nghiên cứu xử lý nước thải giấy của công ty tân vĩnh hưng công suất 50 m3ngày đêm bằng công nghệ lọc sinh học

Công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy chiếm vị trí khá quan trọng nền kinh tế nước ta, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp và dịch vụ khác thì nhu cầu về các sản phẩm giấy n

Đề tài:

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẤY CỦA CÔNG TY TÂN VĨNH HƯNG( CÔNG

NGHỆ LỌC SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: MÔI TRƯỜNG

LỜI CẢM ƠN

Tôâi xin chân thành cảm ơn Th.s Nguyễn Thị Thanh Phượng giảng viên Khoa Môi Trường – Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn và đóng góp những ý kiến quí báu cho tôi để hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các quí thầy, cô Khoa Công nghệ sinh học, Trường Đại học Mở - Bán Công Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dậy truyền đạt những kiến thức thông tin bổ ích, tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên hoàn tất khoá học

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, các anh chị xưởng xeo thuộc công ty giấy Tân Vĩnh Hưng, phòng thí nghiệm Môi trường_Khoa Môi trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã nhiệt tình giúp tôi lấy mẫu, làm thí nghiệm nghiên cứu trong suốt quá trình làm luận văn

Xin được cảm ơn các bạn sinh viên S01,các bạn của tôi đã giúp đỡ chia sẻ cùng tôi trong thời gian qua

Cuối cùng tôi xin ghi nhớ công lao dạy dỗ và cổ vũ nhiệt tình của gia đình, bố mẹ để tôi có nghị lực và điều kiện hoàn thành nhiệm vụ,nguyện vọng

Tp.HCM tháng 7 năm 2005

Sinh viên :

Lương Thu Hà

MỤC LỤC

Lời cảm ơn……… 1

Mục lục ……… 2

Danh mục bảng biểu ……… 3

Danh mục hình ảnh ……… 4

Danh mục đồ thị ……… 6

Các kí hiệu viết tắt trong bài ……… 8

Chương mở đầu ……… 9

Đặt vấn đề ……… 9

Mục đích đề tài ……… 10

Đối tượng nghiên cứu ……… 10

Chương 1: Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy ……… 11

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất giấy và bột giấy……… 12

1.1.1 Phương pháp Sulfat ……… 12

1.1.2 Phương pháp Sulfit……… 12

1.2 Tình hình sản xuất giấy – xử lý nước thải giấy ……… 13

1.2.1 Ở các nước trên thế giới ……… 13

1.2.1 Tình hình sản xuất giấy – xử lý nước thải giấy ở Việt Nam……… 16

1.2.3 Thành phần nước thải giấy – Chất gây ô nhiễm chính và các nguồn phát sinh nước thải ……… 21

Chương 2: Các phương pháp xử lý nước thải giấy……… 27

2.1 Phương pháp lý hoá……… 28

2.1.1 Lắng tuyển nổi ……… 28

2.1.2 Phương pháp đông, keo tụ hoá học ……… 31

2.2 Phương pháp sinh học ……… 31

2.2.1 Quá trình sinh học kỵ khí ……… 32

2.2.2 Quá trình sinh học hiếu khí ……… 36

2.2.3 Phương pháp lọc sinh học ……… 37

Chương 3: Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải cho Công ty giấy Tân Vĩnh Hưng ……… 43

3.1 Tổng quan về Công ty giấy Tân Vĩnh Hưng ……… 44

3.1.1 Giới thiệu chung ……… 44

3.1.2 Quy trình công nghệ ……… 44

3.1.3 Thực trạng xử lý nước thải hiện nay và đề xuất phương án xừ lý ……… 45

3.2 Mô hình phương pháp nghiên cứu ……… 47

3.2.1 Mô hình lọc sinh học kỵ khí ……… 47

3.2.2 Mô hình lọc sinh học hiếu khí ……… 48

3.2.3 Chú ý ……… 49

3.2.4.Thông tin về vật liệu ……… 49

3.2.5 Mô hình keo tụ (Jartest) ……… 50

Chương 4: Kết quả nghiên cứu ……… 52

4.1 Kết quả trên mô hình đông ……… 53

4.1.1 Biến thiên pH và COD của mô hình đông ……… 53

4.1.2 Hiệu quả xử lý COD của mô hình động ……… 55

4.2 Mô hình tính hiếu khí lọc sinh học ……… 58

4.2.1 Với tải trọng 0.3 kg/m3.ngày ……… 58

4.2.2 Với tải trọng 0.5 kg/m3.ngày ……… 62

4.2.3 Với tải trọng 0.8 kg/m3.ngày ……… 66

4.3 Keo tụ ……… 71

4.3.1 Sử dụng độ pH tối ưu ……… 71

4.3.2 Xác định độ phèn tối ưu ……… 73

Chương 5: Kết luận và kiến nghị ……… 74

Tài liệu tham khảo ……… 77

Phụ lục ……… 79

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 : Sử dụng sợi giấy tái sinh và thu hồi giấy ở một số

quốc gia ( 1994)……… 14

Bảng 1.2 : Thành phần nước thải giấy ……… 21 Bảng 2.1 : Hóa chất thường dùng để điều chỉnh pH ……… 30 Bảng 3.1 : Thành phần và tính chất nước thải của Công ty

Tân Vĩnh Hưng ……….45

Bảng 4.1 : Sự biến thiên pH và COD của mô hình động ……… 53 Bảng 4.2 : Hiệu quả xử lý COD của mô hình động ……… 55 Bảng 4.3 : Tốc độ phân hủy COD theo thời gian ở tải trọng

0,3 kg/m3.ngày ……… 58

Bảng 4.4 : Tốc độ phân hủy COD theo giờ ở tải trọng

0,3 kg/m3.ngày ……… 60

Bảng 4.5 : Kết quả xác định tốc độ phân hủy theo thời gian

ở tải trọng 0,5 kg/m3.ngày ……….62

Bảng 4.6 : Tốc độ phân hủy COD theo thời gian ở tải trọng

0,5 kg/m3.ngày ……… 64

Bảng 4.7 : Kết quả xác định tốc độ phân hủy theo thời gian

ở tải trọng 0,8 kg/m3.ngày……… 66

Bảng 4.8 : Tốc độ phân hủy COD theo thời gian ở tải trọng

0,8 kg/m3.ngày……… 68

Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệm keo tụ với lượng pH tối ưu 71 Bảng 4.10 :Kết quả thí nghiệm keo tụ với phèn tối ưu 72

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 :Sơ đồ chung cho 3 giai đoạn trong qui trình sản xuất giấy ……… 19

Hình 1.2 : Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy và nguồn nước thải ……… 20 Hình 1.3 : Sơ đồ hệ thống tuần hoàn nước trong quá trình xeo giấy ………… 24 Hình 3.1 : Sơ đồ qui trình công nghệ công ty giấy Tân Vĩnh Hưng ………… 44 Hình 4.1 :Mô hình lọc sinh học kị khí ……… 47 Hình 4.2: Mô hình lọc sinh học hiếu khí ……… 49 Hình 4.3 : Mô hình keo tụ ( Jartest) ……… 51

DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 4.1 : Sự biến thiên nồng độ COD qua các bậc xử lý

của mô hình động ……… 54

Đồ thị 4.2 : Sự biến thiên nồng độ pH qua các bậc xử lý của

mô hình động ……… 54

Đồ thị 4.3 : Hiệu quả xử lý COD qua các bậc xử lý của mô

hình động ……… 56

Đồ thị 4.4 : Tốc độ phân hủy COD và hiệu quả xử lý COD

ở tải trọng 0,3 kg/m3.ngày ……… 58

Đồ thị 4.5 : Sự biến thiên pH theo thời gian ở tải trọng

0,3 kg/m3.ngày ……… 59

Đồ thị 4.6 : Tốc độ phân hủy COD theo giờ ở tải trọng

0,3 kg/m3.ngày ………60

Đồ thị 4.7 : Sự thay đổi pH theo giờ ở tải trọng 0,3 kg/m3.ngày ……… 61

Đồ thị 4.8 : Tốc độ phân hủy COD và hiệu quả xử lý COD

ở tải trọng 0,5 kg/m3.ngày ……… 62

Đồ thị 4.9 : Sự biến thiên pH theo thời gian ở tải trọng

0,5kg/m3.ngày ……… 63

Đồ thị 4.10 : Tốc độ phân hủy COD theo giờ ở tải trọng

0,5 kg/m3.ngày ……… 64

Đồ thị 4.11 : Sự thay đổi pH theo giờ ở tải trọng 0,5 kg/m3.ngày ……… 65

Đồ thị 4.12 : Tốc độ phân hủy COD và hiệu quả xử lý COD

ở tải trọng 0,8 kg/m3.ngày ……… 66

Đồ thị 4.13 : Sự biến thiên pH theo thời gian ở tải trọng 0,8 kg/m3.ngày 67

Đồ thị 4.14 : Tốc độ phân hủy COD theo giờ ở tải trọng

0,8 kg/m3.ngày……… 68

Đồ thị 4.15 : Sự thay đổi pH theo giờ ở tải trọng 0,8 kg/m3.ngày ……… 69

Đồ thị 4.16 : Mối quan hệ giữa hiệu quả xử lý COD với các tải trọng …… 70 Đồ thị 4.17 : Mối quan hệ COD vào và COD ra với các tải trọng ……… 70 Đồ thị 4.18 : Hiệu quả xử lý COD với pH tối ưu ……… 71 Đồ thị 4.19 : Hiệu quả xử lý COD với lượng phèn tối ưu……… 72

CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT TRONG BÀI BOD: Biological Oyzen Demand: Nhu cầu Oxy sinh học

COD: Chemical Oyzen Demand: Nhu cầu Oxy hóa học SS: Suspended Solid : Chất rắn lơ lửng Ntổng: Nitơ tổng

Ptổng: Phốt pho tổng

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề

Công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy chiếm vị trí khá quan trọng nền

kinh tế nước ta, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp và dịch vụ khác thì nhu cầu về các sản phẩm giấy ngày càng tăng.Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được to lớn về kinh tế_xã hội, ngành công nghiêp này cũng phát sinh nhiều vấn đề môi trường bức xúc cần phải giải quyết, đặc biệt là nước thải với lưu lượng lớn, mùi hôi thối khó chịu, đục…do có hàm lượng chất hữu cơ cao

Ở Việt Nam, các nhà máy giấy hầu hết đều chưa có hệ thống xử lý nước thải,đặc biệt là những xưởng sản xuất nhỏ,nên lượng nước thải đổ trực tiếp ra môi trường làm ảnh hưởng đến môi trường sống của con người và các động vật thuỷ sinh khác.Do vậy việc nghiên cứu để xử lý lượng nước thải đó góp phần bảo vệ môi trường là một vấn đề cần thiết đối với ngành giấy

Được sự đồng ý của Khoa Công nghệ sinh học Đại học Mở - Bán công Thành phố Hồ Chí Minh, phòng thí nghiệm Khoa Môi trường –Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, cùng với sự giúp đỡ của Công ty giấy Tân Vĩnh

Hưng, chúng tôi đã thực hiện đề tài :” Nghiên cứu xử lý nước thải giấy của Công ty Tân Vĩnh Hưng (Công suất 50m3/ngày đêm) bằng công nghệ lọc sinh học”

Mục đích đề tài

Xác định công nghệ xử lý nước thải thích hợp cho xưởng xeo của Công ty giấy Tân Vĩnh Hưng

Đối tượng nghiên cứu

Nước thải xưởng xeo thuộc Công ty giấy Tân Vĩnh Hưng

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ

NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY VÀ

BỘT GIẤY

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Hiện nay, ở Việt Nam phổ biến hai phương pháp sản xuất giấy như sau: - Phương pháp Sulfat (hay còn gọi là phương pháp Kraft, phương pháp

xút)

- Phương pháp Sulfit

1.1.1 Phương pháp Sulfat

Người ta dùng xút (NaOH) để loại lignin hoặc dùng hỗn hợp Na2CO3 với vôi tôi để cho ra NaOH, lúc đó lignin hòa tan, còn chất xơ (sợi Cellulose) vẫn giữ nguyên Hoặc người ta còn có thể dùng muối Natri Sulfat (Na2SO4) với Ca(OH)2 cũng cho ra NaOH, nhưng dùng Na2SO4 kinh tế hơn Na2CO3, mặt khác còn thu được sản phẩm phụ NaS có thể tái thu chuyển lại cho quá trình sản xuất

Với phương pháp này bột giấy có màu hơi sẫm, nếu dùng Na2SO4 thì sinh ra metylmecatan và di metyl sulfua có mùi rất hôi thối, làm dịch đen thiolignin thải

ra gây ô nhiễm (Phạm Đình Trị, 1988)

Trong phương pháp kiềm này, người ta chia làm hai phương pháp nhỏ đó là : Phương pháp kiềm nóng và phương pháp kiềm lạnh Với phương pháp kiềm nóng người ta sử dụng xút và gia nhiệt Còn với phương pháp kiềm lạnh thì cũng dùng xút, vôi nhưng không gia nhiệt

1.1.2 Phương pháp Sunfit

Người ta dựa vào nguyên tắc là :

Acid Sulfuro + lignin → Acid lignin Sulfonic (chất này tan trong nước) Như vậy sợi Cellulose vẫn giữ nguyên Do vậy dễ dàng tách sợi ra Nhưng do SO2 dễ bị oxy hóa thành Anhydric Sulfuro với Canxibisulfat, trung hòa acid Sulfuric, lúc đó lignin được thải ra hoàn toàn

Bột giấy Sulfit tốt hơn bột giấy kiềm, nhạt màu, dễ tẩy trắng, song nó lại hạn chế về mặt nguyên liệu, không áp dụng được nguyên liệu cây gỗ lá kim và nguyên liệu giàu tanin (vì cây giàu tanin có nhiều nhựa gây cho giấy có nhiều

đốm bẩn), nồi nấu phải được tráng men (Phạm Đình Trị 1988)

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY - XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẤY

1.2.1 Ở các nước trên thế giới

Do điều kiện và hoàn cảnh của mỗi quốc gia khác nhau dẫn đến nhu cầu về giấy cũng khác nhau, cụ thể như sau:

Ở Hoa Kỳ, mỗi người dân sử dụng tối đa 310 kg giấy và bìa (cao nhất thế giới)

Canada, Thụy Điển, Thụy sĩ, Hà Lan, Đức 200 kg/người

(Nguồn : Warmen, Nov, 1994 No 43 trích trong quyển “Thông tin môi trường số 1-1996)

Hàng năm sản lượng giấy trên thế giới lên đến hàng triệu tấn, đủ các loại phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau

Năm 1995 trên thế giới có 10,234 xí nghiệp sản xuất giấy; 8.983 xí nghiệp sản xuất bột giấy

Năng lượng sản xuất 306.405.000 tấn/năm Năng lực sản xuất bội giấy 197.617.000 tấn/năm

Quy mô bình quân cho các xí nghiệp sản xuất giấy 29.900 tấn/năm

Năm 1995, toàn thế giới đạt mức 276 213.000 tấn so với năm 1991 tăng thêm 37,35 triệu tấn Tốc độ tăng trưởng nhu cầu bình quân hàng năm là 3,14%

Năm 1995, mức tiêu thụ bình quân đầu người toàn thế giới là 48,7 kg, tăng 4,2 kg so với năm 1991

Năm 1995 tăng sản lượng giấy toàn thế giới 277.791.000 tấn

(Nguồn : Hội nghị sản xuất sạch trong công nghiệp giấy)

Với nhu cầu về giấy cao như vậy ngoài nguồn nguyên liệu thiên nhiên thì việc tái sinh, tái sử dụng các sản phẩm giấy cũ để sản xuất giấy đã được thực hiện để bảm bảo cho sự phát bền vững nguồn nguyên liệu

Và bảng dưới đây chỉ rõ sử dụng sợi giấy tái sinh và thu hồi giấy ở một số quốc gia 1994 (tính theo triệu tấn)

Bảng 1.1: Sử dụng giấy tái sinh va thu hồi giấy ở một số quốc gia(1994)

Quốc gia Sản lượng giấy

Sử dụng sợi tái sinh (a)

Tiêu thụ giấy

giấy

Tỉ lê75 thu hồi có điều chỉnh (b)

Tuy Di

( Nguồn : Số liệu thu hồi giấy 1992 – 1994 của FAO, Rome 1995)

(a): Giấy tái sinh sử dụng để sản xuất giấy bìa

(b): Trong tỉ lệ thu gom có điều chỉnh lượng giấy và bìa cũng được tính vào lượng gom

Hiện nay, các nước tiến bộ trên thế giới sản xuất bột giấy theo phương pháp Sulfat, phương pháp này có nhiều lợi điểm và cho hiệu quả kinh tế cao Còn vấn đề nước thải giấy thì hầu như ở các nhà máy có công nghệ mới, tiến bộ thì nước thải ra mới được xử lý hẳn hoi và ở đó các chỉ tiêu ô nhiễm được theo dõi một cách nghiêm túc Các hệ thống luôn đi kèm với thiết bị công nghệ sản xuất nên lượng nước thải ra được khống chế đến mức thải hợp lý, trang bị những thiết bị thu hồi bột giấy, từ đó làm giảm hẳn nồng độ ô nhiễm

Việc xử lý nước thải phổ biến hiện nay trên thế giới có nhiều cách khác nhau, nhưng đều chung mục đích là : Hiệu quả xử lý cao, kinh tế, nước thải ra đạt tiêu chuẩn cho phép thải Ơû Thụy Sĩ một số nhà máy sử dụng phương pháp ổn định hay còn gọi là hệ sinh vật, một số khác sử dụng phương pháp hóa lý, phương pháp bùn hoạt tính (phương pháp sinh học)

Đặc biệt ở Hà Lan, người ta kết hợp phương pháp kị khí với phương pháp hiếu khí và đã thành công Với phương pháp sinh học mà Hà Lan đã sử dụng đã trở thành phương pháp ưa chuộng và khuyến khích trên thế giới Vì có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp khác, trong đó quan trọng là hiệu quả xử lý cao và không cho nhiều sản phẩm phụ độc hại

1.2.2 Tình hình sản xuất giấy – xử lý nước thải giấy ở Việt Nam

Mặc dù về nguyên liệu sản xuất giấy ở Việt Nam rất phong phú nhưng do máy móc, công nghệ lâu năm đã lạc hậu Chính điều đó đã gây ảnh hưởng đến ngành giấy Việt Nam như chất lượng, giá thành, đời sống công nhân viên trong ngành và những hoạt động khác có liên quan

Sau đây là những thông tin ngắn gọn về ngành Giấy Việt Nam

Sản xuất Cellulose và các giấy loại:

+ 36 Xí nghiệp quốc doanh

+ 100 Xí nghiệp Hợp tác xã quy mô công nghiệp + 46 Xí nghiệp qui mô vừa

+ 2000 Xí nghiệp tư nhân qui mô gia đình

(Nguồn : Tổng công ty Giấy Việt Nam, tháng 8/1995)

Tổng sản lượng giấy và vật liệu bao bì năm 1993 là : 128.000 tấn ( 2.200.000 công suất lắp đặt) trong đó 2 nhà máy chiếm 60% tổng sản lượng

- Hệ thống thu hồi hóa chất : Một số công nghệ hiện đại, các đơn vị nhỏ

không có - Hệ thống xử lý nước thải : Rất ít nhà máy có

- Công nghệ : Thiết bị cũ kĩ - Năng lực quản lý : Yếu

mạnh con người mà trong những năm gần đây nên công nghiệp giấy nước nhà đã có bước phát triển đi lên, cụ thể như sau :

Tổng Công ty giấy Việt Nam ước đạt 44.600 tấn (3 tháng đầu năm 2000) Về sản lượng giấy có thể so sánh 3 tháng đầu năm 2000 vớt 3 tháng đầu năm 1999 ở một số nhà máy giấy như :

Bãi Bằng : 18.000 tấn tăng 28,6% Việt Trì : 2.600 tấn tăng 42,1% Hoàng Văn Thụ : 880 tấn tăng 12,8% Tân Mai : 16.600 tấn tăng 13,1% Viễn Đông : 1.250 tấn tăng 12%

Bãi Bằng hiện là doanh nghiệp lớn nhất Việt Nam đã có quan hệ rộng rãi với ngành giấy của nhiều nước trên thế giới Sản phẩm của Công ty đã được “Giải vàng chất lượng Việt Nam” và nhiều năm liền được người tiêu dùng bình chọn là “Hàng Việt Nam chất lượng cao”

Năm 2000, cả nước có thể tiêu thụ tới 450.000 tấn giấy, nghĩa là mức tiêu thụ bình quân tính theo đầu người là 7 kg

(Nguồn : Công nghiệp giấy – số 4 (88)/2000.Thông tin kinh tế kỹ thuật công nghiệp giấy, gỗ diêm)

Ơû Việt Nam, các nhà máy giấy hiện nay sản xuất theo phương pháp Sulfat trong đó:

- Sản xuất theo phương pháp kiềm nóng : Thường là các nhà máy có công

suất lớn như : Cogido, Linh Xuân, Xí nghiệp Khoa học sản xuất giấy

- Sản xuất theo phương pháp kiềm lạnh: Đó là các nhà máy có công suất

nhỏ (như Đồng Hiệp, Vĩnh Huê, Long Bình….và Tân Mai (công suất lớn)

- Tải lượng chất bẩn (COD, BOD, SS…) của ngành công nghiệp giấy thái vào môi trường rất lớn so với ngành công nghiệp khác, PH cao, đặc biệt đối với dịch đen thải ra gây ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh của nguồn tiếp nhận

- Như đã chỉ rõ ở trên, hệ thống xử lý nước thải thì đa số là các nhà máy giấy chưa có, do đó lượng nước thải chưa xử lý vẫn đổ ra môi trường xung quanh chính là vấn đề bức xúc hiện nay Vì vậy, cần phải chọn phương pháp xử lý, thích hợp như một số quốc gia, tiên tiến đã xử lý nước thải nhà máy giấy ví dụ giấy Hà Lan, dùng phương pháp Sinh học

Qui trình sản xuất bột giấy ở Việt Nam

Một nhà máy sản xuất đầy đủ từ khâu nguyên liệu thô ban đầu đến thành phẩm giấy thì trải qua ba giai đoạn sau :

Giai đoạn tạo thành bột giấy: Nguyên liệu ban đầu là gỗ tre, nứa, rơm, rạ,

giấy phế liệu … Sản phẩm cuối cùng là bột giấy

Giai đoạn tạo thành giấy cuộn : Nguyên liệu đầu vào là bột giấy, sản phẩm

cuối cùng là giấy cuộn

Giai đoạn chế biến giấy : Nguyên liệu vào là các giấy cuộn đi vào các khâu

khác nhau, các quá trình khác nhau và được tạo thành những sản phẩm khác nhau và được tạo thành những sản phẩm khác nhau theo ý muốn : giấy báo, giấy in, giấy gói, giấy vẽ, giấy vàng mã

Bột giấy

Nghiền Nghiền Bột nhập nếu cần

Phối chế

Phẩm màu kaolin, keo, phèn

Máy xeo

Giấy cuộn

Nguyên liệu giấy cuộn từ phân xưởng xeo giấy cuộn

Thiết bị định dạng, phối chế khác

Sản phẩm từ giấy Nguyên liệu

Nguyên liệu sản xuất bột giấy từ phân

xưởng

Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy và nguồn nước thải

Nấu Nước ngưng Dịch đen

Nước ngưng Rửa

Hóa chất nấu Hơi nước

Nước rửa Cô đặc – đốt – xút hóa

Tẩy trắng Hóa chất tẩy

Nghiền bột Chất độn phụ gia

Xeo giấy Phèn

Dầu Nước Hơi nước

Nước ngưng Hơi nước Sấy

Nước thải có độ màu , BOP5, COD cao

Nước rửa có SS, BOD5 , COD, cao

Nước thải có SS, BOD5 ,COD cao

1.2.3 Đặc điểm, thành phần nước thải giấy, chất ô nhiễm chính và nguồn phát sinh nước thải

1.2.3.1 Đặc điểm của nước thải giấy

- PH : kiềm - Mùi hôi mạnh

- Đục, chỉ số cặp rắn rất cao - Chỉ số BOD, COD cao - Oxy hóa tan thấp Thể hiện qua bảng sau

Bảng 1.2: Thành phần nước thải giấy

Thông số ô nhiễm

Sản xuất giấy từ phế thải

Sản xuất bột giấy Sản xuất bông băng Phương pháp

kiềm nóng

Phương pháp kiềm lạnh PH

COD (mg/l) BOD (mg/l) SS (mg/l) Độ màu(Pt- Công ty) Lưu lượng (m3/tấn sản phẩm)

9,5 ÷ 11,5 18.000 ÷ 25.000 4.000 ÷ 5.000 280 ÷ 360 16.000 ÷ 19.000 50 ÷ 1.000

12 ÷ 13

14.000÷ 17.000 4.200 ÷ 4.800 210 ÷ 330 15.000÷ 18.000 50 ÷ 80

8,5 ÷ 10,5 13.300÷ 16.000 3.800 ÷ 43.000 190 ÷ 270 15.600÷ 17.870 50 ÷ 80

8,5 ÷ 9,5 > 4.500 1000÷2.000 300 ÷ 100 > 1.000 200 ÷ 250

(Nguồn : Thông tin môi trường – Lâm Minh Triết ĐTKI02 – 04 Công nghệ xử lý ô nhiễm một số ngành công nghiệp điển hình)

1.2.3.2 Thành phần nước thải giấy – chất gây ô nhiễm chính

Thành phần các chất thải từ giai đoạn sản xuất bột giấy

Cắt mảnh, cát, bụi, mảnh gỗ vụn

- Nấu hoặc ngâm : Dịch đen (thiolignin), sợi - Sàn rửa : Dịch đen, xút, sợi, muối

- Clo hóa : Sợi, HCl, Cl2, clo hữu cơ, chất hữu cơ hòa tan - Kiềm hóa : Sợi, clo hữu cơ, chất hữu cơ hòa tan, muối - Sàng : Sợi, các mảnh gỗ

- Tẩy Hypo : sợi, clo hữu cơ, hypo dư

- Tẩy H2O2 : Sợi, chất hữu cơ hòa tan, H2O2 dư, xút dư

Thành phần các chất thải từ giai đoạn sản xuất giấy

Nếu nguyên liệu đầu vào là giấy cũ tái sẽ có cỏ rác, , tạp chất, giấy củ , các chất bẩn hoà tan hoá chất , phẩm màu …, trong đó đặc biệt là AOX ( Odordable ogaric halogen) Chúng có độ bền rất cao trong môi trường tự nhiên, có thể tích luỹ được trong cơ thể sinh vật và có độc tính cao đối với người và động vật

+ Lignin: là chất có nguồn gốc từ thực vật, có nhiều trong nước thải nhà máy tạo nên màu đen của nước thải, Lignin có chứa nhóm OH gắn với vòng thơm nên nó có thể phản ứng với Axid phosphoric, molipdophosphoric tạo thành màu xanh, dựa vào đặc tính này mà người ta có thể xác định được lượng Lignin có trong nước thải bằng phương pháp trắc quan Song lignin lại có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và cuộc sống: đó là các dẫn xuất của nó(như Lignin, Sunphophat) làm phụ gia cho xi măng), tăng tốc độ bền cho bê tông , sản xuất keo dán gỗ, đặc biệt là chế biến Valinin ( một hương liệu quý và đắt tiền) lọc siro, bia và thức uống

+ Clo: là chất gây mùi nồng rất mạnh ở nồng độ cao Trong thành phần nước thải giấy, thì lượng Clo rất lớn cùng với mùi của Metyl – Mecaptan và Dimetyl – Sunfua (trong phương pháp Sunfat) tạo nên mội mùi hôi mạnh

(Viện sinh học nhiệt đới, 1992)

Như vậy : Các chất gây ô nhiễm chính là : Cặn rắn, AOX, lignin…

1.2.3.3 Các nguồn phát sinh nước thải và đặc tính của nó

Lượng nước cần thiết để sản xuất, một tấn giấy dao động từ 200 – 500 m3 Nước được dùng cho các công đoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước Trong các nhà máy giấy, hầu như tất cả lượng nước đưa vào sử dụng sẽ là lượng nước thải và mang theo tạp chất, hóa chất, bột giấy, các hcất ô nhiễm dạng hữu cơ và vô cơ nếu như không có hệ thống xử lý tuần hoàn lại nước và hóa chất

Các dòng thải chính của nhà máy sản xuất bột giấy và giấy bao gồm:

+ Dòng thải rửa nguyên liệu có : chất hữu cơ hóa tan, đất đá, vỏ cây…

+ Dòng thải của quá trình nấu và rửa sau nấu : Chứa phần lớn chất hữu cơ hòa tan, các hóa chất nấu và một phần xơ, sợi Dòng thải có màu tối nên được gọi là dịch đen Dịch đen có nồng độ chất khô 25 – 35 % tỉ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ là: 70:30 Thành phần hữu cơ chủ yếu là trong dịch đen trong lignin hòa tan dịch kiềm (30 – 35% khối lượng khô), ngoài ra là những sản phẩm phân hũy hydrat Cacbon, acid hữu cơ Thành phần vô cơ bao gồm những hóa chất nấu, một phần nhỏ là : NaOH, Na2S tự do, Na2SO4 còn phần nhiều là Natri Sulfat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm Dòng thải này có mùi hôi và tác động xấu đến môi trường, nên thải trực tiếp đến nguồn tiếp nhận không qua xử lý

+ Dòng thải từ công đoạn tẩy: chứa các tạp chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thành của những chất đó Với chất lấy ở dạng độc hại, có khả năng

tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các tạp chất cho hữu cơ, làm tang AOX trong nước thải Dòng thải này có độ màu, giá trị ….và COD cao

+ Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy: chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu cao lanh

+ Dòng thải từ các khâu rửa thiết bị, sàn rửa, dòng chày tràn: Có hàm lượng chất lơ lửng vì các hóa chất rơi văn Dòng thải này không liên tục

+ Dòng nước ngưng (của quá trình cô đặc, trong hệ thống xử lý dịch đen), mức độ ô nhiễm của nước ngưng tụ phụ thuộc vào loại gỗ, công nghệ sản xuất

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống tuần hoàn nước trong quá trình xeo giấy Các biện pháp giảm thiểu nước thải trong công nghiệp giấy

Để làm giảm lượng nước thải, thì phải thực hiện các biện pháp sau đây:

Chuẩn bị nguyên liệu vào máy sấy

Xeo giấy

Tạo

Hình Khử nước Ép Sấy

Lắng thu hồi bột, sợi Bột giấy

Chất độn

giấy

Nước ngưng

Nước thải Nước cấp

- Bảo quản và làm sạch nguyên liệu đầu vào bằng phương pháp khô, sẽ làm giảm được lượng nước rửa

- Dùng súng phun tia để rửa máy móc, thiết bị, sàn….sẽ giảm đước lượng nước đáng kể so với rửa bằng vòi

- Thay đổi công nghệ tách dịch đen ra khỏi thiết bị ….thông thường bằng ép vít tải để giảm thể tích dòng thải

- Bảo toàn hơi và nước, tránh thất thoát hơi, chảy tràn nước

- Phân luồng các dòng thải để hoàn toàn sử dụng lại các nguồn nước ô nhiễm

- Giảm tải lượng các chất ô nhiễm trong nước có thể thực hiện bằng biện pháp

- Có giải pháp xử lý dịch đen để giảm được ô nhiễm của các chất hữu cơ khó phân huỷ sinh học như lignin, giảm được độ màu của nước thải, giảm được hóa chất do công đoạn nấu và giảm ô nhiễm các chất hữu cơ, vô cơ trong dòng thải, các phương án xử lý dịch đen bao gồm

a Tách dịch đen đậm đặc ban đầu từ lưới gạn bột giấy và tuần hoàn chúng lại nồi nấu đến khả năng có thể giảm tải lượng kiềm trong nước thải b Thu hồi hóa chất từ dịch đen bằng công nghệ cô đặc – đốt – xút sẽ giảm

tải lượng ô nhiễm COD tới 85 %

c Xử lý dịch đen bằng phương pháp yếm khí sẽ làm giảm tải lượng ô nhiễm hữu cơ từ 30 – 40 %

- Thay thế hóa chất tẩy thông thường là Clo hay hợp chất hữu cơ của Clo bằng H2O2 hay O3 để hạn chế Clo tự do không tạo ra AOX trong dòng tải

- Thu hồi bột giấy và xơ tới các dòng thải để sử dụng lại như nguồn nguyên liệu ban đầu, đặc biệt đối với dòng thải từ công đoạn nghiên và xeo giấy, các phương án có thể có là: lắng, lọc, tuyển nổi Bện pháp này có các lợi ích là tiết kiệm được nguyên liệu đầy, mặt khác giảm được tải lượng chất rắn tổng hợp và chất rắn lơ lửng trong nước thải

- Tránh rơi vãi, tổn thất hóa chất trong khi pha trộn và sử dụng

CHƯƠNG 2:

CÁC PHƯƠNG PHÁP

XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẤY

Nước thải ngành giấy chứa một lượng lớn các chất rắn lơ lửng và xơ sợi, các chất hữu cơ hòa tan ở dạng rắn và dễ phân huỷ sinh học, các chất tẩy và hợp chất hữu cơ của chúng Các phương pháp xử lý loại bỏ các chất ô nhiễm nước thải ngành giấy bao gồm: lắng, tuyển nổi, đông – keo tụ hóa học và phương pháp sinh học

Song, để đạt mục đích và hiệu quả xử lý thì chúng ta cần phải lưu ý đến đặc điểm của từng dòng thải để mà chủ động bố trí cách xử lý và thiết bị thích hợp Ơû đây chúng ta không đề cập về phương pháp cơ học Vì nó đã là phương pháp phổ biến trong hệ thống xử lý nước thải Lúc nào cũng có như: song chắn rác, lưới chắn rác

2.1 PHƯƠNG PHÁP LÍ HOÁ 2.1.1 Lắng – Tuyển nổi:

Với phường pháp này dùng để tách các chất rắn dạng bột trong sơ sợi trước hết đối với dòng thải ở công đoạn nghiền và xeo giấy Để thu lại xơ, sợi bột giấy thì người ta thường dùng thiết bị tuyển nổi dạng hình phễu Trong quá trình tính toán cần tính thời gian lưu thích hợp vì với thời gian lưu nước dài dễ có hiện tượng phân hủy yếm khí, khi bùn lắng không được lấy ra thường xuyên Muốn cho các chất rắn lơ lửng, xơ sợi nổi lên mặt nước được tốt thì ta cần bổ sung chất keo tụ Polymer Sự có mặt của Polymen tạo điều kiện cho các mạch liên kết móc nối với nhau nổi lên mặt nước do quá trình tuyển nổi, tại đó có trang thiết bị một hệ thống như vậy các hạt tích tụ chính là bột giấy là chủ yếu được thu gom làm nguyên vật liệu tuần hoàn trở lại cho quá trình sản xuất giấy Để giảm thời gian lưu và nâng cao hiệu suất của thiết bị tuyển nổi thì ta có thể thổi khí nén (áp suất 4 đến 6 bar) vào bể Sự chênh lệch áp suất giữa nước thải với nước điều áp và giảm áp tạo lên các bọt khí nhỏ nổi lên càng nhiều kéo theo sự lôi

cuốn các tạp chất lơ lửng (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng, các chất hòa tan) mà chúng khó lắng, lắng chậm sẽ được tác ra khỏi pha lỏng trong một thời gian ngắn

Đối với dòng thải ngâm tre nứa thì chúng chứa nhiều lignin hòa tan trong xút (NaOH) mà pH của nước thải giấy rất kiềm Do vậy cần điều chỉnh để hạ pH xuống mức thấp ở pH < = 3 lúc đó lượng lignin sẽ kết tủa và dễ dàng tách ra ở phần đáy của thiết lắng Chúng ta cần phải loại lignin ra khỏi nguồn thải chẩn bị Cho xử lý sinh học (vì như đã rằng : lignin là một hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học nên loại nó ra càng nhiều càng tốt)

Tóm lại : Ta chia nước thải ra hai loại riêng biệt đó là loại nước thải chứa nhiều bột giấy (như công đoạn nghiền và xeo giấy) và loại nước thải chứa nhiều lignin (như nước ngâm hoặc nấu nguyên liệu tre, nứa)

Đối với loại nước thải chứa nhiều bột giấy thì có lưu lượng dòng thải lớn, chỉ cần bổ sung chất keo từ polymer với thiết bị xử lý là bể tuyển nổi Còn đối với loại nước thải có lignin có lưu lượng nhỏ thì dùng acid Sunfuric đậm đặc (H2SO4) để chỉnh pH về 2 nhằm tách lignin dưới dạng kết tủa qua đáy thiết bị lằng hình phễu

Như vậy, dòng thải sau khi xử lý lắng – tuyển nổi thì sẽ giảm đi cặn lắng lơ lửng, thu hồi được bột giấy, tách được lignin mà sự có mặt của lignin và cặn rắn lơ lửng đã góp phần hình thàn lên độ màu của nước thải giấy Thành thử các chỉ tiêu sau đều giảm : SS, lignin, độ màu, COD, BOD5, trong đó hàm lượg SS giảm đáng kể

Bảng 2.1: Hóa chất thường dùng để điều chỉnh pH

Tên hóa chất Công thức hóa học Lượng chất cần thiết tính bằng mg/l để khử 1mg/l acid hoặc 1mg/l bazơ tính theo lượng kiềm và acid CaCO3

Cabonat Canxi Oxyt Canxi Hydroxyt Canxi Oxyt Manhe Hydroxyt Manhe Vôi tôi Dolomit Vôi sống Dolomit Hydroxyt Natri Soda

Acid Sulfuric Acid clohydric Acid Nitric

CaO Ca(OH)2

MgO Mg(OH)2

{(Ca(OH)2)0,6(Mg(OH)2)0,4} {CaO0,6Mg0,4}

NaOH Na2CO3

HCl HNO3

1 0,56 0,74 0,403 0,583 0,677 0,497 0,799 1,059 0,98 0,72 0,63

(Nguồn : Trịnh Sơn Lai – Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Nhà xuất bản Hà Nội năm 2000)

2.1.2 Phương pháp đông - keo tụ hóa học

Với phương pháp này dùng để xử lý các hạt rắn ở dạng lơ lửng, một phần cơ chất hòa tan, hợp chất phốtpho, một số chất độc và khử màu

Phương pháp đông - keo tụ hóa học có thể xử lý trước hoặc sau phương pháp xử lý sinh học Các chất keo tụ thông thường là phèn sắt, phèn nhôm, vôi Các chất polymer dùng để trợ keo và tăng tốc độ quá trình lắng đối với mỗi loại phèn cần điều chỉnh pH của nước thải ở giá trị thích hợp, chẳng hạn như phèn nhôm pH từ 5 → 7, phèn sắt pH từ 5 →11, vôi pH > 11 Đặc biệt khi dùng polymer pH không thay đổi nên không tốn hóa chất để chỉnh pH

Như vậy, nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp đông keo tụ hóa học thì làm giảm độ màu, làm trong nước, tách phần cặn lơ lửng còn sót lại làm giảm chất độc hại

2.2 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Phương pháp sinh học là dựa vào hoạt động sống của các vi sinh vật có khả năng phân hủy, chất bẩn hữu cơ hoặc vô cơ để làm nguồn năng lượng và nguồn Cacbon để mà thực hiện quá trình sinh tổng hợp và phát triển sinh khối Vì vi sinh vật rất đa dạng như nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn… Tuy nhiên, ta có thể chia các vi sinh vật đó ra làm hai nhóm đó là vi sinh vật tự dưỡng và vi sinh vật dị dưỡng.Đối với nhóm vi sinh vật dị dưỡng lại được phân ra thành 3 nhóm đó là:

_ Vi sinh vật hiếu khí _ Vi sinh vật yếm khí _ Vi sinh vật tùy nghi

Các vi sinh vật hiếu khí cần oxy hòa tan để phân hủy chất hữu cơ Các vi sinh vật yếm khí có khả năng oxy hóa hữu cơ trong điều kiện không có oxy tự do mà thay vào đó chúng sử dụng oxy trong các hợp chất như Nitrat, Sulfat Còn

nhóm vi sinh tùy nghi thì có thể phát triển theo điều kiện có hoặc không có oxy hòa tan qua

2.2.1 Quá trình sinh học xảy ra trong xử lý kị khí

Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học kị khí xảy ra theo 2 giai đoạn

Giai đoạn đầu tiên của quá trình là sự biến đổi emzyme chuyển thông tin trung gian( sự thủy phân) các phúc chất có phân tử khối cao thành những hợp chất thích hợp để sử dụng làm nguồn năng lượng và Cacbon cho tế bào, sự acid hóa bao gồm sự biến đổi sinh học các hợp chất tạo ra từ quá trình thủy phân thành những chất trung gian có phân tử khối thấp hơn

Giai đoạn 2( methane hóa ) là sự biến đổi chất trung gian thành sản phẩm cuối cùng đơn giản hơn mà chủ yếu là CH4và CO2

Có nhiều vi sinh vật tham gia vào quá trình phân hủy kị khí với phản ứng chung

của quá trình như sau(polprasert,1989)

Chất hữu cơ -> CH4+ CO2+ H2+ NH3+ H2S

Có 4 loại vi sinh vật khác nhau tham gia vào quá trinh chuyển hóa hỗn hợp chất hữu cơ phức tạp thành CH4và CO2

Nhóm 1: Vi khuẩn thuỷ phân: (hydrolytic bacteria)

Nhóm này phân huỷ các phân tử hữu cơ phức tạp ( protein, cellulose, lignin, lipids) thành những đơn phân tử hoà tan như acid amin, glucose, acid béo, và glycerol Những đơn phân tử này sẽ được nhóm vi khuẩn thứ 2 trực tiếp sử dụng ngay Quá trình thuỷ phân được xúc tác bời enzim ngoại bào như cellulase, protease, và lipase Tuy nhiên quá trình thuỷ phân xảy ra tương đối chậm và có thể giới hạn khả năng phân hủy kỵ khí của một số chất thải nguồn gốc cellulose,

có chứa lignin (Polprasert, 1989; Speece, 1983)

Nhóm 2: Vi khuẩn lên men acid: (fermentative acidogenic bacterria)

Nhóm này sẽ chuyển hoá đường, acid amin, acid béo để tạo thành acid hữu cơ như acetic, propionic, formic, lactic,butyric, succinic; các alcol và ketons như ethanol, methanol, glycerol, acetol; acetat, CO2 và H2 Acetat là sản phẩm chính của quá trình lên men carbonhydrat Các sản phẩm tạo thành rất khác nhau tuỳ theo loại vi khuẩn và các điều kiện nuôi cấy ( nhiệt độ, pH, thế oxy hoá khử)

Nhóm 3: Vi khuẩn acetic: ( Acetogenic bacteria)

Nhóm này gồm các vi khuẩn như Syntrobacter wolinii và Syntrophomonas wolfei (Malnernay et al 1981) chuyển hoá các acid béo và alcol thành acetat,

hydrogen, và CO2 , mà chúng sẽ được vi khuẩn metan sử dung tiếp theo Nhóm này đòi hỏi thế hydro thấp để chuyển hoá các acid béo, do đó cần giám xạ nồng độ hydro Dưới áp suất riêng phần của hydro khá cao, sự tại thành acetat sẽ bị giảm và cơ chất sẽ chuyển hoá thành acid propionic, butyric, và ethanol hơn là metan Do vậy có một mối quan hệ cộng sinh giữa vi khuẩn acetogenic và vi khuẩn metan Vi khuẩn metan sẽ giúp được thế hydro thấp mà vi khuẩn acetogenic cần

Ehtanol, acid propionic và butyric được chuyển hoá thành acid acetic bởi nhóm vi khuẩn acetogenic theo phương trình sau:

CH3CH2OH (ethanol) + CO2 -> CH3COOH (acid acetic) + 2H2

CH3CH2COOH(acid propionic) + 2H2O -> CH3COOH(acid acetic) + CO2+ 2H2

CH3CH2CH2COOH(acid putyric) + 2H2O -> 2CH3COOH (acid acetic) + H2

Vi khuẩn acetogenic tăng trưởng nhanh hơn nhiều so với vi khuẩn metan với

µ lần lượt là 1 hr-1 và 0,04 hr-1 (Hammer, 1986)

Nhóm 4: Vi khuẩn metan: (methanogens)

Nhóm vi khuẩn metan bao gồm cả gram âm gram dương với các hình dạng rất khác nhau Vi khuẩn metan tăng trưởng chậm trong nước thải và thời gian thế hệ của chúng thay đổi từ 3 ngày ở 350c và lên đến 50 ngày ở 100c

Vi khuẩn metan được chia thành 2 nhóm phụ:

Nhóm vi khuẩn metan hydrogenotrophic nghĩa là sử dụng hydrogen hoá tự dưỡng: chuyển hoá hydro và CO2 thành metan:

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

Nhóm này giúp duy trì áp suất riêng phần thấp cần thiết để chuyển hoá acid

bay hơi và alcol thành acetat (Speece, 1983)

Nhóm vi khuẩn metan acetotrophic, còn gọi là vi khuẩn phân giải acetat, chúng chuyển acetat thành metan và CO2 [194]

CH3COOH CH4 + CO2

Các yếu tố kiểm soát quá trình kỵ khí

Nhiệt độ

Nhiệt độ tối ưu là 30 – 350c cho vi khuẩn mesophilic [195]

Thời gian lưu

Thời gian lưu (HRT) tuỳ theo loại nước thải và điều kiện môi trường, phải đủ lâu để cho phép các hoạt động trao đổi chất kỵ khí xảy ra Bể phân hủy kỵ khí tăng trưởng dính bám (attached growth) có HTR 1 – 10 ngày trong khi bể kỵ khí

tăng trưởng lơ lững đòi hỏi 10 – 60 ngày (Polprasert, 1989).[195]

PH

Vi khuẩn metan hoạt động ở pH 6,7 – 7,4, tối ưu 7,0 – 7,2; quá trình có thể

thất bại nếu pH gần đến 6 Vi khuẩn acidogenic tạo ra các acid làm cho bể phản

ứng có khuynh hướng dẫn đến pH thấp Trong điều kiện bình thường sẽ có tác

dụng đệm của bicarbonate do vi khuẩn metan tạo ra, trong điều kiện xấu, tác dụng đệm bị mất và làm ngừng quá trình sinh metan Độ acid sẽ ức chế vi khuẩn metan nhiều hơn vi khuẩn acidogenic Như vậy sự tạo thành VFA trong chừng mực nào đó sẽ là chỉ thị cho hệ thống Tỷ số giữa VFA và độ kiềm được đề nghị duy trì thấp hơn 0,1 (Sahm, 1984) để bảo đảm hệ thống vận hành bình thường Ngoài ra, có thể bổ sung CaCO3, NaOH, hoặc NaHCO3.[195]

Cạnh tranh giữa vi khuẩn metan và vi khuẩn sulfate

Vi khuẩn metan và vi khuẩn sulfate rất cạnh tranh ở tỷ số COD/SO4 1,7 – 2,7

Tăng tỷ số này lên thì có lợi cho vi khuẩn metan (Choi và Rim, 1991).[195]

Các chất độc

Oxy Ammonia

Hydrocarbon có chlor Hợp chất vòng Benzen Formadehyd

Acid béo mạch dài Kim loại nặng Cyanide Sulfide Tannin Độ mặn

2.2.2 Quá trình sinh học xảy ra trong xử lý hiếu khí

Quá trình oxy hoá sinh học học hiếu khí là quá trình sử ký sinh học được thực hiện bởi các vi sinh vật trong điều kiện cung cấp đủ oxy Nói đến hiếu khí là phải có mặt của oxy, cho nên cần phải cung cấp đủ oxy vào nước thải, sao cho lượng oxy hòa tan vào khoảng 0,5 – 1 mg/l nước thải thì mới đảm bảo quá trình sống của vi sinh vật Như ta đã biết trong nước thải thường chứa các chất bẩn hữu cơ ở dạng hòa tan và không hòa tan Dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật và xảy ra một số phản ứng chính sau:

y H2O + NH3 + △H (1) CxHyOzN + NH3 + O2(men) C5H7NO2 + H2O + CO2 + △H (2) Trong đó : △H : là năng lượng

CxHyOzN : đặc trưng cho chất bẩn hữu cơ

C5H7NO2 : Công thức hóa học của tế bào vi sinh (tế bào mới)

Phản ứng (1) và (2) tượng trưng cho quá trình xử lý sinh học loại khỏi nước thải những chất ô nhiễm ban đầu : CxHyOzN

Phản ứng (1) là phản ứng oxy hóa trên nhu cầu năng lượng của tế bào, phản ứng (2) là phản ứng oxy hóa trên sự hóa hợp khối vi sinh C5H7NO2.

Chi phí oxy cho cả hai phương trình (1) và (2) thì tương đương với BOD của nước thải

Nếu quá trình oxy hóa diễn ra đủ lâu, thì sau khi sử dụng hết những chất hữu cơ sẵn có, thì bắt đầu quá trình oxy hóa chất tế bào vi sinh theo phản ứng

C5H7NO2 + 5O2(men) 5CO2 + NH3 + 2H2O + △H

Các phản ứng (1) và (2) là do các vi khuẩn Ghetrotrop thực hiện Khi nước thải đã được xử lý thì nguồn ngoại sinh của carbon hữu cơ không còn, và bắt đầu điệu kiện thuận lợi cho vi khuẩn avtrotrop phát triển Những vi sinh vật này tiến hành oxy hóa nitơ muối amôn, ban đầu hình thành nitrit nitơ rồi sau là nitrát nitơ theo phản ứng sau:

NH3 + O2 (men) HNO2 HNO2 + O2 (men) HNO3

Điều kiện cần thiết để quá trình xử lý hiếu khí xảy ra là : pH : 5,5 ÷ 9 DO (oxy hòa tan) : >= 0,5 mg/l

to : 5 - 400C và tùy theo tính chất nước thải mà ta phải bổ sung hay không bổ sung hàm lượng N, P Nói về nước thải giấy (bột, giấy) thì hàm lượng N, P rất thấp do đó ta cần bổ sung N, P

Như vậy với phương pháp xử lý hiếu khí thì làm cho hàm lượng chất bẩn (hữu cơ) trong nước thải sẽ bị phân hủy làm giảm đáng kể, mà chất bẩn hữu cơ trong nước thải giảm cũng chính là làm BOD của nước thải giảm thấp xuống

2.2.3 Phương pháp lọc sinh học

Phương pháp lọc nước nói chung loài người đã biết từ lâu, song đưa nó thành một biện pháp công nghệ xử lý nước nói chung và nước thải nói riêng mãi đến thế kỷ XIX mới được xác lập Lọc sinh học lần đầu tiên được áp dụng ở Mỹ năm 1891 và ở Anh năm 1893 Khái niệm về lọc sinh học nhỏ giọt được phát

triển từ khi dùng các bể lọc tiếp xúc được chứa đầy các đá hòn bị đập vỡ và cho

nước đi qua Nước chảy qua lọc, tiếp xúc với mọi vật liệu trong khoảng thời gian ngắn

Về nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hoá các chất bẩn hữu cơ có trong nước Các

màng sinh học, là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kỵ khí và kỵ khí tuỳ tiện Các vi khuẩn yếu khí được tập trung ở phần lớp ngoài của màng sinh học Ơû đây chúng phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc

(được gọi là sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng dính bám)

Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau đó nước thải đã được làm sạch được thu gom xả vào lắng 2 Nước vào lắng 2 có thể kéo theo những mảnh vỡ của màng sinh học bị tróc ra khi lọc làm việc Trong thực tế, một phần nước đã qua lắng 2 được quay trở lại làm nước pha loãng cho các loại nước thải đậm đặc trước khi vào bể lọc và giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc

Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxy hoá bởi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học Màng này thường dày khoảng từ 0,1 – 0,4 mm Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí Sau khi thấm sâu vào màng, nước

hết oxi hoà tan và sẽ chuyển sang phân hủy bởi vi sinh vật kỵ khí Khi các chất hữu cơ có trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang

hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc Hiện tượng này gọi là “Tróc màng” Sau đó lớp màng mới lại xuất hiện Lọc sinh học đang được dùng hiện nay gồm hai loại:

+ lọc sinh học với lớp vật liệu xúc không ngập trong nước

+ Lọc sinh học có lớp vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước [178]

2.2.3.1 Lọc sinh học với lớp vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước Lọc phum hay lọc nhỏ giọt (trickling filter)

Lọc nhỏ giọt là loại bể sinh học với vật liệu xúc không ngập trong nước Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong điều kiện có thể Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành các dòng hoặc

hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, động thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng

bị phân huỷ hiếu khí và kỵ khí các chất hữu cơ có trong nước Các chất hữu cơ

phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân hủy kỵ khí sinh ra CH4 và CO2 làm

tróc màng ra khỏi vật liệu mang, bị nước cuốn theo Trên mặt giá mang là vật

liệu lọc lại hình thành lớp màng mới Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân huỷ kỵ khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm sạch

Nước thải trước khi đưa vào xử lý ở lọc phun (nhỏ giọt) cần phải qua xử lý sơ bộ để tránh tắt nghẽn các khe trong vật liệu Nước sau khi xử lý ở lọc sinh học thường nhiều chất lơ lửng do các mảnh vỡ của màng sinh học cuốn theo, vì vậy cần phải đưa vào lắng 2 và lưu ở đây thời gian thích hợp để lắng cặn Trong trường hợp này, khác với nước ra ở bể aeroten: nồng độ bùn cặn ở đây thường nhỏ hơn 500 mg/l, không xảy ra hiện tượng lắng hạn chế Tải trọng bề mặt của lắng 2 sau lọc phun vào khoảng 16 – 25 m3/m2 ngày

Lọc sinh học trong hệ thống xử lý nước:

Nước sau khi qua lọc phun hoặc nhỏ giọt, nhất là đối với lọc cao tải, thể chưa đạt yêu cầu, có thể cho nước tuần hoàn trở lại với mục đích tăng thời gian tiếp

xúc giữa nước thải với màng sinh học để tăng hiệu quả xử lý Khi tuần Hoàn nước trở lại cũng là tăng tải trọng thuỷ lực làm cho màng dễ bị vỡ và tróc khỏi vật liệu, đẩy mạnh quá trình tạo màng mới, giảm hiện tượng tắc nghẽn trong phin lọc…[179]