đồ án 2 tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất giấy+ bản vẽ CAD

Hiện nayngành công nghiệp này đang đứng thứ năm trong nền kinh tế và đứng thứ ba trong tốc độphát triển kinh tế,vì vậy đã thu hút hơn 300 nhà máy giấy trong cả nước tập trung vào haiquá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Khoa Học và Công Nghệ Môi Trường

Đồ án 2: Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải cho

nhà máy sản xuất giấy

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

CHƯƠNG I- TỔNG QUAN VỀ NGÀNH GIẤY 7

I.1 Hiện trạng ngành giấy ở Việt Nam 7

I.2 Nhu cầu nguyên liêu, sản phẩm 8

I.3 Tình hình sản xuất giấy tại Việt Nam và thế giới 10

I.4.CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY 12

Hình1.2 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất bột giấy và giấy từ gỗ [1] 13

I.4.1 Sản xuất bột giấy : 15

I.4.2 Tạo hình giấy từ bột giấy (Xeo giấy) 16

I.4.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY 16

I.4.3.1 Gia công nguyên liệu thô 18

I.4.3.2 Nấu 18

I.4.3.3 Rửa bột 18

I.4.3.4 Tẩy trắng 18

I.4.3.5 Nghiền bột 19

I.3.6 Xeo giấy 19

I.3.7 Sấy 19

CHƯƠNG II: NGUỒN GÂY Ô NHIỄM VÀ ĐẶC TÍNH CỦA NƯỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY 19

II.1 Sử dụng tài nguyên 19

II.2 ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY 21

II.2.2 Khả năng gây ô nhiễm nước thải ngành giấy 24

II.2.3 Khả năng gây ô nhiễm của nước thải sản xuất giấy dùng làm bao bì 26

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ NƯỚC THẢI NGÀNH GIẤY 28

III.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 28

III.1.1 Các phương pháp cơ học 29

III.1.2 Các phương pháp hóa lý 31

III.1.3 Các phương pháp hóa học 34

III.2 Một số công nghệ xử lý nước thải nhà máy giấy trên thế giới và Việt Nam 37

CHƯƠNG IV : ĐỀ XUẤT CÁC SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NGÀNH GIẤY 41

IV.1.Các thông số lựa chọn của nguồn nước thải cần xử lý 41

IV.2.Đề xuất các phương án xử lý 41

IV 2 Lựa chọn phương án xử lý phù hợp 45

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ CHÍNH 46

V.1.Yêu cầu công nghệ 46

V.2.Các thông số đầu vào của nước thải 46

V.3.TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH CHÍNH 48

V.3.1 Song chắn rác 48

V.3.2 Bể thu gom 50

V.3.3 Bể điều hòa 51

V.3.4 Bể phản ứng 54

V.3.5 Bể lắng 1 55

V.3.6 Bể UASB 60

V.3.7 Bể Aerotank 70

V.3.8 Bể lắng 2 75

V.3.9 Bể khử trùng 79

V.3.10 Tháp hấp phụ xử lý màu 79

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

VI.1 Kết luận 81

VI.2 Kiến nghị 81

VI.2.1 Về công nghệ 81

VI.2.2 Về kỹ thuật 81

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa Biochemical Oxygen DemandCOD Nhu cầu oxy hóa học Chemical Oxygen Demand

MLVSS Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi trong bùn lỏng Mixed Liquor Volatile Suspended SolidsVSS Chất rắn lơ lửng bay hơi Volatile suspended solidsMLSS Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng Mixed Liquor Suspended SolidsTCXD Tiêu chuẩn xây dựng

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

UASB Bể bùn kị khí dòng chảy ngược Upflow Anaerobic Slude BlanketSBR Bể phản ứng gián đoạn Sequencing Batch ReactorF/M Tỉ số giữa lượng chất ô nhiễm hữu cơ và lượng bùn trong bể aerotank Food to miroorganism

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng giấy ngày càng tăng, các nhà máy, xí nghiệp sản xuất giấy đãxuất hiện nhiều trong những năm gần đây nhất là ở các tỉnh và thành phố lớn Với thiết bịcông nghệ sản xuất hiện đại đã đem laị hiệu quả kinh tế cho chủ đầu tư, song cũng như cácnghành công nghiệp khác bên cạnh lợi nhuận đem lại trước mắt thì vấn đề ô nhiễm môitrường từ ngành công nghiệp này đang làm đau đầu các nhà đầu tư cũng như toàn xã hội Trong các dòng thải thì nước thải từ ngành công nghiệp này gây ra nhiều vấn đề ô nhiễmđáng quan tâm Nước thải của các nhà máy sản xuất giấy thường có độ pH trung bình 9-11,hàm lượng BOD5 , COD, SS cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép Đặc biệt nước cóchứa cả kim loại nặng, lignin (dịch đen), phẩm màu, xút, các chất đa vòng thơm clo hóa lànhững hợp chất có độc tính sinh thái cao và có nguy cơ gây ung thư, rất khó phân hủy trongmôi trường Để giải quyết ô nhiễm, các nhà máy, xí nghiệp cần phải có hệ thống xử lý nướcthải trước khi thải ra môi trường Đối với các nhà máy đã có sẵn hệ thống xử lý thì cần phảinâng cấp nhằm đem lại hiệu quả hơn

Giấy là một vật phẩm cần thiết cho cuộc sống với lượng sử dụng của xã hội ngày càngtăng trên toàn cầu Các hoạt động sản xuất của nghành công nghiệp bột giấy và giấy tiêu thụnguồn tài nguyên ở mức độ cao và có khả năng gây ra những tác động tới môi trường màchưa được quản lý chặt chẽ

Nhiều nhà máy sản xuất giấy và bột giấy sử dụng một lượng nước đáng kể và sẽ sinh ramột lượng nước thải lớn

Nước là một nhu cầu thiết yếu cho mõi sinh vật, không có nước cuộc sống trên trái đấtkhông thể tồn tại đươc Chính vì vậy việc bảo vệ nguồn nước, xử lý tốt lượng nước thải phátsinh trong các hoạt động sản xuất công nghiệp là việc làm cần thiết hiện nay

Nhận thức sâu sắc những vấn đề cấp bách trên tôi thực hiện đề tài: “Tính toán thiết kế Hệthống xử lý nước thải công suất 450 m3/ngày đêm cho nhà máy sản xuất giấy.”

2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tổng quan về ngành công nghiệp giấy

- Dây chuyền công nghệ sản xuất giấy

- Nhu cầu nhiên, nguyên liệu trong sản xuất giấy

- Tác động của ngành công nghiệp giấy đến môi trường

- Biện pháp giảm nước thải

- Phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm đầu vào của nước thải

- Đề xuất phương án xử lý nước thải

- Dựa trên các kết quả phân tích một số thông số đặc trưng có trong nước thải sản xuất giấy, tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải

3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Đề tài chỉ xoay quanh những vấn dề chính tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót.Những vấn đề chính mà đề tài đã nêu ra được:

- Thành phần, tính chất của nước thải

- Các công nghệ xử lý nước thải công nghiệp nói chung và ngành giấy nói riêng

- Đưa ra công nghệ xử lý thích hợp với thành phần, tính chất của nước thải cũng như

về

mặt địa hình và chi phí xây dựng

- Tính toán các công trình đơn vị

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp thực tế: Điều ta khảo sát tại nhà máy để tìm hiểu công nghệ sản xuấtgiấy,

nguyên liệu dùng trong sản xuất giấy và lấy mẫu để phân tích hóa lý, vi sinh

- Phương pháp phân tích hóa lý, vi sinh để tìm thông số đầu vào của các chất ô nhiễm

- Phương pháp kế thừa: tham khảo và thu thập các tài liệu có liên quan đến đề tài

- Phương pháp trao đổi ý kiến: trong quá trình thực hiện đề tài đã tham khảo ý kiếncủa

giáo viên hướng dẫn về vấn đề có liên quan

CHƯƠNG I- TỔNG QUAN VỀ NGÀNH GIẤY

I.1 Hiện trạng ngành giấy ở Việt Nam

Ngành công nghiệp giấy trong nước ta phát triển mạnh và có quy mô rộng lớn Hiện nayngành công nghiệp này đang đứng thứ năm trong nền kinh tế và đứng thứ ba trong tốc độphát triển kinh tế,vì vậy đã thu hút hơn 300 nhà máy giấy trong cả nước tập trung vào haiquá trình: làm bột giấy và làm giấy từ bột Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được to lớn

về kinh tế, xã hội,…thì ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề về môi trường,đặc biệt lượng nước thải thải ra mỗi ngày trong quá trình sản xuất bột giấy có nồng độ cácchất ô nhiễm rất cao, là loại nước thải rất khó xử lý và tốn kém về chi phí

Theo hiệp hội Giấy và Bột giấy Việt Nam (VPPA), trong những năm gần đây ngànhgiấy việt Nam tăng trưởng nhanh Năm 1975, tổng sản lượng giấy của cả nước chỉ được 28nghìn tấn/năm, nhưng nay đã vượt qua 2 triệu tấn/năm, đáp ứng dược 64% nhu cầu tiêu dùngtrong nước

Mức tiêu thụ giấy bình quân đầu người ở Việt Nam là 30kg/người/năm Năm 2012, tổnglượng tiêu dùng giấy là 2,9 triệu tấn, bao gồm 70 nghìn tấn giấy báo in, 595 tấn giấy viết và

in, 1.975 nghìn tấn giấy bao bì, 83,1 nghìn tấn giấy tissue, giấy vàng mã là 190 nghìn tấn [1]Nhìn chung trình độ công nghệ của ngành giấy Việt Nam rất lạc hậu Điều này gây ra ônhiễm môi trường rất trầm trọng và cũng làm giảm đáng kể năng lực cạnh tranh của ngànhgiấy Bên cạnh đó công nghệ lạc hậu cũng gây lãng phí nguyên vật liệu, tăng cao chi phí sảnxuất làm giảm năng lực cạnh tranh của ngành giấy

Hiện nay ở Việt Nam có 3 phương pháp sản xuất bột giấy chính là phương pháp sử dụnghóa chất, phương pháp cơ lý, phương pháp tái chế giấy loại đều là các phương pháp sử dụngnhiều hóa chất, tốn nhiều năng lượng Theo số liệu thống kê cả nước có gần 500 doanhnghiệp sản xuất giấy nhưng chỉ có khoảng 10% doanh nghiệp đạt tiêu chuẩn môi trường chophép, còn hầu hết các nhà máy không có hệ thống xử lý nước thải hoặc có nhưng chưa đạtyêu cầu nên gây ra các vấn nạn về môi trường trầm trọng [2 – 6]

Nước thải ngành giấy chủ yếu là dịch đen từ công đoạn nấu, tẩy trang và xeo giấythường có pH, chất ran lơ lửng, hàm lượng BOD, COD cao Nguồn nước thải này nếu khôngxử lý triệt để và thải trực tiếp ra ngoài môi trường sẽ gây ảnh hưởng xấu đến môi trườngsống của vi sinh vật và sức khỏe của con người

Trước khả năng tăng trưởng vượt bậc của ngành giấy Việt Nam, vấn đề xử lý nước thải,bảo vệ môi trường ngày trở nên cấp bách; đặc biệt là việc tìm kiếm thay đổi công nghệ sảnxuất và nguồn nguyên liệu hiện tại bằng công nghệ tiên tiến tiết kiệm hóa chất và nguồnnước hơn

Công nghiệp giấy Việt Nam (CNGVN) có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốcdân mặc dù quy mô của nó còn nhỏ bé so với khu vực và thế giới Theo thống kê năm 1995,

sản xuất CNGVN đạt 572 tỷ VNĐ, chiếm 2,34% tổng giá trị công nghiệp cả nước và đứnghàng thứ 10 trong nghành công nghiệp CNGVN bao gồm 1048 cơ sở sản xuất trong đó có

42 cơ sở quốc doanh (của trung ương và địa phương), 39 cơ sở thuộc kinh tế tập thể, 38 xínghiệp tư nhân và phần còn lại (hơn 1269 cơ sở) là các hộ lao động thủ công cá thể Tổngcông suất sản xuất bột giấy và giấy của CNGVN tương ứng là 200.000 tấn/năm và 400.000tấn/năm Toàn nghành chỉ có 3 cơ sở quy mô lớn với công suất 20,000 tấn giấy/năm: Công

ty giấy Bãi Bằng (55.000 tấn/năm), Công ty giấy Tân Mai ( 48.000 tấn/năm) và Công ty giấyĐồng Nai (20.000 tấn/năm), 33 đơn vị quy mô trung bình (> 1.000 tấn/năm) và còn lại là các

cơ sở sản xuất quy mô nhỏ (< 1.000 tấn/năm)

Theo kế hoạch, đến năm 2010 CNGVN sẽ có sản lượng 1.050.000 tấn giấy các loại,đáp ứng 85-90% nhu cầu sử dụng giấy của xã hội Chính vì thế phải có định hướng pháttriển, đưa ra các giải pháp trong vấn đề đầu tư, nguyên liệu, vấn đề môi trường và các chínhsách

Nghành công nghiệp giấy và bột giấy nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ, hiện đứng thứ 5trong nền kinh tế của chúng ta và được xếp thứ 3 trong tốc độ phát triển của nền kinh tế Nghành công nghiệp giấy được chia thành hai hình thức hoạt động sản xuất

- Các hợp tác xã và các tổ hợp sản xuất : nguyên liệu chủ yếu ở các cơ sở sản xuất này làgiấy thải các loại và các chất phụ gia khác như tinh bột, nhựa thông, nhựa PE, phèn…

Các cơ sở này ít gây ô nhiễm đến môi trường vì trong quy trình sản xuất giấy tái sinh khôngthải ra dịch đen là loại nước thải sau nấu giấy

I.2 Nhu cầu nguyên liêu, sản phẩm

Sản xuất giấy sử dụng ba nguồn sợi chính: nguyên liệu gỗ, các loại thực vật phi gỗ vàgiấy tái sinh Ngoài ra các thành phần không phải sợi giấy cũng được dùng trong sản xuấtgiấy để tạo thêm một số đặt tính cho giấy Các chất phụ gia này đóng vai trò quan trọngtrong hệ thống sản xuất giấy Một số phụ gia bị thải ra với số lượng lớn theo dòng thải củanhà máy giấy và một số khác được giữ lại trong giấy thành phẩm

Các chất phụ gia gồm có: các chất trợ bảo lưu (phèn nhôm Al2(SO4)3, nhựa thông,tinh bột, các polyme tan trong nước hay dùng là polyacrylamid …) có tác dụng làm tăng liênkết cho sợi giấy Chất độn (kao lanh (khoáng trong đất sét), bột hoạt thạch (talc), đá phấn(CaCO3), đá vôi( limestone), đá hoa…) lấp vào chỗ trống giữa những xơ sợi làm trơn mịn bềmặt, cải thiện độ trắng, độ bóng của giấy

Gỗ là nguyên liệu phổ biến nhất được sử dụng để làm giấy, được chia thành hai loại

là gỗ mềm và gỗ cứng Việc sử dụng gỗ làm giấy giữa các vùng trên thế giới cũng có sựkhác biệt lớn Trong tổng hàm lượng rừng trên thế giới thì nước Nga chiếm hơn một nữa

lượng rừng gỗ mềm, phần lớn rừng lá rộng thì tồn tại ở vùng nhiệt đới, đặt biệt ở châu Phi vàchâu Mỹ la tinh.

Rừng gỗ cứng Cấu trúc gỗ Rừng gỗ mềm

Bảng 1.2 Các loại sợi giấy phi gỗ được quan tâm nhất trong sản xuất giấy [11]

Rơm rạ và cỏ Lúa mì, gạo, cây lương thực, cỏ

Mía và lau sậy Mía, lau sậy, thân cây ngô

Cây cành gỗ Cây đay, cây lanh, cây gai dầu, bông, đậu nành

Sợi từ lá cây Lá chuối, cây sizan, henequen, cây dứa

Tre nứa Nhiều loài khác nhau

Các loại sợi tái sinh hiện nay là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất cho ngành giấy ởcác nước đang phát triển Giấy loại (giấy phế thải) được thu gom, mua bán để sử dụng chocác mục đích như làm nhiên liệu, vật liệu làm bao bì đóng gói…Ngoài ra việc thu hồi tái sửdụng giấy loại mang lại những lôi ích tích cực về mặt môi trường

I.3 Tình hình sản xuất giấy tại Việt Nam và thế giới

Công nghiệp giấy là một trong những ngành thải ra nhiều nhất nước thải ô nhiễmmôi trường và đồng thời cũng là ngành tiêu thụ tài nguyên lớn nhất tại Việt Nam Mức độtiêu thụ giấy ở Việt Nam tuy vẫn tăng dần theo hàng năm nhưng vẫn ở mức thấp so với khuvực và thế giới Tùy theo trình độ phát triển mà mức tiêu thụ giấy ở các nước là khác nhau.Nói chung ở các nước phát triển tiêu thụ giấy nhiều hơn các nước nghèo

Bảng 1.3 Dự báo nhu cầu tiêu thụ giấy bao bì trên thế giới [12]

Bảng 1.4 Tiêu thụ giấy ở Việt Nam (đơn vị nghìn tấm)

Bảng 1.5 Sử dụng sợi giấy ở 1 số quốc gia 1994 (Tính theo triệu tấn) [12]

giấy sợi tái sinh Sử dụng Tiêu thụ giấy Thu gom giấy có điều chỉnh Tỉ lệ thu hồi

I.4.CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Đặc thù của ngành giấy nói chung là quy trình công nghệ có tính liên ngành cao, sử dụngnhiều hoá chất, nhiều mặt bằng và các thiết bị đòi hỏi mức độ cơ giới hoá cao Quy trình sảnxuất giấy đi từ nguyên liệu gỗ hay từ một số thực vật phi gỗ ( tre, rơm, cỏ, bã mía…) là một

quy trình phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn

Xử lý cơ

Phương pháp mài, nghiền Phương pháp nhiệt cơ Phương pháp hóa nhiệt cơ

Xử lý hóa

Phương pháp kiềm, trung tính, axit (bột soda, sulfat, sulfit)

Bột giấy thô

Dịch đen, (thu hồi hóa chất)

Cl 2 , ClO 2 , NaOCl,

O 3 , O 2 , H 2 O 2

Bột tẩy trắng

Phân tán và nghiền bột

Phối trộn phụ gia

Xeo giấy,

ép, sấy

Gia keo bề mặt, cán láng (ép quang), cuộn, cắt

Nước thải (xử lý)

Hồ chứa

Xeo Đảo trộn

Quấn cuộn

Cắt

Nước Nước

Hình 1.3 Quy trình sản xuất giấy vệ sinh [1]

Giấy vụn

Thành phẩm

Hình 1.4 Quy trình sản xuất giấy dùng làm bao bì [1]

Công nghiệp sản xuất gi ấy và bột giấy thường bao gồm hai công đoạn chính sau :

I.4.1 Sản xuất bột giấy :

Sản xuất bột giấy là quá trình gia công xử lý nguyên liệu để tách các thành phần không phải

là xenlulôzơ sao cho thu được bột giấy có hàm lượng xenlulôzơ càng cao càng tốt Nhữngloại cây dùng làm giấy cần phải có hàm lượng xenlulôzơ cao hơn 35% Các thành phần khácnhư hemixenlulôzơ, lignin,…cần phải thấp để gi ảm hóa chất dùng cho nấu,tẩy.

Các phương pháp sản xuất bột gi ấy gồm có : cơ học, nhiệt học và hóa học Trong cácphương pháp đều dùng hóa chất để nấu nhằm tách lignin và các tạp chất ra khỏi xenlulôzơ.Sulfat và sulílt là hai hóa chất được dùng phổ biến,có thể áp dụng nấu nhiều loại nguyên liệunhư gỗ, tre, nứa và có khả năng thu hồi hóa chất bằng phương pháp cô đặc-đốt-xút hóa, dịchđen sinh ra được tái sinh và sử dụng l ại như dung dịch kiềm cho công đoạn nấu

Nước thải của quá trình nấu gọi là dịch đen chứa các hợp chất chứa natri (chủ yếu làNa2SO4), ngoài ra còn có NaOH, Na2S, Na2CO3 và lignin cùng các sản phẩm thủy phânhydratcacbon và axit hữu cơ

I.4.2 Tạo hình giấy từ bột giấy (Xeo giấy)

Bột gi ấy sau khi được tẩy trắng se được đưa tiep sang công đoạn làm giấy ở trong cùngmột nhà máy hoặc có thể nhà máy khác Công đoạn này là tạo hình sản phẩm trên lưới vàthoát nước để giảm độ ẩm của giấy Nguyên liệu của quá trình này là bột gi ấy,giấy cũ…

I.4.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Là một trong những công nghệ dùng nhiều nước Tùy theo công nghệ và sản phẩm màlượng nước tiêu tốn cần thiết dao động trong khoảng 80 - 450 m3 Nước dùng cho các côngđoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước Hẩu h ết lượng nước đưa vàosử dụng cuối cùng đều trở thành nước thải và mang theo các tạp chất, hóa chất,bột gi ấy, cácchất ô nhiem dạng vô cơ và hữu cơ

Nguyên liệu thô (gỗ, tre, nứa…)

Sản phẩm

Hình 1.5 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột giấy và

giấy kèm theo các dòng thải

(Nguồn:Giáo trình “Công nghệ xử ỉý nước thải bằng phương pháp Sinh học ”-NXB

Giáo Dục — PGS TS Lương Đức Phẩm)

I.4.3.1 Gia công nguyên liệu thô

Rửa sạch nguyên liệu, loại bỏ tạp chất, cắt nhỏ Dòng thải rửa nguyên liệu chứa các chấthữu cơ hòa tan, đất đá, sỏi cát, thuốc bảo vệ thực vật, vỏ cây…

I.4.3.2 Nấu

Nhằm tách lignin và các hemixenlulôzơ ra khỏi nguyên liệu ban đầu.Trong quá trình này tacho các hóa chất ki ềm hòa tan và thủy phân lignin và hemixenlulôzơ như : dung dịch muốisulfit hay axit loãng đun sôi…

I.4.3.4 Tẩy trắng

Quá trình này nhằm tách lignin và một số thành phần còn tồn dư trong bột giấy Để khửlignin người ta dùng các chất oxi hoa như: clo, hyppoclorit, ozon…Theo truyền thống, quátrình tay trắng gồm 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn clo hoa: oxy hóa môi trường axit để phân hủy phần lớn lignin còn sót lại trong bộtgiấy

Giai đoạn thủy phân kiềm: sản phẩm lignin hòa tan trong kiềm nóng được tách ra khỏi bộtgiấy

Giai đoạn tẩy oxy hóa: thay đổi cấu trúc mang màu còn sót lại trong bột giấy

Dòng thải từ quá trình tay trắng này thường chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợpchất tạo thành của những chất đó với chất tẩy ở dạng độc hại, có khả năng tích tụ sinh họctrong cơ thể sống như các hợp chất clo hữu cơ (AOX: Adsorbable Organic Halogens), làmtăng AOX trong nước thải

Dòng thải này có độ màu, giá trị BOD và COD cao

I.4.3.5 Nghiền bột

Quá trình này nhằm mục đích là làm cho các xơ sợi được hydrat hóa và trở nên dẻo dai,

tăng bề mặt hoạt tính, giải phóng gốc hydroxit làm tăng diện tích bề mặt, tăng độ mềmmại,hình thành độ bền của tờ giấy.

I.3.6 Xeo giấy

Xeo giấy là quá trình tạo hình sản phẩm trên lưới và thoát nước để giảm độ ẩm của giấy.Sau khi bột được nghiền sẽ được trộn với chất độn và chất phụ gia trước khi đến giai đoạnxeo giấy.Tùy theo chất lượng mong muốn mà ta có thể thêm vào các chất phụ gia sau:

_Các chất vô cơ: cao lanh, CaCO3, oxit titan

_Các chất hữu cơ: tinh bột biến tính, axit lactic

_Các chất màu: nhôm sulfat (tác nhân khử mực)

Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, giấy ở dạng lơ lửng

và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh

I.3.7 Sấy

Giấy sau khi xeo sẽ được sấy khô để có được sản phẩm khô

CHƯƠNG II: NGUỒN GÂY Ô NHIỄM VÀ ĐẶC TÍNH CỦA NƯỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY

II.1 Sử dụng tài nguyên

Tác động môi trường chính phát sinh từ sản xuất giấy và bột giấy bắt nguồn từ việcsử dụng tài nguyên tại các nhà máy (xem hình 2.4)

Công nghiệp giấy và bột giấy dùng nguồn nguyên liệu thô chủ yếu là gỗ, tre nứa, lồ ô….Màviệc trồng trọt, chăm sóc, thu hoạch và vận chuyển nguồn nguyên liệu này có thể dẫn đếnnhững rối loạn nghiêm trọng trong hệ sinh thái và nền sinh vật ở địa phương

Các nhà máy sản xuất giấy đã sử dụng rất nhiều nước, thải ra khối lượng nước thảilớn Điện năng được sử dụng để chạy bơm, các thiết bị tinh luyện, băng tải , trong khi đónhiệt năng được sử dụng để tạo ra nhiệt độ cần thiết cho các phản ứng hoá học sảy ra Việcsử dụng nguồn nguyên liệu hoá thạch ( than đá để đốt lò hơi) dẫn tới những ảnh hưởng cótính khu vực hay toàn cầu

Nhà máy giấy hoặc bột

giấy

Nguồn sợi (Nguyên liệu)

Năng lượng Các hoá

chất

Nước Phát thải khí

Bột giấy hoặc giấy

Nước Các chất và năng lượng còn lại

Mặt khác đầu ra chính của quá trình sản xuất ngoài bột giấy và giấy còn có một lượngcác vật liệu, hoá chất còn lại và năng lượng cũng được thải vào nước và không khí gây racác tác động xấu đến môi trường

Hình 2.1 Đầu vào và ra cơ bản của sản xuất bột giấy và giấy

Bảng 1.7 Các nguồn tài nguyên dùng trong các quá trình tạo bột và làm giấy khác

nhau

liệu thô là sợi (t/t90)

chất (kg/t90)

Nước (m3/t90)

Điện (kWh/t90) Nhiên liệu (GJ/t90)

Nghiền sợi tuần

hoàn

- Giấy nâu

- Khử mực 1.1001.200 500700 4 – 64 – 6 1050 102

II.2 ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY

II.2.1 Các nguồn phát sinh nước thải và đặc tính nước thải ngành công nghiệp giấy

Lượng nước được sử dụng trong ngành giấy rất lớn, tùy theo từng công nghệ và sảnphẩm mà lượng nước cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy có thể dao động từ 200 – 500 m3 [TrầnVăn Nhân, Ngô Thị Nga (2006), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học và

Kỹ thuật, Hà Nội] Nước được sử dụng cho các công đoạn như rửa nguyên liệu, nấu, tẩytrắng, xeo, sấy, hầu như tất cả lượng nước thải đều mang theo những tạp chất, hóa chất, bộtgiấy, các chất ô nhiễm dạng hữu cơ và vô cơ nếu như không có những hệ thống tuần hoàn táisử dụng và hệ thống xử lý nước thải

Các dòng thải chính của các nhà máy sản xuất giấy và bột giấy bao gồm:

- Dòng thải rửa nguyên liệu bao gồm các chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bảo vệthực vật, vỏ cây

- Dòng thải của quá trình nấu và 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 được gọi là dịch đen Dịchđen có nồng độ chất khô khoảng 25 – 35%, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và vơ cơ là 70:30 [TrầnVăn Nhân, Ngô Thị Nga (2006), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học và

Kỹ thuật, Hà Nội] Thành phần hữu cơ chủ yếu trong dịch đen là lignin hòa tan vàodung dịch kiềm (30 – 35% khối lượng chất khô) Ngoài ra là những sản phẩm phân hủyhydratcacbon, axit hữu cơ Thành phần vô cơ bao gồm những hóa chất nấu, một phần nhỏ làNa2S tự do, NaOH, Na2CO3, còn phần nhiều là Na2SO4 liên kết với các chất hữu cơ trongkiềm Ở những nhà máy lớn, dòng thải này được xử lý để thu hồi tái sinh sử dụng lại kiềmbằng phương pháp cô đặc - đốt cháy các chất hữu cơ - xút hóa Đối với những nhà máy nhỏthường không có hệ thống thu hồi dịch đen, dòng thải này được thải cùng các dòng thải kháccủa nhà máy gây tác động xấu đến môi trường

- Dòng thải từ công đoạn tẩy của nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóahọc và bán hóa chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan và các hợp chất tạo thành của cácchất đó với hóa chất tẩy ở dạng độc hại, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống nhưcác hợp chất clo hữu cơ (AOX), làm tăng AOX trong nước thải, dòng thải này có độ màu,BOD5, COD cao Đây là dòng thải chứa các chất có độc tính nguy hiểm và khó phân hủysinh học

- Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chứa chủ yếu là xơ sợi mịn, bột giấy

ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia (nhựa thông, phẩm màu, cao lanh )

- Dòng thải từ các khâu rửa thiết bị, rửa sàn, dòng chảy tràn bề mặt có hàm lượngcác chất lơ lửng, các hóa chất rơi vãi Dòng thải này không liên tục

- Nước ngưng của quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý thu hồi hóa chất từ dịch đen(nếu có hệ thống thu hồi) Mức độ ô nhiễm của nước ngưng phụ thuộc vào các loại gỗ, côngnghệ sản xuất

Thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải của các công đoạn sản xuất giấychính được đưa ra trong Bảng 1.6

Bảng 2.1 Thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải của các công đoạn sản xuất giấy [2]

Khảo sát 3050 nhà máy xeo giấy trên thế giới cho thấy, định mức nước cấp trungbình 80 m3 cho 1 tấn giấy Ở CHLB Đức, nước thải từ các nhà máy giấy đã giảm đi rấtnhiều do có sử dụng dòng tuần hoàn từ bể lắng thu hồi bột, sợi Tải lượng nước thải và CODtrong nước thải của một số loại giấy Mobius liệt kê trong Bảng 1.12 [Mobius.C.H (1989),Genmeinsame Behandlung von Papierfbrikabwasser mit kommunalen Abwasser, Germany]

Bảng 2.2 Tải lượng nước thải và COD của một số loại giấy [3]

Nước tuần hoàn nhiều lần thì hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước càng tăng Kếtquả khảo sát 7 đến 9 nhà máy sản xuất giấy bao bì từ nguyên liệu đầu là giấy phế liệu chothấy đặc tính của nước tuần hoàn trong một hệ kín có hàm lượng canxi, sunfat, clorit cao(Bảng 1.13) Đây cũng là vấn đề lớn khi thải loại nước này

Bảng 2.3 Đặc tính nước tuần hoàn của các nhà máy giấy [4]

Nhìn chung, nước thải giấy được chia thành 2 loại:

- Loại 1: Dịch đen – sản phẩm chủ yếu của công đoạn nấu và rửa

- Loại 2: Dịch trắng- sản phẩm chủ yếu của công đoạn tẩy và xeo

Các yếu tố gây ô nhiễm chính của nước thải giấy đó là:

- pH cao do kiềm dư gây ra là chính

- Thông số cảm quan (màu đen, mùi, bọt) chủ yếu là do dẫn xuất của lignin

gây ra là chính - Cặn lơ lửng (do bột giấy và các chất độn như cao lanh gây ra) - COD và BOD do các chất hữu cơ gây ra là chính, các chất hữu cơ ở đây là lignin và các dẫn xuất của lignin, các loại đường phân tử cao và một lượng nhỏ các hợp chất có nguồn gốc sinh học khác, trong trường hợp dùng clo để tẩy trắng có thêm dẫn xuất hữu cơ có chứa clo khác

II.2.2 Khả năng gây ô nhiễm nước thải ngành giấy

Sản xuất giấy là một trong những ngành công nghiệp phát sinh ra một lượng nướcthải tương đối lớn Ứng với mỗi quá trình sản xuất giấy và bột giấy thì tính chất nước thải vàmức độ gây ô nhiễm sẽ khác nhau

Tải lượng lớn nhất của chất hữu cơ trong nước thải là từ dịch nấu còn dư trong quátrình tạo bột bằng phương pháp sulfat hay sulfit hoá học.Việc thu hồi dịch nấu đã sử dụngtrong các nhà máy nhỏ dùng nguyên liệu thô xơ sợi không có nguồn gốc từ gỗ rất ít phổ biến

do thiếu hệ thống thu hồi, vì thế dịch đã sử dụng thường được thải mà không qua xử lý dẫnđến tác động nghiêm trọng tới môi trường

Nước thải từ công đoạn tẩy trắng của các nhà máy bột giấy hoá học chứa một phầnlignin hoà tan và các chất tẩy trắng, đặt biệt là hợp chất clo và hypoclorit gây ra những vấn

đề môi trường đặt trưng Như khi tẩy trắng với lượng lớn clo sẽ tạo ra hợp chất độcpolyclorin, tồn tại rất lâu và có thể tích tụ sinh học trong các cơ thể sống.

Bảng 2.4 Các đặt tính dòng thải của quá trình tẩy trắng bằng clo [5]

Đặt biệt hàm lượng lignin có trong nước thải sản xuất giấy và bột giấy làm nước thảicó màu, ảnh hưởng chính của màu là làm giảm sự truyền ánh sáng trong nước, dẫn đến giảmhiệu suất của nguồn nước tiếp nhận, mất vẻ mỹ quan

Đồng thời nước thải trong sản xuất giấy cũng phát thải ra một lượng nitơ và photphocó thể làm tăng mức dinh dưỡng cho nguồn tiếp nhận gây hiện trạng phú dưỡng hoá

Bảng 2.5 Công nghệ sản xuất và tải lượng nước thải ở một số công ty giấy ở Việt Nam

2 Hoá nhiệt cơ không

có thu hồi kiềm 200 80 – 160 400 – 800 150 – 200

4 Xút không thu hồi

Gỗ mềm

Gỗ cứng

16171516

60906060

Bảng 2.6 Giá trị các thông số nước thải tại công ty sản xuất giấy Tiến Phát [Nguồn:

Phòng công nghệ công ty giấy Tiến Phát]

II.2.3 Khả năng gây ô nhiễm của nước thải sản xuất giấy dùng làm bao bì

Nước thải trong sản xuất giấy dùng làm bao bì chủ yếu phát sinh từ quá trình nghiền

và xeo giấy Mức độ ô nhiễm nước thải này tuỳ thuộc vào các quá trình sản xuất của từngloại sản phẩm và các tiêu chuẩn vận hành

Qua khảo sát và kết quả phân tích thành phần nước thải cho thấy một trong các tácnhân gây ô nhiễm chính trong quá trình sản xuất giấy tái sinh là các loại phẩm màu được sửdụng trong quá trình sản xuất, đây chính là nguyên nhân gây nên độ màu của nước thải Độmàu cao làm ngăn cản sự truyền suốt của ánh sáng mặt trời, gây ức chế quá trình quang hợpcủa một số loài thuỷ sinh, gây nên những biến đổi hệ sinh thái dưới nước, ảnh hưởng đến đờisống con người

Mặt khác, hàm lượng chất rắn lơ lững có trong nước thải rất cao sẽ dẫn đến hiệntượng lắng đọng trong cống thoát cũng như bồi lắng trong các kênh rạch Sau một thời gianlớp cặn này sẽ hình thành một lớp mùn hữu cơ mà cấu trúc của nó là vòng benzen cùaphenol với các mạch chính Cấu trúc này làm cho lớp mùn trở nên bền vững hơn với sự phânhuỷ của vi sinh vật

Nồng độ các chất hữu cơ trong nước thải là tác nhân gây ô nhiễm chính của ngành tiểuthủ công nghiệp sản xuất giấy, nó được đánh giá qua các chỉ tiêu BOD và COD

Bảng 2.7 Các dòng nước thải điển hình của quá trình sản xuất bột giấy từ nhiều loại

giấy thải khác nhau [7]

Dạng giấy loại BOD (kg/tấn

Phụ thuộc vào thànhphần hồ dán và tinh bộtGiấy loại không đi từ

nguyên liệu gỗ được chọn 5 - 50 10 - 100 thuộc vào lượng tinh bộtBiến động lớn, phụ

Bảng 2.8 Đặc tính nước thải công nghiệp sản xuất giấy

Theo QCVN 12-MT: 2015/BTNMT quy định giá trị hàm lượng C để làm cơ sở tính

toán giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải giấy và bột giấy(theo cột A) như sau:

Thông số Đơn vị Giá trị C

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ NƯỚC THẢI NGÀNH GIẤY

III.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước.Nước được dùng cho các công đoạn rữa nguyên liệu, nấu, tẩy trắng, xeo giấy và sản xuất hơinước Ở các nhà máy giấy, hầu như tất cảc lượng nước đưa vào sử dụng cuối cùng đều trởthành nước thải và mang theo các tạp chất, hoá chất, bột giấy, các chất ô nhiễm dạng hữu cơ

và vô cơ Trong đó dòng thải từ các quá trình nấu bột và tẩy trắng có mức độ ô nhiễm và độchại nhất

Xử lý nước thải sản xuất bột giấy là công việc hết sức khó khăn và tốn kém, đòi hỏivốn đầu tư và chi phí vận hành cao

Xử lý nước thải giấy chủ yếu là tách chất rắn lơ lững và các chất hữu cơ hoà tantrong dòng thải bằng xử lý lắng, tạo bông và xử lý sinh học

Để xử lý nước thải thường ứng dụng các phương pháp sau: xử lý cơ học (vật lý), hoáhọc, hoá lý và sinh học

Bảng 3.1 Hiệu suất xử lý của các phương pháp xử lý nước thải khác nhau [8]

Nitrat hoá Amoniac bị oxy hoá thành nitrat 80 – 95

Hấp thụ bằng than hoạt

tính Khử CODKhử BOD5

40 – 95

40 – 70Trao đổi ion Khử BOD5

Khử photphoKhử nitơKhử kim loại nặng

20 – 40

80 – 95

80 – 95

90 – 95Oxy hoá hoá học (Cl2) Oxy hoá các chất độc hại: N2… 50 – 98

III.1.1 Các phương pháp cơ học

Xử lý cơ học nhằm loại bỏ các tạp chất trong nước thải bao gồm:

-Các loại tạp chất rắn không hòa tan và các chất rắn lơ lửng có kích thước lớn bị

cuốn theo như: rơm cỏ, gỗ mâu, bao bì, giấy, gie, nhựa, dầu mỡ, các tạp chất nổi, cặn lơ lửng

…

-Các loại cặn nặng như: sỏi, cát, mảnh kim loại, mảnh thủy tinh, các vụn gạch ngói…

Ngoài ra thì xử lý cơ học còn giúp điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm có trongnước thải

Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý tiếptheo Một số công trình xử lý được ứng dụng để xử lý cơ học là:

3.1.1.1.Song chắn rác, lưới chắn rác và thiết bị nghiền rác

Nước thải trước khi đưa vào hệ thống xử lý phải đi qua song chắn rác hoặc thiết bị nghiềnrác Tại đây, các thành phần rác có kích thước lớn như: vỏ vụn, vỏ đồ hộp, xác thực vật, bao

bì, đá cuội,…sẽ được giữ lại Nhờ đó mà tránh làm tắc nghẽn bơm, đường ống hoặc mươngdẫn Đây chính là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợicho cả hệ thống xử lý phía sau Vận tốc dòng chảy thường nằm trong khoảng 0,8 ^ 1 m/snhằm tránh lắng cát

Song chắn rác: thường làm bằng kim loại, có tiết diện tròn hoặc vuông được đặt ở cửa vàomương dẫn Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân ra thành các loại: thô,trung bình và mịn Khoảng cách giưa các thanh đối với song chắn rác thô từ 60 ^ 100 mm,đối với song chắn rác mịn từ 10 ^ 25 mm Rác bị giữ lại có thể được lấy ra theo phươngpháp thu công hoặc dùng thiết bị cào rác cơ khí

Lưới chắn rác: được chia thành lưới chắn rác trung bình và lưới chắn rác mịn, tùy thuộcvào kích thước mắt lưới Lưới chắn rác trung bình được chế tạo từ một tấm thép khoan lỗvới kích thước lỗ từ 5 ^ 25 mm dùng để khử cặn và có thể đặt sau song chắn rác thô Lướichắn rác di động mịn dùng để lọc hoặc thu nhặt tảo với kích thước mắt lưới từ 15 + 64 pm Thiết bị nghiền rác: có thể thay thế cho song chắn rác, được dùng để nghiền, cắt vụn rác racác mảnh nhỏ hơn và có kích thước đều hơn, không cần tách rác ra khỏi dòng chảy Rác vụnnày sẽ được giữ lại ở công trình phía sau như bể lắng cát, để lắng đợt một Thiết bị này cóbất lợi khi rác nghiền chủ yếu là vải vụn vì có thể sẽ gây nguy hại cho cánh khuấy, tắc nghẽnống dẫn bùn, hoặc dính chặt trên các ống khuếch tán khí trong hệ thống xử lý sinh học.Thông thường phải có song chắn rác đặt song song với thiết bị nghiền rác để hỗ trợ trongthời gian bảo dưỡng hoặc duy trì thiết bị nghiền rác.

3.1.1.2 Bể lắng cát

Bể lắng cát có nhiệm vụ loại bỏ cát, xỉ lò, hoặc các tạp chất vô cơ có kích thước từ 0,2 ^ 2

mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắcnghẽn đường ống và các công trình sinh học phía sau Có ba loại bể lắng cát: bể lắng cátngang, bể lắng cát thổi khí và bể lắng cát xoay (có khuấy trộn cơ khí)

-Trong bể lắng cát ngang, dòng chảy theo hướng ngang với vận tốc không vượt quá 0,3 m/s

Bể lắng cát ngang thường được sử dụng cho các trạm xử lý có công suất nhỏ

-Trong bể lắng cát thổi khí, khí nén được đưa vào một cạnh theo chiều dài tạo dòng chảyxoắn ốc, cát lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực Cần kiểm soát tốc độ thổi khí saocho tốc độ chuyển động của dòng chảy đủ chậm cho các hạt lắng được, đồng thời dễ dàngtách cặn hữu cơ bám trên hạt và đủ lớn để ngăn không cho các cặn hữu cơ lắng Bể lắng cátthổi khí thường được áp dụng cho các trạm xử lý có công suất lớn

-Bể lắng cát xoay có dạng trụ tròn, nước thải được đưa vào theo phương tiếp tuyến tạo nêndòng chảy xoáy, cát tách khỏi nước lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và lực lytâm Vận tốc trong bể được kiểm soát bằng cánh khuấy trục đứng

3.1.1.3 Bể điều hòa

Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa về lưu lượng và nồng độ trên dòng thải và ngoài dòngthải Ngoài ra bể điều hòa còn giúp nâng cao hiệu suất của các quá trình phía sau, đồng thờilàm giảm kích thước cũng như chi phí của các công trình phía sau

Bể điều hòa có thể được đặt sau song chắn rác, trước trạm bơm, bơm đều nước thải lên bểlắng đợt một Trong bể điều hòa thường có thiết bị khuấy trộn nhằm hòa trộn để san bằngnồng độ chất bân cho toàn hệ thống nước thải có trong bể và để ngăn ngừa cặn lắng trong bể,pha loãng nồng độ chất độc hại nếu có để đảm bảo chất lượng nước thải là ổn định cho hệthống xử lý sinh học phía sau Trong bể cũng cần phải đặt các thiết bị thu gom và xả bọt,váng nổi

3.1.1.4 Bể lắng

Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải, bông cặn hình thànhtrong quá trình keo tụ tạo bông ( bể lắng đợt 1)hoặc bông bùn hoạt tính hay màng vi sinhđược sinh ra trong quá trình xử lý sinh học ( bể lắng đợt 2 ) Theo cấu tạo và hướng dòngchảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng ly tâm

-Bể lắng ngang: dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,001m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 ^ 2,5 giờ

-Bể lắng đứng: nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách trànvới vận tốc 0,5 ^ 0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 0,75 - 2 giờ.-Bể lắng ly tâm: có cào gạt bùn với đường kính trên 10 m, thực chất có dòng chảy ngang nêncó thể gọi là bể lắng ngang

3.1.1.5 Tách dầu mỡ

Nước thải của một số xí nghiệp ăn uống, chế biến bơ sữa, các lò mổ, xí nghiệp ép dầu, thường có lẫn dầu mỡ Các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi lên trên bề mặt Nước thảisau xử lý không lẫn dầu mỡ mới được phép đưa vào thủy vực Ngoài ra, nước thải có lẫn dầu

mỡ khi vào xử lý sinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở vật liệu lọc, ở phin lọc sinh học và cònlàm hỏng cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aerotank

3.1.1.6 Lọc cơ học

Lọc được ứng dụng trong xử lý nước thải để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏkhi không thể loại bỏ được bằng phương pháp lắng Trong các loại phin lọc, thường có cácloại phin lọc dùng vật liệu dạng tấm và loại hạt

-Vật liệu dạng tấm có thể làm bằng tấm thép có đục lỗ hoặc lưới bằng thép không gỉ, nhôm,niken,…và cả các loại vải khác nhau ( thủy tinh, amiăng, bông, len, sợi tổng hợp ) Tấm lọccần có trở lực nhỏ, đủ bền và dẻo cơ học, không bị trương nở và phá hủy ở điều kiện lọc.-Vật liệu dạng hạt là cát thạch anh, than gầy ( anthracit ), than cốc, sỏi, đá nghiền, thậm chí

là cả than nâu, than bùn hay than gỗ Đặc tính quan trọng của lớp hạt lọc là độ xốp và bề mặtriêng Quá trình lọc có thể xảy ra dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất l ỏng hoặc áp suất caotrước vách vật liệu lọc hay áp suất chân không sau lớp vật liệu lọc

Các phin lọc làm vi ệc sẽ tách các phần tử tạp chất phân tán hoặc lơ lửng khó lắng ra khỏinước Các phin lọc làm việc không hoàn toàn dựa vào nguyên lý cơ học Khi nước qua lớplọc, dù ít dù nhiều cũng tạo ra một lớp màng trên bề mặt các hạt vật liệu lọc, đó là lớp màngsinh học Do đó, ngoài tác dụng tách các phần tử tạp chất phân tán ra khỏi nước, các màngsinh học cũng đã biến đổi các chất hòa tan trong nước thải nhờ quần thể vi sinh vật có trongmàng sinh học

Chất bẩn và màng sinh học sẽ bám vào bề mặt vật liệu lọc dần dần bít các khe hở của lớplọc làm cho dòng chảy chậm d ần lại hoặc ngừng ch ảy Trong quá trình làm việc người ta

phải rửa phin lọc, để tách bớt màng bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc Trong xử lý nước thải,thường dùng thiết bị lọc chậm, lọc nhanh, lọc kín, lọc hở

Ngoài ra còn dùng loại lọc ép khung bản, lọc quay chân không, các máy vi lọc hiện đại.Đặc biệt là đã cải tiến các vật liệu lọc trước đây thuần túy là lọc cơ học thành lọc sinh học,trong đó vai trò của màng sinh học được phát huy hơn nhiều Tuy nhiên, quá trình lọc cơ học

ít khi được ứng dụng trong xử lý nước thải, thường chỉ sử dụng trong trường hợp nước sauxử lý đòi hỏi có chất lượng cao

III.1.2 Các phương pháp hóa lý

3.1.2.1 Keo tụ

Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm thường không tự lắng được mà luôn tồn tại ởtrạng thái lơ lửng Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng phải dùng biện pháp xử lý cơ học kếthợp với biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lý các chất phản ứng để tạo ra các hạtkeo có khả năng kết dính lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng trong nước, tạo thànhcác bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể Do đó, bông cặn mới tạo ra sẽ dễ dàng lắngxuống ở bể lắng Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào trong nước các chất keo tụthích hợp như: phèn nhôm ( Al2(SO4)3 ), phèn sắt ( FeSO4, Fe2(SO4)3 hoặc FeCl3 ) Cácloại phèn này được đưa vào nước thải dưới dạng dung dịch hòa tan

Khi cho phèn nhôm vào nước chúng sẽ phân ly thành các ion Al3+, sau đó các ion này sẽ bịthủy phân thành Al(OH)3

Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+

Trong phản ứng thủy phân trên, ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụtạo thành, còn giải phóng ra các ion H+ Các ion H+ này sẽ được khử bằng độ ki ềm tự nhiêncủa nước ( được đánh giá bằng HCO3- ) Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp,không đủ để trung hòa ion H+ thì cần phải kiềm hóa nước Chất dùng để kiềm hóa thôngdụng nhất là vôi ( CaO ) Một số trường hợp khác có thể dùng Sô đa ( Na2CO3 ) hoặc sút( NaOH ) Thông thường phèn nhôm đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước thải có pH = 5,5

- 7,5

Phèn sắt (II) khi cho vào nước sẽ phân ly thành ion Fe2+ và sau đó bị thủy phân thànhFe(OH)2

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Fe(OH)2 vừa tạo thành vẫn còn độ hòa tan trong nước lớn, khi trong nước có oxy hòa tan,Fe(OH)2 sẽ bị oxy hóa thành Fe(OH)3

4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

Quá trình oxy hóa chỉ diễn ra tốt khi giá trị pH của nước từ 8 + 9 và phải có độ kiềm cao

Vì vậy, thường dùng loại phèn này khi cần kết hợp vôi làm mềm nước

Phèn sắt (III) loại FeCl3 hoặc Fe2(SO4)3 khi cho vào nước phân ly thành Fe3+ và b ị thủyphân thành Fe(OH)3

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

Vì phèn sắt (III) không bị oxy hóa nên không cần nâng cao pH của nước như sắt (II) Phảnứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH =5,5 + 6,5

Các muối sắt có ưu điểm hơn so với muối nhôm trong việc làm đông tụ các chất lơ lửngcủa nước vì:

-Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp,

-Khoảng pH tác dụng rộng hơn,

-Tạo kích thước và độ bền bông keo lớn hơn,

-Có thể khử được mùi vị khi có H2S

Nhưng muối sắt cũng có nhược điểm, đó là chúng tạo thành phức chất hòa tan có màu làmcho nước có màu

Trong quá trình keo tụ tạo bông của hydroxit nhôm hoặc sắt, người ta thường thêm vào cácchất trợ keo tụ Các chất này bao gồm: tinh bột, các ete, cellulose,…Ngoài ra còn có các chấttrợ keo tụ tổng hợp, chất hay dùng nhất là polyacrylamit Việc dùng các chất bổ trợ này làmgiảm liều lượng các chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và nâng cao tốc độ lắng củacác bông keo

3.1.2.2 Tuyển nổi

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục 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 nho hơn khốilượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt Tùy theo phương thức cấp khôngkhí vào nước, quá trình tuyển nổi bao gồm các dạng sau:

 Tuyển nổi bằng khí phân tán ( Dispersed Air Flotation ):

Khí nén được thổi trực tiếp vào bể tuyển nổi để tạo thành các bọt khí có kích thước từ 0,1 ^

1 mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí - nước chứa cặn Cặn tiếp xúc với bọt khí, kết dính và nổilên bề mặt

 Tuyển nổi chân không ( Vacuum Flotation ):

Bão hòa không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không

Hệ thống này ít được sử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao

 Tuyển nổi bằng khí hòa tan ( Dissolved Air Flotation ):

Sục không khí vào nước ở áp suất cao ( 2 ^ 4 at ), sau đó giảm áp giải phóng khí Không khíthoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kích thước 20 -100 ^m

3.1.2.3 Hấp phụ

Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hòa tan là pha rắn (chất hấp phụ ) với pha khí hoặc pha lỏng Dung chất ( chất bị hấp phụ ) sẽ đi từ pha lỏng( pha khí ) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung dịch đạt cân bằng

Các chất hấp phụ thường dùng là: Than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagel, keo nhôm,một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất ( xỉ tro, xỉ mạt sắt,…).Trong những ch ấttrên thì than hoạt tính là chất được dùng phổ biến nhất Than hoạt tính dạng: bột và dạng hạtđều được dùng để hấp phụ Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từngchất và hàm lượng ch ất bẩn có trong nước Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ có thể được

kể đến là: phenol, alkylbenzen, thuốc nhuộm các hợp chất thơm

3.1.2.4 Trao đổi ion

Phương pháp này có thể tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước như: Zn,

Cu, Cr, Ni, Mn, Hg,…cung như các hợp chất của asen, photpho, cyanua, chất phóng xạ.Người ta thường sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm hai mục đích: khử cứng và khử khoáng

Cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa cation ở dạng RNa

2RNa + CaSO4 =R2Oa + Na2SO4

2RNa + MgSO4 = R2Mg + Na2SO4

Khi lớp nhựa cation mất hiệu lực, người ta sẽ tái sinh bằng dung dịch muối ăn NaCl

R2Ca + 2NaCl= 2RNa + CaCl2

R2Mg + 2NaCl=2RNa + MgCl2

Cho nước cần xử lý chảy qua từng cột nhựa cation và nhựa anion riêng rẽ hay qua một cộtkết hợp giữa nhựa cation và nhựa anion:

RSO3H + NaCl= RSO3Na + HCl

2 RSO3H + Na2SO4 = 2RSO3Na + H2SO4

RSO 3H + NaHCO3 = RSO 3Na + CO2 + H2O

RSO3H + Na2CO3 = 2RSO3Na + CO2 + H2O

ROH + HCl= RCl + H2O

2ROH + H2SO4 = R2SO4 + H2O

Khi lớp nhựa cation và nhựa anion mất hiệu lực, người ta tái sinh bằng dung dịch axit HCl

và dung dịch xút NaOH như sau:

RSO 3Na + HCl= RSO3H + NaCl

RCl + NaOH = ROH + NaCl

III.1.3 Các phương pháp hóa học

3.1.3.1 Trung hòa

Nước thải thường có nhưng giá trị pH khác nhau, do đó cần phải tiến hành trung hòa vàđiều chỉnh pH của nước thải tạo điều kiện thích hợp cho các quá trình xử lý hóa lý và sinhhọc

Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch acid hoặc muối acid, các dung dịch kiềm hoặc oxitkiềm để trung hòa dung dịch nước thải

H+ + OH' = H2O

Mặc dù quá trình đơn giản về lý thuyết, nhưng vẫn có thể gây ra một số vấn đề trong thực

tế như: giải phóng các chất ô nhiễm dễ bay hơi, sinh nhiệt, làm rỉ sét máy móc thiết bị,…Vôi ( Ca(OH)2 ) được sử dụng rộng rãi như một bazơ dùng để xử lý các loại nước thải cótính axit, trong khi đó acid sunfuric ( H2SO4 )là một chất tương đối rẻ tiền dùng để xử lýnước thải có tính bazơ

3.1.3.2 Phương pháp oxy hóa - khử

Phương pháp oxy hóa - khử được dùng để:

-Khử trùng nước thải nhằm tiêu diệt các loại vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun,sán,…

-Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc sang thể khí

-Biến đổi một chất không phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn, có khả nangđồng hóa bằng vi khuẩn

-Loại bỏ các kim loại nặng trong nước thải: Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As,…và một số chất độc nhưcyanua

Các chất oxy hóa thông dụng như: ozon ( O3 ), chlorine ( Cl2 ), hydro peroxide

(H2O2), kali permanganate (KMnO4 )

Quá trình này thường phụ thuộc vào pH và sự hiện diện của chất xúc tác

3.1.3.3 Kết tủa hóa học

Kết tủa hóa học thường được sử dụng để loại trừ các kim loại nặng trong nước Phươngpháp này được sử dụng rộng rãi nhất để kết tủa các kim loại là tạo thành hydroxide, ví dụ:Cr3+ + 3OH- ^ Cr(OH)3 Fe3+ + 3OH- ^ Fe(OH)3

Phương pháp kết tủa hóa học hay được sử dụng nhất là phương pháp tạo kết tủa với vôi.Soda cũng có thể được sử dụng để kết tủa các kim loại dưới dạng hydroxide (Fe(OH)3),

carbonate ( CaCO3 ),…Anion carbonate tạo ra hydroxide do phản ứng thủy phân với nước:CO32- + H2O ^ HCO3- + OH-

III.1.4 Phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa trên hoạt động sống của vi sinh vậtnhằm loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, cũng như một số chất vô cơ như:H2S, sulfide, ammonia, các muối nitrat,…ra khỏi nước thải.Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ

và một số khoáng chất để sinh trưởng và phát triển

Quá trình xử lý sinh học gom các bước sau:

-Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thànhthể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh

-Tạo ra các bông cạn sinh học gồm các tế bào sinh vật và các chất keo vô cơ có trong nướcthải

-Loại các đóng cặn sinh học ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng trọng lực

Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên tùy vào tính chất hoạtđộng của chúng, phương pháp xử lý sinh học có thể chia thành hai loại: phương pháp xử lý

kỵ khí và phương pháp xử lý hiếu khí Ngoài ra trong một số trường hợp, người ta cũng sửdụng kết hợp cả hai quá trình kỵ khí và hiếu khí

❖ Phương pháp xử lý kỵ khí: sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, quá trình xử lý diễn ra trong đieu kiện không có oxy.

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

Chất hữu cơ

► CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới

Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

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

- Giai đoạn 2: Acid hóa

- Giai đoạn 3: Acetat hóa

- Giai đoạn 4: Methane hóa

Các chất hữu cơ chứa nhiều hợp chất cao phân tử như: Protein, chất béo, carbonhydrate,cellulose, lignin,…trong giai đoạn thủy phân sẽ cắt mạch tạo thành các phân tử đơn giảnhơn, dễ thủy phân hơn Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành các amino acid,cacbonhydrate thanh đường đơn và chất béo thành acid béo Trong giai đoạn acid hóa, cácchất hữu cơ đơn giản lại tiếp tục được chuyên hóa thành acid acetic, H2 và CO2 Vi khuẩnmethane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như là CO2 + H2, formate,acetate, methanol, methyl amine và CO Các phương trình phản ứng diễn ra như sau:

4H2 + CO2 ^ CH4 + 2H2O

4HCOOH ^ CH4 + 3CO2 + 2H2O

CH3COOH ^ CH4 + CO2

4CH3OH ^ 3CH4 + CO2 + H2O

4(CH3)3N + H2O 今 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3

❖ Phương pháp hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh vật hieu khí, quá trình xử lý diễn ra trong tình trạng có oxy.

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

- Oxy hóa các chất hữu cơ:

CxHyOz + O2 ——y—— CO2 + H2O + AH

- Tổng hợp tế bào mới:

CxHyOz + 今 2 + NH3 ► Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N) + C 今 2 + H2O - AH

- Phân hủy nội bào:

Enzyme

C5H7O2N + O2 5CO2 + H2O + NH3 ± AH

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kỵ khí và hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiệntự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo ra điều kiện tối ưucho quá trình oxy hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn xử lý sinh học tựnhiên

III.2 Một số công nghệ xử lý nước thải nhà máy giấy trên thế giới và Việt Nam

III.2.1 Xử lý nước thải của công ty Roemond – Hà Lan

Công ty Roemond sản xuất hàng ngày 500 tấn giấy báo và bìa, nguyên liệu đầu vào

là giấy loại, 70% nước trong nhà máy được tuần hoàn tái sử dụng sau khi xử lý qua lắng –tuyển nổi để thu hồi xơ sợi Lượng nước thải hàng ngày từ 2400 đến 3400 m3 với hàm lượngcác chất ô nhiễm như sau: COD = 3500 mg/L; BOD5 = 2000 mg/L; SO42- = 170 – 190mg/L; Ca2+ = 190 – 300 mg/L [Habets, L.H and J.H Knelissen (1996), Application ofUASB-reator for Anaerobic Treatment of Paper and Boardmill Effluent Proceeding ofEWPCA, Amsterdam, p 154 - p 160]

Nước thải trước khi đưa vào bể sinh học yếm khí UASB được bổ sung chất dinhdưỡng N = 120 mg/L; P = 60 mg/L Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép của Hà Lancho phép thải vào nguồn tiếp nhận

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy Roemond – Hà Lan [2]

Chú thích:

1- Nước thải vào;

2- Bổ sung chất dinh dưỡng N & P;

9- Bùn hoạt tính tuần hoàn (100%);

10- Nước sau xử lý;

Hình 3.2 Sơ đồ dây chuyền xử lý nước thải Công ty sản xuất giấy DIANA [13] Bảng 3.2 Đặc tính nước thải đầu vào và chất lượng nước sau xử lý của nhà máy sản

xuất giấy của Công ty DIANA [13]

Nước thải từ dây chuyền sản xuất giấy TISSUE

c Công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ - Thái Nguyên

Hình 3.3 Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ - Thái Nguyên [13] Chú thích