PHƯƠNG PHÁP SINH học TRONG xử lý nước THẢI của NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬTKHOA KỸ THUẬT NÔNG LÂM BÀI THẢO LUẬN MÔN: Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG Chủ đề: PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY Giáo viên : Th.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT

KHOA KỸ THUẬT NÔNG LÂM

BÀI THẢO LUẬN MÔN: Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Chủ đề: PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY

Giáo viên : Th.s QUYỂN THỊ DUNG

Lớp : K9-QLMT

Nhóm SV thực hiện

1 Hữa Thị Thư

2 Hoàng Thị Trang

3 Triệu Trung Kiên

4 Hoàng Văn Viện

5 Triệu Văn Choai

6 Hoàng Minh Trần

7 Trần Văn Thăng

8 Nguyễn Kin Cương

I-GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 VÀI NÉT VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY.

Công nghiệp giấy Việt Nam (CNGVN) có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân mặc dù quy mô của nó còn nhỏ bé so với khu vực và thế giới Theo thống kê năm 1995, sản xuất CNGVN đạt 572 tỷ VNĐ, chiếm 2,34% tổng giá trị công nghiệp cả nước và đứng hàng thứ 10 trong nghành công nghiệp CNGVN bao gồm 1048 cơ sở sản xuất trong đó có 42 cơ sở quốc doanh (của trung ương và địa phương), 39 cơ sở thuộc kinh tế tập thể, 38 xí nghiệp tư nhân và phần còn lại (hơn 1269 cơ sở) là các hộ lao động thủ công cá thể Tổng công suất sản xuất bột giấy và giấy của CNGVN tương ứng là 200.000 tấn/năm và 400.000 tấn/năm Toàn nghành chỉ có 3 cơ sở quy mô lớn với công suất 20,000 tấn giấy/năm: Công ty giấy Bãi Bằng (55.000 tấn/năm), Công ty giấy Tân Mai ( 48.000 tấn/năm) và Công ty giấy Đồng Nai (20.000 tấn/năm), 33 đơn vị quy mô trung bình (> 1.000 tấn/năm) và còn lại là các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ (< 1.000 tấn/năm)

Theo kế hoạch, đến năm 2010 CNGVN sẽ có sản lượng 1.050.000 tấn giấy các loại, đáp ứng 85-90% nhu cầu sử dụng giấy của xã hội Chính vì thế phải có định hướng phát triển, đưa ra các giải pháp trong vấn đề đầu tư, nguyên liệu, vấn đề môi trường và các chính sách

- Giải pháp đầu tư:

Căn cứ quyết định số 160/1998/QĐ-TTg ngày 04/09/1998, việc thực hiện đầu tư theo 3 giai đoạn của dự án nhằm khai thác và phát triển các nguồn lực sản xuấtm, đảm bảo 85-90% nhu cầu tiêu dùng trong nước, từng bước tham gia hội nhập khu vực Đổi mới thiết bị, hiện đại hóa công nghiệp, đầu tư chiều sâu và mở rộng hài hòa với đầu tư xây dựng mới

Hiệu quả đầu tư phụ thuộc nhiều yếu tố, việc đầu tư chiều sâu, mở rộng tại chỗ hoặc đầu tư mới đều có tính ưu việt của từng dự án Cả 2 hướng đầu tư này đều được áp dụng trong quá trình đầu tư của ngành giấy

- Giải pháp nguyên liệu:

Nguyên liệu là sự sống của ngành giấy Đối với các nhà máy đã có sẵn cùng với vùng nguyên liệu hình thành từ trước đến nay thì nên quy hoạch lại đất nâng cấp nhằm đảm bảo đủ nguyên liệu cho nhà máy hoạt động (khu trung tâm Bắc Bộ, khu trung tâm Đông Nam Bộ)

Để đảm bảo cân đối sinh thái, giảm bớt rừng bị khai thác, cũng như giảm giá thành sản phẩm, phương án nhập giấy phế liệu về tái chế lại bột giấy đưa vào sản xuất đang được nhiều công ty, nhà máy thực hiện

- Giải pháp về vấn đề ô nhiễm môi trường:

Một nguyên tắc đặt ra khi phát triển công nghiệp giấy là phải chống ô nhiễm môi trường Các dự án mới đầu tư đều phải có hệ thống xử lý chất thải Đối với các nhà máy cũ đã có sẵn hệ thống xử lý thì cần phải tu sửa, nâng cấp để đạt hiệu quả hơn Trường hợp đầu tư không hiệu quả thì ngừng sản xuất bộ phận gây ô nhiễm nặng, không cho đầu tư các xí nghiệp nhỏ không đạt tiêu chuẩn môi trường

- Các chính sách:

+ Nhà nước tạo điều kiện cho các doanh nghiệp vay vốn, bảo lãnh vốn vay nước ngoài để đầu tư dự án

+ Kêu gọi đầu tư nước ngoài với những ưu đãi riêng như thuế đất, thuế doanh thu…

+ Khuyến khích các thành phần kinh tế đầu tư vào ngành giấy

+ Giao đất, giao rừng cho các lâm trường quốc doanh ngành giấy đang quản lý tự chủ sản xuất kinh doanh nguyên lliệu giấy

+ Chính sách giá, thuế, các yếu tố khác để tạo điều kiện cho người trồng cây nguyên liệu giấy có lãi, sản xuất giấy có hiệu quả

1.2 TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY.

Công nghiệp giấy thực chất là ngành sản xuất đa ngành và tổng hợp, sử dụng một khối lượng khá lớn nguyên liệu đầu vào (nguyên liệu từ rừng, các hóa chất cơ bản, nhiên liệu, năng lượng, nước …) so với khối lượng sản phẩm tạo ra ( tỷ lệ bình quân khoảng 10/1)

Quá trình sản xuất bột giấy và giấy đã sinh ra một lượng rất lớn các chất thải rắn, khí thải và đặc biệt là nước thải

1.2.1 Chất thải rắn.

Chất thải rắn có ở tất cả các công đoạn của quá trình sản xuất giấy và bột giấy

1.2.2 Khí thải.

Khí thải chủ yếu phát sinh từ quá trình đốt nhiên liệu, thành phần khí

thải bao gồm: SO2, NO2, bụi, SO3 … Đặc trưng là khí xả và khói bụi từ quá trình xả khí khi nấu bột, đốt dịch đen trong lò thu hồi

1.2.3 Nước thải

Trong các nguồn chất thải của ngành công nghiệp giấy thì vấn đề nước

thải là vấn đề cần quan tâm hàng đầu, chi phí xử lý khá cao Hiện nay, các nhà máy sản xuất giấy bắt buộc phải có hệ thống xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường

1.3 ĐẶC TÍNH CỦA NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY

Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước.Tùy theo từng công nghệ và sản phẩm, lượng nước cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy dao động từ 200 đến 500 m3.Nước được dùng cho các công đoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước

Các 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 vệ thực vật, vỏ cây, …

- Dòng thải của quá trình nấu và rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan, các hóa chất nấu và một phần xơ sợi Dòng thải có màu tối nên được gọi là dịch đen Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25-35%, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ là 70:30 Thành phần hữu cơ trong dịch đen chủ yếu là lignin hòa tan vào dịch kiềm (30-35% khối 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, một phần nhỏ là NaOH, Na2S tự do, Na2SO4, Na2CO3

- Dòng thải từ công đoạn tẩy bằng phương pháp hóa học và bán hóa chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thành của những chất đó với chất tẩy ở dạng độc hại, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất clo hữu cơ Dòng thải có độ màu, BOD5 ,COD cao

- Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh Nước thải từ công nghệ xeo giấy được tách ra từ các bộ phận của máy xeo giấy như khử nước, ép giấy Phần lớn dòng thải này được tuần hoàn sử dụng trực tiếp cho giai đoạn tạo hình giấy hay cho công đoạn chuẩn bị nguyên liệu vào máy xeo hoặc có thể gián tiếp sau khi nước thải được qua bể lắng để thu hồi giấy và xơ sợi

Nước tuần hoàn nhiều lần thì hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước càng tăng

- Nước ngưng của quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý thu hồi hóa chất từ dịch đen, mức độ ô nhiễm của nước ngưng phụ thuộc vào loại gỗ, công nghệ sản xuất

1.4 VẤN ĐỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY VIỆT NAM.

Theo thống kê, cả nước có khoảng 10% doanh nghiệp sản xuất giấy đạt tiêu chuẩn môi trường, còn hầu hết các nhà máy đều không có hệ thống xử lý nước thải hoặc có nhưng chưa đạt yêu cầu, vì vậy tình trạng ô nhiễm môi trường nước từ công nghiệp sản xuất giấy là vấn đề đang được quan tâm hiện nay

Căn cứ các tiêu chí bảo vệ môi trường Kết quả đánh giá ngành giấy cho thấy mức xếp hạng của ngành giấy tập trung ở mức kém và trung bình Có 44% cơ sở xếp hạng kém, và 56% cơ sở xếp hạng trung bình Không có cơ sở xếp hạng khá

Công nghệ sản xuất giấy ở Việt Nam còn rất lạc hậu Để sản xuất ra 1 tấn giấy thành phẩm Các nhà máy phải sử dụng từ 30-100 m3 nước, trong khi các nhà máy giấy hiện đại của thế giới chỉ sử dụng 7-15 m3/tấn giấy Sự lạc hậu này không chỉ gây lãng phí nguồn nước ngọt, mà còn tăng chi phí trong việc xử lý nước thải

Hiện nay, ở các khu vực có cơ sở sản xuất giấy đang phải chịu sức ép nặng nề về vấn đề ô nhiễm nước từ các cơ sở này Trước thực trạng trên, dự thảo về “Nước thải công nghiệp giấy” đang được Bộ Tài nguyên và Môi Trường hoàn thiện và chuẩn bị ban hành Quy định này sẽ đưa ra những tiêu

chuẩn khắt khe về chất lượng nước trước khi thải ra môi trường tự nhiên Theo đó, với những cơ sở sản xuất giấy gây ô nhiễm nặng, lại nằm trongkhu vực thượng lưu đầu nguồn nước, chính quyền các cơ sở phải có biện pháp yêu cầu các đơn vị sản xuất đảm bảo tốt khâu xử lý nước thải hoặc phải ngừng sản xuất nếu không đảm bảo

Có thể nói, để ngành giấy phát triển ổn định theo hướng bền vững, cùng với việc đầu tư mở rộng, các nhà khoa học cũng cần chú trọng đầu tư, nghiên cứu, áp dụng những công nghệ có khả năng giảm thiểu tối đa và xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường

II-NỘI DUNG

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP GIẤY HIỆN NAY.

Các phương pháp xử lý loại bỏ các chất ô nhiễm nước của ngành giấy bao gồm lắng, đông keo tụ hóa học và phương pháp sinh học

2.1.1 Phương pháp lắng.

Phương pháp này dùng để tách các chất rắn dạng bột hay xơ sợi, trước hết đối với dòng thải từ công đoạn nghiền và xeo giấy Với mục đích thu hồi lại

xơ sợi, bột giấy thì thường dùng thiết bị lắng hình phễu Trong quá trình lắng cần phải tính toán thời gian lưu thích hợp vì với thời gian lưu dài dễ có hiện tượng phân hủy yếm khí, khi bùn lắng không được lấy ra thường xuyên Để nước thải loại này lắng được tốt và tạo điều kiện các hạt liên kết với nhau tạo thành bông cặn dễ lắng, người ta thường tính toán với tải trọng bề mặt từ 1-2

m3/m2.h (lưu lượng dòng thải tính cho 1 đơn vị bề mặt lắng của bể trong một

đơn vị thời gian) Để giảm thời gian lưu trong bể lắng, nâng cao hiệu suất lắng người ta có thể thổi khí nén vào bể lắng Loại bể lắng – tuyển nổi này thường có tải trọng bề mặt 5-10 m3/m2.h

2.1.2 Phương pháp đông keo tụ hóa học

Phương pháp này dùng để xử lý các hạt rắn ở dạng lơ lửng, một phần chất hữu cơ hòa tan, hợp chất photpho, một số chất độc và khử màu Phương pháp này có thể xử lý trước hoặc sau xử lý sinh học Các chất keo tụ thông thường là phèn sắt, phèn nhôm và vôi Các chất polime dùng để trợ keo và tăng tốc quá trình 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 pH từ 5-11 và dùng vôi thì pH >11

2.1.3 Phương pháp sinh học.

Nước thải của công nghiệp giấy và bột giấy có tải lượng ô nhiễm chất hữu

cơ cao, đặc biệt có chứa hàm lượng các hợp chất ở dong thải của xí nghiệp Các hợp chất của lignin là những chất không có khả năng phân hủy hiếu khí và phân hủy kỵ khí rất chậm Do đó trước khi đưa nước thải vào xử lý sinh học thì dịch đen của quá trình sản xuất bột giấy cần được xử lý sinh học thì dịch đen của quá trình sản xuất bột giấy cần được xử lý cục bộ để tách lignin

Trong nước thải của sản xuất giấy và bột giấy có hàm lượng các hợp chất cacbonhydrat cao, là những chất dễ phân hủy sinh học nhưng lại thiếu nitơ và photpho là những chất dinh dưỡng, đảm bảo tỷ lệ cho quá trình hiếu khí BOD5 : N : P

là 100:5:1; đối với quá trình kỵ khí BOD5 : N : P = 100 : 3 : 0.5

Đặc tính nước thải ngành giấy thường có tỷ lệ BOD5 : COD < 0.55 và hàm lượng COD cao (>1000 mg/l) nên trong xử lý thường kết hợp giữa kết hợp giữa phương pháp hiếu khí và kỵ khí

2.2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHAP SINH HỌC

Đây là phương pháp được sử dụng để tách các chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, các sunfit, ammoniac, niitơ … ra khỏi nước thải Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên

Công trình xử lý sinh học được chia làm 2 nhóm: xử lý trong điều kiện tự nhiên và xử lý trong điều kiện nhân tạo

2.2.1 Công trình xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên.

2.2.1.1 Hồ sinh học

Hồ sinh học hay còn gọi là oxy hóa hoặc hồ ổn định Đó là một chuỗi gồm từ 3-5 hồ Nước thải chảy qua hệ thống hồ trên với vận tốc không kớn Các vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra trong quá trình quang hợp của tảo và oxy được hấp thụ từ không khí để phân hủy các chất hữu cơ Tảo sử dụng CO2, NH4+, photphat được giải phóng ra trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ để thực hiện quá trình quang hợp Để hồ sinh học làm việc bình thường cần duy trì pH và nhiệt độ ở giá trị tối ưu

Trong điều kiện tự nhiên, gió và nhiệt độ là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới mức độ khuấy trộn nước trong hồ Vì quá trình quang hợp chỉ xảy ra

ở độ sâu

150-300 mm dưới bề mặt thoáng của nước, do đó nếu không có khuấy trộn phần lớn nước trong hồ nằm trong vùng tối Chiều sâu tối thiểu của nước trong hồ là 0,6 m để phòng ngừa sự phát triển của các loài thực vật có rễ Chiều sâu tối đa là 1,5 m để phòng ngừa vấn đề mùi do quá trình yếm khí gây ra

2.2.1.2 Cánh đồng tưới và bãi lọc

Cánh đồng tưới và bãi lọc là những lô đất được san phẳng hoặc dốc không đáng kể, được ngăn cách bằng những bờ đất Nước thải được phân phối vào nhờ hệ thống mạng lưới tưới Mạng lưới tưới bao gồm: mương chính, mương phân phối, và hệ thống mạng lưới tưới trong các ô

Việc xử lý nước thải dựa vào khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu có nhiễm bẩn giảm dần Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ diễn

ra quá trình khử Nitrat Quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1,5m Vì vậy, các cánh đồng tưới và bãi lọc chỉ được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn 1,5m so với mặt đất

2.2.2 Công trình xử lý nhân tạo.

2.2.2.1 Phương pháp xử lý hiếu khí

Đây là phương pháp xử lý sinh học sử dụng các vi sinh vật kiếu khí sinh trưởng ở dạng lơ lửng (bể Aeroten), hoặc ở dạng bám dính (bể lọc sinh học)

2.2.2.1.1 Bể Aeroten

Đây là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính Bùn hoạt tính có dạng bông màu vàng nâu dể lắng có kích thước từ 3-5 micromet Những bông này gồm những vi sinh vật sống và chất rắn (40%) Khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxy cho vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để sinh trưởng, tăng sinh khối và kết thành bông bùn

Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể của lượng nước thải không đủ làm giảm nhanh các chất hữu cơ do đó phải sử dụng lại một phần bùn đã lắng xuống đáy ở bể lắng đợt 2 bằng cách tuần hoàn bùn về bể Aeroten để đảm bảo nồng độ vi sinh vật trong bể Phần bùn hoạt tính dư được đưa về bể nén bùn hoặc các công trình xử lý bùn cặn khác để xử lý

2.2.2.1.2 Bể lọc sinh học

Trong bể lọc sinh học vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp màng bám trên lớp vật liệu lọc Thường nước thải được tưới từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc bằng đá hoặc các vật liệu khác nhau, vì vậy người ta còn gọi hệ thống này là bể lọc nhỏ giọt

Khi nước thải được phun đều lên lớp đệm tạo ra lớp màng nhớt gọi là màng sinh học Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được nạp vào hệ thống cùng với nước thải Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có 2 lớp: lớp yếm ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài Do đó quá trình lọc sinh học thường được xem như là quá trình hiếu khí nhưng thực chất là hệ thống vi sinh vật hiếu-yếm khí Khi dòng nước thải chảy trùm lên lớp màng này, các chất hữu cơ được vi sinh vật chiết ra còn sản phẩm của quá