XỬ lí nước thải trong công nghiệp sản xuất giấy

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO XỬ LÍ NƯỚC THẢI TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY Giảng viên hướng dẫn Hà Nội MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHUNG 3 1 Tổ. XỬ LÍ NƯỚC THẢI TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

*******************************

BÁO CÁO

XỬ LÍ NƯỚC THẢI TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY

Giảng viên hướng dẫn:

Hà Nội

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CHUNG

1. Tổng quan về ngành công nghiệp giấy

1.1. Giới thiệu về ngành công nghiệp giấy

Công nghệ sản xuất giấy đã có từ hàng ngàn năm Giấy là nhu cầu cần thiếttrong cuộc sống con người để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau: giấy viết,giấy gói, trong thông tin, sinh hoạt…

Ngành công nghiệp giấy là một ngành công nghiệp sản xuất tất cả các loạigiấy và bìa cứng Nó bao gồm ngành công nghiệp sản xuất bột sử dụng gỗ, câylau , bã mía, rơm rạ , rơm lúa mì, rơm bông, thân cây gai dầu, bông và các nguyênliệu thô khác để làm bột giấy Có một số khía cạnh của ngành công nghiệp sản xuấtgiấy gia công cho giấy và đĩa giấy phông chữ Nghề làm giấy là một trong bốn phátminh vĩ đại của Trung Quốc Ngay từ năm 32 đến năm 16 trước công nguyên,người ta đã có thể làm giấy mỏng, đến năm 105 sau Công nguyên, đã sử dụng vỏcây, sợi gai, vải vụn, lưới cá bị đứt thay cho nguyên liệu là tơ tằm và sợi bông, đãthúc đẩy rất nhiều sự phát triển của ngành sản xuất giấy thủ công Ngành côngnghiệp giấy máy thế giới bắt đầu vào cuối thế kỷ 18

Các ngành công nghiệp giấy và bột giấy là một trong những ngành côngnghiệp lớn nhất trên thế giới Được thống trị bởi các nước Bắc Mỹ, Bắc Âu vàĐông Á Mỹ Latinh và Australasia cũng có các ngành công nghiệp giấy và bột giấyđáng kể Trong vài năm tới, dự kiến cả Ấn Độ và Trung Quốc sẽ trở thành nhữngquốc gia chủ chốt trong tăng trưởng của ngành Sản lượng giấy và bìa trên thế giớivào khoảng 390 triệu tấn và dự kiến đạt 490 triệu tấn vào năm 2022 Ở những nướccông nghiệp phát triển, mức sử dụng giấy tính bình quân cho 1 đầu người trong 1năm khoảng 300kg, trong khi ở các nước đang phát triển chỉ ở mức 10kg hoặc thấphơn Giấy được sản xuất chủ yếu từ nguồn thực vật, đặc biệt là gỗ, bằng nhiềuphương pháp khác nhau.

Đồng thời cũng là ngành công nghiệp gây ra nhiều vấn đề tác động đến môitrường Nước thải của ngành công nghiệp giấy rất độc hại và nguy hiểm nên phải

có một hệ thống xử lý nước thải riêng

1.2. Nhà máy sản xuất giấy và bột giấy

Các nhà máy giấy và bột giấy rất phức tạp và tích hợp nhiều khu vực quytrình khác nhau bao gồm chuẩn bị gỗ, nghiền bột giấy, thu hồi hóa chất, tẩy trắng

và sản xuất giấy để chuyển đổi gỗ thành sản phẩm cuối cùng Các tùy chọn xử lý

và loại gỗ được xử lý thường được xác định bởi sản phẩm cuối cùng

Mặc dù giấy đã tồn tại hàng nghìn năm dưới dạng này hay dạng khác, quytrình tiêu chuẩn hóa đầu tiên cho sản xuất giấy đã được phát minh ở Trung Quốcvào năm 105 trước Công nguyên Các nhà máy giấy hiện đại sử dụng một lượnglớn năng lượng, nước và bột gỗ trong một quy trình cơ giới hóa và rất phức tạp đểsản xuất một tờ giấy Máy làm giấy có thể rất lớn dài tới 500 foot (152 m) Cáccuộn giấy thô hoặc chưa cắt có thể rộng tới 33 feet (10m)

Hình 1: Nhà máy giấy VINAPACO

Giấy bắt đầu với bột gỗ Bột giấy để sản xuất giấy có thể được sản xuất từ

xơ nguyên chất bằng phương pháp hóa học hoặc cơ học hoặc có thể được sản xuấtbằng cách ép giấy để tái chế Gỗ là nguyên liệu ban đầu chính Giấy để tái chếchiếm khoảng 50 % lượng sợi được sử dụng – nhưng trong một số ít trường hợp cóthể sử dụng rơm, cây gai dầu, cỏ, bông và vật liệu chứa cellulose khác Sản xuấtgiấy về cơ bản là một quy trình gồm hai bước, trong đó nguyên liệu thô dạng sợitrước tiên được chuyển đổi thành bột giấy, sau đó bột giấy được chuyển đổi thànhgiấy Khi bắt đầu toàn bộ quá trình, các khúc gỗ được đưa qua một chiếc máy tước

vỏ của chúng, sau đó đưa vào máy băm Máy băm nhỏ những khúc gỗ thành nhữngdăm vuông, nhỏ hơn lòng bàn tay Gỗ bao gồm các sợi cellulose liên kết với nhaubằng một chất gọi là lignin Để phân hủy dăm gỗ thành bột giấy, lignin phải đượchòa tan Sản xuất bột giấy có thể được thực hiện bằng cơ học hoặc hóa học Bộtgiấy sau đó được tẩy trắng và xử lý thêm, tùy thuộc vào loại và loại giấy sẽ đượcsản xuất Trong nhà máy giấy, bột giấy được sấy khô và ép để sản xuất giấy tờ Saukhi sử dụng, ngày càng nhiều giấy và các sản phẩm từ giấy được tái chế Giấykhông tái chế được chôn lấp hoặc đốt

Nhà máy giấy là nhà máy biến gỗ thành giấy

Điều này được thực hiện bằng cách bổ sung nhiệt, áp suất và hỗn hợp hóachất vào dăm gỗ, trong một bình được gọi là máy phân hủy Các dăm gỗ được “nấuchín” trong khoảng thời gian vài giờ, làm giảm hỗn hợp thành bột giấy màu xámvới độ đặc gần giống như bột yến mạch Bã sau đó được lấy ra khỏi thiết bị phânhủy bằng máy thổi áp suất cao, và được rửa sạch để tách phần bã có thể sử dụng rakhỏi lignin Hầu hết các nhà máy giấy cũng thêm một hỗn hợp độc quyền gồmthuốc tẩy không chứa clo và các hóa chất khác vào thời điểm này, để làm sáng màucủa bột giấy.

Giấy tái chế từ nhà máy giấy được sử dụng để làm giấy vệ sinh

Sau khi bột giấy đã được rửa sạch và tẩy trắng, rất nhiều nước được thêmvào, và hỗn hợp này được đặt trên một tấm lưới thép để tuần hoàn giúp các sợi liênkết với nhau thành một thứ dễ nhận biết hơn là giấy Hầu hết nước được chiết xuấtbởi quá trình này Sau đó, thảm giấy được ép vào giữa các loại vải thấm nước vàlên các xi lanh sấy khô Những xi lanh này được làm nóng để loại bỏ nước cuốicùng Toàn bộ giai đoạn này của quá trình di chuyển tờ giấy rất nhanh, với tốc độhơn 3.000 feet (0,9 km) mỗi phút

Cuối cùng, giấy được ủi để tạo độ bóng mịn Khi nó khô hoàn toàn, nó đượccuốn vào các cuộn lớn, từ đó chuyển nó sang các cuộn nhỏ hơn để cắt Tuy nhiên,đối với tất cả những tiến bộ của mình, các nhà máy giấy vẫn phải đối mặt với một

số thách thức thường xuyên, chẳng hạn như sự ăn mòn của máy móc do độ ẩm vànhiệt độ cao trong quá trình sản xuất giấy Quá trình nghiền bột giấy cũng gây ramột số vấn đề nhỏ đối với các cộng đồng xung quanh do quá trình này tạo ra khíthải có mùi khó chịu

2. Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy

Công nghệ sản xuất giấy gồm hai quá trình cơ bản: sản xuất bột giấy từnguyên liệu thô và sản xuất giấy từ bột giấy

Hình 2: Các công đoạn sản xuất giấy

Gia công nguyên liệu thô bao gồm rửa sạch nguyên liệu, loại bỏ tạp chất và

cắt mảnh theo kích cỡ thích hợp đáp ứng yêu cầu của phương pháp sản xuất bộtgiấy

Sản xuất bột giấy: là quá trình gia công xử lý nguyên liệu để tách các thành

phần không phải là xenlulo sao cho thu được bột giấy có hàm lượng xenlulo càngcao càng tốt

Rửa bột: Mục đích tách bột xenlulo ra khỏi dịch nấu (còn gọi là dịch đen).

Dịch đen bao gồm các hợp chất chứa Na, chủ yếu là natrisunfat ngoài ra còn chứaNaOH, S, và lignin cùng các sản phẩm phân hủy hydratcacbon - axit hữu cơ Quátrình rửa bột thường sử dụng nước sạch, lượng nước sử dụng cần hạn chế tới mứctối thiểu nhưng vẫn đảm bảo sao cho tách bột xenlulo đạt hiệu quả cao và nồng độkiềm trong dịch đen là cao nhất độ pha loãng là nhỏ nhất để giảm chi phí cho quátrình xử lý tái sinh thu hồi kiềm

Tẩy trắng: Với yêu cầu sản xuất các loại giấy cao cấp, có độ trắng cao, bột

giấy cần phải được tẩy trắng Mục đích của tẩy trắng là tách phần lignin còn lại và

một số thành phần khác không phải xenlulo như hemixelulo Các tác nhân tẩythường dùng để tẩy trắng bột giấy là clo, hypoclorit natri NaOCI, hypoclorit canxiCa,, dioxit clo , hydropeoxit , và ozon

Nghiền bột giấy: Mục đích là làm cho các xơ sợi được hydrat hóa, dẻo, dai,

tang bề mặt hoạt tính, giải phóng gốc hydroxyl làm tăng diện tích bề mặt, tăng độmềm mại, hình thành độ bền của tờ giấy Sau công đoạn nghiền bột, bột giấy đượctrộn với chất độn và các chất phụ gia để đưa đến bộ phận xeo giấy

Xeo giấy: là quá trình tạo hình sản phẩm trên lưới và thoát nước để giảm độ

ẩm của giấy Sau đó giấy được qua sấy để có sản phẩm khô

Thu hồi hóa chất: Mục đích là để đạt được hiệu quả kinh tế cao, đối với

quy trình công nghệ sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học cần có bộ phậnthu hồi hóa chất Chẳng hạn việc tái sinh kiềm từ dịch đen của phương pháp sunfatbao gồm các giai đoạn:

- Cô đặc để giảm lượng nước

- Đốt dịch đã qua cô đặc ở nhiệt độ cao T > 500 với mục đích cho các chất hữu cơcháy hoàn toàn tạo thành và , còn thành phần vô cơ của kiềm đen sẽ tạo cặn trohoặc cặn nóng chảy gọi là kiềm đỏ

- Xút hóa kiềm đỏ bằng dung dịch kiềm loãng và sữa vôi Sau đó tách bùn vôi vàdung dịch trắng gồm NaOH, , , được thu hồi và tuần hoàn sử dụng lại cho côngđoạn nấu

Các công đoạn làm giấy lại cho ra các loại nước thải khác nhau

Bảng 1: So sánh công nghệ sản xuất giấy từ các nguyên liệu khác nhau

CHƯƠNG II: XỬ LÍ NƯỚC THẢI TRONG NGÀNH

CÔNG NGHIỆP GIẤY

2.1

Đặc tính nước thải ngành công nghiệp giấy

Đặc tính nước thải trong sản xuất giấy có thể khác nhau tùy thuộc vào quy trình

cụ thể và nguyên liệu thô được sử dụng Tuy nhiên, một số thông số phổ biến vềđặc trưng nước thải sản xuất giấy bao gồm:

• Chemical Oxygen Demand (COD): COD là thước đo lượng chất hữu cơ cótrong nước thải Trong sản xuất giấy, COD có thể đến từ dăm gỗ, bột giấy vàhóa chất được sử dụng trong quá trình sản xuất

• Biochemical Oxygen Demand (BOD): BOD là thước đo lượng oxy cần thiếtcho vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ trong nước thải Trong sản xuấtgiấy, BOD có thể đến từ chất hữu cơ trong dăm gỗ, bột giấy và hóa chấtđược sử dụng trong quá trình sản xuất

• Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): TSS là thước đo lượng chất rắn lơ lửng trongnước thải Trong sản xuất giấy, TSS có thể đến từ dăm gỗ, bột giấy và cácvật liệu khác được sử dụng trong quy trình sản xuất

• pH: pH là thước đo độ axit hoặc độ kiềm của nước thải Trong sản xuất giấy,

độ pH có thể thay đổi tùy thuộc vào hóa chất được sử dụng trong quá trìnhsản xuất

• Tổng chất rắn hòa tan (TDS): TDS là thước đo tổng lượng chất rắn hòa tantrong nước thải Trong sản xuất giấy, TDS có thể đến từ các hóa chất được

sử dụng trong quá trình sản xuất

Nước thải ngành công nghiệp giấy và bột giấy thường có tính kiềm, hàm lượngchất rắn lơ lửng cao, tổng chất rắn cao, COD cao và BOD tương đối thấp Khảo sát

3050 nhà máy xeo giấy trên thế giới cho thấy, định mức nước cấp trung bình là 80cho 1 tấn giấy

Bảng 2: Tải lượng nước thải và COD của một số loại giấy

Giấy sản phẩm Nước thải (m3 /1 tấn sản

3 -> 9

Giấy từ giấy phế liệu 5 -> 30 20 -> 30

2.2 Các nguồn phát sinh nước thải

Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy là một trong những công nghệ sử dụngnhiều nước Tùy theo từng công nghệ và sản phẩm, lượng nước cần thiết để sảnxuất 1 tấn giấy dao động từ 200-500m3 Nước được dung cho các công đoạn rửanguyên liệu, nấu tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước Trong các nhà máy giấy, hầunhư tất cả lượng nước đưa vào sử dụng sẽ là lượng nước thải và mang theo tạp

chất, hóa chất, bột giấy, các chất ô nhiễm dạng hữu cơ và vô cơ nếu như không có

hệ thống xử lý tuần hoàn lại nước và hóa chất

Hình 3: Các nguồn phát sinh nước thảiCác dòng thải chính của các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy bao gồm:

 Dòng thải rửa nguyên liệu bao gồm chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bảo vệthực vật, vỏ cây…

 Dòng thải từ quá trình nấu và rửa sau nấu: chứa phần lớn các chất hữu cơhòa tan, hóa chất nấu và một phần sơ xợi Nước thải phát sinh thường cómàu đen nên được gọi là dịch đen chứa từ 25%-35% nồng độ chất khô, tỉ lệgiữa chất hữu cơ và vô cơ khoảng 70:30 Trong đó:

• Thành phần hữu cơ chủ yếu trong dịch đen là lignin hòa tan vào dịch kiềm( 30 – 35% khối lượng chất khô ), sản phẩm phân hủy Hydratcacbon, axithữu cơ,…

• Thành phần vô cơ: Gồm những hóa chất nấu chủ yếu là Natrisunphat liên kếtvới các chất hữu cơ trong kiềm Ngoài ra, còn có một phần nhỏ là NaOH,Na2S tự do, Na2CO3 Ở những nhà máy lớn , dòng thải này được xử lí đểthu hồi tái sinh sử dụng lại kiềm bằng phương pháp cô đặc – đốt cháy cácchất hữu cơ -xút hóa Đối với các nhà máy nhỏ thường không có hệ thốngthu hồi dịch đen , dòng thải này được thải cùng các dòng thải khác của nhàmáy gây tác động xấu đến môi trường

 Dòng thải từ công đoạn tẩy trắng tại các nhà máy áp dụng phương pháp hóahọc hoặc bán hóa thường chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan Vì thế,các hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan và các hợp chất tạo thành của chất đó vớihóa chất tẩy ở dạng độc hại, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sốngnhư các hợp chất Clo hữu cơ( AOX), làm tăng AOX trong nước thải , dòngthải này có độ màu , BOD và COD cao.Đây là dòng thải chứa các chất cóđộc tính nguy hiểm và khó phân hủy sinh học Thông thường, khi tẩy bằngcách hợp chất chứa Clo, các thông số ô nhiễm như BOD rơi vào khoảng 15 –17kg/tấn bột giấy, COD rơi vào khoảng 60 – 90kg/tấn bột giấy,…

• Đặc trưng của dòng thải từ công đoạn tẩy bằng các hợp chất chứa clođược chỉ ra trong bảng dưới đây:

Bảng 3: Tải lượng ô nhiễm trong dòng nước thải của công đoạn tẩy

Phương pháp sản xuất bột giấy

 Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa sợi mịn, bột giấy

ở dạng lơ lửng và chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh Nướcnày được tách ra từ các bộ phận cửa máy xeo giấy như nước khử, ép giấy.Phần lớn dòng chuẩn bị nguyên liệu vào mày xeo hoặc có thể gián tiếp saukhi nước thải được qua bể lắng để thu hồi và xơ sợi

 Dòng thải từ các khâu rửa thiết bị, rửa sàn, dòng chảy trà có hàm lượng cácchất lơ lửng và các hoá chất rơi vãi Dòng thải này không liên tục

 Nước ngưng của quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý thu hồi hoá chất từdịch đen Mức độ ô nhiễm của nước ngưng thì phụ thuộc vào các loại gỗ vàcông nghiệp sản xuất

Nhìn chung nước thải giấy được chia làm 2 loại:

- Loại 1: Dịch đen-sản phẩm chủ yếu của công đoạn nấu và rửa

- Loại 2: Dịch trắng-sản phẩm chủ yếu của công đoạn tẩy và xeo

Các yếu tố gây ô nhiễm chính đó là:

- pH cao do kiềm dư gây ra là chính

- Thông số cảm quan (màu đen, mùi, bọt) chủ yếu là do dẫn xuất của ligningây ra là chính

- Cặn lơ lửng (do bột giấy và các chất độn như cao lanh gây ra)

- COD và BOD do các chất hữu cơ gây ra là chính, các chất hữu cơ ở đây làlignin và các dẫn xuất của lignin, các loại đường phân tử cao và 1 lượng nhỏcác hợp chất có nguồn gốc sinh học khác, trong trường hợp dung clo để tẩytrắng có thêm dẫn xuất hữu cơ có chứa clo khác

Bảng 4: Thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải của các công

đoạn sản xuất giấy

2.3 Các biện pháp xử lí nước thải trong công nghiệp giấy

Nước thải ngành giấy chứa 1 lượng lớn các chất rắn lơ lửng và xơ sợi, cáchợp chất hữu cơ hòa tan ở dạng khó và dễ phân hủy sinh học, các chất tẩy và hợpchất hữu cơ của chúng Các phương pháp xử lý loại bỏ các chất ô nhiễm nước củangành giấy bao gồm lắng, đông keo tụ hóa học và phương pháp sinh học

2.3.1 Phương pháp lắng

Phương pháp lắng dung để tách các chất rắn dạng bột hay xơ sợi, trước hếtđối với dòng thải từ công đoạn nghiền bột và xeo giấy Với mục đích thu hồi lại xơsợi, bột giấy thì thường dùng thiết bị lắng hình phễu Trong quá trình lắng cần phảitính toán thời gian lưu tích hợp vì với thời gian lưu dài dẽ có hiện tượng phân hủyyếm khí, khi bùn lắng không được lấy ra thường xuyên Để nước thải loại này lắngtốt và tạo điều kiện các hạt liên kết với nhay tạo thành bông cặn dễ lắng, người tathường tính toán với tải trọng bề mặt từ 1 đến 2 m3//m2.h (lưu lượng dòng thải tínhcho 1 đơn vị bề mặt lắng của bể trong 1 đơn vị thời gian) Để giảm thời gian lưutrong bể lắng, nâng cao hiệu suất lắng người ta có thể thổi khí nén (áp xuất 4-6bar)vào trong bể lắng Loại bể lắng – tuyến nổi này thường có tải trọng bề mặt 5 đến

10 m3/m2.h

2.3.2 Phương pháp đông keo tụ hóa học

Phương pháp này dung để xử lý các hạt rắn ở dạng lơ lửng, một phần chấthữu cơ hòa tan, hợp chất Photpho, một số chất độc và khử máu Phương pháp đôngkeo tụ có thể xử lý trước hoặc sau xử lý sinh học Các chất keo tụ thông thường làphèn sắt, phèn nhôm và vôi Các chất polyme dung để trợ keo tụ và tăng tốc độ quátrình lắng

Đối với mỗi loại phèn cần điều chỉnh pH của nước thải ở giá trị thích hợp,chẳng hạn như phèn nhôm pH từ 5-7, phèn sắt từ 5-11 và dung vôi thì pH > 11;

2.3.3 Phương pháp sinh học

Dùng để xử lý các chất hữu cơ dạng tan Nước thải của công nghiệp giấy(nguyên liệu đầu vào là giấy phế liệu) có tải lượng ô nhiễm chất hữu cơ cao (thểhiện qua các chỉ số TSS, BOD5, COD thường rất cao) Trong nước thải có hàm

Stt Thành phần Đơn vị Các công đoạn chínhNấu Xeo Chưng