Thực nghiệm, thiết kế bể lắng sơ cấp trong công đoạn xử lý nước thải cho nhà máy giấy

Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
---------o0o--------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quốc Hoàng Số hiệu sinh viên: 20103016 Khóa: K56
Ngành: Máy & Thiết bị Công nghiệp Hóa chất

Viện Kỹ thuật hóa học.

Họ và tên cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Trung Dũng
I. Đầu bài thiết kế:
“ Thực nghiệm, thiết kế bể lắng sơ cấp trong công đoạn xử lý nước thải cho nhà máy
giấy”
II. Các số liệu ban đầu:
- Năng suất xử lý: 2500 m3/h.
- Các thông số khác sinh viên tự tìm hiểu.
III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Tổng quan về ngành công nghiệp giấy.
- Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải.
- Các phương pháp thiết kế.
- Thực nghiệm và kết quả

- Tính toán thiết kế bể lắng dựa vào kết quả thực nghiệm.
IV. Các bản vẽ: (Yêu cầu các bản vẽ trình bày trên khổ giấy Ao)
- Bản vẽ sơ đồ công nghệ.
- Bản vẽ các thiết bị chính: Bể lắng răng cào và cắt trích các chi tiết.
V. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 14/02/2016
VI. Ngày hoàn thành đồ án: 13/6/2016
Hà Nội, ngày 13 tháng 6 năm 2016

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 1


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là một cơ hội tuyệt vời cho sinh viên có thể áp dụng, thực hành
những kiến thức đã được truyền đạt, đồng thời có thể rút ra được những kinh nghiệm thực
tế quý giá trong suốt quá trình thực hiện cũng như phương pháp làm việc hiệu quả, làm
tiền đề cho việc thực hiện các nghiên cứu, thiết kế khác sau này.
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ
khi bắt đầu học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài, em đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, anh chị và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin
gửi đến quý Thầy Cô ở Bộ môn Máy và Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất – Dầu Khí, Viện
Kỹ Thuật Hóa Học, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các cán bộ, anh chị tại Tổng Công Ty

Giấy Việt Nam ... đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình nhiệt tình giúp đỡ em trong
suốt thời gian vừa qua.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Trung Dũng đã tận tâm hướng
dẫn em qua từng buổi thí nghiệm cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về nội dung,
phương pháp trong nghiên cứu khoa học và thực hiện đồ án. Nếu không có những lời
hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì đề tài tốt nghiệp lần này của em rất khó có thể hoàn thiện
được.
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, do kiến thức cũng như kinh nghiệm
thực tiễn vẫn còn chưa hoàn thiện nên khó tránh khỏi sai sót, em kính mong nhận được ý
kiến đóng góp của các Thầy Cô để có thể học thêm được nhiều kinh nghiệm, tự hoàn
thiện mình, và sẽ hoàn thành tốt hơn đồ án tốt nghiệp này.
Em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 6 năm 2016
SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 2


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

LỜI MỞ ĐẦU
Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưng nó không phải là vô tận. Mặc dù
lượng nước chiếm hơn 97% bề mặt trái đất nhưng lượng nước có thể dùng cho sinh hoạt
và sản xuất rất ít, chiếm khoảng 3%. Nhưng trong thời buổi công nghiệp hoá hiện đại hoá
đất nước đi lên, đòi hỏi các ngành công nghiệp phải phát triển nhanh. Sự phát triển công

nghiệp nhanh chóng mang lại nhiều lợi ích, nhưng bên cạnh đó nó cũng có nhiều tác hại
làm ảnh hưởng xấu đến môi trường và đe dọa đến sức khỏe con người đặc biệt là ô nhiễm
nước. Nguồn nước bị ô nhiễm nghiêm trọng do nhiều nguyên nhân mà nguyên nhân chính
là do hoạt động sản xuất công nghiệp và ý thức của con người. Việc khan hiếm nguồn
nước ngọt đã và đang gây ra hậu quả hết sức nghiêm trọng đến môi trường, hệ sinh thái,
các loài sinh vật, trong đó có con người. Cũng như các ngành công nghiệp khác, ngành
công nghiệp giấy đang phát triển không ngừng, nhu cầu về giấy hiện nay là rất lớn và
chủng loại sản phẩm ngày càng đa dạng.
Công nghệ sản xuất bột giấy chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế, nhu cầu
sản phẩm giấy càng tăng. Giấy đáp ứng nhu cầu bức thiết trong cuộc sống con người để
phục vụ nhiều mục đích khác nhau: giấy viết, giấy in, giấy bao bì, sinh hoạt…. Tuy nhiên
nếu lượng nước thải nay thải ra mà không qua xử lý thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến môi
trường nước. Độc tính từ nước thải của các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy là do sự
hiện diện một hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây bao gồm: nhựa cây, các acid
béo, lignin… và một số sản phẩm lignin đã được clo hóa có trọng lượng phân tử thấp. Các
chất từ dịch chiết ra có khả năng gây ức chế đối với cá. Khi xả trực tiếp nguồn nước thải
này ra ngoài kênh rạch thì sẽ hình thành từng mảng giấy nổi lên trên mặt nước, làm cho
nước có độ màu khá cao và hàm lượng DO gần bằng không. Điều này không những gây
ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của sinh vật mà còn dán tiếp ảnh hưởng đến sức
khỏe con người. Chính vì lí do cấp thiết đó em chọn đề tài nghiên cứu, thiết kế hệ thống
xử lý nước thải cho nhà máy giấy.
Trong quá trình xử lý nước thải ở nhà máy giấy công đoạn xử lý bùn trước khi đưa đi sử
lý sinh học là vô cùng quan trọng. Do tính cấp thiết của nó trong việc xử lý nước thải
công nghiệp nhà máy giấy em thực hiện đề tài
“Thực nghiệm, thiết kế bể lắng sơ cấp trong công đoạn xử lý nước thải cho nhà máy
giấy”.
SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 3


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

MỤC LỤC

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 4


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Vài nét về công nghiệp giấy Việt Nam và nhà máy giấy Bãi Bằng.

1.1.1.Tổng quan ngành giấy Việt Nam.
Ngành giấy là một trong các ngành được hình thành từ rất sớm ở Việt Nam khoảng
năm 284. Từ giai đoạn này đến đầu thế kỷ 20 giấy được làm bằng phương pháp thu công
để phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh, vàng mã…
Năm 1912 nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp đi vào
hoạt động với công suất 4000 tấn giấy/năm tại Việt Trì. Trong thập niên 1960 nhiều nhà
máy được đầu tư xây dựng nhưng hầu hết có công suất nhỏ(dưới 20000 tấn/năm) như nhà

máy giấy Việt Trì, nhà máy bột giấy Vạn Điểm, nhà máy giấy Tân Mai, nhà máy giấy
Đồng Nai…Năm 1975 tổng công suất thiết kế ngành giấy Việt Nam là 72000 tần/năm
nhưng do ảnh hưởng của chiến tranh và mất cân đối giữa lượng sản suất bột giấy và giấy
nên chỉ đạt sản lượng 28000 tấn/năm.
Năm 1982 nhà máy giấy Bãi Bằng do chính phủ Thụy Điển tài trợ đã đi vào sản xuất
với công suất thiết kế là 53000 tấn bột giấy/năm và 55000 tấn giấy/năm với dây chuyền
sản xuất khép kín sử dụng công nghệ cơ-lý và tự động hóa. Nhà máy cũng xây dựng được
vùng nguyên liệu cơ sở hạ tầng, cơ sở sản xuất phụ trợ như điện hóa chất và trường đào
tạo nghề phục vụ cho hoạt động sản xuất.
Hiện nay ngành giấy đang có những bước chuyển đổi để đáp ứng với nhu cầu hiện tại.
Tuy ngành giấy có những bước phát triển nhưng sản lượng giấy vẫn chưa đáp ứng đủ nhu
cầu và vẫn còn phải nhập khẩu. Ngành giấy đóng góp lớn vào nền kinh tế quốc dân.
Do đặc điểm của ngành sử dụng lượng nước và hóa chất lớn và lượng nước thải chứa
hóa chất và các chất vô, cơ hữu lớn nên càng làm tăng thêm phần bức bách sự ô nhiễm
môi trường, ảnh hưởng đến mỹ quan và sức khoẻ cộng đồng.

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 5


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

1.1.2.Nhà máy giấy Bãi Bằng.
Bãi Bằng là một doanh nghiệp nhà nước sản xuất bột giấy và các sẩn phẩm giấy của
Việt Nam. Năm 2006 công ty giấy Bãi Bằng trở thành một thành viên của tổng công ty

giấy Việt Nam, đóng góp hơn 50% sản lượng giấy in và giấy viết của tổng công ty này.
Nhà máy Bãi Bằng được thành lập vào cuối năm 1982 với sự giúp đỡ về tài chính và
công nghệ của chính phủ Thụy Điển. Ban đầu, Bãi Bằng chi có một nhà máy sản xuất
giấy.
Năm 2002, nhà máy được mở rộng nâng công suất từ 48.000 tấn bột, 55.000 tấn giấy
lên 61.000 tấn bột và 100.000 tấn giấy.
Năm 2004, 16 lâm trường cung cấp nguyên liệu làm bột giấy vốn trước kia thuộc
Công ty Nguyên liệu giấy Vĩnh Phúc được sáp nhập vào Bãi Bằng. Công ty còn sản xuất
cả phân bón vi sinh từ phế thải của quá trình sản xuất giấy.
Trong năm 2011, TCT phấn đấu đạt mục tiêu sản xuất và tiêu thụ 315 nghìn tấn giấy
các loại. Tăng năng suất rừng trồng đạt từ 100 đến 120 m3/ha/chu kỳ trong thời gian tới.
Trong năm 2011 phấn đấu đạt giá trị xuất khẩu 45 triệu USD trong năm 2011, hằng năm
lượng giấy nhập khẩu phục vụ các nhu cầu giấy in, giấy viết vẫn còn khá lớn, khoảng từ
240 đến 250 nghìn tấn.

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 6


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

1.2 Dây truyền sản xuất giấy của nhà máy giấy bãi bằng.
Giai đoạn sản xuất bột giấy và giấy.
 Giai đoạn sản xuất bột giấy

Nguyên liệu thô (keo,bạch đàn,mảnh mua…)

Nước, NaOH

Nước

Bột giấy, Nước

Nước

Chặt, băm nhỏ thành dăm

Nấu

Dịch đen

Rửa

Nghiền nhảo

Khuấy, trộn, rửa

Tách nước

Nước thải rửa

Nước thải

Bột thành phẩm

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 7


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

 Nghiền bột.
• Nghiền bột từ sợi tái chế.

Máy nghiền bột cơ học được sử dụng để nghiền giấy, trộn nước và chuyển hóa thành
một hỗn hợp đồng nhất, có thể bơm như nước. Các chất nhiễm bẩn nặng như cát, sỏi…
được thải bỏ khi chảy lơ lửng trong hệ thống máng. Từ đây các chất nặng sẽ lắng xuống
và lấy ra hệ thống theo định kỳ. Sợi được phân loại riêng dưới dạng huyền phù nhẹ, sau
đó được chảy qua một loạt các sàng lọc có lớp tấm đục lỗ. Ở đây các chất nhiễm bẩn nhẹ
hơn nhưng lớn hơn sợi sẽ bị loại ra. Trong một số quy trình công nghệ cần phải có một
sản phẩm thật sạch, thỳ phải có một loạt các cyclo làm sạch sau các màng lọc. Ở công
đoạn này phải sử dụng một máy lọc tinh cơ học hoặc khử mảnh vụn nhằm đảm bảo sao
cho các sợi tách rời nhau và có thể tạo ra đủ độ bền liên kết giữa các sợi trong giấy. Cách
sản xuất này phù hợp trong việc sản xuất các loại bao gói.
•

Nghiền bột hóa học và bán hóa học.

Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu được xử lý với hóa chất ở nhiệt
độ và áp lực cao. Mục đích của quá trình xử lý này là nhằm hòa tan hoặc làm mềm thành

phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nhau, đồng thời lại gây ra
sự phá hủy cáng ít càng tốt đối với thành phần cellulose (Tăng độ dai của sợi). Cách xử
lý này được tiến hành trong nồi áp suất, có thể vận hành theo chế độ liên tục hoặc theo
từng mẻ.
Sau khi chưng nấu, hóa chất chuẩn bị cho quá trình tạo bột giấy được chuyển vào và
đóng nắp lại. Ở những chất lỏng màu đen (Nước thải dịch đen) sẽ thải 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 máy lọc sạch nên những mảnh gỗ và các chất không bị phân hủy sẽ bị loại bỏ. Sau
khi 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 dịch 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 QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 8


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

 Giai đoạn làm giấy.

Nguyên liệu thô

Nước

Hòa trộn

Nghiền tinh

Phèn, Nhựa thông, màu

Lắng lọc

Phối liệu

Cán ép (tạo hình giấy)

Xeo giấy

Nước thải

Nước thải

Cắt cuộn

Thành phẩm

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 9

Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

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, báo cũ,…). Hỗn hợp bột giấy bị phân hủy và xáo trộn trong
máy nhào trộn hay những thiết bị nhồi với thuốc nhuộm, để chất lượng sẩn phẩm giấy sau
cùng đạt chất lượng tốt, người ta cho hồ vào để lấp đầy những lỗ rỗng do bọt khí có trong
bột giấy. Bột giấy được tinh chế trong phểu hình nõn lõm cố định, bên trong và bên ngoài
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 vón cục làm giảm chất lượng của giấy. Kế tiếp bột giấy được
chuyển qua lưới chắn trên những dây đai của những lưới chắn và mang vào máy cán.
Nước loại bỏ trong giai đoạn này là nước thải xeo do màu của nước nên người ta còn
gọi là nước thải dòng trắng. Khuôn in giấy bao gồm những máy cán sau: máy cán gạn lọc
để loại bỏ những giấy không chất lượng, cán hút để loại bỏ nước, ép và cán khô khử phần
nước còn lại trước khi cho ra giấy, và cuối cùng là cán hoàn tất để định hình cuối cùng là
sản phẩm giấy. Sản phẩm giấy cuối cùng dùng với nhiều mục đích như giấy in, báo, giấy
gói, giấy viết, giấy thấm, giấy gói thực phẩm không thấm,…

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 10


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

1.3 .Các nguồn phát sinh ô nhiễm trong nhà máy.
Nguyên liệu thô (Tre, nứa, gỗ)
Nước thải sau khi rửa
Nước rửa
Hóa chất nấu

Xử lý nguyên liệu, bóc vỏ ướt
Nước ngưng
Nấu nguyên liệu
Dịch đen

Hơi nấu
Nước rửa

Rửa

Nước thải

Nước thải chứa SS, BOD5,
Nghiền
bột
(Phương
pháp
cơ
học
hoặc
hóa
học)
Chất phụ gia

COD cao

Bột giấy
Hóa chất tẩy

Tẩy trắng

Nước thải chứa SS,
BOD5, COD cao

Bột giấy tẩy trắng
Phèn
Nước
Dầu

Xeo giấy
(Tạo hình giấy)

Nước thải cô đặc, BOD5,
COD cao

Hơi nước

Hơi nước

Sấy

Nước ngưng

Thành phẩm

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 11


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

1.3.1 . Phát tán khí thải.
Mùi hôi là vấn đề ô nhiễm không khí chủ yếu ở quá trình sản xuất giấy Kraft. Quá
trình này tạo ra hydro sulphide nặng mùi, mercaptan melthy, dymetyl sulphyde và
dimethydphide. Clo nguyên tử và clo dioxide phát tán với lượng nhỏ từ các công đoạn
khác nhau của một phân xưởng tẩy, như các máy tuyển, các tháp nước, các lỗ thông hơi
bể chứa, và các cống rãnh. Nói chung các nồng độ này không đáng kể nhưng các khí thải
có mùi hôi và khó chịu. Loại khí thải có mùi hôi khác do các hydrocacbon tạo ra, khi kết
hợp với các cấu thành chiết xuất từ gỗ như: tecpen, các acid béo và các acid rosin cũng
như các chất có trong nhiên liệu, dùng các chế bến và chuyển hóa. Tuy nhiên với hàm
lượng không cao.
1.3.2.Chất thải rắn
Chất thải rắn được sinh ra dưới dạng bùn, tro, chất thải gỗ, các chất loại bỏ. Nguồn
chính của chất thải rắn là bùn cặn trong nước thải do quá trình lắng động và xử lý sinh
học dòng thải. Chất thải từ vỏ cây và gỗ chiếm một lượng đáng kể, nhưng thường được
dùng để đốt. Tro sinh ra từ các nồi hơi cũng đáng kể. Các chất thải khác là các chất loại
bỏ ở các tấm sàng lọc và các bộ phận làm sạch ly tâm, và các chất khác.
1.3.3.Nước thải.
Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy là những công nghệ sử dụng nhiều nước .Tùy
theo từng công nghệ và sản phẩm lượng nước cần thiết để sử dụng sản xuất 1 tấn thường

từ 200 đến 500 m3. Nước sử dụng cho công đoạn nấu rửa tẩy xeo và cung cấp hơi nước.
 Các dòng thải chính của nhà máy sx bôt giấy và giấy:
• Dòng thải rửa nguyên liệu bao gồm chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bv thực

vật, vỏ cây..
• Dòng thải của quá trình nấu rửa chứa chất hữu cơ hòa tan , các hóa chất nấu và 1
phần sơ xợi. Dòng thải có màu tối nên gọi là dịch đen. Dịch đen có nồng độ chất
khô khoảng 25-35%, tỷ lệ giữa chất vô cơ và hữu cơ là 70:30. Thành phần hữu
cơ trong dịch đen chủ yếu là lignin hòa tan vào dd kiềm ( 30-35% hàm lượng
chất khô) , ngoài ra là những sản phẩm phân hủy hydratcacbon axit hữu cơ.
Thành phần vô cơ bao gồm những hóa chất nấu 1 phần nhỏ NaOH, Na2S tự do,
Na2SO4,Na2CO3.
SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 12


Đồ án tốt nghiệp
•

Tính toán thiết kế bể lắng

Dòng thải từ công đoạn tẩy bằng phương pháp hóa học và bán hóa học chứa các
hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan, và những hợp chất tạo thành của của những chất
đó với chất tẩy ở dạng độc hại , có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống

như hợp chất clo hữu cơ. Dòng thải có độ màu , BOD5, COD cao.
• Dòng thải từ quá trình nghiền bột xeo giấy chủ yếu là xơ sợi mịn, bột giấy ở dạng

lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông phẩm màu cao lanh. Nước thải công
nghệ xeo giấy được tách ra từ các bộ phận của máy xeo giấy như khử nước ép
giấy. Phần lớn dòng thải tuần hoàn sử dụng trực tiếp cho giai đoạn tạo hình giấy
Nướcxeo
thải
xeohoặc
giấy có thể gián tiếp
sx bột giấy
hay cho giai đoạn Nước
chuẩnthải
bị nguyên
liệu vào máy
giấy
sau khi nước thải qua hệ thống bể lắng để thu hồi giấy và xơ sợi. Nước tuần hoàn
nhiều lượng chất ô nhiễm
tăng.
Hốcàng
thu gom
• Nước ngưng của hệ thống cô đặc trong hệ thống thu hồi xử lý hóa chất từ dịch
đen , mức độ ô nhiễm của nước phụ thuộc vào loại gỗ và công nghệ sản xuất.
• Nước thải sinh hoạt.
Kết luận:
Bể lắng cát
Sân phơi cát
• Do lượng nước thải trong nhà máy có rất nhiều do nhiều nguồn thải ra như vậy cần
có hệ thống xử lý nước thải để không gấy ô nhiễm môi trường.
tụthải chúng ta còn có
Bể điều
• Ngoài ra hệ thống xử lý nước
thảihòa

ngoài nhiệm vụ xửBể
lý keo
nước
thể tận dụng bùn thải làm phân vi sinh vừa không gây ô nhiễm môi trường còn làm
ra lợi nhuận cho công ty. Bể kỵ khí
Bể lắng I
Chính vì vậy đề tài của em là tính toán thiết kế bể lắng và máy ép bùn xử lý bùn cho
hệ thống làm phân vi sinh. Ta đề xuất sơ đồ hệ thống xử lý môi trường và sản xuất phân
Bùn hồi lưu
Bể Aerotank
vi sinh.

Bể lắng II

Bể chứa bùn

Bể nén bùn
Bể khử trùng Clo
Bể lọc
1.4 Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải của nhà máy giấy Bãi Bằng.
Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của nhà máy Bãi Bằng:
Nước sau khi xử lý
SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Máy ép bùn
Page 13

Hệ thống làm phân vi sinh

Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

Bùn thải

Ở đây do cách tiếp cận của ngành máy và thiết bị trong công nghiệp hóa chất và ngành
công nghệ môi trường là khác nhau. Đề tài của em thiên về tính toán chi tiết cấu tạo thiết
bị và dây chuyền nên đồ án của em sẽ xoay quanh công đoạn tính toán thiết bị bể lắng I
và máy ép bùn trong dây chuyền. Cụ thể như sơ đồ dưới đây:
SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016
Bể keo
tụ

Page 14


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

Bể điều hòa

Bể lắng I

Bùn thải

bể lắng II

Bể chứa bùn

Bùn hồi lưu bể
Aerotank

Bể nén bùn

B
ể điều hòa

Máy ép bùn

Hệ thống làm
phân vi sinh

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 15


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THIẾT BỊ LẮNG
KIỂU RĂNG CÀO

2.1.Giới thiệu bể lắng răng cào.
Thiết bị lắng kiểu răng cào là thiết bị để phân tách một phần lỏng ra khỏi huyền phù
và do đó nó sẽ có 2 sản phẩm : 1 dòng lỏng và huyền phù đậm đặc.
Mục đích của quá trình này có thể là sản phẩm đáy (huyền phù đậm đặc) hoặc thu hồi
chất lỏng trong huyền phù. Thiết bị kiểu răng cào có thể gọi Thickenging và clarification.
Cơ chế làm việc của thiết bị lắng răng cào là lắng dưới một dạng của lực trọng
trường. Quá trình được tiến hành trong thiết bị thickener đơn giản là một thiết bị hình trụ
trong đó huyền phù được lắng và có thể lấy được (xem hình 1). Huyền phù được cấp từ
trên đỉnh và tại điểm giữa của thùng được chia làm 2 đường ra: 1 là phần tháo ra ở phía
côn ở dưới thiết bị và một phần là dạng tràn tại đỉnh và xung quanh thùng của thiết bị như
là chất lỏng sạch. Đáy của thiết bị được thiết kế nghiêng sao cho vật liệu có thể lắng và bị
trượt vào trong tâm của hình côn. Nhưng thường là độ nghiêng nhỏ và được trợ giúp bởi
những cách gạt kiểu răng cào.

Hình 1: Cấu tạo bể lắng răng cào
SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 16


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

Theo Col và Clevenger thì có thể chia làm 4 vùng trong thiết bị lấy kiểu răng cào làm
việc liên tục.

Hình 2:

-

a, Vùng lắng trong bể lắng

b,Đồ thị lắng theo nồng độ

Vùng I: lớp lỏng trong. Đó là lỏng phân tách từ huyền phù và thu hồi như là dòng cửa
tràn. Khi dòng cấp chúa nhiều hạt rất nhỏ thì vùng I có thể đục trừ khi chúng ta thêm
các chất trợ lắng. Chiều cao vùng I phụ thuộc vào lượng chất trợ lắng cho thêm vào.
Thông thường nó có thể duy trì ở độ cao nhỏ nhất 0,5 ÷ 1 (m), khi vùng I bị chiếm với
nhiều các chất lỏng thì chúng ta có thể nói rằng là thiết bị lắng kiểu răng cào không

-

làm việc được.
Tiếp theo là vùng lỏng trong là vùng II gọi là vùng lắng bị cản trở. ở vùng này có hàm
lượng các hạt có nồng độ cao và lắng với tốc độ lắng không đổi. Theo Coe và
Clevenger thì vùng này hàm lượng lắng hạt nằm giữa hàm lượng pha rắn trong dòng
cấp và hàm lượng pha rắn của quá trình lắng mà có sự cản trở lớn nhất. Có nhiều bài
báo và thực tế đã chúng minh rằng trong quá trình làm việc thông thường thì hàm
lượng pha rắn của vùng II phụ thuộc vào tốc độ của dòng cấp hơn là hàm lượng pha
rắn. Hàm lượng pha rắn của vùng II là thấp nếu như tốc độ dòng cấp là thấp và nó sẽ
tăng lên cùng với sự tăng của tốc độ dòng cấp, và nó sẽ đạt được giá trị lớn nhất khi
mà các chất rắn lắng tại tốc độ có thể lấy lớn nhất trong vùng này. Nếu các hạt rắn
được cấp tại tốc độ cao hơn giá trị lớn nhất này thì hàm lượng pha rắn của vùng II tiếp
tục được răng lên và như vậy thì vùng II sẽ không thể lắng được nhưng sẽ lắng trong

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 17


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

vùng I. Như vậy nếu như hàm lượng pha rắn đạt đến hàm lượng pha rắn lớn nhất ở
-

vùng II, thì khi đó năng suất lắng của vùng II sẽ tăng.
Phía dưới vùng II là vùng được đặc trưng là vùng III được gọi là vùng chuyển tiếp bởi
vì nó được tạo ra từ quá trình chuyền hàm lượng pha rắn bằng hằng số đến quá trình
lắng nén ép, tuy nhiên vùng này rất khó xác định. Một vài các nhà nghiên cứu khác
(Coming, Stevenger, Ecklund, Jernquist) thì coi như vùng này không có và chỉ có đút

-

gãy giữa vùng II và vùng IV.
Vùng IV là vùng vùng đáy (gọi là vùng nén ép). Tại vùng này thì chứa các pha rắn bị
xa lắng và do áp suất của toàn bộ các vùng trên sẽ tạo ra một vùng có sự thay đổi nồng
độ. Coming thì chia vùng IV thành 2 vùng gồm vùng nén trên và vùng nến dưới (vùng
làm việc của răng cào, nơi mà có sự chuyển động của răng cào). Hàm lượng pha rắn
của sản phẩm đáy chính là hàm lượng pha rắn tại đáy của vùng nén ép, nó phụ thuộc
độ dày của vùng IV. Thời gian lưu cũng được đề cập bởi Coming. Độ dày của mỗi
vùng trong thiết bị lắng kiểu răng cào phụ thuộc vào đặc trưng lắng của bùn . Coe và
Clevenger định nghĩa về năng suất chuyển của mỗi vùng như là lượng rắn đi qua trên
một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian. Họ cũng chỉ ra rằng vận tốc lắng là số
hàm lượng pha rắn trong bùn và do đó nó cũng là năng suất chuyển.

Ở trạng thái làm việc ổn định và không có chất rắn đi trong dòng chảy tràn thì dòng

pha rắn đi qua các vùng là như nhau. Vì vậy, các vùng này với năng suất chuyển nhỏ hơn
sẽ cho năng suất lớn hơn.
Chúng ta có thể nói rằng một thiết bị lắng kiểu răng cào làm việc quá tải nếu như các
hạt rắn đi quá tải. Theo DIXON, có 3 trường hợp làm cho thiết bị lắng kiểu răng cào quá
tải :
1
2
3

Khi đường cổng chứa nhiều hạt rắn rất nhỏ và không thể lắng được
Khi tốc độ vùng cấp vượt quá năng suất lắng của vùng.
Khi tốc độ đường cấp lớn hơn tốc độ tháo. Trong trường hợp này thì các hạt rắn
sẽ tích lũy trong thiết bị kiểu răng cào và bị đẩy lên vùng I.

Hình 3 chỉ ra các kiểu mô tả quá trình và các biến điều khiển cuả thiết bị lắng kiểu răng
cào. Trong hình:
SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 18


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

•

•
•
•

C là độ sâu của vùng nước trong (vùng I);
H là độ sâu của vùng lắng;
ZC là độ sâu của vùng nén ép (vùng IV);
là tốc độ dòng cấp chất trợ lắng;

•
•
•

D là tốc độ khối lượng pha rắn trong dòng tháo đáy;
F là tốc độ khối lượng pha rắn trong dòng cấp;
là phân bố kích thước hạt trong dòng cấp;

•
•
•

Q là lưu lượng theo thể tích bùn;
Φ là phần phế thải của pha rắn;
F,O, D là chỉ số dưới của dòng cấp, dòng chảy tràn và dòng tháo.

Tham số điều khiển

Tham số đầu vào

Tham số đầu ra

Hình 3: Các tham số trong thiết bị lắng liên tục

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 19


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

2.2.Các phương pháp thiết kế.
2.2.1.Phương pháp Mishler
Đây là phương pháp dự đoán năng suất của một thiết bị khuấy răng cào được phát
triển bởi Misher 1912. Nó là một phương pháp đơn giản.
Xem xét thiết bị làm việc ở trạng thái ổn định như Hình 4.

Hình 4: Cân bằng vật chất trong thiết bị lắng liên tục theo Mishler
Ta có : Cân bằng vật chất của H2O và pha rắn như sau



Pha rắn:
F=D
Nước: F . DF = D . DD + O

(1)

(2)

Trong đó:
•
•
•

F, D: Tốc độ khuất pha rắn trong dòng cấp và dòng tháo dưới đáy;
O: Tốc độ dòng nước trên cửa chảy tràn;
DF , DD : Độ pha loãng trong dòng cấp và dòng tháo đáy;

Độ pha loãng là tỷ số khối lượng của H2O/Khối lượng pha rắn .
SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 20


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

Tốc độ theo thể tích của nước tại dòng chất lỏng tràn là :
QO =

F ( DF − DD )
ρf

(3)

ρf

: Khối lượng riêng nước
Theo Mishler thì tốc độ của H 2O trên một đơn vị diện tích là Q0 /S là vận tốc của H2 O
trong dòng I ( vận tốc dòng chảy tràn ), phải bằng tốc độ hình thành lớp nước trong các
thí nghiệm về lắng gián đoạn với cùng hàm lượng pha rắn của dung dịch trong dòng cấp.
Do đó tốc độ này chính bằng tốc độ giảm của bề phân riêng H 2O huyền phù trong thí
nghiệm lấy gián đoạn
Chúng ta gọi σI ( DF ) là tốc độ dòng lắng của pha rắn, thì
| σ I ( DF ) |=

QO F ( DF − DD )
=
S
ρf

(4)
và khi có đó diện tích lắng yêu cầu :
S=

F ( DF − DD )
ρ f | σ I ( DF ) |

(5)

Trong đó:
•
•
•
•

S: Diện tích lắng kiểu răng cào
F: Lượng lương khối lượng của pha rắn trong dòng cấp
DF, DD : Độ pha loãng trong dòng cấp và trong dòng tháo đáy
σI ( DF) : Là giá trị tuyệt đối của tốc độ bề mặt phân chia H2O huyền phù trong
dòng gián đoạn tại đó pha loãng DF

Nếu F tính bằng tấn ; σI (ft/min) ; ρF (lb/

S = 0.0222

) thì:

F ( DF − DD )
; ( ft 2 )
ρ f | σ I ( DF ) |

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

(6)
Page 21


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

Phương pháp này bao gồm xác định các thông số trong phòng thí nghiệm để tìm ra tốc

độ lắng ban đầu của huyền phù và áp dụng công thưc (6) để tìm ra diện tích S
Như đã thảo luận thì hàm lượng pha rắn của vùng II không giống như hàm lượng pha
rắn trong dòng cấp => công thức (4) sẽ không chính xác => Phương pháp Mishler cho
việc thiết kế thiết bị lắng kiểu răng cào cũng không chính xác .
2.2.2.Phương pháp COE
Phương pháp này giả sử tại vùng II của thiết bị với nồng độ pha loãng là D k có năng
suất chuyển là nhỏ nhất . Do đó độ pha loãng của vùng này là không biết trước, nên phải
giả thiết để tính toán cân bằng vật chất với độ pha loãng Dk khác nhau như trong hình 5:

Hình 5: Cân bằng vật chất trong thiết bị lắng liên tục theo COE và Clevenger

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 22


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

Tốc độ theo thể tích của nước được đo từ vùng có độ pha loãng D k cho đến khi huyền
phù có độ pha loãng DD
Qk =

F ( DF − DD )
;
ρf

(7)
Và vận tốc của nước trong thí nghiệm lắng với huyền phù có độ pha loãng D k
|σI ( Dk )|= Qk/S

(8)

Từ công thưc trên ta có thể tính toán được năng suất chuyển của thiết bị với độ pha
loãng Dk của vùng II là :
ρ σ (D )
F
= f I k ;
S F ( DF − DD )

Và năng suất chuyển pha rắn nhỏ nhất tính theo phương pháp Coe and Clevenger với
F (lb/h); ρF (lb/

); S(

); σI (ft/h)

σ ( D ) 

F
min  ÷= min 62,35 I k  ;
( Dk − DD ) 
 S  Dk 

(9)

Phương pháp này cũng phải tiến hành thực nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác

định tốc độ lắng ban đầu của huyền phù với hàm lượng pha rắn trong khoảng dòng cấp và
tốc độ lắng lớn nhất tại hàm lượng pha rắn tới hạn . Áp dụng công thức (9) để tính được
năng suất lắng pha rắn F/S .
Người ta định nghĩa UA0 là diện tích đơn vị cơ sở như là nghịch đảo năng suất của pha
rắn nhỏ nhất
 ( D − DD ) 
AU o = max  k
;
Dk
 ρ f σ I ( Dk ) 
SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

(10 )
MSSV: 20113016

Page 23


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

DC là độ pha loãng tới hạn.

Taggart và Dalstrohm và Fitch sử dụng ρF =62,4 (lb/

); σI (ft/h) thì AUO (

tấn /ngày )

( D − DD )  ; ( ft 2 / shorttons / day )

AU o = max 1,33 k

Dk
ρ f σ I ( Dk ) 


(11)

Gọi ɸ là phần thể tích pha rắn, khi đó ta có:
D=

ρ f (1 − φ )
ρ sφ

(12)

ρs là khối lượng pha rắn
Khi đó :

1
AU o = max 
Φk
 ρ s σ I (Φ )

 1
1  
−


÷ ;(Φ F ≤ Φ k < Φ C )
 Φ k Φ D  

(13)

Công thức (13) cho ta được diện tích đơn vị của thiết bị lắng răng cào trên cở sở thực
nghiệm xác định vận tốc lắng ban đầu.
Nếu ρs( g/

); σI (cm/s); AUO(

TPD); TPD=tấn /24h


 1
1
1
AU o = max 1,574.10 −3
−

Φk
ρ s σ I (Φ k )  Φ k Φ D


 
÷ ;(Φ F ≤ Φ k < Φ C )
 

(14)

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 24


Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thiết kế bể lắng

2.2.3.Phương pháp thiết kế bể lắng răng cào trên cở sở quá trình lắng động học
Phương pháp này được thiết lập bởi lý thuyết lắng của Kynch năm 1952 .
Phương pháp này được cho là phương pháp nhanh hơn, chính xác hơn khi thiết kế
bể lắng kiểu răng cào
2.2.3.1. Lý thuyết về quá trình lắng gián đoạn của Kynch
Giả thiết :
-

Các hạt rắn là nhỏ (so với thiết bị) có kích thước hình dạng, khối lượng

-

riêng là như nhau;
Hỗn hợp pha lòng rắn là không bị nén ép;
Không có sự trao đổi chất giữa các thành phần;
Vận tốc lắng tại bất kì điểm nào trong huyền phù chỉ là hàm số của hàm
lượng pha rắn tại điểm đó;

Như vậy, huyền phù đó gọi là huyền phù lý tưởng.

2.2.3.1.1. Phân tích đường cong lắng gián đoạn.
Chúng ta sử dụng lý thuyêt lắng gián đoạn Kynch Sedimettion và đường thẳng đặc
trưng cho hàm lượng pha rắn Фk (Hình 7).

Hình 6 : Phân tích đường cong lắng

SVTH: NGUYỄN QUÔC HOÀNG

MSSV: 20113016

Page 25