NGHIÊN cứu đề XUẤT CÔNG NGHỆ xử lý nước THẢI LÀNG NGHỀ sản XUẤT và tái CHẾ GIẤY PHONG KHÊ – bắc NINH

Mục tiêu của đề tài - Tìm hiểu về đặc điểm số lượng, thành phần, tính chất của nước thải công nghệsản xuất giấy và bột giấy và các làng nghề sản xuất và tái chế giấy.. Phương pháp nghiên

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

MAI VĂN TIỆM

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT VÀ TÁI CHẾ GIẤY

PHONG KHÊ – BẮC NINH

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường

Mã số: 1009335

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

MAI VĂN TIỆM

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT VÀ TÁI CHẾ GIẤY

PHONG KHÊ – BẮC NINH

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường

Mã số: 1009335

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS TRẦN ĐỨC HẠ

HÀ NỘI, 2012

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện luận văn này, tác giả đã nhận được sự chỉ bảo tận tình của PGS.TS TrầnĐức Hạ - Trưởng bộ môn Cấp thoát nước, và các thầy cô trong bộ môn Cấp thoátnước, Viện Khoa học và Kỹ thuật môi trường, đại học Xây dựng Cùng với đó là sựgiúp đỡ về mặt thực nghiệm đối của các cán bộ, kỹ sư Viện Khoa học và Kỹ thuật môitrường, công ty cổ phần MOPHA và công ty TNHH KUBOTA tại Việt Nam Mộtphần không thể thiếu đó là sự hướng dẫn, động viên của các thầy cô và cán bộ khoađào tạo Sau đại học của Trường Đại học xây dựng đã giúp đỡ tôi hoàn thành Luận vănnày

Tôi xin gửi lời chân thành cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trần Đức Hạ, cácthầy cô và các bạn đồng nghiệp lời cảm ơn chân thành nhất

Hà Nội,ngày 15 tháng 12 năm 2012

Học viên

Mai Văn Tiệm

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 4

DANH MỤC CÁC HÌNH 5

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 8

1 Sự cần thiết của đề tài 8

2 Mục tiêu của đề tài 9

3 Nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài 9

4 Phương pháp nghiên cứu 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT, TÁI CHẾ GIẤY VÀ HIỆN TRẠNG NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY 10

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ TÁI CHẾ GIẤY 10

1.1.1 Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy 10

1.1.2 Nguyên liệu 13

1.1.3 Ô nhiễm môi trường trong quá trình sản xuất và tái chế giấy 14

1.2 HIỆN TRẠNG NGÀNH GIẤY TRÊN THẾ GIỚI 15

1.2.1 Tại Mỹ 15

1.2.2 Tại Pháp 15

1.2.3 17

1.3 HIỆN TRẠNG NGÀNH GIẤY TẠI VIỆT NAM 18

1.3.1 Hiện trạng ngành công nghiệp giấy và bột giấy tại Việt Nam 18

1.3.2 Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải công nghiệp giấy tại Việt Nam 18

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT, TÁI CHẾ GIẤY 22

2.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TÁI CHẾ GIẤY 22

2.1.1 Nguồn gốc chất thải 22

2.1.2 Thành phần các loại nước thải 23

2.2 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT GIẤY TÁI CHẾ 24

2.2.1 Nguyên tắc xử lý 24

2.2.2 Các quy trình xử lý nước thải 26

2.2.3 Các nhóm công nghệ xử lý nước thải tái chế giấy 39

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHO LÀNG NGHỀ GIẤY PHONG KHÊ 41

3.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LÀNG NGHỀ GIẤY PHONG KHÊ 41

3.1.1 Đặc điểm sản xuất tại làng nghề 41

3.1.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường do nước thải tại làng nghề giấy Phong Khê 46

3.1.3 Hiện trạng mạng lưới thoát nước 51

3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI 52

3.2.1 Nội dung nghiên cứu 52

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu 52

3.2.3 Kết quả nghiên cứu 57

3.3 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 59

3.3.1 Giải pháp tổ chức thoát nước và xử lý nước thải 59

3.3.2 Các đại lượng tính toán thiết kế 62

3.3.3 Quy trình xử lý đề xuất 64

3.3.4 Giải pháp thiết kế hệ thống xử lý 67

3.4 TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THEO DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ ĐỀ XUẤT 67

3.4.1 Các thông số tính toán 67

3.4.2 Tính toán công trình xử lý chính 68

3.5 KHÁI TOÁN CHI PHÍ ĐẦU TƯ VÀ VẬN HÀNH 76

3.5.1 Chi phí đầu tư 76

3.5.2 Chi phí vận hành 83

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

4.1 KẾT LUẬN 85

4.2 KIẾN NGHỊ 85

PHỤ LỤC 87

Phụ lục 1 – Một số mẫu đo chất lượng nước thải làng nghề giấy Phong Khê 88

Phụ lục 2 – Hình ảnh khảo sát và đo lưu lượng nước thải tại làng nghề 89

Phụ lục 3 – Bảng tính kích thước công trình xử lý nước thải 92

Phụ lục 4 – Bản vẽ thiết kế các công trình chính 98

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Thành phần nước thải và tiêu chuẩn xả thải trạm xử lý nhà máy giấy Miguet & Thomas 16

Bảng 2 Tính chất nước thải tại một số cơ sở sản xuất giấy tái chế 44

Bảng 3 Các công đoạn sản xuất và vấn đề môi trường phát sinh 46

Bảng 4 Phân tích nước thải tại CCN Phong Khê và môi trường xung quanh 49

Bảng 5 Bảng Đánh giá các phương án tổ chức xử lý nước thải 61

Bảng 6 Mức độ xử lý nước thải theo các chỉ tiêu ô nhiễm chính 63

Bảng 7 Thành phần nước thải và các chỉ tiêu ô nhiễm chính 68

Bảng 8 Bảng tổng hợp kinh phí xây dựng công trình trạm xử lý nước thải khu công nghiệp làng nghề Phong Khê 78

Bảng 9 Chi phí vật tư thiết bị để lắp đặt hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp làng nghề Phong Khê 80

Bảng 10 Bảng tổng hợp dự toán vốn đầu tư trực tiếp cho trạm xử lý nước thải 82 Bảng 11 Chi phí vận hành bảo dưỡng trạm XLNT khu công nghiệp làng nghề Phong

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 Các dòng nước thải chính của nhà máy sản xuất bột giấy và giấy 12

Hình 2 Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy tái sinh và sự hình thành nước thải 13

Hình 3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải nhà máy giấy tái chế Miguet et Thomas – Pháp 16

Hình 4 Sơ đồ nguyên lý công nghệ bể BIOPAQ® UASB Reactor 17

Hình 5 Sơ đồ nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải giấy 20

Hình 6 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ 21

Hình 7 Sơ đồ nguyên tắc công nghệ xử lý nước thải tái chế giấy 24

Hình 8 Bể Aeroten truyền thống 35

Hình 9 Bể Aeroten trộn 35

Hình 10 Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn trong hồ hiếu khí 38

Hình 11 Mặt bằng vị trí khu vực làng nghề tái chế giấy Phong Khê 41

Hình 12 Quy trình công nghệ nhóm sản xuất giấy làm bao bì 42

Hình 13 Quy trình công nghệ nhóm sản xuất giấy vàng mã 42

Hình 14 Quy trình công nghệ nhóm sản xuất giấy vở 43

Hình 15 Quy trình công nghệ nhóm sản xuất vệ sinh 43

Hình 16 Một số chỉ tiêu đặc trưng nước thải cơ sở sản xuất giấy vệ sinh 44

Hình 17 Một số chỉ tiêu đặc trưng nước thải cơ sở sản xuất giấy bao bì 44

Hình 18 Một số chỉ tiêu đặc trưng nước thải cơ sở sản xuất giấy vở học sinh 45

Hình 19 Một số hình ảnh sản xuất và hiện trạng nước thải tại làng nghề sản xuất giấy Phong Khê 48 Hình 20 Sơ đồ cấu tạo đập tràn thành mỏng Thompson 50

Hình 21 Lắp đặt máng đo lưu lượng trên mương xả nước thải ra sông Ngũ Huyện Khê 50 Hình 22 Mạng lưới thoát nước làng nghề giấy Phong Khê) 51

Hình 23 Mô hình nghiên cứu thí nghiệm Jartest 55

Hình 24 Thí nghiệm keo tụ trên mô hình jar-test 56

Hình 25 Kết quả đo nồng độ COD và SS nước thải thí nghiệm Jar - Test 57

Hình 26 Hiệu suất xử lý COD và SS của thí nghiệm Jar-Test 57

Hình 27 Các hình ảnh về kết quả thử nghiệm keo tụ 58

Hình 28 Sơ đồ nguyên tắc tổ chức xử lý nước thải phân tán 59

Hình 29 Sơ đồ nguyên tắc tổ chức xử lý nước thải bán tập trung 60

Hình 30 Sơ đồ nguyên tắc tổ chức xử lý nước thải tập trung 60

Hình 31 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải và bùn 65

Hình 32 Cấu tạo bể tuyển nổi dạng Radial 72

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BOD : Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu ôxy sinh hóa, mgO2/L

COD : Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu ôxy hóa học, mgO2/L

DO : Dissolved Oxygen – Ôxy hòa tan, mgO2/L

F/M : Food/Micro-organism – Tỷ số giữa lượng thức ăn và lượng vi sinh vật trong môhình

MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng, mg/LMLVSS : Mixed Liquor Volatile Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng bay hơi trongbùn lỏng, mg/L

SS : Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng, mg/L

VS : Volatile Solid – Chất rắn bay hơi, mg/L

SVI : Sludge Volume Index – Chỉ số thể tích bùn, mL/g

PAC : Poly Aluminium Chloride

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài

Theo Báo cáo hiện trạng môi trường năm 2011 hiện nay Việt Nam có trên 700 làngnghề sản xuất tiểu thủ công nghiệp Sự phát triển của các làng nghề đã mang lại một

bộ mặt mới cho các vùng nông thôn của nước ta Kinh tế phát triển, thu nhập gia tăngđời sống xã hội được nâng lên rõ rệt, và ngoài ra, còn rất nhiều hiệu quả mang lại từ

sự phát triển của các làng nghề Bên cạnh sự phát triển trông thấy đó vẫn còn cónhững mặt tồn tại, những tác động không mong muốn của các làng nghề đối với môitrường và sức khỏe của người dân địa phương tại khu vực làng nghề và lân cận Hậuquả của môi trường ô nhiễm và suy thoái là sức khỏe của người dân giảm sút, bệnh tậthiểm nghèo gia tăng với sự xuất hiện của hàng loạt các “làng ung thư” như báo chímới đăng gần đây Việc tìm giải pháp để cân bằng giữa nhu cầu phát triển kinh tếnông thôn và phát triển bền vững, bảo vệ sức khỏe, tính mạng của nhân dân đang làbài toán khó đối với không chỉ chính quyền địa phương và trung ương mà cũng là bàitoán khó đối với các nhà môi trường, nhà khoa học, bởi đặc trưng của các làng nghềtại Việt Nam nói chung rất phức tạp

Một trong những làng nghề phát triển nổi bật trong các làng nghề tại Việt Nam, vàcũng nổi bật về tình trạng ô nhiễm môi trường đó là làng nghề tái chế giấy Phong Khê,thuộc xã Phong Khê, thành phố Bắc Ninh, Tỉnh Bắc Ninh Theo số liệu thống kê củaUBND TP Bắc Ninh, với trên 200 hộ sản xuất tái chế giấy thì sản lượng trung bìnhhàng năm của làng nghề tái chế giấy Phong Khê đạt trên 300.000 tấn giấy thành phẩm,gấp 3 lần sản lượng nhà máy giấy Bãi Bằng – Phú Thọ Tại làng nghề Phong Khê, tìnhtrạng ô nhiễm môi trường từ nhiều năm nay đã là điểm nóng ô nhiễm của tỉnh BắcNinh và ngày càng đáng báo động Nguồn gây ô nhiễm xuất phát từ cả ba khu vực, đó

là chất thải rắn, nước thải, khí thải từ các hoạt động sản xuất mà nghiêm trọng nhất,ảnh hưởng lớn nhất đó là ô nhiễm môi trường do nước thải từ các phân xưởng, các hộtái chế giấy

Theo quyết định số 64/QĐ-TTg năm 2004, làng nghề giấy Phong Khê được xếp vàohạng đặc biệt ô nhiễm cần phải xử lý Đến nay, năm 2012, mặc dù cũng đã có một số

đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải cho làng nghề, đơn cử như một

số đề tài của Viện Môi trường – ĐH Bách Khoa (GS.TS Đặng Kim Chi) hoặc thíđiểm mô hình xử lý nước thải giấy thôn Đào Xá thuộc xã Phong Khê, tuy nhiên đếnnay tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại làng nghề vẫn chưa được giải quyết

Qua khảo sát thực tế, nhu cầu cần thiết phải xây dựng nhà máy xử lý nước thải cholàng nghề để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải, giảm thiểu tác hạiđối với sức khỏe nhân dân địa phương là hết sức cần thiết và cấp bách Chính quyềnđịa phương từ tỉnh, thành phố, xã đều rất mong mỏi có được công nghệ phù hợp, chi

phí giá thành đầu tư và vận hành hợp lý nhất để sớm giải quyết tình trạng ô nhiễm tạiđịa phương.

2 Mục tiêu của đề tài

- Tìm hiểu về đặc điểm số lượng, thành phần, tính chất của nước thải công nghệsản xuất giấy và bột giấy và các làng nghề sản xuất và tái chế giấy

- Đề xuất công nghệ và tính toán công trình xử lý nước thải phù hợp cho làngnghề sản xuất, tái chế giấy Phong Khê, Bắc Ninh

3 Nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đặc điểm của công nghệ sản xuất giấy tại các làng nghề

- Số lượng, thành phần, tính chất nước thải từ sản xuất tái chế giấy tại các làngnghề

- Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất tái chế giấy

- Tính toán công trình xử lý và đưa ra các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật phù hợp vớilàng nghề giấy Phong Khê

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng hợp lý thuyết: Nghiên cứu tổng hợp lý thuyết công nghệ xử

lý nước thải sản xuất giấy tại Việt Nam và trên thế giới

- Phương pháp kế thừa: Sử dụng các nghiên cứu đã được thực hiện trong nước vàtrên thế giới để ứng dụng cho đề tài

- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo các chuyên gia trong lĩnh vực xử lý nướcthải nói chung và xử lý nước thải giấy nói riêng

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Xác định liều lượng hóa chất sử dụngcho các quá trình xử lý nước thải giấy

- Phương pháp phân tích tổng hợp: Tổng hợp các thông tin để xây dựng luận văn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT, TÁI CHẾ GIẤY VÀ HIỆN TRẠNG NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ TÁI CHẾ GIẤY

1.1.1 Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy

1.1.1.1 Công nghệ sản xuất bột giấy

a Nghiền bột từ giấy tái chế

Trong nhiều năm qua, việc sử dụng sợi tái chế để sản xuất bột giấy và xeo giấy đã trởnên phổ biến Việc sử dụng loại vật liệu này trong thời gian gần đây đã tăng lên đáng

kể Các phát triển công nghệ hiện đại tập trung chủ yếu vào việc nâng cấp chất lượngbột giấy từ các vật liệu tái chế và chính do thành công trong lĩnh vực này đã dẫn đếnviệc sử dụng rất rộng rãi loại bột giấy từ sợi tái chế

Bột giấy để sản xuất các vật liệu làm hộp và giấy gói có thể làm từ bất kì loại sợi thứcấp nào mà không cần phân loại nhiều Giấy thải được thu gom rời và đôi khi được bóthành kiện để dễ dàng vận chuyển Giấy thải được lưu kho, thành đống Máy nghiềnbột cơ học được sử dụng để nghiền giấy, trộn nước và chuyển hóa thành một hỗn hợpđồng nhất, có thể bơm như nước Các chất nhiễm bẩn nặng như cát, sỏi,… được thải

bỏ khi chảy lơ lửng trong hệ thống máng Tại đây các chất nặng sẽ lắng xuống và lấy

ra khỏi hệ thống theo định kì Sợi được phân loại riêng dưới dạng huyền phù nhẹ, sau

đó được chảy qua một loạt các sàng lọc có lớp tấm đục lỗ Ở đây các chất nhiễm bẩnnhẹ hơn, nhưng lớn hơn sợi sẽ bị loại ra Trong một số qui trình công nghệ cần phải cósản phẩm thật sạch, thì phải có một loạt các cyclon làm sạch đặt sau các sàng lọc Ởcông đoạn này, người ta phải sử dụng một máy lọc tinh cơ học hoặc khử mảnh vụnnhằm đảm bảo sao cho các sợi tách rời nhau và có thể tạo ra đủ độ bền liên kết giữacác sợi trong giấy Cách sản xuất này rất phù hợp trong việc sản xuất các loại bao gói

b.Nghiền bột cơ học

Trong nghiền bột cơ học, các sợi chủ yếu bị tách rời nhau do lực cơ học trong máynghiền hoặc trong thiết bị tinh chế Qui trình công nghệ nguyên thủy là gia công gỗtròn bằng đá – gỗ được ép bằng đá nghiền quay tròn Công nghệ này làm ra loại bộtgiấy có độ dai tương đối thấp

Ở các máy tinh chế TMP (Thermal Mechanical Pulping) và các máy nghiền áp lựccách xử lý cơ học được tiến hành ở áp lực và nhiệt độ cao, do vậy bột giấy có cácthuộc tính độ dai tốt hơn bột giấy cơ học truyền thống Thực hiện qui trình công nghệnày ở các máy tinh chế có độ linh hoạt cao hơn trong việc lựa chọn nguyên liệu, vì sau

đó có thể tận dụng vụn gỗ, cũng như các nguyên liệu sợi ngoài gỗ

Trong nghiền bột CTMP (Chemical Thermal Mechanical Pulping) chất làm nguyênliệu sợi được ngâm tẩm với các hóa chất trước khi tinh chế Và do vậy có thể làm tăng

độ dai và độ sáng của bột giấy

Có thể tẩy các loại bột giấy cơ học bằng máy tinh chế hoặc bằng hệ thống tẩy riêng,hydrogen dioxide là hóa chất được sử dụng phổ biến nhất Trước công đoạn tẩy, bộtgiấy được xử lý để loại bỏ các kim loại nặng, chúng là xúc tác cho các phản ứng phânhủy tác nhân tẩy

c Nghiền bột hóa học và bán hóa học

Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu sợi được xử lý với hóa chất ởnhiệt độ và áp lực cao (nấu) Mục đích của quá trình xử lý này là nhằm hòa tan hoặclàm mềm thành phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nhau,đồng thời lại gây ra sự phá hủy càng ít càng tốt đối với thành phần cellulose (tăng độdai của sợi) Cách xử lý này được tiến hành trong nồi áp suất (nồi nấu), có thể vậnhành theo chế độ liên tục hoặc theo từng mẻ

Có hai loại công nghệ nghiền bột hóa học chính : các quy trình kiềm hóa (quy trìnhsulphate, quy trình xút) và quy trình sulphite

Trong quy trình sulphate, dịch nấu có độ kiềm cao và các thành phần hoạt tính là cácion hydroxyl, sulphite và hydrogen sulphite Các thành phần hoạt tính quá trình nghiềnbột giấy bằng xút là hydroxyl và carbonate Nghiền bột giấy sulphate tạo ra loại bộtgiấy dai nhất trong khi nghiền bột giấy xút thích hợp hơn với các nguyên liệu chứalignin thấp như các loại cây một năm, tre nứa,…

Các chất hoạt tính trong quy trình sulphite là sulphur dioxide tự do, sulphite hoặc ionhydrogen sulphite Bột giấy sulphite có độ sáng không tẩy cao nhất nên thường chỉcần ít hóa chất để tẩy hơn so với bột giấy sulphate và bột giấy xút

1.1.1.2 Tẩy bột

Mục đích của tẩy bột giấy hóa học là làm sáng màu lignin tồn dư trong bột giấy saukhi nấu Để khử được lignin người ta dùng chlorine, hypochlorite, chlorine dioxide,oxygen hoặc ozone và đặc biệt là peroxide Một cách truyền thống, có thể nói rằngquy trình tẩy trắng bao gồm 03 giai đoạn chính :

Giai đoạn clo hóa, oxy hóa trong môi trường axit để phân hủy phần lớn lignin còn sótlại trong bột

Giai đoạn thủy phân kiềm sản phẩm lignin hòa tan trong kiềm nóng được tách ra khỏibột

Giai đoạn tẩy oxy hóa để thay đổi cấu trúc các nhóm mang màu còn sót lại

1.1.1.3 Nghiền bột, phối chế và xeo giấy

Bột giấy được nghiền để có độ thủy hóa và chuỗi hóa đạt yêu cầu, được cho thêm chấtđộn và phụ gia (chất phủ trám,…) rồi đưa lên máy xeo để định hình tờ giấy Cuối cùng

là ép vắt nước, sấy khô và cắt cuộn

Nước thải ra dưới dàn lưới xeo gọi là nước trắng, chứa nhiều hạt mịn Nước thải côngđoạn này đôi khi có thể chiếm tới 90% lưu lượng tổng cộng của nhà máy nhưng tươngđối sạch nồng độ chất nhiễm bẩn không cao, BOD trung bình, độ màu thấp, pH gầntrung tính, không chứa lignin, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, chủ yếu là do bột giấy

và chất độn thất thoát Lượng chất rắn này có thể dễ dàng thu hồi bằng các phươngpháp lắng

Tổng hợp quy trình sản xuất giấy và bột giấy kèm phát sinh dòng nước thải như sau:

Hình 1 Các dòng nước thải chính của nhà máy sản xuất bột giấy và giấy

Trên đây là sơ đồ nghiên cứu của một nhà máy sản xuất giấy và bột giấy với nguồnnguyên liệu truyền thống, sử dụng gỗ làm nguyên liệu chính Trong phạm vi đề tài

- Dịch đen

- Nước thải lẫn HC tẩy trắng (Javen, clo)

- Nước thải rửa máy, sàn

nghiên cứu này chỉ nghiên cứu cơ bản về quy trình sản xuất giấy nói chung, qua đónghiên cứu sâu về công nghệ sản xuất phát sinh dòng thải của các nhà máy sử dụngnguyên liệu giấy tái chế (giấy tái sinh), công nghệ sản xuất này được sử dụng chínhtrong các làng nghề sản xuất và tái chế giấy tại Việt Nam cũng như trên thế giới.

Quá trình sản xuất giấy tái sinh bao gồm các công đoạn: Thu gom và lựa chọn giấy từnguồn phế liệu, ngâm giấy và nghiền (đánh tơi) thành bột giấy, loại bỏ các tạp chấttrong bột giấy, tẩy trắng bằng hoá chất hoặc cho thêm phụ gia vào bột giấy (phụ thuộcyêu cầu của loại bột giấy), xeo để tạo thành giấy sản phẩm

Hình 2 Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy tái sinh và sự hình thành nước thải.

Sản xuất bột giấy bằng giấy tái sinh, tuy nhiên chỉ chiếm độ 15-18% (*) sản lượng bộthiện nay Công nghệ này sản sinh ít chất thải hơn nhiều, những quá trình tẩy mực(deinking) tạo ra rất nhiều độc tố cho môi trường nước

1.1.2 Nguyên liệu

Dựa trên quy trình sản xuất giấy như trên, có thể thấy rằng nguồn nguyên liệu chocông nghiệp sản xuất giấy bao gồm 2 loại chủ yếu:

- Cellulose nguồn gốc thực vật như gỗ, tre nứa, rơm, bã mía

- Giấy tái chế: giấy vở, báo, bìa các tống…

Giấy phế liệu

Nghiền/ đánh tơi thành bột

Thêm phụ gia để tạo màu hoặc tẩy trắng

Xeo giấy

Sấy

SS, BOD và COD cao

Nước ngưng

Sản phẩm

Đối với nguồn nguyên liệu từ Cellulose nguồn gốc thực vật, việc sản xuất giấy baogiờ cũng gồm những công đoạn chính sau đây:

- Chuẩn bị nguyên liệu có celllose: tạo mảnh, rửa

- Nấu để sản xuất bột giấy: tách cellulose ra khỏi nguyên liệu

- Tẩy bột giấy để đạt độ trắng theo yêu cầu: về cơ bản là tách (oxyhoá) các tạpchất mang mầu

- Tạo bột giấy thành phẩm

- Xeo giấy và tạo giấy thành phẩm (giấy rulo hay giấy xén)

Trong phạm vi đề tài này, chủ yếu nghiên cứu về nguồn nguyên liệu sản xuất giấy từgiấy tái chế, bao gồm các loại giấy phế phẩm: Hồ sơ tài liệu giấy văn phòng, hộp, bìacarton, giấy vở học sinh, giấy báo,… được phân loại và loại bỏ tạp chất trước khi đưavào dây chuyền sản xuất

- Chuẩn bị nguyên liệu: Phân loại, loại bỏ tạp chất

- Rửa bằng nước công nghiệp từ 4 – 5 giờ, nước sử dụng có pH thấp, không chứasắt

- Nghiền thủy lực trong hỗn hợp nước và tách bỏ các tạp chất còn sót lại tronggiấy

- Sử dụng Clo-Javen, Peroxit với nồng độ cao để tẩy trắng bột giấy

- Tạo hình cho giấy bằng máy xeo giấy với nhiệt độ từ 110oC – 150oC

1.1.3 Ô nhiễm môi trường trong quá trình sản xuất và tái chế giấy

Theo thống kê, các nhà máy giấy trên thế giới nhờ công nghệ tiên tiến nên chỉdùng từ 7-15m3 nước/tấn giấy, trong khi ở Việt Nam do thiết bị sản xuất, công nghệlạc hậu nên vẫn dùng từ 30-100m3 nước/tấn giấy Sự lạc hậu này không chỉ gây lãngphí nguồn nước ngọt, tăng chi phí xử lý nước thải mà còn đưa ra sông, rạch lượngnước thải khổng lồ Hiện nay, doanh nghiệp sản xuất giấy tại Việt Nam chủ yếu làthuộc thành phần doanh nghiệp vừa và nhỏ, sản xuất tới 75% lượng giấy cả nước Cácdoanh nghiệp này nằm rải rác tại các địa phương, do đó có nguy cơ gây ô nhiễm tạicác cơ sở này rất cao

Trong các cơ sở công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trungbình 9 - 11, chỉ số nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu oxy hoá học (COD) cao, cóthể lên đến 700mg/l và 2.500mg/l Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giớihạn cho phép Đặc biệt nước có chứa cả kim loại nặng, lignin (dịch đen), phẩm màu,xút, các chất đa vòng thơm Clo hoá là những hợp chất có độc tính sinh thái cao và cónguy cơ gây ung thư, rất khó phân huỷ trong môi trường Có những nhà máy giấy,lượng nước thải lên tới 4.000 - 5.000m3/ ngày, các chỉ tiêu BOD, COD gấp 10 – 18 lần

tiêu chuẩn cho phép; lượng nước thải này không được xử lý mà đổ trực tiếp vào sông.Ngoài ra, trong công nghiệp xeo giấy, để tạo nên một sản phẩm đặc thù hoặc nhữngtính năng đặc thù cho sản phẩm, người ta còn sử dụng nhiều hóa chất và chất xúc tác.Những chất này nếu không được thu hồi hoặc xử lý mà xả thẳng ra sông ngòi thì vấn

đề ô nhiễm là không tránh khỏi, làm mất cân bằng sinh thái trong môi trường nước

1.2 HIỆN TRẠNG NGÀNH GIẤY TRÊN THẾ GIỚI

1.2.1 Tại Mỹ

Tổ chức bảo vệ môi trường Mỹ (US EPA) tuyên bố việc sản xuất giấy từ giấy tái chế

ít gây ô nhiễm môi trường nước 35% và ít gây ô nhiễm môi trường không khí 74% sovới phương pháp sản xuất giấy từ gỗ nguyên chất Hiện nay, các nhà máy sản xuấtgiấy hiện đại đã giảm thiểu ô nhiễm đáng kể so với một vài thập kỷ trước đây Tái chếgiấy làm giảm nhu cầu đối với bột giấy và do đó làm giảm số lượng tổng thể của ônhiễm không khí và nước liên quan đến ngành sản xuất giấy

Lượng nước trung bình sử dụng để sản xuất 1 tấn giấy thành phẩm của nhà máykhoảng 9 m3, với lượng thải COD trung bình khoảng 3200 mg/ lít Nước sạch sử dụngcho nhà máy được lấy từ một con sông nhỏ trong khu vực Và đây cũng là nơi tiếpnhận nước thải của nhà máy

Công nghệ xử lý nước thải của nhà máy sử dụng kết hợp hệ Kỵ khí (UASB) và hiếukhí chủ động để xử lý nước thải đảm bảo tiêu chuẩn trước khi xả ra môi trường

Thành phần nước thải và tiêu chuẩn xả thải được thể hiện dưới bảng sau

xả thải

Bảng 1 Thành phần nước thải và tiêu chuẩn xả thải trạm xử lý nhà máy giấy

Miguet & Thomas

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải công suất 1200-1600 m3/ ngày:

Hình 3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải nhà máy giấy tái chế Miguet et

Cấu tạo bể UASB của công trình như sau:

Hình 4 Sơ đồ nguyên lý công nghệ bể BIOPAQ ® UASB Reactor

Khí Biogas thu được có thành phần: Methane: 70%, CO2: 29%, H2S: 1%, được thugom vào bể chứa gas chung và sử dụng Gas cho hệ thống nồi hơi cấp nhiệt trở lại cho

bể phản ứng sau khi đã làm sạch Lượng Gas dư được đốt định kỳ bằng các đầu đốtGas đặt ngoài công trình

Sau quá trình xử lý kỵ khí, nước thải được chảy tràn qua khu vực các bể xử lý hiếu khíbằng phương pháp bùn hoạt tính (Aeration tank), bao gồm 02 bể phản ứng hiếu khí,dung tích 330 m3 mỗi bể Sau quá trình phản ứng hiếu khí, nước được dẫn qua bể lắngđợt 2, tách bỏ cặn và bùn dư trong nước thải trước khi được khử trùng và xả ra nguồntiếp nhận

Hệ thống được điều khiển hoàn toàn tự động bằng hệ thống PLC kết hợp máy tính cánhân (PC)

1.2.3

1.3 HIỆN TRẠNG NGÀNH GIẤY TẠI VIỆT NAM

1.3.1 Hiện trạng ngành công nghiệp giấy và bột giấy tại Việt Nam

Hiện trạng ngành công nghiệp giấy và bột giấy ở Việt Nam có thể tóm tắt trong nhữngnét chính như sau:

- Số lượng nhà máy giấy trong nước khoảng trên 300 Các nhà máy mới ra đời đềuthuộc khu vực tư nhân và thường có công suất khoảng 1000 tấn / năm

- Trong 6 tháng đầu năm 2011, tình hình sản xuất của ngành giấy Việt Nam vẫntương đối ổn định, sản lượng giấy, bìa các loại ước đạt 925,7 nghìn tấn, tăng 11,2%

so với cùng kỳ năm trước Đơn vị cung cấp nhiều nhất cho thị trường là công tygiấy Bãi Bằng với công suất 100.000 tấn/ năm

- Năng lực sản xuất bột giấy hiện nay là 318 nghìn tấn / năm

- Năng lực sản xuất giấy từ giấy tái chế khoảng 401.740 tấn

Một cách tương đối có thể phân chia các nhà máy thành 04 nhóm theo trình độ côngnghệ như sau:

- Nhóm 1: Có công nghệ tương đối hiện đại Nhóm này chỉ có 2 doanh nghiệp làgiấy Bãi Bằng và giấy Tân Mai Hai công ty này sản suất so với toàn ngành: 50%sản lượng bột giấy, 36,1 % sản lượng giấy

- Nhóm 2: Có công nghệ trung bình gồm các doanh nghiệp: Giấy Đồng Nai, giấyBình An, giấy Thủ Đức, Việt Trì Các doanh nghiệp trên có sản lượng gộp lại sovới toàn ngành: 23,7% sản lượng bột giấy, 25,1 sản lượng giấy

- Nhóm 3: Nhóm có công nghệ dưới mức trung bình Các doanh nghiệp này chiếm

số lượng nhiều nhất với trang thiết bị hầu hết có nguồn gốc từ các nước trong khuvực như Trung Quốc, Đài Loan với trình độ công nghệ lạc hậu trên 30 năm, thậmchí có những dây chuyền thiết bị đã hoạt động trên 50 năm So với toàn ngànhnhóm này sản xuất 32,5% sản lượng bột giấy, 22% sản lượng giấy

- Nhóm 4: Có công nghệ cổ điển Đây là các doanh nghiệp có trang thiết bị tự chế,trong nước mô phỏng từ các công nghệ nước ngoài đã lạc hậu Nhóm này vẫn sảnxuất kinh doanh và tồn tại do mức đầu tư thấp, sản phẩm có chất lượng thấp nêngiá thành hạ Sản lượng chiếm khoảng 3% ngành bột và 15% ngành giấy

1.3.2 Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải công nghiệp giấy tại Việt Nam

Hệ thống xử lý nước thải của các công ty sản xuất giấy và bột giấy được phân làm 03loại:

- Hệ thống xử lý tương đối hoàn chỉnh gồm xử lý sơ bộ, xử lý sinh học (công ty giấyBãi Bằng, Công ty giấy Việt Trì, công ty giấy Hoàng Văn Thụ,…)

- Hệ thống xử lý lắng sơ bộ (Công ty giấy Đồng Nai, Vạn Điểm, Tân Mai…)

- Khu vực tư nhân vừa và nhỏ, làng nghề (Phong Khê): Ít quan tâm đến xử lý nướcthải, chỉ thu hồi nước trắng, thu hồi sơ sợi min theo phương pháp thủ công chohiệu suất thấp

Xử lý sơ bộ thường là phương pháp lắng trọng lực (công ty giấy Tân Mai, Đồng Nai)hoặc lắng Hóa lý (công ty giấy Bãi Bằng) Xử lý sinh học hầu hết áp dụng phươngpháp bùn hoạt tính (công ty giấy Bãi Bằng, Việt Trì, Hoàng Văn Thụ ) Riêng công tygiấy Tân Mai tách dịch đen đặc từ dây chuyền sản xuất xử lý theo phương pháp tíchhợp Ozon và vi sinh giá thể nhằm giảm màu của nước thải cống chung

Việc xử lý nước thải trong ngành giấy có chi phí lớn do lượng nước thải nhiều và cácchỉ tiêu BOD, COD cao Các tính toán sơ bộ cho thấy để đạt mức A của QCVN cần từ1,2 – 1,5 triệu đồng / m3 nước thải ngành giấy Chính vì vậy việc đầu tư cho xử lýnước thải trở thành gánh nặng của các nhà sản xuất giấy và bột giấy

- Tại Việt Nam đã có một số đơn vị và một số công trình nghiên cứu ứng dụng côngnghệ xử lý nước thải tái chế giấy nhằm cải thiện môi trường cho các cơ sở sản xuấtgiấy và làng nghề giấy

+ Viện khoa học và công nghệ môi trường

(Đại học Bách khoa Hà Nội) đã nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề tái chế giấy

bằng công nghệ tuyển nổi Giải pháp này có thể giảm 70-80% lượng nước thải, thu hồiđến 75% bột giấy trong quá trình sản xuất Theo PGS.TS Đặng Kim Chi - Viện khoahọc và công nghệ môi trường (Đại học Bách khoa Hà Nội), làng nghề tái chế là loạilàng nghề có khả năng gây ô nhiễm tới cả ba thành phần môi trường không khí, nước,đất Tại các làng nghề tái chế giấy, vấn đề ô nhiễm chủ yếu là chất rắn như xơ sợi, bộtgiấy trong nước thải Đơn cử như làng nghề sản xuất giấy tái chế Phú Lâm và PhongKhê (Bắc Ninh), mỗi năm làm ra gần 20.000 tấn sản phẩm thì cũng đã thải ra môitrường khoảng 1.500 m3 nước thải mỗi ngày Nước thải chứa lượng lớn các hóa chấtđộc hại như xút, thuốc tẩy, phèn kép, nhựa thông và phẩm mầu với hàm lượngBOD5 và COD vượt 4-6 lần tiêu chuẩn cho phép

Điểm nổi bật nhất khi ứng dụng hệ thống xử lý nước thải làng nghề tái chế giấybằng bể tuyển nổi là sẽ hạn chế cơ bản vấn đề lượng bột giấy còn tồn đọng trong nướcthải Đây cũng chính là tác nhân chính làm gia tăng mức độ ô nhiễm nguồn nước Bởitheo thống kê thì riêng hai làng nghề Dương Ô và Phú Lâm (Bắc Ninh) mỗi ngày sảnxuất cũng đã thải ra ngoài môi trường khoảng 1.500- 3.000 kg BOD và hơn 3.000 kgbột giấy vào nước thải Nếu được thu lại, không chỉ làm giảm mức độ ô nhiễm môitrường mà còn tận thu để tái chế, tái sử dụng Bột giấy thu được từ công đoạn này cóthể tiếp tục đưa vào sử dụng để sản xuất giấy chất lượng thấp

Các loại nước thải của làng nghề tương đối đa dạng Đối với nước thải làng nghề chếbiến giấy (chủ yếu là tái chế giấy để làm giấy vệ sinh), dòng dịch đen không nhiềutrong dòng thải chung, nhóm nghiên cứu đã đề xuất thiết kế và chế tạo hệ thống đồng

bộ xử lý nước thải mini của làng nghề giấy như sau:

Hình 5 Sơ đồ nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải giấy

Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải làng nghề tái chế giấy:

Xử lý tại hộ sản xuất cho một máy xeo, nước thải từ các cơ sở tái sinh giấy chứa nhiều

xơ sợi và bột giấy có kích thước nhỏ bị lọt qua nước xeo Chỉ cần tách tận thu xơ sợinày ngay cả tại từng cơ sở sản xuất, từng hộ sản xuất trước khi nước thải nhập vàodòng thải chung để đưa đi xử lý Để tách xơ sợi và bột giấy trong nước thải có thể ápdụng các biện pháp sau:

Xây dựng bể lắng, đơn giản và hiệu quả nhất là xây dựng bể lắng ngang Định kỳ nạovét, tận thu lại lượng xơ sợi lắng ở đáy bể Kinh phí đầu tư thấp, hiệu quả xử lý tận thuđược 50 - 60% lượng bột giấy

Kết hợp bể lắng và lọc túi cho dòng nước thải chảy vào các túi lọc (bằng vải hay baotải xác rắn), đặt nằm ngang và ngay ở cửa vào của các bể lắng

+ Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ

Địa chỉ: Phường Quán Triều, tp Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên Sản lượng theocông suất: 15 000 Tấn/năm; Sản phẩm chính của nhà máy là giấy bao bì xi măng Nguyên liệu sản xuất:

Giấy hòm, hộp loại I chưa qua sử dụng (NDLK) và loại II đã qua sử dụng (OCC) vớinhu cầu nguyên liệu giấy khoảng 34500 tấn/năm Nguồn cung cấp giấy gồm một phầnnhỏ ở trong nước, chủ yếu là của Công ty cổ phần xuất nhập khẩu Thành Đô,Việt Trì – Phú Thọ; Công ty TNHH đầu tư xuất nhập khẩu Hà Thành, Từ Liêm – HàNội và một số đơn vị khác ở các tỉnh lân cận Phần lớn giấy được nhập ngoại từ Mỹ,Indonesia, Nhật, Châu Âu …vì vậy nguồn cung cấp nguyên liệu rất dồi dào và ít bịphụ thuộc vào một thị trường nhất định

Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải của nhà máy

Hình 6 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT, TÁI CHẾ GIẤY

2.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TÁI CHẾ GIẤY

2.1.1 Nguồn gốc chất thải

Trong các công đoạn của công nghệ tái chế giấy, nước thải công đoạn ngâm, tẩy,nghiền trong tái chế giấy chiếm khoảng 50% tổng lượng thải, chưa nhiều hóa chất nhưxút, nước Javen, phèn, nhựa thông, phẩm màu, xơ sợi Nước thải thường chứa nhiềubột giấy, lượng cặn có thể lên tới 300 - 600 mg/l Theo các kết quả khảo sát cho thấy,nước thải sản xuất tại các làng nghề có COD, BOD5, SS vượt TCVN từ hàng chục đếnvài trăm lần

Đối với nước thải làng nghề chế biến giấy (chủ yếu là tái chế giấy để làm giấy vệsinh), dòng dịch đen không nhiều trong dòng thải chung

- Các chất ô nhiễm trong quá trình sản xuất giấy

- Nhiệt và hơi quá nhiệt từ công đoạn sản xuất năng lượng

- Dầu khoáng thải ra từ các hoạt động bảo dưỡng và sửa chữa

- Dịch đen chứa hoá chất nấu bột, lignin, hemicellulose và các hợp chất hữu cơkhác có trong nguyên liệu gỗ, tre nứa, rơm

- Dịch tẩy bột giấy khi tẩy bột bằng Clo và dẫn xuất Clo, chứa nhiều hợp chấtđộc cho môi trường thuỷ quyển trong đó đáng chú ý là hợp chất hữu cơ clo hoá,các chất màu

- Khí thải chủ yếu chứa các hợp chất sulphua như H2S, mercaptan (các loại metylsulphua) từ quá trình nấu bột và đặc biệt là quá trình trong lò đốt dịch đen thuhồi xút; và khí thải thông thường do đốt than: CO, SO2, NOx

Bột giấy phế thải gây đục môi trường nước nhận từ quá trình thải nước thải thu hồi xơsợi ít hiệu quả cũng như các hợp chất mang mầu trong nước thải xử lý kém hiệu quảgây ảnh hưởng đến chất lượng vật lý của nước đôí với thuỷ sinh Bùn vôi thải từ quátrình thu hồi xút từ lò thu hồi gây ra bụi và chất thải rắn

Tuy nhiên cũng không phải tất cả các chất thải đều có thể dẫn đến sự cố môi trườnggây thiệt hại về môi trường Có thể thống kế các chất ô nhiễm chủ yếu nhất của quátrình sản xuất bột giấy và xeo giấy từ một dây chuyền điển hình để từ đó áp dụngphương pháp luận tính mức thiệt hại Các chất ô nhiễm chủ yếu gồm:

- Các hợp chất hữu cơ clo hoá

- Clo và dẫn xuất clo

80-Về phương diện khí thải: Mặc dù các chất ô nhiễm thông thường như bụi, SOx , NOx,CO là rất phổ biến trong công nghiệp giấy Tuy nhiên để đơn giản ở đây chỉ xét bađơn chất cụ thể là Cl2, tổng Sulphua (ở môi trường khí) và Clorua Phenol (C6H4OHCl)

có trong chất thải khi xảy ra sự cố môi trường: Cl2 trong khí thải của hoặc là nhà máyđiện phân sản xuất xút-clo dùng cho tẩy giấy, hoặc là trong công đoạn tẩy bột giấybằng khí Cl2; các hợp chất Sulphua sản sinh từ tất cả các quá trình, nhưng chủ yếu là

từ nồi nấu và giai đoạn chưng bốc trước khi đưa vào lò thu hồi xút; Clorua phenolđược thải ra do rò rỉ dịch tẩy

2.1.2 Thành phần các loại nước thải

- Nước thải trắng: tạo ra từ quá trình xeo giấy (chiếm 80% tổng lượng nước thảisản xuất) Nước thải này có pH =10 đến 11, COD từ 1.800 đến 3.000 mg/l, SS từ 30đến 400 mg/l, BOD từ 1200 đến 2100 mg/l, N=2,4 đến 11,8 mg/l… Độ màu thay đổitheo thời gian, phụ thuộc vào loại giấy nhuộm và công nghệ sản xuất Nhìn chung,thành phần nước trắng phụ thuộc vào loại thiết bị, loại giấy, loại phụ gia, hoá chất…

- Nước thải rò rỉ là loại nước thải tách từ bột giấy trên sân chứa bột giấy thànhphẩm Tính chất giống nước thải trắng nhưng độ màu cao hơn, pH nằm khoảng 7-8,

độ màu khoảng 1000 Pt-Co

- Nước thải vệ sinh từ các thiết bị máy móc công nghệ Lưu lượng nước thải loạinày không lớn, mang tính chất gián đoạn, chứa các màu hoà tan và dung môi pha màu

- Nước mưa bị nhiễm bẩn: Là loại nước mưa thêm và chảy qua các bãi chứanguyên liệu đầu vào như giấy vụn, bìa các tông Thành phần và nồng độ các chất bẩntrong nước mưa này thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào lượng mưa rơi trên khu vực.

2.2 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT GIẤY TÁI CHẾ

2.2.1 Nguyên tắc xử lý

Sơ đồ nguyên tắc xử lý nước thải tái chế giấy

Hình 7 Sơ đồ nguyên tắc công nghệ xử lý nước thải tái chế giấy

Mô tả:

Dòng hỗn hợp nước thải thu gom từ các xưởng sản xuất nằm phân tán trong khu vựclàng nghề được thu gom bởi hệ thống cống chung dẫn tới trạm xử lý Từ đây, nướcthải được dẫn qua các khâu xử lý sau:

+ Tiền xử lý: Tách loại rác, cát từ hệ thống cống chung bằng hệ thống song chắn rác

cố định, cơ khí và hệ thống bể tách rác, tách cặn và chất nổi

+ Xử lý cơ học: Gồm có các bước Trung hòa và Keo tụ tách cặn

- Trung hòa: Do trong quá trình sản xuất có sử dụng xút và các chất tẩy rửa,đồng thời quá trình tẩy mực in, đánh mầu cho giấy cũng thải vào nước rất nhiều loạihóa chất khác nhau, do vậy có thể làm pH trong nước thải thay đổi rất lớn Để đảmbảo cho các khâu xử lý hóa sinh học phía sau, nước thải cần được kiểm soát và cânbằng pH

- Tách cặn: Sau khi được ổn định pH về mức từ 6,5 – 8,5 nước thải được hòatrộn với một loại hóa chất keo tụ nhằm kết dính các cặn lơ lửng có trong nước thànhcác bông có kích thước lớn dần.Tùy vào công nghệ tách cặn được sử dụng như thế nào

để có được loại hóa chất keo tụ phù hợp Sauk hi được hòa trộn và phản ứng với hóa

Xử lý bằng bùn hoạt tính

Tuần hoàn bùn sản xuất Tuần hoàn nước sản xuất Làm đặc bùn và khử nước

chất, để tách các bông cặn keo tụ ra khỏi nước, trong xử lý nước thải tái chế giấy,người ta có thể sử dụng 2 phương pháp sau:

* Phương pháp lắng trọng lực: Sử dụng các bể lắng truyền thống để tách cặn,trong đó phần cặn nặng sẽ được kéo xuống đáy bể và hố thu gom nhờ trọng lực, phầnnước trong sẽ đi lên và được thu bởi các máng thu đưa sang các công trình tiếp theo

* Phương pháp tuyển nổi: Khác với bể lắng truyền thống, phương pháp tuyểnnổi tách các bông cặn trong nước bằng cách tạo ra các bọt khí với kích cỡ siêu nhỏ (cỡmicromet), các bọt khí siêu nhỏ này khi kết hợp với các bông cặn tạo thành một hệkhối có khối lượng riêng nhỏ hơn nước, do vậy chúng nổi lên trên mặt nước và đượcthu gom tách loại ra khỏi nước, phần nước trong, ngược lại so với phương pháp lắnglại được thu ở phần dưới đáy bể hoặc giữa và đưa sang công trình xử lý tiếp theo.+ Xử lý sinh học Theo nghiên cứu thành phần của nước thải tái chế giấy, dòng thảihỗn hợp từ nước thải tái chế giấy có các thành phần đặc trưng như BOD5, COD, SS rấtlớn, vượt tiêu chuẩn hàng chục đến hàng trăm lần, trong khi các chỉ tiêu dinh dưỡngnhư T-N, T-P lại hầu như rất thấp, do vậy cần phải tính đến vấn đề bổ sung dinhdưỡng cho nước thải trong quá trình xử lý sinh học Với các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơtương đối cao, nước thải cần phải xử lý qua hai khâu riêng biệt:

- Xử lý yếm khí: Tạo môi trường yếm khí, bổ sung một phần dinh dưỡng chonước thải nhằm xử lý BOD, COD trong nước Đặc trưng của quá trình yếm khí là thờigian lưu nước lớn, do vậy kích thước công trình xử lý tăng lên, đồng thời cần phảiđảm bảo điều kiện ổn định về nhiệt độ nước thải

- Xử lý hiếu khí (quá trình bùn hoạt tính): Để đưa các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ

về mức tiêu chuẩn cho phép cần phải có quá trình xử lý hiếu khí Trong môi trườnghiếu khí, các vi sinh vật sử dụng khí hoạt động mạnh sử dụng các chất hữu cơ trongnước thải cho quá trình tăng trưởng, phân ly của mình, điều đó giúp làm giảm nồng độhữu cơ trong nước Khí phải được cấp liên tục, thường xuyên để giúp các vi sinh vậthoạt động ổn định Có rất nhiều phương pháp bùn hoạt tính khác nhau có thể được sửdụng như các quá trình bùn hoạt tính trong bể Aeration, Kênh ô xy hóa tuần hoàn,SBR,…

+ Kết thúc: Quá trình này là tập hợp các khâu làm sạch cuối cùng nhằm đảm bảo cácchỉ tiêu quy định trong tiêu chuẩn trước khi xả nước thải ra nguồn tiếp nhận ngoài môitrường Các khâu bao gồm:

- Lắng thứ cấp: Loại bỏ các cặn lơ lửng, bùn hoạt tính trong nước nhằm đưa chỉtiêu SS về dưới mức tiêu chuẩn cho phép Có nhiều loại bể lắng thứ cấp khác nhau,tùy quy mô công suất và mức độ xử lý để có thể lựa chọn công trình thích hợp như hệ

bể lắng đứng, lắng ngang, lắng ly tâm, lớp mỏng,…

- Khử trùng: Đáp ứng chỉ tiêu Coliform trong nước thải xả ra môi trường bênngoài Tùy quy mô công suất mà người ta có thể sử dụng các phương pháp khử trùngkhác nhau như sử dụng hóa chất Clo – Javen cho trạm có công suất vừa và nhỏ, sửdụng khí Clo hóa lỏng cho trạm có công suất vừa và lớn, sử dụng hệ thống khử trùngbằng tia UV (Cực tím),….

- Ngoài ra, tùy vào mức độ xử lý yêu cầu mà người ta còn có thể sử dụng bổsung một số công trình nhằm làm sạch triệt để nước thải cho mục đích tái sử dụnghoặc xả thải an toàn ra các nguồn tiếp nhận có ý nghĩa quan trọng về du lịch, văn hóa,

… Sử dụng hệ thống bể lọc cát, than hoạt tính,… nhằm loại bỏ các hợp chất AOX (cóthể có) Nước thải sau khi qua hệ thống xử lý này có thể tái sử dụng cho mục đích sảnxuất tại các xưởng, xí nghiệp giấy Tuy nhiên xử lý cấp cao này sẽ khiến chi phí giáthành sản xuất xử lý nước thải tăng lên rất nhiều

2.2.2 Các quy trình xử lý nước thải

2.2.2.1 Xử lý cơ học

Xử lý cơ học nhằm mục đích

- Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơ lửng có kích thước lớn (rác,nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải

- Loại bỏ cặn nặng như sỏi, cát, mảnh kim loại, thuỷ tinh.v.v…

- Điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải

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

xử lý hoá lý và sinh học

+ Song chắn rác hoặc thiết bị nghiền rác

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý nước trước hết phải qua song chắn rác hoặc thiết bịnghiền rác Tại đây, các thành phần rác có kích thước lớn như : vải vụn, vỏ đồ hộp, lácây, bao nilông, đá cuội,… được giữ lại Nhờ đó tránh làm tắt bơm, đường ống hoặckênh dẫn Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuậnlợi cho cả hệ thống xử lý nước thải

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, trung bình và mịn Song chắnrác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mịn cókhoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm Rác có thể lấy bằng phương pháp thủcông hoặc thiết bị cào rác cơ khí

Thiết bị nghiền rác có thể thay thế song chắn rác, được dùng để nghiền, cắt vụn rác ra

các mảnh nhỏ hơn và có kích thước đều hơn, không cần tách rác ra khỏi dòng chảy.Rác vụn này được giữ lại ở công trình phía sau như bể lắng cát, bể lắng đợt 1 Thiết bị

này có bất lợi khi rác nghiền chủ yếu là vải vụn vì có thể gây nguy hại đến cánhkhuấy, tắc nghẽn ống dẫn bùn, hoặc dính chặt trên các ống khuếch tán khí trogn xử lý

sinh học

+ Bể lắng cát

Bể lắng cát có nhiệm vụ loại bỏ cát, cuội, xỉ lò hoặc các loại tạp chất vô cơ khác có

kích thước từ 0,2 – 2 mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bịcát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến công trình sinh họcphía sau Bể lắng cát thường có 03 loại : (1) lắng cát ngang; (2) lắng cát thổi khí; (3)lắng cát xoáy

Trong bể lắng cát ngang dòng chảy theo hướng ngang với vận tốc không vượt quá 0,3m/s Trong bể lắng cát thổi khí, khí nén được đưa vào một cạnh theo chiều dài tạodòng chảy xoắn ốc, cát lắng xuống đáy dưới tác dụng trọng lực Bể lắng cát xoáy códạng trụ tròn, nước thải được đưa vào theo phương tiếp tuyến tạo nên dòng chảy xoáy,cát tách khỏi nước lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và lực ly tâm

+ Bể lắng

Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải, cặn hình thành

trong quá trình keo tụ tạo bông (bể lắng đợt 1) hoặc cặn sinh ra trong quá trình xử lýsinh học (bể lắng đợt 2) Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành : bể lắngngang và bể lắng đứng

Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc khônglớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 – 2,5 giờ Đối với bể lắng đứng, nướcthải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,5 –0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 0,75 – 2 giờ

+ Quá trình lọc

Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất có kích thước nhỏ khi không thể loại đượcbằng phương pháp lắng Quá trình lọc ít khi sử dụng trong xử lý nước thải, thường chỉ

sử dụng trong trường hợp nước sau xử lý đòi hỏi có chất lượng cao

Trong các hệ thống xử lý nước thải công suất lớn không sử dụng các thiết bị lọc ápsuất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt Vật liệu lọc thông dụng nhất làcát Kích thước hiệu quả của hạt cát thường dao động trong khoảng 0,15 mm đến vài

mm, kích thước lỗ rỗng thường có giá trị nằm trong khoảng 10 – 100 m Kích thướcnày lớn hơn nhiều so với kích thước của nhiều hạt cặn nhỏ cần tách loại, ví dụ như vikhuẩn (0,5 – 5m) hoặc vi rút (0,05 m) Do đó, những hạt này có thể chuyển độngxuyên qua lớp vật liệu lọc Trong quá trình lọc, các cặn bẩn được tách khỏi nước nhờtương tác giữa các hạt cặn và vật liệu lọc theo cơ chế sau :

Sàng lọc : Xảy ra ở bề mặt lớp vật liệu lọc khi nước cần xử lý chứa các hạt cặn có kích

thước quá lớn, không thể xuyên qua lớp vật liệu lọc

Lắng : Những hạt cặn lơ lửng có kích thước khoảng 5 m và khối lượng riêng đủ lớn

hơn khối lượng riêng của nước được tách loại theo cơ chế lắng trong các khe rỗng củalớp vật liệu lọc Tuy nhiên, quá trình lắng không có khả năng khử các hạt keo mịn cókích thước khoảng 0,001 – 1 m

Hấp phụ : Các hạt keo được tách loại theo cơ chế hấp phụ Quá trình này xảy ra theo

hai giai đoạn : vận chuyển các hạt trong nước đến bề mặt vật liệu lọc và sau đó kếtdính các hạt vào bề mặt hạt vật liệu lọc Quá trình này chịu ảnh hưởng của lực hút(hoặc lực đẩy) giữa vật liệu lọc và các hạt cần tách loại, lực hút quan trọng nhất là lựcVan der Waals và lực hút tĩnh điện

Chuyển hóa sinh học : Hoạt tính sinh học của các thiết bị lọc có khả năng dẫn đến sự

ôxy hóa các chất hữu cơ Quá trình chuyển hóa sinh học hoàn toàn xảy ra khi nhiệt độ

và thời gian lưu nước trong thiết bị lọc được duy trì thích hợp Do đó, trong thiết bị lọcchậm, hoạt tính sinh học đóng vai trò quan trọng hơn trong thiết bị lọc nhanh

Chuyển hóa hóa học : Các vật liệu lọc còn có khả năng chuyển hóa hóa học một số

chất có trong nước thải như NH4+, sắt, mangan, …

đó các ion này bị thủy phân thành Al(OH)3

sôđa (Na2CO3) hoặc xút (NaOH) Thông thường phèn nhôm đạt hiệu quả keo tụ caonhất khi nước có pH = 5,5 – 7,5

Quá trình ôxy hóa chỉ diễn ra tốt khi pH của nước đạt được trị số từ 8 – 9 và nước phải

có độ kiềm cao Vì vậy, thường dùng loại phèn này khi cần kết hợp vôi làm mềmnước

Dùng phèn sắt (III) : Phèn sắt (III) loại FeCl3 hoặc Fe2(SO4)3 khi cho vào nước phân lythành Fe3+ và bị thủy phân thành Fe(OH)3

Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+

Vì phèn sắt (III) không bị ôxy hóa nên không cần nâng cao pH của nước như sắt (II).Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanhchóng khi pH = 5,5 – 6,5

+ Tuyển nổi

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng Cácbọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí vàcặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt Tùy theophương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi bao gồm các dạng sau :

Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Flotation) : Khí nén được thổi trực tiếp

vào bể tuyển nổi để tạo thành các bọt khí có kích thước từ 0,1 – 1 mm, gây xáo trộnhỗn hợp khí – nước chứa cặn Cặn tiếp xúc với bọt khí, kết dính và nổi lên bề mặt

Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation) : Bão hòa không khí ở áp suất khí quyển,

sau đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không Hệ thống này ít sử dụng trongthực tế vì khó vận hành và chi phí cao

Tuyển nổi áp lực (Dissolved Air Flotation) : Sục không khí vào nước ở áp suất cao (2

– 4 at), sau đó giảm áp giải phóng khí Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kíchthước 20 – 100 m

Công nghệ tuyển nổi áp lực được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải, baogồm các ngành:

- Xử lý nước thải sản xuất giấy và bột giấy

- Loại bỏ dầu mỡ, váng nổi từ nước thải của các khu vực thương mại, nhà hàng,quán ăn tập trung.

- Xử lý nước thải sản xuất thực phẩm, giết mổ gia súc

Hóa chất keo tụ được sử dụng để tăng kích thước của các chất rắn trong nước, tạo điềukiện tiếp xúc giữa bông cặn và bọt khí siêu mịn tạo thành hỗn hợp dễ dàng tách rakhỏi nước bởi lực nổi

* Ưu điểm của công nghệ Tuyển nổi áp lực trong xử lý nước thải giấy:

Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hòa tan là pharắn (chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng Dung chất (chất bị hấp thụ) sẽ đi từ phalỏng (pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung chất trong dung dịch đạt cânbằng Các chất hấp phụ thường sử dụng :

- Than hoạt tính

- Tro, xỉ, mạt cưa

- Silicagen, keo nhôm

2.2.2.3 Các phương pháp hóa học

+ Phương pháp trung hòa

Nhằm trung hòa nước thải có pH quá cao hoặc quá thấp, tạo điều kiện cho các quátrình xử lý hóa lý và sinh học :

H+ + OH-  H2OMặt dù quá trình rất đơn giản về mặt nguyên lý, nhưng vẫn có thể gây ra một số vấn

đề trong thực tế như : giải phóng các chất ô nhiễm dễ bay hơi, sinh nhiệt, làm sét rỉthiết bị máy móc, …

Vôi (Ca(OH)2) thường được sử dụng rộng rãi như một bazơ để xử lý các nước thải cótính axit, trong khi axit sulfuric (H2SO4) là một chất tương đối rẻ tiền dùng trong xử lýnước thải có tính bazơ

+ Kết tủa hóa học

Kết tủa hóa học thường được sử dụng để loại trừ các kim loại nặng trong nước.Phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để kết tủa các kim loại là tạo thành cáchydroxide, ví dụ:

Cr3+ + 3OH-  Cr(OH)3

Fe3+ + 3OH-  Fe(OH)3

Phương pháp kết tủa hóa học hay được sử dụng nhất là phương pháp tạo các kết tủavới vôi Soda cũng có thể được sử dụng để kết tủa các kim loại dưới dạng hydroxide(Fe(OH)3), carbonate (CdCO3), …Anion carbonate tạo ra hydroxide do phản ứng thủyphân với nước :

CO32- + H2O  HCO3- + OH

-2.2.2.3 Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nướcthải cũng như một số chất vô như : H2S, sulfide, ammonia, … dựa trên cơ sở hoạtđộng của vi sinh vật Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức

ăn để sinh trưởng và phát triển Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học cóthể phân thành 2 loại :

+ Phương pháp kỵ khí

Sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có ôxy

Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàngtrăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian Tuy nhiên, phương trình phươngtrình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau :

Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới

Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 04 giai đoạn :

- Giai đoạn 1 : Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử

- Giai đoạn 2 : Acid hóa

- Giai đoạn 3 : Acetate hóa

- Giai đoạn 4 : Methane hóa

Các chất thải hữu cơ chứa các nhiều hợp chất cao phân tử như protein, chất béo,carbohydrate, cellulose, lignin, … trong giai đoạn thủy phân sẽ cắt mạch tạo thành cácphân tử đơn giản hơn, dễ thủy phân hơn Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóaprotein thành amino acid, carbohydrate thành đường đơn và chất béo thành các acidbéo Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóathành acetic acid, H2 và CO2 Vi khuẩn methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơchất nhất định như CO2 + H2 , formate, acetate, methanol, methylamine và CO Cácphương trình phản ứng xảy ra như sau :

4H2 + CO2  CH4 + 2H2O4HCOOH  CH4 + 3CO2 + 2H2O

CH3COOH  CH4 + CO2

4 CH3OH  3CH4 + CO2 + H2O4(CH3)3N + H2O  9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3

Enzyme

CxHyOz + O2 + NH3 Tế bào vi khuẩn (C5H7NO2) + CO2 + H2O – HPhân hủy nội bào :

Enzyme

C HO + O 5CO + 2H O + NH  H

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kỵ khí và hiếu khí có thể xảy ra ở điềukiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điềukiện tối ưu cho quá trình ôxy sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất caohơn xử lý sinh học tự nhiên.

2.2.2.4 Các bể xử lý sinh học nhân tạo

Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB)

Đây là một trong những quá trình kỵ khí ứng dụng rộng rãi nhất trên thế do hai đặcđiểm chính sau :

Cả ba quá trình phân hủy – lắng bùn – tách khí được lắp đặt trong cùng một côngtrình

Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so vớibùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khíUASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như :

- Ít tiêu tốn năng lượng vận hành

- Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn

- Bùn sinh ra dễ tách nước

- Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng

- Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí Methane

Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6 – 0,9 m/h, pHthích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6,6 – 7,6 Do đó cầncung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để đảm bảo pH của nước luôn lớn hơn 6,2

vì ở pH < 6,2 vi sinh vật chuyển hóa Methane không hoạt động được Cần lưu ý rằngchu kì sinh trưởng của vi sinh vật acid hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vậtacetate hóa (2 – 3 giờ ở 350C so với 2 – 3 ngày ở điều kiện tối ưu) Do đó, trong quátrình vận hành ban đầu tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật acidhóa sẽ tạo ra acid béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độchuyển hóa các acid này thành acetate dưới tác dụng của vi sinh vật acetate hóa

- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

Bể lọc kỵ khí: là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trongnước thải Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớpvật liệu trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển Vì vi sinh vật được giữtrên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưucủa tế bào sinh vật rất cao (khoảng 100 ngày)

+ Quá trình hiếu khí

- Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng

Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan chuyển hóathành bông bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí – có khả năng lắng dưới tácdụng của trọng lực Nước chảy liên tục vào bể aeroten, trong đó khí được đưa vàocùng xáo trộn với bùn hoạt tính cung cấp ôxy cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ.Dưới điều kiện như thế, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bông bùn.Hỗn hợp bùn và nước thải chảy đến bể lắng đợt 2 và tại đây bùn hoạt tính lắng xuốngđáy Lượng lớn bùn hoạt tính (25 – 75% lưu lượng) tuần hoàn về bể aeroten để giữ ổnđịnh mật độ vi khuẩn, tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ Lượng sinh khối dưmỗi ngày cùng với lượng bùn tươi từ bể lắng 1 được dẫn tiếp tục đến công trình xử lýbùn

Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phảihiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật Các vi sinh vật này sẽ phân hủy cácchất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉmột phần chất hữu cơ bị ôxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-, … Một cáchtổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm : Pseudomonas,Zoogloea, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium,…và hai loại vikhuẩn nitrate hóa Nitrosomonas, Nitrobacter Yêu cầu chung khi vận hành hệ thốngbùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượtquá 50 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/L, pH từ 6,5 – 8,5 vànhiệt độ từ 6 – 370C Một số dạng bể ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng như :

Bể aeroten thông thường, bể aeroten trộn, mương ôxy hóa, bể hoạt động gián đoạn, bểaeroten mở rộng, …

Bể aeroten truyền thống

Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug – flow), khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiềurộng Trong bể này nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùnhoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể Ở chế độ dòng chảy nút, bông bùn có đặc tính tốthơn, dễ lắng Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể Quá trình phân hủy nội bàoxảy ra ở cuối bể (ECKENFELDER W.W.,1989) Tải trọng thích hợp vào khoảng 0,3 –

0,6 kg BOD5/m3 ngày với hàm lượng MLSS 1.500 – 3.000 mg/L, thời gian lưu nước từ

4 – 8 giờ, tỷ số F/M = 0,2 – 0,4, thời gian lưu bùn từ 5 – 15 ngày

Bể aerotank Nước thải

Bể lắng

Bể lắng

Bùn thải

Nước thải trước xử lý Nước thải sau xử lý

Bùn tuần hoàn Máy thổi khí

Hình 9 Bể Aeroten trộn

Bể aeroten thổi khí kéo dài

Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp vàchất lượng nước ra cao hơn Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20 – 30ngày) Hàm lượng bùn thích hợp trong khoảng 3.000 – 6.000 mg/L.

Kênh - Mương ôxy hóa tuần hoàn

Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương có vận tốc đủ xáotrộn bùn hoạt tính Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3 m/s để tránhcặn lắng Mương ôxy hóa có thể kết hợp quá trình xử lý nitơ METCALF and EDDY(1991) đề nghị tải trọng thiết kế 0,10 – 0,25 kg BOD5/m3 ngày, thời gian lưu nước 8 –

16 giờ, hàm lượng MLSS khoảng 3.000 – 6.000 mg/L, thời gian lưu bùn từ 10 – 30ngày là thích hợp

Bể aeroten hoạt động gián đoạn (SBR)

Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làmđầy và xả cạn Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạtđộng liên tục, chỉ có điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiệnlần lượt theo các bước : (1) làm đầy, (2) phản ứng, (3) lắng, (4) xả cạn, (5) ngưng

- Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

Phần bên ngoài lớp màng nhầy (khoảng 0,1 – 0,2 mm) là loại vi sinh hiếu khí Khi visinh phát triển, chiều dày lớp màng ngày càng tăng, vi sinh lớp ngoài tiêu thụ hếtlượng ôxy khuếch tán trước khi ôxy thấm vào bên trong Vì vậy, gần sát bề mặt giá thểmôi trường kỵ khí hình thành Khi lớp màng dày, chất hữu cơ bị phân hủy hoàn toàn ởlớp ngoài, vi sinh sống gần bề mặt giá thể thiếu nguồn cơ chất, chất dinh dưỡng dẫnđến tình trạng phân hủy nội bào và mất đi khả năng bám dính Nước thải sau xử lýđược thu qua hệ thống thu nước đặt bên dưới Hệ thống thu nước này có cấu trúc rỗ đểtạo điều kiện không khí lưu thông trong bể Sau khi ra khỏi bể, nước thải vào bể lắngđợt hai để loại bỏ màng vi sinh tách khỏi giá thể Nước sau xử lý có thể tuần hoàn đểpha loãng nước thải đầu vào bể lọc sinh học, đồng thời duy trì độ ẩm cho màng nhầy

Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC)

RBC bao gồm các đĩa tròn polystyren hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau Đĩanhúng chìm một phần trong nước thải và quay ở tốc độ chậm Tương tự như bể lọcsinh học, màng vi sinh hình thành và bám trên bề mặt đĩa Khi đĩa quay, mang sinhkhối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp xúc với ôxy Đĩaquay tạo điều kiện chuyển hóa ôxy và luôn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí.Đồng thời, khi đĩa quay tạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh không còn khả năngbám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa sang bể lắng đợt hai Trục RBC phảitính toán đủ đỡ vật liệu nhựa và lực quay Chiều dài tối đa của trục thường 8m Vậtliệu nhựa tiếp xúc thường có hình dạng khác nhau tùy thuộc vào nhà chế tạo Diện tích

bề mặt trung bình khoảng 9.300 – 16.700 m2/trục dài 8m Thể tích bể thích hợpkhoảng 5 L/m2 diện tích vật liệu (METCALF and EDDY, 1991)

2.2.2.5 Phương pháp sinh học tự nhiên

Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước.Việc xử lý nước thải được thực hiện trên các công trình :

+ Cánh đồng tưới

Dẫn nước thải theo hệ thống mương đất trên cánh đồng tưới, dùng bơm và ống phânphối phun nước thải lên mặt đất Một phần nước bốc hơi, phần còn lại thấm vào đất đểtạo độ ẩm và cung cấp một phần chất dinh dưỡng cho cây cỏ sinh trưởng Phươngpháp này chỉ được dùng hạn chế ở những nơi có khối lượng nước thải nhỏ, vùng đấtkhô cằn xa khu dân cư, độ bốc hơi cao và đất luôn thiếu độ ẩm

Ở cánh đồng tưới không được trồng rau xanh và cây thực phẩm vì vi khuẩn, virút gâybệnh và kim loại nặng trong nước thải chưa được loại bỏ sẽ gây tác hại cho sức khỏecủa người sử dụng các loại rau và cây thực phẩm này

+ Xả nước thải vào ao, hồ, sông suối

Nước thải được xả vào những nơi vận chuyển và chứa nước có sẵn trong tự nhiên đểpha loãng chúng và tận dụng khả năng tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên.Khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận, nước của nguồn tiếp nhận sẽ bị nhiễm bẩn.Mức độ nhiễm bẩn phụ thộc vào : lưu lượng và chất lượng nước thải, khối lượng vàchất lượng nước có sẵn trong nguồn, mức độ khuấy trộn để pha loãng Khi lưu lượng

và tổng hàm lượng chất bẩn trong nước thải nhỏ so với lượng nước của nguồn tiếpnhận, ôxy hòa tan có trong nước đủ để cấp cho quá trình làm sạch hiếu khí các chấthữu cơ Tuy nhiên, các chất lơ lửng, vi trùng gây bệnh và kim loại nặng, … nếu khôngloại bỏ trước vẫn đe dọa đến sức khỏe và sinh hoạt cộng đồng thông qua hoạt độngcủa các loài cá, chim và các loài sinh vật có ích khác

+ Hồ sinh học