Nghiên cứu xử lý nước thải của quá trình nấu rửa bột giấy theo phương pháp kraft

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM ĐỨC THẮNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA QUÁ TRÌNH NẤU RỬA BỘT GIẤY THEO PHƯƠNG PHÁP KRAFT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS, TS NGÔ THỊ NGA HÀ NỘI – 2008 Lêi cam đoan Luận văn đà hoàn thành nội dung tiến độ thực Đây kết nỗ lực giáo viên học viên Tôi xin cam đoan báo cáo luận văn công trình nghiên cứu thân trình học tập Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nếu luận văn chép công trình khác tỗi xin chịu trách nhiệm Tác giả Phạm Đức Thắng Lời cảm ơn Xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể thầy cô giáo Khoa Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đà đào tạo Lớp Cao học Kỹ thuật Môi trường niên khóa 2006 2008 Trân trọng cảm ơn PGS, TS Ngô Thị Nga, cán hướng dẫn khoa học đà giúp đỡ hoàn thành luận văn Trân trọng cảm ơn Ks Lương Thị Hồng, Trưởng phòng Thí nghiệm Hóa Lý, Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô đà nhiệt tình giúp đỡ hoàn thành luận văn Trân trọng cảm ơn LÃnh đạo toàn thể đồng nghiệp Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô đà tạo điều kiện cho học tập làm việc để hoàn thành luận văn Trân trọng cảm ơn Công ty Cổ phần Bột giấy Hòa Bình đà tạo điều kiện trình thực luận văn Tác giả Phạm Đức Thắng Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Ký hiệu Chú giải Đơn vị ISO Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam BAT Công nghệ tốt có COD Nhu cầu ôxi hóa học mg/l BOD Nhu cầu ôxi sinh hóa mg/l DO Ôxy hòa tan nước mg/l MLSS Tải lượng bùn hoạt tính mg/l TSS Tổng chất rắn lơ lửng nước mg/l pH Chỉ số đo độ hoạt động ion hidro (H+) dung dịch UASB Công nghệ chảy ngược qua lớp bùn yếm khí Danh mục bảng luận văn Trang Bảng 1.1 Mục tiêu qui hoạch công nghiệp giấy Việt Nam đến năm 2020 Bảng 2.1 Hiệu suất bột giấy chất hữu có dịch đen nấu 13 gỗ thông theo phương pháp xút Bảng 2.2 Sự phụ thuộc lượng chất thải lượng nước sử dụng vào 13 trình độ công nghệ nhà máy bột Sunfat Sôđa không tẩy trắng Bảng 2.3 Lượng COD, BOD độ màu dịch đen nấu bột giấy theo 14 công nghệ kiềm loại nguyên liệu khác Bảng 3.1 Hiệu phương pháp xử lý sinh học 25 Bảng 4.1 Các thông số đặc trưng nước thải sau xử lý vôi 45 Bảng 4.2 Các thông số đặc trưng nước thải sau trung hoà 47 Bảng 4.3 Các thông số đặc trưng nước thải sau xử lý hoá lý 47 Bảng 4.4 Các thông số đặc trưng nước thải sau xử lý kỵ khí 50 Bảng 4.5 Các thông số đặc trưng nước thải sau xử lý hiếu khí 52 Bảng 4.6 Các thông số nước thải sau xử lý hoá lý sinh học 52 Bảng 4.7 Đặc tính nước thải Công ty cổ phần giấy Hoà Bình 55 Bảng 4.8 Các thông số đặc trưng nước thải sau xử lý hoá lý 55 Bảng 4.9 Các thông số đặc trưng nước thải sau xử lý kỵ khí 60 Bảng 4.10 Các thông số đặc trưng nước th¶i sau xư lý hiÕu khÝ 64 B¶ng 4.11 – Các thông số đặc trưng nước thải sau trình xử lý 65 Bảng 4.12 Chi phí hoá chÊt cho xư lý cho 1m3 n­íc th¶i 65 Danh mục hình vẽ, đồ thị luận văn Trang Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bột giấy theo phương pháp xút 10 nguồn thải Hình 3.1 Các dạng cấu trúc lignin 17 Hình 3.2 Sơ đồ phản ứng vôi lignin 18 Hình 3.3 Quá trình phân hủy chất hữu điều kiện kỵ khí 22 Hình 4.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải 54 Hình 4.2 Cấu tạo thiết bị Pilot nghiên cứu xử lý kỵ khí thu Biogas 56 Hình 4.3 Cấu tạo thiết bị xử lý hiếu khí 61 Đồ thị 4.1 ảnh hưởng nồng độ vôi tới hiệu suất tách COD 45 Đồ thị 4.2 ảnh hưởng hàm lượng COD đầu vào đến hiệu suất xử 48 lý Đồ thị 4.3 ảnh h­ëng cđa thêi gian l­u thủ lùc tíi hiƯu st khử 49 COD Đồ thị 5.4 ảnh hưởng thêi gian xư lý tíi hiƯu st khư COD 51 Mục lục Trang Mở đầu Chương 1: Tình hình sản xuất bột giấy giấy việt nam 1.1 Công nghiệp sản xuất bột giấy giấy Việt Nam 1.2 Quy hoạch phát triển ngành giấy tới năm 2020 Chương 2: Công nghệ sản xuất bột giấy theo phương pháp xút đặc tính nước thải 2.1 Công nghệ sản xuất bột giấy theo phương pháp xút 2.2 Đặc tính nước thải trình nấu rửa bột giấy 11 Chương 3: Đối tượng phương pháp nghiên cứu 15 3.1 Đối tượng nghiên cứu 15 3.2 Nội dung nghiên cứu 15 3.3 Phạm vi nghiên cứu 16 3.4 Phương pháp nghiên cøu 16 3.4.1 Xư lý hãa lý n­íc th¶i 16 3.4.1.1 Cơ sở lý thuyết 16 3.4.1.2 Phương pháp nghiên cứu 19 3.4.2 Xử lý nước thải phương pháp sinh học kỵ khí 19 3.4.2.1 Cơ sở lý thuyết 19 a Cơ chế trình phân hủy kỵ khí 19 b Tác nhân sinh học 25 c Các yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý kỵ khí 27 3.4.2.2 Phương pháp nghiên cứu 32 a Tạo lập hệ vi sinh vật kỵ khí 32 b Hoạt hóa hệ vi sinh vật kỵ khí từ hệ vi sinh vật đà tạo lập 32 c Phương pháp xử lý sinh học kỵ khí 33 3.4.3 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí 33 3.4.3.1 Cơ sở lý thuyết 33 a Cơ chế trình phân huỷ hiếu khí 33 b Tác nhân sinh học 34 c Các yếu tố ảnh hưởng đến trình phân huỷ hiếu khí 35 3.4.3.2 Phương pháp nghiên cứu 37 3.4.4 Phương pháp phân tích thông số 37 3.4.4.1 Phương pháp lấy mẫu 37 3.4.4.2 Phương pháp xác định pH 37 3.4.4.3 Phương pháp xác định chất rắn lơ lửng 37 3.4.4.4 Phương pháp xác định độ mầu 38 3.4.4.5 Phương pháp xác định COD 38 3.4.4.6 Phương pháp xác định BOD5 39 3.5 Tình hình nghiên cứu áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí 41 xử lý nước thải nấu rửa bột giấy giới Việt Nam 3.5.1 Tình hình nghiên cứu áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí 41 xử lý nước thải nấu rửa bột giấy giới 3.5.2 Tình hình nghiên cứu áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí 42 xử lý nước thải nấu rửa bột giấy Việt Nam Chương 4: Kết thảo luận 44 4.1 Nghiên cứu xử lý nước thải phòng thí nghiệm 44 4.1.1 Xử lý nước thải theo phương pháp hoá lý 44 4.1.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ vôi sử dụng 44 1.1.2 Trung hòa nước thải 46 4.1.2 Phương pháp xử lý sinh học kỵ khí 48 4.1.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng COD đến trình xử 48 lý sinh học kỵ khí 4.1.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian lưu thuỷ lực đến hiệu 49 xử lý sinh học kỵ khí 4.1.3 Phương pháp xư lý sinh häc hiÕu khÝ 50 4.2 Nghiªn cøu xử lý nước thải quy mô Pilot 53 4.2.1 Xác lập quy trình xử lý nước thải quy mô Pilot 53 4.2.2 Xử lý hoá lý nước thải 54 4.2.3 Xư lý sinh häc n­íc th¶i 55 4.2.3.1 Xử lý sinh học theo phương pháp kỵ khí 55 4.2.3.2 Xử lý sinh học theo phương pháp hiếu khí 61 4.3 Tính toán sơ hiệu kinh tế 65 Kết luận kiến nghị 67 Tài liệu tham khảo 69 Phụ lục Mở đầu Hiện nay, ngành công nghiệp giấy tăng trưởng nhanh chóng đóng góp vào tiến trình phát triển chung kinh tế xà hội Tuy nhiên, ngành công nghiệp giấy lại ngành gây ô nhiễm trầm trọng, đặc biệt nguồn nước Vì vậy, song song với việc lập kế hoạch phát triển doanh nghiệp, toán khác đặt cho ngành giấy phải xử lý tốt chất thải, giảm bớt ô nhiếm bảo vệ tài nguyên môi trường Ngành công nghiệp sản xuất giấy bột giấy Việt Nam lạc hậu Lượng nước tiêu thụ lớn tuỳ thuộc vào công nghệ (khoảng 30ữ100 m3/1 sản phẩm giấy) phát sinh gần ngang lượng nước thải với hàm lượng COD, BOD, TSS độ màu cao Để phát triển cách bền vững, quốc gia giới phải tìm kiếm giải pháp cải tiến công nghệ sản xuất xử lý chất thải gây ô nhiễm môi trường Hiện nay, giới, công nghệ xử lý nước thải theo phương pháp sinh học phát triển, phương pháp xử lý kỵ khí đà có nghiên cứu ứng dụng thực tế Phương pháp có ưu điểm không yêu cầu chi phí lượng lớn cho trình xử lý, đầu tư cho xử lý bùn, lượng bùn hình thành nhỏ Sản phẩm phân giải hoàn toàn chất hữu trình xử lý khí sinh học (Biogas), thành phần chủ yếu khí metan cacbonic dùng làm nhiên liệu hiệu Việt Nam nhà máy sản xuất bột giấy vừa nhỏ hầu hết hệ thống thu hồi hoá chất Dịch đen đặc sử dụng phần để cô đặc làm phụ gia bê tông tái sử dụng trình nấu Hầu toàn dịch đen nấu bột giấy nước rửa thải trực tiếp vào hệ thông thải chung nhà máy gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Để xác lập quy trình công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất bột giấy qui mô vừa nhỏ nhiều vấn đề phải nghiên cứu Đặc điểm nước thải ngµnh giÊy th­êng cã tû lƯ BOD5/COD ≤ 0,55 64 liên tục (1-3 ngày) kiểm tra COD, MLSS thấy COD giảm mạnh, MLSS từ 1.000 1.200 mg/l kết thúc gian đoạn khởi động - Giai đoạn nghiên cứu: (chạy gián đoạn liên tục) Sau giai đoạn khởi động thiết bị, hàm lượng vi sinh vật thiết bị đà nhiều, nhiên vi sinh vật thích nghi môi trường cũ, nghiên cứu với đối tượng nước thải khác cÇn cã thêi gian cho vi sinh vËt thÝch nghi để đạt hiệu xử lý cao Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài nghiên trình chạy gián đoạn Quá trình chạy gián đoạn: Sau giai đoạn khởi động, trước hết, ngừng cấp khí để tách hỗn hợp bùn nước Khi ngừng cấp khí, sau khoảng thời gian 30 60 phút bùn lắng đáy bể, nước rút theo van (13) Khi rút hết lượng nước khóa van, bổ sung nước thải cần nghiên cứu vào tiếp tục sục khí thường xuyên kiểm tra COD bể Quá trình lặp lại CÔD giảm mạnh 6h ®ã vi sinh vËt ®· thÝch nghi víi ®èi tượng nước thải nghiên cứu Sau xử lý xong ngừng cấp khí, để lắng 30 60 phút, rút nước rút bùn cho vào can đem bảo quản Quá trình chạy gián đoạn xác định thời gian lưu nước, tải riêng, Quá trình thường chạy trước trình liên tục Một số ý vận hành thiết bị: - Kiểm soát thông số đầu vào đầu thiết bị Yêu cầu thông số đầu vào: + COD dòng vào: 500 600 mg/l + BOD dòng vào: 400 500 mg/l + Thành phần dinh dưỡng theo tû lÖ COD : N : P = 100 : : (Dùng muối nitrat làm nguồn Nitơ) 65 + MLSS dòng vào: