Đồ án tổng quan xử lý chất thải ngành giấy

MỤC LỤC A MỞ ĐẦU B NỘI DUNG Chương Tổng quan chất thải 1.1 Nguồn phát sinh thành phần chất thải 1.2 Tác động tới sinh vật môi trường Chương Công nghệ xử lý 2.1 Nước thải 2.2 Khí thải 2.3 Chất thải rắn Chương Chế biến chất thải thành sản phẩm hữu ích A MỞ ĐẦU Công nghiệp sản xuất giấy chiếm vị trí quan trọng kinh tế nước ta quy mô nhỏ bé so với khu vực giới Theo thống kê năm 1995 sản xuất công nghiệp giấy Việt Nam đạt giá trị 572 tỷ VNĐ, chiếm 2,34% tổng giá trị công nghiệp nước đứng hàng thứ 10 ngành công nghiệp Cùng với phát triển nghành công nghiệp, dịch vụ khác, nhu cầu sản phẩm giấy ngày tăng Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích to lớn kinh tế – xã hội, ngành công nghiệp phát sinh nhiều vấn đề môi trường xúc cần phải giải Công nghiệp giấy thực chất ngành sản xuất đa ngành tổng hợp, sử dụng khối lượng lớn nguyên liệu đầu vào (nguyên liệu từ rừng, hóa chất bản, nhiên liệu, lượng, nước v.v ) so với khối lượng sản phẩm tạo (tỷ lệ bình quân vào khoảng 10/1) Quá trình sản xuất bột giấy sinh lượng lớn chất thải dạng rắn, lỏng (nước thải) khí Tùy thuộc công nghệ mà lượng nước tiêu hao trình sản xuất giấy vào khoảng l00 - 500 m3/tấn sản phẩm Ảnh hưởng sản xuất bột giấy đến môi trường chủ yếu hai công đoạn: nấu bột giấy tẩy trắng bột giấy Quá trình nấu bột giấy (bằng phương pháp sunfit hay sunfat) thải hợp chất (ở dạng lỏng) chứa lưu huỳnh, đồng thời thải khí SO 2, H2S, mercaptan, sunfua Quá trình tẩy trắng bột giấy gây ô nhiềm môi trường nhiều có sử dụng tới clo hợp chất hypoclorit, clo đioxit Để tẩy trắng bột giấy cần tới 100kg clo hợp chất (trong khoáng 50% clo phân tử) Nói chung, quy mô sản xuất nhỏ, sản xuất phân tán nên công nghiệp giấy Việt Nam chưa gây vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng diện rộng Tuy nhiên hầu hết sở không đầu tư cho xử lý chất thải (mà trước hết nước thải) nên vấn đề ô nhiễm cục địa phương lại hay xảy ra, gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người sinh vật khác Nhận thấy trạng phổ biến cấp thiết, với nguồn kiến thức có, em chọn đề tài: “Tổng quan xử lý chất thải ngành giấy” Đồ án tập tài liệu tham khảo chất thải, nguồn phát thải công nghiệp sản xuất giấy, bột giấy, cách xử lý đổi công nghệ theo hướng thân thiện với môi trường B NỘI DUNG Chương Tổng quan chất thải Nhà máy giấy bột giấy sinh dạng chất thải nước thải, khí thải chất thải rắn Trong đó, loại phát thải bật nước thải, tiếp khí thải chất thải rắn 1.1 Nguồn phát sinh thành phần chất thải Các nhà máy giấy sinh lượng lớn nước thải không xử lý ảnh hưởng xấu tới chất lượng nguồn tiếp nhận Các nguồn nước thải từ phận thiết bị khác trình sản xuất giấy bột giấy: Bảng 1.1 Các nguồn nước thải từ phận thiết bị khác Bộ phận Các nguồn điển hình Sản xuất bột giấy Hơi ngưng phóng bột Dịch đen bị rò rỉ bị tràn Nước làm mát thiết bị nghiền đĩa Rửa bột giấy chưa tẩy trắng Phần tách loại có chứa nhiều xơ, sạn cát Phần lọc làm đặc bột giấy Nước rửa sau tẩy trắng có chứa chlorolignin Nước thải có chứa hypochlorite Chuẩn bị phối liệu bột Rò rỉ tràn hóa chất, phụ gia Rửa sàn Xeo giấy Phần tách loại từ máy làm ly tâm có chứa xơ, sạn cát Chất thải từ hố lưới có chứa xơ Dòng tràn từ hố bơm quạt Phần nước lọc từ thiết bị tách nước có chứa xơ, bột đá chất hồ Khu vực phụ trợ Nước xả đáy Nước ngưng tụ chưa thu hồi Nước thải hoàn nguyên từ tháp làm mềm Nước làm mát máy nén khí Thu hồi hóa chất Nước ngưng tụ từ máy hóa Dịch loãng từ thiết bị rửa cặn Dịch loãng từ thiết bị rửa bùn Nước bẩn ngưng đọng Nước ngưng tụ từ thiết bị làm mát từ nước Phần lớn nước thải phát sinh nước dùng quy trình tiếp xúc với nguyên liệu thô, với sản phẩm phụ chất dư thừa Bảng 1.2 Thành phần nước thải số nhà máy sản xuất giấy bột giấy Chỉ tiêu Đơn vị Nguyên liệu Nguyên liệu giấy thải từ gỗm mềm Sản phẩm giấy carton pH - 6.9 Màu Pt-Co Sản phẩm Sản phẩm giấy vệ sinh giấy bao bì 1.500 Nhiệt độ - SS mg/L 4.244 COD mgO2/L 4.000 BOD mgO2/L 1.800 Ntổng mg/L 43.4 0.0- Ptổng mg/L 2.0 - SO42- mg/L 116 - 1.1.1 Nước thải sản xuất bột giấy: Nước thải sinh từ trình sản xuất bột giấy loại nước thải khó xử lý (về công nghệ tốn chi phí) Nước thải loại chứa hàm lượng COD tương đối cao, từ 22.00046.500 mg/l chiếm khoảng 40-60% lượng BOD Trong dịch đen phần nước thải ô nhiễm với thành phần COD, BOD, Lignin cao Vì cần phải có hệ thống xử lý nước thải đại Các nguồn phát thải trình sản xuất bột giấy gồm: - Dòng thải rửa nguyên liệu bao gồm chất hữu hòa tan, đất đá, thuốc bảo vệ thực vật, vỏ cây… - Dòng thải trình nấu bột rửa sau nấu: Nấu bột trình tách hợp chất lignin, chất trích li, hemixenluloza khỏi gỗ để thu bột chất lượng tốt tác nhân hóa học dung dịch NaOH, NaOH + Na 2S, H2SO4 + NaHSO3 Dịch nấu tác dụng nhiệt độ áp suất thẩm thấu vào tế bào gỗ phản ứng với thành phần gỗ, cắt đứt liên kết chúng với tách phần lại khỏi bột, khuếch tán chúng môi trường hòa tan chúng môi trường phản ứng Sản phẩm thu sau nấu bao gồm hai phần: + Phần lỏng dịch đen: Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 2535%, tỷ lệ chất hữu vô 70:30 Thành phần hữu chủ yếu dịch đen lignin hòa tan dịch kiềm (30-35% khối lượng chất khô), sản phẩm phân hủy hydratcacbon, axit hữu Thành phần vô bao gồm hóa chất nấu, phần nhỏ NaOH, Na2S, Na2SO4, Na2CO3 Ở nhà máy lớn, dòng thải xử lý thu hồi tái sinh sử dụng lại kiềm phương pháp cô đặc-đốt cháy chất hữu cơ-xút hóa Đối với nhà máy nhỏ thường hệ thống thu hồi dịch đen, dòng thải thải dòng thải khác nhà máy, gây tác động xấu tới môi trường + Phần rắn bột xenluloza có màu đen lignin sót lại bột chưa bị hòa tan hết Bột thu sau nấu cần rửa làm để tách phần dịch đen loại hết mấu mắt, bột sống… Vì vậy, nước thải giai đoạn rửa sau nấu có:  Chứa nhiều xơ sợi xenluloza, mấu mắt, bột sống tạp chất lơ lửng tạo thành lượng huyền phù lớn nước thải  pH cao trình nấu có sử dụng tác nhân kiềm, dịch đen sau nấu lượng kiềm chưa phản ửng hết, theo dịch đen theo nước thải sông  Trong trình nấu tác nhân nấu công vào thành phần gỗ cắt đứt liên kết chúng khuếch tán hợp chất có hại với bột môi trường Các chất là: hợp chất vòng thơm lignin, chất trích ly, phần hemixenluloza… Do nước thải giai đoạn có hàm lượng chất hữu cao, mà chủ yếu hợp chất hữu vòng thơm cao phân tử khó bị phân hủy Vì nước thải phần độc hại cho môi trường - Dòng thải từ công đoạn tẩy trắng nhà máy sản xuất bột giấy phương pháp hóa học bán hóa: chứa hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan hợp chất tạo thành hợp chất với chất tẩy dạng độc hại, có khả tích tụ sinh học thể sống hợp chất clo hữu cơ, làm tăng AOX nước thải Dòng thải có độ màu, giá trị BOD COD cao Đặc trưng dòng nước thải từ công đoạn tẩy hợp chất chứa clo bảng sau: Bảng 1.3 Tải lượng ô nhiễm dòng nước thải công đoạn tẩy Phương pháp sản xuất bột giấy Nguyên liệu đầu Soda Thông số ô nhiễm (kg/tấn bột giấy) BOD COD Rơm 16 60 Sunfat Tre, nứa 17 90 Sunfat Gỗ mềm 15 60 sunfat Gỗ cứng 16 60 Dòng thải chứa hỗn hợp chất clo hữu đặc trưng qua tải lượng AOX từ 4-10kg/1 bột Đây dòng thải chứa chất có tính độc khó phân hủy sinh học Nhưng tẩy bột giấy theo phương pháp sunfat từ gỗ cứng oxy tải lượng COD giảm 35 kg/1 bột AOX 0.7 kg/1 bột 1.1.2 Nước thải sản xuất giấy: So với trình nấu bột, nước thải từ công đoạn sản xuất giấy có phần cao hàm lượng chất rắn lơ lửng hàm lượng BOD lại Nguồn phát thải chủ yếu từ giai đoạn nghiền xeo giấy Giai đoạn nghiền thô có nhiệm vụ đánh tơi nguyên liệu đầu, đến giai đoạn nghiền tinh làm tăng độ nghiền bột trình phân tơ chổi hóa Đồng thời giai đoạn người ta cho chất phụ gia vào để tăng hiệu kinh tế, tăng tính chất tờ giấy chuẩn bị cho bột lên lưới Nhà máy sử dụng khoảng 35kg phèn/tấn giấy, 10kg nhựa thông/tấn giấy Nước thải chủ yếu phần xeo nước trắng thoát từ giấy lưới, nước rửa chăn, rửa bạt, lưới… Nước thải giai đoạn có chứa nhiều xơ sợi xenluloza bị thất thoát theo nước, lượng chất phụ gia theo nhựa thông, phèn, phẩm màu, cao lanh… Vì hàm lượng chất rắn bao gồm chất vô hữu cao BOD nước xeo thường dao động từ 150-350 mgO2/l Ngoài hợp chất hóa học, nước thải có chứa vi khuẩn, nấm men, tảo, siêu vi trùng, động vật nguyên sinh… Trong vi sinh vật chiếm tỉ lệ cao đóng vai trò chủ yếu trình phân hủy hợp chất hữu nước thải Thành phần nhóm loài hệ vi sinh vật nước thải phụ thuộc nhiều vào đặc tính hóa học nước thải Như vậy, nước thải nhà máy sản xuất giấy bột giấy độc hại, cần phải xử lý trước môi trường 1.2 Khí thải: Một vấn đề phát thải khí đáng ý nhà máy sản xuất bột giấy-giấy mùi Quá trình nấu tạo khí H 2S có mùi khó chịu, methyl mercaptant, dimethyl sulphide dimethyl-disulphide Các hợp chất thường gọi tổng lượng lưu huỳnh dạng khử (TRS) Chúng thường thoát từ trình nấu, phóng bột Các hợp chất mùi phát sinh khác có tỉ lệ tương đối nhỏ so với TRS có chứa hydrocacbon Một nguồn ô nhiễm không khí khác trình tẩy trẵng bột giấy Tại đây, clo phân tử bị rò rỉ theo lượng nhỏ trình tẩy Tuy nồng độ ô nhiễm không cao loại phát thải lại độc hại Trong trình thu hồi hóa chất, lượng SO nồng độ cao bị thoát Các oxit lưu huỳnh sinh từ nhiên liệu có chứa sulphur than đá, dầu FO… sử dụng cho nồi để tạo nước Phát thải bụi quan sát thấy số lò đốt than đủ thiết bị kiểm soát bụi (xyclon, túi lọc, ESP,…) Một lượng nhỏ bụi thoát cắt mảnh gỗ 1.3 Chất thải rắn: Chương Công nghệ xử lý 2.1 Xử lý nước thải: 2.1.1 Công nghệ xử lý nước thải phù hợp đề xuất 2.1.1.1 Hiện trạng công nghệ xử lý Công nghệ xử lý nước thải sản xuất giấy bột giấy chia làm hai loại dựa vào nguồn nguyên liệu sử dụng: - Nhà máy có nguồn nguyên liệu thô từ rừng gỗ mềm, công nghệ xử lý nước thải áp dụng phổ biến trình hoá lý (keo tụ/tạo bông), sinh học (hiếu khí, kỵ khí kết hợp hiếu khí) xử lý bậc ba với trình keo tụ/tạo hay trình oxy hóa (ozon hay fenton) để đạt quy chuẩn xả thải QCVN: 12/2008 cột B hay A - Nhà máy có nguồn nguyên liệu thô giấy thải, công đoạn ban đầu hệ thống xử lý áp dụng tách SS (bột giấy) khỏi nước thải với mục đích tái sử dụng nước thải thu hồi bột giấy Đối với nhà máy có công suất lớn vừa, sàng nghiêng (lọc) áp dụng để thu hồi bột giấy Tiếp theo trình tách bột giấy trình tuyển áp lực khí hoà tan kết hợp keo tụ hay keo tụ/tạo lắng để tách triệt để phần bột giấy nước thải Sau trình hoá lý công đoạn xử lý sinh học bao gồm kỵ khí kết hợp hiếu khí hay có trình hiếu khí áp dụng Bể kỵ khí ba ngăn, UASB, EGSB IC trình sinh học kỵ khí áp dụng xử lý nước thải giấy bột giấy Quá trình sinh học hiếu khí áp dụng bùn hoạt tính lơ lửng hiếu khí bùn hoạt tính với vật liệu dính bám Để xử lý nước thải đạt QCVN 12:2008/BTNMT, cột A số hệ thống xử lý áp dụng thêm công đoạn hóa lý sau trình sinh học hiếu khí lọc áp lực nhằm xử lý triệt để chất ô nhiễm Đối với nhà máy công suất nhỏ trình lắng (trọng lực) thường áp dụng để thu hồi bột giấy Các trình xử lý áp dụng sau keo tụ/tạo lắng để tách triệt để phần bột giấy nước thải hay trình sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính lơ lửng hiếu khí Nước thải phát sinh từ nhà máy sản xuất giấy từ bột giấy có nồng độ ô nhiễm thấp phổ biến xử lý sơ lắng (trọng lực) hay tuyển để tách SS với mục đích thu hồi bột giấy nước thải tái sử dụng nước thải cho qui trình sản xuất Tuy nhiên, để đạt quy chuẩn xả thải, thường áp dụng kỹ thuật bùn hoạt tính 2.1.1.2 Công nghệ xử lý phù hợp đề xuất Công nghệ xử lý nước thải bao gồm giai đoạn sau: - Tiền xử lý sử dụng để loại bỏ chất thải rắn có kích thước lớn, trung hoà, giảm nhiệt độ nước thải Song chắn rác, bể điều hoà tháp giải nhiệt thường bước áp dụng trình tiền xử lý - Xử lý bậc bao gồm trình tách cặn khỏi nước thải, trình thường áp dụng lắng (trọng lực) hay tuyển hay kết hợp keo tụ/tạo tách cặn với áp dụng lắng (trọng lực) hay tuyển - Xử lý bậc bao gồm với trình xử lý sinh học để loại bỏ hàm lượng BOD5 nước thải Khi nồng độ chất hữu cao, sử dụng kết hợp trình kỵ khí hiếu khí hay trình xử lý hiếu khí kéo dài - Xử lý bậc áp dụng để xử lý triệt để hàm lượng COD Các trình áp dụng bao gồm: (1) trình keo tụ/tạo bông, lắng khử trùng (bể tiếp xúc); (2) trình keo tụ, tuyển khử trùng; (3) áp dụng oxi hóa để xử lý độ màu Hình 2.1 đề xuất số công nghệ xử lý nước thải (theo mức độ xả thải) khuyến khích áp dụng ngành sản xuất giấy bột giấy 2.1.2 Một số công nghệ xử lý đánh giá phù hợp 2.1.2.1 Hệ thống xử lý nước thải Công ty chế biến giấy bột giấy 01 (Công ty SXG&BG01), công suất 3.200 m3/ngày đêm 10 Váng bùn bể tuyển hệ thống gạt thu ống đứng trung tâm, sau đưa sang bể chứa bùn Phần nước qua xử lý tuyển chảy vào bể chứa trung gian, phần nước thải bơm đến phân xưởng bột để tái sử dụng, phần lại chảy vào cụm xử lý sinh học Quá trình xử lý sinh học: Nước sau xử lý tuyển bơm vào bể kỵ khí ba ngăn (có lắp hệ thống cánh khuấy) nhằm loại bỏ chất hữu (BOD5) Tại dung dịch NaOH dinh dưỡng bổ sung nhằm đảm bảo pH trì khoảng 7,5-8,0, đồng thời bổ sung dinh dưỡng cho phát triển vi sinh vật Khí biogas sinh từ trình phân hủy kỵ khí quạt hút dẫn đến thiết bị hấp thụ khí để loại bỏ khí H2S, NH3, nước, Khí CH4 lại dẫn sang khu vực lò để đốt cấp nhiệt cho lò Trong bể kỵ khí, bùn lắng ngăn thứ ba bơm tuần hoàn ngăn ngăn để bổ sung lượng bùn Nước thải sau bể kỵ khí bơm qua bể bùn hoạt tính hiếu khí, điều kiện thổi khí liên tục, vi sinh vật hiếu khí tồn trạng thái lơ lửng (bùn hoạt tính) khoáng hóa hợp chất hữu có nước thải thành CO2 nước Sau bể bùn hoạt tính hiếu khí, nước thải tự chảy sang bể lắng để tách bùn sinh học Một phần bùn lắng tuần hoàn bể sinh học hiếu khí, phần lại đưa bể chứa bùn 118 Nước sau lắng tự chảy sang bể chứa nước trung gian, từ phần nước bơm tuần hoàn tái sử dụng để rửa lưới máy xeo giấy bơm vào bể lọc áp lực (cát than hoạt tính) để loại bỏ cặn lơ lửng chất hữu khó phân huỷ sinh học lại sau trình xử lý sinh học trước thải nguồn tiếp nhận Nước thải sau xử lý đạt QCVN 12:2008/BTNMT, cột B1 Lượng bùn phát sinh từ công đoạn tuyển sinh học đưa bể chứa bùn Bùn sau ổn định bơm lên máy ép bùn để tách nước Polymer (cation) sử dụng để tăng hiệu tách nước bùn Nước từ hệ thống lý bùn tuần hoàn hố thu 15  Ưu điểm nhược điểm hệ thống xử lý nước thải Ưu điểm: Hệ thống xử lý thải Công ty SXG&BG 02 thiết kế nhằm đạt QCVN 12:2008/BTNMT, cột B1 Hệ thống xử lý nước thải tương đối hoàn chỉnh với ưu điểm sau: - Hệ thống xử lý áp dụng thiết bị lọc (sàng nghiêng) để tách bột giấy sợi dài bể tuyển siêu nông để thu hồi bột sợi ngắn Cả hai trình áp dụng để giảm tải lượng chất chất hữu trở ngại công trình sinh học phía sau Với nồng độ BOD5 cao đầu vào trình xử lý sinh học kỵ khí hiếu khí áp dụng nhằm loại bỏ hiệu chất hữu dễ phân hủy sinh học độ màu Quá trình xử lý bậc ba với bể lọc than hoạt tính nhằm loại bỏ triệt để SS, độ màu COD nước thải hoàn toàn phù hợp - Điểm bật công nghệ khả tái sử dụng khí thải nước thải sau xử lý, nước sau xử lý nhà máy tái sử dụng đến 90%, khí sinh học tận dụng triệt để cấp nhiệt cho lò Nhược điểm - Bể kỵ khí ba ngăn cho hiệu xử lý thấp so với UASB, EGSB, IC tiếp xúc bùn nước thải không hiệu quả, trình tách khí không đảm bảo - Bể lọc áp lực cho hiệu xử lý SS, độ màu không đáng kể - Hệ thống xử lý bể tiếp xúc tiêu coliform nước thải sau xử lý không đảm bảo đạt quy chuẩn  Giải pháp nâng cao hiệu công trình xử lý nước thải Công ty SXG&BG 02 16 - Có thể cải tạo bể kỵ khí ngăn thành bể lọc kỵ khí để nâng cao hiệu trình xử lý sinh học kỵ khí; - Do bể lọc áp lực có hiệu xử lý SS, độ màu không đáng kể, công nghệ xử lý nước thải không cần thiết lắp đặt công trình để giảm chi phí; - Xây dựng thêm bể khử trùng để xử lý triệt để vi sinh gây bệnh nước thải trước thải nguồn tiếp nhận 2.1.2.3 Hệ thống xử lý nước thải Công ty sản xuất giấy bột giấy 03 (Công ty SXG&BG 03), công suất 550 m3/ngày đêm Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải xử lý nước thải công ty SXG&BG 03 trình bày Hình 2.4  Thuyết minh công nghệ Nước thải chảy qua song chắn rác thô để tách chất thải có kích thước lớn, sau qua bể lắng cát để loại bỏ tạp chất rắn, cát, sạn có nước thải trước vào bể điều hòa Từ bể điều hòa, nước thải bơm lên SCRM để thu hồi bột giấy trước chảy vào bể tạo Hóa chất keo tụ điều chỉnh pH châm đường ống dẫn nước thải vào bể tạo bông, đây, nước thải tiếp tục châm polymer để tăng hiệu trình tạo Sau đó, nước thải cho qua bể lắng để tách cặn hóa lý, phần nước tiếp tục chảy vào bể chứa Tại bể chứa phần nước thải bơm tuần hoàn phân xưởng sản xuất để tái sử dụng, phần nước thải lại tiếp tục xử lý trước thải vào môi trường Nước thải bơm lên tháp làm mát để giảm nhiệt độ nước thải xuống 30-32oC, sau tự chảy bể bùn hoạt tính hiếu khí Với trình xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí, vi sinh vật hiếu khí khoáng hoá hợp chất hữu khử phần độ màu lại sau trình keo tụ/tạo Nước thải xử lý bể hiếu khí tự chảy vào bể lắng số 2, mục đích bể lắng số tách 17 bùn sinh học nước Nước thải sau trình xử lý sinh học tiếp tục xử lý hóa lý bậc với trình keo tụ/tạo bông, sau chất rắn lơ lửng lại nước thải loại bỏ triệt để bể lọc cát Nước thải sau xử lý chứa vào bể chứa để tái sử dụng  Ưu điểm nhược điểm hệ thống xử lý nước thải Ưu điểm: Hệ thống xử lý thải của Công ty SXG&BG 03 thiết kế đạt QCVN 12:2008/BTNMT, cột B1, hệ thống xử lý nước thải thiết kế tương đối hoàn chỉnh với ưu điểm sau: - Tại công đoạn tiền xử lý nước thải, hệ thống sử dụng thiết bị thu hồi bột giấy giúp thu hồi lượng bột giấy giảm nồng độ ô nhiễm cho công trình phía sau hợp lý Với trình keo tụ/tạo hai bậc kết hợp trình bùn hoạt tính hiếu khí, nước thải sau hệ thống xử lý đạt QCVN 12:2008/BTNT, cột B1 - Hệ thống thiết kế với công trình bùn hoạt tính hiếu khí lọc cát, công trình gồm ba đơn nguyên, trường hợp bể gặp cố cần vệ sinh hệ thống hoạt động với hai đơn nguyên lại Nhược điểm: - Với BOD5 nước thải dao động từ 530-560 mgO2/L, việc sử dụng trình keo tụ/tạo trước trình sinh học làm giảm nguồn chất hữu có khả phân huỷ sinh học (là chất công trình sinh học) tăng giá thành xử lý tiêu thụ hoá chất cho trình keo tụ/tạo - Hiệu xử lý công đoạn keo tụ tạo thấp thời gian phản ứng tạo chưa tối ưu, đặc biệt trình keo tụ/tạo bậc hai 18 - Thời gian lưu nước bể lắng bùn sinh học (5,1 giờ) dài Thời gian lưu nước dài gây bùn bể lắng phân huỷ bùn điều kiện kỵ khí làm tăng chi phí đầu tư - Hệ thống xử lý hoá lý bậc hai bể lắng nên bể lọc phải rửa thường xuyên dẫn đến tăng chi phí xử lý nhân công - Hệ thống đầu tư với chi phí đầu tư cao với suất đầu tư 9,09 triệu VNĐ/m3 nước thải - Chi phí vận hành hệ thống cao với 14.200 VNĐ/m3 nước thải, chủ yếu chi phí hoá chất - Hệ thống bể tiếp xúc (khử trùng) nên dẫn đến tiêu coliform không đạt QCVN 24:2009, Cột B  Giải pháp nâng cao hiệu công trình xử lý nước thải Công ty SXG&BG 03 - Quá trình lắng (trọng lực) hay tuyển thay cho trình keo tụ/tạo để giảm chi phí hoá chất giữ nồng độ chất hữu có khả phân hủy sinh học công đoạn sinh học phía sau - Xây dựng thêm bể lắng sau cụm xử lý hóa lý để giảm tần suất rửa lọc bể lọc áp lực, gây tốn điện nước rửa lọc - Bể lắng bùn sinh học với thời gian lưu nước từ 5,1 giảm 2-3 để tránh tượng phân huỷ kỵ khí gây phát sinh mùi bùn - Xây dựng thêm bể khử trùng để xử lý triệt để vi sinh gây bệnh nước thải trước thải nguồn tiếp nhận 19 2.2 Xử lý khí thải 2.2.1 Xử lý khí H2S sinh trình nấu bột 2.2.1.1 Công nghệ xử lý H2S theo đường khô Công nghệ xử lý H2S theo đường khô thường dựa nguyên lý hấp phụ kết hợp oxi hóa để đưa S2- S nguyên tố thu hồi - Phương pháp sử dụng Fe2O3: phương pháp dùng sớm Người ta sử dụng Fe2O3 xốp, có bề mặt riêng lớn làm tác nhân hấp phụ trao đổi với H2S nhiệt độ thường tạo Fe 2S3 ổn định theo phản ứng: Fe2O3 + 3H2S = Fe2S3 + 3H2O Để hoàn nguyên Fe2O3 thu hồi lưu huỳnh sau lớp vật liệu hấp phụ no, người ta dùng dòng không khí nghèo oxi (2 – 3% O 2) thổi qua Lượng oxi tính toán cho 1,5 lần so với lý thuyết theo phản ứng: Fe2S3 + 3O2 = Fe2O3 + 6S Hoặc đem đốt với không khí để thu hồi SO cho trình sản xuất axit - sunfuric Phương pháp cho hiệu không cao, sử dụng Phương pháp hấp phụ - oxi hóa than hoạt tính: sử dụng nhiều cho hiệu cao Khi tiến hành hấp phụ H2S than hoạt tính, có mặt oxi, phản ứng oxi hóa H2S tạo thành lưu huỳnh nước bề mặt than: H2S + O2 = 2H2O + 2S Để nâng cao hiệu xử lý H2S, người ta cho thêm NH3 vào hỗn hợp khí, H2S tác dụng với NH3 để tạo thành amoni sunfua 2NH3 + H2S = (NH4)2S Khi bề mặt than hấp phụ bão hòa, người ta dùng dung dịch amoni sunfua để rửa lưu huỳnh tái sinh than hoạt tính 2(NH4)2S + 6S = 2(NH4)2S4 Amoni polysunfua đem phân hủy 125 – 130C áp suất 1,7 – 2,0.10 Pa thu lưu huỳnh amoni sunfua sử dụng cho lần xử lý 20 Sơ đồ công nghệ phương pháp khô mô tả hình 2.2: Buồng tái sinh chất hấp phụ Tháp hấp phụ - oxi hóa Buồng tách lưu huỳnh Khí H2S Tác nhân giải hấp phụ Khí chứa H2S Lưu huỳnh thu hồi Xử lý S/ hợp chất S 2.2.1.2 Công nghệ xử lý H2S theo đường ướt: Xử lý H2S theo đường ướt có nhiều phương pháp khác trung hòa kiềm mạnh, hấp thụ methanol/etanol amin, sunfolan, hấp thụ oxi hóa… Trong đó, hai phương pháp thông dụng, cho hiệu cao phương pháp ta nanh phương pháp Fe3+ - Phương pháp ta nanh: Phương pháp dựa vào phản ứng trung hòa H 2S Na2CO3, oxi hóa hydrosunfua NaVO3và khả vận chuyển oxi từ không khí ta nanh vào phản ứng tái sinh NaVO Quá trình xử lý H2S xảy dòng khí tiếp xúc với dung dịch hoạt động chứa ta nanh (TQ – ta nanh dạng quinon THQ – ta nanh dạng hydroquinon), Na 2CO3 NaVO3 theo phản ứng sau: 2Na2CO3 + 2H2S = 2NaHCO3 + 2NaHS 2NaHS + 4NaVO3 + H2O = Na2V4O9 + 4NaOH + 2S Na2V4O9 + 2TQ + 2NaOH = 4NaCO3 + 2THQ 2NaHCO3 + 2NaOH = 2Na2CO3 + 2H2O 2H2S + 2TQ = 2S + 2THQ + H2O Ta nanh dạng hydroquinone oxi hóa oxi không khí để trở lại dạng quinon: THQ + 2O2 = TQ + 2H2O Trong trình xử lý sinh lượng nước xảy phản ứng phụ sau: TQ + H2S = THQ + S Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3 2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O 21 Dung dịch hoạt động sau xử lý (thực từ phương trình (1) đến phương trình (4)) đưa qua tháp tái sinh ta nanh dạng quinon theo phương trình (5) Dung dịch hoạt động tiếp tục điều chỉnh đưa trở lại tháp hấp thụ đầu Sơ đồ công nghệ phương pháp mô tả qua hình: Tháp hấp thụ - oxi hóa H2S Tháp điều hòa Thiết bị tách lưu huỳnh Tháp oxi hóa tái sinh dạng TQ Khí H2S Dung dịch hoạt động Khí chứa H2S Phụ gia hóa chất Máy cấp oxi Lưu huỳnh thu hổi - Phương pháp oxi hóa sắt(III) Phương pháp dựa phản ứng Fe 3+ với H2S môi trường axit yếu (pH khoảng 3,0 – 4,5) Khi khí H 2S tiếp xúc với dung dịch Fe 3+ xảy phản ứng oxi hóa H2S thành S nguyên tố H2S + 2Fe(OH)2+ = 2Fe2+ + S + 2H2O Sau phản ứng huyền phù lưu huỳnh tách ra, dung dịch Fe 2+ oxi hóa oxi không khí để trở trạng thái ban đầu quay vòng trờ lại 4Fe2+ + O2 + 4H+ = 4Fe3+ + 2H2O 4Fe3+ + 4OH- = 4Fe(OH)2+ 4Fe2+ + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)2+ Sơ đồ công nghệ phương pháp mô tả qua hình: Tháp oxi hóa tái sinh sắt(III) Tháp hấp thụ - oxi hóa Thiết bị tách lưu huỳnh Tháp điều hòa Dung dịch Fe(OH)2+ Khí H2S +Phụ gia hóa chất Lưu huỳnh thu hồi 22 Máy thồi không khí Khí chứa H2S 2.2.2 Xử lý khí SO2 sinh trình đốt nhiên liệu cấp nhiệt cho nồi Khí SO2 có tính chất hóa học đặc trưng thuận lợi cho việc xử lý SO2 hợp nước tạo thành axit mạnh dễ thực phản ứng trung hòa với dung dịch kiềm hay oxit kim loại mang tính kiềm Một đặc trưng thuận lợi khí SO2 hợp nước, chuyển thành dạng SO32- dễ dàng bị oxi không khí oxi hóa thành SO 42- điều kiện nhiệt độ áp suất thường, môi trường không khí khô, SO gần không phản ứng với oxi Các muối sunphit sunphat kim loại kiềm amoni tan tốt nước, ngược lại, muối chúng với kim loại kiềm thổ lại tan Đây đặc trưng thuận lợi lại bất lợi cho trình lựa chọn quy trình xử lý Dựa vào tính chất đặc trưng trên, công nghiệp, thường sử dụng hai cách xử lý xử lý theo đường ướt xử lý theo đường khô 2.2.2.1 Xử lý SO2 theo đường ướt Theo cách này, SO2 thường hấp thụ vào dung dịch kiềm NaOH, NH4OH, Ca(OH)2 hay Mg(OH)2 Các kiểu thiết bị hấp thụ sử dụng thông dụng thiết bị dàn mưa, tháp đệm tháp sủi bọt Việc lựa chọn chất kiềm cho trình xử lý thường phụ thuộc vào hai yếu tố yếu tố kinh tế tính khả thi giải pháp công nghệ Ví dụ: Ca(OH)2 có giá bán thị trường rẻ bốn chất kiềm nêu trên, mặt kinh tế có ưu Nhưng sản phẩm trình xử lý CaSO hay CaSO4 chất tan nên sử dụng thiết bị có hiệu cao 23 tháp đệm hay tháp sủi bọt (do kết tủa bám vật liệu đệm hay lỗ tạo bọt khí) mà dùng thiết bị dàn mưa Các phản ứng hóa học xảy trình xử lý sau: - Quá trình hợp nước SO2 để tạo axit sunphuro SO2 + H2O H2SO3 2H+ + SO32- - Quá trình trung hòa kiềm oxi hóa thành sunphat xảy đồng thời H2SO3 + 2NaOH + 1/2O2 = Na2SO4 + 2H2O H2SO3 + Ca(OH)2 = CaSO3↓ + 2H2O CaSO3 + 1/2O2 = CaSO4 H2SO3 + MgSO3 = Mg2+ + SO32- + H2O SO32- + ½ O2 = SO42Sơ đồ công nghệ trình xử lý SO theo đường ướt mô tả hình 2.5 tóm tắt sau: SO2 từ nguồn thải (chứa khí thải từ trình đốt cháy nhiên liệu cấp nhiệt cho nồi hơi) trước hết làm nguội nước lạnh vừa để hạ nhiệt độ nguồn khí thải, vừa để làm ẩm khí SO Sau khí thải dẫn qua tháp hấp thụ Khí qua hệ thống chặn sol thải Kết tủa qua hệ thống lắng lọc, oxi hóa đem tái sử dụng thải an toàn Nước lạnh Thiết bị làm nguội Ca(OH)2/Mg(OH)2 thụ Tháp hấp Lắng, lọc Khí Sấy oxi hóa Khí thải 2.2.2.2 Xử lý SO2 theo đường khô vào Nước lọc Nước thải 24 Không khí Sản phẩm CaSO4/MgSO4 Nguyên lý công nghệ xử lý dựa vào phản ứng SO2 ẩm với Ca(OH)2 khan hay CaO để tạo thành muối canxi sunphit hay sunphat dạng bụi tách chúng khỏi dòng khí thiết bị lọc màng hay lọc túi, kết hợp xử lý bụi Các phản ứng hóa học xảy giống với phần trên, khác chúng xảy pha khí dung dịch SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O SO2 + H2O = H2SO3 H2SO3 + CaO = CaSO3 + H2O Xử lý SO2 đường khô thực theo hai cách Cách thứ xử lý sau lò đốt cách thứ hai xử lý lò đốt a) Xử lý sau lò đốt Công nghệ xử lý SO2 sau lò đốt tóm tắt sau: Khí thải từ lò đốt dẫn qua tháp làm nguội nước lạnh Tại đây, khí thải đồng thời làm ẩm để chuyển hóa SO thành H2SO3 tương ứng Nếu điều kiện có oxi, H2SO3 chuyển thành H2SO4 Khí ẩm tiếp tục vào tháp phản ứng Tại đây, Ca(OH) bột khan hay CaO dạng bột phun vào trộn nhằm tạo điều kiện cho phản ứng trung hòa xảy hoàn toàn Tiếp theo, khí bụi chuyển qua buồng lọc túi Ở đây, bụi bụi muối giữ lại khí thải Bụi muối tinh chế để sử dụng dùng làm phụ gia cho xi măng Sơ đồ công nghệ xử lý sau lò đốt mô tả hình 2.6 Tháp làm nguội/ ẩm Nước CN Ca(OH)2/CaO lọc túi Buồng Khí Tháp phản ứng 25 Khí thải Bụi lớn Bụi muối b) Xử lý lò đốt Đây công nghệ táo bạo thu kết tương đối tốt Theo công nghệ này, bột CaCO3 phun thẳng vào lò đốt Ở nhiệt độ cao 1000C CaCO3 chuyển thành CaO Khi bụi CaO khỏi lò với SO2 nước, chúng phản ứng với tạo thành muối bụi khí thải Trong công nghệ này, kích thước hạt CaCO phân bố đồng không gian lò đóng vai trò định hiệu suất xử lý Công đoạn lọc túi để loại bụi bụi muối giống công nghệ xử lý sau lò đốt hình 2.7 mô tả quy trình xử lý lò Lò đốt Bột CaCO3 Xyclon loại bụi sơ Khí Tháp làm nguội Buồng lọc túi Nhiên liệu 2.2.3 Bụi, bụi đốt lò Xử lý khí thải chứa clo phân tử từ công đoạn tẩy trắng bột giấy muối Nước CN 2.2.3.1 Xử lý khí clo bằngBụi lớn sữa vôi Sữa vôi huyền phù Ca(OH)2 có dư vôi với hàm lượng vôi 100-110 g/lít Khí thải sau làm nguội đến 700C vào tháp phun hay tháp đệm, khí clo bị sữa vôi hấp thụ làm nguội đến 30-40C trước thải môi trường bên Phương trình phản ứng sau: 2Ca(OH)2 + 2Cl2 = Ca(OCl)2 + 2H2O - Ưu điểm phương pháp hiệu cao (80-90%), đơn giản, 26 - nguyên liệu sẵn có rẻ tiền Nhược điểm phương pháp hình thành canxi hypoclorit đòi hỏi phải xử lý trước hệ thống thoát nước, tiêu hao nhiều sữa vôi 2.2.4 Xử lý khí thải chứa bụi Chương Chế biến chất thải thành sản phẩm hữu ích 3.1 Lignin 3.1.1 Phương pháp tách lignin dịch đen Việc tách lignin khỏi dịch đen tiến hành theo phương pháp: phương pháp siêu lọc phương pháp kết tủa axit + Phương pháp siêu lọc đòi hỏi trang thiết bị phức tạp nên việc xử lý tốn + Phương pháp kết tủa axit kết tủa 70 - 80 % lignin Tuy nhiên axit hoá dịch đen làm giảm pH môi trường dẫn đến kết tủa lignin dạng sệt nhầy nhớt khó lọc tách Trong thực tế để axit hoá dịch đen người ta dùng axit H2SO4, HCl, CO2 Ngoài nhược điểm khó lọc lâu trên, dùng axit vô mạnh tạo H2S làm ô nhiễm môi trường Để giải vấn đề khó lọc, nghiên cứu người ta sử dụng thêm số chất trợ lọc chất có khả làm cho lignin kết tụ dạng hạt để lọc Chất trợ lọc dụng chất kết tụ hữu sử dụng canxi hoà tan vào cồn Hiệu trình kết tủa lignin axit có trợ giúp chất kết tụ tăng pH giảm 3.1.2 Các ứng dụng lignin Lignin thu hồi từ dịch đen ứng dụng rộng rãi chất phân tán, chất ổn định chất phụ gia công nghiệp sản xuất cao su, sản xuất bê tông, phụ gia đồ gốm, chất kết dính, chất dẻo công nghiệp… Lignin sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp dimetyl sulfoxyt (DMSO) đun nóng lignin với sulfo dioxit lưu huỳnh Vanilin sản phẩm hữu quan trọng thu cách oxi hóa lignin gỗ mềm môi trường kiềm, lignin gỗ cứng cho hỗn hợp Vanilin Sirigandehit Ngoài ra, Sirigandehit sử dụng công nghiệp dược phẩm để điều chế thuốc ngủ [3] Trong ứng dụng khác, lignin sử dụng chất diệt cỏ, chất ức chế trình lưu hóa 27 khử bọt với tỉ lệ nhỏ trình lưu hóa cao su Nó sử dụng chất khử sắt nước sản xuất, làm mềm nước thiết bị lọc dạng cation nhạy cảm với ion Ca2+ Mg2+ mà để tái sinh cần rửa loại axit vô 3.1.1.1 Tách sunfonic hoá lignin từ dịch đen tạo sản phẩm sunfonic hoá phục vụ nông nghiệp  Quy trình tách lignin từ dịch đen + Tách axit theo bước: - Dùng dung dịch H2SO4 axit hóa dung dịch đến pH=9, lọc tách sơ thu hồi natri lignin nhiệt độ 60oC - Tiếp tục axit hoá muối natri pH = Nhiệt độ 60oC, lọc rửa tách thu lignin + Tách axit có sử dụng chất keo tụ hữu CH2Cl2 Tách nhiệt dộ thường pH = Hàm lượng CH2Cl2 = % hàm lượng khô dịch đen  Quy trình sunfonic hoá lignin: Nhiệt độ phản ứng 20oC Thời.gian phản ứng Tỷ lệ lignin/H2SO4 98% (về khối lượng) = 1/2 3.1.1.2 Tổng hợp Ca-lignosulfonat (có khả xử lý kim loại nặng nước) từ lignin 28 29