sản xuất giấy gây ra
1.2.1. Đặc thù của ngành giấy thế giới và tình hình ô nhiễm môi trƣờng
Do xu hướng phát triển chung của nền kinh tế trên thế giới, dẫn tới mức tiêu thụ giấy cũng tăng, công nghiệp giấy ngày càng phát triển. Hiện nay, bình quân thế giới hiện là: 54 Kg/người/năm. Một số nước có nền sản xuất bột lớn như: Canada, Thụy điển, Phần lan, Mỹ, Braxin, công nghiệp giấy từ buổi đầu sơ khai là kết những cây cỏ lại với nhau thành tấm, thì giờ đây đã được tự động hoá về mọi mặt, cả về công nghệ lẫn thiết bị, đã có hẳn những công ty lớn chuyên về hoá chất ngành giấy. Trên thế giới có rất nhiều nhà máy công suất 1 triệu tấn/năm với những dàn xeo khổ rộng 9 m, 12 m tốc độ 1700m/phút [9, 20].
Với thiết bị công nghệ hiện đại, chu trình sản xuất tuần hoàn khép kín. Chính vì thế với các nhà máy sản xuất giấy và bột giấy trên thế giới hiện nay lượng nước cung cấp cho sản xuất bột giấy và giấy đã giảm tới mức tối đa 7 – 15 m3 nước/1 tấn giấy và nhất là lượng hóa chất trong quá trình nấu bột được tuần hoàn khép kín không bị tổn
28
thất ra ngoài nhiều như các công nghệ lạc hậu, hơn nữa trong công đoạn xeo giấy nước trắng sinh ra được xử lý tuần hoàn lại, cho nên giảm được lượng nước thải và các hóa chất trong quá trình xeo giấy.
Trên thế giới hiện nay không những sản xuất bột giấy và giấy từ gỗ mà công nghệ sản xuất bột giấy và giấy từ giấy phế liệu đã qua sử dụng cũng rất là phát triển, với mục đích nhằm thu hồi lại giấy đã qua sử dụng đồng thời cũng làm giảm quá trình khai thác nguồn nguyên liệu từ thiên nhiên (như gỗ, nước, điện, than, hóa chất…) xem
Bảng 1.5.
Bảng 1.5. Tình hình tái sử dụng và thu gom giấy phế liệu của một số nước điển hình trên thế giới [13] Nƣớc % Tái sử dụng % Thu gom Nƣớc % Tái sử dụng % Thu gom Đan Mạch Tây Ban Nha
Thụy sĩ Đức Pháp
Áo Trung Quốc Liên Bang Nga
Bỉ 115 81 68 61 54 41 39 15 -- 49 43 65 71 44 62 26 30 43 Đài Loan Hàn Quốc Hà Lan Úc Nhật Bản USA Thụy Điển Phần Lan Canada 90 75 61 58 53 40 18 5 -- 58 75 65 48 54 45 58 -- 42 Với đặc thù ngành sản xuất giấy trên thế giới của các nước phát triển là sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên, tiết kiệm năng lượng, nước sạch và phát thải ít, nên lượng nước thải thải ra môi trường không bị ô nhiễm nặng nề như các nước đang phát triển.
29
Và một điều quan trọng là họ đã có những ứng dụng công nghệ hiện đại và điều kiện để xây dựng, vận hành hệ thống xử lý nước thải hiệu quả [13].
1.2.2. Đặc thù của ngành giấy Việt Nam và tình hình ô nhiễm môi trường
Hiện nay, các nước phát triển có mức sử dụng giấy tính theo đầu người là 200 – 300kg/năm, các nước Đông Nam á cũng đạt 30 – 100 kg/năm. Trung bình những năm qua, nước ta nhập khoảng trên dưới 100 ngàn tấn giấy các loại mỗi năm. Tính về số giấy sản xuất trong nước thì Việt Nam mỗi năm tiêu thụ gần 300 ngàn tấn, tính theo đầu người đạt xấp xỉ 4kg/năm. Đây là chỉ số rất quan trọng trong việc đánh giá mức độ phát triển văn hóa. Theo chỉ số này Việt Nam đứng cuối cùng trong khu vực và thuộc loại thấp nhất thế giới [21].
Ở Việt Nam công nghiệp giấy còn rất nhỏ bé. Năng lực sản xuất bột giấy đạt khoảng 150 – 170 ngàn tấn/năm, năng suất thiết kế của các cơ sơ sản xuất giấy vào khoảng 250 ngàn tấn/năm. Trong những năm gần đây sản lượng giấy trong nước đạt khoảng 200 – 250 ngàn tấn/năm, trong đó bột giấy khoảng 120 – 150 ngàn tấn. Lượng bột giấy thiếu hụt được bù đắp bằng việc xử lý giấy cũ và bột nhập khẩu.
Về sản phẩm, ngành đã sản xuất được các loại giấy chủ yếu là: giấy in báo, giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh, sinh hoạt, giấy bao bì, giấy vàng mã nội địa và xuất khẩu. Chất lượng giấy nói chung chỉ đạt mức trung bình hoặc dưới trung bình so với khu vực và trên thế giới. Những loại giấy khác (giấy bao bì chất lượng cao, giấy kỹ thuật như: các loại giấy lọc, giấy cách điện,…) được nhập khẩu.
Đặc điểm nổi bật của ngành giấy Việt Nam là rất phân tán. Với tổng sản lượng (trên 200 ngàn tấn/năm) tương đương một xí nghiệp trung bình ở các nước phát triển, ngành giấy Việt Nam có tới khoảng 100 cơ sở sản xuất. Qui mô vô cùng đa dạng và phân bố khắp ba miền Bắc, Trung, Nam. Ngoài ba cơ sở Bãi Bằng, Tân Mai, Đồng
30
Nai có qui mô sản xuất trên 10 ngàn tấn/năm đến 50 ngàn tấn/năm, các cơ sở còn lại có qui mô rất nhỏ, từ vài trăm tấn đến 5000 – 7000 tấn/năm [17, 18].
Về nguyên liệu, ngành sản xuất giấy Việt Nam sử dụng hai loại nguyên liệu chủ yếu là tre nứa và gỗ lá rộng mọc nhanh (bồ đề, mỡ, keo, bạch đàn…). Một vài cơ sở sử dụng bã mía nhưng không đáng kể. Để sản xuất khoảng 130 – 150 ngàn tấn bột giấy một năm như hiện nay, ngành giấy sử dụng khoảng 700 ngàn tấn nguyên liệu qui chuẩn (độ ẩm 50%). Nếu tính sinh khối rừng nguyên liệu tăng trưởng mỗi năm khoảng 12 ÷ 15 tấn/ha và sản lượng rừng nguyên liệu giấy đến kỳ khai thác của Việt Nam dưới 100 tấn/ha, thì diện tích rừng bị khai thác cho ngành giấy không phải nhỏ.
Lượng giấy cũ sử dụng để tái sinh trong sản xuất ở nước ta còn thấp, tuy chưa có thống kê chính xác nhưng được đánh giá khoảng 10 – 15% so với tổng lượng bột giấy sử dụng. Đó là con số quá khiêm tốn vì ở nhiều nước trên thế giới chỉ số này đạt trên dưới 50%. Nhiều vùng trong khu vực (Hàn Quốc, Đài Loan) nhập khẩu rất nhiều giấy cũ để chế biến và tái sử dụng rất có hiệu quả vì vừa không phải khai thác rừng tự nhiên, lại vừa không phải tổ chức sản xuất bột giấy vừa tốn kém, vừa ô nhiễm môi trường.
Về công nghệ, ngành giấy Việt Nam còn lạc hậu và ở trình độ rất thấp. Sản xuất bột giấy là khâu có ảnh hưởng mạnh nhất tới môi trường.
Bột giấy ở nước ta được sản xuất chủ yếu ở Bãi Bằng bằng phương pháp nấu sunfat (sản xuất bột hóa học). Công ty giấy Bãi Bằng có sản lượng bột giấy chiếm 20 – 30% sản lượng bột giấy toàn ngành. Bột giấy ở đây được nấu từ gỗ bồ đề, mỡ, bạch đàn, keo,… (khoảng 50%) và tre nứa (khoảng 50%), theo phương pháp sunphat (dịch nấu là hỗn hợp các dung dịch NaOH và Na2S). Dịch đen sau nấu, rửa, tẩy bột giấy được cô đặc và đốt (không phải nơi nào cũng xử lý như vậy, có nơi thải trực tiếp ra nguồn nước). Khoảng 55% sinh khối nguyên liệu hòa tan vào dịch đen biến thành CO2 khi đốt. Hóa chất nấu được bổ sung ở dạng sunphat natri (nên gọi là phương pháp
31
sunphat) và được thu hồi để dùng lại. Bởi vậy, ô nhiễm sinh ra ở khu này chủ yếu là khí có mùi, chất hữu cơ, hóa chất kiềm tính rò rỉ và khói lò đốt thu hồi [2].
Công đoạn sản xuất giấy bao gồm nghiền bột, pha chế với các chất phụ gia, xeo giấy và hoàn thiện sản phẩm. Các chất ô nhiễm phát sinh và ở công đoạn này không lớn vì nước sản xuất được quay vòng sử dụng theo chu trình khép kín, nước thải chỉ đem theo một lượng nhỏ hóa chất không độc hại, có pH thường là 5.5 – 6.0, và một tỷ lệ rất nhỏ sơ sợi vụn, ngắn thoát qua lưới xeo. Việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong sử dụng quay vòng nước trắng (nước trong chu trình) như sử dụng chất tuyển nổi thu hồi xơ sợi và chất phụ gia, tận thu xơ sợi trên tuyến nước thải như ở công ty giấy Bãi Bằng đã làm giảm đáng kể tình trạng ô nhiễm môi trường.
Tuy nhiên, điều đáng nói là ngoài công ty giấy Bãi Bằng có thiết kế công nghệ và trang thiết bị khá hoàn chỉnh, nhưng nhiều xí nghiệp giấy khác sản xuất theo phương pháp công nghệ rất “không môi trường”. Đó là công nghệ nấu bột giấy từ những loại nguyên liệu khác nhau bằng dung dịch xút (NaOH) ở nhiệt độ cao (130 – 1700C), không có thu hồi hóa chất. Toàn bộ dịch đen sau nấu (hỗn hợp của các hóa chất và các thành phần nguyên liệu đã hòa tan) được thải ra môi trường. Các xí nghiệp sản xuất giấy theo công nghệ như vậy có nước thải với hàm lượng BOD5 và COD rất cao, vượt xa tiêu chuẩn cho phép [2]. Tổng lượng nước thải và giá trị ô nhiễm cho một tấn giấy ở Việt Nam được trình bày như trong Bảng 1.6.
Bảng 1.6. Ô nhiễm của nhà máy giấy và bột giấy điển hình tại Việt Nam.
Thông số Giá trị
Lưu lượng (m
3/t) 150 – 300
BOD
5(kg/t) 90 – 330
COD (kg/t) 270 – 1200
SS (kg/t) 30 – 50
32
Nhìn chung, có thế thấy đặc thù của ngành giấy được mô tả như sau [15]:
- Thiết bị cũ và lạc hậu chiếm hần hết ở các đơn vị nhỏ và vừa (chiếm hơn 98% số lượng đơn vị và 66% năng lực sản xuất, công nghệ cũ gây ô nhiễm cao).
- Chi phí vốn đầu tư lớn (1800 USD/1 tấn giấy từ cây nguyên liệu và 1000÷1200 USD/1tấn giấy từ bột giấy).
- Thu hồi vốn chậm, lợi nhuận thấp, rủi ro lớn.
- Chi phí xử lý chất thải cao, chiếm 20÷25% tổng chi phí đầu tư.
- Chu kỳ kinh doanh trồng cây nguyên liệu dài, thường 7÷9 năm với cây nguyên liệu sợi ngắn, 15÷20 năm với cây nguyên liệu sợi dài. Như vậy, đầu tư trồng cây nguyên liệu cũng cần nhiều vốn và chứa nhiều rủi ro, …
1.3. Xử lý nước thải của quá trình sản xuất giấy
Hiện nay, hệ thống xử lý nước thải ở các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy gồm hai phần: xử lý nội vi và xử lý ngoại vi. Xử lý nội vi thực chất là quá trình xử lý nước thải ra tuần hoàn trở lại để sản xuất bột và giấy, đặc biệt từ “nước trắng” dư thừa có thể xử lý tuần hoàn tái sử dụng triệt để. Nước thải trong quá trình sản xuất bột giấy và giấy khi ra khỏi phân xưởng gồm hai nguồn chính [14]:
- Nguồn nước thải từ công đoạn sản xuất bột giấy: Thành phần chính trong nước thải là lignin, xút, clo, các chất keo nhựa cây…
- Nguồn nước thải từ công đoạn xeo giấy: Thành phần trong nước thải gồm nước
thải rơi rớt, nước trắng dư thừa, nước vệ sinh, nước ở bơm chân không, nước phun rửa chăn lưới xeo, nước làm mát, sơ sợi mịn, bột đá…
Nước thải trong quá trình sản xuất bột giấy và giấy chứa nhiều các chất rắn lơ lửng, lignin, hóa chất tẩy trắng bột, chất phụ gia và các chất hữu cơ hòa tan. Tiêu chuẩn về nước thải trong sản xuất bột giấy và giấy ở Việt Nam được thực hiện theo
33
QCVN 12 : 2008/BTNMT cho nhà máy bột giấy và giấy và QCVN 40 : 2011/BTNMT cho nhà máy công nghiệp.
Hệ thống xử lý nước thải hiện đại áp dụng cho nhà máy bột giấy và giấy bao gồm nhiều cấp, tùy theo yêu cầu chất lượng nước thải, nguồn tiếp nhận của các nước khác nhau mà hệ thống xử lý nước thải khác nhau. Tuy nhiên, hệ thống xử lý nước thải thông thường cho nhà máy bột giấy và giấy sẽ bao gồm các công đoạn sau: Tiền xử lý, xử lý cấp I, xử lý cấp II và xử lý cấp III. Sự giảm ô nhiễm đạt được phụ thuộc vào chất lượng nguồn nước thải và công nghệ,thiết bị của hệ thống xử lý. Tỷ lệ giảm các thông số ô nhiễm của một số thiết bị và hệ thống trong các công đoạn xử lý được chỉ ra ở tài liệu tham khảo [20, 21].
1.3.1. Tiền xử lý
Đây là quá trình xử lý hoàn toàn bằng vật lý. Nước thải được thu gom và qua hệ thống sang để giữ lại các chất rắn có kích thước lớn rồi tập trung ở bể thu gom nước thải. Đây là bước xử lý sơ bộ, mục đích của quá trình này là khử tất cả các tạp chất, vật thể có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải. Từ bể thu gom, nước thải sẽ được bơm lên hệ thống sàng hoặc lưới lọc để thu hồi sơ sợi có trong nước thải. Nước sau khi sàng, lọc sẽ được đưa sang bể chứa trung gian hoặc bể cân bằng trước khi đưa sang xử lý cấp I.
1.3.2. Xử lý sơ cấp (xử lý cấp I)
Quá trình xử lý cấp I là quá trình tách loại các chất lơ lửng có trong nước thải. Tuy nhiên, ở tuyển nổi bằng vi khí, tùy theo công nghệ áp dụng có thể làm giảm chỉ số COD của nước thải (45% ÷ 75%). Có nhiều phương pháp xử lý lý – hóa có thể áp dụng, nhưng thông dụng hơn cả là phương pháp lắng và phương pháp tuyển nổi, hoặc kết hợp cả phương pháp lắng và phương pháp tuyển nổi.
Trong phương pháp lắng, các chất rắn sẽ lắng xuống nhờ trọng lực. Một trong những thông số quan trọng của phương pháp lắng là tải trọng bề mặt (đó chính là lưu lượng trên một đơn vị bề mặt lắng theo thời gian (giờ)). Bể lắng thông thường có chiều
34
cao khoảng 3 ÷ 5 m và thời gian lưu khoảng 6 ÷ 12 giờ. Đường kính của bể lắng hình tròn không nên lớn hơn 50 m và chiều rộng của bể lắng hình chữ nhật không nên lớn hơn 30 m, thì khi đó nguy cơ bị xáo trộn do gió và phá vỡ dòng chảy. Để tăng cường hiệu quả lắng, các chất keo tụ và tạo bông được bổ sung, các chất rắn lắng xuống tạo thành bùn và được lấy ra bằng các thiết bị nạo bùn hoặc bằng các bơm hút.
Trong phương pháp tuyển nổi, một lượng lớn bọt khí được đưa vào nước thải. Các bọt khí nhờ sức căng bề mặt hút dính các chất huyền phù rắn (SS), tạo nên các khối có tỷ trọng nhỏ hơn nước, nhờ vậy khối chất này nổi lên trên mặt nước và được tách đi. Mặt khác, bọt khí cung cấp oxy cho các chất ô nhiễm hòa tan trong nước thải (COD, BOD), thực hiện quá trình ion hóa. Kết quả là lượng TSS,COD và BOD giảm.
Quá trình xử lý cấp I bằng phương pháp tuyển nổi có năm yếu tố quan trọng đó là: Kích thước bọt khí, lượng oxy khuếch tán vào nước của bọt khí, tốc độ chuyển động của nước, diện tích bề mặt và chiều cao của bể tuyển nổi.
Tùy thuộc vào công nghệ và thiết bị tuyển nổi có thể giảm TSS tới 99,8% và giảm COD, BOD tới 45% ÷ 73%.
Trong phương pháp kết hợp lắng và tuyển nổi, các chất keo tụ, tạo bông và bọt khí được đưa vào bể xử lý. Bọt khí thường lớn hơn, có tác dụng làm vật mang chất rắn lơ lửng lên trên mặt nước và cung cấp oxy cho nước trong bể. Ở phương pháp này, bùn nổi được cơ cấu hút bùn lấy đi chuyển vào bể chứa bùn, còn bùn chìm dưới đáy được các thiết bị nạo vét bùn lấy đi đưa vào bể chứa.
1.3.3. Xử lý sinh hóa (xử lý cấp II)
Trong quá trình xử lý cấp II, các vi sinh vật tự nhiên dùng chất hữu cơ trong nước thải để làm thức ăn sinh trưởng và tạo ra tế bào mới (oxy hóa các chất hữu cơ, tổng hợp tế bào mới, phân hủy nội bào). Một số vi sinh vật bị tách ra dưới dạng bùn. Quá trình này có thể là hiếu khí hoặc kỵ khí hoặc xử lý kỵ khí tiếp nối xử lý hiếu khí vì cả hai cách xử lý này bổ sung cho nhau. Hoạt động sinh học phụ thuộc vào các thông số
35
như loại tạp chất hữu cơ, hàm lượng chất dinh dưỡng, nhiệt độ, pH và sự có mặt của các chất độc hại với vi sinh vật.
