Công nghệ xử lý nước thải công nghiệp giấy

Nước được dùng trong các công đoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước.Trong quá trình sản xuất giấy, hầu như tất cả lượng nước đưa vào sử dụng sẽ là lượng nước thải

CÔNG NGHỆ XỬ LÍ NƯỚC THẢI

CÔNG NGHIỆP GIẤY

I Giới thiệu về công nghiệp giấy

• Công nghệ sản xuất giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước Tùy theo từng công nghệ và sản phẩm mà lượng nước cần thiết để sản xuất

1 tấn giấy dao động từ 200 đến 500 m 3 nước Nước được dùng trong các công đoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước.Trong quá trình sản xuất giấy, hầu như tất cả lượng nước đưa vào sử dụng sẽ là lượng nước thải ra, trong đó những 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 lignin gây ra.

II Nước thải trong công nghiệp giấy

• Công nghiệp giấy sử dụng từ 1,5-3 tấn nguyên liệu khô tuyệt đối hay 3-6 tấn nguyên liệu có độ ẩm 50% để sản xuất ra một tấn bột giấy và sản xuất ra một tấn giấy trắng đã dung tới 500-550 m3 nước.

Công nghệ sản xuất giấy gồm hai quá trình:làm bột giấy và giấy từ bột.Mỗi một quá trình cho nước thải có tính chất, đặc điểm và mức độ ô nhiễm khác nhau Một số nhà máy gồm cả hai quá trình.

• Sản xuất bột giấy, sản xuất bột giấy là quá trình gia công xử lí nguyên liệu

để tách các thành phần không phải là xenlulozơ sao cho thu được bột giấy

có hàm lượng xenlulozơ càng cao càng tốt.Những loại cây dung làm giấy cần phải có hàm lượng xenlulozơ cao hơn 35%.Các thành phần 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 oxi hoá,hoà tan trong kiềm,trong dung dịch muối sulfite hay muối của axit H2S03 như Ca(HS03)2 khi đun nóng.

• Hemixenlulozơ là hidrâtccbon được tổng hợp từ các đơn vị thành phần là đường hexozow 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 tổ chức thực vật,như axit béo,nhựa,chất thơm,alcol…hầu hất tan trong dung môi hữu cơ.Các phương pháp sản xuất bột giấy gồm có

cơ học và hoá học.Trong thực tế sản xuất thường áp dụng kết hợp các phương pháp này

• Trong thực tế sản xuất thường áp dụng kết hợp các phương pháp này.Trong các phương pháp đều dung hoá chất để nấu nhằm tách lignin và các chất khác ra khỏi xenlulozơ.Sulfat và sulfite là hoá chất được dùng để nấu phổ biến trong quá trình sản xuất bột giấy.Hiện nay trên thế giới tới 75% công nghệ sản xuất bột giấy là công nghệ sulfat và sulfit.Hai loại công nghệ này

có thể áp dụng nấu nhiều loại nguyên liệu,như gỗ,tre,nứa và có khả năng thu hồi hoá chất nấu bằng phương pháp cô đặc-đốt-xút hoá,dịch đen được tái sinh,sử dùng lại như dung dịch kiềm cho công đoạn nấu.

• Dung dịch nước thải của quá trình nấu được gọi là dịch đen,bao gồm các hoá chất chứa nảti,chủ yếu là nẩt sulfat NaSO4,ngoài ra còn có NaOH,Na2S,Na2CO và lignin,cùng các sản phẩm thuỷ phân hidrâtccbon và axit hữu cơ.Trong trường hợp dùng công nghệ sulfite để nấu ta được dịch đen là kiềm sulfite.Dịch kiềm sulfite được xử lý làm nguồn dinh dưỡng nuôi cấy nấm men để lên men rượu hoặc nấm men làm thức ăn chăn nuôi.

• Sản xuất giấy từ bột giấy (xeo giấy).

• Khi bột giấy đã tẩy trắng đưực đưa tiếp sang quy trình làm giấy ở trong cùng một nhà máy hoặc có thể ở nhà máy khác.Quy trình này là tạo hình sản phẩm trên lưới và thoát 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 qua trình công nghệ sử dụng nước nhiều nhất.Tuỳ thuộc vào trình độ công nghệ và yêu cầu chất lượng sản phẩm,sản xuất 1 tấn giấy cần tơíư 200 đến 500m3 nước.Nướ được dùng cho rửa nguyên liệu,nấu,tẩy,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 hoànnước và hoá chất.Nước thải mang theo các hợp chất,hoá chất,bột giấy,các chất ô nhiễm dạng chất hữu cơ và vô cơ.

• Giấy được sản xuất từ bột giấy mới,từ giấy cũ đã được khử mực hoặc không hoặc từ ghẻ rách.Với những nguyên liệu này dùng được dạng hỗn hợp hoặc dùng riêng để sản xuất giấy mịn,giấy đóng gói hay bì uốn nếp.Tuỳ theo chất lượng mong muốn ta có thể các chất phụ gia,các chất đông cứng,gồm:

-Các chất vô cơ,cao lạnh,CaCO3,bột talc, oxit titan.

-Các chất hữu cơ (tinh bột biến tính, axit lactic).

+Rửa ngược dòng với lưu lượng nước lớn.

+Tuyển nổi cơ học với lưu lượng nước nhỏ có thêm chất tuyển (xút, axit béo,nảti silicat,thuốc tẩy không chứa ion vơí lưu lượng lớn huyền phù được thải

ra

2 công nghệ sản xuất giấy và bột giấy.

Công nghệ sản xuất giấy có thể chia làm 2 giai đoạn:

• Giai đoạn sản xuất bột giấy

sở dĩ có thể chia làm 2 giai đoạn vì:

giai đoạn này là bột giấy, bột giấy có thể chyển sang giâi đoạn xeo giấy hoặc làm sảnphẩm bán ra thị trường

nhiều so với giai đoạn xeo giấy

2.1 giai đoạn sản xuất bột giấy

2.1.1 nguyên liêu:

o các tế bào thực vật, đặc biệt là tế bào gỗ, chứa rất nhiều sợi cellulose, lànguyên liệu thô chính cho công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy sợi cellulose đuợccung cấp chủ yếu từ các nguồn:

của gỗ bao gồm :

thành nên được gọi là polysaccharide Công thức hóa học là (C6H10O5)n trong đó nthay đổi tùy theo loại gổ, thông thường các sợi cellulose dùng trong sản xuất giấy cógia strị n nằm trong khoảng 600-1500

các chuỗi ngắn hơn thì đuợc gọi là hemicllulose một số liên kết với cellulose, số cònlại liên kết với ligin Thông thuờng hemicellulose dể phân hủy và hòa tan hơncellulose hàm lượng của chúng luôn thấp hơn trong trong gỗ

vai trò là cầu nối các sợi gỗ lại với nhau về cấu tạo đay là một polyme thơm bao gồmcác đơn vị phenyl propan liên kết với nhau

cây, phenol, protein hầu hết các chất này tan trong nuớc và được gọi là extractive

đoạn như nấu, xeo, tẩy như các chất oxi hóa để khử ligin(clo,peroxit )ngoài ra còn có

đá vôi, xút, cao lanh, nhựa thông, các chất kết dính tự nhiên và tổng hợp

2.1.2 quy trình công nghệ sản xuất bột giấy:

nước , NaOH

Hình 1: Các dòng nước vào và ra trong công nghiệp sản xuất bột giấy

+ Nghiền bột :

để nmghiền giấy, trộn nước, và chuyển hóa thành một hổn hợp đồng nhất, cóthể bơm như nước các chất nhiễm bẩn nặng như cát, sỏi được thải bỏ khi chảy

lơ lững trong hệ thống máng tại đay các chất nặng sẽ lắng xuống và được lấy rakhỏi hệ thống theo định kì sợi được phân laọi riêng dưới dạng huyền phù nhẹ,

Nguyên liệu thô( lồ ô, dăm, )

chặt, băm nhỏthành dămnấu

rửa

khuấy trộn,rửaTách nước

nước

dịch đen

sau đó được chảy qua một loạt các sàng lọc có lớp tấm đục lỗ, ở đây các chấtnhiễm bẩn nhẹ hơn, nhưng lớn hơn sợi sẽ đuợc loại ra Trong một số quy trìnhcông nghệ cần phải có sản phẩm thật sạch, thì phải có một loạt các cyclon làmsạch đặt sau các sàng lọc ở công đoạn này phải sử dụng một máy lọc tinh cơhọc hoặc khử mạnh vụn nhằm đảm bảo sao cho các sợi tách rời nhau và có thểtạo ả đủ độ bền giũa các sợi trong giấy cách sản xuất này rất phù hợp với sảnxuất bao gói.

tách rời nhau do lực cơ học trong máy nghiền hoặc thiết bị tinh chế Quy trìnhcông nghệ nguyên thuỷ là gia công gỗ tròn bằng đá- gỗ được ép bằng đá nghiềnquay tròn, công nghệ này làm ra laọi bột giấy có độ dai tương đối thấp nên ởcông nghệ hiện đại với cách sử dụng máy nghiền áp lực cơ học đuowcj tiếnhành trong điều kiện nhiệt độ và áp lực cao và bột giấy co sđộ dai tốt hơn

bán hoá học, nguyên liệu sợi được xử lý với hoá chất ở nhiệt độ và áp lựccao( nấu) mục đích của quá trình này là nhằm hoà tan hoặc làm mền thànhphần chính của ligin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nahu, đồng thời gây

ra sự phá huỷ càng ít càng tốt với thành phần cellulose( tăng độ dai của sợi ).Cách xú lý này được tiến hành triong nồi áp suất, có thể vận hành theo chế độliên tục hoặc từng mẻ

được chuyển vào trong và đống nắp lại, ở đó những chất lỏng màu đen( nướcthải dịch đen)sẽ thải bpỏ bởi những ống thóat nước bột giấy được cô cạn, sau

đó rửa, nước rửa này có thể thải bỏ, tái sử dụng hay cho quay lại quá trình phântích tái tạo ban đầu Trong qua trình rửa bột giấy, do đi qua cac smáy lọc sạchnên những mác gỗ và các chất không bị phân huỷ sẽ bị loại bỏ, sau đó được dẫnvào bộ phận khử nước bao gồm một lưới chắn hình trụ ( lưới gan bột giấy) xoayquanh đường dẫn bột giấy vào, sau khi khử nước hổn hợp được chuyển sang bểtấy trắng, ở đay hổn hợp được xáo trộn trong nước ấm hoà tan dung dịch canxihypochlorite Ca(Ocl)2 hay hydrogen peroxide, sản phẩm sau quá trình này làsản phẩm bột giấy có thể bán hay tái tạo trong công nghiệp làm giấy

2.2 Giai đoạn làm giấy

Hình 2: Các dòng nước vào và ra trong giai đoạn làm giấy

Quá trình làm giấy bao gồm trước tiên là lựa chọn sự xáo trộn thích hợp của bộtgiấy ( gỗ, vải, cây lanh, đay, rơm, báo cũ…)hỗn hợp giấy bị phân huỷ và xáo trộntrong máy nhào trộn hay những laọi thiết bị nhồi với thuốc nhuộm, để chất lượng sảnphẩm giấy sau cùng đạt chất lượng tốt, người ta cho hồ vào để lắp đầy những lỗ rỗng

do bột khí có trong bột giấy, bột giấy được tinh chế trong phễu hình nõn lõm cố định,bên trong và bên ngoài mặt hình nón gắn những con dao cùn, máy có tốc độ quya điềuchỉnh được với mục đích xáo trộn và điều chỉnh đồng dạng quá trình làm giấy Cuôicùng bột giấy được lọc qua lưới chắn để laọi bỏ những dạng vón cục và những bùn tạovết làm giảm chất lượng của giấy kế tiếp bột giấy được chuyển qua những dây đai củanhững lưới chắn và mang vào máy cán nước laọi bỏ trong giai đoạn này là nước thải

Nguyên liệu thô (bột giấy, giấy vụn )

nước

xeo, do màu của nước nên người ta gọi là nước thải dòng trắng, khuôn in giấy bao gồmnhững máy cán sau : máy cán gạn lọc để loại bỏ những giấykhông chất lượng, cán hút

để loại bỏ nước, ép và cán khô khử phần nước còn lại trước khi cho ra giấy và cuối

giấy gói, giấy thấm, giấy gói thực phẩm

2.3 Các dòng nước thải:

Nước thải công nghiệp là nước thải được sinh ra trong quá trình sản xuất côngnghiệp từ các công đoạn sản xuất và các hoạt động phục vụ cho sản xuất như nước thảikhi tiến hành vệ sinh công nghiệp hay hoạt động sinh hoạt của công nhân viên Nướcthải công nghiệp rất đa dạng, khác nhau về thành phần cũng như lượng phát thải vàphụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại hình công nghiệp, loại hình công nghệ sử dụng, tínhhiện đại của công nghệ, tuổi thọ của thiết bị, trình độ quản lý của cơ sở và ý thức cán

bộ công nhân viên Cơ sở để nhận biết và phân loại như sau

công đoạn sản xuất, nhưng tham gia các quá trình tiếp xúc với các khí chất lỏng hoặcchất rắn trong quá trình sản xuất

một thành phần của vật chất tham gia quá trình sản xuất, do đó chúng thường là nướcthải có chứa nguyên liệu, hoá chất hay phụ gia của quá trình và chính vì vậy nhữngthành phần nguyên liệu hoá chất này thường có nồng độ cào và trong nhiều trường hợp

có thể được thu hồi lại.Do đặc trưng về nguồn gốc phát sinh lên loại nên loại nước thảinày nhìn chung có nồng độ chất gây ô nhiễm lớn, có thể mang tính nguy hại ở mức độkhác nhau tuỳ thuộc vào bản thân quá trình công nghệ và phương thức thải bỏ Nướcthải loại này cũng có thể có nguồn gốc từ các sự cố rò rỉ sản phẩm hoặc nguyên liệutrong quá trình sản xuất, lưu chứa hay bảo quản sản phẩm, nguyên liệu.Thông thường các dòng nước thải sinh ra từ các công đoạn khác nhau của toàn bộ quátrình sản xuất sau khi được sử lý ở mức độ nào đó hoặc không được xử lý, được gộplại thành dòng thải cuối cùng để thải vào môi trường (hệ thống cống, lưu vực tự nhiênnhư sông, ao hồ )

chính trong sản xuất giấy được cho ở dưới bảng dưới đây:

Bảng 3: nồng độ và thành phần trong nước thải ở các công đoạn

Các dòng thải chủ yếu là :

bảo vệ thực vật, vỏ cây…

hữu cơ hòa tan, háo chất nấu và một phần sơ sợi, dòng thải có màu tối nên gọi là dịchđen có nồng độ chất khô khaỏng 25-35%, tỉ lệ giữa chất vô cơ và hữu cơ là 70:30

kiềm (30- 35% khối lượng chất khô ), ngoài ra là những sản phẩm phân hủyhydratcacbon, axit hữu cơ Thành phần chất hữu cơ bao gồm những chất nấu, mộtphần nhỏ là NaOH, Na2S, Na2SO4 còn phần nhiều là kiềm natrisulfat liên kết vớicác chất hữu cơ trong kiềm ở những nhà máy lớn, dòng nước thải này được thu hồi đểtái sử dụng lại kiềm băngf phương pháp cô đặc- đốt cháy các hợp chất hữu cơ – xúthóa đối với những nhà máy nhỏ thường không có hệ thống thu hồi dich đen và dòngthải này thải trực tiấp ra môi trường gây ra ô nhiễm môi trường

pháp hóa học và bán hóa chứa các hợp chất hữu cơ, ligin hòa tan và hợp chất tạo thànhcủa những chất đó với chất tẩy ở dạng độc hại, có khả năng tích tụ sinh học trong cơthể sống như các hợp chất clo hữu cơ, làm tăng AOX trong nước thải dòng thải này có

độ màu, giá trị BOD5 và COD cao

bột giấy ở dạng lơ lững và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh

lửng và các hóa chất rơi vãi

từ dịch đen, mức độ ô nhiễm của nước ngưng phụ thuộc vào loại gỗ, công nghệ sảnxuất

Bảng 4 : Thành phần các chất trong dịch ngưng

Như vậy trong nước thải dịch ngưng hàm lượng COD và BOD5 rất cao và chỉ sốBOD5/COD < 0,55

nước thải sinh hoạt

Công nghệ sản xuất giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước Tùytheo từng công nghệ và sản phẩm mà lượng nước cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy dao

động từ 200 đến 500 m3 nước Nước được dùng trong các công đoạn rửa nguyên liệu,nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước Có thể tóm tắt quá trình sản xuất giấy và cácnguồn thải theo sơ đồ hình 1

Như vậy trong quá trình sản xuất giấy, hầu như tất cả lượng nước đưa vào sử dụng

sẽ là lượng nước thải ra, trong đó những 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 lignin gây ra

là chính

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

- COD & BOD do các chất hữu cơ hòa tan gây ra là chính, các chất hữu cơ ở đây làlignin và các dẫn xuất của lignin, các loại đường phân tử cao và một lượng nhỏ cáchợp chất có nguồn gốc sinh học khác, trong trường hợp dùng clo để tẩy trắng có thêmdẫn xuất hữu cơ có chứa clo khác

2.3.1 nước thải từ công nghệ xeo giấy:

Dòng thải từ công đoạn này chủ yếu là bột giấy và các chất phụ gia, gọi là nướctrắng nước này được tách ra từ các bộ phận của máy xeo giấy như khử nước , ép giấy.phần lớn, dòng thải này được sử dụng trực tiếp cho giai đoạn tạo hìnhgiấy hay chocông đoạn chuẩn bị nguyên liệu vào máy xeo hoặc có thể gián tiếp sau khi nước thảiđược qua bể lắng để thu hồi giấy và sơ sợi nước thải công đoạn này đôi khi chiếm tới90% lưu lượng tổng cộng của nhà máy nhưng tuơng đối sạch nồng độ chất nhiễm bẩnkhông cao, BOD trung bình, độ amù thấo, PH gần trung tính, không chứa ligin, hàmlượng chất lơ lững cao, chủ yếu là do bột giấy và chất độn lượng chất rắn này có thể

dể dàng thu hồi bằng các phương pháp lắng

Bảng 5 : Thành phần và tính chất nước thải trong công đoạn xeo giấy

3 các phương pháp xử lý nước thải:

3.1 Xử lý cơ học

Mục đích: tách các chất không hòa tan, những vật lơ lững có kích thước lớn(rác , nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lững, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải loại bỏ cặn nặngnhư sỏi, cát, mảng kim loại, thủy tinh…điều hòa lưu lượng nước và nồng độ các chất ônhiễm trong nước thải

Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình

xử lý hóa lý và sinh học

* Song chắn rác: song chắn rác thường được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào

kênh dẫn tùy theo kích thước khe hở , song chắn rác được phân thành loại thô, trungbình và mịn, song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh là 60-100 mm và songchắn rác mịn có khaỏng cáh giữa các thanh là 10-25mm, rác có thể lấy bằng phươngpháp thủ công hay bằng thiết bị cào rác cơ khí

* Bể lằng cát : bể lắng cát có nhiệm vụ loại bỏ cát, muội, xỉ lò hoặc các tạp

chất vô cơ khác có kích thước từ 0.2-2mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàncho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắt đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến xử

lý sinh học ở phía sau

* Bể lắng : có nhiệm vụ lắng các hạt lơ lững có sẵn trong nước thải , cặn hình

thành trong qua trình keo tụ tạo bông(bể lắng đợt 1) hoặc cặn sinh ra trong quá trình

xử lý sinh học (bể lắng đợt 2 ) Theo chiều dòng chảy có thể phân thành bể lắng ngang

và bể lắng đứng

* Quá trình lọc : lọc được ứng dụng để tách các tạp chất có kích thước nhỏ khi

không thể loại bằng phương pháp lắng quá trình lọc ít được sử dụng trong xử lý nướcthải, thường chỉ sử dụng khi yêu cầu kết quả có chất lượng cao

3.2 Các phương pháp hóa lý:

lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng, chính vì vậy cần phải kết hợp giữa biệnpháp cơ học và hóa học có nghĩa là cho vào nước cần xử lý các chất phản ứng để tạothành các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và kết dính các hạt cặn lơ lửngtrong nước, tạo thành các bông cặn lớn trọng lượng đáng kể do đó, các bông cặn lớn

dể dàng lắng xuống ở bể lắng để thực hiện quá trình keo tụ, cho vào trong nước cácchất keo tụ thích hợp như : phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt loại FeSO4, Fe2(SO4)3 hoặccác loại FeCl3 các loại phèn này đựoc đưa vào trong nước dưới dạng hòa tan

vào pha lỏng ccác bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn khi khối lượng riêng của tậphợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên trên

bề mặt nước

không hòa tan là pha rắn( chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng dung chất ( chất bịhấp phụ) sẽ đi từ pha lỏng (hoặc pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung chấttrong dung dịch đạt cân bằng các chất hấp phụ thường được sử dụng là than hoạt tính,tro, xỉ, keo nhôm, mạt cưa…

thái ion trong nước như Zn, Cu,Mn,Hg cũng như các hợp chất photpho, asen, xyanua,chất phóng xạ thường được sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm khử cứng và khử khoáng