Nghiên cứu điều chế chất keo tụ pac (polyaluminium chloride) từ nguồn nhôm phế liệu ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp

Tính cấp thiết của đề tài: Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp ở Việt Nam nói chung và Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu nói riêng thì các ngành công nghiệp cũng nhanh chóng gây ảnh hư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

Giảng viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN QUANG THÁI

Sinh viên thực hiện: HOÀNG ANH VŨ

MSSV: 13030094 Lớp: DH13HD

Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017

Tôi xin cam đoan nghiên cứu này do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Quang Thái Các số liệu trong bài thực nghiệm do chính tôi thực hiện là hoàn toàn chính xác và có sự xác nhận của các Cơ Quan Phân Tích được đính kèm ở cuối bài Các số liệu lý thuyết đã được tôi liệt kê đính kèm trong phần Tài liệu tham khảo và ghi rõ dưới nghiên cứu và không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà không được ghi.

Tôi xin cam đoan những thông tin trên là đúng sự thật và tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này

Sinh Viên Thực Hiện

Hoàng Anh Vũ

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu khoa học là một phần đi cùng của sinh viên trước khi rời xa giảng đường trường đại học Để hoàn thành nghiên cứu này sinh viên cần phải trang bị những kiến thức về quá trình hóa lý, quá trình thiết bị, mà mình đã được học trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Chính vì vậy những kiến thức

mà em đã tiếp thu trong quá trình học tập là nền tảng vững chắc giúp em hoàn thành tốt môn đồ án này Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô đang làm việc tại Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho em trong quá trình học tập tại Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu

Đặc biệt em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Quang Thái, thầy đã giúp em đến với hướng nghiên cứu này đồng thời cũng là người tận tình chỉ bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em

có thể hoàn thành tốt môn đồ án Và em xin gởi lời cảm ơn các anh chị trong Bộ Phân Xử Lý Nước Thải Công Ty Giấy đã cung cấp môi trường làm việc cho em Cuối cùng, em xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã quan tâm giúp đở động viên trong suốt quá trình nghiên cứu đồ án của em

Tuy nhiên, do thời gian có hạn, và cũng như kinh nghiệm còn nhiều thiếu sót nên tròn quá trình nghiên cứu đồ án em không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, em rất mong sự chỉ bảo tận tình, đóng góp ý kiến từ quý thầy cô để em có thể bổ sung cũng như sửa đổi các sai sót mà mình đã phạm phải, nâng cao kiến thức thực tế cho bản thân chuẩn bị hành trang sau khi ra trường

Em xin chân thành cảm ơn

DANH MỤC BẢ N G i

DANH MỤC HÌNH ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮ T iv

LỜI M Ở Đ Ầ U 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5

1.1 Tổng quan về ngành công nghiệp hóa chất 5

1.1.1 Quá trình phát triển ngành công nghiệp hóa c h ấ t 5

1.1.1.1 Vai trò của ngành công nghiệp hóa chất 5

1.1.1.2 Đặc điểm kinh tế kỹ th u ậ t 6

1.1.1.3 Tình hình sản xuất và phân b ố 7

1.1.2 Lịch sử và quá trình phát triển của ngành công nghiệp g iấ y 8

1.1.2.1 Nguyên liệu sản xuất giấy 10

1.1.2.2 Các sản phẩm từ ngành công nghiệp giấy 13

1.2 Nước thải công nghiệp 14

1.2.1 Khái niệm nước, nước thải và nước thải công nghiệp 14

1.2.1.1 Khái niệm nước 14

1.2.1.2 Khái niệm nước th ải 15

1.2.1.3 Khái niệm nước thải công nghiệp 17

1.2.2 Khái niệm nước thải giấy 18

1.2.2.1 Thành phần và tính chất của nước thải g iấ y 18

1.2.2.2 Ảnh hưởng của nước thải giấy đến môi trường 20

1.2.2.3 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp giấy 21

1.2.3 Các chỉ tiêu về nước thải công nghiệp 23

1.2.3.1 Chỉ tiêu vật l ý 23

a Độ pH 23

b Nhiệt đ ộ 24

c Độ m à u 24

d Độ đ ụ c 24

e Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) 24

f Tổng hàm lượng các chất hòa tan (D S ) 25

1.2.3.2 Chỉ tiêu hóa h ọ c 25

a Độ kiềm h ó a 25

b Hàm lượng oxigen hòa tan (D O ) 26

c Nhu cầu oxigen hóa học (COD) 27

d Nhu cầu oxigen sinh hóa (BOD) 27

1.3 Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp 28

1.3.1 Phương pháp xử lý sinh học 28

1.3.1.1 Phương pháp xử lý sinh học nhân tạ o 28

1.3.1.2 Phương pháp xử lý sinh học tự n h iê n 28

1.3.2 Phương pháp xử lý cơ học 29

1.3.3 Phương pháp xử lý hóa l ý 29

1.3.3.1 Tuyển nổi 29

1.3.3.2 Hấp p h ụ 30

1.3.3.3 Trao đổi Ion 30

1.3.3.4 Màng bán thấm 30

1.3.3.5 Trích l y 30

1.3.3.6 Chưng bay h ơ i 31

1.3.3.7 Phương pháp trung h ò a 31

1.3.3.8 Phương pháp oxy hóa k h ử 31

1.3.3.9 Kết tủa hóa học 32

1.3.3.10 Keo t ụ 32

1.4 Chất keo tụ và hiện tượng keo t ụ 32

1.4.1 Hệ keo cấu tạo và tính c h ấ t 32

1.4.2 Khái niệm về keo t ụ 33

1.4.3 Sự cần thiết của các chất keo t ụ 34

1.4.4 Các phương pháp keo tụ 35

1.4.4.1 Tăng lực Io n 35

1.4.4.2 Thay đổi pH 36

1.4.4.3 Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị I I I 36

1.4.4.4 Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng h ợ p 36

1.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo b ô n g 36

1.4.5.1 Trị số pH của nước 36

1.4.5.2 Lượng dùng chất keo t ụ 37

1.4.5.3 Nhiệt độ nước 37

1.4.5.4 Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo t ụ 37

1.4.5.5 Tạp chất trong n ư ớ c 38

1.4.5.6 Môi chất tiếp xúc 38

1.4.6 Một số sản phẩm keo t ụ 38

1.4.7 Các phương pháp điều chế chất keo t ụ 41

1.4.7.1 Điều chế phèn nhôm truyền thống 41

1.4.7.2 Điều chế Polyaluminium Chloride (PA C ) 42

a Quy trình tổng hợp PAC từ nhôm phế th ả i 42

b Thuyết minh quy trình 43

1.4.7.3 Điều chế Polyaluminium Sulfat (PA S) 44

1.4.7.4 Điều chế các Polyferric 44

CHƯƠNG 2: THỰC N G H IỆM 45

2.1 Tiến hành điều chế P A C 45

2.1.1 Các hóa chất và trang thiết bị cần th iế t 45

2.1 1.1 Các hóa chất cần d ù n g 45

2.1.1.2 Các trang thiết bị cần dùng 45

2.1.2 Tiến hành điều chế dung dịch AlCl3 47

2.1.2.1 Lắp ráp hệ thống dụng cụ 47

2.1.2.2 Phương pháp thực h iệ n 47

2.1.3 Tiến hành điều chế PAC 49

2.1.3.1 Điều kiện của quá trình điều chế PA C 49

2.1.3.2 Quá trình công nghệ điều chế PAC từ nhôm phế liệ u 50

2.1.3.3 Xác đinh tỷ trọng của dung dịch P A C 51

2.1.3.4 Xác định độ ẩm của sản phẩm PAC 52

2.2 Ứng dụng chất keo tụ PAC vào xử lý nước th ả i 52

2.2.1 Thu thập m ẫu 52

2.2.1.1 Dụng c ụ 52

2.2.1.2 Cách lấy m ẫu 52

2.2.2 Xác định các thông số đặc trưng của chất lượng nước th ả i 53

2.2.2.1 Các thông số ban đầu của nước thải giấy 53

2.2.2.2 Tiến hành thực nghiệm xử lý nước thải giấy bằng chất keo tụ PAC 53

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55

3.1 Kết quả điều chế chất keo tụ PAC 55

3.1.1 Kết quả đo hàm lượng Al2O3 của chất keo tụ PAC dạng r ắ n 55

3.1.2 Kết quả đo tỷ trọng dung dịch PA C 56

3.1.3 Kết quả xác định cấu trúc vật liệu P A C 57

3.1.4 Kết quả xác định độ ẩm 59

3.1.5 Kết quả xác định cấu trúc siêu hiển v i 59

3.1.6 Kết quả điều chế dung dịch AlCl3 61

3.2 Kết quả khảo sát chất keo tụ PAC trên nước thải công nghiệp g iấ y 61

3.2.1 Kết quả xử lý độ màu nước thải giấy từ PAC rắn 61

3.2.2 Kết quả xử lý độ đục nước thải giấy từ PAC rắn 63

3.2.3 Kết quả xử lý nồng độ COD của nước thải giấy từ PAC rắn 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN N G H Ị 67

Kết lu ậ n 67

Kiến n g h ị 68

TÀI LIỆU THAM K H Ả O 69

PHỤ L Ụ C 71

Bảng 1.1 Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho

p h é p 22

Bảng 1.2 Các loại hạt có mặt trong môi trường nước 34

Bảng 1.3 Các sản phẩm keo tụ mới 40

Bảng 2.1 Bảng hóa chất cần dù n g 45

Bảng 2.2 Bảng dụng cụ và thiết bị cần dùn g 45

Bảng 2.3 Bảng thông số ban đầu của nước thải G iấy 53

Bảng 2.4 Bàng thử nghiệm chất keo tụ PAC 54

Bàng 3.1 Thành phần phần trăm các cất trong mẫu rắn P A C 55

Bảng 3.2 Bảng xác định tỷ trọng của dung dịch P A C 56

Bảng 3.3 Bảng xác định độ ẩm của mẫu rắn P A C 59

Bàng 3.4 Bảng kết quả xác định nồng độ dung dịch AlCl3 61

Bảng 3.5 Kết quả xử lý độ màu của PAC rắn 61

Bảng 3.6 Kết quả xử lý độ đục của PAC rắ n 63

Bảng 3.7 Kết quả xử lý nồng độ COD của PAC r ắ n 64

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hình ảnh Công Ty Giấy Việt Trì 9

Hình 1.2 Hình ảnh về một sốt loại cây lấy gỗ 11

Hình 1.3 Hình ảnh nguyên liệu từ giấy loại 12

Hình 1.4 Hình ảnh về các sản phẩm từ giấy 14

Hình 1.5 Hình ảnh về nước thải sinh hoạt 15

Hình 1.6 Hình ảnh về nước thải công nghiệp 16

Hình 1.7 Hình ảnh về nước thấm qu a 16

Hình 1.8 Hình ảnh về nước thải dô thị 17

Hình 1.9 Hình ảnh về nước thải G iấy 19

Hình 2.1 Lắp ráp hệ thống điều chế AlCl3 47

Hình 2.2 Mâu nhôm đã được nung ở 900°C 48

Hình 2.3 Dung dịch AlCl3 sau khi điều c h ế 49

Hình 2.4 Phản ứng xảy ra giữa NaOH và AlCl3 51

Hình 2.5 Dung dịch nước thải trước và sau khi xử lý 53

Hình 2.6 Nước thải Giấy trước và sau khi xử lý 54

Hình 3.1 Sản phẩm PAC ( Polyaluminium chloride) dạng rắ n 56

Hình 3.2 Cấu trúc XRD của các mâu PAC trích từ [9 ] 57

Hình 3.3 Cấu trúc XRD của phổ chuẩn quốc tế PAC qua các tỉ lệ 57

Hình 3.4 Cấu trúc XRD của các mâu PAC trích từ [10] 58

Hình 3.5 Cấu trúc XRD của mâu rắn PAC được điều c h ế 58

Hình 3.6 Ánh chụp SE M của vật liệu PAC trích từ [1 0 ] 60

Hình 3.7 Ánh chụp SE M của vật liệu PAC điều chế từ nhôm p h ế liệu 60

Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý độ màu 62

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý độ đục 64

Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý nồng độ C O D 65

iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Total Solids - Tổng hàm lượng các chất rắn

SS Suspended Slids - Tổng hàm lượng các chất lơ lửngQCVN/TCVN Quy chuẩn/Tiêu chuẩn Việt Nam

DS Dissolved Solids - Tổng hàm lượng các chất hòa tan

DO Dissolved Oxygen - Hàm lượng oxigen hòa tan

COD Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxigen hóa họcBTNMT Bộ tài nguyên môi trường

BOD Biochemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxigen sinh hóa

FC Sắt III Clorua

AS Nhôm III Sunfur

PFC Polyferic Cloride

PAC Polyaluminium Chloride

PAS Poly aluminium sulfat

PASS Poly aluminium silicat sulfat

PFS Poly ferric sulfat

PAFS Poly alumino ferric sulfat

PHAS Pre-Hydrolized Aluminium Sulfat

PASSC Poly Aluminium Cloride Silica Sulfat

AOX Lượng halogen hữu cơ có khả năng hấp thụ được

NTU Nephelometric Turbidity Unit

DAF Dissolved Air Flotation

SEM Scanning Electron Microscope

XRD X-ray diffraction: Nhiễu xạ tia X

XRF X-Ray Fluorescence: Phát xạ huỳnh quang tia X

Tính cấp thiết của đề tài: Cùng với sự phát triển của các ngành công

nghiệp ở Việt Nam nói chung và Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu nói riêng thì các ngành công nghiệp cũng nhanh chóng gây ảnh hưởng đến hoạt động sinh thái của môi trường, các nguồn khí thải, các chất thải rắn, trong đó nước thải là một trong những vấn đề cấp bách được đưa lên hàng đầu, và nó đang xảy ra trên một chiều hướng xấu đi, gây ảnh hưởng đến vấn đề sức khỏe con người

Hiện nay trên cả nước có rất nhiều khu công nghiệp và khu chế xuất hoạt động đã và đang giải quyết được vấn đề việc làm và góp phần vào sự tăng trưởng nền kinh tế của tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, bên cạnh đó, môi trường cũng đang bị đe dọa và ô nhiễm trầm trọng bởi chất thải từ các Khu Công Nghiệp và các Khu Chế Xuất thải trực tiếp ra môi trường không qua xử lý

Đối với môi trường: Các hợp chất trong nước thải nếu không được xử lý

mà xả trực tiếp ra môi trường sẽ làm ảnh hưởng đến môi trường sống của các loài thực vật, vi sinh vật, động vật dưới nước Nếu những loài sinh vật, động - thực vật không được cung cấp đầy đủ các dưỡng chất cần thiết thì quá trình sống của chúng không được duy trì và ảnh hưởng lớn đến môi trường sống của con người

Đối với sức khỏe: Những hợp chất trong nước thải nếu không được xử lý

sẽ là mầm mống của các dịch bệnh nguy hiểm như: nhiễm khuẩn, viêm da, biến đổi gen, ung th ư xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường chính là bảo vệ sức khỏe của mọi người và của chính chúng ta

Đối với khía cạnh kinh tế: Nước thải không có nghĩa là không thể xử

dụng được nữa, nếu doanh nghiệp có hệ thống xử lý đạt tiêu chuẩn thì có thể tái

sử dụng chúng như một nguồn nước sạch khác Điều này sẽ giúp tiết kiệm và bảo vệ nguồn nước sạch đang ngày một khan hiếm

Trong chương trình giới hạn đồ án này, tôi đã chọn xử lý nước thải công nghiệp giấy trên địa bàn Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, một nguồn thải tương đối phổ

biến ở Việt Nam hiện nay và đang có xu hướng tăng lên do nhu cầu của thị trường Hiện nay, công nghiệp sản xuất giấy chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta, cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp, dịch vụ khác nhu cầu về sản xuất giấy ngày càng tăng Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề về môi trường Đặc biệt trong nước thải nhà máy giấy thường chứa nhiều lignin, chất này khó hòa tan và khó phân hủy, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất Clo hữu cơ Nguồn nước thải này nếu không xử lý triệt để và thải trực tiếp

ra ngoài môi trường sẽ gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của sinh vật và sức khỏe của con người Do đó ô nhiễm nước thải tại các nhà máy giấy đang được các nhà khoa học và cơ quan quản lý nhà nước về môi trường đặc biệt quan tâm Nhất là nước thải từ các quá trình sản xuất bột giấy do đó việc xây dựng và phát triển ngành công nghiệp phải đi đôi với xử lý ô nhiểm và thay đổi công nghệ theo hướng thân thiện với môi trường Góp phần hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải công nghiệp nói chung và nước thải giẩy nói riêng

Hiểu được các vấn đề đề này nên tôi xin nghiên cứu một giải pháp giúp xử

lý nguồn nước thải trước khi thải ra môi trường, bằng biện pháp dùng chất có hoạt tính keo tụ nhằm giảm lượng chất có hại cho môi trường có trong nước thải

và hướng đến việc có thể xử lý một các triệt để nhất để đưa vào xử dụng phục vụ cho cuộc sống

Trong đề tài này tôi sẽ trình bày nghiên cứu về phương pháp xử lý nước thải công nghiệp giấy bằng phương pháp keo tụ tạo bông của hợp chất PAC xuất phát từ nguồn nhôm phế thải Nguyên tắc của phương pháp keo tụ là dùng hợp chất PAC hòa tan vào nước thải để keo tụ, tạo bông các hợp chất gây ô nhiễm trong nước thải, đặt biệt là chất màu hữu cơ

Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu điều chế PAC từ nguồn nhôm phế thải

để xử lý nước thải công nghiệp

Đánh giá hiệu suất xử lý của hợp chất PAC, thông qua các nhu cầu tiêu chuẩn của nước thải ra môi trường.

Xây dựng mô hình điều chế thí nghiệm từ văn phòng thí nghiệm và các thông số nghiên cứu điều chế

Ý nghĩa khoa học của đề tài: Về mặt khoa học thực tiễn, việc xử lý

ngước thải bằng chất keo tụ PAC được các nhà nghiên cứu quan tâm rất nhiều

Vì công nghệ này an toàn và triệt để, có hiệu quả xử lý cao Đảm bảo các tiêu chuẩn đầu ra của nước thải khi thải vào môi trường, góp phần bảo vệ môi trường, cải thiện tài nguyên nước ngày càng trong sạch hơn Hạn chế việc xả nước thải làm suy thoái và ô nhiễm nguồn nước Ý nghĩa thực tiễn trong xử lý nước thải là vô cùng quan trọng trong đời sống Vừa mang lại lợi ích cho kinh tế

do giá thành sản xuất rẻ, vừa mang lại lợi ích cho xã hội lẫn môi trường

Nội dung nghiên cứu tập trung các vấn đề sau:

• Nghiên cứu xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, phương pháp Fenton, trên cơ sở phương pháp thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trên trong việc xử lý nước thải nước mặt

• Từ thực nghiệm xác định được các yếu tố thích hợp nhất cho quá trình keo tụ để xử lý nước thải

• Áp dụng và quy hoạch hóa thực nghiệm đẻ xác định các thông số tối ưu của các quá trình sản xuất chất keo tụ để xử lý nước

• Đề xuất quy trình công nghệ hợp lý cho quá trình xử lý nước

Kết quả của quá trình nghiên cứu điều chế hợp chất keo tụ PAC

• Điều chế thành công hợp chất keo tụ trợ lắng PAC từ lon nhôm phế thải

• Xác đinh được điều kiện tối ưu để tiến hành điều chế hợp chất keo tụ

• Khảo sát trực tiếp chất keo tụ trên môi trường nước thải công ghiệp cụ thể

là nước thải công nghiệp giấy

• Đánh giá hiện trạng và các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình keo tụ nhằm xác định được hiệu suất xử lý của sản phẩm được điều chế.

Cấu trúc đồ án tốt nghiệp gồm có 3 chương:

• Chương 1: Tổng Quan Lý Thuyết

• Chương 2: Thực Nghiệm

• Chương 3: Kết Quả Và Thảo Luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

.1 Tông quan vê ngành công nghiệp hóa chât

1.1.1 Quá trình phát triển ngành công nghiệp hóa chât [22’23’24]

1.1.1.1 Vai trò của ngành công nghiệp hóa chât

Công nghiệp hoá chất là một ngành công nghiệp nặng tương đối trẻ, phát triển nhanh từ cuối thế kỉ XIX do nhu cầu cung cấp nguyên liệu cho các ngành kinh tế và do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật Hiện nay công nghiệp hoá chất được coi là ngành mũi nhọn trong hệ thống các ngành công nghiệp trên thế giới

Công nghiệp hoá chất sử dụng tổng hợp các nguồn nguyên vật liệu tự nhiên, các phế liệu và chất thải của các ngành sản xuất và đời sống để tạo ra nhiều sản phẩm mới mà các đặc tính của chúng nhiều khi lại không có trong tự nhiên, góp phần vừa bổ sung cho các nguồn nguyên liệu tự nhiên, vừa có giá trị

sử dụng cao trong đời sống xã hội trên cơ sở sử dụng tài nguyên hợp lý và tiết kiệm hơn Công nghiệp hoá chất có vai trò quan trọng trong nền kinh tế cũng như trong đời sống của nhân dân Nó cung cấp nguyên liệu ban đầu hoặc bán thành phẩm phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp nhẹ Đối với nông nghiệp, công nghiệp hoá chất là đòn bẩy để thực hiện quá trình hoá học hoá, góp phần tăng trưởng sản xuất với năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt Công nghiệp hoá chất cung cấp những vật tư chiến lược cho nông nghiệp như phân hoá học, thuốc trừ sâu, các loại thuốc chống dịch bệnh, kích thích sự tăng trưởng và phát triển của cây trồng, vật nuôi

Ngành công nghiệp hoá chất Việt Nam bắt đầu được xây dựng trên quy

mô lớn từ năm 1954 Trải qua hơn một thập kỷ phát triển nhanh chóng, công nhiệp Việt Nam đã trở thành một nhành kinh tế kỹ thuật độc lập Năm 1969, Nhà nước đã quyết định thành lập Tổng cục Hóa chất Việt Nam Những năm

1980 - 1985 công nghiệp hoá chất là một trong những ngành thể hiện rõ tính

chủ đạo của công nghiệp quốc doanh Các doanh nghiệp nhà nước đảm bảo 70% tổng giá trị sản lượng toàn ngành Năm 1985, công nghiệp hoá chất chiếm tỉ trọng cao trong toàn ngành công nghiệp Việt Nam (10,6%) Thời kỳ đổi mới, từ

1986 công nghiệp hoá chất nước ta phát triển ổn định Tốc độ tăng trưởng của ngành cao nhất là thời kỳ 1991-1995, đạt mức 20%/năm, cao hơn tốc độ tăng trưởng của toàn ngành công nghiệp

Đến tháng 12/1995, Nhà nước đã quyết định thành lập Tổng Công ty Hoá chất Việt Nam thuộc Bộ Công Nghiệp theo mô hình tổng công ty mạnh Năm năm cuối thế kỷ XX, ngành công nghiệp hoá chất cũng có tăng trưởng ở tất cả các thành phần kinh tế Tổng sản lượng toành ngành hoá chất phân bố như sau: quốc doanh địa phương chiếm 24%, quốc doanh trung ương chiến 44,8%, doanh nghiệp có vốn nước ngoài chiếm 20,9%, các thành phần kinh tế khác chiếm 10,3% (Số liệu năm 1998)

1.1.1.2 Đặc điểm kinh tế kỹ thuật

Công nghiệp hoá chất sử dụng nhiều loại nguyên liệu, khoáng sản, kể cả phế liệu của các ngành sản xuất khác để chế tạo ra nhiều loại hoá phẩm Chẳng hạn như từ muối ăn có thể sản xuất xút và clo, từ vôi và than đá chế tạo ra cacbua canxi, từ apatít, phôtphoric sản xuất ra phân lân, tận dụng xỉ lò cao để sản xuất benzen, phenol, hay từ cành, ngọn cây có thể chế ra rượu Do vậy, ngành công nghiệp hoá chất thường được phân bố ở nhiều nơi

Công nghiệp hoá chất có nhu cầu rất lớn về nhiên liệu, năng lượng và nguồn nước Ví dụ để sản xuất ra 1 tấn sợi nhân tạo, phải cần từ 7 đến 10 tấn nhiên liệu, 8.000 đến 15.000 kwh điện và từ 1.200 đến 2.000 m3 nước Việc sản xuất cao su nhân tạo, amôniắc cũng tương tự như thế Một số sản phẩm của ngành công nghiệp hoá chất là những chất độc hại, chuyên chở xa nguy hiểm và bất tiện (như H2SO4, xút, Clo) thì cần được phân bố ngay tại vùng tiêu thụ Bên cạnh đó, ngành công nghiệp hoá chất thường được phân bố gần các trung tâm

công nghiệp cơ khí, công nghiệp nhẹ vì một số ngành này tiêu thụ nhiều hoá phẩm Các xí nghiệp công nghiệp hoá chất có mối liên hệ rất khăng khít với nhau trong việc sử dụng thành phẩm và sản phẩm phụ của nhau Ví dụ như nhà máy phân lân sử dụng H2SO4 của nhà máy sản xuất H2SO4, nhà máy sơn sử dụng xỉ quặng pyrit của nhà máy phân lân Trong nhiều trường hợp, các nhà máy hoá chất này sử dụng hoá phẩm của các nhà máy hoá chất khác để sản xuất

ra hàng trăm sản phẩm mới Các xí nghiệp hoá chất nói chung, ít nhiều đều gây

ô nhiễm và độc hại cho môi trường (không khí, nguồn n ư ớ c ) Vì vậy, khi xây dựng các nhà máy cần chú ý hệ thống xử lí các chất độc hại để bảo đảm vệ sinh, sức khoẻ cho cộng đồng dân cư

1.1.1.3 Tình hình sản xuất và phân bố

Công nghiệp hoá chất là tập hợp của nhiều phân ngành mà quy trình công nghệ chủ yếu dựa trên các phản ứng hoá học phân tích và tổng hợp Nó bao gồm

3 phân ngành chính với rất nhiều các sản phẩm khác nhau

Nhuộm, các chất tẩy rửa (được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp dệt), phân bón, hoá chất bảo vệ thực vật được phân

bố ở cả các nước phát triển và đang phát triển

Phân ngành hoá tổng hợp hữu cơ bao gồm các sản phẩm chính là sợi hoá học, cao su tổng hợp, các chất dẻo, nhựa PVC, các chất thơm, phim ả n h Sợi hoá học được sử dụng nhiều trong công nghiệp dệt để thay thế một phần nguyên liệu sợi tự nhiên Cao su tổng hợp chủ yếu để sản xuất săm lốp xe máy, ô tô, máy b a y Về sản xuất cao su tổng hợp, so với sản lượng của thế giới (9,5 triệu tấn), Hoa Kỳ chiếm 25%, Nhật 16,7%, Nga 7,8%, Trung Quốc 7,7%, CHLB Đức 7 ,6 %

Việc sản xuất chất dẻo đạt được nhiều tiến bộ với tính năng ngày càng cao nhờ cải tiến phương pháp chế biến Hiện nay trên thế giới, nhiều nước đã tạo ra các loại chất dẻo có độ xốp cao để làm màn lọc, các chất dẻo không thấm để bao

gói hàng hoá, các chất dẻo có tính năng giữ nước tốt để lót các hệ thống làm ẩm trong sa mạc, các vật liệu tương hợp sinh học để làm các bộ phận giả của cơ thể con người Vật liệu composit, một dạng của vật liệu chất dẻo có độ bền cơ học cao, đang được sử dụng ngày càng phổ biến trong các ngành công nghiệp, giao thông vận tải và xây dựng Phân ngành hóa tổng hợp hữu cơ tập trung ở các nước công nghiệp phát triển và một số nước công nghiệp mới (Braxin, Ân Độ, Trung Quốc ).

Phân ngành hoá dầu bao gồm các sản phẩm hoá lọc dầu từ dầu thô như xăng, dầu hoả, dầu bôi trơn, các loại dược phẩm, mỹ phẩm Nói chung phân ngành này tập trung chủ yếu ở các nước phát triển có trình độ kỹ thuật công nghệ cao và có vốn đầu tư lớn như Hoa Kỳ, Nhật, LB Nga, Anh, Pháp, CHLB

Đ ức Ở nước ta, ngành hoá chất được coi là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn cho giai đoạn đến năm 2010 với tỉ trọng 8,1% tổng giá trị sản xuất của toàn ngành công nghiệp Cơ cấu của ngành là hoá chất cơ bản, cao su, thuốc chữa bệnh dựa trên các thế mạnh về nguyên liệu, cơ sở vật chất - kỹ thuật, nhu cầu thị trường trong nước và khả năng liên doanh với nước ngoài Năm

2003, nước ta đã sản xuất gần 1,3 triệu tấn phân hoá học, gần 400 nghìn tấn xà phòng giặt, trên 18 nghìn tấn thuốc trừ sâu, gần 44 nghìn tấn H2SO4, trên 80 nghìn tấn xút (N a O H )

1.1.2 Lịch sử và quá trình phát triển của ngành công nghiệp giấy

[3,13,14,25]

Ngành giấy là một trong những ngành được hình thành từ rất sớm tại Việt Nam, khoảng năm 284 Từ giai đoạn này đến đầu thế kỷ 20, giấy được làm bằng phương pháp thủ công để phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh dân gian, vàng

m ã

Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp đi vào hoạt động với công suất 4.000 tấn giấy/năm tại Việt Trì Trong

thập niên 1960, nhiều nhà máy giấy được đầu tư xây dựng nhưng hầu hết đều có công suất nhỏ (dưới 20.000 tấn/năm) như N hà máy giấy Việt Trì, Nhà máy bột giấy Vạn Điểm, Nhà máy giấy Đồng Nai, Nhà máy giấy Tân Mai Năm 1975, tổng công suất thiết kế của ngành giấy Việt Nam là 72.000 tấn/năm nhưng do ảnh hưởng của chiến tranh và mất cân đối giữa sản lượng bột giấy và giấy nên sản lượng thực tế chỉ đạt 28.000 tấn/năm.

Hình 1.1 Hình ảnh công ty giấy Việt Trì

Năm 1982, Nhà máy giấy Bãi Bằng do Chính phủ Thụy Điển tài trợ đã đi vào sản xuất với công suất thiết kế là 53.000 tấn bột giấy/năm và 55.000 tấn giấy/năm, dây chuyền sản xuất khép kín, sử dụng công nghệ cơ-lý và tự động hóa Nhà máy cũng xây dựng được vùng nguyên liệu, cơ sở hạ tầng, cơ sở phụ trợ như điện, hóa chất và trường đào tạo nghề phục vụ cho hoạt động sản xuất Ngành giấy có những bước phát triển vượt bậc, sản lượng giấy tăng trung bình 11%/năm trong giai đoạn 2000 - 2006, tuy nhiên, nguồn cung như vậy vẫn chỉ đáp ứng được gần 64% nhu cầu tiêu dùng (năm 2008) phần còn lại vẫn phải nhập khẩu Mặc dù đã có sự tăng trưởng đáng kể tuy nhiên, tới nay đóng góp của ngành trong tổng giá trị sản xuất quốc gia vẫn rất nhỏ

Sản lượng bột giấy sản xuất trong nước năm 2010 đạt 345,9 nghìn tấn, năm 2011 đạt 373,4 nghìn tấn Năm 2012, sản lượng bột giấy nước ta thiết lập mức tăng trưởng khủng, cao hơn 30% so với năm 2011, đạt tới 484,3 nghìn tấn Tuy nhiên, với khối lượng này còn xa mới đáp ứng được nhu cầu cho ngành sản

xuất giấy, bởi vậy hàng năm nước ta vẫn còn phải nhập khẩu lượng bột giấy và các sản phẩm giấy với lượng gần tương đương sản lượng trong nước Để đối phó với tình trạng thiếu nguyên liệu, ngành sản xuất giấy của Việt Nam phát triển mạnh ở lĩnh vực tái chế giấy Tỷ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng dùng làm nguyên liệu trong tổng nguyên liệu sản xuất giấy ở Việt Nam là 70% Các loại giấy thu hồi gồm giấy carton (OCC), giấy báo (NP) và tạp chí (OMG), giấy lề (phế thải trong gia công) được nhập vào Việt Nam từ nhiều nước, chủ yếu từ

Mỹ, Nhật, New Zealand Gần 100% giấy bao bì, 90% giấy tissue và 60% giấy in báo đều làm từ giấy tái chế

Tái sử dụng giấy tối đa là mục tiêu nhiều nước đang nhắm đến để tận dụng nguồn nguyên liệu, giảm giá thành, giảm phá rừng và bảo vệ môi trường Năng lực tái chế giấy của Việt Nam đã tăng trưởng rất nhanh Năm 2000 sản lượng giấy tái chế tiêu thụ là 240 nghìn tấn, bao gồm tái chế trong nước 121 nghìn tấn, nhập khẩu 120 nghìn tấn, tỷ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng đạt 24% Năm 2010, tổng lượng giấy tái chế tiêu thụ 1.004 nghìn tấn, trong đó thu hồi trong nước đạt 734,2 nghìn tấn, nhập khẩu 269,7 nghìn tấn Năm 2011, tổng lượng giấy tái chế được tiêu thụ đạt 1.193,2 nghìn tấn, bao gồm 883,6 nghìn tấn thu hồi trong nước và 309,6 nghìn tấn nhập khẩu Năm 2012, tổng lượng giấy tái chế được tiêu thụ 1.450,4 nghìn tấn, bao gồm 987,1 nghìn tấn thu hồi trong nước

và 463,2 nghìn tấn nhập khẩu

1.1.2.1 Nguyên liệu sản xuất giấy

Người ta có thể sản xuất giấy từ nguồn nguyên liệu mới là gỗ, hoặc cũng

có thể sử dụng giấy đã sử dụng làm nguyên liệu

Trong sản xuất mới, nguyên liệu chính để làm giấy là sợi cellulose từ gỗ hoặc rơm rạ Ngoài ra còn cần dùng đến keo và các chất độn, độ dài của các sợi cellulose thay đổi tùy theo nguyên liệu làm giấy và có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và độ bền về thời gian của giấy Không phải loại gỗ nào cũng có thể dùng

làm giấy trong công nghiệp được Gỗ

• Bạch đàn (Cây khuynh diệp)

Hình 1.2 Hình ảnh về một sốt loại cây lấy g ỗ

• Bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy (gỗ hay phi gỗ):

Nguyên liệu từ gỗ là các loại cây lá rộng hoặc lá kim

Nguyên liệu phi gỗ như các loại tre nứa, phế phẩm sản xuất Công - Nông nghiệp như rơm rạ, bã mía và giấy loại Nguyên liệu để sản xuất bột giấy từ các loại phi gỗ có chi phí sản xuất thấp nhưng không phù hợp với nhà máy có công suất lớn do nguyên liệu loại này được cung cấp theo mùa vụ và khó khăn trong việc cất trữ.

• Bột giấy từ giấy loại:

Giấy loại ngày càng được sử dụng nhiều làm nguyên liệu cho ngành giấy do

ưu điểm tiết kiệm được chi phí sản xuất Giá thành bột giấy từ giấy loại luôn thấp hơn các loại bột giấy từ các loại nguyên liệu nguyên thủy vì chi phí vận chuyển, thu mua và xử lý thấp hơn Tính trung bình sản xuất 1 tấn giấy từ giấy loại tiết kiệm được 17 cây gỗ và 1.500 lít dầu so với sản xuất giấy từ nguyên liệu nguyên thủy

Hình 1.3 Hình ảnh nguyên liệu từ giấy loại

Hơn nữa, chi phí đầu tư dây chuyền xử lý giấy loại thấp hơn dây chuyền sản xuất bột gỗ từ các nguyên liệu nguyên thủy Bên cạnh đó sản xuất giấy từ giấy loại có tác động bảo vệ môi trường Tính trung bình sản xuất giấy từ bột tái sinh giảm được 74% khí thải và 35% nước thải so với sản xuất giấy từ bột nguyên.Nguồn giấy loại được cung cấp từ 2 nguồn là thu gom hay nhập khẩu Giấy loại nhập khẩu vào Việt Nam chủ yếu được nhập từ Mỹ, Nhật, Nhật Bản và New Zealand Nguồn thu gom trong nước chủ yếu qua đồng nát là những người thu

gom riêng lẻ lùng sục từng ngõ ngách, các công ty vệ sinh, những người bới rác, các trạm thu mua trung gian Hiện nay chưa có công ty chuyên doanh giấy thu hồi do đó việc thu gom và tái chế diễn ra khá tự phát Hơn nữa nhà nước chưa có chính sách khuyến khích thu gom cũng như chưa có hành lang pháp lý điều hành hoạt động này do đó tỉ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng ở Việt Nam rất thấp chỉ khoảng 25% so với 38% ở Trung Quốc hay 65% ở Thái Lan Bản

1.1.2.2 Các sản phẩm từ ngành công nghiệp giấy

• Nhóm 1: Giấy dùng cho in, viết (giấy in báo, giấy in và v iết )

• Nhóm 2: Giấy dùng trong công nghiệp (giấy bao bì, giấy chứa chất

l ỏ n g )

• Nhóm 3: Giấy dùng trong gia đình (giấy ăn, giấy vệ s i n h )

• Nhóm 4: Giấy dùng cho văn phòng (giấy fax, giấy in hóa đ ơ n )

Hiện nay ở Việt Nam chỉ sản xuất được các loại sản phẩm như giấy in, giấy in báo, giấy bao bì công nghiệp thông thường, giấy vàng mã, giấy vệ sinh chất lượng thấp, giấy tissue chất lượng trung b ì n h Còn các loại giấy và các tông kỹ thuật như giấy kỹ thuật điện - điện tử, giấy sản xuất thuốc lá, giấy in tiền, giấy in tài liệu bảo mật vẫn chưa sản xuất được

Ví dụ hình ảnh về các sản phẩm giấy hiện nay được cung cấp trên thị trường

Nhóm 1 Giấy viết, giấy in Nhóm 3 Giấy ăn gia đình

Nhóm 2 Giấy bao bì Nhóm 4 Giấy in hóa đơn.

Hình 1.4 Hình ảnh về các sản phẩm từ giấy

1.2 Nước thải công nghiệp

1.2.1 Khái niệm nước, nước thải và nước thải công nghiệp [1,2,4,6]

1.2.1.1 Khái niệm nước

Nước có vai trò quan trọng không thể thiếu trong hoạt động sống cũng như hoạt động sản xuất của con người, là nguyên liệu trong nhiều ngành sản xuất, Nước cũng được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: giao thông vận tải, tưới tiêu trong nông nghiệp, làm thủy điện cung cấp nước cho sinh hoạt cũng như sử dụng làm các phương tiện sinh hoạt giải trí Tùy thuộc vào bản chất

và môi trường mà trong nước có các thành phần khác nhau

Nguồn gốc gây ô nhiễm nước có thể tự nhiên hay do nhân tạo Theo bản chất của các tác nhân gây ô nhiễm người ta phân biệt ô nhiễm vô cơ, ô nhiễm hữu, cơ ô nhiễm hóa học, ô nhiễm vi sinh vật, cơ học hay vật lý, ô nhiễm phóng

xạ Các khuynh hướng làm thay đổi chất lượng nước do ảnh hưởng bởi các hoạt động của con người:

• Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H2SO4, HNO3 từ khí quyển và nước thải công nghiệp, tăng hàm lượng SO32-, NO3- trong nước

• Tăng hàm lượng các ion Ca, Mg, S i , trong nước ngầm và nước sông do nước mưa hòa tan

• Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên, trước hết là

Pb, Cd, Hg, As, Zn và cả các anion PO43-, NO3-, NO2-

• Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi vào môi trường nước cùng nước thải, từ khí quyển và từ các chất thải rắn

• Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ, trước hết là các chất khó bị phân hủy sinh học (các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu, )

• Giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hóa liên quan tới quá trình phì nhưỡng các nguồn chứa nước và khoáng hóa các hợp chất hữu cơ

• Giảm độ trong của nước Tăng nguy hiểm từ các chất phóng xạ

1.2.1.2 Khái niệm nước thải

Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người

và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng Đây là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử lý nước thải Người ta phân ra các loại nước thải

• Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động

thương mại công sở, trường học Thường chứa nhiều tạp chất khác nhau trong

đó khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một số vi sinh vật

Hình 1.5 Hình ảnh về nước thải sinh hoạt

• Nước th ả i công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động Thành phần nước thải sản xuất rất đa dạng, tùy theo sản phẩm tạo ra cũng như công nghệ sản xuất.

Hình 1.6 Hình ảnh về nước thải công nghiệp

• Nước thấm qua: Là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách khác nhau

Hình 1.7 Hình ảnh về nước thấm qua

• Nước th ải đô thị: Là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống

thoát của một thành phố Đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể trên Tính gần đúng, nước thải đô thị thường gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là loại nước thấm qua và 36% là nước thải sản xuất

Hình 1.8 Hình ảnh về nước thải dô thị

1.2.1.3 K hái niệm nước th ả i công nghiệp

• Nước th ả i công nghiệp: là nước thải được sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp Nước thải công nghiệp rất đa dạng, khác nhau về tính chất, lượng phát thải, phụ thuộc vào yếu tố như loại hình công nghiệp, công nghệ sản xuất, tuổi thọ thiết bị, trình độ quản lý Trong nước thải sản suất công nghiệp lại được chia ra làm 2 loại:

o Nước th ả i sản xu ất bẩn là nước thải sinh ra từ quá trình sản xuất sản phẩm, xúc rửa máy móc thiết bị, từ quá trình sinh hoạt của công nhân viên, loại nước này chưa nhiều tạp chất, chất độc hại, vi khuẩn,

o Nước th ả i sản xu ất không bẩn là loại nước sinh ra chủ yếu khi làm nguội thiết bị, giải nhiệt trong các trạm làm lạnh, ngưng tụ hơi nước cho nên loại nước thải này thường được quy ước là nước sạch

Nước thải công nghiệp rất đa dạng về lượng cũng như tính chất, nó tùy thuộc vào các yếu tố như: loại hình công nghiệp, loại hình công nghệ, công suất hoạt động, Do tính chất đa dạng đó nên mỗi loại nước thải có một công nghệ

xử lý riêng Ngành công nghiệp với đa dạng các loại hình sản xuất kinh doanh, đồng nghĩa với việc cũng có đa dạng các loại nước thải công nghiệp được thải ra hàng ngày Một số loại nước thải của các ngành công nghiệp thường gặp:

• Nước thải sản xuất dược phẩm

• Nước thải sản xuất Rượu

• Nước thải sản xuất Bia

• Nước thải sản xuất Đường

• Nước thải sản xuất Cao su

• Nước thải ngành Xi mạ

• Nước thải ngành Khoáng sản

• Nước thải ngành Dệt nhuộm

• Nước thải sản xuất Giấy

Mỗi loại nước thải của mỗi ngành công nghiệp có một đặc tính riêng, tuy nhiên các thành phần chính của nước thải khiến ta phải quan tâm hơn trong việc

xử lý nó bao gồm: kim loại nặng, dầu mỡ (chủ yếu trong nước thải ngành xi mạ), chất hữu cơ khó phân hủy (có trong nước thải sản xuất dược phẩm, nông dược, dệt nhuộm .)

Các thành phần này không những khó xử lý mà còn độc hại đối với con người và môi trường sinh thái Quy mô hoạt động sản xuất càng lớn thì lượng nước càng nhiều kéo theo lượng xả thải cũng càng nhiều Bên cạnh đó, các thành phần khác trong nước thải công nghiệp tuy không phải là nguy hiểm nhưng nếu quá nhiều và không được xử lý đúng cách cũng là mối đe dọa lớn đối với nguồn nước và môi trường

1.2.2 Khái niệm nước thải giấy [13,14,16]

1.2.2.1 Thành phần và tính chất của nước thải giấy

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

để sản xuất 1 tấn giấy giao động từ 200 ^ 500 m3 Giấy, bìa có thể được sản xuất

từ bột giấy mới hoặc tái sinh, hoặc hỗn hợp, tẩy trắng hoặc chưa tẩy trắng Đối với loại hình sản xuất giấy từ bột giấy nước thải phát sinh dao động trong khoảng 0,5 - 13,5 m3/tấn sản phẩm Do sử dụng nhiều phụ gia vô cơ, nước thải của nhà máy giấy thường đục hơn nhiều so với nước thải nấu bột Trong phần lớn các nhà máy giấy nước thải thường được xử lý sơ bộ bằng các thiết bị tách cặn, thu hồi bột và nước, vì vậy chất lượng nước thải phụ thuộc rất nhiều vào

mức độ tuần hoàn tái sử dụng nước, nước thải sẽ có độ đậm đặc cao hơn nếu tái

sử dụng nhiều hơn

Dòng thải từ quá trình nấu, rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan, các hóa chất nấu và một phần xơ sợi Dòng thải có màu tối nên thường được

gọi là dịch đen Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25 đến 35%, tỷ lệ giữa

chất hữu cơ và vô cơ vào khoảng 70:30, thành phần hữu cơ là lignin hòa tan vào dịch kiềm, sản phẩm phân hủy hydratcacbon, axit hữu cơ, thành phần vô cơ gồm những hóa chất nấu, phần nhỏ là NaOH, Na2S tự do, Na2CO3 còn phần nhiều là kiềm natrisunphat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm

Hình 1.9 Hình ảnh về nước thải Giấy

Dòng thải từ công đoạn tẩy trắng của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học hay bán hóa học thường chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thành của những hợp chất đó với chất tẩy ở dạng độc hạt

có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất clo hữu cơ.Các dòng thải chính của các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy bao gồm:

Nước thải khâu chuẩn bị nguyên liệu: chủ yếu do rửa mảnh, chứa các tạp chất và các chất hữu cơ tiêu thụ oxi (COD, BOD), các chất hữu cơ hòa tan, đất

đá, thuốc bảo vệ thực v ật,

Nước thải từ khâu nấu bột và rửa bột sau nấu: chứa các chất tiêu thụ oxi, các hợp chất chứa nitơ, phôtpho có nguồn gốc từ vật liệu sơ sợi Công đoạn này

tạo ra dịch đen và khí thải nấu, giá trị nồng độ BOD, COD và màu trong dịch đen nấu bột rất cao, COD có thể tới hàng nghìn mg/l.

Nước thải khâu tẩy trắng bột giấy: do sử dụng clo nguyên tố ( Q2) và các hợp chất clo như hypoclorit natri NaClO, hypoclorit canxi Ca(ClO)2, dyoxytclo ClO2, trong toàn bộ quá trình tẩy trắng khoảng 8 ^ 10 % khối lượng xơ sợi bị tác dụng bởi tác nhân tẩy và hòa tan vào dung dịch rồi đi ra theo nước thải ở công đoạn rửa bột sau tẩy làm cho hàm lượng AOX (lượng halogen hữu cơ có khả năng hấp thụ được) tăng Dòng thải sản xuất bột giấy còn chứa các hợp chất cao phân tử là lignin có nguồn gốc trong nguyên liệu từ công đoạn nấu và tẩy trắng Khâu tẩy sinh ra các chất có độ độc hại lớn nhất trong nhà máy giấy

Nước thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy: thường có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao hơn và lượng các hợp chất hữu cơ (BOD) nhỏ hơn so với nước thải quá trình nấu bột Các thành phần chất ô nhiễm trong nước thải khâu xeo giấy gồm các phế liệu, sơ sợi m ịn rơi vãi, chất độn, bột giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh

Trong công nghệ sản xuất giấy và bột giấy thì phần nước thải từ nhà máy giấy thuần túy (không sản xuất bột) là khá sạch, chủ yếu là nước thải từ khâu xeo giấy, tạp chất cơ bản là cặn lơ lửng (thường là xơ sợi giấy, bột độn, bột màu, phụ g ia ), thành phần chất hữu cơ thường không quá cao, BOD5 của nước xeo thường dao động từ 150-350 mgO2/L Đối với các nhà máy có sản xuất bột giấy thì loại nước thải đậm đặc và khó xử lý nhất nước thải dịch đen, lượng kiềm dư

có thể lên tới 20 g/L, COD dao động ở mức hàng chục ngàn tới 100.000 mg/L Đối với các nhà máy sản xuất giấy từ giấy thải thì thành phần ô nhiễm chủ yếu

là SS, COD, và BOD5 với nồng độ cao

I.2.2.2 Ảnh hưởng của nước thải giấy đến môi trường

Với thành phần phức tạp và chứa nhiều tác nhân gây ô nhiễm, nước thải của nhà máy giấy có ảnh hưởng khá nghiêm trọng đối với môi trường Ở một số

nhà máy sản xuất giấy, nước thải không được xử lý mà xả trực tiếp ra các con sông gây ô nhiễm nguồn nước; gây ảnh hưởng đến đời sống của người dân và môi trường xung quanh Trong nước có hàm lượng chất hữu cơ cao, làm tăng BOD do đó giảm oxi hòa tan trong nước Đây là một trong những nguyên nhân chính làm vi sinh vật ở trong nước chết vì không đủ oxi Fikret Berker chỉ ra rằng nước thải nhà máy giấy có thể gây tác hại đến hầu hết các loài sinh vật trong nước sống cách mặt nước khoảng 56 km Mật độ và chủng loại cá ở những nơi đây do đó cũng giảm, đồng thời hoạt động của cá cũng thay đổi và suy yếu

Xơ sợi, các hợp chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng trong nước thải có thể gây ngộ độc thức ăn của cá trong nước sông Khi con người ăn phải những con cá này cũng

sẽ bị ngộ độc

Ngoài ra sự phân hủy các xơ sợi, các hợp chất hữu cơ bằng vi khuẩn là nguyên nhân của sự thối rữa, làm thay đổi màu và mùi của nước Đây là môi trường thuận lợi cho các vi sinh vật phát triển mạnh, trong đó có cả loài vi sinh vật có hại gây bệnh truyền nhiễm cho người và động vật Đa số thực vật và động vật sống ở trong nước chỉ sống ở môi trường pH từ khoảng 5 ^ 8, trong khi đó nước thải của một số nhà máy thải ra môi trường có pH khá cao khoảng 8M1 và

nó gây ảnh hưởng đến hệ động vật thủy sinh Ảnh hưởng của các chất độc trong nước thải trong nước đến sinh vật trong nước, đến môi trường xung quanh và đến sức khỏe con người có thể là ngay lập tức hoặc lâu dài

Các hợp chất vòng thơm của dịch đen trong nước thải có thể theo chuỗi thức ăn đi vào trong cơ thể sinh vật và tích lũy, có thể gây biến dị gen Tỷ lệ nở trứng của cá giảm rất nhiều do sự phát triển của các chất nhờn nhớt xung quanh màng trứng, trong phôi trứng bị nhiễm độc làm ngăn cản sự trao đổi chất qua màng Như vậy mức độ ô nhiễm của nước thải nhà máy giấy là khá cao, gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và từ đó có ảnh hưởng đến đời sống và sức khỏe con người

I.2.2.3 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp giấy

QCVN 12:2008/BTNMT do Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

về chất lượng nước biên soạn, Tổng cục Môi trường và Vụ Pháp chế trình duyệt

và được ban hành theo Quyết định số 16/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường với thông số nước thải như sau

Bảng 1.1 Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho

Cơ sở

có sản xuất bột gmy (B2)

Trong đó:

- Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải công nghiệp giấy và bột giấy khi thải vào các nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột A1 và A2 của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt)

- Cột B quy định giá trị C của các thông số làm cơ sở tính toán giá trị tối

đa cho phép trong nước thải của cơ sở chỉ sản xuất giấy (không sản xuất bột giấy) hoặc cơ sở sản xuất bột giấy, liên hợp sản xuất giấy và bột giấy khi thải vào các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột B1 và B2 của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt hoặc vùng nước biển ven bờ)

- Đối với thông số COD và độ màu, các cơ sở đang hoạt động trước ngày Quy chuẩn này có hiệu lực thi hành được áp dụng giá trị cao hơn đến hết ngày 31/12/2014 Kể từ ngày 01/01/2015, áp dụng giá trị quy định cho cơ sở mới đối với tất cả các cơ sở sản xuất giấy và bột giấy

Ngoài 06 thông số quy định tại Bảng 1, tuỳ theo yêu cầu và mục đích kiểm soát ô nhiễm, giá trị C của các thông số ô nhiễm khác áp dụng theo quy định tại cột A hoặc cột B của Bảng 1 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5945:2005 - Chất lượng nước - Nước thải công nghiệp - Tiêu chuẩn thải

1.2.3 Các chỉ tiêu về nước thải công nghiệp [8,9]

phần quyết định phương pháp xử lý nước pH được xác định bằng máy đo pH hoặc bằng phương pháp chuẩn độ.

b Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa xảy

ra trong nước Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môi trường xung quanh, vào thời gian trong ngày, vào mùa trong năm , Nhiệt độ cần được xác định tại chỗ (tại nơi lấy mẫu)

K2PtCl6 tương đương với 1 đơn vị chuẩn màu) Độ màu của mẫu nước nghiên cứu được so sánh với dãy dung dịch chuẩn bằng phương pháp trắc quang

d Độ đục

Độ đục gây nên bởi các hạt rắn lơ lửng trong nước Các chất lơ lửng trong nước có thể có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ hoặc các vi sinh vật, thủy sinh vật có

kích thước thông thường từ 0,1 ^ 10 ựm Độ đục làm giảm khả năng truyền sáng

của nước, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp 1 đơn vị độ đục là sự cản quang gây ra bởi 1 mg SĨŨ2 hòa trong 1 lít nước cất Độ đục được đo bằng máy đo độ đục (đục kế -turbidimeter) Đơn vị đo độ đục theo các máy do Mỹ sản xuất là NTU

e Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS)

Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trong nước Hàm lượng các chất lơ lửng (SS: Suspended Solids) là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua

phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi Đơn vị tính là mg/L.

f Tổng hàm lượng các chất hòa tan (DS)

Các chất rắn hòa tan là những chất tan được trong nước, bao gồm cả chất

vô cơ lẫn chất hữu cơ Hàm lượng các chất hòa tan DS (Dissolved Solids) là lượng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi Đơn

so với các ion HCO3-, CO32-, OH- nên thường được bỏ qua

Khái niệm về độ kiềm (alkalinity - khả năng trung hòa acid) và độ acid (acidity - khả năng trung hòa baz) là những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá động thái hóa học của một nguồn nước vốn luôn luôn chứa carbon dioxid và các muối carbonat Xét một dung dịch chỉ chứa các ion carbonat HCO3-, CO32- Ở các giá trị pH khác nhau, hàm lượng carbonat sẽ nằm cân bằng với hàm lượng CO2 vì trong nước luôn diễn ra quá trình:

2HCO3- ^ CO32- + H2O + CO2 (1.1)

CO32- + H2O ^ 2OH- + CO2 (1.2)Giả sử ngoài H+ ion dương có hàm lượng nhiều nhất là Na+ thì ta luôn luôn có cân bằng sau :

[H+] + [Na+] = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] (1.3)

Độ kiềm được định nghĩa là lượng acid mạnh cần để trung hòa để đưa tất

cả các dạng carbonat trong mẫu nước về dạng H2CO3 Như vậy ta có các biểu thức:

[Alk] = [Na+] Hoặc [Alk] = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] + [H+] (1.4)

Người ta còn phân biệt độ kiềm carbonat (còn gọi là độ kiềm m hay độ kiềm tổng cộng T vì phải dùng metyl cam làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 4.5; liên quan đến hàm lượng các ion OH-, HCO3- và CO32- )với độ kiềm phi carbonat (còn gọi là độ kiềm p vì phải dùng phenolphtalein làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 8.3; liên quan đến ion OH-) Hiệu số giữa độ kiềm tổng m và

độ kiềm p được gọi là độ kiềm bicarbonat Hàm lượng oxi hòa tan trong nước đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải tác động lên môi trường DO thấp dưới mức cho phép sẽ ảnh hưởng tới các sinh vật trong nước

b Hàm lượng oxigen hòa tan (DO)

Oxigen hòa tan trong nước (DO: Dissolved Oxygen) không tác dụng với nước về mặt hóa học Hàm lượng DO trong nước phụ thuộc nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ, thành phần hóa học của nguồn nước, số lượng vi sinh, thủy sinh vật,

Hàm lượng oxigen hòa tan là một chỉ số đánh giá “tình trạng sức khỏe” của nguồn nước Mọi nguồn nước đều có khả năng tự làm sạch nếu như nguồn nước đó còn đủ một lượng DO nhất định Khi DO xuống đến khoảng 4 ^ 5 mg/L, số sinh vật có thể sống được trong nước giảm mạnh Nếu hàm lượng DO quá thấp, thậm chí không còn, nước sẽ có mùi và trở nên đen do trong nước lúc này diễn ra chủ yếu là các quá trình phân hủy yếm khí, các sinh vật không thể sống được trong nước này nữa

Hàm lượng DO có quan hệ mật thiết đến các thông số COD và BOD của nguồn nước Nếu trong nước hàm lượng DO cao, các quá trình phân hủy các

chất hữu cơ sẽ xảy ra theo hướng háo khí (aerobic), còn nếu hàm lượng DO thấp, thậm chí không còn thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước sẽ xảy ra theo hướng yếm khí (anaerobic).

c Nhu cầu oxigen hóa học (COD)

Nhu cầu oxigen hóa học (COD: Chemical Oxygen Demand) là lượng oxigen cần thiết (cung cấp bởi các chất hóa học) để oxid hóa các chất hữu cơ trong nước Chất oxid hóa thường dùng là KMnO4 hoặc K2Cr2O7 và khi tính toán được qui đổi về lượng oxigen tương ứng (1 mg KMnO4 ứng với 0,253 MgO2)

Các chất hữu cơ trong nước có hoạt tính hóa học khác nhau Khi bị oxid hóa không phải tất cả các chất hữu cơ đều chuyển hóa thành nước và CO2 nên giá trị COD thu được khi xác định bằng phương pháp KMnO4 hoặc K2Cr2O7 thường nhỏ hơn giá trị COD lý thuyết nếu tính toán từ các phản ứng hóa học đầy

đủ Mặt khác, trong nước cũng có thể tồn tại một số chất vô cơ có tính khử (như S2-, NO2, Fe2+, ) cũng có thể phản ứng được với KMnO4 hoặc K2Cr2O7 làm sai lạc kết quả xác định COD

Như vậy, COD giúp phần nào đánh giá được lượng chất hữu cơ trong nước có thể bị oxid hóa bằng các chất hóa học (tức là đánh giá mức độ ô nhiễm của nước) Việc xác định COD có ưu điểm là cho kết quả nhanh (chỉ sau khoảng

2 giờ nếu dùng bicromat hoặc 10 phút nếu dùng phương pháp permanganat)

d Nhu cầu oxigen sinh hóa (BOD)

Nhu cầu oxigen sinh hóa (BOD: Biochemical Oxygen Demand) là lượng oxigen cần thiết để vi khuẩn có trong nước phân hủy các chất hữu cơ Tương tự như COD, BOD cũng là một chỉ tiêu dùng để xác định mức độ nhiễm bẩn của nước (đơn vị tính cũng là mgO2/L) Trong môi trường nước, khi quá trình oxid hóa sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxigen hòa tan để oxid hóa các chất

hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm vô cơ bền như CO2, CO32- SO42, PO43- và cả NO3-.

1.3 Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp [1,2,4’5]

1.3.1 Phương pháp xử lý sinh học

Sử dụng các phương pháp xử lý các chất hữu cơ có trong nước thải cũng như trong một số chất vô cơ Dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật, vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng để tồn tại và phát triển

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kị khí và hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho các quá trình oxy hóa nên các quá trình có tốc

độ và hiệu suất cao hơn xử lý sinh học tự nhiên

1.3.1.1 Phương pháp xử lý sinh học nhân tạo

■ Bể aronten sao trộn hoàn toàn

■ Mương ôxy hóa

■ Bể hoạt động gián đoạn

■ Bể lọc sinh học

■ Bể lọc sinh học tiếp xúc quay

1.3.1.2 Phương pháp xử lý sinh học tự nhiên

Cơ sở của phương pháp là khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước, bao gồm các dạng:

■ Điều hòa lưu lượng và các chất ô nhiễm trong nước thải

Đôi khi người ta còn tách các hạt lơ lửng bằng cách tiến hành lắng chúng dưới tác dụng của lực ly tâm trong các xyclon thủy lực hay máy ly tâm

1.3.3 Phương pháp xử lý hóa lý

1.3.3.1 Tuyển nổi

Bể tuyển nổi dùng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi nước Ngoài ra cũng còn dùng để tách các hợp chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt và bể còn được gọi là bể tách bọt hay làm đặc bọt

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ lớn hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí