Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của các bể hiếu khí bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý nước thải của nhà máy giấy bãi bằng

Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của các bể hiếu khí bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy giấy Bãi Bằng Trần Việt Ba T

Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của các

bể hiếu khí bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý

nước thải của Nhà máy giấy Bãi Bằng

Trần Việt Ba

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS ngành: Hóa môi trường; Mã số: 60 44 41

Người hướng dẫn: TS Lê Tuấn Anh

Năm bảo vệ: 2012

Abstract Tổng quan về công nghệ sản xuất bột giấy, giấy và đặc tính của nước thải;

tìm hiểu tình hình chung của thế giới và Việt Nam về ô nhiễm môi trường do ngành sản xuất giấy gây ra; xử lý nước thải của quá trình sản xuất giấy; xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học; vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của các bể hiếu khí bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Giấy Bãi Bằng, Thị trấn Phong Châu, Huyện Phù Ninh, Tỉnh Phú Thọ Trình bày các phương pháp phân tích xác định các thông số chất lượng nước thải qua: xác định pH và nhiệt độ; xác định COD; xác định MLSS; chỉ số bùn; hàm lượng amoni bằng phương pháp

so màu chỉ thị nesler; xác định photpho bằng phương pháp đo quang với thuốc thử amonimolipdat-vanadat Đưa ra kết quả và thảo luận: Đặc trưng về khả năng xử lý của hệ thống xử lý nước thải Công ty Giấy Bãi Bằng; nghiên cứu xử lý nước thải ngành giấy bằng phương pháp sinh học hiếu khí quy mô phòng thí nghiệm; nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng phân vi lượng đến hiệu quả xử lý COD; nghiên cứu thử nghiệm xử lý nước thải ngành giấy trên quy mô pilot 1 m3; nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý giữa mô hình thí nghiệm và mô hình pilot; xây dựng quy trình bổ

sung thích hợp và tính toán sơ bộ chi phí

Keywords Hóa môi trường; Vi khuẩn; Xử lý nước thải; Ô nhiễm môi trường

Content

1 MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường đang ngày càng trở nên trầm trọng, nhất là với các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam, đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước Một trong những nguồn nước thải gây có thể ô nhiễm lớn là từ các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy Ngành giấy cũng là một trong những ngành tiêu thụ một lượng rất lớn nước, hóa chất, nguyên liệu và năng lượng cho một đơn vị sản phẩm Theo tính toán, ở Việt Nam để sản xuất một tấn giấy cần từ 200 – 300 m3 nước sạch, nhưng đối với các nước phát triển với dây chuyền sản xuất công nghệ hiện đại để sản xuất một tấn giấy chỉ sử dụng từ 7 – 15m3

nước sạch [13]

Công ty Giấy Bãi Bằng – Tổng công ty Giấy Việt Nam (đóng tại Thị Trấn Phong Châu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ) là đơn vị có công nghệ sản xuất hiện đại nhất ngành giấy nước ta nhưng cũng đã lạc hậu so với khu vực và thế giới vài chục năm Với công su ất thiết

kế 55.000 tấn giấy/năm Năm 2003, là năm đánh dấu một giai đoạn mới trong vấn đề xử lý ô nhiễm môi trường của Công ty Giấy Bãi Bằng, thể hiện ở việc mở rộng sản xuất, nâng công suất nhà máy giấy Bãi Bằng lên 110.000 tấn giấy/năm, đồng thời đầu tư công nghệ mới cho

xử lý nước thải, giải quyết ô nhiễm một cách triệt để liên hoàn Đây là hệ thống xử lý nước thải hiện đại nhất của ngành giấy Việt Nam hiện nay theo công nghệ của Thụy Điển, với quy

mô xử lý 30.000 m3

nước thải/ngày [13] Nhờ đó với lượng trung bình 26.000 m3 nước thải mỗi ngày mà nhà máy thải ra đều được thu gom và xử lý qua hệ thống xử lý tập trung theo cả hai phương pháp hóa lý và sinh học [17]

2 TỔNG QUAN

2.1 Công nghệ sản xuất bột giấy, giấy và đặc tính của nước thải

2.1.1 Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính nước thải

Quá trình sản xuất bột giấy là quá trình biến đổi các nguyên liệu gỗ hoặc phi gỗ thành

xơ sợi, hay nói cách khác là phá vỡ các liên kết trong cấu trúc của nguyên liệu mà thành phần chính của nó là xenlulozơ (40 – 45%), hemixenlulozơ (20 – 30%), là các hợp chất cao phân

tử (polyme), được bao bọc xung quanh bởi lignin (20 – 30%) và các chất trích ly (chất keo nhựa) (2 – 15%) Quá trình này có thể được thực hiện bằng phương pháp cơ học, hoá học hoặc phối kết hợp giữa các phương pháp này Chất lượng bột thu được phụ thuộc chủ yếu vào nguồn gốc, hay chủng loại nguyên liệu và công nghệ sản xuất [23]

2.1.1 Công nghệ sản xuất giấy (xeo giấy) và đặc tính nước thải

Hiện nay, hầu hết các nhà máy sản xuất giấy đều sử dụng công nghệ gia keo kiềm tính thay thế cho công nghệ gia keo trong môi trường axít trước đây Máy xeo giấy sử dụng phổ biến là các loại máy xeo lưới dài và máy xeo lưới đôi với các hòm phun thủy lực có thể điều khiển chế độ dòng chảy của dòng bột theo chiều ngang của băng giấy

Sau khi có bột, giấy được sản xuất trên máy xeo giấy bao gồm các công đoạn: chuẩn bị bột (nghiền, sàng, làm sạch, phối trộn với các phụ gia…), hình thành trên lưới, hộp, sấy,

cuộn, thành phẩm giấy (xem Hình 1.4) Trước khi đưa vào máy xeo, bột được nghiền nhỏ để

làm đồng đều và mềm mại, sau đó bột được phối trộn với phụ gia như: bột đá, tinh bột, cationic, keo AKD và một số chất khác ở tỷ lệ nhất định rồi bơm lên hòm phun bột của máy xeo Từ đây bột được phun lên lưới hình thành tờ giấy ướt, sau đó được tách nước, sang hệ thống hộp sấy, gia keo bề mặt (có hoặc không) làm nhẵn bề mặt rồi được chuyển sang bộ phận hộp quang, cuộn, cắt khổ và chuyển đến bộ phận bao gói và gia công [14, 20] Các hóa

chất thường sử dụng như sau: [17, 18]

 Nhóm keo: Là các chất có tác dụng gia keo trên bề mặt hoặc gia keo nội bộ tờ giấy nhằm

làm tăng khả năng chống thấm chất lỏng (nước) của giấy Ví dụ: keo nhựa thông, nhựa thông biến tính, nhựa thông phân tán, AKD, ASA…

 Nhóm chất độn: Là những chất trộn lẫn vào trong bột giấy, nó vừa có vai trò thay thế

bớt lượng xơ sợi trong giấy đồng thời tăng độ nhẵn, độ đục, độ đồng đều bề mặt Ví dụ: cao lanh, CaCO3 nghiền hoặc kết tủa…

 Nhóm phụ gia, phẩm màu: Là những chất cho vào hỗn hợp bột giấy làm cho giấy có chất

lượng cao hơn, tăng một số tính chất thẩm mỹ như màu, độ bóng láng, giảm giá thành sản phẩm Tỷ lệ của nhóm chất này chiếm một lượng nhỏ trong giấy Ví dụ: polyacrylamit, tinh bột cation, chất tăng trắng, chất khử bọt…

Trong một các công đoạn của quá trình xeo giấy tuy không thải ra môi trường các hoá chất độc hại nhưng lại thải ra môi trường một lượng lớn nước thải có chứa:

 Lượng đáng kể xơ xợi xelulozơ từ phần tách loại từ các công đoạn làm sạch cùng sơ sợi,

sạn cát Thông thường, để sản xuất 1 tấn giấy thì thải ra môi trường 50 – 150 kg xơ xợi

 Phần nước lọc ra từ thiết bị tách nước có chứa sơ sợi,bột đá và các chất phụ gia Đặc tính

nước thải sản xuất giấy như ở Bảng 1.4



Bảng 1.4 Đặc tính nước thải của quá trình xeo giấy

2.2 Tình hình chung của thế giới và Việt nam về ô nhiễm môi trường do ngành sản xuất giấy gây ra

2.2.1 Đặc thù của ngành giấy thế giới và tình hình ô nhiễm môi trường

Do xu hướng phát triển chung của nền kinh tế trên thế giới, dẫn tới mức tiêu thụ giấy cũng tăng, công nghiệp giấy ngày càng phát triển Hiện nay, bình quân thế giới hiện là: 54 Kg/người/năm Một số nước có nền sản xuất bột lớn như: Canada, Thụy điển, Phần lan, Mỹ, Braxin, công nghiệp giấy từ buổi đầu sơ khai là kết những cây cỏ lại với nhau thành tấm, thì giờ đây đã được tự động hoá về mọi mặt, cả về công nghệ lẫn thiết bị, đã có hẳn những công

ty lớn chuyên về hoá chất ngành giấy Trên thế giới có rất nhiều nhà máy công suất 1 triệu tấn/năm với những dàn xeo khổ rộng 9 m, 12 m tốc độ 1700m/phút [9, 20]

Với đặc thù ngành sản xuất giấy trên thế giới của các nước phát triển là sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên, tiết kiệm năng lượng, nước sạch và phát thải ít, nên lượng nước thải thải ra môi trường không bị ô nhiễm nặng nề như các nước đang phát triển Và một điều quan trọng là họ đã có những ứng dụng công nghệ hiện đại và điều kiện để xây dựng, vận hành hệ thống xử lý nước thải hiệu quả [13]

2.2.2 Đặc thù của ngành giấy Việt Nam và tình hình ô nhiễm môi trường

Hiện nay, các nước phát triển có mức sử dụng giấy tính theo đầu người là 200 – 300kg/năm, các nước Đông Nam á cũng đạt 30 – 100 kg/năm Trung bình những năm qua, nước ta nhập khoảng trên dưới 100 ngàn tấn giấy các loại mỗi năm Tính về số giấy sản xuất trong nước thì Việt Nam mỗi năm tiêu thụ gần 300 ngàn tấn, tính theo đầu người đạt xấp xỉ 4kg/năm Đây là chỉ số rất quan trọng trong việc đánh giá mức độ phát triển văn hóa Theo chỉ số này Việt Nam đứng cuối cùng trong khu vực và thuộc loại thấp nhất thế giới [21]

Ở Việt Nam công nghiệp giấy còn rất nhỏ bé Năng lực sản xuất bột giấy đạt khoảng

150 – 170 ngàn tấn/năm, năng suất thiết kế của các cơ sơ sản xuất giấy vào khoảng 250 ngàn tấn/năm Trong những năm gần đây sản lượng giấy trong nước đạt khoảng 200 – 250 ngàn tấn/năm, trong đó bột giấy khoảng 120 – 150 ngàn tấn Lượng bột giấy thiếu hụt được bù đắp bằng việc xử lý giấy cũ và bột nhập khẩu

Đặc điểm nổi bật của ngành giấy Việt Nam là rất phân tán Với tổng sản lượng (trên

200 ngàn tấn/năm) tương đương một xí nghiệp trung bình ở các nước phát triển, ngành giấy Việt Nam có tới khoảng 100 cơ sở sản xuất Qui mô vô cùng đa dạng và phân bố khắp ba miền Bắc, Trung, Nam Ngoài ba cơ sở Bãi Bằng, Tân Mai, Đồng Nai có qui mô sản xuất trên 10 ngàn tấn/năm đến 50 ngàn tấn/năm, các cơ sở còn lại có qui mô rất nhỏ, từ vài trăm tấn đến 5000 – 7000 tấn/năm [17, 18]

Ô nhiễm của nhà máy giấy và bột giấy điển hình tại Việt Nam

Lưu lượng (m3

BOD5 (kg/t) 90 – 330

Nhìn chung, có thế thấy đặc thù của ngành giấy được mô tả như sau [15]:

- Thiết bị cũ và lạc hậu chiếm hần hết ở các đơn vị nhỏ và vừa (chiếm hơn 98% số lượng đơn vị và 66% năng lực sản xuất, công nghệ cũ gây ô nhiễm cao)

- Chi phí vốn đầu tư lớn (1800 USD/1 tấn giấy từ cây nguyên liệu và 1000÷1200 USD/1tấn giấy từ bột giấy)

- Thu hồi vốn chậm, lợi nhuận thấp, rủi ro lớn

- Chi phí xử lý chất thải cao, chiếm 20÷25% tổng chi phí đầu tư

- Chu kỳ kinh doanh trồng cây nguyên liệu dài, thường 7÷9 năm với cây nguyên liệu sợi ngắn, 15÷20 năm với cây nguyên liệu sợi dài Như vậy, đầu tư trồng cây nguyên liệu cũng cần nhiều vốn và chứa nhiều rủi ro, …

2.3 Xử lý nước thải của quá trình sản xuất giấy

Hiện nay, hệ thống xử lý nước thải ở các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy gồm hai phần: xử lý nội vi và xử lý ngoại vi Xử lý nội vi thực chất là quá trình xử lý nước thải ra tuần hoàn trở lại để sản xuất bột và giấy, đặc biệt từ “nước trắng” dư thừa có thể xử lý tuần hoàn tái sử dụng triệt để Nước thải trong quá trình sản xuất bột giấy và giấy khi ra khỏi phân xưởng gồm hai nguồn chính [14]:

- Nguồn nước thải từ công đoạn sản xuất bột giấy: Thành phần chính trong nước thải là

lignin, xút, clo, các chất keo nhựa cây…

Nguồn nước thải từ công đoạn xeo giấy: Thành phần trong nước thải gồm nước thải rơi rớt,

nước trắng dư thừa, nước vệ sinh, nước ở bơm chân không, nước phun rửa chăn lưới xeo,

nước làm mát, sơ sợi mịn, bột đá…

2.4 Xử lý nước thải ngành giấy bằng phương pháp xử lý sinh học

Xử lý nước thải sản xuất bột giấy và giấy bằng phương pháp sinh học dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động sống của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải

Nguyên tắc của phương pháp xử lý sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải Một số loại virut cũng tồn tại trong các hệ thống xử lý nước thải, nhưng chúng hoàn toàn không tham gia vào quá trình loại

bỏ các chất hữu cơ và làm sạch môi trường Qua quá trình hoạt động của các vi sinh vật, các chất hữu cơ ô nhiễm được khoáng hóa trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản (như

H2S hay CO2) và nước [16]

2.5 Vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải

Vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy, bột giấy và nước thải chứa lignin và các hợp chất lignin (dưới đây gọi tắt là nước thải công nghiệp giấy – nước thải CNG) rất phong phú Sử dụng kỹ thuật nấm men có thể làm mất màu lignin trong dịch đen; tuy nhiên kỹ thuật này hiện nay vẫn chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm Hiện nay,

để vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải CNG người ta thường sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp với các kỹ thuật sau đây (sau khi đã áp dụng một số kỹ thuật hóa lý và hóa học) [16]:

 Hồ oxy hóa hoặc tùy tiện;

 Hồ làm thoáng;

 Bùn hoạt tính;

 Các kỹ thuật yếm khí, điển hình là kỹ thuật UASB

2.6 Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của Công ty Giấy Bãi Bằng

Công ty giấy Bãi Bằng - Tổng Công ty Giấy Việt Nam được xây dựng từ những năm 70 của thế kỷ trước, chính thức đi vào hoạt động từ năm 1982, đây là công trình viện trợ không hoàn

lại của Chính phủ Thụy Điển với thiết kế chủ yếu để sản xuất bột giấy và giấy dùng cho nhu cầu trong nước Nước thải phát sinh từ các công đoạn sản xuất với lưu lượng trung bình khoảng 26.000 m3/ngày đêm được thu gom bằng hệ thống cống rãnh ngầm, đưa về HTXLNT tập trung, sau đó được thải ra Sông Hồng

Trong những năm qua, Tổng công ty đã áp dụng nhiều các biện pháp để khép kín nguồn thải, giảm thiểu lượng nước thải và tải lượng các chất ô nhiễm môi trường Tổng công ty đã đầu tư 6 tỷ đồng để hoàn thiện hệ thống thu gom nước thải: khép kín toàn bộ nước thải có chứa chất ô nhiễm vào cống ngầm để đưa về HTXLNT tập trung

Trong đầu tư giai đoạn I (năm 2003), Tổng công ty đã đầu tư 149 tỷ đồng để hoàn thiện HTXLNT, với công nghệ xử lý nước thải hiện đại, được sử dụng phổ biến cho ngành sản xuất bột giấy và giấy thế giới thiết bị công nghệ được công ty PURAC Thụy Điển cung cấp Nước thải được xử lý theo phương pháp: cơ, lý, hóa học kết hợp xử lý vi sinh bùn hoạt tính

3 THỰC NGHIỆM

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Nước thải sử dụng trong quá trình nghiên cứu là nước thải lấy tại bể cân bằng sau bể xử

lý keo tụ tạo bông (xử lý sơ cấp) của hệ thống xử lý nước thải của Công ty giấy Giấy Bãi Bằng – Thị trấn Phong Châu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ

3.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Luận văn này tập trung vào “nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của các bể hiếu khí

bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Giấy Bãi Bằng” sau khi đã qua xử lý hóa lý (keo tụ tạo bông, điều chỉnh pH, nhiệt

độ) cụ thể là nghiên cứu các thống số dinh dưỡng để vận hành thích hợp hệ thống xử lý vi sinh thay thế dinh dưỡng N, P truyền thống, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và giảm chi phí hóa chất xử lý

Nội dung nghiên cứu trong luận văn tập trung vào khảo sát ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng như hàm lượng amoni, photphat, hàm lượng các nguyên tố vi lượng, chỉ số thể tích bùn, đánh giá hiệu quả xử lý khác nhau khi bổ sung các nguyên tố vi lượng và không bổ sung các nguyên tố vi lượng

Ảnh hưởng các nguyên tố vi lượng tới hiệu quả xử lý COD trong quá trình xử lý nước thải giấy bằng phương pháp vi sinh hiếu khí cũng là một mục tiêu quan tâm của luận văn này Đây cũng là cơ sở để nâng cao hiệu suất xử lý COD của hệ thống xử lý nước thải hiện tại Những kết quả nghiên cứu là cơ sở để thiết kế, tính toán bổ sung hàm lượng các nguyên tố vi lượng vi lượng thay vì bổ sung chất dinh dưỡng (ure và axit photphoric) thông thường

Kỹ thuật xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học nói chung, sinh học hiếu khí nói riêng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng quyết định nhất chính

là các vi sinh vật thực hiện nhiệm vụ phân giải, xử lý các thành phần ô nhiễm Những thông tin chính xác về đặc tính sinh trưởng, phát triển của các vi sinh vật đặc biệt cần thiết Một trong những mục tiêu của luận văn này là xác định nhu cầu của các chất vi lượng cần thiết đến sự phát triển của vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải giấy

3.3 Bổ sung dinh dưỡng

Nước thải từ quá trình sản xuất bột giấy nói chung và của công ty Giấy Bãi Bằng nói riêng thường chứa một lượng nhỏ nitơ và photpho, không đủ để các vi sinh vật sinh trưởng, phát triển và phân hủy các hợp chất hữu cơ Để khắc phục hạn chế trên, ngoài nguồn cacbon

có sẵn trong nước thải tồn tại dưới dạng các hợp chất hữu cơ, cần bổ sung thêm nitơ và photpho sao cho tỷ lệ BOD:N:P xấp xỉ 100:5:1, tỷ lệ này đôi khi được cho theo COD : N : P

= 200 : 5 : 1 Ở đây nguồn nitơ và photpho được bổ sung theo hai cách:

- Cách thứ nhất: Bổ sung Nitơ và photpho dưới dạng đạm ure và axit photphoric (cách bổ

sung dinh dưỡng thông thường đối với hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp vi sinh hiếu khí)

Bổ sung phân vi lượng

Bổ sung dinh

dưỡng N, P

Nước thải qua tiền

xử lý Sục khí

Cách thứ hai: Bổ sung ure, axit photphoric và các nguyên tố vi lượng dưới dạng phân bón vi

lượng do bộ môn Công Nghệ Hóa Học – Khoa Hóa Học – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội sản xuất Thành phần của các chất dinh dưỡng và các

nguyên tố vi lượng trong phân bón vi lượng là: N (20%), P (20%), K (20%), Fe (0,1%), Zn (0,05), Cu (0,05%), Mn (0,05%), Mg (0,05%), Bo (0,02%), Mo (0,0005%), Co (0,0005%), còn lại là các vitamin cần thiết, chất bám dính và chất kích thích

3.4 Phương pháp nghiên cứu

Nước thải sau khi đã quả xử lý hóa lý (keo tụ tạo bông) điều chỉnh pH, nhiệt độ vẫn có những thông số vượt xa so với các chỉ tiêu cho phép Do đó nước thải cần phải tiếp tục được

xử lý bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Trong phương pháp này, nước thải sau khi đã qua tiền xử lý đã đạt được một số tiêu chuẩn đề ra cho nước thải đầu vào của hệ thống xử lý sinh học hiếu khí như: pH ≈ 6,9 ÷ 7,2, nhiệt độ T ≈ 35 ÷ 370C, MLSS ≈ 2,5 ÷ 3,5 g/l, SVI ≤ 100 ml/g (khoảng sai số 25 ÷ 150 ml/g)

Vi sinh vật hiếu khí bùn hiếu khí sử dụng trong nghiên cứu này được lấy tại bộ phận xử

lý nước thải – Hệ thống xử lý nước thải – Công ty Giấy Bãi Bằng (Thị trấn Phong Châu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ) Vi sinh được lấy tại thời điểm hệ thống xử lý đang được vận hành bình thường nên có thể sử dụng luôn vào mục đích nghiên cứu

Những nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học hiếu khí được tiến hành trên thiết bị Aeroten reactor

1 2

Sơ đồ thiểt bị thí nghiệm xử lý hiếu khí

Về nguyên tắc thao tác và cách lấy mẫu của mô hình thí nghiệm và mô hình pilot là giống nhau

- Với mô hình thí nghiệm: Dung tích bể mỗi bể là 50 lít, sục khí vào mỗi bể với lưu

lượng 6 lít/phút Mỗi bể chứa 6 lít sinh khối và 14 lít nước thải sau xử lý sơ cấp Mẫu lấy về được mang đi xác định các chỉ số nhiệt độ, pH, COD, SVI, NH4+, PO43-, sau đó cho vào mỗi

bể 14 lít nước thải và bổ sung dinh dưỡng: bể thứ nhất bổ sung dinh dưỡng như hệ thống xử

lý nước thải của nhà máy, còn bể thứ 2 bổ sung phân vi lượng Sau đó sục khí 30 phút rồi lấy mẫu mang đi xác định các chỉ tiêu Sau xử lý 18 giờ lấy mẫu để đo lại các chỉ tiêu, sau đó rút sục khí để bể lắng trong 1 giờ sau đó hút bỏ phần nước trong và tiếp theo bổ sung nước thải mới để làm thí nghiệm mới

1

: Bể thí nghiệm bổ sung N & P giống HTXLNH của Công ty Giấy Bãi Bằng

2 : Bể thí nghiệm bổ sung phân vi lượng

- Với mô hình pilot: dung tích mỗi bể là 1 m3, sục khí vào mỗi bể với lưu lượng 30 lít/phút Mỗi bể chứa 300 lít sinh khối và 700 lít nước thải sau xử lý sơ cấp Mọi thao tác chuẩn bi mẫu, bổ sung dinh dưỡng và đo mẫu tương tự như phòng thí nghiệm

4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Đặc trưng hệ thống xử lý nước thải của Công ty Giấy Bãi Bằng

Hệ thống xử lý nước thải hiện tại của nhà máy với công suất thiết kế 30.000 m3/1 ngày đêm nhưng hiện nay với lưu lượng nước thải trung bình một ngày đêm khoảng 26.000 m3

, với lượng nước thải lớn như vậy xử lý hóa lý kết hợp với xử lý vi sinh là giải pháp hợp lý tiết kiệm nhất, tuy vậy để vận hành hệ thống xử lý sao cho đạt hiệu quả cao, ngoài yếu tố cơ sở vật chất, công nghệ còn có yếu tố con người đóng góp phần lớn, người vận hành hệ thống phải am hiểu về hệ thống xử lý đồng thời cũng phải am hiểu về đời sống của vi sinh vật Dưới đây là bảng khảo sát tình trạng hiện tại của HTXLNT công ty giấy Bãi Bằng

Bảng 3.1 Thông số khảo sát HTXLNT công ty Giấy Bãi Bằng 3

Giá trị

Tiêu Chuẩn thiết

kế HTXLNT Trước xử lý vi

sinh

Sau xử lý vi sinh

Từ bảng khảo sát ở trên ta nhận thấy rằng: Nhiệt độ và pH của hệ thống được điều chỉnh tương đối ổn định, hiệu xuất xử lý COD chưa cao trung bình chỉ đạt được 55,39%, tuy nhiên như vậy cũng đã đáp ứng được đúng yêu cầu thiết kế của HTXLNT (CODRa ≤ 390 mg/l) Chất lượng nước thải của nhà máy thường hay biến động COD dao động trong một khoảng rất rộng 400 mg/l ÷ 1300 mg/l Nước thải sản xuất bột giấy và giấy sẽ không thể xử

lý triệt để được bằng phương pháp sinh học hiếu khí, do trong nước thải từ quá trình nấu bột giấy có chứa dịch đen có thành phần chính là lignin (xem cấu tạo của phân tử lignin trong phụ lục 6), mà lignin rất khó để phân hủy bằng phương pháp sinh học Tuy nhiên có thể xử lý bằng phương pháp hóa học như: phương pháp oxy hóa tăng cường sử dụng phản ứng Fenton hay ozon, nhưng các phương pháp hóa học thường chi phí nhiều tiền cho hóa chất Nên để đạt được khả năng xử lý COD có hiệu quả cao nhất bằng phương pháp sinh học cần phải có những nghiên cứu cụ thể tạo môi trường sống thích hợp cho các vi khuẩn để nâng cao khả năng xử lý đạt tới mức cao nhất có thể

4.2 Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học hiếu khí quy mô phòng thí nghiệm

Phương pháp sinh học được coi là phương pháp xử lý mang tính kinh tế và hiệu quả trong việc xử lý nước thải giấy, nước thải có chứa hàm lượng chất hữu cơ hòa tan rất lớn Tuy nhiên, đối tượng nước thải sử dụng trong phương pháp sinh học này phải không chứa (hoặc chứa ít) các thành phần độc hại, ức chế sự phát triển của vi sinh vật (đó có thể là các

3 Các thông số khảo sát ở trên là giá trị trung bình tại thời điểm khảo sát

kim loại nặng, hay một số hợp chất vô cơ và hữu cơ, xem phần tổng quan), pH thường phải

ở vùng trung tính, thời gian xử lý phải kéo dài Chính vì vậy mà những nghiên cứu trong luận văn này tập trung khảo sát ảnh hưởng của chất rắn lơ lửng trong bùn (MLSS), chỉ số thể tích bùn (SVI), hàm lượng chất dinh dưỡng như NH4+, PO43- và các chất vi lượng tới đời sống của vi sinh vật để nâng cao hiệu quả xử lý COD

4.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng tới hoạt động sinh sống và phát triển của vi sinh vật

Nước thải sử dụng trong nghiên cứu này là nước thải sau khi đã được tiền xử lý bằng phương pháp keo tụ tạo bông, điều chỉnh pH và nhiệt độ Về cơ bản, tiền xử lý đã loại đi được hầu hết các chất rắn mà chủ yếu là sơ sợi từ quá trình nấu bột và xeo giấy Hệ thống thí nghiệm xử lý được thực hiện vận hành ở các chế độ gián đoạn với các thông số pH = 6,9 ÷ 7,0; nhiệt độ 28 ÷ 300C, lưu lượng khí 6 lít/phút, mỗi bể xử lý 20 lít nước thải lấy từ bể sơ cấp Hai bể song song, một bể không bổ sung chất dinh dưỡng N và P, còn một bể bổ sung 0,5 gam phân vi lượng/m3

nước thải, với thời gian xử lý 18 giờ

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử

dụng hàm lượng NH 4 +

Mẫu

COD (mg/l)

Không bổ sung dinh dưỡng

Có bổ sung 0,5 gam phân

vi lượng/m 3

Ra

Hiệu xuất (%)

Ra

Hiệu xuất (%)

1 856 517 39,60 312 63,55

2 786 454 42,24 258 67,18

3 1120 671 40,09 382 65,89

4 902 566 37,25 353 60,86

5 614 393 35,99 203 66,94

6 414 220 46,86 174 57,97

7 438 208 52,51 179 59,13

Trung

bình 732,86 425 42,08 265,86 63,72

Mẫu

NH 4 + (mg/l)

Không bổ sung vi lượng

Có bổ sung 0,5 gam phân

vi lượng/m 3

1 3,520 2,300 4,385 0,690

2 8,090 4,820 9,130 3,385

3 7,690 3,995 9,035 2,930

4 5,685 1,690 6,030 0,475

5 6,385 3,751 6,874 2,965

6 3,632 0,631 4,194 0,082

7 5,451 3,001 5,962 0,341

T.bình 5,779 2,884 5,516 1,066

Mẫu

PO 4 3- (mg/l)

Không bổ sung vi lượng

Có bổ sung vi

lượng

1 2,7146 1,5915 2,7737 0,7045

2 1,6850 0,6900 1,9830 0,4750

3 2,3028 1,8450 3,0834 0,1449

4 0,7681 0,1148 2,0775 0,9190

5 0,4400 0,2525 0,6900 0,3673

6 0,6657 0,1836 0,7920 0,1263

7 1,1894 0,5725 1,7890 0,2497

T.bình 1,395 0,707 1,884 0,3644

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng

hàm lượng PO 4

3-Sự biến thiên COD, NH 4 + , PO 4 3- khi không sử dụng chất dinh dưỡng và khi có

sử dụng các nguyên tố vi lượng

Từ bảng trên ta nhận thấy, so với phương pháp hiếu khí không bổ sung các chất dinh dưỡng, thì phương pháp hiếu khí có bổ sung thêm các chất dinh dưỡng vi lượng đã làm hiệu quả xử lý COD nước thải giấy tăng từ 42% lên 63,7% Như vậy, sự có mặt của các chất vi lượng có ảnh hưởng rất lớn tới khả năng sinh trưởng, phát triển và khả năng sử dụng nhiều chất hữu cơ hòa tan nên COD giảm nhiều Vi sinh vật cũng là một cơ thể sống phát triển bình thường nên ngoài chất dinh dưỡng thông thường như cacbon, nitơ và photpho chúng cũng cần các nguyên tố khác cho các hoạt động của các quá trình chuyển hóa trong các tế bào của chúng

4.2.2 Nghiên cứu trên quy mô phòng thí nghiệm so sánh khả năng xử lý giữa HTXLNT – Công ty Giấy Bãi Bằng và mô hình thí nghiệm với việc bổ sung dinh dưỡng cần thiết cùng với các nguyên tố vi lượng

Việc sử dụng phân vi lượng không cần phải sử dụng ure và axit photphoric không những không làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý mà còn tăng khả năng xử lý của vi sinh vật

Để so sánh hiệu quả xử lý COD thực tế, nghiên cứu ban đầu được thực hiện trên quy mô phòng thí nghiệm, với hai bể xử lý với dung tích 30×30×50 cm, mỗi bể cho vào 6 lít sinh khối lấy tại bể sục khí của HTXLNT tại thời điểm HTXLNT hoạt động bình thường và 14 lít nước thải sau xử lý cấp I Quy trình thao tác xử lý được thực hiện tương tự như HTXLNT của nhà máy, trong đó bể số  bổ sung ure và axitphotphoric như HTXLNT (xem cách tính toán

bổ sung trong phụ lục 1) và bể số  bổ sung 0,5 g phân vi lượng/m3, thời gian xử lý 18h Trong nghiên cứu này, các giá trị nhiệt độ 26 ÷ 300C, pH = 7,2 ÷ 7,9, lưu lượng khí 6 lít/phút

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý

COD giữa HTXLNT và quy mô phòng thí

nghiệm

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử

dụng hàm lượng NH 4 +

Mẫu

COD (mg/l)

T

T

Rabổ sung

N, P

Rabổ sung vi lượng

Trun

g

bình

4

305,

9

3

68,2

4

Mẫu

NH 4 +(mg/l)

Bổ sung N, P Bổ sung vi lượng

1 37,69 11,00 6,638 0,696

2 48,38 23,11 3,091 0,093

3 46,14

2

19,67

8 3,312 0,035

4 43,73

5

17,71

6 2,242 0,162

5 32,32 11,50

5 7,385 0,102

6 42,50 20,82

9 6,725 0,871

7 41,07 12,03

5 5,514 0,019

8 32,96 14,03 6,942 0,175

9 36,26 17,02 6,682 1,416

10 36,66 17,69

8 3,358 0,836

T.bìn

h

39,83

4

16,45

8

5,188

8 0,450

1

Hiệu suất (%) 58,68 91,33

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng

hàm lượng PO 4

3-Hiệu xuất loại bỏ COD và hiệu quả sử

dụng NH 4 + và PO 4 3-

Mẫu

PO 4 3-(mg/l)

Bổ sung N, P Bổ sung vi lượng

1 2,5711 1,4003 1,2626 0,8264

2 2,3759 1,1283 1,2740 0,0445

3 1,9462 1,5151 0,8608 0,5725

4 2,4626 1,4001 1,3329 0,7231

5 2,3478 1,1478 1,0445 0,1325

6 2,2626 1,5621 1,1478 0,0978

7 1,584 1,0274 0,9527 0,0054

8 1,769 0,9412 0,6312 0,0902

9 1,5495 0,7883 0,9756 0,1722

10 2,4525 1,3558 1,2459 0,0499

T.bình 2,3816 1,2266 1,0728 0,2715

Căn cứ vào những kết quả thực nghiệm chúng ta có thể nhận thấy rằng các vi sinh vật

có khả năng xử lý COD tăng lên khi có thêm các chất vi lượng (từ 50,23% đến 68,24%) Trong trường hợp với mô hình thí nghiệm có bổ sung dinh dưỡng tương tự như HTXLNT thì hiệu quả xử lý COD cũng gần như giống nhau (48,57% và 50,23%)

Trong trường hợp nước thải sau khi đã qua xử lý cấp I, nếu được bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết cùng với các chất vi lượng thì hiệu quả xử lý sẽ rất khả quan, COD sẽ giảm nhanh, rõ rệt hơn Nhìn chung các chất vi lượng tuy không cần nhiều, chỉ cần với một lượng rất nhỏ cũng là điều rất cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật Các kết quả nghiên cứu này

đã chứng minh rằng ngoài các chất dinh dưỡng (NH4+ và PO43-) thì các chất vi lượng cũng là một trong những thành phần không thể thiếu được trong quá trình phát triển cũng như đời sống của vi sinh vật

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng phân vi lượng đến hiệu quả xử lý COD

Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí sử dụng phân vi lượng là phương pháp chưa được

sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải nói chung và nước thải giấy nói riêng Bình thường đối với vi sinh vật hầu như chúng ta chỉ để ý tới các chất dinh dưỡng thông thường (như Cacbon, nitơ và photpho) khi để ý tới các chất dinh dưỡng vi lượng cần thiết khác với liều lượng thích hợp

Nghiên cứu này được tiến hành ở những hàm lượng phân vi lượng khác nhau, các điều kiện khác được giữ không đổi, cụ thể là pH = 6.5 ÷ 8.0, lưu lượng khí 6 lít/phút, nhiệt độ 27

÷300

C, thời gian xử lý là 18 giờ

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng vi lương tới khả năng loại bỏ COD

M

ẫu

COD (mg/l) HTXLNT 0,0 gam phân 0,5 gam phân 1,0 gam phân vi 2,0 gam phân vi