Xử lý chất thải tại nhà máy giấy hiệu quả, file word 13, E44

Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính nước thải Quá trình sản xuất bột giấy là quá trình biến đổi các nguyên liệu gỗ hoặc phi gỗthành xơ sợi, hay nói cách khác là phá vỡ các liên kết t

TUYỂN TẬP BÀI TẬP PHỔ THÔNG, ĐẠI HỌC, SAU ĐẠI HỌC

LUẬN ÁN-ĐỒ ÁN-LUẬN VĂN-KHOÁ LUẬN-TIỂU LUẬN

LUẬN VĂN THẠC SĨNÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CÁC BỂ HIẾU KHÍ BẰNG CÁCH

ĐIỀU CHỈNH DINH DƯỠNG THÍCH HỢP CHO VI KHUẨN

ĐỐI VỚI HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY GIẤY

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT

(Nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày)

Nhu cầu oxy hóa học

(Vi sinh dính bám trên lớp vật liệu mang di chuyển)

(Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng)

(Tổng chất rắn hòa tan)

(Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi)

Bảng 1.4. Đặc tính nước thải của quá trình xeo

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Bảng 3.1. Thông số khảo sát HTXLNT Công ty Giấy Bãi

Bảng 3.6. Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng hàm lượng

Bảng 3.7. Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng hàm lượng

năng loại bỏCOD

Bảng 3.9. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của V30 MLSS và SVI tới khả năng

xử lý COD nước thải giấy bằng phương pháp sinh học hiếu

Bảng 3.10. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của SVI tới khả năng xử lý COD

nước thải giấy bằng phương pháp sinh học hiếu

Bảng 3.11. Kết quả nghiên cứu khả năng sử dụng NH4 trong nước thải giấy

bằng phương pháp sinh học hiếukhí 74

Bảng 3.12. Kết quả nghiên cứu tới khả năng sử dụng PO43- trong nước thải

giấy bằng phương pháp sinh học hiếukhí 74

Bảng 3.13. Kết quả nghiên cứu hiệu quả xử lý COD của nước thải giấy trên

quy mô pilot 1

m3 77

Bảng 3.14. Kết quả nghiên cứu V30, MLSS và SVI tới xử lý nước thải giấy trên

quy mô pilot 1

m3 79

Bảng 3.15. Kết quả nghiên cứu hiệu quả sử dụng NH4+ của xử lý nước thải

giấy trên quy mô pilot 1

m3 82

Bảng 3.16. Kết quả nghiên cứu hiệu quả sử dụng PO43- của xử lý nước thải

giấy trên quy mô pilot 1

m3 83

Bảng 3.17. Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD giữa mô hình thí

nghiệm và quy mô pilot 1

m3 85

Bảng 3.18. Kết quả nghiên cứu so sánh thông số MLSS và chỉ số SVI tới hiệu

quả xử lý COD giữa quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot 1

Bảng 3.19. Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng NH4 và PO43- giữa

quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot 1

DANH MỤC CÁC HÌNH

Chương 1 Tổng quan

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa và các dòng thải……… 4

Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ……….….………… 6

Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy tái chế có khử mực……….……… 8

Hình 1.4. Sơ đồ công nghệ xeo giấy……… 10

Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải……… 40

Chương 2 Thực nghiệm Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm xử lý nước thải……… 49

Hình 2.2. Đồ thị đường chuẩn amoni……… 55

Hình 2.3. Đồ thị đường chuẩn photpho……… 57

Chương 3 Kết quả và thảo luận Hình 3.1. Sự biến thiên COD, NH4+, PO43- khi không sử dụng chất dinh dưỡng và khi sử dụng các nguyên tố vi lượng……… ………

62 Hình 3.2. Hiệu xuất loại bỏ COD và hiệu quả sử dụng NH4+, PO43-………

65 Hình 3.3. Hiệu xuất loại bỏ COD ở các hàm lượng vi lượng khác nhau…………

68 Hình 3.4. Mối quan hệ giữa SVI và hiệu xuất loại bỏ COD

75

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, các ngành sảnxuất công nghiệp cũng được mở rộng và phát triển nhanh chóng Sự phát triển này, mộtphần đóng góp tích cực cho sự phát triển chung của đất nước; nhưng bên cạnh đó lại thải

ra một lượng lớn chất thải có thể gây ô nhiễm môi trường và tác động xấu đến sức khỏecon người

Ô nhiễm môi trường đang ngày càng trở nên trầm trọng, nhất là với các nước đangphát triển trong đó có Việt Nam, đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước Một trong nhữngnguồn nước thải gây có thể ô nhiễm lớn là từ các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy.Ngành giấy cũng là một trong những ngành tiêu thụ một lượng rất lớn nước, hóa chất,nguyên liệu và năng lượng cho một đơn vị sản phẩm Theo tính toán, ở Việt Nam để sảnxuất một tấn giấy cần từ 200 – 300 m3 nước sạch, nhưng đối với các nước phát triển vớidây chuyền sản xuất công nghệ hiện đại để sản xuất một tấn giấy chỉ sử dụng từ 7 – 15m3

nước sạch [13]

Nhìn chung công nghệ sản xuất giấy của Việt Nam còn lạc hậu so với thế giới từ 15năm trở lên, một thực tế nữa là các cơ sở sản xuất giấy của chúng ta đa số nhỏ lẻ, phântán về quy mô, hạn chế về tài chính, không có đủ điều kiện đầu tư cho xử lý môi trương,chính điều này đã làm cho môi trường ngành giấy bị ô nhiễm này càng trầm trọng, côngtác quản lý gặp nhiều khó khăn Riêng trong lĩnh vực xử lý môi trường có thể nói chưa cónhiều nhà máy có hệ thống xử lý nước thải triệt để Toàn ngành giấy, ở miền Bắc chỉ duynhất có Công ty Giấy Bãi Bằng có hệ thống xử lý nước thải khá hoàn thiện, tuy nhiên vấn

đề xử lý nước thải cũng vẫn chưa thật hiệu quả Việc chuyển đổi áp dụng các công nghệhiện đại như vậy là hoàn toàn không khả thi với những nhà máy vừa và nhỏ phần lớn làthuộc địa phương hoặc công ty tư nhân chưa kể các làng nghề giấy truyền thống phân bốgần các khu vực dân cư nên bị ảnh hưởng rất lớn về vấn đề nước thải Cần nói thêm là ởViệt Nam, các doanh nghiệp vừa và nhỏ đang sản xuất tới 75% sản lượng giấy, đồngnghĩa với việc nguồn nước đang bị sử dụng lãng phí, còn môi trường đang phải gánh chịumột lượng nước thải rất lớn chưa qua xử lý [21] Hiện nay, khi mà Luật Môi Trườngđang được đôn đốc thực thi nghiêm túc (nhất là khi Việt Nam đã chính thức trở thànhthành viên của tổ chức Thương Mại Thế Giới – WTO) thì nhiều nhà máy bột giấy và giấy

dư luận về vấn đề môi trường Giải quyết bài toán xử lý nước thải bột giấy và giấy là vấn

đề mang ý nghĩa sống còn với nhiều nhà máy bột giấy ở nước ta [20]

Công ty Giấy Bãi Bằng – Tổng công ty Giấy Việt Nam (đóng tại Thị Trấn PhongChâu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ) là đơn vị có công nghệ sản xuất hiện đại nhấtngành giấy nước ta nhưng cũng đã lạc hậu so với khu vực và thế giới vài chục năm.Lượng nước thải sinh ra trong quá trình sản xuất một bột giấy xấp xỉ 55 – 60m3 Tính cảcác công đoạn xeo giấy, sản xuất điện hơi, hóa chất tẩy thì lượng nước thải sinh ra khisản xuất một tấn bột giấy thường dao động trong khoảng 100 – 120m3

Năm 2003, là năm đánh dấu một giai đoạn mới trong vấn đề xử lý ô nhiễm môitrường của Công ty Giấy Bãi Bằng, thể hiện ở việc mở rộng sản xuất, nâng công suất nhàmáy giấy Bãi Bằng lên 110.000 tấn giấy/năm, đồng thời đầu tư công nghệ mới cho xử lýnước thải, giải quyết ô nhiễm một cách triệt để liên hoàn Đây là hệ thống xử lý nước thảihiện đại nhất của ngành giấy Việt Nam hiện nay theo công nghệ của Thụy Điển, với quy

mô xử lý 30.000 m3 nước thải/ngày [13] Nhờ đó với lượng trung bình 26.000 m3 nướcthải mỗi ngày mà nhà máy thải ra đều được thu gom và xử lý qua hệ thống xử lý tậptrung theo cả hai phương pháp hóa lý và sinh học [17]

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Công nghệ sản xuất bột giấy, giấy và đặc tính của nước thải

1.1.1 Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính nước thải

Quá trình sản xuất bột giấy là quá trình biến đổi các nguyên liệu gỗ hoặc phi gỗthành xơ sợi, hay nói cách khác là phá vỡ các liên kết trong cấu trúc của nguyên liệu màthành phần chính của nó là xenlulozơ (40 – 45%), hemixenlulozơ (20 – 30%), là các hợpchất cao phân tử (polyme), được bao bọc xung quanh bởi lignin (20 – 30%) và các chấttrích ly (chất keo nhựa) (2 – 15%) Quá trình này có thể được thực hiện bằng phươngpháp cơ học, hoá học hoặc phối kết hợp giữa các phương pháp này Chất lượng bột thuđược phụ thuộc chủ yếu vào nguồn gốc, hay chủng loại nguyên liệu và công nghệ sảnxuất [23]

 Công nghệ sản xuất bột hóa

Trong sản xuất bột hóa, các dăm gỗ được nấu với những hóa chất thích hợp trongdung dịch ở nhiệt độ cao và áp suất cao Mục đích để tách lignin ra khỏi gỗ để thu hồicellulozơ và hemicellulozơ là những hợp chất chủ yếu tạo nên giấy mà không làm ảnhhưởng đến xơ sợi Thực tế, phương pháp này rất thành công trong việc loại lignin ra khỏibột giấy Tuy nhiên nó cũng làm giảm và phân hủy phần nào cellulozơ và hemicellulozơ.Tùy theo hóa chất được nấu mà người ta phân biệt ra các phương pháp: kiềm, sunfit vàsunfat Phần lignin còn sót lại sau khi nấu sẽ làm cho bột giấy có màu vàng hay nâu Vìthế phải rửa sạch và tẩy bột giấy để sử dụng làm giấy in và giấy viết có độ trắng cao Cáchóa chất sau nấu được thu hồi gần hết bằng biện pháp đốt, nên nước thải có hàm lượng

chất ô nhiễm vừa phải, xem Hình 1.1 Lignin trong dịch rửa được cô đặc và đốt để thu

hồi nhiệt

Sản phẩm giấy

Hìn

Sàng bột Lọc cát (làm sạch) Rửa bột

Bùn thải

h 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa và các dòng thải [20]

Bảng 1.1 Đặc tính nước thải công nghệ sản xuất bột hóa[20]

 Công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ

Phương pháp hóa nhiệt cơ – phương pháp sản xuất bột hiệu xuất cao – là phương pháp kết hợp giữa cơ, nhiệt và hóahọc Về cơ bản, dăm gỗ đầu tiên được làm mềm bằng biện pháp thẩm thấu hóa chất ở nhiệt độ ( trung bình thông thường

là 80 ÷ 900C) và thời gian thích hợp, sau đó được thực hiện bằng cơ học, thông thường là nghiền xem hình 1.2 Hiệu suấtbột thường nằm trong khoảng từ 75 – 85% do mức độ xử lý hóa chất nhẹ nhàng, nên hàm lượng lignin trong bột còn lạicao Khác với sản xuất bột hóa học, mức độ loại bỏ lignin gần như hoàn toàn, nên có hiệu xuất thu hồi bột thấp (< 50%).Đặc tính nước thải trước khi đưa vào xử lý được đưa ra trong bảng 1.2 dưới đây Nước thải có hàm lượng các chất ônhiễm cao hơn so với sản xuất bột hóa do không có biện pháp đốt thu hồi hóa chất nấu và lignin

Bảng 1.2 Đặc tính nước thải công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ

Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ

Làm sạchSấyĐóng kiệnXeo giấy

 Công nghệ sản xuất bột giấy tái chế

Bột giấy còn được sản xuất từ giấy loại đã qua sử dụng, tùy thuộc vào loại nguồn gốc nguyên liệu và yêu cầu sảnphẩm giấy cần phải sản xuất mà trong quy trình sản xuất bột tái chế được chia làm 02 loại:  Công nghệ tái chế nguyênliệu từ lề - hòm hộp cũ, bột sau khi tách loại tạp chất, phân loại xơ sợi bột giấy sẽ được sử dụng cho sản xuất giấy baogói, hòm hộp công nghiệp:  Công nghệ tái sinh các loại giấy văn hóa (giấy in báo, giấy in, giấy viết …) thường cóthêm công đoạn khử mực (bột DIP: De-Inking Pulp) Sau quá trình khử mực thường gồm có công đoạn tẩy trắng riêngbiệt, sử dụng hydro peoxit hoặc muối hydrosulphit Bột giấy sau tái chế thường có độ trắng nhất định tùy thuộc vàonguyên liệu đầu vào Bột giấy tái chế sẽ được sử dụng một phần cho quá trình sản xuất giấy in báo, giấy in, giấy viết,

giấy in tạp chí [21] Dưới đây là sơ đồ công nghệ của quá trình tái chế giấy Hình 1.3.

Nguyên liệu (Bìa carton, giấy loại văn phòng, báo loại…)

Đánh tơi thủy lực

Xử lý nhiệt

Làm sạch thô(Sàng thô- Lọc cát nồng độ cao)

Làm sạch tinh(Sàng – Lọc cát tinh)

Khử mực - Tẩy - Rửa

Nghiền

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy tái chế có khử mực [21]

Bảng 1.3 Bảng đặc tính nước thải giấy khử mực

Trong công nghệ sản xuất bột giấy tái chế có khử mực thì thành phần nước thải chủ yếu là mực in, chất độn (tronggiấy có khoảng 30% là chất độn như là: bột đá, tinh bột, keo AKD, chất trợ in…) và các kim loại nặng (có trong mực innhư chì …) Chính vì vậy mà lượng bùn sinh ra trong quá trình sản suất bột giấy khử mực là rất lớn [21].

1.1.2 Công nghệ sản xuất giấy (xeo giấy) và đặc tính nước thải

Nguyên tắc hoạt động

Đánh tơithủy lực

Nghiền, sàng,lọc cát

hình thành

Nước thải chứa sơ sợi, cát

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ xeo giấy [14]

Hiện nay, hầu hết các nhà máy sản xuất giấy đều sử dụng công nghệ gia keo kiềm tính thay thế cho công nghệ giakeo trong môi trường axít trước đây Máy xeo giấy sử dụng phổ biến là các loại máy xeo lưới dài và máy xeo lưới đôi vớicác hòm phun thủy lực có thể điều khiển chế độ dòng chảy của dòng bột theo chiều ngang của băng giấy

Sau khi có bột, giấy được sản xuất trên máy xeo giấy bao gồm các công đoạn: chuẩn bị bột (nghiền, sàng, làm sạch,

phối trộn với các phụ gia…), hình thành trên lưới, hộp, sấy, cuộn, thành phẩm giấy (xem Hình 1.4) Trước khi đưa vào

máy xeo, bột được nghiền nhỏ để làm đồng đều và mềm mại, sau đó bột được phối trộn với phụ gia như: bột đá, tinh bột,cationic, keo AKD và một số chất khác ở tỷ lệ nhất định rồi bơm lên hòm phun bột của máy xeo Từ đây bột được phunlên lưới hình thành tờ giấy ướt, sau đó được tách nước, sang hệ thống hộp sấy, gia keo bề mặt (có hoặc không) làm nhẵn

bề mặt rồi được chuyển sang bộ phận hộp quang, cuộn, cắt khổ và chuyển đến bộ phận bao gói và gia công [14, 20] Các

hóa chất thường sử dụng như sau: [17, 18]

 Nhóm keo: Là các chất có tác dụng gia keo trên bề mặt hoặc gia keo nội bộ tờ giấy nhằm làm tăng khả năng chống

thấm chất lỏng (nước) của giấy Ví dụ: keo nhựa thông, nhựa thông biến tính, nhựa thông phân tán, AKD, ASA…

 Nhóm chất độn: Là những chất trộn lẫn vào trong bột giấy, nó vừa có vai trò thay thế bớt lượng xơ sợi trong giấy

đồng thời tăng độ nhẵn, độ đục, độ đồng đều bề mặt Ví dụ: cao lanh, CaCO nghiền hoặc kết tủa…

Nước thải chứa

sơ sợi, chất phụ gia

 Nhóm phụ gia, phẩm màu: Là những chất cho vào hỗn hợp bột giấy làm cho giấy có chất lượng cao hơn, tăng một số

tính chất thẩm mỹ như màu, độ bóng láng, giảm giá thành sản phẩm Tỷ lệ của nhóm chất này chiếm một lượng nhỏtrong giấy Ví dụ: polyacrylamit, tinh bột cation, chất tăng trắng, chất khử bọt…

Trong một các công đoạn của quá trình xeo giấy tuy không thải ra môi trường các hoá chất độc hại nhưng lại thải ramôi trường một lượng lớn nước thải có chứa:

 Lượng đáng kể xơ xợi xelulozơ từ phần tách loại từ các công đoạn làm sạch cùng sơ sợi, sạn cát Thông thường, đểsản xuất 1 tấn giấy thì thải ra môi trường 50 – 150 kg xơ xợi

 Phần nước lọc ra từ thiết bị tách nước có chứa sơ sợi,bột đá và các chất phụ gia Đặc tính nước thải sản xuất giấy như

ở Bảng 1.4.

Bảng 1.4 Đặc tính nước thải của quá trình xeo giấy

1.2 Tình hình chung của thế giới và Việt nam về ô nhiễm môi trường do ngành sản xuất giấy gây ra

1.2.1 Đặc thù của ngành giấy thế giới và tình hình ô nhiễm môi trường

Do xu hướng phát triển chung của nền kinh tế trên thế giới, dẫn tới mức tiêu thụ giấy cũng tăng, công nghiệp giấyngày càng phát triển Hiện nay, bình quân thế giới hiện là: 54 Kg/người/năm Một số nước có nền sản xuất bột lớn như:Canada, Thụy điển, Phần lan, Mỹ, Braxin, công nghiệp giấy từ buổi đầu sơ khai là kết những cây cỏ lại với nhau thànhtấm, thì giờ đây đã được tự động hoá về mọi mặt, cả về công nghệ lẫn thiết bị, đã có hẳn những công ty lớn chuyên vềhoá chất ngành giấy Trên thế giới có rất nhiều nhà máy công suất 1 triệu tấn/năm với những dàn xeo khổ rộng 9 m, 12 mtốc độ 1700m/phút [9, 20]

Với thiết bị công nghệ hiện đại, chu trình sản xuất tuần hoàn khép kín Chính vì thế với các nhà máy sản xuất giấy

và bột giấy trên thế giới hiện nay lượng nước cung cấp cho sản xuất bột giấy và giấy đã giảm tới mức tối đa 7 – 15 m3

nước/1 tấn giấy và nhất là lượng hóa chất trong quá trình nấu bột được tuần hoàn khép kín không bị tổn thất ra ngoài

nhiều như các công nghệ lạc hậu, hơn nữa trong công đoạn xeo giấy nước trắng sinh ra được xử lý tuần hoàn lại, cho nêngiảm được lượng nước thải và các hóa chất trong quá trình xeo giấy.

Trên thế giới hiện nay không những sản xuất bột giấy và giấy từ gỗ mà công nghệ sản xuất bột giấy và giấy từ giấyphế liệu đã qua sử dụng cũng rất là phát triển, với mục đích nhằm thu hồi lại giấy đã qua sử dụng đồng thời cũng làm

giảm quá trình khai thác nguồn nguyên liệu từ thiên nhiên (như gỗ, nước, điện, than, hóa chất…) xem Bảng 1.5.

Bảng 1.5 Tình hình tái sử dụng và thu gom giấy phế liệu của một số nước điển hình trên thế giới [13]

% Thu gom

494365714462263043

Đài LoanHàn Quốc

Hà LanÚcNhật BảnUSAThụy ĐiểnPhần LanCanada

907561585340185

58756548544558 42

Với đặc thù ngành sản xuất giấy trên thế giới của các nước phát triển là sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên, tiếtkiệm năng lượng, nước sạch và phát thải ít, nên lượng nước thải thải ra môi trường không bị ô nhiễm nặng nề như cácnước đang phát triển Và một điều quan trọng là họ đã có những ứng dụng công nghệ hiện đại và điều kiện để xây dựng,vận hành hệ thống xử lý nước thải hiệu quả [13].

1.2.2 Đặc thù của ngành giấy Việt Nam và tình hình ô nhiễm môi trường

Hiện nay, các nước phát triển có mức sử dụng giấy tính theo đầu người là 200 – 300kg/năm, các nước Đông Nam ácũng đạt 30 – 100 kg/năm Trung bình những năm qua, nước ta nhập khoảng trên dưới 100 ngàn tấn giấy các loại mỗinăm Tính về số giấy sản xuất trong nước thì Việt Nam mỗi năm tiêu thụ gần 300 ngàn tấn, tính theo đầu người đạt xấp

xỉ 4kg/năm Đây là chỉ số rất quan trọng trong việc đánh giá mức độ phát triển văn hóa Theo chỉ số này Việt Nam đứngcuối cùng trong khu vực và thuộc loại thấp nhất thế giới [21]

Ở Việt Nam công nghiệp giấy còn rất nhỏ bé Năng lực sản xuất bột giấy đạt khoảng 150 – 170 ngàn tấn/năm,năng suất thiết kế của các cơ sơ sản xuất giấy vào khoảng 250 ngàn tấn/năm Trong những năm gần đây sản lượng giấytrong nước đạt khoảng 200 – 250 ngàn tấn/năm, trong đó bột giấy khoảng 120 – 150 ngàn tấn Lượng bột giấy thiếu hụtđược bù đắp bằng việc xử lý giấy cũ và bột nhập khẩu

Về sản phẩm, ngành đã sản xuất được các loại giấy chủ yếu là: giấy in báo, giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh, sinhhoạt, giấy bao bì, giấy vàng mã nội địa và xuất khẩu Chất lượng giấy nói chung chỉ đạt mức trung bình hoặc dưới trung

bình so với khu vực và trên thế giới Những loại giấy khác (giấy bao bì chất lượng cao, giấy kỹ thuật như: các loại giấylọc, giấy cách điện,…) được nhập khẩu

Đặc điểm nổi bật của ngành giấy Việt Nam là rất phân tán Với tổng sản lượng (trên 200 ngàn tấn/năm) tươngđương một xí nghiệp trung bình ở các nước phát triển, ngành giấy Việt Nam có tới khoảng 100 cơ sở sản xuất Qui mô

vô cùng đa dạng và phân bố khắp ba miền Bắc, Trung, Nam Ngoài ba cơ sở Bãi Bằng, Tân Mai, Đồng Nai có qui môsản xuất trên 10 ngàn tấn/năm đến 50 ngàn tấn/năm, các cơ sở còn lại có qui mô rất nhỏ, từ vài trăm tấn đến 5000 – 7000tấn/năm [17, 18]

Về nguyên liệu, ngành sản xuất giấy Việt Nam sử dụng hai loại nguyên liệu chủ yếu là tre nứa và gỗ lá rộng mọcnhanh (bồ đề, mỡ, keo, bạch đàn…) Một vài cơ sở sử dụng bã mía nhưng không đáng kể Để sản xuất khoảng 130 – 150ngàn tấn bột giấy một năm như hiện nay, ngành giấy sử dụng khoảng 700 ngàn tấn nguyên liệu qui chuẩn (độ ẩm 50%).Nếu tính sinh khối rừng nguyên liệu tăng trưởng mỗi năm khoảng 12 ÷ 15 tấn/ha và sản lượng rừng nguyên liệu giấy đến

kỳ khai thác của Việt Nam dưới 100 tấn/ha, thì diện tích rừng bị khai thác cho ngành giấy không phải nhỏ

Lượng giấy cũ sử dụng để tái sinh trong sản xuất ở nước ta còn thấp, tuy chưa có thống kê chính xác nhưng đượcđánh giá khoảng 10 – 15% so với tổng lượng bột giấy sử dụng Đó là con số quá khiêm tốn vì ở nhiều nước trên thế giớichỉ số này đạt trên dưới 50% Nhiều vùng trong khu vực (Hàn Quốc, Đài Loan) nhập khẩu rất nhiều giấy cũ để chế biến

và tái sử dụng rất có hiệu quả vì vừa không phải khai thác rừng tự nhiên, lại vừa không phải tổ chức sản xuất bột giấyvừa tốn kém, vừa ô nhiễm môi trường

Về công nghệ, ngành giấy Việt Nam còn lạc hậu và ở trình độ rất thấp Sản xuất bột giấy là khâu có ảnh hưởngmạnh nhất tới môi trường

Bột giấy ở nước ta được sản xuất chủ yếu ở Bãi Bằng bằng phương pháp nấu sunfat (sản xuất bột hóa học) Công tygiấy Bãi Bằng có sản lượng bột giấy chiếm 20 – 30% sản lượng bột giấy toàn ngành Bột giấy ở đây được nấu từ gỗ bồ

đề, mỡ, bạch đàn, keo,… (khoảng 50%) và tre nứa (khoảng 50%), theo phương pháp sunphat (dịch nấu là hỗn hợp cácdung dịch NaOH và Na2S) Dịch đen sau nấu, rửa, tẩy bột giấy được cô đặc và đốt (không phải nơi nào cũng xử lý nhưvậy, có nơi thải trực tiếp ra nguồn nước) Khoảng 55% sinh khối nguyên liệu hòa tan vào dịch đen biến thành CO2 khiđốt Hóa chất nấu được bổ sung ở dạng sunphat natri (nên gọi là phương pháp sunphat) và được thu hồi để dùng lại Bởivậy, ô nhiễm sinh ra ở khu này chủ yếu là khí có mùi, chất hữu cơ, hóa chất kiềm tính rò rỉ và khói lò đốt thu hồi [2].Công đoạn sản xuất giấy bao gồm nghiền bột, pha chế với các chất phụ gia, xeo giấy và hoàn thiện sản phẩm Cácchất ô nhiễm phát sinh và ở công đoạn này không lớn vì nước sản xuất được quay vòng sử dụng theo chu trình khép kín,nước thải chỉ đem theo một lượng nhỏ hóa chất không độc hại, có pH thường là 5.5 – 6.0, và một tỷ lệ rất nhỏ sơ sợi vụn,ngắn thoát qua lưới xeo Việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong sử dụng quay vòng nước trắng (nước trongchu trình) như sử dụng chất tuyển nổi thu hồi xơ sợi và chất phụ gia, tận thu xơ sợi trên tuyến nước thải như ở công tygiấy Bãi Bằng đã làm giảm đáng kể tình trạng ô nhiễm môi trường

Tuy nhiên, điều đáng nói là ngoài công ty giấy Bãi Bằng có thiết kế công nghệ và trang thiết bị khá hoàn chỉnh,nhưng nhiều xí nghiệp giấy khác sản xuất theo phương pháp công nghệ rất “không môi trường” Đó là công nghệ nấu bộtgiấy từ những loại nguyên liệu khác nhau bằng dung dịch xút (NaOH) ở nhiệt độ cao (130 – 1700C), không có thu hồi

hóa chất Toàn bộ dịch đen sau nấu (hỗn hợp của các hóa chất và các thành phần nguyên liệu đã hòa tan) được thải ramôi trường Các xí nghiệp sản xuất giấy theo công nghệ như vậy có nước thải với hàm lượng BOD5 và COD rất cao,vượt xa tiêu chuẩn cho phép [2] Tổng lượng nước thải và giá trị ô nhiễm cho một tấn giấy ở Việt Nam được trình bày

Nhìn chung, có thế thấy đặc thù của ngành giấy được mô tả như sau [15]:

- Thiết bị cũ và lạc hậu chiếm hần hết ở các đơn vị nhỏ và vừa (chiếm hơn 98% số lượng đơn vị và 66% năng lực sảnxuất, công nghệ cũ gây ô nhiễm cao)

- Chi phí vốn đầu tư lớn (1800 USD/1 tấn giấy từ cây nguyên liệu và 1000÷1200 USD/1tấn giấy từ bột giấy)

- Thu hồi vốn chậm, lợi nhuận thấp, rủi ro lớn

- Chi phí xử lý chất thải cao, chiếm 20÷25% tổng chi phí đầu tư

- Chu kỳ kinh doanh trồng cây nguyên liệu dài, thường 7÷9 năm với cây nguyên liệu sợi ngắn, 15÷20 năm với câynguyên liệu sợi dài Như vậy, đầu tư trồng cây nguyên liệu cũng cần nhiều vốn và chứa nhiều rủi ro, …

1.3 Xử lý nước thải của quá trình sản xuất giấy

Hiện nay, hệ thống xử lý nước thải ở các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy gồm hai phần: xử lý nội vi và xử lýngoại vi Xử lý nội vi thực chất là quá trình xử lý nước thải ra tuần hoàn trở lại để sản xuất bột và giấy, đặc biệt từ “nướctrắng” dư thừa có thể xử lý tuần hoàn tái sử dụng triệt để Nước thải trong quá trình sản xuất bột giấy và giấy khi ra khỏiphân xưởng gồm hai nguồn chính [14]:

- Nguồn nước thải từ công đoạn sản xuất bột giấy: Thành phần chính trong nước thải là lignin, xút, clo, các chất keo

nhựa cây…

- Nguồn nước thải từ công đoạn xeo giấy: Thành phần trong nước thải gồm nước thải rơi rớt, nước trắng dư thừa, nước

vệ sinh, nước ở bơm chân không, nước phun rửa chăn lưới xeo, nước làm mát, sơ sợi mịn, bột đá…

Nước thải trong quá trình sản xuất bột giấy và giấy chứa nhiều các chất rắn lơ lửng, lignin, hóa chất tẩy trắng bột,chất phụ gia và các chất hữu cơ hòa tan Tiêu chuẩn về nước thải trong sản xuất bột giấy và giấy ở Việt Nam được thựchiện theo QCVN 12 : 2008/BTNMT cho nhà máy bột giấy và giấy và QCVN 40 : 2011/BTNMT cho nhà máy côngnghiệp

Hệ thống xử lý nước thải hiện đại áp dụng cho nhà máy bột giấy và giấy bao gồm nhiều cấp, tùy theo yêu cầu chấtlượng nước thải, nguồn tiếp nhận của các nước khác nhau mà hệ thống xử lý nước thải khác nhau Tuy nhiên, hệ thống

xử lý nước thải thông thường cho nhà máy bột giấy và giấy sẽ bao gồm các công đoạn sau: Tiền xử lý, xử lý cấp I, xử lýcấp II và xử lý cấp III Sự giảm ô nhiễm đạt được phụ thuộc vào chất lượng nguồn nước thải và công nghệ,thiết bị của hệ

thống xử lý Tỷ lệ giảm các thông số ô nhiễm của một số thiết bị và hệ thống trong các công đoạn xử lý được chỉ ra ở tàiliệu tham khảo [20, 21].

1.3.1 Tiền xử lý

Đây là quá trình xử lý hoàn toàn bằng vật lý Nước thải được thu gom và qua hệ thống sang để giữ lại các chất rắn

có kích thước lớn rồi tập trung ở bể thu gom nước thải Đây là bước xử lý sơ bộ, mục đích của quá trình này là khử tất cảcác tạp chất, vật thể có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải Từ bể thu gom, nước thải sẽđược bơm lên hệ thống sàng hoặc lưới lọc để thu hồi sơ sợi có trong nước thải Nước sau khi sàng, lọc sẽ được đưa sang

bể chứa trung gian hoặc bể cân bằng trước khi đưa sang xử lý cấp I

1.3.2 Xử lý sơ cấp (xử lý cấp I)

Quá trình xử lý cấp I là quá trình tách loại các chất lơ lửng có trong nước thải Tuy nhiên, ở tuyển nổi bằng vi khí,tùy theo công nghệ áp dụng có thể làm giảm chỉ số COD của nước thải (45% ÷ 75%) Có nhiều phương pháp xử lý lý –hóa có thể áp dụng, nhưng thông dụng hơn cả là phương pháp lắng và phương pháp tuyển nổi, hoặc kết hợp cả phươngpháp lắng và phương pháp tuyển nổi

Trong phương pháp lắng, các chất rắn sẽ lắng xuống nhờ trọng lực Một trong những thông số quan trọng củaphương pháp lắng là tải trọng bề mặt (đó chính là lưu lượng trên một đơn vị bề mặt lắng theo thời gian (giờ)) Bể lắngthông thường có chiều cao khoảng 3 ÷ 5 m và thời gian lưu khoảng 6 ÷ 12 giờ Đường kính của bể lắng hình tròn khôngnên lớn hơn 50 m và chiều rộng của bể lắng hình chữ nhật không nên lớn hơn 30 m, thì khi đó nguy cơ bị xáo trộn do gió

và phá vỡ dòng chảy Để tăng cường hiệu quả lắng, các chất keo tụ và tạo bông được bổ sung, các chất rắn lắng xuốngtạo thành bùn và được lấy ra bằng các thiết bị nạo bùn hoặc bằng các bơm hút

Trong phương pháp tuyển nổi, một lượng lớn bọt khí được đưa vào nước thải Các bọt khí nhờ sức căng bề mặt hútdính các chất huyền phù rắn (SS), tạo nên các khối có tỷ trọng nhỏ hơn nước, nhờ vậy khối chất này nổi lên trên mặt

nước và được tách đi Mặt khác, bọt khí cung cấp oxy cho các chất ô nhiễm hòa tan trong nước thải (COD, BOD), thựchiện quá trình ion hóa Kết quả là lượng TSS,COD và BOD giảm.

Quá trình xử lý cấp I bằng phương pháp tuyển nổi có năm yếu tố quan trọng đó là: Kích thước bọt khí, lượng oxykhuếch tán vào nước của bọt khí, tốc độ chuyển động của nước, diện tích bề mặt và chiều cao của bể tuyển nổi

Tùy thuộc vào công nghệ và thiết bị tuyển nổi có thể giảm TSS tới 99,8% và giảm COD, BOD tới 45% ÷ 73%.Trong phương pháp kết hợp lắng và tuyển nổi, các chất keo tụ, tạo bông và bọt khí được đưa vào bể xử lý Bọt khíthường lớn hơn, có tác dụng làm vật mang chất rắn lơ lửng lên trên mặt nước và cung cấp oxy cho nước trong bể Ởphương pháp này, bùn nổi được cơ cấu hút bùn lấy đi chuyển vào bể chứa bùn, còn bùn chìm dưới đáy được các thiết bịnạo vét bùn lấy đi đưa vào bể chứa

1.3.3 Xử lý sinh hóa (xử lý cấp II)

Trong quá trình xử lý cấp II, các vi sinh vật tự nhiên dùng chất hữu cơ trong nước thải để làm thức ăn sinh trưởng

và tạo ra tế bào mới (oxy hóa các chất hữu cơ, tổng hợp tế bào mới, phân hủy nội bào) Một số vi sinh vật bị tách ra dướidạng bùn Quá trình này có thể là hiếu khí hoặc kỵ khí hoặc xử lý kỵ khí tiếp nối xử lý hiếu khí vì cả hai cách xử lý này

bổ sung cho nhau Hoạt động sinh học phụ thuộc vào các thông số như loại tạp chất hữu cơ, hàm lượng chất dinh dưỡng,nhiệt độ, pH và sự có mặt của các chất độc hại với vi sinh vật

Quá trình xử lý cấp II có thể được cải thiện bằng việc bổ sung các chất dinh dưỡng các nguyên tố photpho (P) vànitơ (N) được cho vào để tăng hoạt tính của vi khuẩn ở dạng các hợp chất amoni photphat, amoni nitrat, ure, axitphotphoric, phân đạm Bổ sung vi khuẩn như các vi sinh vật tạo bông Thường các hệ thống hiếu khí và kỵ khí hoạt động

ở khoảng nhiệt độ 20 ÷ 400C vì ở nhiệt độ cao hơn thì khả năng lắng của bùn kém

1.3.4 Xử lý cấp III

Tùy theo yêu cầu chất lượng nước thải đầu ra mà trong hệ thống xử lý nước thải có thể bố trí quá trình xử lý cấp IIInhư hấp phụ bằng than hoạt tính, siêu lọc, ozon hóa, fenton hóa, kết tủa hóa học… để loại bỏ hầu như hoàn toàn BOD,COD và khử màu, khử mùi để đưa nước có thể quay lại tái sử dụng.

1.4 Xử lý nước thải ngành giấy bằng phương pháp xử lý sinh học

Xử lý nước thải sản xuất bột giấy và giấy bằng phương pháp sinh học dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động sống của visinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải

Nguyên tắc của phương pháp xử lý sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡnghoại sinh có trong nước thải Một số loại virut cũng tồn tại trong các hệ thống xử lý nước thải, nhưng chúng hoàn toànkhông tham gia vào quá trình loại bỏ các chất hữu cơ và làm sạch môi trường Qua quá trình hoạt động của các vi sinhvật, các chất hữu cơ ô nhiễm được khoáng hóa trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản (như H2S hay CO2) vànước [16]

Để có thể áp dụng kỹ thuật sinh học một cách hiệu quả, nước thải phải có tỷ lệ BOD/COD tối thiểu là 0.4, thậm chígiá trị tối thiểu trên có thể lên tới 0.5 [19] Nước thải từ các nhà máy giấy có chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ hòatan, có thể phân hủy bằng con đường sinh học nên việc lựa chọn các kỹ thuật sinh học để xử lý nước thải nhà máy giấy

đã được nhiều nhà khoa học quan tâm

Thông thường nước thải của ngành công nghiệp giấy rất đa dạng về thành phần, việc áp dụng các kỹ thuật sinh học

vì thế khó có thể sử các chủng vi sinh vật đơn lẻ để xử lý mà thường dùng một hệ vi sinh vật Các kỹ thuật sinh học để xử

lý nước thải công nghiệp giấy và bột giấy đã được phát triển từ khá lâu và đây là phương pháp cho hiệu quả xử lý khá tốt.Người ta thường chia các phương pháp xử lý sinh học thành sinh học hiếu khí và sinh học yếm (kị) khí tùy thuộc vào đặcđiểm sinh trưởng và phát triển của các loại vi sinh vật trong hệ thống.

1.4.1 Phương pháp xử lý sinh học kỵ khí

Xử lý sinh học kỵ khí là quá trình xử lý không có oxy, sự phân hủy các chất hữu cơ hòa tan sẽ tạo ra khí CH4, và

CO2 Khí CH4 sinh ra có thể được đốt để sinh hơi cho xử lý bùn hoặc đốt trong nồi hơi So với xử lý hiếu khí, nhu cầuchất dinh dưỡng của xử lý kỵ khí thấp hơn, lượng bùn sinh ra cũng thấp hơn, dẫn đến việc giảm chi phí xử lý bùn thải.Lượng bùn thải trong quá trình xử lý kỵ khí còn được giảm thấp nếu giảm nồng độ phốtphát trong nước thải Lượng bùn

kỵ khí này dễ ổn định hơn và quá trình khử nước thực hiện cũng dễ hơn so với bùn hiếu khí [15]

Yêu cầu về dinh dưỡng (N, P) của hệ thống xử lý kỵ khí thấp hơn hệ thống xử lý hiếu khí do sự tăng trưởng và sinhsản của vi sinh vật kỵ khí thấp hơn vi sinh vật hiếu khí Chính vì vậy mà hệ thống xử lý kỵ khí có những ưu điểm sau:

- Có khả năng chịu được tải trọng cao: Những hệ thống kỵ khí hiện nay có thể xử lý với hiệu suất từ 85 – 90% COD với tảitrọng hữu cơ đầu vào khoảng 30g COD/lít/ngày ở 300C và 50g COD/lít/ngày ở nhiệt độ 400C với nước thải với nồng độchất hữu cơ trung bình Đối với những nước thải có thành phần phức tạp khác (không tan, khó phân huỷ sinh học, có độctính v.v.), tải trọng hữu cơ có thể giảm hơn nhưng vẫn cao hơn nhiều so với hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí [19]

- Một ưu điểm khác của hệ thống kị khí là bùn kỵ khí có thể bảo quản trong một thời gian dài (hơn 1 năm) mà không cầnnuôi dưỡng bằng dưỡng chất Hoạt tính của bùn vẫn giữ nguyên khi bùn được giữ ở nhiệt độ nhỏ hơn 15oC Do đó, có thể

sử dụng lượng bùn dư của hệ thống này làm nhân cho hệ thống khác và giảm thời gian vận hành hệ thống

- Vốn đầu tư để xây dựng hệ thống xử lý kỵ khí không nhiều, diện tích sử dụng cho hệ thống nhỏ, và thời gian sử dụng dàihơn hệ thống hiếu khí là những ưu điểm nổi bật của hệ thống kỵ khí.

Bên cạnh những ưu điểm, hệ thống xử lý kỵ khí còn một số nhược điểm như sau: Vi khuẩn tạo khí mêtan có độnhạy cao với một số chất hóa học nhất định, ví dụ những chất hydrocarbon có nguồn gốc halogen, một số hợp chất hữu

cơ có Nitơ, CN- và ion tự do của kim loại nặng Trong một số trường hợp những chất này biểu thị độc tính, hoặc làm cảntrở sự sinh trưởng, phát triển của những vi khuẩn tạo khí mêtan Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy rằngnhững vi khuẩn kỵ khí có thể thích nghi một số chất hóa học và có thể phân hủy chúng

Khi xử lý nước thải có hợp chất chứa sunfua, quá trình xử lý kỵ khí thường tạo thành khí H2S với mùi hôi khó chịu.Lượng khí này có thể thải ra môi trường cùng dòng thải với những hệ thống xử lý kị khí có thiết kế chưa đạt Đối vớinhững hệ thống xử lý kỵ khí hoàn chỉnh, luôn kèm theo hệ thống thu hồi khí sinh học, và xử lý khí H2S trong dòng thải Hầu hết tất cả các dạng nước thải công nghiệp, với nồng độ chất độc hại không quá cao, thì hệ thống xử lý kỵ khíđều có thể sử dụng để xử lý Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng hệ thống kỵ khí có thể hoạt động tốt trong điềukiện nước thải có nồng độ rất thấp (COD < 100 mg/L), ngay ở cả những nhiệt độ rất thấp (psychrophilic) (<40C) hay ởđiều kiện nhiệt độ cao (thermophilic), với nhiều loại nước thải khác nhau như nước thải giấy, nước thải dệt nhuộm, nướcthải cao su v.v…

Hệ thống xử lý kỵ khí còn được áp dụng để xử lý bùn (ví dụ như bùn cống rãnh và phân vật nuôi): Quá trình phânhủy kỵ khí đã áp dụng để ổn định bùn cống rãnh, phân vật nuôi và sản sinh năng lượng

Nguyên lý chung đối với xử lý sinh học kỵ khí người ta sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí để phân giải các hợp chấthữu cơ trong điều kiện kỵ khí Vi sinh vật sử dụng theo nguyên lý này cũng có thể sử dụng dưới dạng sinh trưởng lơ lửnghoặc sinh trưởng bám dính [19] Quá trình phân giải kỵ khí bao gồm hai giai đoạn:

- Giai đoạn thuỷ phân: Các vi sinh vật tiết ra các enzym thuỷ phân để phân hủy các hydratcacbon thành đường đơn, proteinthành albumozơ, pepton, peptit, axitamin, còn chất béo thành glyxerin và các axit béo

- Giai đoạn tạo khí: Sản phẩm thuỷ phân sẽ tiếp tục bị phân giải tạo thành sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp chủ yếu là CO2

và CH4 Ngoài ra còn có N2, H2S và muối khoáng

Quá trình phân huỷ kị khí cuối cùng tạo ra một hỗn hợp khí CH4, CO2, N2, H2 Trong đó có tới 65% là CH4 (khímêtan) vì vậy, quá trình này còn được gọi là lên men metan [2] Các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình lên men metan là:

- Nhiệt độ tối ưu của quần thể vi sinh vật sinh metan từ 35 – 550C Dưới 100C vi sinh vật metan hầu như không hoạt động

- pH môi trường: pH tối ưu là 6.4 – 7.5

Một số hệ thống công nghệ mới trong xử lý vi sinh kị khí như:

 Hệ thống xử lý kỵ khí tốc độ cao:

Từ khi hình thành, hệ thống xử lý kỵ khí đã có nhiều dạng khác nhau như lọc kỵ khí với dòng nước thải đi từ dướilên (Upflow Anaerobic Filter-UAF), hệ thống màng lọc cố định với dòng từ trên xuống (Dowflow Stationary Fixed Film-DSFF), hệ thống xử lý kỵ khí với dòng hướng lên qua một lớp bùn (Upflow Anaerobic Sludge Bed- UASB), hệ thống sử

dụng lớp bùn động (Anaerobic Fluidized Bed- AFB) v.v… Tuy có nhiều ưu điểm, nhưng những hệ thống xử lý kỵ khínày vẫn liên tục cải tiến để giảm thời gian lưu nước trong hệ thống và gia tăng tốc độ xử lý Vào năm 1983, hệ thống xử

lý tốc độ cao với lớp bùn hạt mở rộng (Expanded Granular Sludge Bed- EGSB) được hình thành bởi giáo sư Lettinga vàcác cộng sự của ông Lý do để hệ thống xử lý kỵ khí tốc độ cao được nghiên cứu và áp dụng trong thực tế là [15]:

 Giảm được vốn đầu tư khi xây dựng hệ thống: Với tốc độ xử lý cao sẽ làm giảm kích thước của công trình khi phải

xử lý một lưu lượng thải nhất định;

 Giảm diện tích để xây dựng của hệ thống, phù hợp với những nhà máy có mặt bằng nhỏ;

 Hệ thống có độ ổn định cao ngay cả với những điều kiện hoạt động không thuận lợi

 Hệ thống xử lý kỵ khí với dòng hướng lên qua một lớp bùn (Upflow Anaerobic Sludge Bed- UASB) [15]:

Bể có cấu tạo 2 ngăn: Ngăn lắng và ngăn lên men Trong bể diễn ra hai quá trình: lọc trong nước thải qua tầng cặn

lơ lửng và lên men lượng cặn giữ lại Nhờ các vi sinh vật có trong bùn hoạt tính mà các chất bẩn trong nước thải đi từdưới lên, xuyên qua lớp bùn bị phân hủy Trong bể, các vi sinh vật liên kết nhau lại và hình thành các hạt bùn lớn đủnặng để không bị rửa trôi ra khỏi thiết bị Bùn được xả ra khỏi bể UASB từ 3 – 5 năm/lần nếu nước thải đưa vào qua bểlắng hoặc 3 – 6 tháng/lần nếu nước thải đưa vào xử lý trực tiếp Bể được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chấthữu cơ cao

Ưu điểm: Chi phí đầu tư, vận hành thấp, lượng hóa chất cần bổ sung ít, không đòi hỏi cấp khí, đỡ tốn năng lượng,

có thể thu hồi, tái sử dụng năng lượng từ biogas, lượng bùn sinh ra ít, cho phép vận hành với tải lượng hữu cơ cao, giảmdiện tích công trình

Nhược điểm: Giai đoạn khởi động kéo dài, dễ bị sốc tải khi chất lượng nước vào biến động, bị ảnh hưởng bởi các

chất độc hại, khó phục hồi sau thời gian ngừng hoạt động

1.4.2 Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí

Trong các bể xử lý sinh học theo nguyên lý xử lý sinh học hiếu khí các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hang đầu vì

nó chịu trách nhiệm phân hủy các hợp chất hữu cơ hòa tan, các chất keo, và phân tán nhỏ trong nước thải Trong các bểbùn hoạt tính một phần chất thải hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chấthữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới, nên để đảm bảo cho hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxi liên tục vàduy trì nhiệt độ trong khoảng 20 – 400C [35] Nhóm vi sinh vật hiếu khí có thể sử dụng dưới dạng sinh trưởng lơ lửng

hoặc sinh trưởng bám dính và thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia,

Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrát hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter Ngoài ra còn có cácloại

hình sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix và Geotrichum Ngoài các vi khuẩn các vi sinh vật khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính Ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh[16].

Quá trình phân huỷ hiếu khí hay chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong bể xử lý nước thải gồm 3 giai đoạn chủyếu sau:

- Giai đoạn 1: Oxi hoá các chất hữu cơ

Ở giai đoạn này nếu hợp chất hữu cơ có chứa nitơ như protein thì oxi sẽ phân huỷ hợp chất hữu cơ chứa nitơ và giảiphóng NH3 hay NH4+ là nguồn dinh dưỡng được vi sinh vật sử dụng trực tiếp cho xây dựng tế bào, một lượng nhỏ được

vi khuẩn Nitromonas chuyển thành nitrit (NO2-) và từ nitrit chuyển thành nitrat nhờ vi khuẩn Nitrobacter Để chuyển

thành nitơ phân tử thì cần điều kiện thiếu khí vì vi khuẩn phản nitrat hóa cần điều kiện hiếu khí thấp

- Giai đoạn 2: (Tổng hợp xây dựng tế bào) Giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số

lượng Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường

- Giai đoạn 3: (Tự phân huỷ chất liệu tế bào) Trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn số lượng vi

khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh Giai đoạn này có thể do các loài có kích thườc khảkiến hoặc là đặc điểm của môi trường

Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu dùng trong công nghệ hồ sục khí, bùn hoạttính Còn xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng bám dính sử dụng trong các giá thể cố định hoặc lơ lửng tronglọc sinh học [16] Một số ứng dụng xử lý sinh học hiếu khí điển hình cho xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt như:

- Hồ ổn định là hồ chứa nước thải với lớp trên làm việc như hồ oxy hóa tự nhiên và phần dưới là hồ kỵ khí tự nhiên.Khả năng xử lý của hồ rất hạn chế, diện tích của hồ lớn, quá trình làm việc của hồ có thể gây ra mùi hôi thối và rấtnhạy cảm với nhiệt độ môi trường do vậy ngày nay loại hồ này hầu như không được sử dụng.

- Hồ sục khí là một hồ hoặc một bể nông có các thiết bị thông khí Do đó chi phí năng lượng cho quá trình vận hànhchiếm tới 50% Hiệu xuất truyền oxy là yếu tố quan trọng khi tính toán hệ thống này Thiết bị cung cấp khí chophương pháp sục khí về mặt cung cấp bọt khí thô, còn phương pháp sục khí dưới đáy cung cấp bọt khí tính do vậyhiệu quả xử lý cao hơn phương pháp sục khí bề mặt Nên ngày nay thường sử dụng phương pháp sục khí dưới đáy

- Bể Aeroten là một bể phản ứng sinh học hiếu khí hình tròn hoặc hình chữ nhật Thông dụng nhất hiện nay là cácaeroten hình khối chữ nhật Nước thải chảy suốt qua chiều dài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cườnglượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất hữu cơ có trong nước Phần chính của sinh khối tuần hoàn lại

để sục khí để duy trì khối vi khuẩn và cũng nhằm đạt tuổi bùn tối ưu, phần còn lại được tách ra dưới dạng bùn thừa tỷ

lệ với lượng bùn mới sinh ra Các chất ô nhiễm có trong nước thải có thể được xử lý đến 80 ÷ 95%, thời gian xử lýhiếu khí từ 15 ÷ 20 giờ Mật độ vi sinh khoảng 1.000 ÷ 1.500 mg/l

- Công nghệ MBR (Membrane Bioreactor) [10]: Dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hóacác chất hữu cơ bẩn có trong nước thải Các màng sinh học là tập hợp các vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí và kỵ khí tùytiện Các vi khuẩn hiếu khí được tập trung ở lớp ngoài cùng của màng sinh học Ở đây chúng phát triển và gắn với giámang là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng bám dính) Các chất ô nhiễm có trong nướcthải có thể được xử lý đến 80 ÷ 95%, thường thời gian xử lý hiếu khí từ 6 ÷12 giờ Mật độ vi sinh khoảng 2.500 ÷3.000 mg/lít

- Công nghệ MBBR (Moving Bed BioReactor) [15] là công nghệ bùn hoạt tính áp dụng kỹ thuật vi sinh dính bám trênlớp vật liệu mang di chuyển Mật độ vi sinh (MLVSS) trong bể xử lý MBBR cao hơn so với kỹ thuật bùn hoạt tínhphân tán Công nghệ MBBR là bước tiến lớn của kỹ thuật xử lý nước thải Giá thể này có dạng cầu với diện tích tiếpxúc khoảng 350 ÷ 400 m2/m3 Nhờ vậy sự trao đổi chất, nitrat hóa diễn ra nhanh nhờ vào mật độ vi sinh lớp tập trungtrong giá thể lưu động Vi sinh được lưu động khắp nơi trong bể, lúc lên, lúc xuống, lúc sang trái, lúc sang phải trong

“thể tích bể” giá thể lưu động Lượng khí cấp cho quá trình xử lý hiếu khí đủ để làm giá thể lưu động

Công nghệ MBBR là công nghệ mới nhất hiện nay trong lĩnh vực xử lý nước thải vì tiết kiệm được diện tích vàhiệu quả xử lý cao Vật liệu làm giá thể có tỷ trọng nhỏ hơn nước, đảm bảo điều kiện lơ lửng được Các giá thể này luônchuyển động không ngừng trong toàn thể tích bể nhờ các thiết bị sục khí và thiết bị khuấy Qua đó, mật độ vi sinh ngàycàng gia tăng, hiệu quả xử lý ngày càng cao [19]

1.5 Vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải

1.5.1 Giới thiệu chung về vi sinh vật

Vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy, bột giấy và nước thải chứa lignin và các hợpchất lignin (dưới đây gọi tắt là nước thải công nghiệp giấy – nước thải CNG) rất phong phú Sử dụng kỹ thuật nấm men

có thể làm mất màu lignin trong dịch đen; tuy nhiên kỹ thuật này hiện nay vẫn chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm.Hiện nay, để vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải CNG người ta thường sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp với các kỹthuật sau đây (sau khi đã áp dụng một số kỹ thuật hóa lý và hóa học) [16]:

 Hồ oxy hóa hoặc tùy tiện;

 Hồ làm thoáng;

 Bùn hoạt tính;

 Các kỹ thuật yếm khí, điển hình là kỹ thuật UASB

Các hệ sinh học ứng dụng trong xử lý nước thải của ngành công nghiệp giấy và bột giấy là dựa trên hoạt động củacác nhóm vi khuẩn phân giải xenlulo, phân giải xilan, phân giải lignin, phân giải tinh bột,

 Phân giải xenlulozơ

Hệ vi sinh vật phân giải xenlulose khá phong phú Nấm, xạ khuẩn và vi khuẩn đều có khả năng phân giải xenlulozơ

Fusarium moniliforme Thermomonospora fusca Pseudomonas fluorescens

- Phân giải lignin

Trong gỗ, lignin chiếm khoảng 20 – 30%; đây là một thành phần tương đối khó phân hủy bằng phương pháp sinhhọc Từ lâu, người ta đã nghiên cứu phân hủy lignin bằng con đường sinh học nhưng mãi tới cuối những năm 1970 mớithu được những tiến bộ đáng kể Những hiểu biết cho đến nay thấy rằng sự phân hủy lignin nhanh nhất và phổ biến nhất

trong tự nhiên là các loại nấm Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Actinomices, Streptomyces có thể phân hủy lignin ở các loài

gỗ Các loại nấm phân hủy hầu hết các thành phần của gỗ, kể cả lignin được chia thành 3 nhóm: Nấm mục trắng rot fungi), nấm mục nâu (brow-rot fungi) và nấm mục mềm (soft-rot fungi) trong đó nấm mục trắng (chủ yếu là

(whitw-Basidiomycetes và một số Ascomycetes) là nhóm phân hủy lignin hữu hiệu nhất [16]

Một đặc điểm của nước thải nhà máy giấy và bột giấy, đặc biệt là nước thải công đoạn nấu, rửa bột là pH rất kiềm(hoặc rất axit), nên mật độ vi sinh vật có trong nước thải là rất thấp Để tăng mật độ vi sinh vật ban đầu, rút ngắn thời