nghiên cứu sử dụng thân lục bình làm giá thể dính bám kết hợp quá trình bùn hoạt tính trong xử lý

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn

SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Môi trường sống ngày càng suy thoái kéo theo một loạt các hệ lụy cho con người và các

hệ sinh thái trên hành tinh của chúng ta. Như một quá trình tất yếu, phát triển kinh tế được xem

là một trong những nguyên nhân gây nên hiện tượng ô nhiễm, suy thoái và cạn kiệt tài nguyên,

đe dọa sự sống.

Ngày càng nhiều ngành công nghiệp ra đời mang nhiều sản phẩm phục vụ nhu cầu cộng

đồng và độ thỏa dụng của họ càng gia tăng thì sức chịu tải của môi trường càng giảm rõ rệt.

Nhiều dòng sông được xem là dòng sông chết, nhiều khu dân cư được xem là làng ung thư…Đó

chính là hệ quả của việc xem nhẹ phát triển công nghiệp mà không quan tâm đến quản lý dòng

thải. Và ngành giấy cũng là một vấn đề được quan tâm như vậy.

Với đặc tính của một dòng thải giàu chất hữu cơ và khá nguy hại, thì vấn đề xử lý trước

khi thải ra nguồn tiếp nhận được quan tâm đặc biệt khi mà trong giai đoạn hiện nay, các giải

pháp quản lý (ISO 14001, Sản xuất sạch hơn…) chưa thể áp dụng nhuần nhuyễn và mang hiệu

quả tối ưu bằng các giải pháp kỹ thuật ở nước ta. Vì vậy, nhiều giải pháp thực tiễn đã mang lại

hiệu quả trong việc giảm nhẹ tác động của dòng thải ngành sản xuất. Công nghệ sinh học hiếu

khí làm được điều đó.

Cũng với bản chất là xử lý hiếu khí, nhưng xử lý nước thải bằng quá trình sinh trưởng lơ

lửng sẽ mang theo một lượng đáng kể vi sinh vật ra ngoài khi nước thải đã qua xử lý. Do vậy,

một trong những biện pháp mang lại hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là

nâng cao mật độ vi sinh vật trong hệ thống. Và sinh trưởng dính bám sẽ góp phần đảm bảo điều

này. Là quá trình xử lý sinh học trong đó sinh khối tồn tại và phát triển trong môi trường xử lý

dưới dạng màng bám vào giá thể - đạt hiệu quả cao và có nhiều lợi điểm trong công nghệ xử lý

nước thải do phần lớn vi sinh vật bám vào giá thể nên không bị cuốn ra ngoài.

Nhận thức điều đó, tìm kiếm một cơ hội để kết hợp hai quá trình: tăng trưởng lơ lửng và

tăng trưởng dính bám là cần thiết và việc tìm kiếm vật liệu làm giá thể vừa rẻ, vừa khả thi cũng

hết sức quan trọng. Thân lục bình (được phơi khô) - một loại vật phẩm rất phổ biến trong đời

sống nông thôn có thể đáp ứng được yêu cầu trên.

Từ những nhận thức khoa học và thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng thân lục bình

làm giá thể dính bám kết hợp công nghệ bùn hoạt tính trong xử lý nước thải công ty TNHH

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn

SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 2

giấy AFC - xã Vĩnh Lộc B - huyện Bình Chánh - TP.HCM” sẽ mở ra một hướng nghiên cứu

mới, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nước thải ngành giấy nói riêng, cho các xí nghiệp, các

nhà máy nói chung…để giảm thiểu vấn đề ô nhiễm.

1.2MỤC ĐÍCH

- Đánh giá khả năng sử dụng thân lục bình làm giá thể trong xử lý nước thải ngành sản xuất

bột giấy và giấy.

- Đánh giá khả năng xử lý nước thải ngành sản xuất bột giấy và giấy bằng công nghệ bùn

hoạt tính.

- Xác định hiệu quả xử lý COD, SS, pH trong nước thải của sản xuất bột giấy và giấy.

1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU

- Giá thể: thân lục bình phơi khô.

- Nước thải: vì việc ứng dụng công nghệ xử lý chung cho một ngành công nghiệp rất khó

khăn, do mỗi nhà máy có đặc trưng riêng về công nghệ, nguyên vật liệu sản xuất, … nên

thành phần và tính chất nước thải thường khác nhau. Do đó, nước thải được sử dụng trong

nghiên cứu là nước thải được lấy từ hố thu nước thải của Công ty TNHH giấy AFC đặt tại

xã Vĩnh Lộc B, huyện Bình Chánh, TP.HCM.

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tiến hành phân tích các chỉ tiêu đầu vào của nước thải sản xuất giấy sau khi lấy từ Công

Ty TNHH Giấy AFC – Xã Vĩnh Lộc B – Huyện Bình Chánh – TP.HCM.

- Tiến hành chạy mô hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu đầu ra với các chế độ tải

trọng khác nhau để tìm ra khoảng nồng độ xử lý tối ưu nhất đối với giá thể nghiên cứu.

- Đưa ra các số liệu mà thân lục bình có khả năng xử lý đối với loại nước thải ngành sản

xuất giấy và bột giấy.

1.5 PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN

- Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng bể phản ứng với kích thước nhỏ

- Phương pháp phân tích chỉ tiêu

- Phương pháp thu thập và xử lý thông tin, số liệu

- Phương pháp đánh giá, kiểm tra

1.6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn

SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 3

- Mô hình trong phòng thí nghiệm

- Ứng dụng với bể sinh học hiếu khí

- Áp dụng cho nước thải giấy

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn

SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 4

Công nghiệp giấy và bột giấy đã có từ hàng nghìn năm trước đây khi giấy còn được làm

từ cây cói và được coi là một phương tiện riêng dùng trong việc truyền tải thông điệp giữa các

thủ lĩnh.

Và thế kỷ 20 được xem là giai đoạn cải tiến tinh vi cho nền công nghiệp này như sự phát

triển của công nghệ sản xuất bột nghiền, công nghệ nấu bột liên tục, tẩy bột liên tục nhiều giai

đoạn, tráng giấy trên máy xeo, máy xeo lưới đôi…

Ngày nay giấy đã được sử dụng rộng rãi với số lượng lớn làm nguyên liệu đóng gói, cho các

mục đích vệ sinh và là phương tiện thông tin không thể thiếu trong các hoạt động xã hội.

Lượng sử dụng giấy dao động từ trên 300 kg/người.năm ở các vùng công nghiệp phát

triển cao đến dưới 10 kg/người.năm ở các vùng đang phát triển trên thế giới. Giấy đặt nền móng

cho quá trình phát triển, có ý nghĩa quyết định đối với khả năng đọc và viết và rất quan trọng

trong việc tăng cường trao đổi văn hoá và kinh doanh.

Nghành công nghiệp giấy và bột giấy nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ, hiện đứng thứ

5 trong nền kinh tế của chúng ta và được xếp thứ 3 trong tốc độ phát triển của nền kinh tế.

Xét riêng trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh nghành công nghiệp giấy được chia thành hai

hình thức hoạt động sản xuất:

- Các hợp tác xã và các tổ hợp sản xuất : nguyên liệu chủ yếu ở các cơ sở sản xuất này là

giấy thải các loại và các chất phụ gia khác như tinh bột, nhựa thông, nhựa PE, phèn… Các

cơ sở này ít gây ô nhiễm đến môi trường vì trong quy trình sản xuất giấy tái sinh không

thải ra dịch đen là loại nước thải sau nấu giấy.

- Các nhà máy, công ty sản xuất giấy có quy mô điển hình như:

+ Công ty TNHH SX&TM Thuận Tiến gồm 3 phân xưởng, toạ lạc tại lô 2 đường 1 KCN

Tân Tạo, điện thoại: 7540194, 7540192, 8558744 . Công ty chuyên kinh doanh bao bì

các loại, sản phẩm chính là giấy gói, giấy vệ sinh, giấy photo,…. Nguồn nguyên liệu

chính: Lồ ô, tre, bột giấy nhập và các nguyên liệu phụ gia, hố chất tẩy trắng…

+ DNTN Thương mại Minh Kim Long, cũng thuộc KCN Tân Tạo nhưng ở địa chỉ lô 3

đường B, điện thoại: 7505592, 7505594. Doanh nghiệp này chuyên kinh doanh các

mặt hàng bao bì, sản phẩm chính là sản xuất giấy cuộn, giấy vệ sinh và giấy bao bì.

Nguyên liệu: Bột giấy, giấy vụn các loại và một số nguyên liệu phụ trợ.

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn

SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 5

+ Công ty TNHH Bao bì Tấn Thành toạ lạt tại lô III 24 cụm 4, đường 19/5A Nhóm CN

III KCN Tân Bình, điện thoại: 8155314, 8155369. Công ty chuyên kinh doanh bao bì

các loại, sản phẩm chính là bao bì nhựa, giấy và hộp giấy. Nguyên liệu: nhựa, giấy

vụn, thùng làm từ bìa lượn sóng cũ và các nguyên liệu phụ gia, hoá chất…

+ Công ty TNHH Bao bì Giấy Vạn Hưng, địa chỉ: lô 6 đường 2, KCN Tân Tạo, điện

thoại: 7508232, 7505250. Công ty chuyên sản xuất và kinh doanh các mặt hàng bao bì,

sản phẩm chính là thùng carton, bao bì hộp. Nguyên liệu sản xuất: Giấy vụn các loại

và một số nguyên liệu phụ trợ…

+ Công ty TNHH SX-TM Hồng Trung Phát, địa chỉ: M3 KCN Lê Minh Xuân, số điện

thoại: 7660586. Công ty chuyên sản xuất và kinh doanh các mặt hàng giấy và bao bì,

sản phẩm chủ yếu là giấy duplex, giấy cuộn, bao bì carton. Nguyên liệu: Bột giấy,

giấy vụn, thùng làm từ bìa lượn sóng cũ và các nguyên liệu phụ gia, hố chất…

+ Nhà máy giấy Xuân Đức gồm ba phân xưởng toạ lạc tại quận Thủ Đức, có diện tích

mặt bằng tổng cộng 27069 m2. Sản phẩm chính của nhà máy là sản xuất bột giấy, giấy

carton, giấy duplex.

+ Nguyên liệu: Lồ ô, tre, dăm đủa, các loại giấy vụn và các nguyên liệu phụ trợ sản xuất

giấy…

+ Nhà máy giấy Mai Lan – 129 Aâu Cơ – quận Tân Bình, tổng diện tích mặt bằng:

11700 m2. Nhà máy chuyên sản xuất các sản phẩm: Giấy vệ sinh cuộn, băng giấy vệ

sinh, khăn giấy, khăn thơm… Nguyên liệu: Lồ ô, bông phế, bột giấy, giấy vụn…

Qua sơ lược các công ty, nhà máy, cơ sở sản xuất giấy tại Tp Hồ Chí Minh, ta có thể nhận

thấy rất ít các công ty sản xuất bột giấy từ nguyên liệu gỗ, nếu có sản xuất các dạng giấy trắng

dùng trong photo thì đa phần đều nhập nguyên liệu bột giấy từ nơi khác. Điều này một phần vì

công đoạn sản xuất bột giấy, tẩy trắng bột đòi hỏi quy mô nơi sản xuất phải lớn, các quy trình,

thiết bị tiên tiến giá thành cao. Phần khác nước thải từ công đoạn nấu tạo ra dịch đen và nước

thải sau nấu ở công đoạn tẩy trắng rất khó xử lý dễ gây ô nhiễm môi trường.

Hiện nay hầu hết các nhà máy sản xuất giấy trong thành phố chưa xây dựng được hệ

thống xử lý nước thải đạt hiệu quả, nhiều công ty sản xuất giấy xây dựng hệ thống xử lý nước

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn

SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 6

thải không hướng đến bảo vệ môi trường chỉ nhằm mục đích đối phó với các cơ quan quản lý

môi trường khi đến kiểm tra.

2.1. Quy trình công nghệ của nhà máy sản xuất giấy

2.1.1. Các hệ thống nghiền bột giấy và tẩy giấy:

Sợi lấy từ gỗ, các thực vật ngoài gỗ (tre, nứa, bã mía, rơm rạ), vải hoặc giấy dùng rồi (các

sợi tái sinh), hình thành cho tất cả các loại giấy và bìa giấy. Trong tất cả các nguyên liệu dạng sợi

này, các sợi được gắn kết với độ chắc chắn nhiều, ít khác nhau, để sản xuất giấy trước hết cần

phải phân loại các loại sợ riêng theo từng loại. Sau đó, cần phải xử lý sợi để có được các thuộc

tính mong muốn, như độ sáng và phải được làm sạch để loại bỏ các tạp chất và các chất dư thừa.

Các hoạt động thường được thực hiện qua quá trình phân loại sợi, rửa và tẩy ở nhiệt độ cao.

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn

SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 7

Xöõ lyù sôï nguyeân lieäu

Nghieàn boät (thu hoài)

Röûa

Saøng loïc

Xeo giaáy

Phôi saáy

Taåy

Chaát thaûi raén

Chaát khí vaø hôi nöôùc

Chaát hoaø tan, hoaù chaát dö thöøa

Chaát thaûi raén

Chaát hoaø tan

Chaát thaûi raén Chaát hoaø tan Hoaù chaát dö thöøa

Sôïi nguyeân lieäu

Hoaù chaát Naêng löôïng

nöôùc

Naêng löôïng

Hoaù chaát Naêng löôïng Hoaù chaát dö thöøa

Naêng löôïng

Naêng löôïng Nöôùc, hoaù chaát Hình 2.1 Quá trình xeo giấy

Trong quá trình phân loại sợi, lignin gắn kết các sợi với nhau, trong gỗ, hoặc thảo mộc

được hòa tan bằng hóa học, hoặc được phân huỷ bằng cơ học. Mức độ hòa tan tuỳ thuộc vào

nguyên liệu và cường độ xử lý. Sau khi phân loại sợi, bột giấy được rửa sạch để loại bỏ chất hòa

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn

SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 8

tan (và để thu gom chất hòa tan này dưới dạng càng cô đặc càng tốt), trước khi các tạp chất rắn

được loại bỏ trong việc sàng lọc. Trong nghiền bột hóa học, dung dịch nước có chất hòa tan cần

phải tiếp tục được cô đặc sau khi rửa sạch, và sau đó đem đốt trong lò đốt, hoặc nồi hơi, để thu

hồi nhiệt năng và các chất bột giấy.

Sau khi vận hành nghiền bột, bột giấy, giấy thường có màu tối hoặc là do bản thân màu của

nguyên liệu, hoặc do bột giấy đổi màu trong quá trình nghiền bột. Đối với nhiều ứng dụng trong

sản xuất, cần thiết phải khử màu bằng cách tẩy trắng. Tuỳ theo loại bột giấy, có thể tẩy trắng

bằng cách thuỷ phân, hoặc hòa tan chất có màu (chủ yếu là các lignin tồn lưu), hoặc bằng cách

cải biến chất liệu. Cách tẩy thứ nhất có thể dùng chlorine, hypochlorine, chlorine dioxide và

oxygen. Cách tẩy thứ 2 chủ yếu ứng dụng cho bột giấy cơ học, hoặc bột giấy tái chế và có thề

dùng peroxides, hoặc giảm bớt các tác nhân tẩy, như dithionites.

Các dòng thải có chứa nhiều chất dinh dưỡng, dưới dạng các muối vô cơ gốc nitrogen và

photphorite, từ nguyên liệu sợi và các hóa chất quy trình công nghệ. Ngoài ra, có các nồng độ

ion kim loại thấp (gốc từ nguyên liệu sợi, từ các hóa chất sử dụng và thiết bị) và các chất tồn lưu

của các hóa chất hữu cơ, được sử dụng trong quy trình công nghệ, bao gồm các tác nhân chống

bọt, slimicides và các tác nhân kiểm soát hắc ín.

2.1.1.1. Nghiền bột giấy bằng sợi tái chế:

Trong nhiều năm qua, việc sử dụng sợi tái chế để sản xuất bột giấy và xeo giấy đã trở nên

phổ biến, việc sử dụng loại vật liệu này trong thời gian gần đây đã tăng lên đáng kể.

Bột giấy để sản xuất các vật liệu làm hộp và giấy gói, có thể làm từ bất kỳ một loại sợi thứ

cấp nào mà không cần phân loại nhiều. Máy nghiền cơ học được sử dụng để nghiền giấy trộn

nước và chuyển hóa thành một hỗn hợp đồng nhất, có thể bơm được như nước. Các chất nhiễm

bẩn nặng như cát, sỏi, được loại bỏ khi chảy lơ lửng trong hệ thống máng, tại đây các chất nặng

sẽ lắng xuống và lấy ra khỏi hệ thống theo định kỳ.

Để sản xuất bột làm giấy in ấn, cần phải bổ sung các công đoạn trong hệ thống nghiền bột.

Lựa chọn chất thải tại nguồn có ý nghĩa quan trọng để có thể tránh phân loại tốn nhiều công tại

nhà máy. Các chủng loại giấy nâu và giấy màu không tẩy, đều không thích hợp vì các yêu cầu

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn

SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 9

tẩy trắng rất cao. Giấy in trắng như giấy báo cũ thường rất sẵn và phải tẩy mực để sản xuất loại

giấy in. trong công nghệ tẩy mực, cần phải bổ sung các tác nhân kiềm, hóa chất tẩy ở công đoạn

nghiền bột.

2.1.1.2. Nghiền cơ học và ứng suất vật liệu cao:

Trong nghiền bột cơ học, các sợi chủ yếu bị tách rời nhau do lực cơ học trong máy nghiền

hoặc thiết bị tinh chế. Quy trình công nghệ nguyên thuỷ là gia công gỗ tròn bằng đá, ở đây gỗ

cây được ép bằng đá nghiền quay tròn. Công nghệ này đòi hỏi có cây gỗ, do cách xử lý, và bột

giấy làm ra có độ dai tương đối thấp.

Có thể tẩy các loại bột giấy cơ học và có ứng suất vật liệu cao, bằng máy tinh chế, hoặc

bằng hệ thống tẩy riêng. Trước đây công đoạn tẩy, bột giấy được xử lý để khử bỏ các kim loại

nặng, là các chất sẽ gây xúc tác phân huỷ tác nhân tẩy; việc xử lý này thường được thực hiện với

các tác nhân tạo phức.

2.1.1.3. Nghiền bột giấy hóa học và bán hóa học:

Nguyên liệu sợi đựơc xử lý với hóa chất ở nhiệt độ và áp lực cao. Mục đích của cách xử lý

này nhằm hòa tan hoặc làm mềm thành phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên

liệu với nhau, đồng thời gây nên sự phá huỷ càng ít càng tốt đối với thành phần xenlulo của sợi.

Cách xử lý này có thể được tiến hành trong nồi áp suất, có thể hoạt động theo chế độ liên tục

hoặc từng mẻ.

2.1.2. Tẩy bột giấy hóa học:

Mục đích của việc tẩy bột giấy hóa học là khử và làm sáng màu lignin màu tồn dư, tồn

đọng trong bột giấy sau khi nấu và để tẩy mà không gây tổn hao quá mức đến độ dai hay hiệu

quả của bột giấy.

2.1.3. Quá trình xeo giấy:

Tác động gây ô nhiễm chính của quy trình công nghệ xeo giấy là thải vào các thuỷ vực một

lượng nước rất lớn. Các chất lơ lửng trong dòng thải có thể tạo ra lớp phủ đáy sông và giết chết

các hệ động, thực vật tự nhiên. Nhu cầu oxy hóa dòng thải, cả BOD và COD, cũng có thể làm