ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Trần Việt Ba
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ
CỦA CÁC BỂ HIẾU KHÍ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH
DINH DƯỠNG THÍCH HỢP CHO VI KHUẨN
ĐỐI VỚI HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CỦA NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội 2012
1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Trần Việt Ba
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ
CỦA CÁC BỂ HIẾU KHÍ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH
DINH DƯỠNG THÍCH HỢP CHO VI KHUẨN
ĐỐI VỚI HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CỦA NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG
Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 60.44.41
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NG ƯỜI H ƯỚNG DẪN KHOA
HỌC
TS. Lê Tuấn Anh
Hà Nội 2012
LỜI CAM ĐOAN
2
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ khoa học dưới đây là một đề tài mới, chưa từng
được báo cáo, đăng báo hay công bố rộng rãi trên các phương tiện thông tin đại chúng.
Tôi không sao chép với bất kỳ hình thức nào. Những tài liệu được sử dụng trong luận
văn chỉ mang tính chất tham khảo.
Hà Nội, Ngày 20 tháng 12 năm 2012
Tác giả
Trần Việt Ba
LỜI CẢM ƠN
3
Bản luận văn Thạc sỹ này được thực hiện và hoàn thành tại bộ môn công nghệ
hóa học – Khoa Hóa Học – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia
Hà Nội và phòng Kỹ Thuật Tổng Công ty Giấy Việt Nam – Thị Trấn Phong Châu –
Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ.
Để hoàn thành luận văn này đúng thời gian quy định và đầy đủ nội dung yêu cầu,
tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ thầy cô, bạn bè, các đồng nghiệp, gia đình…
Trước tiên tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Lê Tuấn Anh, người đã
trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi tận tình, chu đáo trong suốt quá trình nghiên cứu và thực
hiện luận văn.
Đặc biệt với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS
Trịnh Lê Hùng đã cung cấp cho tôi một số tài liệu liên quan đến đề tài luận văn, đồng
thời cũng cho tôi một số kiến thức chuyên sâu về vi sinh vật nói chung và về vi sinh vật
trong xử lý nước thải giấy bằng phương pháp hiếu khí nói riêng.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Công Nghệ Hóa Môi
Trường – Khoa Hóa Học – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia
Hà Nội đã tận tình dạy bảo, hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình
học tập, nghiên cứu tại trường để hoàn thành khóa học.
Tôi cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể cán bộ công nhân viên tại bộ
phận vận hành xử lý nước thải và bộ phận Môi Trường, đặc biệt là TS. Đặng Văn Sơn –
Phó Trưởng Phòng – Phòng Kỹ Thuật – Tổng Công ty Giấy Việt Nam – Thị Trấn Phong
Châu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ đã tạo điều kiện, nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá
trình khảo sát, thu thập thông tin và tài liệu liên quan để xây dựng luận văn.
Cuối cùng tôi xin được cảm ơn toàn thể bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã giúp
đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, Ngày……Tháng…..năm 2012
Tác giả
Trần Việt Ba
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................
i
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................
ii
4
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT..............................................
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................
x
DANH MỤC CÁC HÌNH...........................................................................................
xiii
MỞ ĐẦU......................................................................................................................
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN......................................................................................
3
Công nghệ sản xuất bột giấy, giấy và đặc tính của nước
1.1.
thải.....................
3
1.1.1. Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính nước thải.................................
3
1.1.2. Công nghệ sản xuất giấy (xeo giấy) và đặc tính nước thải......................
10
1.2. Tình hình chung của thế giới và Việt Nam về ô nhiễm môi trường do
ngành sản xuất giấy gây ra.............................................................................
12
1.2.1. Đặc thù của ngành giấy thế giới và tình hình ô nhiễm môi trường.........
12
1.2.2. Đặc thù của ngành giấy Việt Nam và tình hình ô nhiễm môi trường......
13
1.3.
Xử lý nước thải của quá trình sản xuất giấy.................................................
17
1.3.1. Tiền xử lý.................................................................................................
18
1.3.2. Xử lý sơ cấp (xử lý cấp I)........................................................................
18
1.3.3. Xử lý sinh hóa (xử lý cấp II)....................................................................
19
1.3.4. Xử lý cấp III.............................................................................................
20
1.4.
Xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học........................................
20
1.4.1. Phương pháp xử lý sinh học kỵ khí.........................................................
21
1.4.2. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí......................................................
25
1.5.
Vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải..................................................
28
1.5.1. Giới thiệu chung về vi sinh vật................................................................
28
1.5.2. Cơ chế xử lý nước thải bằng vi sinh........................................................
31
1.5.2.1.
Sinh trưởng lơ lửng (bùn hoạt tính)............................................
31
1.5.2.2.
Sinh trưởng bám dính (hay màng sinh học)...................................
31
5
1.5.3. Nhu cầu dinh dưỡng vi sinh vật...............................................................
32
1.5.3.1.
Nguồn thức ăn cacsbon của vi sinh vật..........................................
32
1.5.3.2.
Nguồn thức ăn nitơ của vi sinh vật................................................
33
1.5.3.3.
Nguồn thức ăn khoáng của vi sinh vật...........................................
33
1.5.4. Ảnh hưởng của các yếu tố vật lý và hóa học đến sinh trưởng và phát triển
của vi sinh vật trong nước...............................................................
1.6.
34
1.5.4.1.
Hàm lượng oxy hòa tan..................................................................
34
1.5.4.2.
Nhiệt độ..........................................................................................
35
1.5.4.3.
Độ pH.............................................................................................
35
1.5.4.4.
Thành phần các chất trong nước....................................................
36
Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của công ty Giây Bãi Bằng......................
38
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM.................................................................................
43
2.1. Đối tượng nghiên cứu...............................................................................
43
2.2. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................
43
2.3. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị chính sử dụng cho nghiên cứu................
44
2.3.1. Hóa chất..................................................................................................
44
2.3.2. Dụng cụ và thiết bị.................................................................................
45
2.4. Bổ sung dinh dưỡng...................................................................................
47
2.5. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................
48
2.6. Các phương pháp phân tích xác định các thông số chất lượng nước
thải................................................................................................................
50
2.6.1. Xác định pH và nhiệt độ.........................................................................
50
2.6.2. Xác định COD........................................................................................
50
2.6.3. Xác định MLSS......................................................................................
51
2.6.4. Xác định chỉ số thể tích bùn (SVI).........................................................
52
2.6.5. Xác định hàm lượng amoni bằng phương pháp so màu chỉ thị nessler..
53
2.6.6. Xác định photpho bằng phương pháp đo quang với thuốc thử 55
6
amonimolipdat – vanadat......................................................................
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................
58
3.1. Đặc trưng về khả năng xử lý của hệ thống xử lý nước thải Công ty Giấy
Bãi Bằng................................................................................................
58
3.2. Nghiên cứu xử lý nước thải ngành giấy bằng phương pháp sinh học hiếu
khí quy mô phòng thí nghiệm..............................................................
60
3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất vi lượng tới hoạt động sinh sống và
phát triển của vi sinh vật....................................................................
60
3.2.2. Nghiên cứu trên quy mô phòng thí nghiệm so sánh khả năng xử lý giữa
HTXLNT – Công ty Giấy Bãi Bằng và mô hình thí nghiệm với việc bổ
sung dinh dưỡng cần thiết cùng với các nguyên tố vi lượng.....
63
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng phân vi lượng đến hiệu quả xử lý
COD............................................................................................................
3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng phân vi lượng...........................
66
67
3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của SVI tới khả năng xử lý COD giữa bổ sung N,
P với bổ sung vi lượng......................................................................
70
3.4. Nghiên cứu thử nghiệm xử lý nước thải ngành giấy trên quy mô pilot 1
m3....................................................................................................................
75
3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng tới hiệu quả xử lý
COD trong pilot 1 m3.............................................................................
76
3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của SV30, MLSS và SVI tới hiệu quả xử lý
COD........................................................................................................
3.4.3. Nghiên cứu nhu cầu sử dụng dinh dưỡng của vi sinh vật......................
77
80
3.5. Nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý giữa mô hình thí nghiệm và mô hình
pilot.................................................................................................................
83
3.5.1. Nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD giữa mô hình thí nghiệm và mô
hình pilot 1 m3..................................................................................
83
3.5.2. Nghiên cứu so sánh các thông số MLSS và chỉ số thể tích của bùn SVI tới 86
7
khả năng xử lý nước thải giấy giữa quy mô phòng thí nghiệm và quy mô
pilot.......................................................................................
3.5.3. Nghiên cứu sự khác nhau giữa bổ sung N, P và vi lượng với bổ sung chất
dinh dưỡng thông thường N và P....................................................
88
3.6. Xây dựng quy trình bổ sung thích hợp và tính toán sơ bộ chi phí............
89
KẾT LUẬN.................................................................................................................
91
KIẾN NGHỊ................................................................................................................
92
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................
93
PHỤ LỤC....................................................................................................................
97
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
8
Aeroten
Anaerobic
BOD5
CNG
COD
HCCN
HCHC
HTXLNT
MBR
MBBR
MLSS
TCVN
TKPT
TSS
VSS
VSV
SV30
SVI
Bể xử lý sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính
Bể sinh học yếm khí
Biological Oxygen Demand 5 days
(Nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày)
Công nghiệp giấy
Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa học
Hóa chất công nghiệp
Hợp chất hữu cơ
(Organic subtance compound)
Hệ thống xử lý nước thải
Member Biological Reactor
(Bể lọc sinh học bằng màng)
Moving Bed BioReactor
(Vi sinh dính bám trên lớp vật liệu mang di chuyển)
Mixed liquoz Suspended Solids
(Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng)
Tiêu chuẩn Việt Nam
Tinh khiết phân tích
Total Suspended Solids
(Tổng chất rắn hòa tan)
Volatile Suspended Solids
(Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi)
Vi sinh vật
(Microorganism)
Thể tích bùn sau lắng 30 phút
Sludge volume index
(Chỉ số thể tích bùn)
9
DANH MỤC CÁC
BẢNG
Chương 1.
Bảng 1.1.
Tổng quan
Đặc tính nước thải công nghệ sản xuất bột
hóa………………………..
10
4
Bảng 1.2.
Đặc tính nước thải công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt
cơ……………….
Bảng đặc tính nước thải giấy khử
Bảng 1.3.
mực………………………………….
9
Đặc tính nước thải của quá trình xeo
Bảng 1.4.
giấy………………………………
Bảng 1.5.
5
12
Tình hình sử dụng và thu gom giấy phế liệu của một số nước điển
hình trên thế
giới……………………………………………………………...
Bảng 1.6.
13
Ô nhiễm của nhà máy giấy và bột giấy điển hình tại Việt
Nam………...
16
Bảng 1.7.
Các vi sinh vật phân hủy xenlulose……………………………………..
31
Bảng 1.8.
Nhu cầu cần thiết về muối khoáng đối với vi khuẩn, nấm và xạ
khuẩn...
35
Bảng 2.1.
Danh mục các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu…………………….
44
Bảng 2.2.
Danh mục các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu……………………...s 45
Bảng 2.3.
Xây dựng đường chuẩn amoni…………………………………………
55
Bảng 2.4.
Xây dựng đường chuẩn photpho……………………………………….
57
Chương 3.
Kết quả và thảo luận
Chương 2.
Thực nghiệm
Bảng 3.1.
Thông số khảo sát HTXLNT Công ty Giấy Bãi Bằng…………………
Bảng 3.2.
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD……………………... 61
Bảng 3.3.
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng hàm lượng
NH4+............
Bảng 3.4.
59
61
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng hàm lượng
PO43............
11
62
Bảng 3.5.
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD giữa HTXLNT và
quy mô phòng thí
nghiệm................................................................................
Bảng 3.6.
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng hàm lượng
NH4+ .............
Bảng 3.7.
65
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng vi lượng tới khả năng
loại bỏ COD............................................................................................
Bảng 3.9.
64
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng hàm lượng
PO43..............
Bảng 3.8
64
68
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của V30 MLSS và SVI tới khả năng
xử lý COD nước thải giấy bằng phương pháp sinh học hiếu
khí...................
Bảng 3.10.
72
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của SVI tới khả năng xử lý COD
nước thải giấy bằng phương pháp sinh học hiếu
khí.........................................
Bảng 3.11.
73
Kết quả nghiên cứu khả năng sử dụng NH4+ trong nước thải giấy
bằng phương pháp sinh học hiếu
khí.................................................................
Bảng 3.12.
74
Kết quả nghiên cứu tới khả năng sử dụng PO43 trong nước thải giấy
bằng phương pháp sinh học hiếu
khí .......................................................
Bảng 3.13.
Kết quả nghiên cứu hiệu quả xử lý COD của nước thải giấy trên quy
mô pilot 1 m3............................................................................................
Bảng 3.14.
82
Kết quả nghiên cứu hiệu quả sử dụng PO43 của xử lý nước thải giấy
trên quy mô pilot 1 m3..............................................................................
Bảng 3.17.
79
Kết quả nghiên cứu hiệu quả sử dụng NH4+ của xử lý nước thải giấy
trên quy mô pilot 1 m3..............................................................................
Bảng 3.16.
77
Kết quả nghiên cứu V30, MLSS và SVI tới xử lý nước thải giấy trên
quy mô pilot 1 m3.....................................................................................
Bảng 3.15.
74
83
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD giữa mô hình thí
nghiệm và quy mô pilot 1 m3....................................................................
12
85
Bảng 3.18.
Kết quả nghiên cứu so sánh thông số MLSS và chỉ số SVI tới hiệu
quả xử lý COD giữa quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot 1
m3............
Bảng 3.19.
87
Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng NH4+ và PO43 giữa quy
mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot 1 m3.............................................
DANH MỤC CÁC HÌNH
13
89
Chương 1.
Tổng quan
Hình 1.1.
Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa và các dòng
thải…………………….
Hình 1.2.
Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hóa nhiệt cơ……………….….
…………
Hình 1.3.
4
6
Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy tái chế có khử mực…………….
……….
8
Hình 1.4.
Sơ đồ công nghệ xeo giấy………………………………………………
10
Hình 1.5.
Sơ đồ hệ thống xử lý nước
thải………………………………………….
40
Chương 2.
Thực nghiệm
Hình 2.1.
Sơ đồ thiết bị thí nghiệm xử lý nước
thải……………………………….
14
49
Hình 2.2.
Đồ thị đường chuẩn amoni……………………………………………...
55
Hình 2.3.
Đồ thị đường chuẩn photpho……………………………………………
57
Chương 3.
Kết quả và thảo luận
Hình 3.1.
Sự biến thiên COD, NH4+, PO43 khi không sử dụng chất dinh dưỡng
và khi sử dụng các nguyên tố vi lượng……………………..
………………
Hình 3.2.
Hiệu xuất loại bỏ COD và hiệu quả sử dụng NH4+, PO43
……………...
Hình 3.3.
75
Mối quan hệ giữa hiệu xuất loại bỏ COD và hiệu quả sử dụng NH4+,
PO43.........................................................................................................
Hình 3.6.
68
Mối quan hệ giữa SVI và hiệu xuất loại bỏ
COD....................................
Hình 3.5.
65
Hiệu xuất loại bỏ COD ở các hàm lượng vi lượng khác
nhau………….
Hình 3.4.
62
75
Sự phụ thuộc của hiệu quả xử lý COD vào các nguyên tố vi
lượng.........
15
78
Hình 3.7.
Mối quan hệ giữa V30,SVI và hiệu xuất loại bỏ
COD...............................
Hình 3.8.
80
Mối quan hệ giữa hiệu xuất loại bỏ COD và hiệu quả sử dụng chất
dinh
dưỡng......................................................................................................... 83
Hình 3.9.
So sánh hiệu quả xử lý COD của phòng thí nghiệm và quy mô
pilot.......
Hình 3.10.
86
So sánh V30, MLSS, SVI giữa quy mô phòng thí nghiệm và quy mô
pilot............................................................................................................
Hình 3.11.
88
So sánh hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng giữa quy mô phòng thí
nghiệm và quy mô pilot.............................................................................
90
MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, các ngành sản
xuất công nghiệp cũng được mở rộng và phát triển nhanh chóng. Sự phát triển này, một
phần đóng góp tích cực cho sự phát triển chung của đất nước; nhưng bên cạnh đó lại
thải ra một lượng lớn chất thải có thể gây ô nhiễm môi trường và tác động xấu đến sức
khỏe con người.
16
Ô nhiễm môi trường đang ngày càng trở nên trầm trọng, nhất là với các nước đang
phát triển trong đó có Việt Nam, đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước. Một trong những
nguồn nước thải gây có thể ô nhiễm lớn là từ các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy.
Ngành giấy cũng là một trong những ngành tiêu thụ một lượng rất lớn nước, hóa chất,
nguyên liệu và năng lượng cho một đơn vị sản phẩm. Theo tính toán, ở Việt Nam để sản
xuất một tấn giấy cần từ 200 – 300 m3 nước sạch, nhưng đối với các nước phát triển với
dây chuyền sản xuất công nghệ hiện đại để sản xuất một tấn giấy chỉ sử dụng từ 7 –
15m3 nước sạch [13].
Nhìn chung công nghệ sản xuất giấy của Việt Nam còn lạc hậu so với thế giới từ
15 năm trở lên, một thực tế nữa là các cơ sở sản xuất giấy của chúng ta đa số nhỏ lẻ,
phân tán về quy mô, hạn chế về tài chính, không có đủ điều kiện đầu tư cho xử lý môi
trương, chính điều này đã làm cho môi trường ngành giấy bị ô nhiễm này càng trầm
trọng, công tác quản lý gặp nhiều khó khăn. Riêng trong lĩnh vực xử lý môi trường có thể
nói chưa có nhiều nhà máy có hệ thống xử lý nước thải triệt để. Toàn ngành giấy, ở
miền Bắc chỉ duy nhất có Công ty Giấy Bãi Bằng có hệ thống xử lý nước thải khá hoàn
thiện, tuy nhiên vấn đề xử lý nước thải cũng vẫn chưa thật hiệu quả. Việc chuyển đổi
áp dụng các công nghệ hiện đại như vậy là hoàn toàn không khả thi với những nhà máy
vừa và nhỏ phần lớn là thuộc địa phương hoặc công ty tư nhân chưa kể các làng nghề
giấy truyền thống phân bố gần các khu vực dân cư nên bị ảnh hưởng rất lớn về vấn đề
nước thải. Cần nói thêm là ở Việt Nam, các doanh nghiệp vừa và nhỏ đang sản xuất tới
75% sản lượng giấy, đồng nghĩa với việc nguồn nước đang bị sử dụng lãng phí, còn môi
trường đang phải gánh chịu một lượng nước thải rất lớn chưa qua xử lý [21]. Hiện nay,
khi mà Luật Môi Trường đang được đôn đốc thực thi nghiêm túc (nhất là khi Việt Nam
đã chính thức trở thành thành viên của tổ chức Thương Mại Thế Giới – WTO) thì nhiều
nhà máy bột giấy và giấy ở nước ta đang đứng trước nguy cơ đóng cửa do sức ép từ phía
các cơ quan chức năng và dư luận về vấn đề môi trường. Giải quyết bài toán xử lý
nước thải bột giấy và giấy là vấn đề mang ý nghĩa sống còn với nhiều nhà máy bột giấy
ở nước ta [20].
Công ty Giấy Bãi Bằng – Tổng công ty Giấy Việt Nam (đóng tại Thị Trấn Phong
Châu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ) là đơn vị có công nghệ sản xuất hiện đại nhất
17
ngành giấy nước ta nhưng cũng đã lạc hậu so với khu vực và thế giới vài chục năm.
Lượng nước thải sinh ra trong quá trình sản xuất một bột giấy xấp xỉ 55 – 60m3. Tính cả
các công đoạn xeo giấy, sản xuất điện hơi, hóa chất tẩy thì lượng nước thải sinh ra khi
sản xuất một tấn bột giấy thường dao động trong khoảng 100 – 120m3.
Năm 2003, là năm đánh dấu một giai đoạn mới trong vấn đề xử lý ô nhiễm môi
trường của Công ty Giấy Bãi Bằng, thể hiện ở việc mở rộng sản xuất, nâng công suất
nhà máy giấy Bãi Bằng lên 110.000 tấn giấy/năm, đồng thời đầu tư công nghệ mới cho
xử lý nước thải, giải quyết ô nhiễm một cách triệt để liên hoàn. Đây là hệ thống xử lý
nước thải hiện đại nhất của ngành giấy Việt Nam hiện nay theo công nghệ của Thụy
Điển, với quy mô xử lý 30.000 m3 nước thải/ngày [13]. Nhờ đó với lượng trung bình
26.000 m3 nước thải mỗi ngày mà nhà máy thải ra đều được thu gom và xử lý qua hệ
thống xử lý tập trung theo cả hai phương pháp hóa lý và sinh học [17].
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1.
Công nghệ sản xuất bột giấy, giấy và đặc tính của nước thải
1.1.1. Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính nước thải
18
Quá trình sản xuất bột giấy là quá trình biến đổi các nguyên liệu gỗ hoặc phi gỗ
thành xơ sợi, hay nói cách khác là phá vỡ các liên kết trong cấu trúc của nguyên liệu mà
thành phần chính của nó là xenlulozơ (40 – 45%), hemixenlulozơ (20 – 30%), là các hợp
chất cao phân tử (polyme), được bao bọc xung quanh bởi lignin (20 – 30%) và các chất
trích ly (chất keo nhựa) (2 – 15%). Quá trình này có thể được thực hiện bằng phương
pháp cơ học, hoá học hoặc phối kết hợp giữa các phương pháp này. Chất lượng bột thu
được phụ thuộc chủ yếu vào nguồn gốc, hay chủng loại nguyên liệu và công nghệ sản
xuất [23].
Công nghệ sản xuất bột hóa
Trong sản xuất bột hóa, các dăm gỗ được nấu với những hóa chất thích hợp trong
dung dịch ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Mục đích để tách lignin ra khỏi gỗ để thu hồi
cellulozơ và hemicellulozơ là tích chất rắn lắng 30 phút (V 30), nồng
độ hỗn hợp lỏng – rắn lơ lửng (MLSS) và chỉ số thể tích bùn (SVI) để giám sát quá
trình xử lý bằng bùn hoạt hóa bùn. Trong nghiên cứu này, mục đích là để so sánh
các thông số khi xử lý ở quy mô pilot (1 m 3) với quy mô phòng thí nghiệm (20 lít).
Kết quả nghiên cứu được chỉ ra trên Bảng 3.18. và Hình 3.10.
Bảng 3.18. Kết quả nghiên cứu so sánh thông số MLSS và chỉ số SVI tới hiệu
quả xử lý COD giữa quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot 1 m3
Mẫu
V30
MLSS
(ml)
(g/l)
Phòng
Phòng
Quy
thí
thí
mô
nghiệ
nghiệ
pilot
m
m
SVI (ml/g)
Quy
mô
pilot
1
260
840
4,00
11,723
7
2
720
550
6,24
7,7593
3
4
5
6
Trung
bình
630
590
330
830
560
590
560
610
850
726
4,88
6,39
3,80
6,63
5,32
6,557
6,9322
7,7466
10,607
8,944
5
Phòng
Quy
thí
mô
nghiệ
pilot
m
71,65
64,98
0
70,88
115,54
3
129,73 74,73
92,39 80,78
86,78 78,74
125,12 80,14
81,16
102,42
7
Hình 3.10. So sánh V30, MLSS, SVI giữa quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot
Từ kết quả thu được của nghiên cứu trên ta thấy rằng các thông số V30,
MLSS và SVI gần như tương tự nhau và nằm trong giới hạn tối ưu của hệ thống
xử lý bằng phương pháp hiếu khí. Như vậy với kết quả nghiên cứu các thông số
vận hành hệ thống vi sinh ta thấy rằng khi xử lý ở quy mô pilot (1 m 3) cũng gần
tương tự như xử lý ở quy mô phòng thí nghiệm.
Trong luận văn này, khảo sát thông số chỉ số thể tích của bùn (SVI) là để
đánh giá khả năng hoạt động của bùn, đồng thời trong vận hành, chỉ số thể tích bùn
(SVI) được sử dụng làm chỉ thị về đặc tính lắng của bùn (V 30), do đó ảnh hưởng tới
tốc độ tuần hoàn MLSS.
3.5.3. Nghiên cứu sự khác nhau giữa bổ sung N, P và vi lượng với bổ sung
chất dinh dưỡng thông thường N và P.
Những nghiên cứu ở các mục 3.2.2. – 3.4.3. ta đã biết được sự cần thiết của
chất dinh dưỡng cũng như ảnh hưởng của các chất vi lượng đến đời sống của vi
sinh vật. Nếu việc sử dụng phân vi lượng làm tăng hiệu quả xử lý COD thì sẽ thay
được việc bổ sung ure và axit phophoric. Tuy nhiên khi tiến hành bổ sung phân vi
lượng, từ các kết quả nghiên cứu cho thấy hầu như các chất dinh được sử dụng
gần như hoàn toàn, rất có thể khi bổ sung thêm ure và photpho thì hiệu quả xử lý
COD sẽ cao hơn. Kết quả nghiên cứu được trình bày trên các Bảng 3.19. và Hình
3.11.
Bảng 3.19. Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng NH4+ và PO43giữa
quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot 1 m3
Mẫu
NH4+ (mg/l)
PO43 (mg/l)
Quy mô thí
1
2
3
4
5
6
Trung
bình
Hiệu xuất
(%)
nghiệm
0,086
0,804
0,034
1,668
1,598
2,037
Quy mô 1
m3
0,188
0,008
1,007
0,051
0,013
0,005
Quy mô thí Quy mô 1
nghiệm
0,4476
0,0082
0,0054
0,6428
0,0031
0,0529
m3
0,2525
0,6313
0,4280
0,0880
0,6373
0,0860
1,0378
0,33
0,1933
0,2650
87,18
91,69
83,86
79,66
Hình 3.11. So sánh hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng giữa quy mô phòng thí
nghiệm và quy mô pilot 1 m3
Căn cứ vào những kết quả thực nghiệm ta nhận thấy rằng đối với quy mô
xử lý lớn hơn (1 m3) thì khả năng sử dụng chất dinh dưỡng (amoni và photpho) cũng
tương tự như quy mô phòng thí nghiệm và đều sử dụng gần như hoàn toàn chất
dinh dưỡng đã bổ sung. Các kết quả nghiên cứu này cũng đánh giá được hàm lượng
amoni và photpho của nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn cho phép.
3.6. Xây dựng quy trình bổ sung thích hợp và tính toán sơ bộ chi phí
Nước thải sau khi qua xử lý cấp I được đưa vào bể lựa chọn, tại đây sẽ
được điều chỉnh dinh dưỡng, nồng độ bùn hoạt tính, tiếp đó được đưa sang bể sục
khí để thực hiện quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ. Nước thải sau khi ra khỏi
bể sục khí sẽ được đưa sang bể lắng thứ cấp. Tại đây một phần bùn sau khi lắng
sẽ được hồi lưu quay trở lại hệ thống xử lý, một phần được thải ra ngoài.
Tính toán sơ bộ chi phí của quá trình xử lý nước thải theo phương án đề
suất:
Tính toán chi phí bổ sung dinh dưỡng của HTXLNT – Công ty Giấy Bãi Bằng
(xem bảng bổ sung trong phụ lục 2):
Lưu lượng trung bình của HTXLNT là: 26.000 m3/ngày đêm
Trung bình COD đầu vào là:
872 mg/l = 0,872 kg/m3 = 22.672 kg/ngày đêm = 22,672 tấn/ngày đêm
Theo thiết kế khối lượng ure cần dùng là:
113×22,672×0,15 = 384 kg ure
Giá ure trên thị trường hiện tại là: 10.000 Đ/kg
Theo thiết kế khối lượng axit phophoric cần dùng là:
9×22,672×0,35 = 71 kg axit photphoric
Giá axit phophoric trên thị trường hiện tại là: 30.000 Đ/kg
Như vậy một ngày nhà máy phải chi số tiền để bổ sung dinh dưỡng là:
(384×10.000) + (71 × 30.000) = 5.970.000 Đ
Tính toán chi phí bổ sung dinh dưỡng bằng phân vi lượng:
Theo nghiên cứu hàm lượng phân vi lượng cần sử dụng là:
1 gam/m3 = 1×26.000 = 26 kg/ngày đêm
Giá phân vi lượng trên thị trường hiện tại là 200.000 Đ/kg
Như vậy một ngày đêm nhà máy phải chi số tiền để bổ sung dinh dưỡng là
26×200.000 = 5.200.000 Đ
Tuy nhiên, còn có thể giảm hàm lượng phân vi lượng xuống mức chỉ
cần 0,5 g/m3 nước thải một khi hệ thống có sự ổn định của hệ vi khuẩn
Như vậy khi dùng phân bón vi lượng thay cho việc sử dụng ure và axit
photphoric ta sẽ thu những kết quả sau:
Nâng cao được hiệu quả xử lý COD của HTXLNT hiện tại.
Hệ thống bùn hoạt tính hoạt động có tính ổn định hơn thông qua chỉ số thể
tích bùn (SVI)
Giảm được 770.000 Đ/ngày đêm.
Tiêu chuẩn NH4+ và PO43 của nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép.
KẾT LUẬN
Qua kết quả nghiên cứu sử dụng phân vi lượng như nguồn dinh
dưỡng thay thế cho việc bổ sung ure và axit photphoric truyền thống nhằm nâng cao
tính ổn định và hiệu quả xử lý vi sinh nước thải sản xuất giấy, có thể rút ra một số
kết luận sau:
1. Bằng cách bổ sung vi lượng cho quá trình xử lý vi sinh hiếu khí đã cho thấy
các nguyên tố vi lượng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động sinh sống và
phát triển của vi sinh vật. So sánh hai trường hợp không bổ sung vi lượng và bổ
sung vi lượng với mức dùng 0,5 gam phân vi lượng/m3, hiệu quả xử lý tăng lên từ
42,08% lên 63,7% tại hệ thống xử lý nước thải của Công ty Giấy Bãi Bằng – Tổng
công ty Giấy Việt Nam.
2. Đối với trường hợp có bổ sung thêm các nguyên tố vi lượng thì chỉ số SVI
là 102,42 ml/g ở mô hình thí nghiệm và 81,167 ml/g ở mô hình polot 1m 3. Ngoài ra,
sinh khối (bùn hoạt tính) phát triển việc ổn định và thấp hơn so với hệ thống xử lý
sử dụng chất dinh dưỡng là ure và axit photphoric (không bổ xung nguyên tố vi
lượng).
3. Hàm lượng phân vi lượng có ảnh hưởng lớn đến khả năng xử lý COD, khi
hàm lượng phân vi lượng tăng từ 0,0 gam; 0,5 gam; 1,0 gam; 2,0 gam thì hiệu quả
xử lý COD tăng lên theo thứ tự 42,0%; 63,7%; 72,28%; 74,26%. Việc bổ sung phân
vi lượng đã làm tăng hiệu quả xử lý COD và hàm lượng phân vi lượng bổ sung phù
hợp được lựa chọn là 1,0 gam/m3.
4. Đã xây dựng quy trình bổ sung dinh dưỡng thích hợp cho HTXLNT – Công
ty Giấy Bãi Bằng thay thế sử dụng dinh dưỡng bằng ure và axit phophoric truyền
thống. Chi phí hóa chất dinh dưỡng cho xử lý vi sinh là 5.200.000 VNĐ/ngày với
việc bổ sung phân vi lượng và 5.970.000 VNĐ/ngày với trường hợp không bổ xung
vi lượng. Như vậy, việc bổ xung phân vi lượng thay thế dinh dưỡng ure, photpho
truyền thống, không những nâng cao được hiệu quả xử lý mà còn làm cho hàm
lượng NH4+ và PO43 đạt tiêu chuẩn nước thải đầu ra, đồng thời còn giảm được chi
phí mỗi ngày 770.000 VNĐ đối với hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy Giấy
Bãi Bằng với lưu lượng trung bình 26.000 m3/ngày đêm. Đồng thời sinh khối sinh
khối dư thừa có thể được sử dụng làm phân bón vi sinh vì các nguồn vi lượng đã
được bổ sung trong sinh khối.
KIẾN NGHỊ