1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Trần Việt Ba
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ
CỦA CÁC BỂ HIẾU KHÍ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH
DINH DƢỠNG THÍCH HỢP CHO VI KHUẨN
ĐỐI VỚI HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI
CỦA NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012
2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
DANH MỤC CÁC HÌNH
xiii
MỞ ĐẦU
1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
3
1.1. Công nghệ sản xuất bột giấy, giấy và đặc tính của nƣớc thải
3
1.1.1. Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính nước thải
3
1.1.2. Công nghệ sản xuất giấy (xeo giấy) và đặc tính nước thải
10
1.2. Tình hình chung của thế giới và Việt Nam về ô nhiễm môi trƣờng do ngành
sản xuất giấy gây ra
12
1.2.1. Đặc thù của ngành giấy thế giới và tình hình ô nhiễm môi trường
12
1.2.2. Đặc thù của ngành giấy Việt Nam và tình hình ô nhiễm môi trường
13
1.3. Xử lý nƣớc thải của quá trình sản xuất giấy
17
1.3.1. Tiền xử lý
18
1.3.2. Xử lý sơ cấp (xử lý cấp I)
18
1.3.3. Xử lý sinh hóa (xử lý cấp II)
19
1.3.4. Xử lý cấp III
20
5

1.5.4.2. Nhiệt độ
35
1.5.4.3. Độ pH
35
1.5.4.4. Thành phần các chất trong nước
36
1.6. Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của công ty Giây Bãi Bằng
38
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM
43
6

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
43
2.2. Mục tiêu nghiên cứu
43
2.3. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị chính sử dụng cho nghiên cứu
44
2.3.1. Hóa chất
44
2.3.2. Dụng cụ và thiết bị
45
2.4. Bổ sung dinh dƣỡng
47
2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
48
2.6. Các phƣơng pháp phân tích xác định các thông số chất lƣợng nƣớc
thải
50
2.6.1. Xác định pH và nhiệt độ

COD
66
3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng phân vi lượng
67
3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của SVI tới khả năng xử lý COD giữa bổ sung N,
P với bổ sung vi lượng
70
3.4. Nghiên cứu thử nghiệm xử lý nƣớc thải ngành giấy trên quy mô pilot 1
m
375
3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng tới hiệu quả xử lý
COD trong pilot 1 m
3

76
3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của SV
30
, MLSS và SVI tới hiệu quả xử lý
COD
77
3.4.3. Nghiên cứu nhu cầu sử dụng dinh dưỡng của vi sinh vật
80
3.5. Nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý giữa mô hình thí nghiệm và mô hình
pilot

83
3.5.1. Nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD giữa mô hình thí nghiệm và mô


9 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
Aeroten
Bể xử lý sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính
Anaerobic
Bể sinh học yếm khí
BOD
5

Biological Oxygen Demand 5 days

(Nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày)
CNG
Công nghiệp giấy
COD
Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học


(Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi)
VSV
Vi sinh vật
10 (Microorganism)
SV
30
Thể tích bùn sau lắng 30 phút
SVI
Sludge volume index

(Chỉ số thể tích bùn)

Bảng 1.5.
Tình hình sử dụng và thu gom giấy phế liệu của một số nước điển hình trên
thế giới……………………………………………………………
13
Bảng 1.6.
Ô nhiễm của nhà máy giấy và bột giấy điển hình tại Việt Nam………
16
Bảng 1.7.
Các vi sinh vật phân hủy xenlulose……………………………………
31
Bảng 1.8.
Nhu cầu cần thiết về muối khoáng đối với vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn
35
Chƣơng 2.
Thực nghiệm

Bảng 2.1.
Danh mục các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu…………………….
44
Bảng 2.2.
Danh mục các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu…………………… s
45
Bảng 2.3.
Xây dựng đường chuẩn amoni…………………………………………
55
Bảng 2.4.
Xây dựng đường chuẩn photpho……………………………………….
57
Chƣơng 3.
Kết quả và thảo luận

64
Bảng 3.6.
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng hàm lượng NH
4
+

64
Bảng 3.7.
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng hàm lượng PO
4
3-

65
Bảng 3.8
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng vi lượng tới khả năng loại bỏ
COD
68
Bảng 3.9.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của V
30
MLSS và SVI tới khả năng xử lý
COD nước thải giấy bằng phương pháp sinh học hiếu khí
72
Bảng 3.10.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của SVI tới khả năng xử lý COD nước thải
giấy bằng phương pháp sinh học hiếu khí
73
Bảng 3.11.
Kết quả nghiên cứu khả năng sử dụng NH
4

mô pilot 1 m
3

82
Bảng 3.16.
Kết quả nghiên cứu hiệu quả sử dụng PO
4
3-
của xử lý nước thải giấy trên quy
83
13

mô pilot 1 m
3

Bảng 3.17.
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD giữa mô hình thí nghiệm và
quy mô pilot 1 m
3

85
Bảng 3.18.
Kết quả nghiên cứu so sánh thông số MLSS và chỉ số SVI tới hiệu quả xử lý
COD giữa quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot 1 m
3

87
Bảng 3.19.
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng NH
4

Chƣơng 1.
Tổng quan

Hình 1.1.
Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa và các dòng thải…………………….
4
Hình 1.2.
Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ……………….….…………
6
Hình 1.3.
Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy tái chế có khử mực…………….……….
8
Hình 1.4.
Sơ đồ công nghệ xeo giấy………………………………………………
10
Hình 1.5.
Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải………………………………………….
40
Chƣơng 2.
Thực nghiệm

Hình 2.1.
Sơ đồ thiết bị thí nghiệm xử lý nước thải……………………………….
49
Hình 2.2.
Đồ thị đường chuẩn amoni……………………………………………
55
Hình 2.3.
Đồ thị đường chuẩn photpho……………………………………………
57

4
+
,
75
15

PO
4
3-

Hình 3.6.
Sự phụ thuộc của hiệu quả xử lý COD vào các nguyên tố vi lượng
78
Hình 3.7.
Mối quan hệ giữa V
30,
SVI và hiệu xuất loại bỏ COD
80
Hình 3.8.
Mối quan hệ giữa hiệu xuất loại bỏ COD và hiệu quả sử dụng chất dinh
dưỡng
83
Hình 3.9.
So sánh hiệu quả xử lý COD của phòng thí nghiệm và quy mô pilot
86
Hình 3.10.
So sánh V
30
, MLSS, SVI giữa quy mô phòng thí nghiệm và quy mô
pilot

đối với các nước phát triển với dây chuyền sản xuất công nghệ hiện đại để sản xuất
một tấn giấy chỉ sử dụng từ 7 – 15m
3
nước sạch [13].
Nhìn chung công nghệ sản xuất giấy của Việt Nam còn lạc hậu so với thế giới
từ 15 năm trở lên, một thực tế nữa là các cơ sở sản xuất giấy của chúng ta đa số nhỏ
lẻ, phân tán về quy mô, hạn chế về tài chính, không có đủ điều kiện đầu tư cho xử lý
môi trương, chính điều này đã làm cho môi trường ngành giấy bị ô nhiễm này càng
trầm trọng, công tác quản lý gặp nhiều khó khăn. Riêng trong lĩnh vực xử lý môi
trường có thể nói chưa có nhiều nhà máy có hệ thống xử lý nước thải triệt để. Toàn
ngành giấy, ở miền Bắc chỉ duy nhất có Công ty Giấy Bãi Bằng có hệ thống xử lý
nước thải khá hoàn thiện, tuy nhiên vấn đề xử lý nước thải cũng vẫn chưa thật hiệu
quả. Việc chuyển đổi áp dụng các công nghệ hiện đại như vậy là hoàn toàn không
khả thi với những nhà máy vừa và nhỏ phần lớn là thuộc địa phương hoặc công ty
tư nhân chưa kể các làng nghề giấy truyền thống phân bố gần các khu vực dân cư
nên bị ảnh hưởng rất lớn về vấn đề nước thải. Cần nói thêm là ở Việt Nam, các
doanh nghiệp vừa và nhỏ đang sản xuất tới 75% sản lượng giấy, đồng nghĩa với
việc nguồn nước đang bị sử dụng lãng phí, còn môi trường đang phải gánh chịu một
17

lượng nước thải rất lớn chưa qua xử lý [21]. Hiện nay, khi mà Luật Môi Trường
đang được đôn đốc thực thi nghiêm túc (nhất là khi Việt Nam đã chính thức trở
thành thành viên của tổ chức Thương Mại Thế Giới – WTO) thì nhiều nhà máy bột
giấy và giấy ở nước ta đang đứng trước nguy cơ đóng cửa do sức ép từ phía các cơ
quan chức năng và dư luận về vấn đề môi trường. Giải quyết bài toán xử lý nước
thải bột giấy và giấy là vấn đề mang ý nghĩa sống còn với nhiều nhà máy bột giấy ở
nước ta [20].
Công ty Giấy Bãi Bằng – Tổng công ty Giấy Việt Nam (đóng tại Thị Trấn
Phong Châu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ) là đơn vị có công nghệ sản xuất
hiện đại nhất ngành giấy nước ta nhưng cũng đã lạc hậu so với khu vực và thế giới

1.1. Công nghệ sản xuất bột giấy, giấy và đặc tính của nƣớc thải
1.1.1. Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính nước thải
Quá trình sản xuất bột giấy là quá trình biến đổi các nguyên liệu gỗ hoặc phi
gỗ thành xơ sợi, hay nói cách khác là phá vỡ các liên kết trong cấu trúc của nguyên
liệu mà thành phần chính của nó là xenlulozơ (40 – 45%), hemixenlulozơ (20 –
30%), là các hợp chất cao phân tử (polyme), được bao bọc xung quanh bởi lignin
(20 – 30%) và các chất trích ly (chất keo nhựa) (2 – 15%). Quá trình này có thể
được thực hiện bằng phương pháp cơ học, hoá học hoặc phối kết hợp giữa các
phương pháp này. Chất lượng bột thu được phụ thuộc chủ yếu vào nguồn gốc, hay
chủng loại nguyên liệu và công nghệ sản xuất [23].
 Công nghệ sản xuất bột hóa
Trong sản xuất bột hóa, các dăm gỗ được nấu với những hóa chất thích hợp
trong dung dịch ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Mục đích để tách lignin ra khỏi gỗ để
thu hồi cellulozơ và hemicellulozơ là những hợp chất chủ yếu tạo nên giấy mà
không làm ảnh hưởng đến xơ sợi. Thực tế, phương pháp này rất thành công trong
việc loại lignin ra khỏi bột giấy. Tuy nhiên nó cũng làm giảm và phân hủy phần nào
cellulozơ và hemicellulozơ. Tùy theo hóa chất được nấu mà người ta phân biệt ra
các phương pháp: kiềm, sunfit và sunfat. Phần lignin còn sót lại sau khi nấu sẽ làm
cho bột giấy có màu vàng hay nâu. Vì thế phải rửa sạch và tẩy bột giấy để sử dụng
làm giấy in và giấy viết có độ trắng cao. Các hóa chất sau nấu được thu hồi gần hết
bằng biện pháp đốt, nên nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm vừa phải, xem Hình
1.1. Lignin trong dịch rửa được cô đặc và đốt để thu hồi nhiệt.
19

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa và các dòng thải [20]
Sản
phẩm
giấy
Xử lý
nguyên liêu


nứa
Nƣớc thải
SS, COD, BOD
H/c L.huỳnh,
Clo hữu cơ,
KL nặng,Màu

Bột và giấy
Nƣớc thải
Khí thải
Bùn thải
20

Bảng 1.1. Đặc tính nước thải công nghệ sản xuất bột hóa[20]
Chỉ tiêu
Đơn vị
Giá trị
Chất rắn lơ lửng (TSS)
mg/l
300 – 500
COD
cr

mg/l
1.000-1.500
BOD
5

mg/l


mg/l
4.000 – 10.000
BOD
5

mg/l
1000 – 4.000
Nhiệt độ
0
C
36 – 70
pH

7 – 9
21
hộp cũ, bột sau khi tách loại tạp chất, phân loại xơ sợi bột giấy sẽ được sử dụng cho
sản xuất giấy bao gói, hòm hộp công nghiệp:  Công nghệ tái sinh các loại giấy văn
hóa (giấy in báo, giấy in, giấy viết …) thường có thêm công đoạn khử mực (bột DIP:
De-Inking Pulp). Sau quá trình khử mực thường gồm có công đoạn tẩy trắng riêng
biệt, sử dụng hydro peoxit hoặc muối hydrosulphit. Bột giấy sau tái chế thường có độ
trắng nhất định tùy thuộc vào nguyên liệu đầu vào. Bột giấy tái chế sẽ được sử dụng
một phần cho quá trình sản xuất giấy in báo, giấy in, giấy viết, giấy in tạp chí [21].
Dưới đây là sơ đồ công nghệ của quá trình tái chế giấy Hình 1.3.
23


Cô đặc

Bột thành phẩm
Đi sản xuất giấy
24

Bảng 1.3. Bảng đặc tính nước thải giấy khử mực
Chỉ tiêu
Đơn vị
Hàm lƣợng
pH

6,4 – 7,5
BOD
mg/l
1900
COD
mg/l
2500
TSS
mg/l
2000
Độ màu
Pt – Co
900

Trong công nghệ sản xuất bột giấy tái chế có khử mực thì thành phần nước thải
chủ yếu là mực in, chất độn (trong giấy có khoảng 30% là chất độn như là: bột đá, tinh
bột, keo AKD, chất trợ in…) và các kim loại nặng (có trong mực in như chì …). Chính

tính thay thế cho công nghệ gia keo trong môi trường axít trước đây. Máy xeo giấy sử
dụng phổ biến là các loại máy xeo lưới dài và máy xeo lưới đôi với các hòm phun thủy
lực có thể điều khiển chế độ dòng chảy của dòng bột theo chiều ngang của băng giấy.
Sau khi có bột, giấy được sản xuất trên máy xeo giấy bao gồm các công đoạn:
chuẩn bị bột (nghiền, sàng, làm sạch, phối trộn với các phụ gia…), hình thành trên
lưới, hộp, sấy, cuộn, thành phẩm giấy (xem Hình 1.4). Trước khi đưa vào máy xeo, bột
được nghiền nhỏ để làm đồng đều và mềm mại, sau đó bột được phối trộn với phụ gia
như: bột đá, tinh bột, cationic, keo AKD và một số chất khác ở tỷ lệ nhất định rồi bơm
lên hòm phun bột của máy xeo. Từ đây bột được phun lên lưới hình thành tờ giấy ướt,
sau đó được tách nước, sang hệ thống hộp sấy, gia keo bề mặt (có hoặc không) làm
Bột giấy
Đánh tơi
thủy lực
Nghiền, sàng,
lọc cát
Ép, sấy trước,
gia keo
Nước thải chứa sơ sợi, cát
Cuộn,
Cắt cuộn
Thành phẩm
giấy
Sấy sau,
Ép quang
Nước thải chứa
sơ sợi, chất phụ gia
Hòm lưới
hình thành
26