Xử Lý Nước Thải Nhà Máy Giấy - Nhóm 3.Docx

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG TIỂU LUẬN XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY Đồng Nai, tháng 12 năm 2023 GVHD Th S Đ[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

KHOA: KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

TIỂU LUẬN: XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

KHOA: KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

TIỂU LUẬN: XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY

DANH SÁCH HÌNH i

DANH SÁCH BẢNG ii

CHỮ VIẾT TẮT iii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY 2

1.1 Tổng quan về ngành công nghiệp giấy - bột giấy 2

1.1.1 Nguyên liệu sản xuất giấy 2

1.2 Dây chuyền công nghệ sản xuất giấy 3

1.2.1 Sản xuất bột giấy 3

1.2.2 Sản xuất bột giấy từ bột giấy (xeo giấy) 3

1.3 Thành phần nước thải từ quá trình sản xuất giấy 6

II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 10

2.1 Giới thiệu các phương pháp xử lý nước thải trong ngành công nghiệp giấy 10

2.2 Phương pháp xử lý cơ học giai đoạn tiền xử lý 11

2.3 Phương pháp xử lý hóa – lý 11

2.4 Phương pháp xử lý thứ cấp bậc hai xử dụng công nghệ sinh hoc 13

2.4.1 Cơ sở sinh học trong quá trình làm sạch nước thải 14

2.4.2 Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải: 17

2.4.3 Các quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ trong nước thải 20

2.4.4 Các bể anoxic và aerotank trong công nghệ xử lý nước thải ngành sản xuất giấy 30

CHƯƠNG III CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY 33

3.1 Công nghệ xử lý nước thải sản xuất giấy 33

3.1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy 33

3.1.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ nhà máy sản xuất giấy 33

3.2 Xử lý nước thải nhà máy giấy theo qui trình các công đoạn sản xuất 35

3.2.1 Xử lý nước thải của công đoạn sản xuất bột giấy 35

3.2.2 Xử lý nước thải của nhà máy sản xuất giấy và các tông 36

CHƯƠNG IV GIỚI THIỆU MỘT SỐ QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẤY TẠI CÁC NHÀ MÁY TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 38

4.1 Giới thiệu hai quy trình xử lý nước thải giấy ở Hà Lan 38

4.2 Giới thiệu công nghệ trạm xử lý nước thải nhà máy giấy Giao Long, Bến Tre 40 KẾT LUẬN 42 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

Hình 1.1 Nguyên liệu sản xuất giấy (Công Ty TNHH xưởng Giấy Chánh Dương) 2

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy và các nguồn nước thải (Công Ty TNHH xưởng Giấy Chánh Dương) 4

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống tuần hoàn nước trong quá trình xeo giấy (Nguồn sách Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học) .8

Hình.2.1 Sơ đồ chuyển hóa các bẩn hữu cơ khi oxy hóa sinh hóa nước thải .9

Hình 2.2 Sơ đồ của các quá trình trao đổi chất tham gia vào sinh trưởng 9

Hình 2.3 Chuyển hóa các hợp chất nitơ trong xử lý sinh học 25

Hình 2.4 Phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí 29 26

Hình 2.5 Bể Aerotank 32

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải giấy (Công Ty TNHH Xưởng Giấy Chánh Dương) 36

Hình 3.2 Sơ đồ tổng quát xử lý nước thải bột giấy .37

Hình 3.3 Sơ đồ xử lý nước thải bột giấy báo với TMP 37

Hình 3.4 Sơ đồ xử lý nước thải của nhà máy giấy cũ 37

Hình 3.5 Sơ đồ xử lý hoá lý nước thải công nghiệp giấy 38

Hình 3.6 Các sơ đồ khả năng xử lý sinh học nước thải công nghiệp giấy 39

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của công ty Roemond Hà Lan 40

DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Ô nhiễm trong dòng thải nước tẩy bột giấy bằng Clo 7

Bảng 1.2 Công nghệ sản xuất và tải lượng nước thải của một số công ty giấy ở Việt

Nam 8

Bảng 1.3 Tính chất nước thải Công Ty TNHH Xưởng Giấy Chánh Dương - KCN Mỹ Phước, P Mỹ Phước, TX Bến Cát, Bình Dương 9

Bảng 1.4 Tính chất nước thải Công Ty TNHH Giấy Kraft Vina - Khu Mỹ Phước 3, TX Bến Cát, Bình Dương 9

Bảng 2.1 Giá trị BOD toàn phần và COD của một số chất (mg O2/mg chất) 10

Bảng.2.3 Vi sinh vật axit hữu cơ 23

Bảng 2.4 Vi khuẩn sinh metan 28

Bảng.2.5 Vi sinh vật axit hữu cơ 29

Bảng.2.6 Các phản ứng sinh metan 30

Bảng 2.7 Sự phân hủy sinh học các thành phần hữu cơ trong nước thải 35

Bảng 4.1.Đặc điểm nước thải của 3 nhà máy giấy ở khu EERBECK B.V (Hà Lan) 41

Hình 4.2 Hiệu quả xử lý của các bể kỵ khí .41

CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu oxy hóa sinh học

BTNMT Bộ tài nguyển môi trường

MỞ ĐẦU

Hiện nay, nước ta cùng với sự đô thị hoá nhanh và phát triển công nghiệp, các vấn đềmôi trường như rác thải, nhất là tình trạng ô nhiễm nước ngày càng trở nên trầm trọng,ảnh hưởng tới sức khoẻ người dân, tính hiệu quả trong cạnh tranh kinh doanh, sản xuất.Nước thải từ nhiều nguồn khác nhau: Nước thải sinh hoạt; nước thải từ các nhà máycông nghiệp (nhà máy giấy, nhà máy dệt, nhà máy hoá chất, nhà máy khai thác quặng,than, nhà máy đường, nhà máy bia rượu…); nhà máy chế biến thực phẩm (chế biến thuỷsản, lò giết mỏ, đông lạnh, đồ hộp xuất khẩu, hoa quả…)

Hậu quả chung của tình trạng ô nhiễm nước là tỷ lệ người mắc các bệnh cấp và mạntính liên quan đến ô nhiễm nước như viêm màng kết, tiêu chảy, ung thư… ngày càngtăng Người dân sống quanh khu vực ô nhiễm ngày các mắc nhiều loại bệnh lạ Nguồnnước ô nhiễm gây tổn thất lớn cho các ngành sản xuất kinh doanh, các hộ nuôi trồng thuỷsản

Trong nước thải công nghiệp, ngoài hàm lượng cao các hợp chất hữu cơ như protein,các dạng carbohydrate, dầu mỡ (từ ngành công nghiệp chế biến thực phẩm),hemicellulose, lignin (công nghiệp sản xuất giấy) còn có các hợp chất hoá học khó phânhuỷ như các hợp chất vòng thơm có N, các akyl benzensulfonate (công nghiệp sản xuấtbột giặt), các loại dung môi, các kim loại nặng như Pb, Hg, As…

Nước thải công nghiệp so với nước thải sinh hoạt có các chỉ số BOD (nhu cầu oxy sinhhoá) và COD (nhu cầu oxy hoá học) cao hơn rất nhiều Nước thải công nghiệp có độ ônhiễm cao hơn nước thải sinh hoạt Theo Luật bảo vệ môi trường, mỗi nhà máy, mỗi xínghiệp phải có công trình xử lý nước thải trước khi xả ra hệ thống thoát nước chungnhưng chưa thực hiện nghiêm túc nên dẫn tới ô nhiễm hệ thống nước mặt, nước ngầm, ônhiễm môi trường sinh thái khá trầm trọng ở nhiều nơi trên đất nước ta

Ngành sản xuất giấy là một trong những ngành sử dụng tài nguyên lớn nhất trên toànthế giới Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất giấy Việt Nam đã cónhững bước tiến vượt bậc, trở thành ngành công nghiệp hỗ trợ cho nhiều ngành then chốtkhác Theo Hiệp hội Giấy và Bột giấy Việt Nam, trong 2 tháng đầu năm 2020 sản xuấtgiấy đạt 687.570 tấn, tăng gần 12% so với cùng kỳ 2019

Việc tìm hiểu công nghệ và phương pháp xử lý nước thải giấy là một đề tài vô cùngcần thiết nhằm tăng hiệu quả kinh doanh, đảm bảo yếu tố an toàn môi trường để gióng lênhồi chuông cảnh tỉnh mọi người cảnh giác với biến đổi xấu của môi trường và chú ý hơnđến môi trường sinh thái trong khi nước ta đang hướng tới phát triển bền vững, đặc biệtvới ngành sản xuất giấy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY

1.1 Tổng quan về ngành công nghiệp giấy - bột giấy

1.1.1 Nguyên liệu sản xuất giấy

Nguồn nguyên liệu để sản xuất giấy chủ yếu là gỗ và giấy tái chế Cụ thể như sau:

- Gỗ: Gỗ sẽ được tách vỏ, phần vỏ này sẽ được tận dụng để làm nguyên liệu và chấtđốt cho các khâu sau, còn phần lõi sau khi được tách ra riêng sẽ được cắt và nghiền nhỏthành dăm bào, tẩy rửa vệ sinh, trộn với nước và phụ chất đủ tạo thành một hỗn hợpnguyên liệu

- Giấy tái chế: Là những loại giấy đã qua sử dụng, được tập trung về nhàmáy để nghiền nhỏ thành bột, loại bỏ mực in và chất kết dính, tẩy rửa vệ sinh, trộn vớinước và phụ chất đủ tạo thành một hỗn hợp nguyên liệu Thực tế thì trước gỗ, sợi bônglại là nguyên liệu chính để sản xuất giấy Tuy nhiên do nhu cầu về giấy tăng cao thậm chígây ra tình trạng “khủng hoảng nguyên liệu giấy” trong khi sợi bông sản xuất được lại cóhạn Vì vậy mà người ta đã nghiên cứu và tìm ra gỗ để thay thế cho sợi bông để làmnguyên liệu sản xuất giấy

- Đồng thời, khi tìm ra gỗ thì con người cũng tìm ra sợi cellulose, là một loại chất

có trong gỗ và rơm rạ, cũng là nguyên liệu giúp sản xuất ra giấy Tuy nhiên, với từng loại

gỗ thì chất lượng giấy làm ra cũng khác nhau, những loại gỗ dưới đây thường được dùng

để làm giấy chất lượng cao:Vân Sam, Linh Sam, Thông, Thông rụng lá, Sồi, Dương,Cáng Lò (Cây bulô), Bạch Đàn

Hình 1.1 Nguyên liệu sản xuất giấy (Công Ty TNHH Xưởng Giấy Chánh Dương).

Tùy theo mục đích sử dụng mà sản phẩm giấy cũng rất đa dạng, phong phú như giấy inbáo, giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh, khăn giấy, giấy bao bì,… Và theo đó mức độ ônhiễm của nước thải cũng rất phức tạp Đặc trưng của nước thải sản xuất giấy và bột giấy

là TSS cao, nồng độ ô nhiễm cao, khó xử lý và phát sinh mùi hôi

1.2 Dây chuyền công nghệ sản xuất giấy

1.2.1 Sản xuất bột giấy

Công nghệ sản xuất bao gồm hai giai đoạn chính là sản xuất bột giấy và xeo giấy.Sản xuất bột giấy là quá trình gia công xử lý nguyên liệu để tách các thành phần khôngphải xenlulozơ sao cho thu được bột giấy có hàm lượng xenlulozơ càng cao càng tốt.Những loại cây dùng làm giấy cần phải có hàm lượng xenlulozơ cao hơn 35% Các thànhphần khác như hemixenlulozơ, lignin… cần phải thấp để giảm hoá chất dùng cho nấu,tẩy

Lignin là chất có độ trùng hợp cao ở dạng vô định hình, thành phần chủ yếu là các đơn

vị phenylpropan nối kết với nhau thành khối không gian 3 chiều Lignin dễ bị oxy hoá,hoà tan trong kiềm, trong dung dịch muối sulfit hay muối axit H2SO4 như Ca(HSO3) khiđun nóng

Hemixenlulozơ là hidratcacbon được tổng hợp từ các đơn vị thành phần là đườnghexozơ và pentozơ Hemixenlulozơ không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu

cơ và bị thuỷ phân trong dung dịch kiềm hay axit loãng khi đun sôi

Các chất chiết của các tổ chức thực vật như axit béo, nhựa, chất thơm, alcol…hầu hếttan trong dung môi hữu cơ

Các phương pháp sản xuất bột giấy gồm có cơ học, nhiệt học, hoá học Trong thực tếsản xuất thường áp dụng kết hợp các phương pháp này Trong các phương pháp đều dùnghoá chất để nấu nhằm tách lignin và các tạp chất khác ra khỏi xenlulozơ Sulfat và sulfit

là hai hoá chất được dùng để nấu phổ biến trong quá trình sản xuất bột giấy Hiện naytrên thế giới 75% công nghệ sản xuất bột giấy là công nghệ sulfat và sulfit Hai loại côngnghệ này có thể áp dụng nấu nhiều loại nguyên liệu như gỗ, tre, nứa có khả năng thu hồihoá chất bằng phương pháp cô đặc – đốt – xút hoá, dịch đen được tái sinh, sử dụng lạinhư dung dịch kiềm cho công đoạn nấu

Dung dịch nước thải của quá trình nấu được gọi là dịch đen, bao gồm các hợp chấtchứa natri, chủ yếu là natri sulfat Na2SO4, ngoài ra còn có NaOH, Na2S, Na2CO3 và lignincùng các sản phẩm thuỷ phân hidratcacbon và axit hữu cơ Trong trường hợp dùng côngnghệ sulfit để nấu ta được dịch đen là kiềm sulfit Dịch kiềm sulfit được xử lý làm nguồndinh dưỡng nuôi cấy nấm men để lên man rượu hoặc nấm men làm thức ăn chăn nuôi

1.2.2 Sản xuất bột giấy từ bột giấy (xeo giấy)

Khi bột giấy đã tẩy trắng được đưa tiếp sang quy trình làm giấy ở trong cùng một nhàmáy hoặc có thể làm ở nhà máy khác Quy trình này là tạo hình sản phẩm trên lưới vàthoát nước để giảm độ ẩm của giấy Nguyên liệu của quá trình này là bột giấy, giấy cũ,giẻ rách

Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy là một trong những quá trình công nghệ sử dụngnước nhiều nhất Tuỳ thuộc vào trình dộ công nghệ và yêu cầu chất lượng sản phẩm, sảnxuất 1 tấn giấy cần tới 200 – 500m3 nước Nước được dùng cho rửa nguyên liệu, nấu, tẩy,

Nguyên liệu (gỗ, nứa, tre )

Gia công nguyên liệu thô

Nấu nguyên liệu

Nước ngưngửa

Cô đặc, đốt, xút

ặcửa

Dịch đenửa

Nước ngưng

ửaTẩy trắng

Nước thải chứa tẩy, độ màu, BOD5, COD cao

)ửa

Nước thải có chứa SS, BOD5, COD cao

)ửaPhèn, dầu, nước, hơi nước

)

ửa Hơi nước

)ửa

Nước ngưng

)ửa

Hóa chất tẩy (Clo)

)ửa

Nước thải có chứa SS, BOD5, COD cao

)ửa

xeo giấy và dùng cho nồi hơi Hầu như tất cả nước sử dụng trong nhà máy giấy là nước

thải nếu như nhà máy không có hệ thống xử lý tuần hoàn nước và hoá chất

Nước thải mang theo các hợp chất, hoá chất, bột giấy, các chất ô nhiễm dạng hữu cơ

và vô cơ

 Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy:

nguồn nước thải (Công Ty TNHH xưởng Giấy Chánh Dương).

 Thuyết minh công nghệ sản xuất giấy:

Để có được những trang giấy trắng tinh phục vụ cho các công việc hàng ngày thì quy trình sản xuất là khâu quan trọng nhất Mỗi loại giấy được sản xuất đều phải tuân theo

quy trình dưới đây

(1) Gia công nguyên liệu: Rửa sạch nguyên liệu (sử dụng dòng nước có áp lực cao),

loại bỏ tạp chất, cắt nhỏ Dòng thải rửa nguyên liệu chứa các chất hữu cơ hòa tan, đất đá,sỏi cát, thuốc bảo vệ thực vật, vỏ cây

Nguyên liệu là tre, nứa được đưa vào băng tải thứ nhất dẫn đến máy chặt Tại đây cácnguyên liệu này được chặt nhỏ thành các mảnh có kích thước 35mm, sau đó đưa qua hệthống sàng và hệ thống rửa bằng nước

Nguyên liệu là gỗ đó đưa đến băng tải thứ 2 đến bộ phận bóc vỏ Sau khi gỗ được tách

ra, gỗ được chặt thành các mảnh có kích thước 8 – 10cm, rộng 22 – 25cm, dày 2 – 5mm.Các mảnh cũng được đưa qua bộ phận sàng rồi hệ thống rửa bằng nước

Nguyên liệu sau khi được chặt và rửa được đưa vào nấu

(2) Nấu nguyên liệu: Mảnh được đưa vào nấu, sau khi nạp nguyên liệu và các mảnh

gỗ tre, nứa, bơm dịch trắng vào Dịch trắng chứa NaOH và Na2S

- Nhằm tách lingin và các hemixelulozo ra khỏi các nguyên liệu ban đầu Trong quátrình này ta cho các hóa chất kiềm hòa tan vào để thủy phân lignin và hemixelulozo như:dung dịch sunlfit hay axit loãng đun sôi

(3) Rửa bột: Nhằm mục đích tách bột xenlulozo ra khỏi dung dịch nấu (dịch đen),

nước rửa thưởng sử dụng là nước sạch

- Dòng thải từ quá trình nấu và rửa sau nấu thường chứa phần lớn chất hữu cơ hòa tan,các hóa chất nấu và một phần xơ sợi; dòng thải có màu tối nên gọi là dịch đen Dòng thảinày sau đó sẽ được tái sinh để thu hồi bột giấy

(4) Tẩy trắng: Quá trình này nhằm mục đích tách lignin và một số thành phần tồn dư

trong bột giấy Để khử lignin người ta dùng các chất oxy hóa như clo, hyppoclorit, ozon Theo truyền thống, quá trình tẩy trắng gồm ba giai đoạn chính:

- Giai đoạn Clo hóa: Clo hóa năng lượng lignin còn sót lại trong bột giấy

- Giai đoạn thủy phân kiềm: Sản phẩm lignin hòa tan trong kiềm nóng được tách rakhỏi bột giấy

- Giai đoạn tẩy oxy hóa: Thay đổi cấu trúc mang màu còn sót lại trong bột giấy

- Dòng thải từ quá trình tẩy trắng này thường chứa chứa các hợp chất hữu cơ, ligninhòa tan và hợp chất tạo thành của những chất đó với chất tẩy dạng độc hại, có khả năngtích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất Clo hữu cơ, Dòng thải này có độ màu,giá trị BOD và COD cao

(5) Ghiền bột: Quá trình này nhằm mục đích là làm cho các xơ sợi được hydrat hóa và

trở nên dẻo dai, tăng bề mặt hoạt tính, giải phóng gốc hydroxit làm tăng diện tích bề mặt,tăng độ mềm mại, hình thành độ bền của tờ giấy

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

độ ẩm của giấy Sau khi bột được ghiền sẽ được trộn với chất độn và chất phụ gia trướckhi đến giai đoạn xeo giấy Tùy theo chất lượng mong muốn mà ta có thể thêm các chấtphụ gia sau:

- Các chất vô cơ: Cao lanh, CaCO3, oxit titan

- Các chất hữu cơ: Tinh bột biến tính, axit lactic

- Các chất màu: Nhôm sunfat (tác nhân khử mực)

- Dòng thải này từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chưa chất xơ sợi mịn,giấy ở dạng lơ lửng và các phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh

(7) Sấy: Giấy sau khi xeo sẽ được sấy khô để có được sản phẩm khô.

Thu hồi hóa chất: Để đạt được hiệu quả kinh tế cao, đối với quy trình công nghệ sản

xuất bột bằng giấy phương pháp hóa học cần có bộ phận phụ để thu hồi hóa chất như việctái sinh kiềm từ dịch đen của phương pháp sunfat bao gồm các giai đoạn:

- Cô đặc để giảm lượng nước

- Đốt dịch đã qua cô đặc ở nhiệt độ cao > 5000C với mục đích cho các chất hữu cơchất hoàn toàn tạo thành CO2 và H20, còn thành phần vô cơ của kiềm dịch đen sẽ tạo trohoặc cạn nóng chảy gọi là kiềm đỏ

- Xút hóa kiềm đỏ bằng dung dịch kiềm loãng và sữa vôi Ca(OH)2 Sau đó tách bùnvôi và dung dịch trắng gồm NaOH, Na2S, NA2SO4, NaCO3 được thu hồi và tuần hoàn trởlại sử dụng cho công đoạn nấu

1.3 Thành phần nước thải từ quá trình sản xuất giấy

Các nguồn nước thải của nhà máy giấy bao gồm:

- Nước rửa nguyên liệu có các chất hữu cơ, đất đá, sỏi cát, thuốc bảo vệ thực vật, vỏ cây

- Nước thải từ công đoạn nấu và rửa sau nấu có nhiều chất hòa tan, có nhiều chấtnấu và một phần xơ sợi Nước thải có màu đen tối thường gọi là dịch đen Dịch có 25-35% chất khô, tỉ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ là 70:30

- Thành phần hữu cơ trong dịch đen chủ yếu là lignin hòa tan trong kiềm (30-35%theo chất khô), ngoài ra là sản phẩm phân hủy hidratcacbon và các axit hữu cơ Thànhphần vô cơ gồm những hóa chất đưa vào nấu, một phần nhỏ là xút, Na2S, Na2SO4,

Na2CO3còn phần nhiều là kiềm sulfat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm Ở các nhàmáy lớn có hệ thống thu hồi hóa chất Ở các nhà máy nhỏ các hóa chất dùng khi nấuđược đưa ra cùng với nước thải

a Nước thải từ quá trình nấu và rửa sau khi nấu

- Nước thải từ quá trình nấu và rửa sau khi nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòatan, hóa chất nấu và một phần xơ sợi Nước thải từ quá trình này có màu đen nên thườngđược gọi là dịch đen

- Dịch đen gồm 70% thành phần hữu cơ và 30% thành phần vô cơ

- Thành phần hữu cơ là lignin hòa tan vào dịch kiềm, sản phẩm phân hủyhydratcacbon, axit hữu cơ

- Thành phần vô cơ gồm những hóa chất nấu, phần nhỏ là NaOH, Na2S tự do,Na2CO3 còn phần nhiều là kiềm natrisunphat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm

- b Nước thải từ công đoạn tẩy trắng

- Dòng thải từ quá trình tẩy trắng này thường chứa chứa các hợp chất hữu cơ, ligninhòa tan và hợp chất tạo thành của những chất đó với chất tẩy dạng độc hại, có khả năngtích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất Clo hữu cơ, Dòng thải này có độ màu,giá trị BOD5 và COD cao

Bảng 1.1 Ô nhiễm trong dòng thải nước tẩy bột giấy bằng Clo

(Nguồn sách Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học).

c Nước thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy (AOX)

 Nước thải từ quá trình này chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột giấy ở dạng lơ lửng vàcác chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh…

 Dòng nước thải này chứa hỗn hợp các chất hữu cơ đặc trưng qua tải lượng AOX từ

4 đến 10kg/tấn bột Dòng này chứa nhiều chất độc hại và khó phân hủy sinh học Tẩy bộtgiấy theo phương pháp sulfat từ gỗ cứng bằng oxy thì tải lượng COD giảm còn 35kg/l vàAOX là 0,7kg/tấn bột

 Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước ngưng khi nấu gỗ bạch đàn và bạchdương bằng bisulfit – Mg có tỉ số BOD5: COD là 0,47 và 0,43 Tỷ số này cho ta thấynước thải (nước ngưng) ở đây có thể xử lý bằng phương pháp sinh học

 Nước thải trong công đoạn xeo giấy chứa chủ yếu là bột giấy và các chất phụ gia.Nước thải từ nhà máy xeo giây như tách nước và ép giấy Nước ở bộ phận này được tuầnhoàn dừng lại nhiều lần, có thể dùng cho bộ phận tạo hình giấy hoặc dùng cho bộ phậnchuẩn bị nguyên liệu cho máy xeo hoặc có thể dùng gián tiếp qua bể lắng để thu hồi giấy

và xơ sợi

Ở Việt Nam sản xuất được 1 tấn giấy dùng tới 200 – 600m3 nước Chỉ có công ty giấyBãi Bằng có hệ thống thu hồi kiềm, các công ty khác đều không có tuần hoàn sử dụngnước trong quá trình công nghệ

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống tuần hoàn nước trong quá trình xeo giấy ((Nguồn sách Xử lý

nước thải bằng công nghệ sinh học).

Bảng 1.2 Công nghệ sản xuất và tải lượng nước thải của một số công ty giấy ở Việt Nam

2 Hóa nhiệt (CTMP) không

thu hồi kiềm

200 80 – 160 400 – 800 150 – 200

(Nguồn sách Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học) CTMP: Phương pháp hóa nhiệt cơ.

d Nước thải từ quá trình rửa thiết bị, rửa sàn, nước chảy tràn

 Nước thải từ quá trình này có thêm hàm lượng các chất lơ lửng và các chất rơi vãi

có thể loại bỏ qua lọc rác hoặc lắng

e Nước thải sinh hoạt

 Nước thải sinh hoạt thường không được quan tâm nhưng vẫn xả thẳng vào hệthống thoát nước sau bể tự hoại

Bột giấy

Chất

độn

Chuẩn bị nguyên liệu vào máy sấy

Xeo giấy

Tạo hình

Lắng thu hồi bột, sợi

Nước thải

Trong nước thải của sản xuất giấy và bột giấy có hàm lượng các hợp chấtcacbonhydrat cao, là những chất dễ phân hủy sinh học nhưng lại thiếu nitơ và phospho lànhững chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật phát triển Do đó trong quá trình xử lýnước thải bằng phương pháp sinh học cần bổ sung các chất dinh dưỡng, đảm bảo tỉ lệ choquá trình hiếu khí BOD5 : N : P = 100:5:1 và quá trình yếm khí BOD5 : N : P = 100:3:0,5.Đặc tính nước thải nghành giấy thường có tỉ lệ BOD5:COD ≤ 0,55 và hàm lượng CODcao (COD > 1000 mg/l) nên trong xử lý thường kết hợp giữa phương pháp yếm khí vàhiếu khí.

Bảng 1.3 Tính chất nước thải Công Ty TNHH Xưởng Giấy Chánh Dương - KCN MỹPhước, P Mỹ Phước, TX Bến Cát, Bình Dương

(Nguồn: Trung tâm Môi trường & Sinh thái Ứng dụng, 2022)

Bảng 1.4 Tính chất nước thải Công Ty TNHH Giấy Kraft Vina - Khu Mỹ Phước 3,

II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 2.1 Giới thiệu các phương pháp xử lý nước thải trong ngành công nghiệp giấy

Nước thải từng ngành công nghiệp (trái cây, rỉ rác, chế biến thủy sản, giấy, bao bì,nước thải sinh hoạt…) có các cách xử lý khác nhau và mỗi một mảng lại là một đề tàichuyên ngành sâu với các cấp độ khác nhau Việc lựa chọn phương pháp, công nghệ xử

lý nước thải sẽ tùy thuộc vào một số yếu tố như sau:

- Loại nước thải (nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất, nước thải y tế, nước thảingành chăn nuôi…);

- Đặc trưng và thành phần ô nhiễm trong nước thải;

Tiêu chuẩn nước thải đầu ra (QCVN 12-MT:2015/BTNMT (Giá trị cột C)) Quy

chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp giấy và bột giấy

- Mục đích nước sau khi xử lý (không tái sử dụng)

Mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm riêng, tùy điều kiện cụ thể mà các chuyêngia môi trường sẽ tư vấn những phương pháp phù hợp nhất

Do đặc thù của công nghệ, nước thải của công nghiệp sản xuất giấy có lẫn nhiều xơ sợixenlulozơ, nhiều chất rắn lơ lửng dạng bột, nhiều chất hữu cơ hòa tan ở dạng khó và dễphân hủy sinh học, các hóa chất dùng để tẩy và hợp chất hữu cơ của chúng

Các phương pháp xử lý nước thải trong ngành công nghiệp giấy bao gồm:

- Phương pháp cơ học;

- Phương pháp hóa-lý;

- Phương pháp sinh học

Nước thải đầu vào qua hệ tiền xử lý cơ học: Song chắn rác, hầm bơm, sàn nghiêng,

bể lắng sơ bộ, bể điều hòa

Trọng tâm của các phương pháp xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy là quátrình sinh học: Xử lý lý kỵ khí kết hợp hiếu khí cùng với các quá trình xử lý hóa lý:Trung hòa, keo tụ - tạo bông, tuyển nổi khí hóa tan DAF và khử trùng để loại bỏ tối đacác chất ô nhiễm đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt QCVN12-MT:2015/BTNMTQuy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp giấy và bột giấy

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu QCVN12-MT:2015/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về

nước thải công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy

Cột B1,B2,B3 Bảng 1 quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thảicông nghiệp giấy và bột giấy khi xả ra nguồn nước không dùng cho mục đích cấpnước sinh hoạt Mục đích sử dụng của nguồn tiếp nhận nước thải được xác định tạikhu vực tiếp nhận nước thải Kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2020, áp dụng giá trị quyđịnh cho cơ sở mới cho tất cả các cơ sở sản xuất giấy và bột giấy

2.2 Phương pháp xử lý cơ học giai đoạn tiền xử lý

Nước thải đầu vào ngoài các chất ô nhiễm hòa tan thì còn các chất ô nhiễm không hòatan Ví dụ: Gạch, sỏi, đá, cát, nilon, rác, cành cây, dầu mỡ…

Phương pháp xử lý cơ học giai đoạn tiền xử lý ngoài việc sử dụng song chắn rác thìphương pháp lắng sẽ đảm bảo công đoạn sau được xử lý tốt đặc biệt là công đoạn củaphương pháp sinh học sử dụng vi sinh hữu hiệu

Mục đích chính là loại bỏ rác thô, cặn thô ra khỏi nguồn nước thông qua các biện pháp

cơ học đơn giản Từ đó, góp phần giảm tải áp lực cho các công trình phía sau Điều nàygóp phần quan trọng vào việc nâng cao tuổi thọ của hệ thống xử lý nước thải

Tác dụng chính của phương pháp cơ học là tách, lọc các chất thải vô cơ, hữu cơ khônghoà tan trong nước ra khỏi hệ thống Đại đa số các chất này đều có kích thước lớn, ví dụnhư lá cây, gỗ, dầu mỡ, giẻ rách…

Loại bỏ các tạp chất có trọng lượng lớn như sỏi, thuỷ tinh, cát ra khỏi nguồn nước.Điều hoà lưu lượng và nồng độ của nước thải Từ đó, giúp ổn định tính chất của nướcthải, giúp các quá trình xử lý sau diễn ra hiệu quả hơn

Góp phần giảm tải áp lực cho các hệ thống, công trình lọc phía sau Từ đó, đảm bảotính an toàn, hiệu quả cho công tác làm sạch nước thải

2.3 Phương pháp xử lý hóa – lý

Cơ chế của phương pháp hóa lý mà trung tâm của phương pháp này là keo tụ - tạobông và tuyển nổi DAF là quá trình đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó, chất nàyphản ứng với các tập chất bẩn trong nước thải và có khả năng loại chúng ra khỏi nướcthải dưới dạng cặn lắng hoặc dạng hòa tan không độc hại

Các phượng pháp hóa lý thường sử dụng để khử nước thải là quá trình lắng, keo tụ-tạobông, hấp phụ, trích ly, tuyển nổi DAF,

Các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhautạo thành bông keo có kích thước lớn hơn Sau đó, người ta có thể tách chúng ra bằng cácphương pháp lắng, lọc hay tuyển nổi Các chất keo tụ như muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợpcủa chúng Tùy vào các tính chất hóa lý, chi phí, nồng độ tạp chất trong nước thải, pH vàcác thành phần muối trong nước mà người ta đưa liều lượng và phương pháp phối hợpphù hợp

Phương pháp lắng nhằm thu hồi chất rắn dạng bột hoặc xơ sợi, trước hết ở công đoạnxeo giấy Cần chọn thời gian lưu nước trong bể lắng được thích hợp, vì dài quá cặn lắng

sẽ bị phân giải kỵ khí

Để giảm thời gian lưu nước trong bể lắng, người ta dùng loại bể lắng – tuyển nổi có tảitrọng bề mặt từ 5 đến 10m3/m2.h Nước thải ở đây được thổi khí nén với áp suất 4 đến 6bar Hiệu suất lắng sẽ cao hơn, thời gian lắng sẽ ngắn hơn

 Quá trình keo tụ tạo bông

Phương pháp oxy hóa hóa học hay còn gọi là phương pháp xử lý xử lý nước thải keo

tụ - tạo bông bằng hóa chất làm keo lắng các hạt rắn lơ lửng, một phần chất hữu cơ hòatan, hợp chất phospho, một số chất độc và khử mầu Phương pháp này ứng dụng trước

và sau phương pháp sinh học Chất keo tụ thông thường là phèn sắt, phèn nhôm và vôi.Dùng chất trợ keo tụ là các chất polyme làm tăng tốc độ lắng Với phèn sắt cần pH thíchhợp là 5 đến 11, phèn nhôm cần pH từ 5 đến 7 và vôi pH >11

Hiện tượng keo tụ là hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thànhnhững tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lựctrong một thời gian đủ ngắn

Phương pháp keo tụ để xử lý chất màu dệt nhuộm là phương pháp tách loại chất màugây ô nhiễm ra khỏi nước dựa trên hiện tượng keo tụ

Về nguyên tắc, do có độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn nên các hạt keo có

xu hướng hút nhau nhờ các lực bề mặt Song, do các hạt keo cùng loại tích điện cùngdấu đặc trưng bằng thế zeta (ξ) nên các hạt keo luôn đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh điện,ngăn chúng hút nhau tạo hạt lớn hơn và lắng xuống Như vậy thế ξ càng lớn hệ keocàng bền (khó kết tủa), thế ξ càng nhỏ hạt keo càng dễ bị keo tụ, trong trường hợp lýtưởng khi ξ bằng 0 thì hạt không tích điện và dễ dàng hút nhau bởi lực bề mặt tạo hạtlớn hơn có thể lắng được Đó là cơ sở của phương pháp keo tụ

Để thực hiện keo tụ hệ keo, có thể sử dụng các cách:

- Phá tính bền của hệ keo do lực đẩy tĩnh điện bằng cách thu hẹp lớp điện kép tớithế ξ = 0, điều này được thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu để trunghòa điện tích hạt keo Điện tích trái dấu này thường là các ion kim loại đa hóa trị trongcác muối vô cơ (chất keo tụ)

- Tạo điều kiện để cho hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất keo tụnhờ hiện tượng hấp phụ- bám dính (hiệu ứng quét)

- Dùng những chất cao phân tử - chất trợ keo tụ - để “khâu” (hấp phụ) các hạt keonhỏ lại với nhau tạo hạt có kích thước lớn (bông cặn) dễ lắng

 Các chất keo tụ thường dùng:

- Phèn nhôm Al2(SO4)3.nH2O (n=14÷18), muối sắt Fe2(SO4)3.nH2O hoặcFeCl3.nH2O (n=1÷6) được coi là những chất keo tụ cổ điển, trong đó phèn nhôm là chấtkeo tụ phổ biến nhất tại Việt Nam, trong khi đó muối sắt lại là chất keo tụ phổ biến ởcác nước công nghiệp phát triển do khoảng pH keo tụ tối ưu rộng hơn (5 ÷ 9), bông cặnnặng, bền hơn và dư lượng sắt trong nước thấp hơn so với dùng phèn nhôm (pH keo tụ5,5 ÷ 7) Dùng phèn nhôm hoặc muối sắt làm chất keo tụ sẽ xảy ra phản ứng thủy phântạo bông cặn hydroxit tham gia hiệu ứng quét và phá tính bền hệ keo:

Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 6H+ + 3SO42-

Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3↓ + 6H+ + 3SO4

2-Tuy nhiên do thời gian tạo hydroxit kim loại rất ngắn (cỡ micro giây) nên các ionkim loại Al3+ và Fe3+ chưa kịp thực hiện chức năng chính là trung hòa điện tích hạt keo

- Polime nhôm (PAC): khi hòa tan PAC tạo các hạt polime Al13 (thực chất là

Al13O4(OH)247+) có điện tích vượt trội (7+) và kích thước lớn gây keo tụ mạnh, bông cặnlớn và thủy phân chậm nên tăng tác dụng củ a chúng lên các hạt keo cần xử lý

 Các chất trợ keo tụ (hay chất tạo bông) gồm: Chất hiệu chỉnh pH, dung dịch axitsilixic hoạt tính, bột đất sét và polime (PAA- polyacrylamit) Các chất hiệu chỉnh pH có

tác dụng ổn định pH tăng hiệu quả keo tụ Axit silixic hoạt tính, bột đất sét và polime cóchung đặc điểm là mang điện tích và hút các hạt keo nhỏ mang điện tích trái dấu với nó

2.4 Phương pháp xử lý thứ cấp bậc hai xử dụng công nghệ sinh hoc

Nước bị thay đổi thành phần trong quá trình tuần hoàn của thủy quyển và đặc biệt quaviệc sử dụng của con người và quá trình sản xuất công nghiệp Nước trong sản xuất côngnghiệp dịch vụ như nước thải công nghiệp sản xuất giấy bị ô nhiễm nếu không được xử

lý triệt để khi đưa trở lại vào nguồn nước sẽ làm ô nhiễm môi trường Các nguồn nướctrong tự nhiên hoặc nước sử dụng cho bất kỳ một mục đích nào cũng đều chứa một lượngcác tạp chất vô cơ và hữu cơ hòa tan Các hợp chất này, tùy giới hạn hàm lượng hòa tan

có thể trở thành dinh dưỡng cho cây trồng, động vật hoặc ngược lại biến thành các chấtđộc hại Nước thải công nghiệp sản xuất giấy chứa nhiều chất hữu cơ, vô chơ và thànhphần vi sinh vật cần được xử lý thích hợp nếu không sẽ ảnh hưởng rất xấu đến môitrường sống nói chung

Sau khi xử lý sơ cấp bậc một thì sang giai đoạn xử lý thứ cấp bậc 2 sử dụng phươngpháp sinh học là trung tâm trong việc xử lý ô nhiễm nước thải giấy với công nghệ hiếukhí lên tới 95% BOD5, tương ứng với 65% COD

Ở Việt Nam chúng ta, đối với hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, sau khi xử lý bậc hai

sẽ khử trùng để nước thải đạt QCVN 14:2008/BTNMT rồi sẽ thải ra môi trường Đối vớinước thải công nghiệp như ngành sản xuất giấy sẽ ứng dụng xử lý nâng cao Thậm chínhư Singapore, họ sẽ xử lý sạch hơn cả nước sông khiến môi trường xanh, sạch hơn vàtái sử dụng nước thải cho một số mục đích cho con người sử dụng, thậm chí cả việc dùnglàm nước uống được

2.4.1 Cơ sở sinh học trong quá trình làm sạch nước thải

2.4.1.1 Thành phần sinh học của nước

Trong nước sạch, các vi sinh vật sống rất ít, thậm chí không có Nước bị nhiễm bẩncác chất hữu cơ hoặc vô cơ sẽ thúc đẩy sự phát triển của giới thủy sinh Giới này sẽ thíchnghi dần với các điều kiện pH, nhiệt độ, nồng độ các chất hóa học có trong nước…

Thành phần sinh học của nước có vi sinh vật, vi rút, nguyên sinh động vật, động vậtphù du, rong tảo, giun, sán, … Quần thể sinh vật trong nước được gọi tên chung là giớithủy sinh và chúng có quan hệ khăng khít trong hệ sinh thái nước Có nhiều hệ sinh tháinước như hệ sinh thái biển, hệ sinh thái cửa sông, hệ sinh thái hồ đầm…

2.4.1.2 Thành phần sinh học của nước thải:

a Vi sinh vật: Là một giới sinh vật nhỏ bé, đơn bào, rất đông đúc trong tự nhiên Tế

bào của chúng chỉ nhìn thấy được dưới kính hiển vi phóng đại từ 400 đến 1000 lần Visinh vật gồm vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn, vi rút (siêu vi khuẩn) Chúngnhiễm vào nước do từ các nguồn: Đất, nguồn thải sinh hoạt, nguồn thải bệnh viện, từ bụitrong không khí rơi vào, đặc biệt từ phân người và phân súc vật Vi sinh vật có ở trongnước với vi khuẩn có tỷ lệ cao nhất Ở trong nước, chúng sử dụng các chất ô nhiễm làmnguồn dinh dưỡng để xây dựng tế bào mới phục vụ cho sinh trưởng của chúng Vì vậy,trong nước thải số lượng vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn ngày một nhiều lên Song, nướcdần được làm sạch nguồn dinh dưỡng của vi sinh vật cạn kiệt sẽ làm cho chúng bị chết và

số lượng của chúng giảm Vi khuẩn trong nước chủ yếu là các loài dị dưỡng hoại sinh.Các loài này có khả năng phân hủy các chất hữu cơ, oxy hóa các chất này thành các chấtđơn giản, sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước Trong cơ thể sống còn nhiều loài vi khuẩn

và vi rút gây bệnh cho người, động vật và thực vật Trong nước, vi khuẩn chiếm đa sốgiới vi sinh vật, ngoài ra còn có nấm men, nấm mốc và xạ khuẩn …

b Động vật nguyên sinh (protozoa hay protozoabacteria): Bên cạnh vi khuẩn thì

nhóm động vật nguyên sinh cũng là thành phần quan trọng Chúng là chất chỉ thị quý giácho nước bởi thấy mặt chúng có nghĩa là bùn hoạt tính thích hợp với cơ chất có trongnước, chất lượng quá trình oxy hóa và không có mặt của các chất độc tính Chúng là bánh

xe chỉ thị cho hệ thống sinh học đặc biệt ổn định Nguyên sinh động vật ăn tảo, ăn vikhuẩn (kể cả vi khuẩn gây bệnh), ăn các mảnh vụn hữu cơ hoặc tự ăn lẫn nhau Kíchthước của nguyên sinh động vật có thể từ vài micromet tới vài milimet Nguyên sinhđộng vật ăn tảo, vi khuẩn Với đặc tính này người ta lợi dụng chúng để khử các vi khuẩngây bệnh có trong nước thải Trong quá trình xử lý nước thải, ta thấy một số loài động vậtnguyên sinh có mặt trong bùn hoạt tính Protozoa ở bùn được dùng như chỉ số quan trọng

để đánh giá kết quả xử lý nước thải

c Tảo (algae hay algobacteria): Được xếp vào giới thực vật nổi của nước, là loại tự

dưỡng quang hợp và là loại thực vật đơn giản nhất không có rễ, thân lá Chúng là thực vậtphù du có thể trôi nổi trong nước hay móc vào các giá đỡ (loài thực vật khác) Nhiều loàitảo, như vi tảo còn được xếp vào giới vi sinh vật, tảo lam được xếp vào nhóm vi khuẩnlam Tảo là sinh vật tự dưỡng (autotrophe) Chúng sử dụng CO2 hoặc bicacbonat làmnguồn cacbon và nguồn nitơ, phosphor vô cơ để cấu tạo tế bào dưới tác dụng của ánhsáng mật trời, đồng thời thải ra oxy Quá trình quang hợp của tảo được biểu diễn như sau:

CO2 + PO4-3 + NH4 ========> Tế bào mới (tăng sinh khối) + O2

(Ánh sáng)

Trong nước giàu nguồn N và P đặc biệt là P, sẽ là điều kiện tốt cho tảo phát triển.Nguồn CO2 có thể do vi sinh vật hoạt động trong nước, phân hủy các chất hữu cơ tạothành cung cấp cho tảo hoặc từ không khí Tảo phát triển nhiều trong nước còn gây nhiềumùi khó chịu như mùi cỏ, mùi mỡ ôi khét, mùi thối… Nói chung, tảo không gây độcnhưng thân xác của chúng làm ách tắc cho bơm, lọc, đường ống, làm giảm mật độ keo tụlắng cặn và làm giảm chất lượng nước, đặc biệt là màu và mùi Tảo xanh có chất diệp lục(clorophyl) đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp, dùng làm chỉ thị sinh học

để đánh giá chất lượng của nước tự nhiên

Gần đây mới phát hiện một số tảo độc, đặc biệt từ vùng đầm lầy tù hãm Tảo độc pháttriển thường liên quan tới vùng có bệnh viêm gan hoặc ung thư gan

2.4.1.3 Hệ vi sinh vật của nước thải

Số lượng và chủng loại vi sinh vật trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhất lànhững chất hữu cơ hòa tan trong nước, các chất độc, tia tử ngoại (cực tím), pH môitrường, những yếu tố quyết định đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như cácchất dinh dưỡng của chúng Nước càng bẩn, càng nhiều chất hữu cơ, càng nhiều chất hữu

cơ, nếu thích nghi được và sinh trưởng thì sự phát triển của vi sinh vật càng nhanh Trong nước có rất nhiều loại vi sinh vật: Vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xoắn thể, xạkhuẩn, vi rút, thực khuẩn thể, nhưng chủ yếu là vi khuẩn Số vi sinh vật không sinh bào

tử chiếm ưu thế (gần 87%) còn trong bùn số vi sinh vật bào tử lại chiếm ưu thế (gần75%) Nước sông luôn thay đổi theo dòng chảy vì vậy hệ vi sinh vật và số lượng vi sinhvật luôn thay đổi Ở vùng gần thành phố nước sông có số lượng vi sinh vật lớn, còn phía

xa thành phố chúng lại giảm số lượng nhanh Nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt vànước thải của các xí nghiệp chê biên thực phẩm, bao bì, sản xuất giấy rất giàu các chấthữu cơ nên số lượng vi sinh vật trong nước rất lớn (105 + 106 tế bào/ml) Trong số này,chủ yếu là vi khuẩn, chúng đóng vai trò phân hủy các chất hữu cơ, cùng với các chấtkhoáng khác dùng làm vật liệu xây dựng tế bào đồng thời làm sạch nước thải Ngoài ra,còn các vi sinh vật gây bệnh đặc biệt là bệnh đường ruột như thương hàn, tả, lị… và các

vi rút, thực khuẩn thể

a Vi khuẩn (bacteria): Là sinh vật đơn bào, kích thước rất nhỏ chỉ nhìn thấy ở kínhhiển vi phóng đại 1000 lần Vi khuẩn có hình cầu, hình que, hình sợi xoắn Chúng đứngriêng hoặc xếp đôi, thành 4 tế bào hoặc hình thành khối với 8 tế bào xếp thành chuỗi hoặcchùm Vi khuẩn sinh sản bằng cách chia đôi tế bào Nếu các điều kiện về chất dinhdưỡng, oxy, pH và nhiệt độ môi trường thích hợp thì thời gian thế hệ là 15+- 30 phút

Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng (chủ yếu) trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, làmsạch nước thải, trong vòng tuần hoàn vật chất Theo phương thức vi khuẩn được chia làm

2 nhóm chính: Vi khuẩn dị dưỡng (heterophe) và vi khuẩn tự dưỡng (autotroph)

b Siêu vi khuẩn và thực khuẩn thể (virut và bacteriophage): siêu vi khuẩn hay còngọi là virut là những sinh vật cực nhỏ chỉ có thể nhìn thấy ở kính hiển vi điện tử Chúng

là tác nhân gây bệnh hiểm nghèo cho con người và động thực vật Virut không thể sống

độc lập mà phải kí sinh vào tế bào chủ mới thể hiện được đặc tính sống của mình Virut

có phần chính ở giữa là một loại axit nucleic (AND hoặc ARN) thường là ARN vì trongcấu tạo của virut ARN chiếm đa số)

Trong nước thải thường có những vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật kèm theo

có cả những thực khuẩn thể tương ứng với từng loại vi khuẩn Có trường hợp các tế bào

vi khuẩn chủ đã chết trong quá trình phân tích vi sinh học không phát hiện được nhưngthấy có thực khuẩn thể tương ứng người ta có thể kết luận được sự có mặt của những vikhuẩn này có trong nước thải

c Nấm và các vi sinh vật khác: nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn có trong nước thảinhưng ít hơn vi khuẩn và những nhóm này phát triển mạnh trong vùng nước tù Chúngcũng là những vi sinh vật dị dưỡng và hiếu khí Các loài nấm, kể cả vi nấm trong đó cónấm độc có khả năng phân hủy các chất hữu cơ Nhiều loài nấm phân hủy đượcxenlulozơ, hemixenlulozơ và đặc biệt là lignin (có nhiều trong thành phần nước thải nhàmáy giấy) Nấm men phân hủy các chất hạn chế hơn, nhưng chúng có thể lên men đượcmột số đường thành alcol, axit hữu cơ, glyxerin trong điều kiện kỵ khí và phát triển tăngsinh khối trong điều kiện hiếu khí

Vai trò của nấm, kể cả nấm mốc, nấm men, cũng như xạ khuẩn trong quá trình xử lýnước thải không quan trọng bằng vi khuẩn và thường không được quan tâm

Các giống nấm thường gặp trong nước thải là saptolegia và leptomus Giống leptomus

có loài leptomus, lacteus thường gây phiền hà trong việc thải nước Giống này sốngquanh năm ở sông hồ, nhưng phát triển mạnh vào mùa đông Điều kiện cần thiết cho sựphát triển của nó là sự có mặt của các chất hữu cơ có trong nước Nó phát triển thànhkhối nhầy cùng với vi khuẩn Sphaerotilus natans trong 90 +- 120 phút và có thể bịt kínhoàn toàn các song lưới chắn rác làm cản trở dòng chảy hoặc bịt kín các màng lọc khôngcho nước đi qua phin lọc

2.4.2 Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải:

- Nước thải mới thường ít vi sinh đặc biệt là nước thải trong sản xuất công nghiệp nhưsản xuất giấy thì qua công đoạn xử lý nhiệt lúc đầu hầu như không có vi sinh vật Nướcthải trong hệ thống thoát nước qua một thời gian dù rất ngắn cũng đủ cho vi sinh vật thíchnghi, sinh sản và phát triển tăng sinh khối (trừ những nước thải có chất độc, ức chế hoặcdiệt vi sinh vật như các loại nước thải có hàm lượng cao kim loại nặng, các chất hữu cơ

và vô cơ có độc tính…) Sau một thời gian sinh trưởng, chúng tạo thành quần thể vi sinhvật có trong nước, đồng thời kéo theo sự phát triển của các giới thủy sinh

- Quần thể vi sinh vật ở các loại nước thải không giống nhau Mỗi loại nước thải có hệ

vi sinh vật thích ứng nhưng nhìn chung vi sinh vật trong nước thải đều là vi sinh vật hoạisinh và dị dưỡng Chúng không thể tổng hợp được các chất hữu cơ làm vật liệu xây dựng

tế bào mới cho chúng, trong môi trường sống của chúng cần phải có mặt các chất hữu cơ

để chúng phân hủy, chuyển hóa thành vật liệu xay dựng tế bào, đồng thời chúng cũng

phân hủy các hợp chất nhiễm bẩn nước đến với sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước tạothành các loại khí khác (CH4, H2S, Indo, mercaptan, scatol, N2, …)

- Trong nước thải các chất nhiễm bẩn chủ yếu là các chất hữu cơ hòa tan, ngoài ra còn

có các chất hữu cơ dạng keo và phân tán ở dạng lơ lửng Các dạng này tiếp xúc với bềmặt tế bào vi khuẩn (trong nước thải vi khuẩn chiếm đa số trong hệ vi sinh vật) bằng cáchhấp phụ hay keo tụ sinh học, sau đó sẽ xảy ra quá trình dị hóa và đồng hóa Quá trình dịhóa là quá trình phân hủy các chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn, có cấu trúc phân tử

là mạch dài thành các hợp chất mạch ngắn, có khối lượng thấp hoặc thành các đơn vị cấuthành, có thể đi qua được màng vào trong tế bào để chuyển vào quá trình phân hủy nộibào (hô hấp hay oxy hóa tiếp) hay chuyển sang quá trình đồng hóa

Như vậy, quá trình làm sạch nước thải gồm 3 giai đoạn sau:

- Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật

- Khuếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm vào trong

Cơ chế quá trình phân hủy các chất trong tế bào vi sinh vật tóm tắt như sau:

- Hợp chất bị oxy hóa trước tiên là các hidaratcacbon (đường bột) và một sốchất hữu cơ khác Nếu là tinh bột hấp phụ trên bề mặt tế bào vi sinh vật theo cơchế cảm ứng, tế bào vi sinh vật sẽ tiết ra hệ enzym amilaza thủy phân tinh bộtthành đường Đối với protein sẽ có enzym proteinaza xúc tác phân hủy thành cácpolypeptit, pepton, axit amin và cuối cùng là NH4+ Đối với chất béo sẽ có lipazaphân hủy thành các axit béo, glyxerin Các sản phẩm là đường, rượu và một sốchất hữu cơ bị oxy hóa trong tế bào nhờ hệ enzym oxy hóa – khử dehidrogenaza.Các enzym này tách H+ ra khỏi phân tử enzym kết hợp với oxy tạo thành nước.Nhờ có hydro và oxy ở trong nước các phản ứng oxy hóa – khử giữa nguyên tửcacbon mới xảy ra được

- Đường, rượu và một số chất hữu cơ khác là các sản phẩm đặc trưng của quátrình oxy hóa nhờ vi sinh vật hiếu khí Các chất này khi phân hủy sẽ tạo thành CO2

và H2O Trung tâm của quá trình oxy hóa khử hay là quá trình hô hấp trong tế bào

vi sinh vật hiếu khí là chu trình Krebs (chu trình tricacboxylic axit)

- Quá trình phân hủy hay quá trình oxy hóa khử không phải tất cả đều bị oxyhóa hoàn toàn thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O một số sản phẩm trunggian của quá trình này được tham gia vào quá trình đồng hóa hay là quá trình sinh

tổng hợp vật chất tế bào để hình thành tế bào mới phục vụ cho sinh trưởng Đồngthời với quá trình đồng hóa, trong tế bào còn xảy ra quá trình dị hóa (tự oxy hóa)các chất liệu tế bào khi đã già tạo ra vật liệu và năng lượng phục vụ cho quá trìnhđồng hóa

- Quá trình dị hóa và đồng hóa ở tế bào vi sinh vật trong nước thải tóm tắt ởcác hình 2.1 và 2.2

Như vậy, quá trình chuyển hóa vật chất trong tế bào vi sinh vật gồm hàng loạt cácphản ứng hóa sinh với hai quá trình dị hóa và đồng hóa, chủ yếu là các phản ứng oxyhóa – khử Mỗi phản ứng hóa sinh đều có một enzym xúc tác thích ứng

Phản ứng dị hóa cắt các chất hữu cơ mạch dài, phân chia các chất hữu cơ phức tạpthành các đoạn đơn giản hơn kèm theo sự giải phóng năng lượng sinh học Phản ứngđồng hóa thành các chất hữu cơ phức tạp từ các chất hợp phần đơn giản

Hình.2.1 Sơ đồ chuyển hóa các bẩn hữu cơ khi oxy hóa sinh hóa nước thải (Mô tả hình 2.1 “1 Chất bẩn khi xử lý; 2 Chất bẩn bị giữ lại trên bề mặt tế bào; 3 Các chất bẩn còn lại trong nước thải sau khi xử lý 4 Các chất bẩn bị oxy hóa trực tiếp thành

CO 2 , H 2 O và sinh năng lượng; 5 Các chất bị đồng hóa được tổng hợp để tăng sinh khối;

6 Tự oxy hóa của vi sinh vật thành CO 2 và H 2 O do men hô hấp nội bào; 7 Phần dư của

vi sinh vật” )