Luận văn Thạc sĩ Khoa học: 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


Lời cam đoan

Luận văn đà hoàn thành về nội dung và tiến độ
thực hiện. Đây là kết quả nỗ lực của cả giáo viên và học
viên. Tôi xin cam đoan bản báo cáo luận văn này là công
trình nghiên cứu của bản thân trong quá trình học tập
tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Nếu luận văn
này là sao chép của một công trình khác tỗi xin chịu
trách nhiệm.

Tác giả

Phạm Đức Thắng

Lời cảm ơn

Xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các 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 trong niên khóa 2006 2008.
Trân trọng cảm ơn PGS, TS. Ngô Thị Nga, cán bộ hướng dẫn khoa học
đà giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn.
Trân trọng cảm ơn Ks Lương Thị Hồng, Trưởng phòng Thí nghiệm Hóa
Lý, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đà nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành
luận văn.
Trân trọng cảm ơn LÃnh đạo và toàn thể các đồng nghiệp Viện Công
nghiệp Giấy và Xenluylô đà tạo điều kiện cho tôi học tập và làm việc để hoàn
thành luận văn.
Trân trọng cảm ơn Công ty Cổ phần Bột giấy Hòa Bình đà tạo điều kiện
trong quá trình thực hiện luận văn

Tác giả

Phạm Đức Thắng


Danh mục các ký hiệu, các 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 nhất hiện có

COD

Nhu cầu ôxi hóa học

mg/l

BOD

Nhu cầu ôxi sinh hóa

mg/l

DO

Ôxy hòa tan trong nước

mg/l

MLSS

Tải lượng bùn hoạt tính

mg/l

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng trong nước

mg/l

pH

Chỉ số đo độ hoạt động của các ion hidro (H+) trong dung dịch

UASB

Công nghệ chảy ngược qua lớp bùn yếm khí


Danh mục các bảng trong luận văn
Trang
Bảng 1.1 Mục tiêu qui hoạch công nghiệp giấy Việt Nam đến năm 2020

5

Bảng 2.1 Hiệu suất bột giấy và các chất hữu có trong dịch đen khi nấu

13

gỗ thông theo phương pháp xút
Bảng 2.2 Sự phụ thuộc của lượng chất thải và lượng nước sử dụng vào

13

trình độ công nghệ của nhà máy bột Sunfat và Sôđa không tẩy trắng
Bảng 2.3 Lượng COD, BOD và độ màu trong dịch đen nấu bột giấy theo

14

công nghệ kiềm của các loại nguyên liệu khác nhau
Bảng 3.1 Hiệu quả của các phương pháp xử lý sinh học

25

Bảng 4.1 Các thông số đặc trưng của nước thải sau khi xử lý bằng vôi

45

Bảng 4.2 Các thông số đặc trưng của nước thải sau khi trung hoà.

47

Bảng 4.3 Các thông số đặc trưng của nước thải sau khi xử lý hoá lý

47

Bảng 4.4 Các thông số đặc trưng của nước thải sau xử lý kỵ khí

50

Bảng 4.5 Các thông số đặc trưng của nước thải sau xử lý hiếu khí

52

Bảng 4.6 Các thông số của nước thải sau khi xử lý hoá lý và sinh học

52

Bảng 4.7 Đặc tính của nước thải Công ty cổ phần giấy Hoà Bình

55

Bảng 4.8 Các thông số đặc trưng của nước thải sau xử lý hoá lý

55

Bảng 4.9 Các thông số đặc trưng của nước thải sau xử lý kỵ khí

60

Bảng 4.10 Các thông số đặc trưng cđa n­íc th¶i sau xư lý hiÕu khÝ

64

B¶ng 4.11 – Các thông số đặc trưng của nước thải sau quá trình xử lý

65

Bảng 4.12 Chi phí hoá chất cho xư lý cho 1m3 n­íc th¶i

65


Danh mục các hình vẽ, đồ thị trong luận văn
Trang
Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bột giấy theo phương pháp xút và

10

các nguồn thải.
Hình 3.1 Các dạng cấu trúc cơ bản của lignin.

17

Hình 3.2 Sơ đồ phản ứng giữa vôi và lignin.

18

Hình 3.3 Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong 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 của nồng độ vôi tới hiệu suất tách COD.

45

Đồ thị 4.2 ảnh hưởng của hàm lượng COD đầu vào đến hiệu suất xử

48

lý.
Đồ thị 4.3 ảnh hưởng cđa thêi gian l­u thủ lùc tíi hiƯu st khư

49

COD.
§å thị 5.4 ảnh hưởng của thời gian xử lý tíi hiƯu st khư COD.

51


Mục lục
Trang
Mở đầu

1

Chương 1: Tình hình sản xuất bột giấy và giấy ở

3

việt nam
1.1. Công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy ở Việt Nam

3

1.2. Quy hoạch phát triển ngành giấy tới năm 2020

5

Chương 2: Công nghệ sản xuất bột giấy theo

8

phương pháp xút và đặc tính của nước thải
2.1. Công nghệ sản xuất bột giấy theo phương pháp xút

8

2.2. Đặc tính của nước thải quá trình nấu rửa bột giấy

11

Chương 3: Đối tượng và 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 cứu

16

3.4.1. Xử lý hóa lý nước thải

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 bằng phương pháp sinh học kỵ khí

19

3.4.2.1. Cơ sở lý thuyết

19

a. Cơ chế quá trình phân hủy kỵ khí

19

b. Tác nhân sinh học

25


c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá 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 bằng phương pháp sinh học hiếu khí

33

3.4.3.1. Cơ sở lý thuyết

33

a. Cơ chế quá trình phân huỷ hiếu khí

33

b. Tác nhân sinh học

34

c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ hiếu khí

35

3.4.3.2. Phương pháp nghiên cứu

37

3.4.4. Phương pháp phân tích các 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 và áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí

41

trong xử lý nước thải nấu rửa bột giấy trên thế giới và Việt Nam
3.5.1. Tình hình nghiên cứu và áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí

41

trong xử lý nước thải nấu rửa bột giấy trên thế giới
3.5.2. Tình hình nghiên cứu và áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí

42

trong xử lý nước thải nấu rửa bột giấy ở Việt Nam
Chương 4: Kết quả và thảo luận

44


4.1. Nghiên cứu xử lý nước thải trong 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 của 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 của hàm lượng COD đến quá trình xử

48

lý sinh học kỵ khí
4.1.2.2. Nghiên cứu ¶nh h­ëng cđa thêi gian l­u thủ lùc ®Õn hiƯu quả

49

xử lý sinh học kỵ khí
4.1.3. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí

50

4.2. Nghiên cứu xử lý nước thải trên quy mô Pilot

53

4.2.1. Xác lập quy trình xử lý nước thải trên quy mô Pilot

53

4.2.2. Xử lý hoá lý n­íc th¶i

54

4.2.3. Xư lý sinh häc n­íc th¶i

55

4.2.3.1. Xư 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 bộ hiệu quả kinh tế

65

Kết luận và kiến nghị

67

Tài liệu tham kh¶o

69

Phơ lơc

1

Mở đầu
Hiện nay, ngành công nghiệp giấy đang tăng trưởng nhanh chóng và
đóng góp vào tiến trình phát triển chung của nền kinh tế xà hội. Tuy nhiên,
ngành công nghiệp giấy lại là một trong những ngành gây ô nhiễm trầm trọng,
đặc biệt là đối với các nguồn nước. Vì vậy, song song với việc lập kế hoạch
phát triển doanh nghiệp, một bài toán khác đặt ra cho ngành giấy là phải xử lý
tốt các chất thải, giảm bớt ô nhiếm và bảo vệ tài nguyên môi trường.
Ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy Việt Nam còn rất lạc hậu.
Lượng nước tiêu thụ rất lớn tuỳ thuộc vào công nghệ (khoảng 30ữ100 m3/1 tấn
sản phẩm giấy) và phát sinh gần như ngang bằng một lượng nước thải với hàm
lượng COD, BOD, TSS và độ màu cao.
Để phát triển một cách bền vững, các quốc gia trên thế giới phải luôn
tìm kiếm các giải pháp cải tiến công nghệ sản xuất và xử lý các chất thải gây ô
nhiễm môi trường. Hiện nay, trên thế giới, công nghệ xử lý nước thải theo
phương pháp sinh học rất phát triển, trong đó phương pháp xử lý kỵ khí đà có
những nghiên cứu ứng dụng trong thực tế. Phương pháp này có ưu điểm là
không yêu cầu chi phí năng lượng lớn cho quá trình xử lý, không phải đầu tư
cho xử lý bùn, do lượng bùn hình thành rất nhỏ. Sản phẩm phân giải hoàn
toàn các chất hữu cơ trong quá trình xử lý là khí sinh học (Biogas), thành phần
chủ yếu là khí metan và cacbonic có thể dùng làm nhiên liệu rất hiệu quả.
ở Việt Nam các nhà máy sản xuất bột giấy vừa và nhỏ hầu hết không
có hệ thống thu hồi hoá chất. Dịch đen đặc chỉ được sử dụng một phần để cô
đặc làm phụ gia bê tông hoặc được tái sử dụng trong quá trình nấu. Hầu như
toàn bộ dịch đen nấu bột giấy và nước rửa được thải trực tiếp vào hệ thông thải
chung của nhà máy gây ô nhiễm môi trường trầm trọng.
Để có thể xác lập được quy trình công nghệ xử lý nước thải cho các nhà
máy sản xuất bột giấy qui mô vừa và nhỏ thì còn nhiều vấn đề phải nghiên

cứu. Đặc điểm của nước thải ngành giấy th­êng cã tû lÖ BOD5/COD ≤ 0,55


2

với hàm lượng COD và độ mầu rất cao. Bởi vậy, trong công nghệ xử lý nước
thải ngành giấy cần có sự kết hợp giữa 2 phương pháp kỵ khí và hiếu khí,
trong đó công đoạn kỵ khí đặt trước, công đoạn xử lý hiếu khí đặt sau trong
quy trình công nghệ. Do vậy, việc tìm hiểu ảnh hưởng của các thông số đầu
vào, nhất là bản chất của nước thải đến hiệu quả của quá trình xử lý kỵ khí là
rất cần thiết, vì nó sẽ có tác động đến hiệu quả của toàn bộ quá trình xử lý.
Chính vì những lý do trên mà tôi lựa chọn thực hiện đề tài:"Nghiên cứu
xử lý nước thải của quá trình nấu rửa bột giấy theo phương pháp Kraft".
Dựa trên những đặc tính của nước thải cũng như những nghiên cứu đÃ
có trên thế giới đề tài đà đặt ra mục đích tiến hành nghiên cứu bao gồm:
Trong nghiên cứu thuộc phạm vi đề tài này, tác giả chú trọng vào việc
nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đầu vào chủ yếu của nước thải đến
quá trình xử lý nước thải nấu rửa bột giấy theo phương pháp sinh học kỵ khí.
Kết quả này khẳng định việc xử lý sinh học kỵ khí đối với loại nước thải này
là có hiệu quả và tạo tiền đề cho việc xử lý hiếu khí tiếp theo.
Thiết lập được qui trình xử lý nước thải của quá trình nấu rửa bột giấy
trên qui mô pilot phòng thí nghiệm.


3

Chương 1
Tình hình sản xuất bột giấy và giấy ở việt nam
1.1.

Công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy ở Việt Nam
Công nghiệp giấy Việt Nam có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế

quốc dân, mặc dù qui mô của nó vẫn còn nhỏ bé so với khu vực và thế giới.
Công nghiệp giấy Việt Nam bao gồm 1.408 cơ sở sản xuất, trong đó có 42 cơ
sở quốc doanh (của Trung ương và địa phương), 39 cơ së thc kinh tÕ tËp thĨ,
38 xÝ nghiƯp t­ nh©n và phần còn lại (hơn 1.269 cơ sở) là hộ lao động thủ
công cá thể. Tổng công suất sản xuất bột giấy và giấy của công nghiệp giấy
Việt Nam tương ứng là 200.000 tấn/năm và 400.000 tấn/năm. Toàn ngành chỉ
có 3 cơ sở qui mô lớn với công suất trên 20.000 tấn giấy/năm là các công ty
Giấy BÃi Bằng (55.000 tấn/năm); công ty Giấy Tân Mai (48.000 tấn/năm) và
công ty Giấy Đồng Nai (20.000 tấn/năm); 33 đơn vị qui mô trung bình
(>1.000 tấn/năm) và còn lại là các cơ sở sản xuất qui mô nhỏ dưới 1.000
tấn/năm và rất nhỏ.
Nói chung, công nghệ sản xuất giấy ở Việt Nam còn ở trình độ thấp và
chậm phát triển so với khu vực và thế giới. Ngoài các cơ sở lớn ở BÃi Bằng,
Tân Mai, Đồng Nai, các doanh nghiệp khác đều sản xuất giấy theo phương
pháp kiềm không có thu hồi hoá chất nên khó cải thiện chất lượng, giá thành
cao và gây ô nhiễm môi trường.
Do qui mô sản xuất nhỏ, sản xuất phân tán nên công nghiệp giấy Việt
Nam chưa gây ra những vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trên diện
rộng. Tuy nhiên, do hầu hết các cơ sở ít hoặc không đầu tư cho xử lý chất thải
(mà trước hết là nước thải) nên vấn đề ô nhiễm cục bộ tại địa phương lại hay
xảy ra; nước thải đều không đạt các tiêu chuẩn về môi trường. Qua khảo sát
người ta thấy ở ba công ty giấy lớn nhất (tại BÃi Bằng, Tân Mai, Đồng Nai)
mặ dù với công nghệ sản xuất tương đối hiện đại có đầ tư cho các công trình
xử lý nước thải nhưng các chỉ tiêu TSS, BOD5, COD của nước thải vÉn cao gÊp


4

vài lần so với tiêu chuẩn cho phép. ở các nhà máy còn lại, các chỉ tiêu TSS,
BOD5, COD cao gấp chục lần thậm chí hàng 100 lần so với tiêu chuẩn cho
phép.
Ngành giấy Việt Nam đang đứng trước những cơ hội phát triển mạnh
mẽ. Công nghiệp tăng trưởng nhanh, đời sống nhân dân được cải thiện, nhu
cầu giấy tiêu dùng và giấy làm bao bì ngày càng tằn lên. Mức tiêu thụ giấy
bình quân đầu người của Việt Nam năm 2000 là 8kg/người/năm, năm 2004 đÃ
là 13kg/người/năm. Hiện nay các nhà máy giấy của Việt Nam chỉ đâp ứng
được khoảng trên 50% nhu cầu trong nước, còn gần 50% phải nhập khẩu.
Sản xuất giấy của Việt Nam trước đây do các doanh nghiệp nhà nước
đảm nhận. Hiện nay ngành công nghiệp giấy bao gồm các doanh nghiệp nhà
nước (đang được cổ phần hoá) và các doanh nghiệp thuộc khu vực kinh tế tư
nhân
Các doanh nghiệp sử dụng công nghệ, sản xuất các sản phẩm khác
nhau. Các doanh nghiệp nhà nước sử dụng công nghệ hiện đại, sản xuất các
loại bét giÊy tr¾ng cao cÊp, giÊy viÕt, giÊy in chÊt lượng cao. Các doanh
nghiệp kinh tế tư nhân đa số sử dụng công nghệ cũ, lạc hậu, sản xuất các loại
giấu bao bì, giấy bao gói, giấy vệ sinh, giấy viết có chất lượng thấp.
Phân bố của các doanh nghiệp sản xuất giấy:
Các doanh nghiệp sản xuất giấy phân bố ở cả 3 miền Bắc, Trung,Nam.
ở miền Bắc có nhiều doanh nhiệp lớn như: Nhà máy giấy BÃi Bằng, Việt Trì,
Hải Phòng và có làng nghề truyền thống lâu đời Phong Khê (Bắc Ninh), nơi
tập trung của hơn 130 doanh nghiệp sản xuất giấy. Khu vực miền Trung có
nhà máy giấy Tân Bình. Khu vực miền Nam có các nhà máy giấy Tân Mai,
Đồng Nai, Long An. Ngoài ra, mỗi tỉnh trong cả nước đều có các cơ sở sản
xuất giÊy thuéc khu vùc kinh tÕ t­ nh©n.


5

1.2.

Quy hoạch phát triển ngành giấy tới năm 2020
Theo qui hoạch phát triển ngành công nghiệp giấy Việt Nam đến năm

2010, tầm nhìn 2020 nhằm xây dựng ngành công nghiệp giấy Việt Nam với
công nghệ hiện đại, hình thành các khu vực sản xuất giấy, bột giấy tập trung
với công suất đủ lớn, đap ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Theo kế hoạch
vào năm 2010 công nghiệp giấy Việt Nam sẽ có sản lượng 600.000 tấn bột
giấy và 1.380.000 tấn giấy các loại. Đến năm 2020, đáp ứng được 70% nhu
cầu tiêu dùng trong nước, đẩy mạnh xuất khẩu các mặt hàng giấy, tạo thế cạnh
tranh với các thị trường trong khu vực và quốc tế ; xây dựng vùng nguyên liệu
giấy tập trung nhằm đáp ứng đủ nhu cầu nguyên liệu để cung cấp cho sản xuất
600.000 tấn bột giấy vào năm 2010 và 1.800.000 tấn vào năm 2020, tạo điều
kiện để xây dựng các nhà máy chế biến bột giấy tập trung, qui mô lớn.
Phấn đấu đến năm 2010, trồng được 470.000ha rừng nguyên liệu, sản
xuất được 600.000 tấn bột giấy và 1.380.000 tấn giấy, đến năm 2020 trồng
thêm 907.000ha rừng nguyên liệu, sản xuất được 1.800.000 tấn bột giấy và
3.600.000 tấn giấy.
Bảng 1.1: Mục tiêu qui hoạch công nghiệp giấy Việt Nam đến năm 2020
(Theo VPPA-Hiệp hội giấy và bột giấy Việt Nam)
Năm

Năm

Năm

Năm

2005

2010

2015

2020

850,000

1,380,000

2,250,000

3,600,000

220.000

340.000

550.000

900.000

50.000

80.000

150.000

200.000

- Giấy bao bì cung nghiệp

400.000

650.000

1,000,000

1.600.000

+ Giấy bao bì cao cấp

40.000

100.000

300.000

500.000

Mặt hng (Đơn vị: Tấn)
1. Tổng số sản phẩm
giấy:
Trong đó:
- Giấy in & viÕt
- GiÊy in b¸o

6

- Giấy khác

180.000

+ Giấy tráng phấn

310.000

220.000

900.000

50.000

100.000

250.000

2. Sản phẩm bột giấy:

288.000

600.000

1.000.000

1.800.000

- Bột hóa

110.000

360.000

700.000

1.300.000

- CTMP

28.000

100.000

100.000

100.000

150.000

100.000

100.000

100.000

40.000

100.000

300.000

- Bán hóa (sản xuất giấy
vng mÃ)
- Bột từ các nguyên liệu
khác

Nhu cầu đầu tư cho ngành giấy giai đoạn 2006-2020 là 95.569 tỷ đồng,
trong đó, vốn đầu tư nhà máy là 87.664 tỷ đồng, vốn đầu tư trồng rừng là
7.905 tỷ đồng.
Về quy hoạch sản phẩm, ngnh giấy tập trung vào sản xuất bột giấy,
giấy v xây dựng vùng nguyên liệu. Đối với sản xuất bột giấy, ngnh giấy sẽ
tập trung triển khai những dự án đó được phê duyệt để khắc phục sự mât cân
đối giữa sản xuất bột giấy v sản xuất giấy, đồng thời góp phần tiêu thụ sản
phẩm cho người trồng cây nguyên liệu. Đốii với sản xuất giấy v khai thác
hết năng lực sản xuất của các nh máy hiện có để đáp ứng đủ nhu cầu giáy in,
giấy viết cho tiêu dùng v xuất khẩu. Bên cạnh đó, đầu tư xây dựng một số
nh máy sản xuất giấy bao bì (giấy bao bì thông thường v bao bì cao cấp),
giấy công nghiệp để đáp ứng nhu cầu trong nước v nguyên liệu cho sản xuất
công nghiệp. Đối với phát triển vùng nguyên liệu, ngnh giấy quy hoạch v
xây dựng vùng nguyên liệu giấy tập trung có quy mô đủ lớn, nhằm giải quyết
nguyên liệu cho sản xuất giấy v tạo điều kiện cho việc xây dựng các nh
máy sản xuất bột có quy mô lớn. Vùng nguyên liệu v các dự án bột giấy v
giấy trên ton quốc được xác định thnh 6 vùng (Trung du Bắc Bộ, Bắc
Trung Bộ, duyên hải Trung Bộ, Tây Bắc, Đông Bắc v Bắc Tây Nguyên), tạo


7

sự phát triển cân đối theo vùng lÃnh thổ, đáp ứng chiến lược phát triển kinh tế
xà hội theo từng giai đoạn. Trong giai đoạn ny, ngnh giấy s tập trung
sản xuất bột giấy nhằm khắc phục sự mất cân đối giữa sản xuất bột giấy v
sản xuất giấy, đồng thời góp phần tiêu thụ sản phẩm cho người trồng cây
nguyên liệu giấy.


8

Chương 2
công nghệ sản xuất bột giấy theo phương pháp xút
và đặc tính của nước thải
2.1.

Công nghệ sản xuất bột giấy theo phương pháp xút
Công nghệ sản xuất bột giấy theo phương pháp xút với qui mô vừa và

nhỏ gần như gống nhau. Vì đối tượng nghiên cứu của đề tài là nước thải của
nhà máy giấy Hòa Bình nên trong phần giới thiệu công nghệ tác giả cũng xin
được đề cập tới công nghệ nấu rửa bột của nhà máy giấy Hòa Bình. Công nghệ
nấu bột bao gồm các công đoạn cơ bản sau:
- Chuẩn bị nguyên liệu (Cắt mảnh): Sau khi chọn và phân loại, nguyên
liệu gỗ được đưa vào cắt mảnh. Mảnh được cắt có kích thước dầy 5ữ10mm,
rộng 20ữ25mm, dài 20ữ30mm. Mục đích của việc cắt mảnh là để dịch nấu dễ
thẩm thấu vào nguyên liệu, giảm được thời gian nấu và hoá chất, bột sẽ chín
đều hơn. Cắt mảnh còn tăng được độ chất chặt của nồi, tăng hiệu suất sử dụng
thiết bị.
- Nấu bột: Nấu bột là một quá trình chủ yếu của công đoạn sản xuất bột
giấy. Trong nguyên liệu bao gồm nhiều thành phần hoá học khác nhau. Thành

phần chủ yếu cần thiết để sản xuất giấy là Xenluylô và Hemixenluylô. Mục
đích của nấu là dùng phương pháp hoá học, với nhiệt độ nhất định để loại trừ
các thành phần khác, thu được Xenluylô và một phần Hemixenluylô.
Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình nấu:
+ Hoá chất: Hoá chất được sử dụng là NaOH, và được tính theo tỷ lệ %
so với nguyên liệu khô tuyệt đối.
+ Tỉ lệ dịch: Là tỉ lệ khối lượng nguyên liệu khô tuyệt đối so với khối
lượng dịch cho vào nồi để nấu.


9

+ Nhiệt độ: Nhiệt độ để tăng tốc độ phản ứng giữa hoá chất với nguyên
liệu. Phải đạt nhiệt độ nhất định các thành phần phi xenluylô trong nguyên
liệu không cần trong sản xuất giấy mới hoà tan trong dịch nấu. Nhiệt độ cao
sẽ rút ngắn được thời gian nấu, giảm được hoá chất. Nhiệt độ nấu trong nồi
thường ở 140ữ1600C
+ Thời gian: Thời gian nấu là để hoá chất thẩm thấu vào trong nguyên
liệu hoà tan các thành phần phi xenluylô. Với yếu tố tỉ lệ hoá chất, nhiệt độ
nhất định, thời gian dài ngắn quyết định ở nguyên liệu. Thời gian dài ngắn còn
quyết định ở qui cách mảnh nguyên liệu.
- Sàng, rửa bột và thành phẩm: Các phương pháp rửa bột sau
+ Rửa trong nồi: Nếu nấu bột bằng thiết bị nấu áp lực nồi cầu quay, sau
khi nấu chín xả bớt hơi, xả hết dịch, cho nước sạch vào nồi, đóng nắp lại cho
nồi quay 20ữ30 phút, rồi mở nắp đổ nước rửa ra. Làm đi làm lai 3ữ4 lần.
+ Rửa khuyếch tán: Tháp rửa khuếch tán hình trụ được xây bằng
bêtông, gia công bằng thép hoặc gỗ có đáy hình côn, có bọc lưới phía trong.
Dịch đen chảy qua lưới và đưa ra ngoài bằng hệ thống đường ống. Thể tích
của tháp rửa lớn hơn thể tích của nồi nấu khoảng 20%, tháp rửa làm việc gián
đoạn, lần rửa thứ nhất và rửa thứ 2 bằng dịch đen loÃng, lần rửa thứ 3 bằng

nước sạch.
+ Rửa bột trong vít tải: Bột sau nấu được phóng vào bể chứa, dùng bơm
bơm bột vào máy ép vít (vít tải) bơm vào đầu to, vỏ máy có bọc lưới phía
trong để tách dịch. Vít xoắn quay nén bột về đầu nhỏ. Quá trình này tạo ra lực
ép vắt độ khô của bột ra khỏi máy 40ữ45%. Dịch đen tách qua lưới và chảy
vào bể chứa, bột sau máy ép vít lại được pha loÃng bằng dịch đen loÃng và
bơm về máy rửa tiếp theo, thông thường rửa theo phương pháp này phải qua 3
giai đoạn.


10

+ Rửa bột bằng phin lọc chân không: Bột giấy được rửa trên phin lọc
chân không theo nguyên lý ngược dòng (nguyên lý rửa bột bằng vít ép) tức là
nước và dịch rửa đi ngược chiều với chiều vận chuyển bột.
+ Rửa bột trong máy nghiền Hà Lan: Lô rửa bột có cấu tạo dạng lô lưới
tròn hoặc hình bát giác, phía trong chia thành nhiều khoang dạng gầu múc.
Khi lô quay, bột bám lên mặt lưới, dịch đen được thoát ra từ ngoài vào trong
qua lưới vào gầu múc và hướng vào tâm trục thoát ra ngoài.
Tại nhà máy Bột giấy Hòa Bình, bột từ hệ thống bể khuếch tán hoặc bể
phóng được bơm sang sàng rung thô để tách loại những mảnh thô, mấu mắt
chưa chín hết. Bột tiếp tục qua rửa lưới tròn và rửa lưới đôi để đạt được độ
sạch và độ khô nhất định trước khi đem đi bán. Tại công đoạn rửa, lượng nước
thải ở đây là phần dịch đen bao gồm lignin và các chất hữu cơ hoà tan có mầu
đen và chứa toàn bộ hoá chất trong quá trình nấu. Mục đích của quá trình này
là loại bỏ các tạp chất, các thành phần phi xenluylô đà hoà tan trong dịch nấu,
các hoá chất còn dư như vôi hoặc xút,.. nhằm nâng cao chất lượng của bột
giấy, giảm bớt tiêu hao của hoá chất tẩy.
Dưới đây là sơ đồ sản xuất bột giấy theo phương pháp xút:

11

Nguyên liệu thô

Nước rửa

Hóa chất,
Nước, hơi

Nước rửa

Chuẩn bị nguyên liệu

Chất thải rắn, Nước
thải có chứa các
chất thô như cát
sạn, mảnh vỏ

Nấu bột

- Dịch đen: có hàm
lượng COD, BOD,
pH và độ mầu cao.
- Khí thải

Rửa bột

Nước thải: có hàm
lượng COD, BOD

TSS và độ mầu cao

Bột giấy
Hình 2.1- Sơ đồ công nghệ sản xuất bột giấy theo phương pháp xút và các
nguồn thải.
2.2.

Đặc tính của nước thải quá trình nấu rửa bột giấy
Bột giấy hóa học được sản xuất bằng cách nấu dăm mảnh gỗ cùng với

dung dịch hóa chất thích hợp trong điều kiện nhiệt độ và áp xuất nhất định.
Quá trình nấu sẽ hòa tan lignin và một phần các chất hữu cơ, giữ lại xenlulo và
hemixenlulo gọi là bột giấy. Phần hòa tan đi vào trong dung dịch gọi là dịch
đen.
Dịch đen là dung dịch bao gồm các hỗn hợp chất vô cơ và hữu cơ. Các
chất hữu cơ có trong dịch đen chủ yếu là các sản phẩm phân huỷ lignin,
hydroxy axit mạch thẳng, các axit bay hơi, chất ête hoà tan không bay hơi bao
gồm phenol, các chất thơm có độ trung hợp thấp, các axit béo và nhựa, các
hợp chất trung tính cũng như các thành phần trung tính hoà tan trong muối
natri. Tính chất hoá lý của dịch đen, tỷ lệ các chất vô cơ và hữu cơ cũng như tỷ
lệ giữa các nhóm chất hữu cơ trong dịch đen phụ thuộc vào nguyên liệu cũng
như chế độ công nghệ nấu bột giấy.


12

Hàm lượng lignin trong dịch đen chiếm khoảng 50% các hợp chất hữu
cơ, là hỗn hợp các chất hữu cơ thơm với phân tử lượng khác nhau. Khoảng 70
80% lignin kiềm ở dạng keo hoà tan, đây là phần lignin có thể kết tủa được
thành dạng bột xốp có màu vàng hoặc nâu khi axit hoá. Còn lại 20 30% có

phân tử lượng thấp được gọi là lignin hoà tan, là phần không kết tủa được khi
pH thay ®ỉi.
C¸c nhãm chøc cđa lignin gåm nhãm metocxyl – OCH3 là một trong
những nhóm đặc trưng của lignin. Trong gỗ cứng chứa 20 22%, gỗ mềm
chứa 16 17%.
Nhóm hyđroxyl OH, số lượng nhóm hyđroxyl phụ thuộc vào phương
pháp phân tích lignin, chiếm khoảng 9 11%. Nhóm hyđroxyl chia làm hai
loại: loại liên kết vòng thơm thì mang tính phenol và các tính axit; loại liên kết
mạch prropan thì mang tính rượu và phụ thuộc vào vị trí có thể là rượu bậc 1
hoặc bậc 2. Đặc biệt nhóm hyđroxyl ở vị trí mang tính rượu benzyl có hoạt
tính cao.
Các chất hữu cơ trong nước thải có thể chia thành bốn nhóm sau:
- Nhóm các chất hữu cơ bay hơi như axit foocmic, axit oxalic axit axetic,
các axit dễ bay hơi khác.
- Các chất hữu cơ không hoµ tan trong n­íc vµ trong ete chđ u lµ
lignin, kiềm.
- Các chất hữu cơ không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong ete bao
gồm các hợp chất phenol, axit nhựa, axit béo.
- Các chất hòa tan trong nước và trong hỗn hợp rượuete bao gồm
lacton, hydroxyt axit.
Quá trình nấu đà phá hủy và chuyển hóa vào dung dịch đen khoảng 8,910,2% xenlulo; 22,7ữ25,7% lignin; 7,3ữ7,7% pentozan; 7,2ữ7,5% hexozan vµ


13

tất cả các chất nhựa khoảng 3,5ữ4% so với khối lượng nguyên liệu khô tuyệt
đối.
Trong công đoạn nấu thu được loại dịch nấu mầu đen, rất giầu lignin
(loại hợp chất hữu cơ từ thực vật rất khó phân hủy) và các hóa chất nấu. Để
giảm thiểu nồng độ ô nhiễm trong dịch đen người ta thường dùng các biện

pháp:
-

Tách dịch đen đậm đặc ban đầu từ lưới gạn bột giấy và tuần
hoàn dùng lại ở nồi nấu sẽ giảm được lượng kiềm trong dịch
thải.

-

Thu hồi hóa chất từ dịch đen bằng công nghệ cô đặc, đốt, xút
hóa, các phương pháp này có thể giảm tải ô nhiễm COD tới
85%.

Tải lượng ô nhiễm của quá trình nấu bột giấy là rất lớn. Thải lượng này
phụ thuộc vào công nghệ nấu cũng như nguyên liệu sử dụng.
Bảng 2.1 - Hiệu suất bột giấy và các chất hữu có trong dịch đen khi nấu
gỗ thông theo phương pháp xút [5].
Thành phần

Hàm lượng, %
0B

Xenluylô

42,8

Lignin kiềm

21,6

Lignin hoà tan (không kết tủa với axit)

6,9

Lacton và hyđroxyt axit

18,2

Axit axetic

3,2

Axit Foocmic

1,7

Rượu metylic

0,4

Các chất không xác định

5,2


14

Bảng 2.2 Sự phụ thuộc của lượng chất thải và lượng nước sử dụng vào
trình độ công nghệ của nhà máy bột Sunfat và Sôđa không tẩy trắng [6]
BOD

COD

TSS

Lượng nước sử dụng

kg/tấn

kg/tấn

kg/tấn

m3/tấn

Không thu hồi hóa chất

300

1.200

50

50

Tăng hiệu quả rửa, có

20

80

50

50

hệ

20

80

20

25

Thu gom và thu hồi

15

60

15

15

10

40

15

10-15

2

15

2

10-15

Trình độ công nghệ

thu hồi hóa chất
Khép

kín

thêm

thống sàng
nước chảy tràn
Xử lý và thu hồi nước
ngưng tụ
Xử lý nước thải

Bảng 2.3- Hàm lượng COD, BOD và độ màu trong dịch đen nấu bột giấy
theo công nghệ kiềm của các loại nguyên liệu khác nhau [11].
Phương

Nguyên

Hiệu suất

BOD7

COD

Màu

pháp nấu

liệu thô

bột giấy, %

kg/tấn

kg/tấn

kg/tấn

Xút

Rơm rạ

50

250

930

1.050

Xút

BÃ mía

80

265

750

-

Sunphát

BÃ mía

48

350

1.340

950

Sunphát

Tre nứa

46

295

1.300

1.190

Sunphát

Bạch đàn

53

350

1.550

2.150

Sunphát

Gỗ thông

48

280

1.350

1.400

Các chất vô cơ hoà tan trong nước thải bao gồm natri hydroxyt (NaOH)
và các muối natri (Na2SO4, NaCl, Na2CO3). Hàm lượng các chất vô cơ chiếm


15

khoảng 20ữ26% so với hàm lượng chất khô trong dịch đen, phụ thuộc vào chế
độ công nghệ nấu bột giấy Natri hydroxyt và muối của nó sẽ làm thay đổi pH
của nguồn nước tiếp nhận sang môi trường kiềm.
Trong quá trình sản xuất bột giấy, hầu như tất cả lượng nước đưa vào sử
dụng sẽ là lượng nước thải ra, nước thải từ quá trình nấu và rửa sau có các yếu
tố gây ô nhiễm chính đó là.
- pH cao do kiềm dư gây ra là chính
- Thông số cảm quan (màu đen, mùi, bọt) chủ yếu là do dẫn xuất của
lignin gây ra là chính.
- Cặn lơ lửng (do bột giấy và các chất độn như cao lin gây ra).
- COD và BOD do các chất hữu cơ hoàn tan gây ra là chính, các chất
hữu cơ ở đây là lignin và các dẫn xuất của lignin, các loại đường cao phân tử
và một lượng nhỏ các hợp chất có nguồn gốc sinh học khác.

Chương 3
đối tượng và phương pháp nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Hầu hết các nhà máy sản xuất bột giấy không thu hồi hóa chất đều có
công suất thấp (Khoảng 10.000 tấn/năm) do đó mà họ không thể đầu tư dây
chuyền thu hồi hóa chất. Các chất thải trong quá trình nấu rửa bao gồm chất

thải rắn, nước thải và ô nhiễm khí cao, đặc biệt là nguồn nước thải với hàm
lượng COD, BOD, TSS, mầu, ô nhiễm cao gấp nhiều lần so với TCVN. Về
nguyên tắc chung của quá trình phát thải đối với các nhà máy qui mô vừa và
nhỏ là gần như tương tự. Cho nên trong quá trình nghiên cứu, đề tài đà chọn
nguồn nước thải của nhà máy giấy Hòa Bình làm đối tượng nghiên cứu.
3.2. Nội dung nghiên cứu


16

Căn cứ vào mục tiêu của đề tài đà đề ra, nội dung nghiên cứu của đề tài
được tiến hành các công việc sau:
- Lấy mẫu tại hiện trường và xác định các thông số ô nhiễm của nước
thải: pH, COD, BOD, TSS, độ mầu.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố cơ bản đối với quá trình xử lý
nước thải, trong đó bao gồm:
+ Nghiên cứu công đoạn xử lý hóa lý: Tìm hiểu ảnh hưởng của nồng độ
vôi sử dụng để xử lý nước thải. Từ đó xác định được mức dùng vôi thích hợp.
+ Nghiên cứu công đoạn xử lý sinh học kỵ khí: Tìm hiểu ảnh hưởng của
tải lượng COD đầu vào và thời gian lưu của nước thải tới hiệu suất xử lý. Từ
đó xác định được thời gian lưu nước thải thích hợp cho quá trình xử lý.
+ Nghiên cứu công đoạn xử lý sinh học hiếu khí: Nghiên cứu ảnh
hưởng của thời gian l­u n­íc th¶i tíi hiƯu st xư lý. Tõ đó xác định được thời
gian lưu nước thải thích hợp cho quá trình xử lý.
- Xác lập qui trình xử lý nước thải

3.3. Phạm vi nghiên cứu
Mẫu nước thải được sử dụng để nghiên cứu là nguồn nước thải từ quá
trình nấu rửa bột giấy của nhà máy giấy Hòa Bình.
Phạm vi nghiên cứu là những thí nghiệm và hệ thống Pilot trong phòng

thí nghiệm.
3.4. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp xử lý để loại bỏ các chất nhiễm bẩn trong nước thải
của ngành giấy bao gồm lắng, đông tụ hoá học và xử lý sinh học.
3.4.1. Xử lý hóa lý nước thải
3.4.1.1. Cơ sở lý thuyết