KÝ HIỆU VIẾT TẮT
BOD : Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu ôxy sinh hóa, mgO
2
/L
COD : Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu ôxy hóa học, mgO
2
/L
DO : Dissolved Oxygen – Ôxy hòa tan, mgO
2
/L
F/M : Food/Micro-organism – Tỷ số giữa lượng thức ăn và lượng vi sinh vật
trong mô hình
MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng,
mg/L
MLVSS : Mixed Liquor Volatile Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng bay hơi
trong bùn lỏng, mg/L
SS : Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng, mg/L
VS : Volatile Solid – Chất rắn bay hơi, mg/L
SVI : Sludge Volume Index – Chỉ số thể tích bùn, mL/g
PAC : Poly Aluminium Chloride
Trong suốt năm năm học tập tại trường Đại học Bách Khoa Thành
phố Hồ Chí Minh em đã được quý Thầy Cô, đặc biệt là các Thầy Cô Khoa
Môi Trường, trang bò một hành trang vào đời quý báu. Em xin chân thành
cảm ơn quý thầy cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức hữu
ích giúp em hoàn thành tốt Luận văn tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn Nguyễn Tấn Phong đã
tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu và đóng góp nhiều ý kiến thiết thực
trong suốt quá trình thực hiện Luận văn.
Trong quá trình thực hiện các nghiên cứu trong đề tài em cũng nhận
được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ từ Cô Nguyễn Thò Thanh Phượng phụ
trách phòng thí nghiệm Khoa Môi Trường, em xin chân thành cảm ơn Cô đã
đời sống của người dân.
Tuy nhiên, lượng nước thải do ngành công nghiệp này thải ra mà không qua xử
lý đã ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường nước. Độc tính của các dòng nước thải từ
các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy là do sự hiện diện một hỗn hợp phức tạp các
dòch chiết trong thân cây bao gồm : nhựa cây, các axit béo,lignin … và một số sản
phẩm phân hủy của lignin đã bò clo hóa có trọng lượng phân tử thấp. Nồng độ của một
số chất từ dòch chiết có khả năng gây ức chế đối với cá. Khi xả trực tiếp nguồn nước
thải này ra kênh rạch sẽ hình thành từng mảng giấy nổi lên trên mặt nước, làm cho
nước có độ màu khá cao và hàm lượng DO trong nước hầu như bằng không. Điều này
không những ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của sinh vật nước mà còn gián
tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân trong khu vực.
Hiện nay, hầu hết các nhà máy giấy đều chưa xây dựng hệ thống xử lý nước
thải hoặc nếu có thì xử lý không đạt tiêu chuẩn thải ra nguồn tiếp nhận, Công ty giấy
Tân Mai là một trong số những nhà máy đó.
1.2 MỤC ĐÍCH
Với hiện trạng môi trường như vậy, vấn đề nghiên cứu công nghệ thích hợp xử lý
nước thải cho ngành công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy là hết sức cần thiết. Đề tài
này được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu và đề xuất công nghệ xử lý thích hợp,
khả thi cho một trường hợp cụ thể, đó là Công ty giấy Tân Mai.
1.3 PHẠM VI
Việc ứng dụng công nghệ xử lý chung cho một ngành công nghiệp rất khó
khăn, do mỗi nhà máy có đặc trưng riêng về công nghệ, nguyên vật liệu sản xuất, …
nên thành phần và tính chất nước thải thường khác nhau. Phạm vi ứng dụng của
nghiên cứu là xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai đặt tại phường Thống Nhất,
thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai.
1.4 GIỚI HẠN
Quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp có một số giới hạn như sau :
1 Thời gian thực hiện ngắn.
2 Khả năng đầu tư hệ thống xử lý nước thải của Công ty.
3 Diện tích dùng để bố trí hệ thống xử lý nước thải.
)
n
, trong đó n thay đổi tùy theo
loại gỗ. Thông thường các sợi cellulose dùng trong sản xuất giấy có giá trò n nằm
trong khoảng 600 – 1500.
Cellulose rất dễ thủy phân thành đường glucose (C
6
H
10
O
5
) trong môi trường
axit. Tính chất của các vật liệu bằng cellulose phụ thuộc nhiều vào khối lượng phân
tử của nó. Khối lượng phân tử càng thấp thì độ bền của sợi cellulose càng giảm.
9 Hemicellulose
Các chuỗi cellulose dạng dài được gọi là alpha cellulose. Các chuỗi cellulose
ngắn hơn thường được gọi chung là hemicellulose. Thông thường, người ta chia
hemicellulose thành 02 loại :
10 Beta cellulose (giá trò n nằm trong khoảng 15 – 90).
11 Gamma cellulose (giá trò n nhỏ hơn 15).
Trái với cellulose – là polymer của một đường đơn duy nhất (glucose),
hemicellulose là các polymer của 05 loại đường khác nhau :
12 Hexose : Glucose, mannose, galactose
13 Pentose : Xylose, arabinose
Một số hemicellulose liên kết với các cellulose, số còn lại chủ yếu là liên kết
với lignin.
Trong quá trình sản xuất bột giấy từ gỗ bằng phương pháp hóa học, số lượng,
vò trí và cấu trúc của hemicellulose thường thay đổi đáng kể. Thông thường,
hemicellulose dễ bò phân hủy và hòa tan hơn cellulose nên hàm lượng của chúng
trong bột giấy luôn thấp hơn trong gỗ.
phù nhẹ, sau đó được chảy qua một loạt các sàng lọc có lớp tấm đục lỗ. Ở đây các
chất nhiễm bẩn nhẹ hơn, nhưng lớn hơn sợi sẽ bò loại ra. Trong một số qui trình công
nghệ cần phải có sản phẩm thật sạch, thì phải có một loạt các cyclon làm sạch đặt sau
các sàng lọc. Ở công đoạn này, người ta phải sử dụng một máy lọc tinh cơ học hoặc
khử mảnh vụn nhằm đảm bảo sao cho các sợi tách rời nhau và có thể tạo ra đủ độ
bền liên kết giữa các sợi trong giấy. Cách sản xuất này rất phù hợp trong việc sản
xuất các loại bao gói.
b.Nghiền bột cơ học
Trong nghiền bột cơ học, các sợi chủ yếu bò tách rời nhau do lực cơ học trong
máy nghiền hoặc trong thiết bò tinh chế. Qui trình công nghệ nguyên thủy là gia công
gỗ tròn bằng đá – gỗ được ép bằng đá nghiền quay tròn. Công nghệ này làm ra loại
bột giấy có độ dai tương đối thấp.
Ở các máy tinh chế TMP (Thermal Mechanical Pulping) và các máy nghiền áp
lực cách xử lý cơ học được tiến hành ở áp lực và nhiệt độ cao, do vậy bột giấy có các
thuộc tính độ dai tốt hơn bột giấy cơ học truyền thống. Thực hiện qui trình công nghệ
này ở các máy tinh chế có độ linh hoạt cao hơn trong việc lựa chọn nguyên liệu, vì
sau đó có thể tận dụng vụn gỗ, cũng như các nguyên liệu sợi ngoài gỗ.
Trong nghiền bột CTMP (Chemical Thermal Mechanical Pulping) chất làm
nguyên liệu sợi được ngâm tẩm với các hóa chất trước khi tinh chế. Và do vậy có thể
làm tăng độ dai và độ sáng của bột giấy.
Có thể tẩy các loại bột giấy cơ học bằng máy tinh chế hoặc bằng hệ thống tẩy
riêng, hydrogen dioxide là hóa chất được sử dụng phổ biến nhất. Trước công đoạn
tẩy, bột giấy được xử lý để loại bỏ các kim loại nặng, chúng là xúc tác cho các phản
ứng phân hủy tác nhân tẩy.
c. Nghiền bột hóa học và bán hóa học
Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu sợi được xử lý với hóa
chất ở nhiệt độ và áp lực cao (nấu). Mục đích của quá trình xử lý này là nhằm hòa tan
hoặc làm mềm thành phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với
nhau, đồng thời lại gây ra sự phá hủy càng ít càng tốt đối với thành phần cellulose
(tăng độ dai của sợi). Cách xử lý này được tiến hành trong nồi áp suất (nồi nấu), có
nhưng tương đối sạch nồng độ chất nhiễm bẩn không cao, BOD trung bình, độ màu
thấp, pH gần trung tính, không chứa lignin, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, chủ yếu là
do bột giấy và chất độn thất thoát. Lượng chất rắn này có thể dễ dàng thu hồi bằng
các phương pháp lắng.
Hình 2.2 : Các dòng nước thải chính của nhà máy sản xuất bột giấy và giấy
2.2 HIỆN TRẠNG NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BỘT
GIẤY VÀ GIẤY VIỆT NAM (Nguồn : PTS. Đào Sỹ Thành, Viện Công
nghiệp giấy và xenlulo)
Ở Việt Nam công nghiệp giấy còn rất nhỏ bé. Năng lực sản xuất bột giấy đạt
khoảng 150 – 170 ngàn tấn/năm, năng suất thiết kế của các cơ sơ sản xuất giấy vào
khoảng 250 ngàn tấn/năm. Gần đây sản lượng giấy trong nước đạt khoảng 200 – 250
ngàn tấn/năm, trong đó bột giấy khoảng 120 – 150 ngàn tấn. Lượng bột giấy thiếu hụt
được bù đắp bằng việc xử lý giấy cũ và bột nhập khẩu.
Về sản phẩm, ngành đã sản xuất được các loại giấy chủ yếu là : giấy in báo,
giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh – sinh hoạt, giấy bao bì, giấy vàng mã nội đòa và xuất
khẩu. Chất lượng giấy nói chung chỉ đạt mức trung bình hoặc dưới trung bình so với
khu vực và trên thế giới. Những loại giấy khác (giấy bao bì chất lượng cao, giấy kỹ
thuật như : các loại giấy lọc, giấy cách điện, …) được nhập khẩu. Trung bình những
năm qua, nước ta nhập khoảng trên dưới 100 ngàn tấn giấy các loại mỗi năm. Tính về
số giấy sản xuất trong nước thì Việt Nam mỗi năm tiêu thụ gần 300 ngàn, tính theo
đầu người đạt xấp xỉ 4 kg/năm. Đây là chỉ số rất quan trọng trong việc đánh giá mức
độ phát triển văn hóa. Theo chỉ số này Việt Nam đứng cuối cùng trong khu vực và
thuộc loại thấp nhất thế giới. Các nước phát triển có mức sử dụng giấy tính theo đầu
người là 200 – 300 kg /năm, các nước Đông Nam Á cũng đạt 30 – 100 kg/năm.
Đặc điểm nổi bật của ngành giấy Việt Nam là rất phân tán. Với tổng sản
lượng (trên 200 ngàn tấn/năm) tương đương một xí nghiệp trung bình ở các nước phát
triển, ngành giấy Việt Nam có tới hơn 100 cơ sở sản xuất. Qui mô vô cùng đa dạng và
phân bố khắp ba miền Bắc, Trung, Nam. Ngoài ba cơ sở Bãi Bằng, Tân Mai, Đồng
Nai có qui mô sản xuất trên 10 ngàn tấn / năm đến 50 ngàn tấn / năm, các cơ sở còn
lại có qui mô rất nhỏ, từ vài trăm tấn đến 5000 – 7000 tấn/năm.
2
hoạt tính) cho một tấn
bột. Lượng xút là khoảng 30 kg/tấn bột. Nếu tính mỗi ngày ở đây người ta sản xuất
khoảng 150 tấn bột giấy tẩy trắng thì riêng ở khâu tẩy người ta đã sử dụng và thải ra
khoảng 15 tấn Clo và các hợp chất của nó, 40 – 50 tấn xút. Thêm vào đó là khoảng
15 tấn hợp chất hữu cơ bò hòa tan trong quá trình tẩy trắng và đi ra theo nước thải.
Như vậy, có thể thấy được mức độ tác động tới môi trường ở công đoạn này là rất
đáng kể.
Công đoạn sản xuất giấy bao gồm nghiền bột, pha chế với các chất phụ gia,
xeo giấy và hoàn thiện sản phẩm. Tải trọng môi trường ở giai đoạn này không lớn vì
nước sản xuất được quay vòng sử dụng theo chu trình khép kín, nước thải chỉ đem
theo một lượng nhỏ hóa chất không độc hại, có pH thường là 5,5 – 6,0 và một tỷ lệ rất
nhỏ sơ sợi vụn, ngắn thoát qua lưới xeo. Việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật
trong sử dụng quay vòng nước trắng (nước trong chu trình) như sử dụng chất tuyển nổi
thu hồi xơ sợi và chất phụ gia, tận thu xơ sợi trên tuyến nước thải như ở công ty giấy
Bãi Bằng đã làm giảm đáng kể tình trạng ô nhiễm môi trường.
Tuy nhiên, điều đáng nói là ngoài công ty giấy Bãi Bằng có thiết kế công
nghệ và trang thiết bò khá hoàn chỉnh, nhiều xí nghiệp giấy khác sản xuất theo
phương pháp công nghệ rất “không môi trường”. Đó là công nghệ nấu bột giấy từ
những loại nguyên liệu khác nhau bằng dung dòch xút (NaOH) ở nhiệt độ cao (130 –
170
0
C), không có thu hồi hóa chất. Toàn bộ dòch đen sau nấu (hỗn hợp của các hóa
chất và các thành phần nguyên liệu đã hòa tan) được thải ra môi trường. Các xí
nghiệp sản xuất giấy theo công nghệ như vậy có nước thải với hàm lượng BOD và
COD rất cao, vượt xa tiêu chuẩn cho phép. Có thể nêu ở đây các cơ sở sản xuất có qui
mô không nhỏ lắm như Công ty giấy Đồng Nai, nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ (Thái
Nguyên), nhà máy giấy Việt Trì, nhà máy giấy Lửa Việt (Phú Thọ), nhà máy giấy
Lam Sơn, Mục Sơn (Thanh Hóa).
Một số nhà máy giấy gần đây tổ chức sản xuất giấy vàng mã xuất khẩu, trong
19 Trực tiếp
- Nước thải có lưu lượng, tải lượng cũng như độc tính của các chất ô
nhiễm cao, các chất ô nhiễm hữu cơ (dòch chiết từ thân cây, các axit
béo, một số sản phẩm phân hủy của lignin, và các dẫn xuất của
ligin đã bò Clo hóa) phát sinh từ ngành giấy là nguồn tiềm tàng gây
ô nhiễm môi trường nước mặt, đất và nước ngầm nếu được thải
thẳng ra ngoài không qua xử lý. Đặc biệt là dòch đen thải ra từ quá
trình nghiền bột bằng phương pháp hóa học
- Khí thải từ quá trình đốt nhiên liệu sản xuất hơi nước bão hòa.
Ngoài ra, trong quá trình nghiền bột giấy hóa học các khí nặng mùi
như hydro sulphite, mercaptan, …
- Dioxin xuất phát từ quá trình tẩy trắng bột giấy bằng chlorine.
20 Gián tiếp
- Góp phần làm cạn kiết nguồn tài nguyên nước.
- Góp phần làm cạn kiệt nguồn tài nguyên rừng.
- Gây hiệu ứng nhà kính thông qua việc sử dụng năng lượng điện và
mất thảm thực vật.
2.4 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY GIẤY TÂN MAI
2.4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY GIẤY TÂN MAI
2.4.1.1 Vò trí
Công ty giấy Tân Mai thuộc đòa phận phường Thống Nhất, thành phố Biên
Hòa, tỉnh Đồng Nai.
2.4.1.2 Lòch sử phát triển
21 Năm 1959 : Thành lập Công ty công nghiệp giấy Việt Nam (COGIVINA)
22 Năm 1963 : Khởi động máy xeo giấy 1 và nhà máy sản xuất bột giấy
23 Năm 1969 : Khởi động máy xeo giấy 2
24 Năm 1980 : Tiến hành xây dựng dự án mở rộng Công ty giấy Tân Mai
25 Năm 1987 : Khởi động nhà máy nghiền dăm.
26 Năm 1990 : Khởi động máy xeo giấy 3
27 Năm 1992 : Nâng sản lượng giấy đạt 20.100 tấn giấy/năm
2
.2H
2
O
•7 Nhựa thông rắn •8 TALC Mg
3
Si
4
O
10
(OH)
2
•9 Phèn nhôm Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O •10H
2
O
2
•11 Silicate Na
2
SiO
2
•12CaCO
3
vụn.
47 Công đoạn sản xuất dăm mảnh
Gỗ chưa sạch vỏ
Dăm quá kích cỡ
Hình 2.3 : Dây chuyền sản xuất dăm mảnh
48 Công đoạn sản xuất bột giấy CTMP từ dăm mảnh
Hình 2.4 : Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bột CTMP
49 Công đoạn sản xuất bột giấy từ giấy vụn DIP
Nước sau xử lý
Nước rửa
Mạng nước phun rửa
Hình 2.5 : Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý giấy vụn DIP
2.4.2.3 Công đoạn xeo giấy
Hình 2.6 : Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy máy xeo 1
Hình 2.7 : Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy máy xeo 2
Bột thải loại
Hình 2.8 : Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy máy xeo 3
2.4.3 HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
2.4.3.1 Nước thải sinh hoạt
Nước thải phát sinh do công nhân tắm rửa, vệ sinh, … với lưu lượng không cao
và được thải vào hệ thống thoát nước sinh họat chung của thành phố.
2.4.3.2 Nước thải công đoạn sản xuất bột CTMP
Do bột giấy được sản xuất theo phương pháp cơ nên nước thải từ công đoạn
sản xuất bột không phải là dòch đen. Tuy nhiên, do có chứa nhiều lignin nên nước thải
vẫn có màu nâu và có độ màu rất cao. Đồng thời hàm lượng SS trong nước thải từ
công đoạn này cũng rất cao. Hiện nay, hầu như toàn bộ nước thải từ công đoạn sản
xuất bột CTMP được thải trực tiếp ra sông, làm cho nước sông có màu đục và có rất
nhiều những thể lơ lửng. Điều này không chỉ có thể gây hủy diệt các loài thủy sinh
trong khu vực mà còn gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của cộng đồng dân cư sống
thời thu hồi lại bột giấy. Tuy nhiên, nước thải đầu ra vẫn không đạt tiêu chuẩn môi
trường mà cần phải được xử lý tiếp trước khi thải ra ngoài. Một số chỉ tiêu nước thải
từ công đoạn xeo giấy :
•14 Q
ngày
TB
= 7.500 m
3
/ngày •15 N – NH
3
= 1,15 mg/L
•16 Q
giờ
max
= 420 m
3
/giờ •17 P – PO
4
3-
= 1,21 mg/L
•18 BOD
5
= 671 mg/L •19 SS = 653,33 mg/L
•20 COD = 1489,6 mg/L •21 pH = 6,3 – 7,2
•22 Độ màu = 450 Pt – Co •23 Nhiệt độ = 30
0
C
3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CÔNG NGHIỆP
3.1.1 XỬ LÝ CƠ HỌC
Trong bể lắng cát ngang dòng chảy theo hướng ngang với vận tốc không vượt
quá 0,3 m/s . Trong bể lắng cát thổi khí, khí nén được đưa vào một cạnh theo chiều
dài tạo dòng chảy xoắn ốc, cát lắng xuống đáy dưới tác dụng trọng lực. Bể lắng cát
xoáy có dạng trụ tròn, nước thải được đưa vào theo phương tiếp tuyến tạo nên dòng
chảy xoáy, cát tách khỏi nước lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và lực ly
tâm.
3.1.1.3 Bể lắng
Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải, cặn hình
thành trong quá trình keo tụ tạo bông (bể lắng đợt 1) hoặc cặn sinh ra trong quá trình
xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành : bể
lắng ngang và bể lắng đứng.
Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc
không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 – 2,5 giờ. Đối với bể lắng đứng,
nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc
0,5 – 0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 0,75 – 2 giờ.
4.2.1.4 Quá trình lọc
Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất có kích thước nhỏ khi không thể loại
được bằng phương pháp lắng. Quá trình lọc ít khi sử dụng trong xử lý nước thải,
thường chỉ sử dụng trong trường hợp nước sau xử lý đòi hỏi có chất lượng cao.
Trong các hệ thống xử lý nước thải công suất lớn không sử dụng các thiết bò
lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt. Vật liệu lọc thông dụng
nhất là cát. Kích thước hiệu quả của hạt cát thường dao động trong khoảng 0,15 mm
đến vài mm, kích thước lỗ rỗng thường có giá trò nằm trong khoảng 10 – 100 µm. Kích
thước này lớn hơn nhiều so với kích thước của nhiều hạt cặn nhỏ cần tách loại, ví dụ
như vi khuẩn (0,5 – 5µm) hoặc vi rút (0,05 µm). Do đó, những hạt này có thể chuyển
động xuyên qua lớp vật liệu lọc. Trong quá trình lọc, các cặn bẩn được tách khỏi nước
nhờ tương tác giữa các hạt cặn và vật liệu lọc theo cơ chế sau :
Copyright: Tài liệu đại học ©