Nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề giấy ở phong khê, tp bắc ninh, tỉnh bắc ninh bằng phương pháp đông keo tụ

Ngành sản xuất giấy và bột giấy là một bộ phận cơ bản trong ngành sản xuất giấy ở nước ta.Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy chiếm vị trí khá quan trọng trong nền kinh tế nước ta.Cùng v

NGUYỄN VĂN CHƯƠNG

Tên đề tài:

"NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ GIẤY Ở PHONG KHÊ, THÀNH PHỐ BẮC NINH, TỈNH BẮC NINH

BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG KEO TỤ"

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Liên thông chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường Khoa : Môi trường

Khóa học : 2013 - 2015

THÁI NGUYÊN - 2014

NGUYỄN VĂN CHƯƠNG

Tên đề tài:

"NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ GIẤY Ở PHONG KHÊ, THÀNH PHỐ BẮC NINH, TỈNH BẮC NINH

BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG KEO TỤ"

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Liên thông chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường Khoa : Môi trường

Khóa học : 2013 - 2015 Giảng viên hướng dẫn: ThS Đặng Thị Hồng Phương

THÁI NGUYÊN - 2014

Lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện cho em được thực tập tại cơ quan “Viện bơm và Thiết bị thủy lợi”

Để có được một bản báo cáo thực tập tốt nghiệp hoàn chỉnh, ngoài sự cố gắng của bản thân trong công việc còn là sự đóng góp rất lớn và hết sức quan trọng của các thầy, cô giáo cùng cán bộ hướng dẫn của cơ quan Nhân đây cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Đặng Thị Hồng

Phương (Đại học Nông Lâm Thái Nguyên), TS Đinh Anh Tuấn (Cán bộ của

cơ quan), cùng toàn thể ban lãnh đạo các bên đã giúp đỡ em trong thời gian

vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 26 tháng 08 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Văn Chương

quan tâm nhiều nhất.Để thực hiện có hiệu quả công tác xử lý cuối đường ống thì đòi hỏi phải có các công trình và những công nghệ xử lý thật hoàn chỉnh, chính xác và tiên tiến để góp phần quan trọng cho việc tính toán và thiết kế các hệ thống xử lý đạt hiệu quả tốt

Ngành sản xuất giấy và bột giấy là một bộ phận cơ bản trong ngành sản xuất giấy ở nước ta.Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy chiếm vị trí khá quan trọng trong nền kinh tế nước ta.Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, dịch vụ khác, nhu cầu về các sản phẩm giấy ngày càng tăng.Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được to lớn về kinh tế - xã hội, ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề môi trường bức xúc cần phải giải quyết, đặc biệt là nước thải phát sinh trong quá trình sản xuất giấy và bột giấy, đây là loại nước rất khó xử lý( về công nghệ và chi phí) Cần có biện pháp xây dựng các cơ sở gắn sản xuất với xử lý ô nhiễm môi trường, đổi mới công nghệ theo hướng thân thiện với môi trường.Đặc biệt là vấn đề môi trường ở các làng nghề ở Việt Nam cần thiết phải xây dựng hệ thống xử lý và

áp dụng công nghệ phù hợp để giải quyết tốt các vấn đề môi trường bức xúc hiện nay

Vì vậy,tôi thực hiện đề tài: "Nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề giấy ở Phong Khê, Tp Bắc Ninh, Tỉnh Bắc Ninh bằng phương pháp đông keo tụ" Công nghệ được đề xuất nhằm xử lý hoạt động có hiệu quả ,thích hợp và an toàn,đảm bảo yêu cầu về chất lượng nước thải đầu ra theo pháp luật quy định Mong rằng công nghệ sẽ mang lại hiệu quả thiết thực cho công tác xử lý

ô nhiễm, bảo vệ và cải thiện môi trường ở khu vực Phong Khê-Tp Bắc Ninh- tỉnh Bắc Ninh

Trong quá trình thực hiện đồ án do còn bị hạn chế về thời gian và kiến thức, cũng như kinh nghiệm bản thân còn rất nhiều hạn chế nên những thiếu sót trong

đồ án này là không thể tránh khỏi.Vì vậy,tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp xây dựng từ phía thầy cô và các bạn để tôi hoàn thành đồ án tốt hơn

Bảng 3.1: Một số loại hóa chất sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải giấy 30

Bảng 4.1:Thành phần các thông số của nước thải giấy 33

Bảng 4.2: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945-2005 33

Bảng 4.3 Số liệu đồ thị thể hiện pH tối ưu cho phèn nhôm (PAC) 37

Bảng 4.4 Số liệu cho đồ thị thể hiện lượng phèn tối ưu cho phèn PAC 38

Hình 4.1 : Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của làng nghề giấy 34

Hình 4.2: Sơ đồ xử lý nước thải bổ sung khi có màu và hàm lượng tinh bột cao (COD cao) 35

Hình 4.3:Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải giấy 36

Hình 4.4:Đồ thị thể hiện pH tối ưu cho phèn nhôm (PAC) 38

Hình 4.5:Đồ thị thể hiện lượng phèn (PAC) tối ưu 39

Hình 4.6:Đồ thị Sự thay đổi giá trị COD theo thời gian của các mẫu được xử lý bằng VKK 40

Hình 4.7.Đồ thị Sự thay đổi giá trị COD theo thời gian của các mẫu được xử lý bằng SRB 40

PAC :Poly Aluminium Chloride VKK :Vi khuẩn kị khí

SRB :Vi khuẩn khử sunfat GAC :Granue Activated Carbon PAC : Powdered Activated Carbon TCVN :Tiêu chuẩn Việt Nam

QCVN :Quy chuẩn Việt Nam TCCP :Tiêu chuẩn cho phép BTNMT :Bộ Tài Nguyên Môi Trường F/M :Food- Microorganism (BOD- MLSS)

1.1.Đặt vấn đề 1

1.2.Mục đích của đề tài 2

1.3 Mục tiêu cuả đề tài 2

1.4.Ý nghĩa của đề tài 2

1.4.1.Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học 2

1.4.2.Ý nghĩa thực tiễn 3

PHẦN 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

2.1.Các vấn đề môi trường nảy sinh từ sản xuất giấy 4

2.1.1.Nguyên liệu sản xuất giấy 4

2.1.2.Nguồn thải rắn từ sản xuất giấy 4

2.1.3.Nước thải giấy 5

2.1.4.Khí thải 6

2.2.Các phương pháp xử lý nước thải từ sản xuất giấy 7

2.3.Phương pháp khử độ màu của nước thải 15

2.4.Giới thiệu về phương pháp đông keo tụ trong xử lý nước thải giấy 18

2.4.1.Một số công nghệ xử lý nước thải giấy 18

2.4.2.Một số hệ thống xử lý nước thải giấy 22

2.5.Tình hình nghiên cứu phương pháp đông keo tụ trong xử lý nước thải giấy trên thế giới và ở Việt Nam 26

2.5.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới 26

2.5.2.Tình hình nghiên cứu trong nước 27

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

3.1.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 29

3.2.Địa điểm và thời gian nghiên cứu 29

3.3.Nội dung nghiên cứu 29

3.3.1.Giới thiệu về làng nghề giấy Phong Khê 29

3.3.2.Thành phần của nước thải giấy tại làng nghề giấy Phong Khê 29

3.5.Phương pháp nghiên cứu 29

3.5.1.Phương pháp thu thập số liệu 29

3.5.2.Phương pháp phân tích 30

3.5.3.Phương pháp điều tra thực địa 30

3.5.4.Phương pháp xử lý số liệu 30

3.6 Loại hóa chất sử dụng cho hệ thống xử lý mước thải giấy 30

PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31

4.1.Giới thiệu về làng nghề giấy Phong Khê 31

4.2 Thành phần của nước thải giấy tại làng nghề giấy Phong Khê 33

4.3.Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý 34

4.4 Nghiên cứu xác địnhpH tối ưu 37

4.5 Nghiên cứu xác định phèn tối ưu 38

4.6.Nghiên cứu ảnh hưởng của COD ban đầu đến quá trình xử lý nước thải giấy 39

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

5.1.Kết luận 42

5.2.Kiến nghị 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Trong công nghiệp giấy, dịch đen sau nấu bột và nước thải ở các khâu trong 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 tiên tiến thì các nhà máy làm việc với dây chuyền khép kín có thêm các khâu thu hồi tái sử dụng và xử lý chất thải Dịch kiềm đen sau nấu được thu hồi đưa đi cô đặc, đốt, xút hoá để tái sử dụng hoá chất; nước trắng ở xeo, nước rửa lưới và chăn cũng được lắng, tuyển nổi để tận dụng bột và nước trong, giảm thiểu các chất thải ra môi trường ở Việt Nam, trừ công ty giấy Bãi Bằng còn ở các nhà máy khác đều không có đều các hệ thống thu hồi cô đặc và đốt dịch đen, mà thải trực tiếp ra môi trường Đây là nguồn ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng đối với môi trường ở nhà máy giấy hay các cơ sở sản xuất giấy bột sau nấu được rửa khuyếch tán nên sử dụng nhiều nước Nước thải bao gồm rất nhiều xơ sợi, nhiều dẫn xuất của lignin là các hợp chất cao phân tử vòng thơm và các hóa chất khác Đây là các hợp chất rất khó bị phân huỷ mà nước thải từ nhà máy không được xử lý, lại thải trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm lớn đến nguồn nước[9]

Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước,lượng nước cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy thành phẩm dao động từ 80m3– 450m3 Dịch đen sinh ra trong công đoạn nấu và rữa bột giấy Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25-35%, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và vô

cơ vào khoảng 70:30 Nước thải sinh ra có hàm lượng chất rắn lơ lửng, BOD, COD cao, đặc biệt trong nước thải nhà máy giấy thường chứa nhiều lignin, chất này khó hòa tan và khó phân hủy, có các chất có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất clo hữu cơ Vấn đề ô nhiễm nước thải tại các nhà máy giấy đang được các nhà khoa học và cơ quan quản lý nhà nước về môi môi trường rất quan tâm

Làng nghề giấy Phong Khê là một trong những làng nghề có nhiều cơ sở sản xuất giấy so với cả nước Hiên tại một số cơ sở ở làng nghề giấy Phong Khê đã đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải tuy nhiên sau một thời gian hoạt động, với đặc tính nước thải đặc trưng của nhà máy giấy, hệ thống xử lý nước thải của nhà máy vẫn còn một số chỉ tiêu chưa đáp ứng được các yêu cầu xã thải Cùng với chủ trương hạn chế ô nhiễm môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân Ủy Ban Nhân Dân tỉnh Bắc Ninh đã đưa

ra một số giải pháp nhằm ngăn chặn và giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trường cho khu vực làng nghề [10].Các cơ sở sản xuất giấy ở làng nghề có quy mô sản xuất và lưu lượng dòng thải khác nhau nhưng tính chất dòng thải tương tự nhau,hầu hết dòng thải đều được thải ra ở một hệ thống xả thải chung.Trong quá trình hoạt động của các cơ sở sản xuất giấy tại làng nghề, thì việc phát sinh các nguồn thải như nước thải, chất thải rắn, khí thải là rất lớn ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường [12]

Chính vì những lý do trên,đề tài: " Nghiên cứu xử lý nước thải làng

nghề giấy ở Phong Khê, Tp Bắc Ninh, Tỉnh Bắc Ninh bằng phương pháp

đông keo tụ" được thực hiện

1.2 Mục đích của đề tài

Thông qua khảo sát môi trường làng nghề ở tỉnh Bắc Ninh đề xuất một

số biện pháp công nghệ nhằm cải thiện ô nhiễm môi trường ở làng nghề giấy Phong Khê,tỉnh Bắc Ninh,góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân sinh sống nơi đây

1.3 Mục tiêu cuả đề tài

Đánh giá tổng quan tình hình ô nhiễm do nước thải làng nghề giấy trên địa bàn xã Phong Khê

Nghiên cứu công nghệ đông keo tụ vào xử lý nước thải của làng nghề giấy tại Phong Khê

1.4 Ý nghĩa của đề tài

1.4.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học

Vận dụng lý thuyết vào thực tập với thực tế

Học hỏi,thu thập kiến thức cho bản thân và tích lũy dần kinh nghiệm cho bản thân sau khi tốt nghiệp

Nâng cao tay nghề và kỹ năng thực hành cho bản thân

Thực tập các công việc trong thực tế để tạo tiền đề để làm việc và công tác

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đánh giá được tình trạng ô nhiễm chung của làng nghề giấy Phong Khê

Đề xuất công nghệ xử lý có hiệu quả nước thải làng nghề giấy góp phần cải thiện chất lượng môi trường cho các năm tới

PHẦN 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Các vấn đề môi trường nảy sinh từ sản xuất giấy

2.1.1 Nguyên liệu sản xuất giấy

Nguyên liệu chính để sản xuất giấy chủ yếu từ sợi thực vật như (gỗ, tre, nứa ) Nguyên liệu sản xuất gồm 2 phần chính:

Bột giấy: được nhập từ bên ngoài có màu xanh xám Do bột giấy này được đã qua xử lý với hóa chất nên có mùi khó chịu

Giấy tái chế: lượng giấy này cơ sở thu mua từ bên ngoài

Do chất lượng của bột giấy này thấp nên cơ sở trộn lẫn bột giấy với giấy tái chế nhằm tăng chất lượng cũng như màu sắc của sản phẩm (tại cơ sở tham quan thì tỷ lệ pha trộn giữa bột giấy với giấy tái chế thường là 80% – 20%)[12]

2.1.2 Nguồn thải rắn từ sản xuất giấy

Quá trình hoạt động sản xuất của làng nghề tái chế giấy Phong Khê cũng như nhiều làng nghề khác đã thải ra môi trường nhiều loại chất thải rắn, trong

đó có chất thải nguy hại không được thu gom mà vứt bừa bãi ra các kênh, mương, ao, hồ, sông, ngòi làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt; biến một số lưu vực sông trở thành dòng sông chết.Tại Phong Khê, môi trường nước mặt bị ô nhiễm, mùi khí thải, chất thải rắn từ phân loại giấy, cặn thải và rác thải sinh hoạt đổ bừa bãi dọc đường thôn xóm, trong các hồ ao nhỏ quanh

làng gây tắc hệ thống thoát nước, mất mỹ quan và mất vệ sinh

Một lượng chất thải từ giấy tái chế, bột giấy trong quá trình phân loại nguyên vật liệu Than rơi vãi, xỉ than trong quá trình cấp nhiệt cho lò hơi Xỉ than thải ra từ lò hơi và lò thu hồi, trong hỗn hợp xỉ than và than cám có khoản 70% xỉ và 30% than chưa đốt hết Lượng xỉ than này có thể được tái sử dụng làm chất đốt hoặc làm gạch không nung

Lượng lớn bùn thải trong các bể lắng,trong các cống xả thải Lượng giấy vụn trong quá trình cắt xeo giấy.Một lượng nilon thừa tạo ra trong quá trình đóng gói kim loại, bọc nilon từ quá trình cắt và phân loại giấy tái chế[12]

2.1.3 Nước thải giấy

Dòng thải rửa nguyên liệu bao gồm chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bảo vệ thực vật, vỏ cây…

Dòng thải của quá trình nấu và rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu

cơ hòa tan, các 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 70:30

Thành phần hữu cơ chủ yếu là trong dịch đen lignin hòa tan và dịch kiềm Ngoài ra, là những sản phẩm phân hủy hydratcacbon, axit hữu cơ Thành phần hữu cơ bao gồm những chất nấu, một phần nhỏ là NaOH,

Na2S,Na2SO4, Na2CO3 còn phần nhiều là kiềm natrisunfat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm

Dòng thải từ công đoạn tẩy của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học và bán hóa chứa các chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thành của những chất đó với chất tẩy ở dạng độc hại Dòng này có độ màu, giá trị BOD5 và COD cao

Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh

Dòng thải từ các khâu rửa thiết bị, rửa sàn, dòng chảy tràn có hàm lượng các chất lơ lửng và các chất rơi vãi

Nước ngưng của quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý thu hồi hóa chất

từ dịch đen.Mức ô nhiễm của nước ngưng phụ thuộc vào loại gỗ, công nghệ sản xuất

Nước thải sinh hoạt

Trung bình một ngày, các cơ sở sản xuất ở đây xả ra môi trường khoảng 5.000m3 nước thải và một lượng lớn giấy phế phẩm có chứa các hóa chất độc hại Sông Ngũ Huyện chảy qua xã đã bị đầu độc nặng nề và trở thành một dòng sông chết Bên cạnh đó, nguy cơ cháy nổ hiện hữu tại các hộ sản xuất giấy tái chế với công nghệ lạc hậu, mất an toàn lao động Trên thực tế đã xảy

ra nhiều vụ rò rỉ hóa chất như kiềm, xút, chất phụ gia tẩy trắng sau những vụ

cháy xưởng sản xuất.Tại các làng nghề tái chế giấy, vấn đề ô nhiễm nước chủ yếu là chất rắn như xơ sợi, bột giấy trong nước thải, ngoài ra còn có lượng nước thải có tình kiềm và chứa một số hợp chất hóa học khác trong quá trình ngâm và tẩy trắng bột giấy

Nước thải của quá trình sản xuất giấy chủ yếu là từ công đoạn xeo Nước

ở công đoạn này có chứa một phần bột giấy và các chất phụ gia xeo Các chất phụ gia xeo thường dùng là (NH4 )2SO4, nhựa thông (để tăng độ thấm của giấy), cao lanh (để tăng độ kết dính của bột giấy)[12]

Lưu ý: chất phụ gia xeo được đưa vào trong quá trình nghiền ướt.Nước thải chứa lượng lớn các hóa chất độc hại như xút, thuốc tẩy, phèn kép, nhựa thông và phẩm mầu với hàm lượng BOD5 và COD vượt 4-6 lần tiêu chuẩn

cho phép[8]

2.1.4 Khí thải

Các nguồn phát sinh khí thải trong quá trình sản xuất: nguồn khí thải phát sinh từ quá trình ngâm tẩy, quá trình cung cấp nhiệt lượng cho nồi hơi, trong quá trình nghiền (hơi hóa chất) và quá trình đánh tơi (hơi dung môi).Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang theo tro bụi, CO2, CO, SOx,NOx do thành phần nguyên tố có trong củi kết hợp với oxy không khí trong quá trình cháy tạo nên Bụi trong khói thải lò hơi là một tập hợp các hạt rắn có kích thước rất khác nhau (vài micromet tới vài trăm micromet).Chúng là nguyên nhân gây nên các bệnh về đường hô hấp ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe conngười đồng thời các khí góp phần gia tăng hiệu ứng nhà kính nếu không được xử lý triệt để trước khi phát thải

Khí SO2 sinh ra trong quá trình đốt nguyên liệu, là loại khí không màu, mùi sốc, hăng cay và dễ dàng chuyển hóa thành SO3 do kết hợp với oxy trong không khí Khí SOx là những khí thuộc loại độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật mà con có tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trình diến trúc do chúng có tính kích thích, ở nồng độ nhất định sẽ tác hại đến mắt, đường khí quản, trong môi trường không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit

Khí CO được tạo ra do sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu chứa carbon CO rất nguy hiểm cho hô hấp của con người Ở nồng độ từ thấp đến cao, CO có thể gây đau đầu, chóngmặt, gây tổn hại đến hệ thống tim mạch, thậm chí gây tử vong

Bên cạnh đó một lượng bụi được hình thành từ qua trình nghiền bột giấy Một phần muội than có kích thước nhỏ tồn tại lơ lửng trong khu vực

Ngoài ra:Trong giai đoạn ngâm kiềm: Do sử dụng các hoá chất như NaOH, Na 2SO4 lượng khí thải thoát ra chứa một hàm lượng không nhỏ khí độc như H2SO3, Cl, H2S Các sol khí ở dạng hạt như sunfat natri (Na2SO4) và cacbonnat natri (Na2CO3) hình thành trong quá trình tẩy trắng, trong quá trình xeo.Trong quá trình xeo một lượng lớn hơi nước hình thành Lượng hơi nước này chứa các dung môi dễ bay hơi ảnh hưởng đến sức khỏe con người[12] Tiếng ồn: Tiếng ồn trong phạm vi khu vực sản xuất đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 10 – 20 dBA mà nguyên nhân chính là do hoạt động của hệ

Quá trình lắng chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau: lưu lượng nước thải, thời gian lắng (thời gian lưu), khối lượng riêng và tải lượng tính theo chất rắn

lơ lửng, sự keo tụ các hạt rắn, nhiệt độ nước thải và kích thước bể lắng Theo chiều dòng chảy các bể lắng được phân thành bể lắng ngang và bể lắng đứng Tuy nhiên phương pháp này chỉ tách được sơ bộ các chất rắn có kích thước và trọng lượng tương đối lớn trong nước thải, đặc biệt đối với nước thải giấy thì chất rắn lơ lửng chủ yếu là các xơ sợi có trọng lượng thấp và kích thước bé nên đây chưa phải là phương án tối ưu[6]

b Phương pháp đông keo tụ cùng lắng

Quá trình lắng chỉ tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các hạt rắn có kích thước bé Để tách được các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm làm tăng vận tốc lắng của chúng Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lực đòi hỏi trước hết cần trung hoà điện tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hoà điện tích thường được gọi là quá trình đông tụ, còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ Trong công nghệ xử lý nước, thường cho phèn vào nước để làm mất tính ổn định của hệ keo thiên nhiên đồng thời tạo ra hệ keo mới có khả năng hợp thành bông cặn lớn, lắng nhanh và có hoạt tính bề mặt cao, khi lắng hấp phụ làm kéo theo các cặn bẩn, chất hữu cơ, hạt màu trong nước thải làm trong nước

Các chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, muối sắt hoặc hỗn hợp giữa chúng Trong đó sử dụng rộng rãi nhất là Al2(SO4)3, hoà tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động hiệu quả cao trong khoảng pH = 6,5÷ 8 Các phản ứng xảy ra khi cho phèn nhôm vào trong nước :

Khi cho phèn nhôm Sunfat vào nước nó phân ly theo phương trình:

Quá trình keo tụ hệ keo tự nhiên làm bẩn nước chủ yếu là sự thuỷ phân phèn để tạo ra keo mới và keo tụ các hạt keo mới này bằng các anion có trong nước để tạo bông cặn có bề mặt hoạt tính phát triển cao, có khả năng hấp phụ các chất bẩn trong nước

Ngoài ra, các muối sắt: Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3 cũng thường làm chất đông tụ Việc tạo thành bông keo diễn ra theo các phản ứng:

FeCl3 + 3 H2O = Fe(OH)3 + HCl

Fe2(SO4)3 + 6 H2O = 2 Fe(OH)3 + 3 H2SO4

Trong điều kiện kiềm hoá xảy ra các phản ứng sau:

FeCl3 + 3 Ca(OH)2 = 2 Fe(OH)3 + 3 CaCl2

FeSO4 + 3 Ca(OH)2 = 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4

Các muối sắt được sử dụng làm chất đông tụ có nhiều ưu điểm hơn so với muối nhôm do:

+ Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp

+ Có khoảng pH tối ưu của môi trường rộng hơn

+ Các bông keo tạo thành có kích thước và độ bền lớn

+ Có thể khử được mùi vị khi có H2S

Tuy nhiên các muối Sắt cũng có nhược điểm là chúng tạo thành các hợp chất có màu qua phản ứng của các cation sắt với một số hợp chất hữu cơ

Để tăng cường quá trình tạo bông keo Hydroxit nhôm và Sắt với mục đích tăng tốc độ lắng, người ta tiến hành quá trình keo tụ bằng cách cho thêm vào nước thải các hợp chất cao phân tử gọi là chất trợ đông tụ Việc sử dụng chất trợ đông tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất đông tụ, giảm thời gian quá trình đông tụ và nâng cao tốc độ lắng của các bông keo

Các Polyme cấu tạo mạch dài, phân tử lượng cao, khi phân ly trong nước chúng keo tụ các hạt cặn bẩn trong nước dưới dạng liên kết chuỗi Các liên kết này tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành và lắng tủa bông cặn [6]

2 Các phương pháp khử COD,BOD

Người ta thường sử dụng phương pháp sinh học để làm sạch nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một

số chất vô cơ khác như: H2S, Nitơ, Amoniac

Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên Quá trình phân huỷ chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá

a Xử lý nước thải bằng quá trình yếm khí

Một trong những phương pháp xử lý sinh học nước thải giàu chất hữu cơ

có hiệu quả là quá trình phân giải kỵ khí thu biogas Quá trình này thực hiện nhờ các chủng vi khuẩn kỵ khí bắt buộc hay không bắt buộc Tuy nhiên quá trình này thích hợp cho các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ biến động từ 3000 ÷10.000 mg/l

Đối với nước thải có thành phần như đã cho thì xử lý bằng phương pháp yếm khí thì không thích hợp lắm Do đó, đối với nước thải loại này để xử lý hàm lượng chất hữu cơ ta lựa chọn phương pháp xử lý hiếu khí bằng Aeroten

là thích hợp nhất[6]

b Xử lý nước thải bằng quá trình hiếu khí

*) Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học hiếu khí

Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học hiếu khí là lợi dụng quá trình sống và hoạt động của vi sinh vật hiếu khí và tuỳ tiện để phân huỷ chất hữu

cơ và một số chất vô cơ có thể chuyển hoá sinh học được có trong nước thải Đồng thời các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình oxy hoá để tổng hợp nên sinh khối

*) Các tác nhân sinh học trong xử lý hiếu khí

Tác nhân sinh học được sử dụng trong quá trình xử lý hiếu khí có thể là

vi sinh vật hô hấp hiếu khí hay tuỳ tiện, nhưng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Chuyển hoá nhanh các hợp chất hữu cơ

+ Có kích thước tương đối lớn (50÷200 µm)

+ Có khả năng tạo nha bào

+ Không tạo ra các khí độc

*) Các phản ứng xảy ra khi oxy hoá sinh học trong điều kiện hiếu khí

•Oxy hoá các chất hữu cơ

Với CxHyOzN : công thức tổng quát của chất hữu cơ

C5H7NO2 : công thức hoá học biểu thị thành phần hoá học của tế bào

*Hô hấp nội bào (giai đoạn oxy hoá chất liệu của tế bào)

Sau khi sử dụng hết các chất hữu cơ có sẵn sẽ diễn ra quá trình oxy hoá

các chất liệu của tế bào

và tuỳ tiện Các vi khuẩn hiếu khí tập trung ở lớp ngoài của màng sinh học, ở đây chúng phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc

Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau đó nước thải đã được làm sạch được thu gom vào bể lắng 2 Nước thải từ bể này có thể kéo theo những mãnh vở của màng sinh học bị tróc ra khi lọc làm việc Trong thực tế thì một phần nước đã qua bể lắng được quay trở lại làm nước pha loãng cho các loại nước thải đậm đặc trước khi vào bể

lọc Vật liệu lọc khá phong phú: từ đá dăm, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mãnh, chất dẻo tấm uốn lượn

Cơ chế quá trình lọc sinh học được minh hoạ như sau:

Hình 2.1: Các quá trình trong bể lọc sinh học

Khi dòng nước chảy trùm lên lớp màng nhớt này, các chất hữu cơ được vi sinh vật chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất là CO2 sẽ được thải ra qua màng chất lỏng Oxy hoà tan được bổ sung bằng hấp thụ

từ không khí

Phương pháp lọc có ưu điểm là: đơn giản, tải lượng chất gây ô nhiễm thay đổi trong giới hạn rộng trong ngày Thiết bị cơ khí đơn giản và tiêu hao ít năng lượng nhưng cũng có nhược điểm là hiệu suất quá trình phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ không khí, dễ bị tắc lớp vật liệu lọc

*) Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật- bể phản ứng sinh học hiếu khí (Aeroten) Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù Quá trình làm sạch Aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua của hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí Việc sục khí nhằm đảm bảo

2 quá trình là làm nước được bão hoà O2 và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái

lơ lửng

Nước thải sau khi đã được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu

cơ ở dạng hoà tan cùng các chất lơ lửng đi vào Aeroten Các chất lơ lửng này

là một số chất rắn và có thể là một số chất hữu cơ chưa phải là dạng hoà tan Các chất lơ lửng là nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước Các hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật có trong nước thải, hình thành những bông cặn có khả năng hấp thụ

và phân huỷ các chất hữu cơ khi có mặt của O2[6]

c Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý

Đây là thông số quan trọng đối với hệ thống xử lý hiếu khí vì nếu thiếu O2 thì vi sinh vật hô hấp hiếu khí dễ bị chết và khi đó các vi sinh vật

hô hấp tuỳ tiện như các vi sinh vật dạng sợi làm phồng bùn, khó lắng dẫn đến làm giảm hiệu quả của quá trình xử lý Trong thực tế, hàm lượng DO trong các bể phản ứng sinh học 1,5÷4 mg/l, giá trị DO = 2 mg/l thường được sử dụng phổ biến

Ngoài ra, DO còn phụ thuộc vào nhiệt độ

Mỗi vi sinh vật đều có một khoảng pH hoạt động tối ưu của nó Do đó khi pH thay đổi không phù hợp thì cũng làm cho khả năng xúc tác phản ứng của vi sinh vật thay đổi và làm giảm hiệu quả xử lý Trong trường hợp pH quá cao hay quá thấp cũng có thể làm chết vi sinh vật

Khoảng pH cho xử lý hiếu khí nước thải từ 6,5÷8,5, pHopt= 6,8÷7,4 [2]

Để đảm bảo pH trong khoảng trên trong thực tế trước khi cho nước thải vào bể xử lý vi sinh người ta thường điều hoà lưu lượng, điều hoà pH và điều hoà dinh dưỡng ở bể điều hoà

Mỗi sinh vật cũng có một khoảng nhiệt độ tối ưu, nếu tăng nhiệt độ quá ngưỡng sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật hoặc bị tiêu diệt hay tạo bào tử Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến DO:

+ Khi nhiệt độ tăng thì DO giảm và vận tốc phản ứng tăng lên

+ Khi nhiệt độ giảm thì DO tăng nhưng ngược lại vận tốc phản ứng giảm Trong bể Aeroten nhiệt độ tối ưu là 20÷27 0C, nhưng cũng có thể chấp nhận nhiệt độ 17,5÷350C

Chất dinh dưỡng trong nước thải chủ yếu là nguồn Cacbon (thể hiện BOD), cùng với N và P là những nguyên tố đa lượng Ngoài ra còn có các nguyên tố vi lượng như: Mg, Fe, Mn

Tỷ lệ các chất dinh dưỡng phù hợp là C:N:P = 100: 5: 1

Thiếu dinh dưỡng trong nước thải sẽ làm giảm mức độ sinh trưởng, phát triển tăng sinh khối của vi sinh vật, thể hiện bằng lượng bùn hoạt tính tạo thành giảm, kìm hãm và ức chế quá trình oxy hoá các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn

Nếu thiếu N một cách kéo dài, ngoài việc cản trở quá trình sinh hoá còn làm cho bùn hoạt tính khó lắng, các bông bùn bị phồng lên trôi nổi theo dòng nước ra ngoài làm cho nước khó trong và chứa một lượng lớn vi sinh vật, làm giảm tốc độ sinh trưởng cũng như cường độ oxy hoá của chúng

Nếu thiếu P, vi sinh vật dạng sợi phát triển và cũng làm cho bùn hoạt tính lắng chậm và giảm hiệu quả xử lý

Tỷ số F/M tối ưu nằm trong khoảng 0,50,75

+ F/M > 1: Môi trường giàu dinh dưỡng, vi sinh vật tập trung phát triển tăng sinh khối do đó không tạo nha bào vì vậy bông sinh học nhỏ dẫn đến khó lắng Đồng thời tạo ra lượng bùn lớn và tốn kém thêm chi phí cho xử lý bùn

+ F/M ≤1: Vi sinh vật phát triển ổn định, tạo nha bào, tạo bông sinh học,

hệ thống xử lý hiệu quả

+ F/M < 0,5: Môi trường quá nghèo dinh dưỡng dẫn đến vi sinh vật không đủ nguồn dinh dưỡng để hoạt động

Nồng độ muối vô cơ trong nước thải không vượt quá 10 g/l, nếu là muối

vô cơ thông thường thì có thể pha loãng nước thải Còn nếu các chất độc như kim loại nặng thì phải có biện pháp xử lý thích hợp trước khi cho vào bể Aeroten [2]

2.3 Phương pháp khử độ màu của nước thải

Tác hại chính của nước thải chứa màu là làm giảm sự truyền ánh sáng trong nước, gây ảnh hưởng đến đời sống của sinh vật thuỷ sinh và các hệ sinh thái Do đó, việc đưa ra các giải pháp để xử lý độ màu của nước thải cũng là một vấn đề đáng được quan tâm

Các phương pháp có thể được dùng để xử lý độ màu của nước thải như sau:

1 Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được dùng để loại hết các chất bẩn hoà tan vào nước mà các phương pháp xử lý sinh học cũng như phương pháp xử lý khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ Thông thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao, có độ màu, mùi vị khó chịu

Chất hấp phụ thường dùng là than hoạt tính, đất sét hoạt tính, Silicagen, keo nhôm, một số chất tổng hợp hay chất thải trong sản xuất như tro, xỉ mạt sắt Polyme tổng hợp không ion, nhựa trao đổi ion, bông biến tính

Trong số này, than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất mặc dù đắt tiền, nhất là phải tái sinh sau sử dụng Các chất hữu cơ và chất màu dễ bị than hấp phụ Với phương pháp này có thể hấp phụ được 58÷95 % các chất hữu cơ và màu của nước thải

Than hoạt tính có cấu trúc ngẫu nhiên, có độ xốp cao với các lỗ sắp xếp theo đường Sự hấp dẫn giữa các phân tử trong lỗ tạo ra lực hấp phụ Lực hấp phụ này làm cho những phân tử lớn và nhỏ của chất ô nhiễm hoà tan tập hợp lại và lắng lại trong lỗ Than hoạt tính là chất hấp phụ hiệu quả do có diện tích

bề mặt lớn Than hoạt tính có 2 dạng: dạng hạt(Granue Activated Carbon - GAC) và dạng bột(Powdered Activated Carbon –PAC)

Bảng 2.1: Bảng so sánh than hoạt tính dạng hạt GAC và dạng bột PAC

1 Hệ thống được thiết kế đúng đắn

thì GAC có khả năng hấp phụ cao

hơn PAC

1 Khả năng hấp phụ thấp hơn GAC

2 Chi phí cho đầu tư cho cột GAC

thường cao nhưng chi phí tổn hao lại

4 Khả năng hấp phụ tối đa của PAC

thấp hơn của GAC do lượng PAC

cân bằng với nồng độ dòng ra còn

GAC cân bằng với nồng độ dòng

vào cao hơn

4 Khả năng hấp phụ thấp hơn GAC

5 GAC dễ vận hành hơn PAC và chỉ

phải kiểm soát khi cần thiết phải loại

bỏ than đã cạn kiệt, thường là 3

tháng đến 1 năm sau khi vận hành

5 Khó vận hành hơn

Ngoài ra, có thể sử dụng bột khói lò, than nâu, than antraxit hay than bùn nhưng các chất hấp phụ này không thoả mãn tiêu chuẩn đề ra về khử màu[7, 10]

2 Phương pháp oxy hoá

Đối với phương pháp này người ta sử dụng các chất oxy hoá thích hợp để oxy hoá các chất mang màu hay biến chúng thành dạng dễ phân giải vi sinh

•Sử dụng Clo

Dùng khí Clo là phương pháp kinh tế nhất để khử màu nước thải Tuy nhiên oxy hoá bằng Clo hay Hypocloric sẽ có phản ứng phụ đi kèm không tránh khỏi sinh ra các hợp chất Clo hữu cơ Như vậy làm tăng tổng lượng halogen hữu cơ AOX trong nước thải, đây là vấn đề nghiêm trọng nhất, hiện nay nhiều nước không cho phép sử dụng phương pháp này

•Sử dụng Ozon (O3)

Hiệu quả khử màu bằng O3 cao hơn Clo hay peroxit, và còn mạnh hơn khi kết hợp O3 với bức xạ UV hay Hidroperoxit Vì ozon không chỉ tấn công vào các chất màu nên đối với nước thải có tải lượng ô nhiễm hữu cơ lớn thì phải dùng một lượng khá lớn ozon mới đủ để khử màu Như vậy làm cho giá thành đầu tư và vận hành cao và quá trình này không kinh tế

Trong nhiều trường hợp xử lý ozon rất kinh tế nếu là công đoạn cuối cùng sau xử lý vi sinh Song nhược điểm của trình tự xử lý này là khi ozon hoá có thể làm đục và như vậy để loại bỏ lại phải xử lý kết tủa keo tụ

•Phương pháp điện hoá

Để làm sạch nước thải có thể áp dụng các quy trình điện hoá với anot sắt hay nhôm

Nước thải chứa màu đi qua bình điện phân với Anot bằng nhôm, hay sắt, sắt oxit hay hợp kim sắt Trong quá trình điện giải, với pH từ 7÷9, Anot hoà tan tạo thành ion Fe2+ (hay Al3+) chúng phản ứng với ion hydroxit hình thành

từ catot tạo ra kết tủa hydroxit kim loại Các chất màu và chất hữu cơ khác hấp phụ lên hydroxit kim loại nói trên và cùng kết tủa Các tạp chất kim loại nặng cũng được kết tủa

Nhược điểm của phương pháp này là tạo ra lượng bùn lớn và tiêu tốn năng lượng điện [6]

2.4 Giới thiệu về phương pháp đông keo tụ trong xử lý nước thải giấy

Phương pháp keo tụ hoá học dựa trên sự tạo thành hạt keo để lắng các hạt rắn 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 6,67 ÷ 7,55 phèn nhôm cần pH trong khoảng 6,92 ÷7,2 và với vôi cần pH >11 [8]

Phương pháp này dùng xử lý các hạt rắn ở dạng lơ lửng,một phần chất hữu cơ hòa tan,hợp chất phốt pho,một số chất độc và khử màu.Phương pháp này có thể xử lý trước hoặc sau xử lý sinh học

2.4.1 Một số công nghệ xử lý nước thải giấy

+ Quy trình sản xuất các loại giấy và dòng thải tương ứng:

Trước khi tìm hiểu công nghệ xử lý nước thải giấy trong nước, sau đây

sẽ giới thiệu một số các quá trình sản xuất các loại sản phẩm giấy khác nhau tại nước ta Đối với các sản phẩm giấy khác nhau sẽ có các quá trình sản xuất khác nhau, từ đó việc xử lý nước thải sẽ phải có các quá trình phù hợp với tính chất của từng dòng thải Đối với ngành sản xuất giấy nói chung và sản xuất giấy tại các làng nghề nói riêng, các quá trình sản xuất thường tạo ra các vật phẩm như: Bao bì, giấy vệ sinh, giấy quyển, vàng mã…[6] Sau đây là quy trình sản xuất và dòng thải tương ứng của các loại giấy này tại nước ta:

Quy trình sản xuất giấy bao bì: Quy trình sản xuất giấy vệ sinh: