Nghiên cứu công nghệ và dây chuyền sản xuất bột giấy hiệu suất cao từ nguồn nguyên liệu trong nước đạt tiêu chuẩn xuất khẩu

VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ








NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ DÂY CHUYỀN SẢN
XUẤT BỘT GIẤY HIỆU SUẤT CAO TỪ NGUỒN NGUYÊN
LIỆU TRONG NƯỚC ĐẠT TIÊU CHUẨN XUẤT KHẨU

Chủ nhiệm đề tài: Vũ Quốc Bảo













7948

Hà nội - 2009

3
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO
I.1. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO KHÔNG TẨY
TRẮNG
Để đáp ứng thị trường, các nhà sản xuất giấy bao gói, hòm hộp các tông
trên thế giới, nhất là ở các khu vực phát triển năng động như Châu Á, đã liên tục
gia tăng công suất các cơ sở sản xuất hiện có và đầu tư các nhà máy mới. Sản
xuất bột bán hóa từ gỗ mềm, gỗ cứng hiệu suất và ch
ất lượng cao là một lĩnh vực
được thế giới quan tâm nghiên cứu triển khai trong những năm gần đây.
Hiện nay có rất nhiều các phương pháp khác nhau được sử dụng để sản
xuất bột bán hóa. Một số phương pháp thông dụng nhất đã được nghiên cứu và
triển khai áp dụng vào trong sản xuất công nghiệp:
+ Phương pháp xử lý dăm mảnh với dung dịch xút ở nhiệt độ thấp hơ
n
100
0
C
+ Phương pháp sunphít trung tính (NSSC)
+ Phương pháp nấu xút - sôđa
+ Phương pháp nấu xút ở nhiệt độ cao
I.1.1. Phương pháp xử lý dăm mảnh với xút ở nhiệt độ thấp hơn 100
0
C
Với phương pháp này, tác nhân hóa học xử lý phổ biến là NaOH, ưu điểm

là hóa chất xử lý đơn giản, dễ vận hành thao tác, suất đầu tư thiết bị tương đối
thấp. Nhược điểm thời gian xử lý kéo dài, hóa chất không thu hồi được một cách
triệt để, độ bền cơ lý của bột thu nhận được không cao so với các phương pháp
khác. Dăm mảnh xử lý theo phương pháp này thườ
ng dùng để nghiền thành bột
bán hóa dùng cho cho sản xuất lớp sóng của cáctông, giấy bao gói hoặc dùng cho

4
sản xuất giấy vàng mã. Khi phối trộn bột này với bột OCC làm tăng chất lượng
giấy lớp sóng như: độ bền nén vòng lớp sóng và một số chỉ tiêu cơ lý khác so với
sản xuất giấy lớp sóng từ 100% từ OCC. Thông thường dăm mảnh được xử lý với
xút, nồng độ kiềm từ 15 – 25 g/l, ở nhiệt độ thấp hơn 100
0
C, thời gian xử lý từ 1
– 3h.








Hình 1.1. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bột bán hoá theo phương pháp xử lý
dăm mảnh với xút ở nhiệt độ thấp hơn 100
0
C
I.1.2. Phương pháp nấu xút ở nhiệt độ cao

Hình 1.2. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bột bán hoá theo phương pháp nấu
xút ở nhiệt độ cao
So với phương pháp xử lý mảnh với xút ở nhiệt độ thấp hơn 100
0
C, bột thu
nhận khi nấu với xút ở nhiệt độ cao có chất lượng cao hơn, thời gian nấu ngắn
Bóc vỏ Chặt mảnh Sàng mảnh
Xử lý mảnh
với xút
Nghiền xé
Rửa bột
Nghiền bột
Sàng bột
SX giấy
Sử dụng lại hay thu hồi hoá chất
Bóc vỏ Chặt mảnh Sàng mảnh Nấu bột
Đánh tơi
Rửa bột
Nghiền bột
Sàng bột
SX giấy
Bốc hơi Lò đốt thu hồi Hoá chất nấu

5

hơn. Tuy nhiên tính lựa chọn của quá trình nấu không cao, theo các kết quả
nghiên cứu và trên thực tế sản xuất nhiệt độ nấu 170
0
C, mức dùng kiềm 8 – 12%,
thời gian bảo ôn 15 – 60 phút, tỷ dịch 1/4. Hiện nay, phương pháp này đang được
áp dụng khá phổ biến và phù hợp với các nhà máy công suất nhỏ hay các cơ sở tư
nhân dùng để sản xuất lớp mặt hay lớp sóng cho cáctông sóng, giấy bao gói chủ
yếu từ nguyên liệu tre, nứa và gỗ cứng.
I.1.3 Phương pháp sunphít trung tính (NSSC)
Phương pháp sunphít trung tính sử dụng tác nhân nấu là Na
2
SO
3
cùng với
các chất đệm mang tính kiềm và quá trình nấu diễn ra trong môi trường gần trung
tính. Trên thế giới, người ta đã nghiên cứu áp dụng phương pháp này từ những
năm 50 để xử lý các loại nguyên liệu ngắn ngày và các loại gỗ lá rộng. Bột thu
nhận được có thể tẩy trắng hoặc không tẩy trắng và dùng để sản xuất giấy in,
cáctông các loại.
Tác nhân phân huỷ và hoà tan lignin của nguyên liệu xơ sợi thực vậ
t trong
quá trình nấu sunphít trung tính là sunphít natri (Na
2
SO
3
). Trong nấu sunphít
trung tính, chủ yếu xảy ra hai quá trình hoá học, đó là phản ứng thuỷ phân và
phản ứng sulfo hoá. Tùy thuộc vào pH của môi trường, các quá trình trên sẽ xảy
ra với mức độ khác nhau. Các phần lignin có cấu trúc phenol tự do là cấu tử chủ
yếu tham gia phản ứng phân huỷ và sulfo hoá chủ yếu liên kết ete ở α và β. Ngoài

ra vòng phenylcoumaran có thể tham gia phản ứng theo hai hướng: sulfo hoá bình
thường, tạo hợp chất sulfo ở α và γ, hoặc tách lo
ại metylol .v.v.
Lignin bị sunphonát hóa sẽ bị giảm khối lượng phân tử và tăng khả năng
hòa tan trong nước. Đó là nguyên nhân dẫn đến sự hòa tan lignin. Ion HSO
3
-
sinh
ra do sunphát natri bị thủy phân:


6

Tuy nhiên so với nấu sunphít trong môi trường axít (pH = 1-3) lignin trong
nấu sunphít trung tính bị sunphonát hóa ở mức không cao đối với gỗ lá kim thì
nấu sunphít trung tính không thể thu được ngay cả xenluylô có độ cứng rất cao.
Vì vậy phương pháp này chủ yếu áp dụng cho gỗ lá rộng và thân cây thảo mọc
nhanh. Đối với gỗ lá rộng dùng phương pháp này chủ yếu là sản xuất bột bán hóa
cho sản xuất giấy bao gói và cáctông sóng. Cũng có thể áp dụng phương pháp này
cho sản xuất bột giấ
y in báo.
Những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình nấu sunphít trung tính là
nhiệt độ, mức dùng hóa chất, pH và thành phần dịch nấu. Nhiệt độ nấu càng cao
thì tốc độ hòa tan lignin càng cao, tuy nhiên trong phương pháp nấu sunphít trung
tính ở khoảng nhiệt độ 140 - 170
0
C lượng lignin hòa tan không thay đổi nhiều
song chất lượng bột tăng lên khá rõ rệt, ở nhiệt độ 175
0
C độ bền cơ lý của bột bắt

đầu giảm và giảm nhanh [38].
Trong thành phần dịch nấu nếu không đủ chất đệm, pH dịch nấu vào giai
đoạn cuối sẽ chuyển sang vùng axít thấp hơn 7 dẫn đến giảm hiệu suất và chất
lượng bột. Nếu thừa chất đệm thì quá trình nấu sẽ nhanh hơn, nhưng giảm đáng
kể hiệu suất và làm bột có mầu sẫ
m khó tẩy trắng. Tỷ lệ chất đệm thích hợp là 20-
30% so với mức dùng Na
2
SO
3
. Chất đệm phù hợp nhất là bicacbonát natri, cũng
có thể sử dụng Na
2
CO
3
, Na
2
S…
Dịch sau nấu sunphít trung tính có thể được cô đặc và đốt giống như trong
nấu sunphát để thu hồi lấy cacbonát natri và nhiệt. Phần tro thu được ở dạng nóng
chảy khi hòa tan trong nước thu được dung dịch cacbonát natri dùng để điều chế
dịch nấu.
Na
2
SO
3
H
2
O 2Na
+

+ HSO
3
-
+ OH
-
(I.1)

7
Môi trường nấu từ kiềm nhẹ đến trung tính ít gây ăn mòn kim loại, dẫn đến
thiết bị sản xuất rẻ tiền hơn, đầu tư cơ bản cho sản xuất thấp đi.
Ở nước ta phương pháp sunphít nói chung và sunphít trung tính nói riêng
chưa được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Trong những năm trước đây, Viện
Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã thử nghiệm phương pháp này đối với nguyên
li
ệu tơ đay để sản xuất giấy cuốn thuốc lá và giấy cốt cho giấy nến, nấu bột giấy
từ bã mía theo phương pháp sunphít trung tính. Đã thấy được các ưu điểm của
phương pháp nấu này là bột dễ nghiền và có độ bền cơ lý cao hơn so với bột nấu
theo phương pháp xút.
I.1.4. Phương pháp nấu xút - sôđa
Để khắc phục nhược điểm của phươ
ng pháp Sunphít trung tính là gây ô
nhiễm môi trường (sinh ra khí SO
2
, và các hợp chất của lưu huỳnh) cũng như
công đoạn thu hồi hóa chất nấu phức tạp, tốn kém nên giữa thập niên 60, quy
trình nấu bột theo phương pháp nấu xút - sôđa rất phát triển.
Tác nhân nấu có thể dùng độc lập NaOH hoặc Na
2
CO
3

, hoặc hỗn hợp của
hai loại hóa chất trên. Nếu chỉ dùng Na
2
CO
3
thì quá trình nấu sẽ kéo dài đồng thời
tốn nhiều hóa chất nên không kinh tế. Công trình nghiên cứu ở Mỹ năm 1976 đã
đưa ra tỷ lệ phối trộn giữa hai loại hóa chất trên trong cùng một mẻ nấu là 15-
50% NaOH và 50-85% Na
2
CO
3
lượng hóa chất tổng tính theo khối lượng khô
tuyệt đối của Na
2
O. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng tỷ lệ thích hợp nhất là 20%
NaOH và 80% Na
2
CO
3

Tính chất cơ lý của bột về cơ bản giảm không đáng kể khi so với bột nấu
theo phương pháp sunphít trung tính. Hơn nữa, dùng phương pháp nấu này còn có
một số ưu điểm so với phương pháp sunphít trung tính:

8
+ Lượng hóa chất tiêu tốn ít hơn, phương pháp nấu sunphít trung tính mức
dùng hóa chất nấu khoảng 6%, còn phương pháp này là 4,5% tính theo đơn vị
Na
2

O.
+ Hiệu suất bột tăng (khoảng 1,8%)
+ Việc thu hồi hóa chất nấu được dễ dàng và triệt để hơn
+ Giảm thiểu ô nhiễm môi trường
Đứng trước tình trạng mất cân đối về bột nói chung và đối với sản xuất
giấy các tông bao gói nói riêng, năm 2007 Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô
được Bộ Công thương giao cho thực hiện đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu công
nghệ sản xuất bột hiệ
u suất cao cho sản xuất giấy lớp sóng của cáctông bao gói
từ nguyên liệu gỗ cứng (các loại keo, bạch đàn)”. Các nghiên cứu sơ bộ ban đầu
cho thấy chất lượng bột hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế -
kỹ thuật cho sản xuất giấy lớp sóng của cáctông bao gói. Tuy nhiên để nâng cao
chất lượng hơn nữa, đáp ứng được các yêu cầu về giấy bao gói, cáctông hòm hộp
ch
ất lượng cao dùng cho xuất khẩu cần nghiên cứu có hệ thống, chuyên sâu hơn
nữa.
Với mục tiêu nâng cao chất lượng và giảm chi phí sản xuất giấy bao gói,
hòm hộp cáctông, đặc biệt là các sản phẩm giấy chất lượng cao phục vụ xuất khẩu
đề tài sẽ tập trung nghiên cứu công nghệ sản xuất bột giấy hiệu suất cao từ các
loại gỗ cứng thông dụng, phổ biến ở
nước ta như: bạch đàn và keo tai tượng.
Phương pháp công nghệ được sử dụng trong nghiên cứu là: phương pháp xử lý
dăm mảnh với xút ở nhiệt độ thấp hơn 100
0
C. Phương pháp công nghệ có quy
trình xử lý đơn giản, chi phí đầu tư thấpvà khá phù hợp với điều kiện Việt nam.



9

I.2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO TẨY TRẮNG.
I.2.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất bột cơ học
Bột hiệu suất cao tẩy trắng thường là bột cơ học, nó được sản xuất chủ yếu
bằng phương pháp cơ học là chính. Có lẽ công nghệ sản xuất bột cơ học được bắt
đầu bằng ý tưởng của J.Ch. Shọffer ngườ
i Đức ngay đầu thế kỷ thứ 18, khi ông
khẳng định mùn cưa và các sản phẩm thừa từ gỗ có thể đem nghiền nhỏ dùng cho
sản xuất giấy. Mặc dù vậy mãi sau này nó mới được thừa nhận, khi Friedrich
Gottlod Keller (1816 - 1895) và Charles Fenerty (1821-1892) khám phá ra bột gỗ
nghiền và lần đầu tiên áp dụng cho sản xuất giấy. Năm 1843, Keller cho ra đời
thể hệ máy đầu tiên: lô nghiền bằng đá và chạy bằng tay quay. Trải qua hàng thế

kỷ, công nghệ sản xuất bột cơ học đã có những bước phát triển không ngừng.
Năm 1960 hầu hết bột cơ học được sản xuất theo quy trình bột gỗ mài và cùng
thời điểm này xuất hiện thế hệ máy nghiền đĩa dùng cho bột cơ đầu tiên. Đến năm
1980, khoảng 50% lượng bột cơ trên thị trường quốc tế được sản xuất theo
phương pháp nghiền.
Do sự đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng của sản phẩm giấy nên công
nghệ bột cơ đã có những thay đổi, song song với bột gỗ mài và bột cơ nghiền đã
xuất hiện bột nhiệt cơ (TMP), bột nhiệt cơ tẩy trắng (BTMP) và bột hoá nhiệt cơ
(CTMP), bột hoá nhiệt cơ tẩy trắng (BCTMP), bột cơ học peroxyt kiềm (APMP)
và mộ
t số công nghệ cải tiến của nó…cho chất lượng bột tốt hơn như: tỷ lệ xơ sợi
dài cao hơn, độ bền cơ lý của bột được cải thiện đáng kể và độ trắng của bột rất
cao . Phần lớn các nhà máy bột cơ có công suất lớn trên thế giới đều áp dụng
công nghệ BCTMP, APMP, đặc biệt một số công nghệ cải tiế
n từ APMP như
công nghệ: peroxyt kiềm có tiền xử lý hoá chất khi nghiền (P-RC-APMP) do
công nghệ này tiết kiệm về đầu tư, chi phí điện năng, lượng COD thải ra môi

10
trường thấp trong khi chất lượng bột cao, khả năng tẩy trắng tới độ cao tốt hơn, hệ
số tán xạ ánh sáng tốt hơn (tại cùng một độ trắng, độ bền)….
Nguyên liệu dùng để sản xuất bột cơ trên thế giới chủ yếu từ gỗ rừng với cả
hai loại gỗ cứng và gỗ mềm. Đối với gỗ mềm bao gồ
m: gỗ cây vân sam (Norway
spruce, Black spruce, White spruce ); gỗ cây linh sam (Blasam fir, Silver fir );
gỗ thông (Radiata pine, White pine, Red pine, Papula pine, Pitch pine, Longleaf
pine ); gỗ cây độc cần (hemlock) Bột cơ học làm từ nguyên liệu này cho chất
lượng bột rất tốt, xơ sợi mảnh, dài, mềm mại, độ trắng cao. Tuy nhiên do công
nghệ và thiết bị ngày càng phát triển và hoàn thiện nên một số loài gỗ cứng cũng
đã được đưa vào sử dụng như: gỗ cây Dương (loài Populus tremuloides ở vùng
Bắc Mỹ; loài Populus tremula ở Châu Âu); một số dòng bạch đàn Urophylla ở
Nam Mỹ, Trung Quốc chất lượng bột khá tốt không thua kém nhiều so với bột
làm từ gỗ mềm, độ trắng của bột có thể đạt tới trên 80%ISO tuỳ thuộc vào công
nghệ. Các cải tiến mới đây trong quá trình thẩm thấu, nghiền và tẩy trắng đối với
công nghệ P-RC-APMP cho phép sản xuất ra bột có chất l
ượng và độ trắng rất
cao (trên 84%ISO) đối với nguyên liệu là gỗ cây Dương. Cũng với công nghệ
này, đối với nguyên liệu là cây bulô (Birch) độ trắng của bột cũng đạt 84,8%ISO
(với độ nghiền CSF 285ml, ) [23].
Trong những thập niên gần đây các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu
về công nghệ nhằm thay thế nguyên liệu gỗ mềm bằng nguyên liệu gỗ cứng mới
như: bạch đàn và các loạ
i keo - một dòng cây nguyên liệu giấy cho năng suất rất
cao và đặc biệt là chu kỳ sinh trưởng khá ngắn (5 – 7năm/chu kỳ khai thác). Tuy
nhiên chất lượng bột còn hạn chế, đặc biệt là độ trắng của bột thấp, hiện tượng
hồi màu cao, đặc biệt là đối với các dòng keo. Tuy nhiên một số kết quả nghiên
cứu cũng đã chỉ ra rằng hoàn toàn có thể sản xuất được bột có độ trắng cao t
ừ các

nguyên liệu này.

11
Kết quả nghiên cứu của G. Pagalos chỉ ra rằng khi thêm 0,026% NaBH
4
(so
với nguyên liệu khô tuyệt đối) trong giai đoạn tẩy thứ 2 của quy trình tẩy H
2
O
2
thì
bột BCTMP từ nguyên liệu gỗ bạch đàn, gỗ keo có thể đạt tới 78,9%ISO [28].
Eric C. Xu và Marc J. Sabourin đã cải tiến quy trình BCTAP thành APMP từ
nguyên liệu bạch đàn Urophylla ở Nam Mỹ, nâng độ trắng của bột sau tẩy lên
80%ISO [33]. Đối với nguyên liệu là Keo lai Kwei – Nam và Wan Rosli cũng chỉ
ra rằng bột BCTMP từ nguyên liệu này thể đạt độ trắng 80%ISO qua hai giai
đoạn tẩy với mức tiêu hao H
2
O
2
khoảng 5%. Nhà khoa học Yonghao Ni, Quin
Jiang và Zhiqing Li người Trung Quốc cũng khẳng định có thể nâng cao độ trắng
của bột BCTMP từ gỗ thích (Maple) khi tẩy trong môi trường khí trơ [32].
Nghiên cứu của Juan Ramos, Florentina Davalos và Jorge Sandoval sử dụng axit
HNO
3
cho giai đoạn tiền thẩm thấu dăm mảnh bạch đàn và keo lai, kết quả cho
thấy chất lượng bột CTMP, APMP sau tẩy trắng được cải thiện đáng kể, độ trắng
đạt tới 81,3%ISO [29]. Nhìn chung các nghiên cứu về bột cơ đối với nguyên liệu
là bạch đàn, keo lai, keo tai tượng, keo lá tràm ở khu vực Châu Á còn ở mức hạn

chế, trong khi các loại nguyên liệu này ngày càng được nghiên cứu, lai tạo, ươm
tr
ồng và cho ra đời các dòng cây nguyên liệu giấy cho năng suất cao, chu kỳ sinh
trưởng ngắn, phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng vùng miền tại khu vực này.
Ở Việt Nam chỉ có duy nhất Công ty cổ phần giấy Tân Mai được đầu từ
xây dựng một dây chuyền bột TMP (nay đã cải tạo thành BCTMP) công suất
40.000 tấn/năm với nguyên liệu đầu vào là gỗ thông nhập từ Newzeland. Tuy
nhiên trong những năm g
ần đây do giá nguyên liệu tăng cao, nguồn nguyên liệu
gỗ thông trong nước không đáp ứng được sản xuất, nên công ty đã có những
nghiên cứu nhằm đưa nguồn nguyên liệu phổ biến trong nước vào sản xuất. Đầu
tiên là gỗ bạch đàn, song chất lượng bột thấp: độ bền thấp, xơ sợi vụn, gẫy nhiều,
độ bền cơ lý thấp và đặc biệt là độ trắng r
ất thấp không đáp ứng được ngay cả đối

12
với sản xuất giấy in báo. Với sự trợ giúp của các chuyên gia nước ngoài công ty
đã chuyển đổi công nghệ và nguyên liệu và đã thu được một số kết quả nhất định:
Bột BCTMP sản xuất từ gỗ keo lai có độ trắng ≈ 70%ISO, đáp ứng được nhu cầu
cho sản xuất giấy in báo của công ty, một phần cho sản xuất giấy in, giấy viết. Để
nâng cao hiệu quả sử
dụng gỗ keo lai, đảm bảo đạt tiêu chuẩn về chất lượng bột
BCTMP, năm 2004 Bộ Công Nghiệp (nay là Bộ Công Thương) và Tổng Công ty
giấy Việt Nam đã giao cho Viện CN Giấy và Xenluylô kết hợp với Công ty giấy
Tân Mai thực hiện đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bột hoá nhiệt
cơ từ nguyên liệu gỗ keo lai”. Kết quả nghiên cứu đã khẳng định, nguyên liệu gỗ
keo lai hoàn toàn có thể
dùng làm nguyên liệu cho sản xuất bột BCTMP, bột sau
tẩy trắng bằng H
2

O
2
, với quy trình QP
1
P
2
cho độ trắng >75%ISO, chất lượng bột
tương đương với bột nhập khẩu sản xuất từ bạch đàn và hoàn toàn đáp ứng được
yêu cầu của sản xuất giấy in, giấy viết theo TCVN.
Bên cạnh công nghệ BCTMP, thì công nghệ P-RC-APMP lần đầu tiên
được triển khai qua dự án của Nhà máy bột giấy Phương Nam (Long An) với
nguyên liệu là cây đay. Thiết bị cũng như công nghệ của nhà máy được cung c
ấp
bởi hãng Andritz. Các nghiên cứu ban đầu về loại nguyên này cũng được hãng
thực hiện tại phòng thí nghiệm cũng như dây chuyền pilot của hãng, kết quả
khẳng định, bột cơ từ nguyên liệu cây đay trồng ở vùng Long An theo công nghệ
P-RC-APMP cho chất lượng bột khá cao, hoàn toàn đáp ứng được tiêu chuẩn bột
dùng cho sản xuất giấy in, giấy viết.
Đối với nguyên liệu là gỗ keo tai tượng, keo lá tràm hiện nay chư
a được
nghiên cứu nhiều, nhất là trong lĩnh vực sản xuất bột cơ học, nên việc nghiên cứu
đưa các loại nguyên liệu này vào sản xuất bột cơ có chất lượng cao ở Việt nam là
rất cần thiết


13
I.2.2. Công nghệ sản xuất bột proxyt – kiềm (APMP)
Trong những năm qua để đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của khách hàng
về sản lượng và chất lượng bột cơ học, các nhà sản xuất bột CTMP đã bổ sung
một số công đoạn vào dây chuyền sản xuất như rửa, tấy trắng nhiều giai đoạn liên

tiếp, nhằm giảm thành phần nhựa và nâng cao độ trắng c
ủa bột giấy.
Để giải quyết mâu thuẫn này, trong nhiều năm qua, người ta đã nghiên
cứu, cải tiến công nghệ sản xuất bột giấy cơ học (MP) thành bột giấy cơ học
perôxít kiềm (Alkaline peroxide mechanical pulp: APMP). Do đó, một số tính
chất của APMP tương đương và có phần trội hơn, đặc biệt là độ trắng so với bột
giấy hóa nhiệt cơ tẩy trắng (BCTMP). Công nghệ APMP có th
ể sản xuất ra bột có
độ trắng lên đến 89%ISO.
Thực chất, công nghệ sản xuất bột APMP là công nghệ sản xuất BCTMP
cải tiến. Công nghệ APMP lần đầu tiên được trình bầy tại hội nghị bột cơ học
quốc tế năm 1989 bởi hãng Andritz. Và nhà máy vận hành thành công đầu tiên
công nghệ này là Malette, Quebec – Canada và nhà máy Yalujiang Paper
Dandong, Trung Quốc. Các thông số vận hành cho thấy công nghệ này cho chất
lượng bột tốt hơn bộ
t BCTMP và giảm khá nhiều chi phí năng lượng. Bảng 1.1 so
sánh giữa 2 công nghệ BCTMP và APMP với nguyên liệu là gỗ thông
Ngày nay, phần lớn các dây chuyền mới xây dựng đều sử dụng công nghệ
APMP và công nghệ cải tiến từ APMP như: P – RC – APMP
Nhìn chung, các công đoạn của công nghệ APMP thường bao gồm:
* Chuẩn bị nguyên liệu:
Từ bãi nguyên liệu, các khúc nguyên liệu được xe cạp vào mâm phân phối
Từ đây nguyên liệu được cấp vào hệ thố
ng băng tải xích, băng tải cao su chuyển
tới tang bóc vỏ (kiểu ướt hoặc khô). Các khúc nguyên liệu được bóc sạch vỏ, các

14
khúc nguyên liệu không hợp cách (quá cơ, có lẫn kim loại hoặc quá ngắn) được
loại ra khỏi hệ thống băng tải. Khúc nguyên liệu được chặt trong máy cắt dăm
dạng mâm dao. Mảnh nguyên liệu thoát ra từ máy cắt mảnh được tách bụi bởi

xiclon và sàng trên hệ thống sàng. Mảnh hợp cách được băng tải chuyển tới bãi
chứa mảnh. Mảnh qua cỡ được quay lại máy cắt mảnh, mảnh quá nhỏ cùng với
bụi được thu gom tới đốt ở lò hơi.
Bảng 1.1: Một số so sánh giữa APMP và BCTMP với nguyên liệu là gỗ thông
Các thông số kỹ thuật BCTMP AMPM
Mức dùng Na
2
SO
3,
% 1,4
Mức dùng NaOH, % 1,8 – 4,3 4,8
Mức dùng H
2
O
2
, % 4,0 4,0
Năng lượng, MWh/t 1,72 1,22
Độ nghiền CSF, ml 77 77
Tỷ trọng, kg/m
3
555 558
Chỉ số xé, mNm
2
/g 6,3 6,3
Chỉ số độ bền kéo, Nm/g 58 60
Độ trắng, %ISO 82,8 84,5
Độ đục, % 80 82
Độ tán xạ ánh sáng, m
2
/kg 39 43

* Xông hơi mảnh nguyên liệu
Mảnh nguyên liệu từ bãi nguyên liệu được chuyển tới bình gia nhiệt sơ bộ
bằng băng tải. Tại đây mảnh nguyên liệu được xông hơi sơ bộ bằng hơi thu hồi từ
hệ thống nghiền và hơi áp suất thấp. Dưới tác dụng nhiệt của hơi nước, các phân
tử lignin dần bão hoà nước và trở nên nềm hơn tạo đ
iều kiện cho quá trình nghiền
tách xơ sợi sau này. Nhiệt độ lignin bắt đầu chuyển sang trạng thái mềm khoảng
80 – 90
0
C, tuỳ từng quy trình sản xuất bột cơ mà người ta có thể tiến hành ở nhiệt
độ 100 – 150
0
C.

15
Thời gian xông hơi đảm bảo cho lượng không khí thoát hết ra khỏi các mao
mạch khoảng 15 –20 phút.
Tiếp đó mảnh nguyên liệu được chuyển dần tới máy rửa mảnh bằng hệ thống
vít tải. Quá trình rửa nhằm tách bỏ cát sạn bám trên mảnh. Cát sạn từ hệ thống rửa
sẽ được lọc tách ra ngoài, nước sạch được tuần hoàn lại hệ thống rửa. Nguyên liệu
sau rửa được vắ
t ép tách nước và qua hệ thống vít tải tới phễu nạp liệu vào bình
gia nhiệt. Tại đây mảnh nguyên liệu được xông hơi trực tiếp trong một thời gian
nhất định trước khi được vít nạp đặc biệt nạp vào thiết bị thẩm thấu hoá chất
* Thẩm thấu hoá chất
Thiết bị thẩm thấu hoá chất có dạng trụ hoặc dạng nghiêng với vít tải kép,
nguyên liệu đ
i ngược từ dưới lên, dịch thẩm thầu gồm: NaOH, DTPA, H
2

O
2
,
MgSO
4
, silicat natri được bơm vào liên tục, mức dịch trong thiết bị được khống
chế tuỳ thuộc vào quy trình công nghệ.
Dưới tác dụng của hoá chất các hợp chất trích ly, hợp chất có phân tử
lượng thấp và một phần lignin sẽ bị hoà tan, song tác dụng quan trọng nhất là làm
cho các thớ gỗ bị trương nở mạnh và trở nên mềm hơn. Quá trình nghiền sẽ rễ
ràng hơn và xơ sợi ít bị vụ
n gẫy hơn.
Tuy nhiên không thể thẩm thấu với một lượng hoá chất lớn, trong thời gian
dài và nhiệt độ cao bởi độ trắng của bột sẽ bị giảm, ảnh hưởng lớn tới quá trình
tẩy trắng.
Thông thường quá trình thẩm thấu hóa chất thường tiến hành ở nhiệt độ
dưới 100
0
C với thời gian từ 10 -25 phút.
Mảnh nguyên liệu từ đỉnh thiết bị thẩm thấu được chuyển vào chứa trong tháp
chứa. Đối với công nghệ APMP, quá trình thẩm thấu thường tối thiểu là 2 giai
đoạn, có dây chuyền quá trình thẩm thấu lên tới 4 giai đoạn.

16
*Nghiền bột
Máy nghiền dùng trong công nghệ APMP thường là máy nghiền đĩa công suất
lớn với hệ thống đĩa nghiền và cơ cấu nạp liệu chuyên dụng. Quá trình nghiền bột
thường tiến hành với 2 giai đoạn. Giai đoạn 1: nồng độ nghiền khoảng 35 – 50%,
nhiệt độ nghiền 120 -130
0

C (2-3 at), giai đoạn 2: nồng độ nghiền 20 - 25%, áp
suất môi trường. Xơ sợi mới nghiền có xu hướng xoắn lại nên cần thiết phải ngâm
bột trong nước nóng một thời gian để xơ sợi duỗi thẳng ra. Vì vậy, bột sau nghiền
được pha loãng và chứa trong bể ở nồng độ khoảng 3%.
Bột sau nghiền có độ nghiền khoảng 35 - 60
0
SR.
* Sàng chọn và làm sạch
Bột từ bể chứa tiếp tục được pha loãng trước khi được bơm tới sàng áp lực.
Các mảnh nguyên liệu còn sót lại và búi xơ sợi được tách ra, qua hệ thống sàng
cong, cô đặc và được nạp trở lại vào giai đoạn nghiền thứ 2. Bột tốt sau sàng
được đưa tới hệ thống lọc cát nồng độ thấp 2 hoặc 3 cấp nhằm loại bỏ cát sạn. B
ột
sau khi đã được làm sạch được đưa vào máy cô đặc, bột được chứa trong các tháp
chứa trước khi chuyển tới hệ thống chuẩn bị bột của máy xeo hoặc tới hệ thống
tẩy trắng bột. Bột thô loại ra từ sàng được đưa đến hệ thống nghiền lại.
*Tẩy trắng bột
Tuỳ từng loại nguyên liệu cũng như yêu cầu chất l
ượng bột cho các mục đích
sử dụng nhất định mà bột APMP sẽ được tẩy trắng thêm với mức dùng hoá chất
nhất định.
Bột từ bể chứa sau thiết bị cô đặc được chuyển tới thiết bị trộn hoá chất và gia
nhiệt tới nhiệt độ nhất định theo yêu cầu kỹ thuật trước khi chuyển vào tháp tẩy.
Tuỳ công nghệ mà quá trình tẩy có thể
được tiến hành tẩy một giai đoạn hoặc 2
giai đoạn với các loại hoá chất tẩy khác nhau. Bột sau tẩy ở giai đoạn cuối cùng

17
được rửa sạch và trung hoà bằng khí SO
2

hoặc axit sunphuric trước khi tới bể
chứa.
* Tồn trữ bột
Đối với các nhà máy sản xuất bột APMP thương phẩm, bột sau rửa được sàng
chọn – làm sạch một lần nữa bằng hệ thống sàng áp lực và lọc cát nồng độ thấp.
Bột sau cô đặc, vắt ép tới nồng độ khoảng 30 -35% sẽ được phun vào hệ thống
hầm sấy để sấy khô. Bột khô sẽ
được ép, đóng bành và bao gói. Do bột có hiệu
suất rất cao, hàm lượng lignin gần như không thay đổi nên độ trắng của bột sẽ dần
bị thay đổi dưới tác dụng của môi trường nên thời gian tồn trữ bột APMP thấp
hơn nhiều so với bột hoá tẩy trắng.
Trong khuân khổ đề tài, công nghệ APMP với các cải tiến của nó sẽ được sử
dụng cho nghiên cứu 2 loại nguyên liệu: bạ
ch đàn, keo tai tượng.

Hình 1.3. Dây chuyền APMP của Anditz

18
I.2.3. Tẩy trắng bột APMP
Bột APMP là loại bột có hiệu suất cao, nên thành phần của bột vẫn chứa
hầu hết các thành phần của gỗ: xenluylô, hemixenluylô, lignin và một số hợp chất
có phân tử thấp.
Bản chất của quá trình tẩy trắng là song song với quá trình loại bỏ một
phần lignin thì chủ yếu là quá trình làm mất màu các nhóm mang màu có trong
lignin và các hợp chất có nguồn gốc từ lignin sinh ra trong quá trình sản xuất bột.
Đạ
i phân tử lignin không mang màu song thành phần của nó có các tập hợp liên
kết chưa bão hoà, mang màu như: nhóm cacbonyl, nhóm etylenic, các vòng
aromatic [24], khi có mặt của các nhóm trợ màu thì cường độ màu sắc của
chúng tăng lên khá nhiều.

Đối với bột cơ học, quá trình tẩy trắng chủ yếu được áp dụng theo hai
phương pháp: phương pháp khử hoặc phương pháp oxy hoá. Hai phương pháp
này có thể sử dụng kết hợp với nhau. Tác nhân tẩy trắng mang tính khử thường sử
dụ
ng là: bisunphit, đitionit, bohyđro song chất hay được sử dụng nhất là natri
hyđrosunphit (Na
2
S
2
O
4
). Tác nhân oxy hoá bao gồm hợp chất peroxyt, ôzôn.
Đối với bột APMP, bản thân quá trình nghiên bột cũng đã diễn ra quá trình
tẩy. Để tăng thêm độ trắng, một giai đoạn tẩy bằng hyđrôperoxyt (H
2
O
2
) thường
được sử dụng.
Quá trình tẩy trắng bằng hydro peroxyt thường được tiến hành trong môi
trường kiềm. Dưới tác dụng kiềm, H
2
O
2
tạo thành ion perhyđrôxyl OOH
-
theo
phương trình (I.2). Ion OOH
-
là tác nhân oxy hoá các nhóm mang mầu của các

hợp chất hữu cơ có trong ligin và một số hợp chất hữu cơ phân tử lượng thấp
khác, đem lại độ trắng cho bột.
H
2
O
2
+ OH
-
→ OOH
-
+ H
2
O (I.2)

19
Theo Martin trong môi trường pH nhỏ hay nồng độ ion OH
-
thấp, không đủ
cho phản ứng tạo ion OOH
-
nên hiệu quả tẩy rất thấp (tại pH 10,5 chỉ có dưới
10% H
2
O
2
tạo thành OOH
-

trong khi tại pH là 12,5 thì lượng này là 95%). Tuy
nhiên nếu pH của môi trường tẩy quá cao sẽ phá huỷ ngay các ion OOH

-
ngay sau
khi tạo thành, mặt khác trong môi trường kiềm mạnh còn thúc đẩy phản ứng hoá
học giữa kiềm và lignin làm độ trắng của bột giảm, đặc biệt khi tiến hành tẩy
trắng ở nhiệt độ cao. Như vậy việc khống chế pH là rất quan trọng trong quá trình
tẩy trắng bột cơ học bằng peroxyt. Thông thường pH thường được giữ trong
khoảng 10,5 – 12,5 trong suốt quá trình tẩy.
Natri hydroxyt là nguồn cung cấp kiềm chính trong công ngh
ệ tẩy H
2
O
2
.
Trong suốt quá trình tẩy, pH của môi trường giảm liên tục theo thời gian, để khắc
phục hiện tượng này natrisilicat đến nay vẫn được sử dụng thêm vào dịch tẩy. Nó
không chỉ là nguồn kiềm bổ sung mà còn làm ổn định pH môi trường tẩy.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy Na
2
SiO
3
thường được dùng ở mức 5% (so
với bột khô tuyệt đối) [4], [33]. Một lượng nhỏ khoảng 0,05% muối MgSO
4
được
thêm vào cùng với Na
2
SiO
3
, chúng có tác dụng khử hoạt tính xúc tác phân huỷ
H

2
O
2
của các ion kim loại chuyển tiếp như: Mn, Cu, Fe Mặt khác nó còn hoạt
hoá H
2
O
2
tạo ra phản ứng phân ly qua sản phẩm trung gian là các peroxyt silicat
HOO
-
.SiO
3-
không bền trong nước có tác dụng oxxy hoá mạnh hơn nhiều so với
peroxyt [5]. Bên cạnh việc sử dụng hỗn hợp Na
2
SiO
3
và MgSO
4
thêm vào trong
dịch tẩy để hạn chế tới mức tối đa ảnh hưởng của các kim loại chuyển tiếp người
ta còn bổ xung thêm một giai đoạn xử lý bột (giai đoạn Q) trước khi tẩy bằng một
số hợp chất như: EDTA, DTPA, HEDTA, DTPMA Giai đoạn chelat hoá
thường được tiến hành ở nồng độ tương đối thấp do khả năng tạo phứ
c tại nồng
độ thấp tốt hơn, nồng độ thường dùng là 5% [20]. Nhiệt độ tiến hành khoảng
60
0
C. Giai đoạn Q này có thể kết hợp cùng với giai đoạn P.

20
Đối với quá trình tẩy trắng bột cơ học bằng H
2
O
2
, nồng độ bột tẩy có ảnh
hưởng khá nhiều tới độ trắng của bột sau tẩy do bản chất của quá trình tẩy bột cơ
là tẩy trắng bề mặt nên tại nồng độ cao thì nồng độ hoá chất tẩy trên bề mặt xơ sợi
tăng lên, tăng hiệu quả của quá trình tẩy. Xu hướng các hệ thống tẩy hiện đại
ngày nay kể cả b
ột hoá lẫn bột cơ đều sử dụng các thiết bị tẩy có nồng độ trung
bình hoặc nồng độ cao 15 – 35%, nhiệt độ tẩy thường được giữ trong khoảng 40 -
85
0
C và thời gian tẩy không quá 120 phút.
Mức dùng H
2
O
2
là điều quan trọng nhất, nó không chỉ quyết định tới độ
trắng. Presley và Hill khẳng định với các điều kiện tẩy tốt nhất, khi tiến hành tẩy
trắng bột APMP từ gỗ vân sam thì khi mức dùng H
2
O
2
> 6% so với bột khô tuyệt
đối thì độ trắng của bột tăng khá chậm. Mặt khác khi mức dùng H
2
O

2
cao thì
lượng kiềm cũng phải tăng theo để đảm bảo cho quá trình phân ly H
2
O
2
, nên nồng
độ các ion OH
-
trong môi trường khá lớn phần nào thúc đẩy phản ứng kiềm với
ligin làm độ trắng của bột giảm. Tuy nhiên mức dùng H
2
O
2
còn phụ thuộc khá
nhiều vào độ trắng ban đầu của gỗ nguyên liệu, đặc biệt là đối với các loại gỗ
cứng.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu quy trình sản xuất bột hiệu suất cao tẩy
trắng từ các loại nguyên liệu trong nước, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu nên hướng
nghiên cứu của đề tài sẽ tập chung vào công nghệ APMP.
I.3. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÁC NHÀ MÁY SẢN XU
ẤT
HIỆU SUẤT CAO
Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Công nghệ xử lý nước
thải phát triển không ngừng và ngày càng hiện đại và tiên tiến hơn nhằm đáp ứng
những nhu cầu cấp thiết của về bảo vệ môi trường. Các hệ thống xử lý nước thải
công nghiệp nói chung và công nghệ sản xuất bột giấy nói riêng là sự kết hợp

21
tổng hòa các phương pháp xử lý hóa – lý và sinh học bao gồm các công đoạn

dưới đây.
I.3.1. Xử lý cấp 1
Trong quá trình xử lý cấp một, có rất nhiều phương pháp hóa lý được ứng
dụng để xử lý loại bỏ các chất rắn lơ lửng, các hạt huyền phù, màu và các chất
hợp chất độc như các phương pháp keo tụ, động tụ và oxy hóa, ozon hóa, điện
phân, thẩm thấu ngược, lọc siêu âm, hấp phụ, và các các công ngh
ệ lọc nano.
Nhưng phương pháp lắng và tuyển nổi là các phương pháp phổ biến nhất cho quá
trình xử lý nước thải trong các nhà máy giấy và bột giấy trên thế giới.
I.3.1.1. Quá trình lắng
Quá trình lắng và tuyển nổi là các quá trình làm sạch cơ bản trong công
nghệ xử lý nước thải. Nước cần xử lý được đưa vào bể và giữ lại đó trong suất
quá trình làm việc. Nhờ diện tích tiết diện lớn, tốc
độ dòng chảy nhỏ mà quá tình
xảy ra trong bể gần như ở trạng thải tĩnh. Dưới tác dụng của lực trọng trường, các
hạt cặn có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của chất lỏng bao quanh nó
sẽ lắng xuống (quá trình lắng), trong khi đó các hạt cặn có khối lượng riêng nhỏ
hơn khối lượng riêng của chất lỏng sẽ nổi lên trên bề mặt (quá trình tuyể
n nổi).
Bằng cách đó cặn lơ lửng có mặt trong nước thải, hoặc là di chuyển xuống đáy
tạo thành lớp bông cặn, hoặc là di chuyển lên trên bề mặt nước tạo thành lớp váng
bọt, phần nước trong sẽ được đưa ra ngoài.
I.3.1.2. Quá trình tuyển nổi [15],[54]
Quá trình tuyển nổi là quá trình phân tách các hạt rắn hoặc lỏng được thực
hiện bằng cách cung cấp các bọt khí mịn vào pha lỏng. Các bọ
t khí dính kết với
các hạt khiến cho lực đẩy của bọt khí kết hợp với hạt rắn đủ lớn để kéo các hạt

22
này nổi lên bề mặt. Nhờ đó mà các hạt có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của chất lỏng

cũng nổi được.
Trong quá trình xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi được áp dụng để xử lý
các chất lơ lửng trong nước và cô đặc bùn. Một vài nhà máy xử lý nước thải giấy
và bột giấy ở Hà Lan đã thu hồi được 80% chất rắn lơ lửng, với t
ốc độ thải trên
1,4m
3
/m
2
h. Nhờ sử dụng quá trình tuyển nổi khí hòa tan mà nhà máy giấy Shotton
cũng đã thu hồi được 30% nguyên liệu và nước thải được tái sử dụng lại.
Bên cạnh đó quá trình tuyển nổi có thể xử lý các chất độc và các hợp chất
khác có trong nước thải. Tuy nhiên, quá trình tuyển nổi ứng dụng cho nước thải
giấy và bột giấy không loại được nhiều các chất hữu cơ để giảm tải lượ
ng COD
và BOD trong nước thải không giống như quá trình xử lý nước thải đô thị. Quá
trình tuyển nổi thường sử dụng kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông. Hóa chất
keo tụ thường sử dụng là: phèn nhôm, phèn sắt, vôi và một số loại polyme keo
tụ…
I.3.2. Xử lý cấp 2
Nước thải sau khi đi qua hệ thống xử lý cấp 1, các chất rắn lơ lửng đã được
loại bỏ. Nướ
c thải được đưa vào hệ thống xử lý cấp hai, giai đoạn này là giai đoạn
ứng dụng các phương pháp sinh học để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong
nước thải cũng như các chất vô cơ như H
2
S, sunfit, ammonia, nitơ dựa trên cơ sở
hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường.
Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất có trong nước thải làm
thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý xử lý

sinh học có thể phân chia thành hai loại:
 Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt độ
ng trong điều
kiện cung cấp oxy liên tục

23
 Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm ví sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều
kiện không có oxy.
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa
sinh học. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các
chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật
theo ba giai đoạn chính như sau: [54]
 Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề m
ặt tế bào vi sinh vật
 Khuếch tán từ mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên
trong và bên ngoài tế bào
 Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp
tế bào mới.
Tốc độ quá trình oxy hóa sinh học phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm
lượng tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thả
i vào hệ thống xử lý. Ở
mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh
dưỡng và nguyên tố vi lượng.
I.3.2.1. Quá trình sinh học hiếu khí [54]
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau:
 Oxy hóa các chất hữu cơ
:
C
x

H
y
O
z
+ O
2
CO
2
+ H
2
O + ∆H [I.3]
 Tổng hợp tế bào mới:
C
x
H
y
O
z
+ NH
3
+ O
2
CO
2
+ H
2
O + C
5
H
7

NO
2
- ∆H [I.4]
Enzi
m

Enzim

24
 Phân hủy nội bào:
C
5
H
7
NO
2
+ O
2
5CO
2
+ H
2
O + NH
3
± ∆H [I.5]
Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều
kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo
điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh học nên quá trình xử lý có tốc độ và
hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tuy nhiên trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình
xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:

1) Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh tr
ưởng lơ lửng (Quá trình sinh học tăng
trưởng lơ lửng)
Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá
trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên
tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ oxy một cách liên tục
và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra
khỏi bể
lắng không được nhỏ hơn 2 mg/l. Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể
bùn hoạt tính phụ thuộc vào:
 Tỷ lệ giữa lượng thức ăn (chất hưu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật
: tỷ lệ F/M
 Nhiệt độ
 Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của sinh vật
 Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi ch
ất
 Lượng các chất cấu tạo tế bào
 Hàm lượng oxy hòa tan
Theo như nghiên cứu điều tra các hệ thống xử lý nước thải của 80 nhà máy
giấy và bột giấy ở Mỹ và 8 nhà máy ở Anh, và một số nhà máy của Thủy Điển,
G.Thopson [43] đã xác định được một số loại vi sinh vật tồn tại phổ biến nhất
Enzi
m


25
trong hệ thống bùn hoạt tính này là : Haliscomenobacter Hydrossis, Throthix I và
II và Eikelboom loại 021N, N.limicola II và III.
Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa
vào hệ thống cần có hàm lượng SS không quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu

mỏ không quá 25mg/l, pH = 6,5 - 8,5, nhiệt độ 6
0
C < t
0
C < 37
0
C.
2)Bể hoạt động gián đoạn( Sequencing Batch Reactor - SBR)
Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo
kiểu làm đầy và xả cặn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn
hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều tất cả xảy ra cùng một bể và được thực
hiện lần lượt theo các bước:
 Phản
ứng
 Lắng
 Xả cặn
 Ngưng
Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được
sử dụng để khử chất hữu cơ chứa cacbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm
thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí.
Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất.
I.3.2.2.Quá trình sinh họ
c kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh học phức tạp
tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương
trình phản ứng sinh học
trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau :
Chất hữu cơ CH
4
+ CO

2
+ H
2
+ NH
3
+ H
2
S + tế bào mới [I.6]
Vi sinh v
ật

26
Tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn [54]
 Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử
 Giai đoạn 2: Axit hóa
 Giai đoạn 3: Axetat hóa
 Giai đoạn 4: Metan hóa
Tuy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành :
1) Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng tiếp xúc (Anaerobic
Contact Process)
Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ
khi sử dụng quá trình tiếp
xúc kỵ khí thu được kết quá rất cao. Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với
bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn.
Sau khi phân hủy, hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng
bùn và nước. Bùn được tuần hoàn trơ lại bể kỵ khí. Lượng bùn thải ra thường rất
ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vậ
t chậm. Hệ thống xử lý dạng này ít được
ứng dụng ngoài thực tế.
2) Quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng chảy nước chảy ngược (từ dưới

lên) (Upflow Anaerobic Sludge Blanket -UASB) [17].
Đây là một trong những quá trình kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế
giới do các đặc điểm sau:
 Cả ba quá trình, phân hủy - lắng bùn - tách khí đều được lắp đặt trong cùng
một hệ thống

Tạo thành các loại bùn có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so
với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng
 Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động
được sau một thời gian ngững mà không cần nạp nguyên liệu.