xây dựng công nghệ xử lý nước thải của các nhà máy sản xuất bột giấy theo phương pháp kiềm lạnh 1

Bộ Công thơng Tổng công ty Giấy việt nam Viện công nghiệp giấy xenluylô ************** Báo cáo tổng kết NHIM V cấp năm 2008 Tờn nhim v : XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA CÁC NHÀ MÁY SẢN XUẤT BỘT GIẤY THEO PHƯƠNG PHÁP KIỀM LNH Cơ quan chủ quản : Cơ quan chủ trì : Chủ nhiệm nhim v : Bộ Công Thơng Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô Lng Th Hng K s CN giy Nghiên cứu viên 7270 31/3/2009 Hà nội - 02 - 2009 Bộ Công thơng Tổng công ty Giấy việt nam Viện công nghiệp giấy xenluylô ************** Báo cáo tổng kết NHIM V cấp năm 2008 Tên nhiệm vụ : XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA CÁC NHÀ MÁY SẢN XUẤT BỘT GIY THEO PHNG PHP KIM LNH Cơ quan chủ quản : Cơ quan chủ trì : Chủ nhiệm nhim v : Cng tỏc viờn Bộ Công Thơng Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô Lng Th Hng K s CN giy – Nghiªn cøu viªn : Đào Tố Liên - Kỹ sư CN giấy - Viện CN giấy Phạm Đức Thắng - Kỹ sư CN giấy - Viện CN Giấy Hµ néi - 02 - 2009 Mơc lơc Trang Mở đầu Phần I: Tổng quan nớc thảI bột giấy sản xuất theo phơng pháp kiềm lạnh phơng pháp xử lý nớc thải 1.1 Tổng quan ngành giấy ảnh hởng nớc thải ngành giấy 3 đến môi trờng 1.2 Đặc tính nớc thải sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh 1.3 Các phơng pháp xử lý nớc thải 1.3.1 Phơng pháp xử lý cấp 1.3.1.1 Phơng pháp tách rác 1.3.1.2 Phơng pháp tách cát sạn, chất lơ lửng 1.3.1.3 Các phơng pháp xử lý hoá lý 1.3.2 Phơng pháp xử lý cấp 1.3.2.1 Phơng pháp xử lý sinh học kỵ khí 1.3.2.2 Phơng pháp xử lý sinh học hiếu khí 13 1.3.3 Phơng pháp xử lý cấp 16 1.3.4 Phơng pháp xử lý bùn 17 1.4 Xử lý nớc thải công nghiệp giấy giới Việt Nam 18 Phần II: đối tợng phơng pháp nghiên cứu 21 2.1 Nguồn nớc thải 21 2.2 Phơng pháp nghiên cứu 21 2.2.1 Xử lý cÊp 1- xư lý ho¸ lý 21 2.2.2 Xư lý cÊp - xö lý sinh häc 21 2.2.2.1 Xö lý theo phơng pháp kỵ khí 21 2.2.2.2 Xử lý theo phơng pháp hiếu khí 22 2.2.3 Xử lý cấp 23 2.3 Phơng pháp phân tích 23 2.4 Thiết bÞ cđa hƯ thèng pilot 23 2.4.1 ThiÕt bÞ xư lý kỵ khí nớc thải thu giogas 23 2.4.2 Thiết bị xử lý hiếu khí 26 Phần III: Kết thảo luận 30 3.1 Công nghệ sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh 30 3.2 Khảo sát nhà máy sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm 31 lạnh 3.3 Sản xuất bột giấy kiềm lạnh phòng thí nghiệm 34 3.4 Xử lý cấp : xư lý ho¸ lý 36 3.4.1 Xư lý b»ng phÌn nh«m 36 3.4.2 Xư lý b»ng axit sunphuric 37 3.4.3 Xử lý kết hợp phèn nhôm vôi, PAC vôi, axit sunphuric vôi 37 3.4.4 Xư lý b»ng v«i 38 3.4.5 Xư lý bùn vôi 40 3.5 Xử lý cấp 2: Phơng pháp sinh học 41 3.5.1 Phơng pháp kỵ khí 41 3.5.2 Phơng pháp xử lý hiếu khí 43 3.6 Xử lý cấp 3: sử dụng loài thực vật thuỷ sinh 46 3.7 Xử lý nớc thải quy mô pilot 46 3.7.1 Ngâm nguyên liệu 46 3.7.2 Xử lý hoá lý 47 3.7.3 Xö lý sinh häc 47 3.7.3.1 Xö lý kỵ khí 47 3.7.3.2 Xử lý hiếu khí 49 3.7.4 Xư lý cÊp 50 3.8 X¸c lËp quy trình công nghệ xử lý nớc thải cho nhà máy sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh 52 3.9 Đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật 54 Kết luận 55 Tài liệu tham khảo 56 phụ lục 58 Mở đầu Công nghiệp sản xuất giÊy vµ bét giÊy lµ mét ngµnh kinh tÕ tỉng hợp, nên phát triển bền vững ngành có ý nghĩa quan trọng đòn bẩy kéo theo phát triển của nhiều ngành kinh tế khác nh: Trồng rừng, giao thông vận tải, sản xuất than, sản xuất điện, sản xuất hoá chất, công nghiệp chế tạo thiết bị, dịch vụ, Công nghiệp sản xuất giấy bột giấy chiếm vị trí kh¸ quan träng nỊn kinh tÕ ViƯt Nam Cïng với phát triển ngành công nghiệp dịch vụ khác, nhu cầu sản phẩm giấy ngày tăng Trong năm gần đây, ngành công nghiệp giấy Việt Nam đà có bớc phát triển lớn Ngoài việc cung cấp sản phẩm giấy phục vụ nhu cầu nớc, sản phẩm giấy Việt Nam đà đợc xuất nớc Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế xà hội to lớn mà ngành giấy đem lại, ngành công nghiệp phát sinh nhiều vấn đề môi trờng cần phải đợc giải quyết, đặc biệt nớc thải trình sản xuất bột giấy Vì vậy, song song với việc phát triển doanh nghiệp, yêu cầu khác đặt cho ngành giấy phải xử lý tốt chất thải, giảm ô nhiễm bảo vệ tài nguyên môi trờng Công nghệ sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh loại hình công nghệ sản xuất đơn giản Nguyên liệu sử dụng Việt Nam tre nứa đợc ngâm với dung dịch xút bể lớn, với thời gian định cho mềm để nghiền thành bột giấy Bột giấy kiềm lạnh đợc dùng chủ yếu để sản xuất mặt hàng giấy vàng mà xuất sang Đài Loan Đây mặt hàng đứng đầu ngành giấy Việt Nam tỷ lệ xuất khẩu, sản lợng khoảng 90.000 đến 100.000 tấn/năm Cũng giống nh sở sản xuất vừa nhỏ Việt Nam, sở sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh hầu nh cha cã hƯ thèng xư lý n−íc th¶i N−íc th¶i s¶n xuất có độ màu độ ô nhiễm cao đợc thải thẳng vào môi trờng Xử lý nớc thải sản xuất bột giấy công việc khó khăn tốn kém, đòi hỏi vốn đầu t chi phí vận hành cao Đây vấn đề xúc doanh nghiệp sản xuất giấy vừa nhỏ nớc ta Chính lý đó, năm 2008 Bộ Công thơng đà giao cho Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô thực nhiệm vụ: Xây dựng công nghệ xử lý nớc thải nhà máy sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh Mục tiêu thiết lập đợc quy trình công nghệ xử lý nớc thải phù hợp, áp dụng đợc cho sở sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh Nội dung thực bao gồm phần: - Khảo sát đánh giá thực trạng sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh ảnh hởng chúng tới môi trờng - Nghiên cứu công nghệ xử lý nớc thải theo phơng pháp hoá lý phơng pháp sinh học - Thiết lập quy trình xử lý nớc thải bột giấy sản xuất theo phơng pháp kiềm lạnh Phần I Tổng quan vỊ n−íc th¶I cđa bét giÊy s¶n xt theo phơng pháp kiềm lạnh phơng pháp xử lý nớc thải 1.1 Tổng quan ngành giấy ảnh hởng nớc thải ngành giấy đến môi trờng Giấy loại hàng hoá đóng vai trò quan trọng đồi sống xà hội có trình hình thành, phát triển gắn bó mật thiết với lịch sử phát triển kinh tế, xà hội văn minh nhân loại Theo số liệu thống kê Công ty t vấn Jakko Poyry giai đoạn từ năm 1990 đến nhu cầu mặt hàng giấy cactông giới liên tục tăng với tốc độ trung bình 3%/năm Mặc dù theo đánh giá chung phát triển ngành công nghiệp giấy năm gần khả quan, nhng mức độ phát triển kể công suất sản xuất, tiêu thụ, trình độ công nghệ trang thiết bị ngành khu vực giới là khác nhau, tuỳ thuộc vào mức độ phát triển kinh tế khả cung cấp nguyên liệu Ngành công nghiệp bột giấy giấy Bắc Mỹ, Tây Âu, Bắc Âu phát triển mạnh với công nghệ kỹ thuật tiên tiến, kỹ thuật tinh xảo tự động hoá trình sản xuất đà đạt trình độ cao, trình sản xuất tơng đối thân thiện với môi trờng Trong ®ã mỈc dï cã sù bïng nỉ vỊ tèc ®é tăng trởng sản lợng năm gần nhng nhìn chung ngành công nghiệp giấy Trung Quốc nớc Đông Nam phát triển không bền vững gây tác động xấu tới môi trờng Nhìn chung, ngành công nghiệp giấy Việt Nam phát triển chậm so với giới trình độ kỹ thuật quy mô sản xuất Theo ý kiến nhiều chuyên gia chia doanh nghiệp ngành giấy Việt nam thành ba nhóm: - Nhóm có công nghệ tơng đối đại: Nhóm có hai doanh nghiệp Công ty cổ phần giấy Tân Mai Công ty giấy BÃi Bằng Hai Công ty sản xuất so với toàn ngành: 80% sản lợng bột giấy; 40% sản lợng giấy - Nhóm có công nghệ trung bình: gồm doanh nghiệp Công ty giấy Đồng Nai; Công ty giấy Việt Trì Các doanh nghiệp có sản lợng gộp lại so với toàn ngành: 8,0% sản lợng bột giấy; 18% sản lợng giấy - Nhóm có công nghệ dới mức trung bình: Các doanh nghiệp chiếm số lợng nhiều với trang thiết bị hầu hÕt cã ngn gèc tõ c¸c n−íc khu vùc nh Trung Quốc, Đài Loan với trình độ công nghệ lạc hậu 30 năm, trí có dây chuyền thiết bị đà hoạt động 50 năm So với toàn ngành nhóm sản xuất: 12% sản lợng bột giấy; 42% sản lợng giấy Công nghiệp giấy bột giấy ngành phát thải môi trờng lợng lớn khí thải, nớc thải chất thải rắn, đặc biệt nớc thải gây ô nhiễm môi trờng trầm trọng Để sản xuất giấy thành phẩm nhà máy giấy Việt Nam ph¶i sư dơng tõ 30 – 100m3 n−íc, khí nhà máy đại giới phải sử dụng 15m3 Sự lạc hậu không gây lÃng phí nguồn nớc sử dụng mà tăng chi phải xử lý nớc thải Công nghệ thiết bị xử lý nớc thải có nhiều cải tiến năm gần nhằm mực đích nâng cao hiêu xử lý nớc chất lợng nớc sau xử lý Các dây chuyền xử lý nớc thải thờng bao gồm công đoạn: xử lý hoá lý, xử lý sinh học kết hợp phơng pháp kỵ khí hiếu khí 1.2 Đặc tính nớc thải sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh Sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh Oreman đa vào năm 1913 Sau phơng pháp đà đợc nhiều nhà khoa học thời tìm hiểu nghiên cứu Phơng pháp có nhiỊu −u ®iĨm nh−: HiƯu st bét giÊy cao, møc tiêu hao hoá chất ít, dùng bột giấy lại sáng màu Khi ngành khí cho đời máy nghiền đĩa, nghiền côn loại hình công nghệ đà đợc phát triển mạnh Phơng pháp kiềm lạnh có công nghệ đơn giản, nguyên liệu đợc chặt thành mảnh ngâm dung dịch xút nhiệt độ thờng, với khoảng thời gian định Sau nguyên liệu đợc rửa đa nghiền Trong nớc thải phơng pháp kiềm lạnh có chứa chất hữu vô hoà tan Các chất hữu chủ yếu chất nhựa, phần nhỏ hemixenluylo, lignin, bị hoà tan xút Các chất vô bao gồm natri hydroxyt muối Các chất hữu hoà tan nớc thải nh lignin dẫn xuất có số loại nấm có khả phân huỷ thành chất có phân tử lợng nhỏ vi sinh vật có khả phân huỷ đợc Vì vậy, bền vững nguồn tiếp nhận Lignin độc vi khuẩn hiếu khí ức chế phát triển vi khuÈn nµy Theo C.C Walden vµ T.E Howard [17] axit nhựa có tính độc cá sinh vật khác Các chất vô hòa tan nớc thải bao gồm natri hydroxyt muối natri Natri hydroxyt vµ mi cđa nã sÏ lµm thay ®ỉi pH cđa ngn n−íc tiÕp nhËn sang m«i tr−êng kiềm Các vi sinh vật sống môi trờng kiềm bị tiêu diệt Mặt khác, dùng nớc thải để tới cho trồng gây độc với cây, giảm khả hút nớc giữ nớc hàm lợng muối tích tụ đất cao Với đặc tính nh vậy, nớc thải trình sản xuất giấy theo phơng pháp kiềm lạnh không đợc xử lý mà thải thẳng môi trờng làm ô nhiễm nguồn tiếp nhận, ảnh hởng đến môi trờng sống ngời loài động thực vật 1.3 Các phơng pháp xử lý nớc thải 1.3.1 Phơng pháp xử lý cấp 1.3.1.1 Phơng pháp tách rác Trong nớc thải thờng chứa tạp chất có kích thớc lớn nh rác gây cản trở đờng ống dẫn, làm hỏng thiết bị xử lý nớc thải Các thiết bị tách rác thờng dùng song chắn rác Song chắn rác đợc đặt đờng ống thu gom nớc thải trớc bể gom nớc thải trạm bơm nớc thải xử lý 1.3.1.2 Phơng pháp tách cát sạn, chất lơ lửng Trong nớc thải thờng chứa lợng lớn cát sạn, đất đá chất lơ lửng Cát sạn, đất đá gây tợng lắng đọng đờng ống dẫn, gây ăn mòn đờng ống thiết bị vận chuyển xử lý nớc thải Các chất lơ lửng làm tăng tải trọng cho trình xử lý vi sinh Vì vậy, cần phải loại bỏ tạp chất nớc thải trớc đa vào xử lý Để tách tạp chất phơng pháp thờng dùng sử dụng bể lắng (bể lắng ngang bể lắng đứng) thiết bị tuyển 1.3.1.3 Các phơng pháp xử lý hoá lý Các phơng pháp xử lý hoá lý đợc sử dụng để tách phần chất hữu hoà tan có nớc thải Phơng pháp điện phân Phơng pháp điện phân có màng ngăn nớc thải có khả phân tách thành phần dựa tính chất vật lý, hoá học điện học chúng Phụ thuộc vào bố trí loại màng ngăn chất cho vào ngăn điện phân mà tách đợc chất khác Phơng pháp điện phân tách riêng đợc thành phần nớc thải nhng phức tạp Quá trình điện phân chịu ảnh hởng nhiều yếu tố, tiêu tốn lợng, chi phí đầu t vận hành cao Phơng pháp thẩm thấu ngợc Thẩm thấu ngợc trình tách chất phân tử nhỏ qua màng bán thấm từ phía dung dịch đặc sang phía dung dịch loÃng áp suất tác dụng lên dung dịch vợt áp suất thẩm thấu Phơng pháp thẩm thấu ngợc thờng đợc dùng để cô đặc nớc thải đa chng bốc, đốt nồi thu hồi thải bỏ Lợng nớc lọc thu hồi (hơn 80%) đợc tái sử dụng lại sở sản xuất Các số COD, BOD, chất rắn hoà tan nớc lọc giảm 90% Nhng phơng pháp đòi hỏi kỹ thuật cao, đầu t chí phí vận hành lớn nên khả áp dụng hạn chế Phơng pháp siêu lọc Siêu lọc trình lọc màng màng lọc cho chất phân tử lợng nhỏ qua Kích thớc lỗ màng siêu lọc khoảng 0,01 0,05 àm Nớc qua màng siêu läc d−íi t¸c dơng cđa ¸p st 50 – 400 p.s.i Nớc lọc đợc sử dụng lại sở sản xuất, chất thải từ thiết bị siêu lọc thờng đợc đem đốt thiết bị đốt, với có mặt oxy tạo thành chất vô rắn không mang màu khí thải không gây ô nhiễm môi trờng Công nghệ đòi hỏi trình độ cao, vỗn đầu t chi phí vận hành lớn Phơng pháp trao đổi ion Phơng pháp xử lý nớc thải trao đổi ion phơng pháp cho dòng nớc thải qua tháp chứa chất trao đổi ion có khả hấp thụ chất gây ô nhiễm nớc thải Theo kết nghiên cứu L.G Anderson [22] cho thấy khả làm phơng pháp cao, nhng việc áp dụng lại đòi hỏi trình độ cao, vốn đầu t chí phí vận hành lơn Phơng pháp hấp phụ Trong công nghệ xử lý nớc thải, chất hấp phụ thờng đợc sử dụng than hoạt tính Theo kết nghiên cøu cđa A.Wong [23] cho thÊy than ho¹t tÝnh võa có vai trò chất hấp phụ, vừa có vai trò nh chất xúc tác cho phản ứng oxy hoá chất độc, chất hữu có nớc thải Nhng phơng pháp đòi hỏi trình độ cao, vốn đầu t lớn Phơng pháp dùng chất oxy hoá Các chất ôxy hoá có khả ôxy hoá chất hữu nớc thải hypoclorit, dioxyt clo, ozon, kali permanganat, kali dicromat kÕt hỵp víi tia cực tím Phơng pháp có chi phí hoá chất cao nên thờng đợc áp dụng cho công đoạn xử lý cấp ba Phơng pháp kết tủa Để kết tủa chất hữu hoà tan nớc thải ngành công nghiệp giấy có phơng pháp sau: - KÕt tđa b»ng axit hc CO2 - KÕt tđa b»ng chất đa điện tử - Kết tủa vôi Phơng pháp kết tủa axit CO2 Từ cở lý thuyết cho thấy, muốn kết tủa chất, hạt keo hữu nớc thải, ngời ta thờng tiến hành giảm pH môi trờng cho điện zeta hạt keo có giá trị tuyệt đối giảm tới mức mà lực tơng tác đẩy điện tích nhỏ lực hấp dẫn hai hạt keo, hai hạt keo lên kết với 10 Bảng 3.15 Các thông số đặc trng nớc thải sau công đoạn xử lý hiếu khí STT Các thông số Trớc xử lý Sau xử lý Hiệu suất, % pH 8,1 8,4 - Độ màu, Pt - Co 719 730 - 1,5 TSS, mg/l 119 81 31,9 COD, mg/l 2.290 236 89,7 BOD5, mg/l 1.400 44 96,8 Nớc thải sau công đoạn xử lý sinh học hiếu khí mùi, hàm lợng COD BOD5 giảm mạnh, có số màu tăng nhẹ Từ kết ®−a quy tr×nh xư lý sinh häc hiÕu khÝ nh sau: - Lợng bùn hoạt tính sử dụng : 30% theo thÓ tÝch - Thêi gian l−u : giê - ChÕ ®é bỉ sung dinh d−ìng: BOD5 : : = 100 : : - Nhiệt độ: Nhiệt độ phòng (28 370C) Nớc thải sau xử lý hoá lý sinh học có thông số đợc trình bày bảng 3.16 Bảng 3.16 Các thông số nớc thải sau xử lý hoá lý sinh học STT Các thông sè Tr−íc xư lý Sau xư lý HiƯu st, % pH 10,6 8,6 - Độ màu, Pt - Co 4.211 730 82,7 TSS, mg/l 280 81 71,1 COD, mg/l 6.520 236 96,3 BOD5, mg/l 3.100 44 98,6 Nớc thải sau xử lý hoá lý sinh học có thông số đạt mức B theo TCVN 7732 : 2007 (Chất lợng nớc Tiêu chuẩn nớc thải công nghiệp sản xuất giấy bột giấy) Từ kết đa mô hình quy trình xử lý nớc thải để áp dụng quy mô xử lý pilot nh sau: ã Xử lý hoá lý Kết tủa vôi, với lợng dùng 3g/l, sau tách bùn vôi phần nớc đợc trung hoà axit sunphuric tới pH ~ (lợng axit xử dụng 0,9 kg/m3) 49 ã Xử lý sinh học kỵ khí - pH: - Lợng bùn hoạt tính kỵ khí sử dụng: - Mức độ bổ sung dinh d−ìng: - Thêi gian l−u: - NhiƯt ®é: – 7,5 20% BOD5 : N : P = 100 : : 0,5 10 Nhiệt độ phòng (28 – 370C) • Xư lý sinh häc hiÕu khÝ - Lợng bùn hoạt tính sử dụng : - Thời gian l−u : - ChÕ ®é bỉ sung dinh d−ìng: - NhiƯt ®é: 30% theo thĨ tÝch giê BOD5 : : = 100 : : Nhiệt độ phòng (28 370C) 3.6 Xử lý cấp 3: Sử dụng loài thực vật thuỷ sinh Nớc thải sau xử lý hiếu khí đợc lấy lại để trồng loại thực vật thuỷ sinh Các loài thực vật thuỷ sinh đợc thí nghiệm là: ngổ dại, bèo cái, bèo tây Do lợng nớc thải thí nghiệm phòng ít, nên tiến hành thí nghiệm thăm dò xác định đợc loài thực vật sống đợc nguồn nớc thải để tiến hành trồng xử lý quy mô pilot N−íc th¶i sau xư lý hiÕu khÝ ë đợc cho vào cốc thuỷ tinh dung tích 500ml Cây ngổ dại, bèo bèo tây đợc trông cốc thuỷ tinh (mỗi cốc cây), sau hai 24 gìơ thay nớc lần Sau 24 giờ, ngổ dại bèo tây sống, bèo héo Sau 48 bèo chết, ngổ dại bèo tây sống Tiếp tục tiến hành thí nghiệm sau tuần beò tây phát triển tốt, thêm mới, mẫu thí nghiệm mẫu đối chứng không khác Với ngổ dại, sau tuần mẫu thí nghiệm phát triển hẳn mẫu đối chứng, có màu vàng không xanh nh mẫu đối chứng Qua thí nghiệm xơ thực vật thuỷ sinh đợc lựa chọn bèo tây 3.7 Xử lý nớc thải quy mô Pilot 3.7.1 Ngâm nguyên liệu Tiến hành ngâm mảnh tre thùng nhựa có dung tích 160lít Để có đủ lợng nớc thải chạy hệ thống pilot, tuần tiến hành ngâm ba thùng Quy trình ngâm nh phần trên, với thông số nh sau: - Lợng nguyên liệu khô tuyệt đối sử dụng 12kg - Lợng nớc ngâm lấy lại cho lần ngâm tiếp theo: ~48 lít - Lợng nớc rửa thu đợc để xử lý ho¸ lý: ~ 150 lÝt 50 3.7.2 Xư lý ho¸ lý - Lợng vôi sử dụng: 0,45 kg - Thời gian để lắng : - Lợng bùn vôi lại: ~ 19 lít (12,6%) - Hàm lợng chất khô bùn vôi: 35,7 g/l - Lợng nớc chắt đợc: ~ 131 lít - Lợng axit dùng để trung hoà phần nớc trong: 0,118 kg Từ kết sơ tính toán lợng hoá chất sử dụng để xử lý hoá lý nớc thải cho bột giấy sản xuất theo phơng pháp kiềm lạnh - Lợng nớc thải : 12,5 m3 - Lợng vôi sử dụng: 37,5 kg - Lợng nớc thu đợc: ~11,0 m3 - Lợng bùn vôi: 1,5 m3 (hàm lợng chất khô bùn vôi: 53,5 kg) - L−ỵng axit sư dơng: 9,9 kg 3.7.3 Xư lý sinh học 3.7.3.1 Xử lý kỵ khí Theo thiết kế thiết bị thực trình nghiên cứu hai chế độ khác nhau: Chế độ đệm chế độ không đệm Do chế hoạt động có tính u việt nên nghiên cứu lựa chọn chế độ đệm Để thiết bị làm việc chế độ khởi động giai đoạn làm quen với đối tợng nớc thải cần nghiên cứu nh hớng dẫn nguyên tắc làm việc thiết bị Sau thời gian cho nớc thải đà qua xử lý hoá lý vào thùng cao vị(5), nớc thải từ đợc đa vào khoang tiếp liệu thiết bị qua van tiếp liệu điều chỉnh lu lợng đầu vào để thời gian l−u thủ lùc lµ 10 giê Bỉ sung dinh d−ìng theo tû lƯ BOD5 : N : P = 100 : : 0,5 Tiến hành xử lý liên tục 10 tuần Mỗi tuần lấy mẫu lần để xác định hiệu xử lý, kết đợc bảng 3.17 51 Bảng 3.17- Các thông số đặc trng nớc thải sau công đoạn xử lý kỵ khí TSS, mg/l BOD5, mg/l COD, mg/l Tuần Đầu vào Sau xử lý Hiệu suất, % Đầu vào Sau xử lý Hiệu suất, % Đầu vào Sau xử lý HiÖu suÊt, % 149 97 33,8 4.390 3.410 22,3 2.560 1.894 26,0 148 96 34,8 4.270 3.180 25,5 2.570 1.890 26,5 149 97 35,2 4.600 3.190 30,7 2.610 1.879 28,0 151 97 35,7 4.870 3.260 33,1 2.600 1.586 39,0 155 102 33,8 5.100 3.190 37,5 2.810 1.621 42,3 160 104 35,1 5.230 3.070 41,3 2.800 1.484 47,0 162 105 35,2 5.190 2.280 56,1 2.790 1.423 49,0 175 117 33,0 5.200 2.290 56,0 2.810 1.422 49,4 181 120 33,7 5.140 2.300 55,2 2.780 1.426 48,7 10 179 118 33,9 5.210 2.270 56,4 2.800 1.425 49,1 60 50 40 % 30 20 TS S 10 COD BOD5 10 Tuần Đồ thị 3.1 - Mức độ giảm TSS, COD BOD5 nớc thải sau xử lý kỵ khí Theo kết bảng 3.17 đồ thị 3.1 cho thấy, số TSS có tốc độ giảm gần nh nhau, đạt khoảng 35% Các số BOD5 COD tuần đầu có tốc độ giảm không cao, nhng từ tuần thứ trở có mức độ giảm tăng mạnh giữ ổn định tuần Mức độ giảm COD đạt khoảng 56,0% BOD5 khoảng 49,0% 52 Các thông số đặc trng nớc thải sau công đoạn xử lý kỵ khí đợc bảng 3.18 Bảng 3.18 Các thông số đặc trng nớc thải sau công đoạn xử lý kỵ khí STT Các thông số Trớc xử lý Sau xử lý HiƯu st, % pH 7,1 8,5 - §é mµu, Pt - Co 1.080 712 34,1 TSS, mg/l 271 179 33,9 COD, mg/l 5.210 2.270 56,4 BOD5, mg/l 2.800 1.425 49,1 3.7.3.2 Xö lý hiÕu khÝ Để thiết bị chạy giai đoạn khởi động nh hớng dẫn sử dụng thiết bị Trong giai đoạn nghiên cứu, để thiết bị chạy với chế độ chạy gián đoạn Nớc thải xử lý kỵ khí có hiệu suất xử lý ổn định đợc đa vào công đoạn hiếu khí (nớc thải sau xử lý kỵ khí tuần thứ thứ 10) Lợng bùn hoạt tính sử dơng 30% theo thĨ tÝch ChÕ ®é bỉ sung dinh d−ìng BOD : N : P = 100 : : Thêi gian l−u thuû lùc giê TiÕn hành xử lý liên tục 10 ngày, ngày lấy mẫu lần để xác định hiệu xử lý, kết đợc bảng 3.19 Bảng 3.19 Các thông số đặc trng nớc thải sau xö lý hiÕu khÝ TSS, mg/l COD, mg/l BOD5, mg/l Ngày Đầu vào Sau xử lý Hiệu suất, % Đầu vào Sau xử lý Hiệu suất, % Đầu vào Sau xư lý HiƯu st, % 117 81 30,8 2.295 240 89,5 1.510 51 96,6 116 81 30,2 2.210 237 89,3 1.500 50 96,7 118 82 30,5 2.300 245 89,3 1.490 52 96,5 120 81 32,5 2.310 230 90,0 1.470 45 96,9 119 80 32,8 2.270 225 90,1 1.420 42 97,0 121 82 32,2 2.280 250 89,0 1.430 44 96,9 120 83 30,8 2.195 230 89,5 1.450 43 97,0 118 82 30,5 2.170 247 88,6 1.500 46 96,9 117 81 30,8 2.200 231 89,5 1.410 43 97,0 10 118 81 31,4 2.300 232 89,9 1.460 45 96,9 53 100 90 80 70 % 60 50 40 30 20 TS S 10 COD BOD5 10 N gày Đồ thị 3.2 Mức độ giảm TSS, COD BOD nớc thải sau xử lý hiếu khí Kết bảng 3.19 đồ thị 3.2 cho thấy, mức độ giảm thông số TSS, COD, BOD5 ổn định Sau công đoạn xử lý hiếu khí số TSS giảm không nhiều khoảng 20%; COD giảm khoảng 89%; BOD5 giảm mạnh khoảng 97% Các thông số đặc trng nớc thải sau công đoạn xử lý hiếu khí đợc bảng 3.20 Bảng 3.20 Các thông số đặc tr−ng cđa n−íc th¶i sau xư lý hiÕu khÝ STT Các thông số Trớc xử lý Sau xử lý Hiệu suất, % pH 8,5 8,7 - Độ màu, Pt - Co 712 726 - 2,5 TSS, mg/l 118 81 31,4 COD, mg/l 2.300 232 89,9 BOD5, mg/l 1.460 45 96,9 N−íc th¶i sau xư lý công đoạn đà đạt đợc mức cấp B theo TCVN 7732 : 2007 Chất lợng nớc Tiêu chuẩn nớc thải công nghiệp sản xuất giấy bột giấy 3.7.4 Xử lý cấp Theo kết đà đợc tiến hành phòng thí nghiệm, loài thực vật thuỷ sinh đợc tiến hành nghiên cứu quy trình xử lý cấp bèo tây Để bèo tây thích nghi với điều kiện thí nghiệm, tiến hành trồng bèo tây xô nhựa nớc máy Xô nhựa có dung tích 15 lít, mật độ trồng cây/xô Bèo tây đợc trồng trớc xử lý hai tuần đợc thay nớc hàng ngày 54 Nớc thải sau công đoạn xử lý hiếu khí đợc cho vào xô nhựa có dung tích 15 lít Trồng bèo tây xô nhựa với mật độ cây/1xô Thời gian lu nớc thải 24 Mẫu đối chứng đợc thay nớc thải nớc máy Sau 24 thay nớc xác định thông số TSS, COD BOD5 Hàm lợng nito vµ photpho tr−íc vµ sau xư lý cÊp đợc xác định cuối kỳ xử lý Tiến hành thí nghiệm 10 ngày Các thông số đặc trng nớc thải công đoạn xử lý cấp đợc bảng 3.21 Bảng 3.21 Các thông số đặc trng nớc thải sau công đoạn xö lý cÊp TSS, mg/l COD, mg/l BOD5, mg/l Sau Hiệu Đầu Sau Hiệu Đầu Sau Hiệu Ngày Đầu vµo xư lý st, vµo xư lý st, vµo xư lý suÊt, % % % 81 54 33,7 240 207 13,8 51 41 18,8 81 53 35,0 237 206 13,1 50 40 19,1 82 50 38,7 245 210 14,3 52 40 23,9 81 51 37,1 230 195 15,2 45 35 22,7 80 49 39,2 225 190 15,6 42 32 23,8 82 50 38,5 250 205 18,0 44 33 25,0 83 52 37,4 230 181 21,3 43 30 30,2 81 50 38,7 247 182 26,3 46 31 31,8 81 49 39,6 231 171 26,0 43 29 32,6 10 82 51 37,8 232 170 26,7 45 30 33,3 45 40 35 30 % 25 20 15 10 TS S COD BOD5 10 N gày Đồ thị 3.3 Mức độ giảm TSS, COD BOD5 sau công đoạn xử lý cấp 55 Các số liệu bảng 3.21 đồ thị 3.3 cho thấy sau xử lý, thông số TSS giảm đợc khoảng 38 39%; mức giảm COD tăng dần theo thời gian đạt khoảng 26%; BOD5 có mức độ giảm tăng dần đạt khoảng 33% Quan sát trình xử lý thấy bèo tây sống nớc thải phát triển bình thờng, sai khác so với thí nghiệm đối chứng Các thông số đặc trng nớc thải sau xử lý cấp đợc bảng 3.22 Bảng 3.22 Các thông số đặc trng nớc thải sau công đoạn xử lý cÊp HiƯu st, Tr−íc xư Sau xư lý STT Các thông số % lý pH 8,6 7,5 12,8 Độ màu, Pt - Co 726 748 -3,0 TSS, mg/l 82 51 37,8 COD, mg/l 232 170 26,7 BOD5, mg/l 45 30 33,3 Hµm lợng nitơ tổng, mg/l 68 35 48,5 Hàm lợng photpho tỉng, mg/l 9,5 5,4 43,1 KÕt qu¶ b¶ng 3.22 cho thÊy n−íc th¶i sau xư lý cÊp (nớc thải đợc dùng để nuôi trồng bèo tây) sau ngày đêm có hàm lợng nitơ tổng giảm gần 50% hàm lợng phôtpho tổng giảm 40% Đặc biệt, số pH tới khoảng gần trung tính Chỉ số BOD5 đạt mức A Tiêu chuẩn Việt Nam Tuy nhiên phơng pháp xử lý lại không làm cho số màu giảm mà lại tăng nhẹ so với trớc xử lý Nhng kết nghiên cứu mang tính chất thăm dò sơ ban đầu Để có đợc kết xác cần phải có nghiên cứu chuyên sâu Bởi quy trình xử lý nớc thải công đoạn không đợc đa vào 3.8 Xác lập quy trình công nghệ xử lý nớc thải cho nhà máy sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh Qua nghiên cứu sơ thiết lập quy trình công nghệ xử lý nớc thải nhà máy sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh nh sau: ã Xử lý cấp 1: Xử lý hoá lý - Hóa chất sử dụng: sữa vôi với møc dïng 3,0 kg/m3; - Thêi gian khuÊy trén 10 phút; - Để lắng sau lấy phần nớc trong; - Bùn vôi đợc ép vắt nớc máy ép bùn đem đốt để thu hồi vôi 56 - Phần nớc trong: trung hoà axit sunphuric tíi pH = 7,0 – 7,5 víi møc dïng 0,9kg/m3 • Xö lý cÊp 2: Xö lý sinh häc Xö lý sinh häc hiÕu khÝ: - pH: – 7,5 - Lợng bùn hoạt tính kỵ khí sử dụng: 20% - Møc ®é bỉ sung dinh d−ìng: BOD5 : N : P = 100 : : 0,5 - Thêi gian lu: 10 - Nhiệt độ: Nhiệt độ phòng (28 – 370C) Xö lý sinh häc hiÕu khÝ: - Lợng bùn hoạt tính sử dụng: 30% theo thể tích - Thêi gian l−u: giê - ChÕ ®é bỉ sung dinh d−ìng: BOD5 : : = 100 : : - Nhiệt độ: Nhiệt độ phòng (28 370C) Dới sơ đồ công nghệ xử lý nớc thải cho nhà máy sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh: Ngâm nguyên liệu Nớc ngâm Bể chứa Nớc rửa Bùn vôi Xử lý hoá lý Cô đặc Đốt Nớc Trung hoà Xử lý kỵ khí Xử lý hiếu khí Thải Hình 3.2 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nớc thải cho nhà máy sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh 57 3.9 Đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật Qua kết nghiên cứu dạng pilôt đa chi phí hoá chất để xử lý nớc thải cho nguyên liệu ngâm kiềm lạnh Bảng 3.23 Chi phí hoá chất cho xử lý nớc thải cho nguyên liệu ngâm kiềm lạnh STT Hạng mục Đơn vị Lợng dùng Đơn giá, đồng Thành tiền, đồng Vôi kg 37,5 900 33.750 H2SO4 kg 9,9 6.300 62.370 Ure c«ng nghiƯp kg 2,8 6.500 18.200 Supephotphat c«ng nghiƯp kg 2,0 3.500 7.000 Tỉng 121.320 L−ỵng n−íc thải sinh trình ngâm kiềm lạnh1 nguyên liệu khoảng 15m3 Nh vậy, chi phí hóa chất để xử lý 1m3 nớc thải 8.088 đồng Theo công ty giấy bÃi để xử lý 1m3 nớc thải theo phơng pháp sinh học hiếu khí phải tiêu hao khoảng 1,1Kwh điện Trong phạm vi đề tài, nghiên cứu đợc tiến hành quy mô pilot nhỏ phòng thí nghiệm Vì vậy, đề tài đa tính toán chi phí hoá chất sử dụng cho toàn trình xử lý, mà cha đa đợc chi phí điện, nhân công đặc biệt phần chi phí để xử lý chất thải rắn Tuy nhiên, đề tài hoàn toàn làm chủ đợc mặt công nghệ xử lý nớc thải nhà máy sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh, để đạt đợc chất lợng theo quy định tiêu chuẩn Việt Nam 58 Kết luận 1- Đà tiến hành khảo sát, xác định thông số đặc trng nớc thải nhà máy sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh Qua đánh giá sơ đợc mức độ ảnh hởng môi trờng 2- Tiến hành nghiên cứu thiết lập đợc quy trình công nghệ xử lý nớc thải cho nhà máy sản xuất bột giấy theo phơng pháp kiềm lạnh Nớc thải sau xử lý đạt đợc mức cấp B theo TCVN 7732 : 2007 Quy tr×nh xư lý nh− sau: Xư lý cÊp 1: Xư lý ho¸ lý Nớc rửa đợc xử lý vôi với mức dùng 3,0 kg/m3, thời gian khuấy trộn 10 phút, để lắng sau lấy phần nớc Bùn vôi đợc ép vắt nớc máy ép bùn đem đốt để thu hồi vôi Phần nớc đợc trung hoµ b»ng axit sunphuric tíi pH = 7,0 – 7,5 với mức dùng 0,9kg/m3 Nớc thải sau xử lý hoá lý giảm đợc độ màu 74%; TSS giảm 36%; COD giảm 23% BOD5 giảm 10% Xử lý cấp 2: Xử lý sinh học Công đoạn kỵ khí: Nớc thải sau xử lý hoá lý đợc đa vào xử lý sinh học kỵ khí với thời gian lu thủ lùc lµ 10 giê, dinh d−ìng bỉ sung BOD5 : N : P = 100 : : 0,5 Nớc thải sau xử lý có độ màu giảm 34%; TSS giảm 34%; COD giảm 56% BOD5 giảm 49% Công đoạn xử lý hiếu khí: Nớc thải sau xử lý khị khí đợc đa vào xử lý hiếu khí víi thêi gian l−u thủ lùc giê, chÕ ®é bỉ sung dinh d−ìng BOD5 : N : P = 100 : : N−íc th¶i sau xư lý có TSS giảm 31%, COD giảm 90% BOD5 giảm 97% 3- Đánh giá sơ hiệu kinh tế kỹ thuật quy trình Sơ tính toán đợc chi phí hoá chất cho xử lý 1m3 nớc thải: 8.088 đồng 4- Việc sử dụng bèo tây xử lý cấp có kết khả quan Nhng để khẳng định đợc hiệu cần phải có nghiên cứu chuyên sâu Theo nghiên cứu phần xử lý hoá lý cho thấy bùn vôi tạo thành có kích thớc hạt tơng đối to thoát nớc dễ dàng chăn xeo giấy Nhng để đa dạng thiết bị phù hợp cần phải có tham gia nhà thiết kế khí Vì vậy, đề nghị Bộ Công nghiệp tiếp tục hỗ trợ kinh phí để Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô tiến hành nghiên cứu hiệu xử lý nớc thải loài thực vật thuỷ sinh có việt Nam; nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị để xử lý bùn vôi tạo thành trình xử lý hoá lý 59 Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt Kiều Hữu ảnh (1999) Giáo trình vi sinh vật học công nghiệp Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, tr 219-239 Lơng Đức Phẩm (2002) Công nghệ xử lý nớc thải biện pháp sinh học Nhà xuất Giáo dục, tr 54-90 Lê Đức Mạnh (2006) Nghiên cứu hệ thống sinh học cao hoạt lực cao, điều kiện tự động trình xử lý kỵ khí nớc thải bị ô nhiễm chất hữu Chơng trình Khoa học Công nghệ cấp nhà nớc KC.04, tr 101-254 Chu Anh Đào, Ngô Huy Du, Trần Hồng Kông Nghiên cứu xử lý nớc thải công nghiệp giấy công nghệ chảy ngợc qua lớp bùn yếm khí (UASB) Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Văn Ty, Đặng Đức Trạch, Dơng Đức Tiến (2001) Một số phơng pháp nghiên cứu vi sinh vật học, Tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, tr 49-62 Hoàng văn Thành, báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ (1999) Nghiên cứu công nghệ xử lý dịch đen quy mô nhỏ cho nấu bột giấy thu hồi hoá chất Trịnh Thị Loan, báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ (2004) nghiên cứu xử lý nớc thải sản xuất bột hoá nhiệt tẩy trắng Vũ Quốc Bảo, báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ (2005): Đánh gía trình độ công nghệ ngành Công nghiệp Giấy Việt Nam Tµi liƯu tiÕng Anh Ahn, Y.H., Min, K.-S & Speece, R.E (2001) Full Scale UASB Reactor Performance In The Brewery Industry Environmental Technology 22, p463-476 10 Alibhai, K R K and C F Forster (1986) An examination of the granulation process in UASB reacter Environ Technol Lett., p193 - 2000 11 Metcalf & Eddy (1991): Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse third Edition 12 Mc Carty, P L (1964) Anaerobic waste treatment fundamentals: Partl Chemistry and microbiology Public Works p107-112 13 A Wong Detoxification and decolorization of kraft pulp mill effluents using activated carbon Pulp and paper Canada Vol 78, No 14 Habets, L H and J H Knelissen Application of UASB- reactor for anaerobic Treatment of paper and Board mill Effluent Procceding of EWPCA, Amsterdam 1996 p 154 - 160 15 Lettinga, G., Van Velsen, L., De Zeeuw, W., and S W Hobma The application of an aerobic digestion to industrial pollution treatment In Anaerobic digestion 1980, p167 - 186 60 16 UNEP Technical report No 34 (1996) Environmental management in the pulp and paper industry 17 C.C.Walden and T.E.Howard Toxicity of pulp and paper mill effluents Tappi Vol 60; No1 18 D.J Bennett The mechanism of color removal in the treatment of spent bleaching liquors with lime Tappi Vol 54; No 12 19 H.S Dugal Effect of lime treatment on molecular weight distribution of color bodies from kraft linerboard decker effluents Tappi Vol 58; No 20 Allanm Springer, Department of Paper Sclence and Engineering Miaml Unlversity Oxford, Ohio: Industrial eEnvironmental Control Pulp and Paper Industry 21 Tezel U, Guven E, Erquder, Demirer GN: Squential (anaerobic/aerobic) biological treatment of Dalaman SEKA pulp and paper industry effluent 22 L G Anderson A new color removal process: a field report Tappi: Vol,57No4 61 phụ lục Các thiết bị pilot dùng nghiên cứu Hình PL1 - Thiết bị nghiên cứu xử lý nớc thải theo phơng pháp kỵ khí thu Biogas 62 Hình PL2 - Thiết bị nghiên cứu xử lý nớc thải theo phơng pháp hiếu khí - Aeroten 63