gây mùi hôi. * Bể trộn - phản ứng: Cải tạo thành bể chứa dung dịch bột huyền phù thu gom sau bể tuyển nổi. Thể tích của bể này lớn hơn bể chứa dung dịch huyền phù trong hệ thống xử lý mới thiết kế nên đảm bảo đủ chứa và lưu giữ ổn định dung dịch bột trước khi bơm sang máy ép bùn. Dung dịch bọt huyền phù thu gom được dẫn vào ống phân phối trung tâm. Tại đây có vòi phun nước áp lực dưới dạng tia, khi cần có thể mở để dập bọt. * Bể lắng đợt I: Bể lắng đợt I cũ được cải tạo thành bể tuyển nổi cần lắp đặt thêm cơ cấu gạt bọt nổi phía trên mặt và máng thu dung dịch bọt nổi. * Bể aeroten 4 ngăn: Bể aeroten của hệ thống xử lý nước thải cũ có thể tích 1084 m3 chia thành 4 ngăn, thể tích của mỗi ngăn là 271 m 3. Thể tích của bể aeroten trong hệ thống mới thiết kế là 784 m3. Vậy, kích thước của bể aeroten cũ lớn hơn của bể aeroten mới 300 m 3, trong khi bể lắng II cũ lại nhỏ hơn bể lắng II mới thiết kế là 171,5 m3 nên phần thể tích vượt trội này có thể được sử dụng làm bể lắng II. Do vậy, tác giả đề xuất phương án cải tạo bể aeroten cũ thể hiện trên các hình 4, hình 5 và hình 6 dưới đây. Hình 4. Sơ đồ mặt bằng bể aeroten cũ Hình 5. Sơ đồ mặt bằng bể aeroten cải tạo Hình 6. Sơ đồ mặt cắt đứng ngăn lắng mới Cụ thể cải tạo Vi Thị Mai Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 97 - 101 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 101 - Phá 2 vách ngăn ở phía sát 2 thành bể aeroten cũ, xây một vách ngăn chắn ngang bể, cách phía đầu bể 20m. Bể này chia thành 2 bể: + Bể 1: có 2 ngăn với kích thước: 20m x 11,6m x 3,5m; bể 2 phá bỏ các vách ngăn cũ tạo thành bể lắng ngang có kích thước 11,6m x 6,7m x 3,5 m. Xây máng thu nước trên bề mặt dọc theo thành bể aeroten (thành bể nối với ngăn lắng). + Bể 2: được thiết kế thành một bể lắng ngang có đặt các tấm chắn nghiêng bên trong. Bể được đào sâu thêm 0,5m. Khi đó kích thước của bể lắng này là 11,6m x 6,7m x 4 m tương ứng với thể tích là 311 m3, Đáy bể được làm dốc khoảng 300 về giữa bể và đặt ống hút bùn để thu bùn. Phần bùn lắng dưới đáy được bơm tuần hoàn trở lại bể aeroten. Sơ đồ cấu tạo của ngăn lắng được thể hiện trên hình 6. Chọn góc nghiêng của các thanh chắn nghiêng là 60 0 (thường lấy 450 - 600 [5]). Để đảm bảo đủ không gian phân phối nước đều vào các ô lắng, khoảng cách phần dưới các vách ngăn chọn là 1m (thường lấy từ 1,0 - 1,2 m [5]). Chiều cao vùng chứa nén cặn thường chọn là 1,2 m (thường lấy từ 1- 1,5 m [5]). Lớp nước trên bề mặt tính từ mép các vách nghiêng chọn là 0,6 m (thường lấy lớn hơn 0,5m [5]). Chiều cao phần đặt tấm chắn nghiêng là 0,7m. Khi đó, chiều dài của tấm chắn nghiêng là L=1,2/sin600=1 m. Chọn thanh chắn đứng dài khoảng 1,5m, đặt cách thành bể 0,5m. Khoảng cách giữa 2 tắm chắn nghiêng chọn là 0,15 m (thường lấy bằng 0,05 - 0,15m) [5]. Các tấm chắn nghiêng đặt cách 2 đầu bể một khoảng 0,5m. Số lượng tấm chắn nghiêng cần thiết là: (16,7-1)/0,15=105 tấm. Các tấm chắn nghiêng có thể làm bằng nhựa hoặc bằng thép không gỉ. Thời gian nước lưu trong bể lắng mới tạo thành là: 311/125 = 2,49 h. KẾT LUẬN Tác giả đã đề xuất được phương án thích hợp cải tạo hệ thống xử lý nước thải cũ cho Công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Công ty tư vấn, thiết kế và dịch vụ đầu tư - Bộ Công nghiệp - Bản thiết kế kỹ thuật hệ thống xử lý nước thải của Công ty cổ phần Giấy Hoàng Văn Thụ-2001 [2]. Hiệp hội Giấy Việt Nam (2004) - Lịch sử ngành Giấy Việt Nam - Hà Nội . [3]. Trung tâm Quan trắc và Bảo vệ Môi trường Thái Nguyên-Báo cáo kiểm soát ô nhiễm môi trường Công ty CP Giấy Hoàng Văn Thụ năm 2007. [4].Viện KH&CN Môi trường-Đại học Bách Khoa Hà Nội -Báo cáo tổng hợp đề tài: “Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn môi trường cho ngành công nghiệp giấy và bột giấy” - 10/2005. [5]. Nguyễn Ngọc Dung - Xử lý nước cấp - Nxb Xây dựng - 1999. SUMMARY THE RESEARCH OF DESIGNING AND IMPROVING THE WASTEWATER TREATMENT SYSTEM WITH 3000M3/DAY CAPACITY FOR HOANG VAN THU PAPER CORPORATION Vi Thi Mai Huong Thai Nguyen University of Technology In this paper, author presents the research of designing and improving the wastewater treatment system for Hoang Van Thu Paper Corporation with 3000m 3 /day capacity, to treat wastewater to achieve allowed standard when discharge into Cau River. Key words: Designing the wastewater treatment system, wastewater treatment in paper industrial, wastewater treatment, improving the wastewater treatment system. Vi Thị Mai Hương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 97 - 101 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên | 102