CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH Ở MỸ

Than hoạt tính được loài người sử dụng và sản xuất. Vào thế kỷ thứ 3 người Trung Hoa dã sản xuất ra mực tàu chất lượng cao. Trong thành phần của mực này có muội than được sản xuất bằng cách đốt cháy dầu mỡ dưới bát sành úp ngược. Trải qua nhiều thế kỷ với nhu cầu sử dụng cao. Vào năm 1870 than hoạt tính đã có mặt trên thị trường thương mại, với nhu cầu về sử dụng nó có tên gọi chung là “bồ hóng” nguyên liệu đầu để sản xuất là dầu mỡ nhựa tinh chế [245-2]. Năm 1872 với sự ngiên cứu của các tác giả Haworth và Lamb, hai ông đã đưa ra loại than hoạt tính sử dụng nguyên liệu đầu là khí tự nhiên được sản xuất nhiều ở New Cumberlan, West Virginia(Mỹ). Năm 1892 ở Mỹ đã sảnm xuất ra loại than hoạt tính gọi là than máng. Do sáng chế của tác giả John MacNatte. Năm 1916 Braun và Ulinger đã đưa ra phương pháp nhiệt phân để sản xuất than hoạt tính. Năm 1943 ở bang Texas than hoạt tính được sản xuất bằng phương pháp lò (lò khí, lò lỏng) với tổ chức quy mô công nghiệp lớn hơn hiện đại hơn. Cho đế naycác phương pháp sản xuất trên được áp dụng rộng rãi và sản xuất ra nhiều loại than khác nhau đáp ứng nhu cầu sử dụng cho các nghành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp cao su nói riêng. Than hoạt tính được sản xuất với tổng sản lượng lớn nhất và quy mô công nghiệp lớn nhất ở nước Mỹ. Sau đó đến các nước phương tây. Các phương pháp sản xuất chủ yếu ở Mỹ dùng ba phương pháp chính : 1_Phương pháp sản xuất than máng. 2_Phương pháp sản xuất nhiệt phân. 3_Phương pháp sản xuất lò. Từ những phương pháp trên mà đưa ra rất nhiều loại than khác nhau với các tính chất khác nhau, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau.

MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ

đã giúp cho nền kinh tế phát triển với nhiều nhà máy công nghiệp lớn thì cũnggây ra nhiều ảnh hưởng có hại đến môi trường Các khu công nghiệp này đã vàđang là những nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường sống của chúng

ta với những rác thải công nghiệp, nước thải, bụi khói lò, tiếng ồn,…Ở trong rácthải, nước thải công nghiệp có các hợp chất hữu cơ khó bị phân huỷ và có khảnăng tích luỹ sinh học làm ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm môi trường gây ảnhhưởng đến đời sống và sức khoẻ con người

Trong công nghiệp giấy, dịch đen sau nấu bột và nước thải ở các khâutrong quá trình sản xuất đều có hàm lượng các hợp chất hữu cơ cao ngoài ra còn

có nhiều hoá chất khác độc hại nếu không xử lý tốt thải ra môi trường thì sẽ gây

ô nhiễm lớn cho môi trường xung quanh Ở các nước phát triển, các nước tiêntiến thì các nhà máy làm việc với dây chuyền khép kín có thêm các khâu thu hồitái sử dụng và xử lý chất thải Dịch kiềm đen sau nấu được thu hồi đưa đi côđặc, đốt, xút hoá để tái sử dụng hoá chất; nước trắng ở xeo, nước rửa lưới vàchăn cũng được lắng, tuyển nổi để tận dụng bột và nước trong, giảm thiểu cácchất thải ra môi trường

Ở Việt Nam, trừ công ty giấy Băi Bằng còn ở các nhà máy khác đềukhông có đều các hệ thống thu hồi cô đặc và đốt dịch đen, mà thải trực tiếp ramôi trường Đây là nguồn ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng đối với môi trường Ởnhà máy giấy Hoà Bình bột sau nấu được rửa khuyếch tán nên sử dụng nhiềunước Nước thải bao gồm rất nhiều xơ sợi, nhiều dẫn xuất của lignin là các hợpchất cao phân tử vòng thơm và các hóa chất khác Đây là các hợp chất rất khó bịphân huỷ mà nước thải từ nhà máy không được xử lý, lại thải trực tiếp ra sông

Đà gây ô nhiễm lớn đến nguồn nước Chính phủ có dự án lấy nước sông Đà cấpnước sinh hoạt cho thành phố Hà Nội, nên nếu không xử lý nước thải nhà máy

có nguy cơ phải dừng sản xuất

Vì vậy vấn đề xử lý ô nhiễm nước thải nhà máy giấy nói chung và nhàmáy giấy Hoà Bình nói riêng hiện đang là vấn đề cấp bách Có rất nhiều phươngpháp để xử lý nước thải nhà máy giấy, trong đó phương pháp xử lý sinh học đãmang lại hiệu quả đáng kể cả về kỹ thuật lẫn kinh tế

PHẦN I: TỔNG QUAN

I.1 SƠ LƯỢC VỀ NGÀNH GIẤY

Giấy là sản phẩm có vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực hoạt động củacon người Có thể nói, sự tiến bộ của mỗi quốc gia, nền văn minh của xã hộiluôn gắn liền với sự phát triển của ngành giấy Hiện nay trên thế giới người tadựa vào lượng tiêu thụ giấy trên đầu người mỗi năm để đánh giá sự phát triểncủa mỗi quốc gia

Giấy được làm ra từ rất sớm, bắt đầu từ Trung Quốc vào khoảng năm 105,xuất hiện ở Việt Nam vào khoảng thế kỷ 7, và đến thế kỷ 16 thì xuất hiện ở châu

Âu, châu Mỹ

Thế kỷ 20 được xem là thời gian phát triển nhanh nhất của ngành giấy vớinhiều kỹ thuật hiện đại như nấu liên tục, nấu biến tính, tẩy nhiều giai đoạn, épkeo, tráng phủ…

Giấy được sản xuất từ bột giấy, bột giấy lại được sản xuất ra từ nguyênliệu ban đầu là các loài thực vật như gỗ, tre nứa, các loài cây thân thảo…Bộtgiấy có thành phần hóa học chủ yếu là xenluloza

Ở các loài thực vật nói chung có thành phần chính như sau: Xenluloza,hemoxenluloza, lignin và các hợp chất khác

+ Xenluloza và hemixenluloza là các polisaccarit, xenluloza là một hợp chấtcòn hemixenluloza là tập hợp các hợp chất khác nhau Tuỳ mục đích sử dụng màyêu cầu hàm lượng hemixenluloza trong bột khác nhau, và cũng tuỳ theo đó màngười ta sử dụng các phương pháp chế biến khác nhau để loại bỏ hemixenluloza.Còn xenluloza là thành phần chính của bột, thành phần chủ yếu tạo nên sự bềnvững của tờ giấy Cho nên trong quá trình sản xuất người ta cố gắng làm sao choxenluloza càng ít bị tác động càng tốt và giữ cho hàm lượng xenluloza còn lạitrong bột càng cao càng tốt

+ Lignin là hợp chất cao phân tử mà mắt xích cơ sở là đơn vị phenylpropanvới một số nhóm định chức khác nhau, có các liên kết khác nhau Đây là mộthợp chất có chứa vòng thơm có khả năng gây màu cho bột cần phải loại bỏ trongquá trình sản xuất bột giấy Và trong quá trình sản xuất bột người ta cố gắng tìmmọi điều kiện kỹ thuật công nghệ phù hợp để làm sao loại bỏ hoàn toàn được

lignin Bột sau nấu được đưa qua công đoạn rửa, làm sạch, tẩy trắng để thu đượcbột xenluloza cho giai đoạn sản xuất giấy.

Trong công nghệ sản xuất giấy, nguyên liệu đầu vào là bột xenluloza (cóthể là bột đen hoặc bột trắng) Người ta nghiền bột tới độ nghiền thích hợp, phaloãng bột với nồng độ thích hợp, cho thêm các chất phụ gia (để tăng hiệu quảkinh tế và tạo được các tính chất mong muốn của tờ giấy) Sau đó dung dịch bộtnày được đưa lên máy xeo, cho ra sản phẩm cuối cùng là tờ giấy

I.2 SƠ LƯỢC VỀ NHÀ MÁY GIẤY HOÀ BÌNH

Nhà máy giấy Hoà Bình đặt tại xã Dân Hạ, huyện Kì Sơn, tỉnh Hoà Bình,cách quốc lộ 6 khoảng 2 km, nằm bên cạnh dòng sông Đà Trước đây nhà máygiấy Hoà Bình là một nhà máy sản xuất độc lập, nhưng trong những năm gầnđây đã sát nhập với Công ty giấy Việt Trì và trở thành chi nhánh của Công tygiấy Việt Trì

Nguyên liệu sản xuất chính là tre nứa và gỗ keo, sản phẩm là bột khôngtẩy, một phần cung cấp nguyên liệu bột cho công ty giấy Việt Trì, phần còn lạidùng cho dây chuyền sản xuất giấy cactông sóng ở ngay tại nhà máy Hàng năm

dự tính nhà máy có thể sản xuất được khoảng 3000 tấn bột và 1000 tấn giấycactông sóng Nhưng trong thực tế thì mỗi năm, nhà máy chỉ sản xuất đượckhoảng hơn 2200 tấn bột và gần 1000 tấn giấy, và cũng sản xuất theo đơn đặthàng từng đợt

Ở nhà máy có một hệ thống ba nồi nấu hình cầu 8m3, dưới mỗi nồi nấunày có các bể rửa khuếch tán và mới lắp thêm một nồi nấu hình cầu 25m3 vớimáy rửa chân không thùng quay Một téc 25m3 dùng để chứa dịch đen sau nấudùng cho hai máy cô đặc, hai máy này có thể làm bốc hơi khoảng 70% nước đểthu được dịch đen 19-22 oBe làm phụ gia cho sản xuất bê tông Hiện tại nhà máy

có một máy xéo dài, xeo cáctông 3 lớp với lớp mặt là bột nấu, còn các lớp đế làbột giấy rách và giấy lề thu hồi

Nước thải nhà máy giấy Hoà Bình bao gồm nước thải từ công đoạn rửa vàlàm sạch bột; nước thải từ lò hơi, cô đặc; nước thải từ phần ép tấm bột được tậptrung lại chảy trong cống ngầm nhà máy Sau đó chảy ra mương hở ngoài tườngrào, ở đây kết hợp với nước thải từ phần xeo chảy ra sông Đà, lưu lượng nước

I.2.1 Nước thải từ công đoạn nấu, rửa và làm sạch

Nấu bột là quá trình tách những hợp chất như lignin, chất trích li,hemixenluloza ra khỏi gỗ để thu được bột chất lượng tốt bằng các tác nhân hoáhọc như dung dịch NaOH, NaOH + Na2S, H2SO4 + NaHSO3 Dịch nấu dưới tácdụng của nhiệt độ và áp suất sẽ thẩm thấu vào tế bào gỗ và phản ứng với cácthành phần trong gỗ, cắt đứt các liên kết của chúng với nhau và tách những phầncòn lại ra khỏi bột, khuyếch tán chúng ra ngoài môi trường và hoà tan chúngtrong môi trường phản ứng Sản phẩm thu được sau nấu bao gồm hai phần: Phầnlỏng là dịch đen gồm có những sản phẩm của phản ứng hoà tan với hàm lượnghữu cơ cao chủ yếu là hợp chất cao phân tử nên rất độc hại với môi trường nước;Phần rắn là bột xenluloza có màu đen do lingnin vẫn còn sót lại trong bột chưa

bị hoà tan hết Bột thu được sau nấu cần được rửa và làm sạch để tách phần dịchđen và loại hết mấu mắt, bột sống Vì vậy nước thải ở giai đoạn này có:

+ Chứa nhiều xơ sợi xenluloza, mấu mắt, bột sống và các chất lơ lửng tạothành lượng huyền phù khá lớn trong nước thải

+ pH cao vì ở đây trong quá trình nấu có sử dụng tác nhân là kiềm, trong dịchđen sau nấu vẫn còn một lượng kiềm chưa phản ứng hết, nó sẽ theo dịch đen vàtheo nước thải ra ngoài sông

+ Trong quá trình nấu thì tác nhân nấu tấn công vào các thành phần của gỗ,cắt đứt các liên kết giữa chúng và khuyếch tán các hợp chất có hại với bột rangoài môi trường Các chất đó là: hợp chất vòng thơm lignin, các chất trích ly,một phần hemixenluloza Do đó trong nước thải giai đoạn này có hàm lượngchất hữu cơ cao, mà chủ yếu là những hợp chất hữu cơ vòng thơm cao phân tửkhó bị phân huỷ Vì vậy nước thải ở phần này rất độc hại cho môi trường và cómàu xẫm

I.2.2 Nước thải ngưng từ lò hơi đốt, bộ phận cô đặc

Nước thải ở giai đoạn này có chứa các kim loại nặng như Cd, Co, Ni, Pb,

As, Hg, Si gây ô nhiễm đến môi trường, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người

I.2.3 Nước thải từ bộ phận sản xuất giấy

Ở nhà máy giấy Hoà Bình, máy nghiền Hà Lan và nghiền thuỷ lực làmviệc gián đoạn từng mẻ Giai đoạn nghiền thô có nhiệm vụ đánh tơi nguyên liệuđầu, đến giai đoạn nghiền tinh làm tăng độ nghiền của bột bằng quá trình phân

tơ chổi hoá Đồng thời ở giai đoạn này người ta cũng cho các chất phụ gia vào

để tăng hiệu quả kinh tế, tăng tính chất tờ giấy và chuẩn bị cho bột lên lưới Nhàmáy sử dụng khoảng 35 kg phèn/tấn giấy; 10 kg nhựa thông/ tấn giấy

Nước thải chủ yếu của phần xeo là nước trắng thoát ra từ giấy trên lưới,nước rửa chăn, rửa bạt, lưới Nước thải ở giai đoạn này có chứa nhiều xơ sợixenlulôza bị thất thoát theo nước, ngoài ra còn có một lượng các chất phụ gia đitheo Vì vậy hàm lượng chất rắn bao gồm các chất vô cơ, hữu cơ là khá cao

Ngoài các hợp chất hoá học, trong nước thải còn có chứa các vi khuẩn,nấm men, tảo, siêu vi trùng, động vật nguyên sinh Trong đó vi sinh vật chiếm

tỉ lệ khá cao và đóng vai trò chủ yếu trong quá trình phân huỷ các hợp chất hữu

cơ trong nước thải Thành phần nhóm loài của các hệ vi sinh vật trong nước thảiphụ thuộc nhiều vào đặc tính hoá học của nước thải

Như vậy nước thải của một nhà máy giấy nói chung, nước thải nhà máygiấy Hoà Bình nói riêng rất độc hại, cần phải được xử lý trước khi thải ra môitrường

I.3 TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY ĐẾN MÔI TRƯỜNG

Với thành phần phức tạp và chứa nhiều tác nhân gây ô nhiễm, nước thảicủa nhà máy giấy có ảnh hưởng khá nghiêm trọng đến môi trường Ở nhà máygiấy Hoà Bình, nước thải không được xử lý lại thải trực tiếp ra dòng sông Đà,gây ô nhiễm cho nguồn nước, ảnh hưởng đến đời sống của người dân và môitrường xung quanh

Trong nước có hàm lượng hợp chất hữu cơ cao, làm tăng BOD do đó làmgiảm oxi hoà tan trong nước Đây là một trong những nguyên nhân chính làmcác vi sinh vật trong nước chết vì không đủ oxi Fikret Berker chỉ ra rằng nướcthải nhà máy giấy có thể gây ra tác hại đến hầu hết các loài vi sinh vật trongnước sống cách mặt nước khoảng 56 km Mật độ và chủng loại cá ở những nơinày do đó cũng giảm, đồng thời hoạt động của cá cũng bị thay đổi và suy yếu

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

Đối với thực vật sống dưới nước, sự tăng độ đục do có mặt nhiều chấthuyền phù làm tăng nhiệt độ nước, làm giảm khả năng xuyên qua của ánh sáng

do đó làm giảm tỉ lệ quang hợp và khả năng sản xuất oxi của chúng, và sẽ hạnchế sự phát triển của các loài thực vật này

Ngoài ra, sự phân huỷ các xơ sợi, các hợp chất hữu cơ bằng vi khuẩn lànguyên nhân của sự thối rữa, làm thay đổi màu và mùi của nước Đây là môitrường tốt cho các vi sinh vật phát triển mạnh, trong đó có cả loài vi sinh vật cóhại gây bệnh truyền nhiễm cho người và động vật

Trong nước thải nhà máy giấy có cả các kim loại nặng trong đó có một sốkim loại độc hại như Hg, As, Pb chúng có hại với các sinh vật trong nước vàvới sức khoẻ con người Khi nước được thải ra sông, những chất này có thểđược tích luỹ trong cơ thể sinh vật nước, gây hại cho sinh vật nước và khi conngười sử dụng nguồn nước đó cũng sẽ bị ảnh hưởng

Đa số thực vật, động vật ở trong nước chỉ sống được ở pH môi trườngtrong khoảng 5 ÷ 8, trong khi đó ở nước thải nhà máy giấy Hoà Bình vẫn cònmột phần kiềm dư làm cho pH nước thải khá cao trong khoảng 8 ÷ 11 Khi thải

ra sông sẽ làm ảnh hưởng đến hệ động vật thủy sinh

Ảnh hưởng của các chất độc trong nước thải nhà máy giấy đến các loàisinh vật nước, đến môi trường xung quanh và đến sức khoẻ con người có thể làngay lập tức hoặc lâu dài Các hợp chất vòng thơm ở trong dịch đen nước thải cóthể theo chuỗi thức ăn vào 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 xungquanh màng trứng trong phôi trứng nhiễm độc làm ngăn cản sự trao đổi chất quamàng

Như vậy nước thải nhà máy giấy có mức độ ô nhiễm khá cao, gây ảnhhưởng đến môi trường sinh thái và từ đó có ảnh hưởng xấu đến đời sống và sứckhỏe con người Do đó vấn đề xử lý nước thải nhà máy giấy nói chung nước và

xử lý thải nhà máy giấy Hoà Bình nói riêng là vấn đề cấp bách đặt ra hiện nay

I.4 CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

I.4.1 Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD 5 )

Nhu cầu oxi sinh hoá kí hiệu BOD5 (BOD ở 200C trong 5 ngày) là lượngoxi do vi sinh vật tiêu thụ để oxi hoá các hợp chất hữu cơ trong nước ở điều kiệntiêu chuẩn về nhiệt độ và thời gian BOD phản ánh lượng chất hữu cơ dễ bị phânhuỷ sinh học ở trong mẫu nước thải

I.4.2 Nhu cầu oxi hóa học (COD)

Nhu cầu oxi hoá học là lượng oxi cần để oxi hoá hoàn toàn các chất hữu

cơ, vô cơ trong mẫu nước thải COD thể hiện toàn bộ các chất có thể bị oxi hoábắng tác nhân hoá học Tỷ lệ BOD/ COD cũng là yếu tố đánh giá mức độ độchại của nước thải Nếu tỷ lệ này càng nhỏ thì lượng chất hữu cơ khó bị phân huỷsinh học càng lớn, tức là mức độ độc hại của nước thải càng cao

I.4.3 Hàm lượng oxi hòa tan (DO)

Hàm lượng oxi hoà tan trong nước đánh giá mức độ ô nhiễm của nướcthải tác động lên môi trường DO thấp dưới mức cho phép sẽ ảnh hưởng đếnsinh vật nước

I.4.4 Tổng lượng chất rắn (TS)

Tổng chất rắn là lượng chất rắn còn lại trong bình sau khi chưng bốc mẫunước thải và sấy mẫu trong tủ sấy ở nhiệt độ nhất định Bao gồm: Tổng lượngrắn huyền phù- là phần rắn còn lại trên giấy lọc; Và tổng lượng rắn hòa tan-phần đi qua giấy lọc Nó ảnh hưởng lớn đến tính chất của nước vì có chứa nhiềuhợp chất hữu cơ khó phân huỷ Ngoài ra đối với nước thải nhà máy giấy do cónhiều xơ sợi nên còn có chỉ tiêu TS - 70 (là lượng chất rắn lơ lửng có kích thướclớn hơn 70 µm) để đặc trưng cho hàm lượng xơ sợi trong nước thải

I.4.5 pH

pH là 1 chỉ tiêu quan trọng để đánh giá nước thải vì các quá trình làmmềm nước, kết tủa, đông tụ, phân hủy các hợp chất hữu cơ, ăn mòn đều phụthuộc vào pH

Theo TCVN 5945-1995 thì các chỉ tiêu về nước thải công nghiệp có thểthải ra môi trường là :

pH : 5,5 – 9 BOD5 : < 50 mg/l COD : < 100 mg/l

DO : > 2 mg/l

TS : < 100 mg/lTOCl : < 0.45 mg/l

T 0C : < 40 0C

I.5 XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY

I.5.1 Các phương pháp xử lý nước thải

Có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải của nhà máy giấy, nhưng hiệnnay chủ yếu người ta sử dụng các phương pháp: lắng, keo tụ và xử lý sinh học

Phương pháp lắng nhằm thu hồi chất rắn dạng bột hoặc xơ sợi bằngphương pháp lắng, quan trọng ở đây cần chọn thời gian lưu nước thải trong bểlắng thích hợp Để giảm thời gian lưu nước thải trong bể lắng người ta thườnghay dùng loại bể lắng tuyển nổi có tải trọng bề mặt từ 5 ÷ 10 m3/m2.h Nước thải

ở đây được thổi khí nén với áp suất 0,4 ÷ 0,6 MPa Hiệu suất lắng sẽ cao và thờigian lắng sẽ ngắn hơn

Phương pháp keo tụ hoá học dựa trên sự tạo thành hạt keo để lắng các hạtrắn lơ lửng, các chất hữu cơ hoà tan và chất độc Chất keo tụ thường là phèn sắt,phèn nhôm, vôi Dùng chất trợ keo tụ là các chất polyme làm tăng tốc độ lắng.Với phèn sắt cần pH trong khoảng 5 ÷ 11, phèn nhôm cần pH trong khoảng 5 ÷

7 và với vôi cần pH >11

Phương pháp sinh học dùng xử lý các chất hữu cơ hoà tan, các chất này dễ

bị phân huỷ hiếu khí và yếm khí bởi vi sinh vật có trong nước thải Trong nướcthải nhà máy giấy thường có phần hợp chất hữu cơ khó phân huỷ sinh học, bịphân huỷ hiếu khí và phân huỷ yếm khí rất chậm bởi các vi khuẩn trong chínhnước thải đó Ngoài ra nước thải ngành giấy tuy giàu hợp chất hữu cơ nhưng lạinghèo nitơ và phôtpho, là những chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật Do

đó khi xử lý sinh học cần chú ý cân bằng dinh dưỡng cho vi sinh vật phát triển

I.5.2 Các nghiên cứu về xử lý nước thải nhà máy giấy trên thế giới

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu mới về vấn đề xử lý nướcthải nhà máy giấy được đưa ra chủ yếu là các nghiên cứu về xử lý bằng phươngpháp sinh học

Trong báo cáo nghiên cứu về xử lý kết hợp yếm khí và hiếu khí đối vớinước thải quá trình sản xuất bột nhiệt cơ của Jukka Rintala và Pertti Vuoriranta[TAPPI Journal, 1988], thì các ông đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải đãqua lắng của nhà máy liên hợp sản xuất bột và giấy từ bột nhiệt cơ Kết quả là, ởgiai đoạn yếm khí 60-70% COD hòa tan của nước thải được tách loại với tốc độ

là 5-8 kg COD/m3 Và sau giai đoạn xử lý hiếu khí tiếp theo, COD giảm khoảng80-85% Còn trong giai đoạn xử lý đơn, xử lý bằng bùn hoạt tính cũng thu được

sự giảm COD tương tự Quá trình tạo ra metan ở giai đoạn yếm khí là 0,22 0.33 m3 CH4/kg COD được loại bỏ Ngoài ra quá trình tạo bùn ở quá trình xử lýkết hợp yếm khí và hiếu khí là khoảng 1/3 so với ở giai đoạn xử lý đơn, xử lýbằng bùn hoạt tính Sau giai đoạn xử lý hiếu khí đối với nước thải đã được xử lýyếm khí sẽ làm thay đổi màu của nước thải từ màu nâu đen thành màu đỏ Vàcác ông cũng đã chỉ ra rằng, việc bổ sung chất dinh dưỡng cho vi sinh vật cũngảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý Đối với quá trình xử lý hiếu khí riêng biệt,khi không bổ sung dinh dưỡng, sau xử lý COD chỉ giảm 35-50%, BOD7 chỉgiảm 40-60%; còn khi có bổ sung dinh dưỡng P, N thì COD giảm 80-85%,BOD7 giảm >90%

-J.A.Servizi và R.W Gordon với nghiên cứu về loại bỏ chất độc trongnước thải từ nhà máy sản xuất bột nhiệt cơ và hóa nhiệt cơ trong hồ hiếu khí qui

mô thử nghiệm [Pulp & Paper Canada, 87:11, 1986], đã tiến hành nghiên cứutrực tiếp lần lượt đối với nước thải bột nhiệt cơ và bột hóa nhiệt cơ để làm giảmcấp độ độc hại bằng các xử lý sinh học Các ông đã chỉ ra rằng, xử lý sinh học

đã loại bỏ được độ độc trong nước thải bột nhiệt cơ và hóa nhiệt cơ nhưng nó lạirất nhạy cảm với thời gian lưu và việc bổ sung dinh dưỡng nitơ Với sự tăng thờigian xử lý và việc cho thêm chất bổ sung nitơ đã sinh ra nhiều amoniac và nitritlàm tăng cấp độ độc hại

R.W.Wilson, K.L.Murphy và E.G.Frenette qua nghiên cứu về xử lý hiếukhí và yếm khí nước thải từ quá trình sản xuất bột bán hóa và hóa nhiệt cơ đã kếtluận rằng:

- Xử lý trong bể sục khí 7-9 ngày và xử lý bằng bùn hoạt tính 25 ngày đều

có khả năng tách loại >80% BOD từ các hợp chất hữu cơ trong nước thải bộtbán hóa và bột hóa nhiệt cơ ở điều kiện nhiệt độ mùa hè

- Các xử lý yếm khí tốc độ cao và tốc độ thấp đều là các phương phápkhả thi về tính kỹ thuật để giảm BOD mặc dù mục đích tách loại >80% BODkhông thể đạt được bởi một mình quá trình xử lý yếm khí Nếu sau quá trình xử

lý yếm khí mà tiếp tục xử lý hiếu khí 3-5 ngày thì BOD giảm >95% ở cả 2trường hợp

- Việc giảm chất độc phụ thuộc vào thời gian lưu của nước thải với tổng6-7 ngày yêu cầu để xử lý hiếu khí thu được nước thải không độc hại Nếu chỉmột giai đoạn xử lý yếm khí thì hiệu quả trong việc giảm chất độc trong nướcthải sẽ không cao

I.6 CƠ SỞ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ – PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về xử lý nước thải của nhà máy giấy,

và hầu hết các nghiên cứu này đều đưa đến kết quả là phương pháp xử lý sinhhọc mang lại hiệu quả cả về mặt kinh tế và kỹ thuật

Nhưng các nghiên cứu này đa số tiến hành ở những vùng có điều kiện khíhậu, môi trường, nhiệt độ khác nhiếu so với điều kiện ở nước ta Như vậy chonên khi áp dụng vào xử lý nước thải ở các nhà máy giấy ở nước ta thì sẽ gặpnhiều khó khăn và chưa chắc đã đem lại hiệu quả Vì vậy trong nghiên cứu củamình chúng tôi hi vọng xác định một số chủng vi khuẩn (gồm cả vi khuẩn khửsunphat và vi khuẩn kị khí) có khả năng phân huỷ tốt các hợp chất hữu cơ trongnước thải và có thể thích nghi tốt trong điều kiện nước thải của các nhà máy ởnước ta Đây là một nghiên cứu lâu dài, phải thực hiện nhiều quá trình thửnghiệm để xác định chủng vi sinh vật, các điều kiện xử lý thích hợp, sự thay đổicủa các chi tiêu gây ô nhiễm

Qua việc đánh giá tương đối đầy đủ mức độ ô nhiễm của nước thải nhàmáy giấy, chúng ta có thể thấy những tác hại của nó đối với môi trường Vì vậyviệc nghiên cứu để tìm ra phương án xử lý thích hợp, có hiệu quả nước thải nhàmáy giấy ở nước ta là một nghiên cứu cần thiết và có nhiều ý nghĩa

I.7 VI SINH VẬT VÀ ĐẶC TÍNH CỦA VI SINH VẬT

Vi sinh vật là những cơ thể sống vô cùng nhỏ bé, chỉ quan sát được bằngkính hiển vi Trong nước thải có một quần thể vi sinh vật phong phú bao gồmnhiều chủng loại như vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn là những vi sinhvật thích nghi với môi trường nước thải và có khả năng sử dụng những hợp chấthữu cơ có trong nước thải như nguồn thức ăn Để nhiên cứu khả năng phân huỷcác hợp chất hữu cơ của vi sinh vật thì chúng ta phải nắm vững những đặc điểmsinh lý, sinh hoá của chúng

I.7.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật

+ Nước: Nước có vai trò quan trọng nhất trong hoạt động sống của vi sinh vật.Trong tế bào vi sinh vật, nước là thành phần chủ yếu có vai trò giữ cho tế bàokhông bị biến dạng, để cân bằng áp suất thẩm thấu và là môi trường trao đổi chấtcủa cơ thể vi sinh vật

+ Dinh dưỡng nitơ: Vi sinh vật cần những chất chứa nitơ để tổng hợp protit,axit nucleic của tế bào Khi nuôi cấy vi sinh vật ở môi trường ít các hợp chấtnitơ như nước thải nhà máy giấy cần phải cho thêm vào đó một số muối chứanitơ làm nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật

+ Khoáng chất: Vi sinh vật đòi hỏi một số khoáng chất cho sự phát triển như K,

Mg, Mn, Ca, P Nhưng sự có mặt dư thừa của các khoáng chất này trong môitrường sống là không cần thiết và có thể dẫn đến ảnh hưởng xấu, nên cần tínhtoán bổ sung khoáng chất một cách hợp lý

+ Dinh dưỡng cacbon Có hai loại vi sinh vật là vi sinh vật tự dưỡng và dịdưỡng Các vi sinh vật tự dưỡng có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ cần thiếtcho cơ thể từ CO2, H2O và muối khoáng Các vi sinh vật dị dưỡng là những visinh vật thu nhận năng lượng từ quá trình oxi hoá hoặc lên men các chất hữu cơ.Tuỳ vào đặc điểm sinh lý – sinh hoá của vi sinh vật mà chúng có thể phân huỷđược hợp chất hữu cơ phân tử lượng rất lớn, lớn, và bé Tuỳ thuộc vào nồng độhợp chất cacbon trong môi trường mà nó có thể vừa là chất dinh dưỡng vừa làchất ức chế vi sinh vật Vì vậy khi xử lý nước thải bằng vi sinh vật cần nghiêncứu tìm ra khoảng nồng độ của hợp chất cacbon phù hợp với chủng loại vi sinhvật đang nghiên cứu

I.7.2 Các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến vi sinh vật

+ Nhiệt độ Hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật là kết quả của phảnứng hoá học Mà phản ứng hoá học lại phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ, nên khảnăng phát triển của vi sinh vật cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, chúng phải cókhoảng nhiệt độ thích hợp để phát triển tốt Nhiệt độ thích hợp để vi sinh vậtphát triển trong khoảng 30 ÷ 370C.

+ pH Yếu tố hoá học ảnh hưởng lớn đến điều kiện sống của vi sinh vật là

pH môi truờng Cần phải duy trì pH thích hợp trong thời gian sinh trưởng của visinh vật, vì pH ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình sinh trưởng và trao đổi chấtcủa vi sinh vật Đa số các loại vi sinh vật phát triển tốt ở pH trung tính, nhưngmột số loại có khả năng sinh trưởng và phát triển ở môi trường axít hoặc kiềm

I.7.3 Quá trình trao đổi chất và sự phân giải các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật

Các vi sinh vật trong quá trình trao đổi năng lượng, đã oxi hóa các hợpchất hữu cơ, tạo ra năng lượng để phục vụ cho nhu cầu hoạt động sống của tếbào Những vi sinh vật cần sử dụng oxi cho quá trình oxi hóa gọi là những visinh vật hiếu khí, những vi sinh vật không cần oxi cho quá trình oxi hóa gọi lànhững vi sinh vật kị khí

Trong quá trình oxi hóa kị khí, các vi sinh vật kị khí (yếm khí) oxi hóacác chất hữu cơ không triệt để vì các sản phẩm trao đổi chất của chúng thường làcác hợp chất hữu cơ phân tử lượng thấp Quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơrất phức tạp và tạo ra các chất có 2 ÷ 4 nguyên tử C trong phân tử

Trong quá trình oxi hóa hiếu khí thì oxi đóng vai trò chất nhận điện tử,hợp chất hữu cơ là các chất cho điện tử Sản phẩm của quá trình phần lớn là CO2

và H2O Tuy nhiên do ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau mà nhiều khi sảnphẩm của quá trình còn có các sản phẩm trao đổi chất thứ cấp như : keto axit,axit axetic, axit gluconic, axit fumaric…Các hợp chất polysaccarit được thủyphân thành đường đơn nhờ hệ men thủy phân của một số vi sinh vật có trongnước thải, sau đó những đường đơn này mới tiếp tục được oxi hóa Các hợp chấtlignin đầu tiên được chuyển thành các hợp chất thơm mà trong vòng không chứanhững nhóm thế nào khác ngoài nhóm oxi Các hợp chất này dưới tác dụng của

hệ thống enzim của vi sinh vật sẽ bị cắt đứt vòng và tạo ra các axit béo Các axit

này sau đó sẽ được chuyển hóa thành các sản phẩm trao đổi trung gian Sự cắtvòng thơm được thực hiện nhờ enzim oxigenaza xúc tác, trước khi đứt vòng mộtnguyên tử oxi dưới tác dụng của enzim hydroxilaza sẽ liên kết với cacbua hydrothơm làm hydroxyl hóa, còn một nguyên tử oxi khác bị khử thành nước Trongkhi đó chất cho hydro là pyridin nucleotit và đôi khi là chính các hợp chất thơm

đã được hydroxyl hóa

Các nhóm thế trong vòng thơm thường được tách ra trước khi đứt vòng,

và thường được thay thế bằng nhóm OH, các nhánh bên có thể bị rút ngắn lại.Chỗ đứt vòng thơm ở giữa hai nhóm –OH lân cận hoặc ở giữa nguyên tử C bịhydroxyl hóa và nguyên tử C lân cận không bị hydroxyl hóa

Như vậy sự phá vỡ vòng thơm có thể xảy ra theo nhiều hướng Sau khivòng thơm bị phá vỡ, vi sinh vật tiếp tục phân hủy các sản phẩm hydrocacbonmạch thẳng thành các sản phẩm là CO2, H2O

R

OH OH

O2Enzim

R

OH

C=O C=O

OH

R

OH OH

O2Enzim

R

C=O OH

H

C=O

OH

O2Enzim

H

C=O