Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện đào tạo Sau đại học, Viện Kỹ
thuật Hóa học và các Qúy Phòng ban chức năng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội;
Ban Giám hiệu, các Thầy Cô giáo của trường Cao Đẳng nghề Công nghệ Giấy và Cơ
điện, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành khóa
học.
Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy Cô giáo Viện Kỹ thuật Hóa học đã trang bị
những kiến thức thiết thực để tôi hoàn thành chương trình đào tạo, đồng thời hoàn
thành Luận văn này.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới thầy giáo TS.Lê Quang
Diễn, người đã trực tiếp hướng dẫn và luôn tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu và thực hiện Luận văn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo Công ty cổ phần Giấy An Hòa và
Trung tâm Quan trắc và Bảo vệ Môi trường - S Tài nguyên và Môi trường Phú Thọ
đã hỗ trợ kinh phí và tạo điều kiện thuận lợi để tôi có được những thông tin, tài liệu,
khảo sát thực địa phục vụ cho việc hoàn thành Luận văn thạc sỹ kỹ thuật này.
Xin gửi lời cảm ơn tới Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã kích lệ và giúp đỡ
động viên và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa
học.
Hà Nội, ngày tháng 8 năm 2015
Tác giả

Đỗ Huy Giang


Đỗ Huy Giang


CHƢƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................21
2.1. Vật liệu………………………………………………………………… ....…….21
2.2. Phương pháp lấy mẫu chất thải rắn……………………………………...… …..21
2.3. Phương pháp lấy mẫu nước thải……………………………………....…… …..22
2.4. Phương pháp. Phán xét của chuyên gia, thống kê………………………...… ……22
2.5. Các phương pháp phân tích tính chất của chất thải rắn (chứa xơ sợi) …...…..…22
2.5.1. Xác định độ ẩm .......................................................................................... ......22
2.5.2. Xác định độ tro bằng phương pháp đốt..................................................... .......23
2.5.3. Xác định hàm lượng các chất tan trong nước lạnh................................... . .......24
2.5.4. Xác định hàm lượng xenlulozơ theo phương pháp Kurshner….........… ....….25
2.5.5. Xác định hàm lượng lignin theo phương pháp biến tính Komarov......... .. .......25
2.5.6. Xác định hàm lượng các chất tan trong dung dịch NaOH 1%..................... ......26
2.6. Các phương pháp phân tích tính chất nước thải....................................................26
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN……………………....……………..…28
3.1. Nghiên cứu xác định các nguồn phát thải từ dây chuyền sản xuất bột giấy .....…28
3.1.1. Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu gỗ……………………..………………… ....28


Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

3.1.2. Công đoạn nấu bột………………………………………………...………. ….30
3.1.3. Công đoạn sàng chọn bột……………………………...………………… ……30
3.1.4. Công đoạn rửa bột giấy ………………………………….………................….31
3.1.5. Công đoạn tách loại lignin bằng oxi...................................................................31
3.1.6. Công đoạn tẩy trắng bột......................................................................................32
3.1.7. Công đoạn sàng chọn và làm sạch bột tẩy trắng.................................................32
3.1.8. Công đoạn xeo tấm bột.......................................................................................33
3.1.9. Phân xưởng thu hồi hóa chất..............................................................................33



Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất bột giấy sunfat của Công ty cổ phần Giấy
An Hòa …………………………………………………………………….................19
Hình 3.1: Sơ đồ khối các công đoạn sản xuất bột giấy sunfat tẩy trắng………...……28
Hình 3.2: Hệ thống nấu bột sunfat liên tục ………………………….………….……30
Hình 3.3: Sàng chọn bột sau nấu .................................................................................31
Hình 3.4. Sơ đồ thu gom nước thải từ dây chuyền sản xuất bột giấy tẩy trắng………37


Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa

BTNMT

Bộ Tài nguyên môi trường

BYT


TCCP

Tiêu chẩn cho phép

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng


Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, kinh tế xã hội của nước ta có nhiều đổi mới, với
mức tăng trưởng kinh tế đều, kèm theo chất lượng sống của người dân luôn được cải
thiện và nâng lên, do vậy nhu cầu của người tiêu dùng cũng tăng lên.
Giấy là một trong nhiều sản phẩm công nghiệp, tiêu dùng cần thiết đối với
công nghiệp và trong đời sống. Với nhu cầu ngày một tăng, kể cả về số lượng, chủng
loại, lẫn chất lượng, những năm gần đây ngành giấy cũng được chú trọng đầu tư phát
triển, để trở thành một trong những ngành công nghiệp trọng yếu, vừa mang lợi ích
kinh tế, đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước và địa phương, đồng thời góp phần
đảm bảo an sinh xã hội, nhất là đối với khu vực vùng có diện tích lâm nghiệp lớn. Tuy
nhiên, trên quan điểm môi trường, công nghiệp bột giấy và giấy cũng là một trong các
ngành sản xuất gây áp lực lớn đến tài nguyên và môi trường, gồm từ khâu khai thác
nguyên liệu, sử dụng nhiên liệu, năng lượng, cho đến quá trình sản xuất, tiêu thụ và sử
dụng sản phẩm.
Sự phát triển thiếu quy hoạch, quy mô nhỏ, công nghệ và thiết bị lạc hậu, kèm
theo thiếu kiểm soát, tận dụng và xử lý chất thải kém, chạy theo lợi nhuận, là những

pháp tận dụng và xử lý.
Kết quả nghiên cứu sẽ được xem xét đưa vào áp dụng tại Công ty cổ phần Giấy
An Hòa, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, bảo vệ môi trường.

2


Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát quá trình sản xuất bột giấy sunfat.
Bột giấy sunfat được sản xuất bằng phương pháp nấu ở nhiệt độ và áp suất cao.
Quá trình sản xuất bột tẩy trắng thương phẩm có thể mô tả bằng sơ đồ sau:

Các công đoạn chính của quá trình sản xuất bao gồm:
- Chuẩn bị nguyên liệu;
- Nấu bột;
- Rửa, sàng chọn và làm sạch bột;
- Tách loại lignin bằng oxi;
- Tẩy trắng;
- Sấy và đóng kiện;
- Thu hồi hóa chất.
Nguyên liệu sử dụng cho sản xuất bột giấy sunfat là chủ yếu là gỗ. Một số
dạng nguyên liệu phi gỗ khác, như tre nứa, phế phụ phẩm xơ sợi cây ngắn ngày, như
bã mía, rơm rạ, cỏ,..., ít được sử dụng. Có hai loại gỗ được sử dụng là gỗ cây lá kim,
loại có hàm lượng nhựa thấp và gỗ cây lá rộng. Tổng cộng có khoảng 50 loài cây được
sử dụng làm nguyên liệu giấy, trong đó có 38 loài gỗ lá rộng và 13 loài gỗ lá kim. Ở
3

(chẳng hạn giấy bao gói...), hoặc tiếp tục được tẩy trắng, để sử dụng cho sản xuất giấy
chất lượng cao, như giấy in, giấy viết. Trước khi tẩy trắng, bột được tiếp tục tách loại
lignin bằng oxi trong môi trường kiềm (hay còn gọi là xử lý oxi-kiềm), về bản chất là
sự tiếp tục của quá trình nấu ở nhiệt độ thấp hơn với sử dụng tác nhân thân thiện môi
trường hơn, với mục đích giảm hàm lượng lignin trong bột, tránh sự phân hủy của xơ
sợi và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tẩy trắng.

4


Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

Quá trình tẩy trắng là một quá trình nhiều công đoạn, về bản chất chất là tiếp tục
tách loại lignin và các thành phần mang màu khác chứa trong bột. Ở mỗi công đoạn có
sử dụng một hoặc vài chất tẩy kết hợp, do những đặc thù biến đổi của lignin và tính
chất của chất tẩy sử dụng. Để nâng cao hiệu quả tẩy trắng, cứ sau mỗi công đoạn tẩy
người ta lại tiến hành rửa bột bằng máy rửa, rồi lại tiếp tục công đoạn kế tiếp, tới khi
đạt độ trắng cần thiết (85-90% ISO hoặc cao hơn).
Bột giấy sau tẩy trắng có thể được sử dụng tại chỗ cho sản xuất giấy (như nhà
máy giấy Bãi Bằng và nhà máy giấy An Hòa hiện nay) hoặc sấy và đóng kiện để thu
được bột thương phẩm.
Một bộ phận quan trọng của nhà máy hiện đại sản xuất bột giấy sunfat là thu hồi
hóa chất, quyết định hiệu quả kinh tế, cũng như vận hành bình thường của nhà máy,
bởi với quy trình thu hồi hóa chất và tận dụng nhiệt của dây chuyền hiện đại, một nhà
máy sản xuất bột sunfat có thể tự cung hoàn toàn về hóa chất nấu bột, điện (với nhà
máy tuabin nhiệt điện) và hơi cho toàn bộ dây chuyền sản xuất, đồng thời đáp ứng
được yêu cầu về bảo vệ môi trường. Nếu dịch đen không được tận dụng thì không thể
vận hành nhà máy, bởi chi phí cho xử lý dịch đen đạt yêu cầu xả thải sẽ vượt gấp

thiện các quá trình công nghệ hiện có, có tính đến tiềm năng tạo dựng các sơ đồ sử
dụng nước hợp lý trong sản xuất với hệ thống tuần hoàn nước tối đa hay khép kín, khả
năng hoàn thiện các phương pháp xử lý nước thải đang vận hành và áp dụng các
phương pháp mới.
Lưu lượng nước thải (m3/ngày đêm) được tính theo công thức:
Qngày = NM
Trong đó, N là tiêu chuẩn thoát nước trên một đơn vị sản phẩm hoặc nguyên liệu
được chế biến. M là số lượng đơn vị sản phẩm hoặc nguyên liệu được chế biến trong
một ngày đêm.
Trong vòng một ngày đêm, nước thải sản xuất có thể được thải đều hoặc không
đều. Có thể có dao động theo mùa trong năm, được xác định theo quy trình công nghệ.
Ở một số cơ sở sản xuất có thể có trường hợp thải cùng lúc, khi đó tần suất thải có thể
là 1 lần trong một ca làm việc, trong một ngày đêm hay trong 1 tuần. Độ thoát nước
không đồng đều được xác định bằng hệ số thải theo giờ (Kh), được tính bằng tỉ số của
lưu lượng theo giờ lớn nhất và lưu lượng trung bình theo giờ. Thực tế cho thấy, đối
với các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy Kh= 1,3-1,8.
Mức ô nhiễm của nước thải được đặc trưng bởi chất lượng nước, là tổ hợp các chỉ
tiêu lý học, hóa học, sinh học (vi khuẩn), bao gồm: Nhiệt độ; mùi; màu (theo thang
platin-coban); pH; nồng độ chất rắng lơ lửng (TSS) tính bằng mg/l hoặc g/m3; nhu cầu
oxi hóa học (COD); nhu cầu oxi sinh học (BOD), đặc trưng cho nồng độ các chất hữu
cơ; hàm lượng các chất đặc trưng cho loại hình sản xuất, các chất trích ly.

6


Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

Khối lượng và chất lượng của nước thải sản xuất phụ thuộc vào dạng nguyên liệu

7


Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

+ Nước thải tính axit;
+ Nước thải chứa xơ sợi;
- Đối với nhà máy sản xuất giấy và cactong:
+ Nước thải chứa xơ sợi;
Như vậy có thể thấy, do tính chất của chất ô nhiễm mà nước thải sản xuất bột giấy
phức tạp hơn, so với sản xuất giấy và cactong.
1.2.1. Khu vực chuẩn bị nguyên liệu gỗ.
Tại khu vực này, khi rửa gỗ và bóc vỏ gỗ tạo thành một lượng nước thải chứa vỏ
cây và tạp chất cơ học. Lưu lượng thải đối với khu vực này thông thường vào khoảng
3,4(m3/tấn gỗ) hoặc 6,9-9,4(m3/tấn bột). Đối với gỗ cây lá rộng cho sản xuất bột hóa,
tiêu chuẩn này thường cao hơn. Trong nước thải có chứa mùn vụn vỏ cây, xơ sợi vụn,
đất, cát, các chất vô cơ và hữu cơ hòa tan. Nồng độ các chất lơ lửng vào khoảng 46004700mg/l, trong đó các chất vô cơ chiếm 3-5%, ô nhiễm hữu cơ theo BOD5 khoảng
230-400mg/l. Độ màu đối với gỗ lá kim vào khoảng 2000o theo thang Pt-Co, đối với
gỗ lá rộng tương ứng là ≤ 4000o theo thang Pt-Co. Nước thải tại khu vực này chứa vỏ
cây..., được xử lý lắng đơn giản và có thể được tái sử dụng tại chỗ.

1.2.2. Khu vực nấu, rửa, sàng chọn, làm sạch và tẩy trắng bột giấy.
Ô nhiễm nước ở khu vực này chủ yếu gắn liền với dịch đen, vì vậy phụ thuộc vào
dạng nguyên liệu, phương pháp nấu bột, hiệu suất bột và mức độ thu gom dịch đen.
Tính chất của nước thải cũng phụ thuộc nhiều vào quá trình tẩy trắng.
Trong quá trình sản xuất bột sunfat, các nguồn nước thải bao gồm:
- Nước thải chứa dịch đen của công đoạn nấu bột, rửa, sàng chọn và làm sạch bột.
Nước thải công đoạn này được chưng bốc thu hồi dịch đen, dịch đen được cho vào lò

chỉ khi đó mới được phối trộn với nước thải chứa dịch đen để xử lý cùng.
Nước thải khu vực sàng chọn bột chủ yếu chứa xơ sợi, vì vậy chúng được thu gom
và phối trộn cùng với nước thải chứa xơ sợi.
Trong quá trình sản xuất, hình thành một lượng nước ngưng từ khâu nấu bột và
chưng bốc có mùi khó chịu. Lượng nước ngưng phụ thuộc vào phương pháp nấu bột
và hệ thống thiết bị chưng bốc dịch đen. Nước ngưng nấu gián đoạn bị ô nhiễm mạnh
hơn nấu liên tục. Thiết bị chưng bốc màng dâng cho nước ngưng ít bị ô nhiễm hơn, so
với hệ chưng bốc màng rơi.
Phần nước ngưng bị ô nhiễm nhiều nhất là nước ngưng khí giả hay khí phóng đỉnh
nấu sunfat gián đoạn, chứa axit béo, axit nhựa và các dẫn xuất của chúng, metanol,
etanol, axeton và các chất bay hơi khác, như metylsunfua, dimetylsunfua,
dimetyldisunfua. Các hợp chất này tạo cho nước ngưng có mùi hắc và độc hại.

9


Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

Nước ngưng chưng bốc dịch đen cũng có hàm lượng cao các hợp chất của lưu
huỳnh, như H2S, (CH3)SH, (CH3)2S2. Ngoài ra, hàm lượng của chúng tăng lần lượt từ
hệ chưng bốc này sang hệ chưng bốc khác.
Nước ngưng có mùi cần xử lý ngay tại chỗ trước khi chuyển ra khỏi phân xưởng.
Ít ô nhiễm nhất là nước thải sấy bột sunfat tẩy trắng, mặc dù vậy chúng cũng được
trung hòa trước khi thải. Do hàm lượng các chất hữu cơ thấp, thông thường được phối
trộn với nước thải chứa xơ sợi.

10


Sấy khô

Nung

Nấu, rửa và làm sạch bột; chưng bốc dịch đen; đốt thu hồi đối với bột không tẩy trắng
-Từ gỗ lá kim, hiệu suất bột 46%

26,5

130

100

2000

10,5

2500

850

-Từ gỗ lá kim, hiệu suất bột 53%

12,2

445

370

2000

30

5000

2,0(1,5)

5800

3700

- Công đoạn kiềm hóa*

16,5(14)

30

30

18000

8,0(7,5)

5650(5000)

2950(2270)

- Sàng chọn bột tẩy trắng*

10(10)


6,1

-

-

-

9,3

-

-

- Xút hóa

2,0

5000

-

-

8,0

1600

1600


BOD5 (mg)

COD (mg/l)
H2S

CH3SH

(CH3)2
S

(CH3)2S2

Metanol

Etanol

Phenol

Nấu, rửa và làm sạch bột; chưng bốc dịch đen; đốt thu hồi đối với bột không tẩy trắng
-Từ gỗ lá kim, hiệu suất bột 46%

460

3150

-

-

-


850

5800

-

-

-

-

-

-

-

Tẩy trắng bột
- Công đoạn clo hóa*

265 (120)

1710 (1050)

-

-


15

90

-

-

-

-

-

-

-

12500/7000

-

200/9

400/70

675/37

7800/700



-

300(13)

2000(80)

-

-

-

-

-

-

-

(*) - Trong ngoặc là giá trị đối với gỗ lá rộng; (**) - Nấu gián đoạn/Nấu liên tục;(***) - Trong ngoặc là giá trị đối với bột tẩy trắng

12


Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học


Nhóm chất
Tính axit
Các chất trích ly
từ gỗ
Axit béo:
Axit focmic
Axit axetic
Axit palmitic
Axit heptadecanoic
Axit stearic
Axit arachidic
Axit tricosanoic
Axit lignoceric
Axit Oleic
Axit linolenic
Axit behenic
Axit nhựa:
Axit abietic
Axit dehydroabietic
Axit monoclorodehydroabietic
Axit diclorodehydroabietic
Axit levopimaric
Axit pimaric
Axit sandracopimaric

Dẫn xuất của lignin và
cacbohydrat
Oxiaxit:
Axit glyxeric
Axit dibasic:

Hemixenlulozơ
Metanol
Cloroaxeton
Cloroform
Diclorometan
Tricloroetan
Cloropropenal
Clorofuranone
1,1-dicloromethylsulfone
Andehit
Xeton
Clorosunfua
Các hợp chất sunfua tính khử

14

Các chất khác
Nhóm dioxin:
2,3,7,8-tetracloro-dibenzodioxin (2,3,7,8-TCDD)
2,3,7,8-tetracloro-dibenzofuran (2,3,7,8-TCDF)
Các dẫn xuất từ gỗ:
Monotecpen
Sesquitecpen
Ditecpen (pimarol)
Abienol
Nhóm juvabione:
Juvabiol
Juvabione
Dẫn xuất từ lignin:
Eugenol

300mg/l, cao hơn khoảng 1,5 lần so với nước thải phân xưởng tẩy.

15


Đỗ Huy Giang

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

Bảng 1.3. Tính chất nước thải của các công đoạn sản xuất khác nhau.
Mẫu
Mùa

Độ màu (PCU)

pH
Mẫu

Hè

Đông

Thu

Trung bình
Chênh lệch

C

E


CPE

1

3.05 10.5

6.5

9.5

800

1700

1200

2500

930

1120

800

1580

350

430


310

410

250

540

3

2.5

10.3

6.5

9.3

830

1600

1220

2450

950

1130


900

1150

830

1650

320

460

320

640

5

2.8

10.5

6.5

9.5

820

1850


800

1810

1200

2630

930

1110

830

1620

350

450

300

630

7

2.7

10.4


2.6

10.5

6.3

9.5

860

1890

1290

2695

990

1210

880

1790

420

530

380


410

280

540

10

2.8

10.5

6.4

9.5

710

1540

110

2410

890

1090

710


1120

750

1340

310

455

290

560

12

2.8

10.5

6.5

9.5

795

1650

1195


1125.4

2531

930

1132.5

802.1

1566.7

340.8

456.3

306.3

600.8

±32.18

±49.31 ±228.38 ±45.18 ±35.42

±32.99

±50.57

±0.14 ±0.20 ±0.07 ±0.12 ±38.81 ±114.34 ±310.91 ±99.24 ±28.28


E

CBP

CPE

C

E

CBP

CPE

1

2400

2000

1600

2400

400

800

200


90

95

310

3

2390

2400

1700

2300

420

810

210

310

79

98

102


2400

2100

1750

2490

400

850

250

320

80

100

110

365

6

2310

2130


410

800

250

340

86

99

118

370

8

2300

2100

1760

2490

400

880


68

90

100

320

10

2140

2120

1480

2430

390

760

190

260

65

91


12

2200

1910

1520

2290

450

820

230

310

74

105

110

350

Trung
bình



±94.1

±86.7

±21.4

±34.3

±28.5

±46.0

±6.8

±5.9

±7.5

±27.9

Mùa
Hè

Đông

Thu

C - Công đoạn clo hóa; E - Công đoạn kiềm hóa; CBP - Nước thải của toàn bộ phân xư ng tẩy; CPE - Nước thải của toàn bộ nhà máy



18