ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG 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 DƯỠNG THÍCH HỢP CHO VI KHUẨN 
ĐỐI VỚI HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 
CỦA NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội ­ 2012

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG 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 DƯỠNG THÍCH HỢP CHO VI KHUẨN 
ĐỐI VỚI HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 
CỦA NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG


Hà Nội và phòng Kỹ  Thuật Tổng Công ty Giấy Việt Nam – Thị  Trấn Phong Châu – 
Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ.
Để hoàn thành luận văn này đúng thời gian quy định và đầy đủ  nội dung yêu cầu,  
tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ thầy cô, bạn bè, các đồng nghiệp, gia đình…
Trước tiên tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Lê Tuấn Anh, người đã 
trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi tận tình, chu đáo trong suốt quá trình nghiên cứu và thực  
hiện luận văn.
Đặc biệt với lòng biết  ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm  ơn chân thành tới PGS.TS  
Trịnh Lê Hùng đã cung cấp cho tôi một số  tài liệu liên quan đến đề  tài luận văn, đồng  
thời cũng cho tôi một số kiến thức chuyên sâu về vi sinh vật nói chung và về vi sinh vật  
trong xử lý nước thải giấy bằng phương pháp hiếu khí nói riêng.
Tôi xin chân thành cảm  ơn các thầy cô giáo trong bộ  môn Công Nghệ  Hóa Môi 
Trường – Khoa Hóa Học – Trường Đại Học Khoa Học Tự  Nhiên – Đại Học Quốc Gia 
Hà Nội đã tận tình dạy bảo, hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ  tác giả  trong quá trình 
học tập, nghiên cứu tại trường để hoàn thành khóa học.
Tôi cũng xin được bày tỏ  lòng biết  ơn tới toàn thể  cán bộ  công nhân viên tại bộ 
phận vận hành xử lý nước thải và bộ phận Môi Trường, đặc biệt là TS. Đặng Văn Sơn –  
Phó Trưởng Phòng – Phòng Kỹ Thuật – Tổng Công ty Giấy Việt Nam – Thị Trấn Phong 
Châu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ đã tạo điều kiện, nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá  
trình khảo sát, thu thập thông tin và tài liệu liên quan để xây dựng luận văn.
Cuối cùng tôi xin được cảm ơn toàn thể  bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã giúp 
đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày……Tháng…..năm 2012
Tác giả
       
           Trần Việt Ba 

MỤC LỤC


Công   nghệ   sản   xuất   bột   giấy,   giấy   và   đặc   tính   của   nước 

1.1.

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  trường  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


21

1.4.2. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí......................................................

25

1.5.

Vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải..................................................

28

1.5.1. Giới thiệu chung về vi sinh vật................................................................

28

1.5.2. Cơ chế xử lý nước thải bằng vi sinh........................................................

31

1.5.2.1.

Sinh trưởng lơ lửng (bùn hoạt tính)............................................

31

1.5.2.2.

Sinh trưởng bám dính (hay màng sinh học)...................................


1.6.

34

1.5.4.1.

Hàm lượng oxy hòa tan..................................................................

34

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

Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của công ty Giây Bãi Bằng......................


2.5. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................

48

2.6. Các   phương   pháp   phân   tích   xác   định   các   thông   số   chất   lượng   nước 
thải................................................................................................................

50

2.6.1. Xác định pH và nhiệt độ.........................................................................

50

2.6.2. Xác định COD........................................................................................

50

2.6.3. Xác định MLSS......................................................................................

51

2.6.4. Xác định chỉ số thể tích bùn (SVI).........................................................

52

2.6.5. Xác định hàm lượng amoni bằng phương pháp so màu chỉ thị nessler..

53

2.6.6. Xác   định   photpho   bằng   phương   pháp   đo   quang   với   thuốc   thử  55

COD............................................................................................................
3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng phân vi lượng...........................

66
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 nước thải ngành giấy trên quy mô pilot 1 
m3....................................................................................................................

75

3.4.1. Nghiên cứu  ảnh hưởng của các nguyên tố  vi lượng tới hiệu quả  xử  lý 
COD trong pilot 1 m3.............................................................................

76

3.4.2. Nghiên   cứu   ảnh   hưởng   của   SV30,   MLSS   và   SVI   tới   hiệu   quả   xử   lý 
COD........................................................................................................
3.4.3. Nghiên cứu nhu cầu sử dụng dinh dưỡng của vi sinh vật......................

77
80

3.5. Nghiên cứu so sánh hiệu quả  xử  lý giữa mô hình thí nghiệm và mô hình  
pilot.................................................................................................................


TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................

93

PHỤ LỤC....................................................................................................................

97

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
8


Aeroten
Anaerobic
BOD5
CNG
COD
HCCN
HCHC
HTXLNT
MBR
MBBR
MLSS
TCVN
TKPT
TSS
VSS
VSV
SV30


9


DANH MỤC CÁC 
BẢNG

Chương 1.
Bảng 1.1.

Tổng quan
Đặc tính nước thải công nghệ sản xuất bột 
hóa………………………..
10

4


Bảng 1.2.

Đặc tính nước thải công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt 
cơ……………….
Bảng đặc tính nước thải giấy khử 

Bảng 1.3.

mực………………………………….

9


Bảng 1.8.

Nhu cầu cần thiết về muối khoáng đối với vi khuẩn, nấm và xạ 
khuẩn...

35

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

Chương 3.

62


Bảng 3.5.

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD giữa HTXLNT và 
quy mô phòng thí 
nghiệm................................................................................

Bảng 3.6.

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng hàm lượng 
NH4+ .............

Bảng 3.7.

65

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng vi lượng tới khả năng 
loại bỏ COD............................................................................................

Bảng 3.9.

64

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng hàm lượng 
PO43­..............

Bảng 3.8


khí .......................................................

Bảng 3.13.

Kết quả nghiên cứu hiệu quả xử lý COD của nước thải giấy trên quy 
mô pilot 1 m3............................................................................................

Bảng 3.14.

82

Kết quả nghiên cứu hiệu quả sử dụng PO43­ của xử lý nước thải giấy 
trên quy mô pilot 1 m3..............................................................................

Bảng 3.17.

79

Kết quả nghiên cứu hiệu quả sử dụng NH4+ của xử lý nước thải giấy 
trên quy mô pilot 1 m3..............................................................................

Bảng 3.16.

77

Kết quả nghiên cứu V30, MLSS và SVI tới xử lý nước thải giấy trên 
quy mô pilot 1 m3.....................................................................................

Bảng 3.15.



Chương 1.
Tổng quan

Hình 1.1.

Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa và các dòng 
thải…………………….

Hình 1.2.

Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ……………….….
…………

Hình 1.3.

4

6

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.


và khi sử dụng các nguyên tố vi lượng……………………..
………………

Hình 3.2.

Hiệu xuất loại bỏ COD và hiệu quả sử dụng NH4+, PO43­
……………...

Hình 3.3.

75

Mối quan hệ giữa hiệu xuất loại bỏ COD và hiệu quả sử dụng NH4+, 
PO43­.........................................................................................................

Hình 3.6.

68

Mối quan hệ giữa SVI và hiệu xuất loại bỏ 
COD....................................

Hình 3.5.

65

Hiệu xuất loại bỏ COD ở các hàm lượng vi lượng khác 
nhau………….

Hình 3.4.


Hình 3.10.

86

So sánh V30, MLSS, SVI giữa quy mô phòng thí nghiệm và quy mô 
pilot............................................................................................................

Hình 3.11.

88

So sánh hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng giữa quy mô phòng thí 
nghiệm và quy mô pilot.............................................................................

90

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, các ngành sản  
xuất công nghiệp cũng được mở rộng và phát triển nhanh chóng. Sự  phát triển này, một  
phần đóng góp tích cực cho sự  phát triển chung của đất nước; nhưng bên cạnh đó lại 
thải ra một lượng lớn chất thải có thể gây ô nhiễm môi trường và tác động xấu đến sức  
khỏe con người. 

16


Ô nhiễm môi trường đang ngày càng trở nên trầm trọng, nhất là với các nước đang  
phát triển trong đó có Việt Nam, đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước. Một trong những  
nguồn nước thải gây có thể  ô nhiễm lớn là từ  các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy. 

ngành giấy nước ta nhưng cũng đã lạc hậu so với khu vực và thế  giới vài chục năm.  
Lượng nước thải sinh ra trong quá trình sản xuất một bột giấy xấp xỉ 55 – 60m3. Tính cả 
các công đoạn xeo giấy, sản xuất điện hơi, hóa chất tẩy thì lượng nước thải sinh ra khi 
sản xuất một tấn bột giấy thường dao động trong khoảng 100 – 120m3.
Năm 2003, là năm đánh dấu một giai đoạn mới trong vấn đề  xử  lý ô nhiễm môi 
trường của Công ty Giấy Bãi Bằng, thể  hiện  ở việc mở rộng sản xuất, nâng công suất  
nhà máy giấy Bãi Bằng lên 110.000 tấn giấy/năm, đồng thời đầu tư  công nghệ  mới cho 
xử lý nước thải, giải quyết ô nhiễm một cách triệt để  liên hoàn. Đây là hệ  thống xử  lý  
nước thải hiện đại nhất của ngành giấy Việt Nam hiện nay theo công nghệ  của Thụy  
Điển, với quy mô xử  lý 30.000  m3  nước thải/ngày [13]. Nhờ  đó với lượng trung bình 
26.000 m3 nước thải mỗi ngày mà nhà máy thải ra đều được thu gom và xử  lý qua hệ 
thống xử lý tập trung theo cả hai phương pháp hóa lý và sinh học [17].

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN

1.1.

Công nghệ sản xuất bột giấy, giấy và đặc tính của nước thải

1.1.1. Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính nước thải

18


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 

nghiệ
pilot
m
m

 SVI (ml/g)
 Quy 
mô 
pilot

 1

 260

 840

 4,00

 11,723
7

 2

 720

 550

 6,24

 7,7593

 726






4,88
6,39
3,80
6,63

 5,32







6,557
6,9322
7,7466
10,607
8,944
5

 Phòng 
 Quy 
thí 

(SVI) được sử dụng làm chỉ thị về đặc tính lắng của bùn (V 30), do đó ảnh hưởng tới 
tốc độ tuần hoàn MLSS. 


3.5.3. Nghiên cứu sự  khác nhau giữa bổ  sung N, P và vi lượng với bổ  sung 
chất dinh dưỡng thông thường N và P.
 Những nghiên cứu ở các mục 3.2.2. – 3.4.3. ta đã biết được sự cần thiết của  
chất dinh dưỡng cũng như   ảnh hưởng của các chất vi lượng đến đời sống của vi 
sinh vật. Nếu việc sử dụng phân vi lượng làm tăng hiệu quả xử lý COD thì sẽ thay  
được việc bổ  sung ure và axit phophoric. Tuy nhiên khi tiến hành bổ  sung phân vi  
lượng, từ  các kết quả  nghiên cứu cho thấy hầu như  các chất dinh được sử  dụng  
gần như  hoàn toàn, rất có thể  khi bổ  sung thêm ure và photpho thì hiệu quả  xử  lý 
COD sẽ  cao hơn. Kết quả nghiên cứu được trình bày trên các Bảng 3.19. và Hình 
3.11.
 Bảng 3.19. Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng NH4+ và PO43­giữa  
quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot 1 m3
 Mẫu

 NH4+ (mg/l)

 PO43­ (mg/l)


 Quy mô thí 
 1
 2
 3
 4
 5
 6

0,008
1,007
0,051
0,013
0,005

 Quy mô thí   Quy mô 1 







nghiệm
0,4476
0,0082
0,0054
0,6428
0,0031
0,0529








m3

dinh dưỡng đã bổ sung. Các kết quả nghiên cứu này cũng đánh giá được hàm lượng 
amoni và photpho của nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn cho phép.
3.6. Xây dựng quy trình bổ sung thích hợp và tính toán sơ bộ chi phí
 Nước thải sau khi qua xử  lý cấp I được đưa vào bể  lựa chọn, tại đây sẽ 
được điều chỉnh dinh dưỡng, nồng độ bùn hoạt tính, tiếp đó được đưa sang bể sục  
khí để thực hiện quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ. Nước thải sau khi ra khỏi  


bể sục khí sẽ  được đưa sang bể lắng thứ  cấp. Tại đây một phần bùn sau khi lắng 
sẽ được hồi lưu quay trở lại hệ thống xử lý, một phần được thải ra ngoài.
 Tính toán sơ  bộ  chi phí của quá trình xử  lý nước thải theo phương án đề 
suất:
­

Tính toán chi phí bổ  sung dinh dưỡng của HTXLNT – Công ty Giấy Bãi Bằng  
(xem bảng bổ sung trong phụ lục 2):
 Lưu lượng trung bình của HTXLNT là: 26.000 m3/ngày đêm
 Trung bình COD đầu vào là:
 872 mg/l = 0,872 kg/m3 = 22.672 kg/ngày đêm = 22,672 tấn/ngày đêm
 Theo thiết kế khối lượng ure cần dùng là:
 113×22,672×0,15 = 384 kg ure
 Giá ure trên thị trường hiện tại là: 10.000 Đ/kg
 Theo thiết kế khối lượng axit phophoric cần dùng là:
 9×22,672×0,35 = 71 kg axit photphoric
 Giá axit phophoric trên thị trường hiện tại là: 30.000 Đ/kg
 Như vậy một ngày nhà máy phải chi số tiền để bổ sung dinh dưỡng là:
 (384×10.000) + (71 × 30.000) = 5.970.000 Đ

­








KẾT LUẬN

Qua   kết   quả   nghiên   cứu   sử   dụng   phân   vi   lượng   như   nguồn   dinh 

dưỡng thay thế cho việc bổ sung ure và axit photphoric truyền thống nhằm nâng cao  
tính ổn định và hiệu quả xử lý vi sinh nước thải sản xuất giấy, có thể rút ra một số 
kết luận sau:
1. Bằng cách bổ sung vi lượng cho quá trình xử lý vi sinh hiếu khí đã cho thấy  
các nguyên tố vi lượng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động sinh sống và  
phát triển của vi sinh vật. So sánh hai trường hợp không bổ  sung vi lượng và bổ 
sung vi lượng với mức dùng 0,5 gam phân vi lượng/m3, hiệu quả xử  lý tăng lên từ 


42,08% lên 63,7% tại hệ thống xử lý nước thải của Công ty Giấy Bãi Bằng – Tổng 
công ty Giấy Việt Nam.
2. Đối với trường hợp có bổ sung thêm các nguyên tố vi lượng thì chỉ số SVI  
là 102,42 ml/g  ở mô hình thí nghiệm và 81,167 ml/g  ở  mô hình polot 1m 3. Ngoài ra, 
sinh khối (bùn hoạt tính) phát triển việc ổn định và thấp hơn so với hệ thống xử lý 
sử  dụng chất dinh dưỡng là ure và axit photphoric (không bổ  xung nguyên tố  vi  
lượng).
3. Hàm lượng phân vi lượng có ảnh hưởng lớn đến khả  năng xử lý COD, khi  
hàm lượng phân vi lượng tăng từ  0,0 gam; 0,5 gam; 1,0 gam; 2,0 gam thì hiệu quả 
xử lý COD tăng lên theo thứ tự 42,0%; 63,7%; 72,28%; 74,26%. Việc bổ sung phân  
vi lượng đã làm tăng hiệu quả xử lý COD và hàm lượng phân vi lượng bổ sung phù