Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp giấy và bột giấy đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam với tốc độ tăng trưởng hàng năm khoảng 15-16%. Sản lượng giấy toàn quốc hiện đạt hơn 800.000 tấn/năm, đáp ứng khoảng 60% nhu cầu trong nước, phần còn lại phải nhập khẩu. Ngành này tiêu thụ lượng nước lớn, từ 100 đến 350 m³ nước cho mỗi tấn giấy sản xuất, cao hơn nhiều so với các nhà máy hiện đại trên thế giới chỉ sử dụng từ 7 đến 15 m³ nước/tấn giấy. Nước thải từ quá trình sản xuất bột giấy chứa nhiều chất ô nhiễm như lignin, các hợp chất clo hữu cơ, kim loại nặng, phẩm màu và chất rắn lơ lửng, gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước.

Đề tài nghiên cứu diễn biến chất lượng nước thải bột giấy của Công ty Cổ phần Giấy An Hòa trong quý IV năm 2017 nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm, hiệu quả xử lý nước thải và đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu quả xử lý. Nghiên cứu được thực hiện tại Nhà máy Giấy An Hòa, tỉnh Tuyên Quang, trong khoảng thời gian từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2017. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường nước, nâng cao trách nhiệm quản lý và vận hành hệ thống xử lý nước thải tại các nhà máy giấy, góp phần phát triển bền vững ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về ô nhiễm nước và xử lý nước thải công nghiệp, trong đó:

  • Lý thuyết ô nhiễm nước: Định nghĩa ô nhiễm nước là sự thay đổi thành phần và tính chất nước vượt quá ngưỡng cho phép, ảnh hưởng đến sinh vật và con người. Các chỉ số quan trọng gồm pH, BOD, COD, TSS, độ màu, kim loại nặng và vi sinh vật gây bệnh.

  • Mô hình xử lý nước thải bột giấy: Áp dụng quy trình xử lý gồm các công đoạn tiền xử lý (song chắn rác, lắng cát), xử lý sinh học hiếu khí (bể aerotank), xử lý hóa học (keo tụ tạo bông), lắng và khử trùng bằng clo. Mô hình này giúp giảm tải lượng ô nhiễm hữu cơ, chất rắn và màu trong nước thải.

  • Khái niệm chính: BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa), COD (Nhu cầu oxy hóa học), TSS (Chất rắn lơ lửng), DO (Oxy hòa tan), MLSS (Nồng độ bùn hoạt tính), SVI (Chỉ số thể tích bùn), PCDD/PCDF (dioxin và furan trong bùn cặn).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu sơ cấp từ việc lấy mẫu nước thải tại các vị trí đầu ra của hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy An Hòa trong quý IV năm 2017, gồm 3 đợt lấy mẫu vào các ngày cụ thể trong tháng 10, 11 và 12. Số liệu thứ cấp được thu thập từ các báo cáo, tài liệu kỹ thuật và quy chuẩn Việt Nam.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng các tiêu chuẩn phân tích nước thải theo QCVN 12:2015/BTNMT và các tiêu chuẩn ISO, TCVN liên quan để xác định các chỉ số pH, COD, BOD5, TSS, độ màu và các chỉ tiêu khác. Phân tích số liệu bằng phần mềm Excel để thống kê, biểu diễn và so sánh với tiêu chuẩn.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2017, tập trung vào đánh giá diễn biến chất lượng nước thải trong quý IV năm 2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  • Chất lượng nước thải sau xử lý: Các chỉ số pH dao động trong khoảng 5,75 - 6,87, chủ yếu đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 12:2015, tuy có một số thời điểm không đạt do biến động trong quá trình vận hành. Chỉ số COD sau xử lý dao động từ 28 đến 112 mg/l, phần lớn đạt tiêu chuẩn ≤ 100 mg/l.

  • Chỉ số TSS và màu: TSS sau xử lý dao động từ 10 đến 60 mg/l, đa số đạt tiêu chuẩn ≤ 50 mg/l. Độ màu dao động từ 38 đến 76 Pt-Co, phần lớn đạt tiêu chuẩn ≤ 75 Pt-Co.

  • Hiệu quả xử lý theo thời gian: Tháng 12 có hiệu quả xử lý kém hơn so với tháng 10 và 11, thể hiện qua các chỉ số COD và màu cao hơn, tuy nhiên sau đó đã được điều chỉnh kịp thời. Biểu đồ diễn biến các chỉ số cho thấy sự ổn định và khả năng kiểm soát tốt của hệ thống xử lý.

  • Lượng bùn thải: Nhà máy sản xuất 130.000 tấn bột giấy/năm, phát thải khoảng 50 kg bùn khô/tấn bột giấy, tương đương hơn 6.500 tấn bùn khô/năm, cần được xử lý và tái sử dụng để tránh ô nhiễm môi trường.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân biến động chất lượng nước thải chủ yếu do sự thay đổi tải lượng ô nhiễm và điều kiện vận hành hệ thống xử lý, đặc biệt là kiểm soát pH và lượng oxy hòa tan (DO) trong bể vi sinh hiếu khí. So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả cho thấy hệ thống xử lý của nhà máy An Hòa đạt hiệu quả cao nhờ áp dụng công nghệ tẩy trắng không sử dụng clo nguyên tố (ECF) và hệ thống xử lý nước thải hiện đại nhập khẩu từ Thụy Điển. Việc bổ sung hóa chất keo tụ và điều chỉnh dinh dưỡng vi sinh giúp nâng cao hiệu quả xử lý màu và COD. Kết quả này phù hợp với xu hướng xử lý nước thải ngành giấy tiên tiến trên thế giới, đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước tại khu vực sông Lô.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ diễn biến pH, COD, TSS và màu theo từng tháng, giúp minh họa rõ sự biến động và hiệu quả xử lý theo thời gian.

Đề xuất và khuyến nghị

  • Tăng cường kiểm tra, giám sát hệ thống xử lý: Thực hiện kiểm tra định kỳ và giám sát liên tục các thông số vận hành, đặc biệt là pH, DO, MLSS và SVI để kịp thời điều chỉnh, đảm bảo hiệu quả xử lý ổn định.

  • Nâng cao năng lực chuyên môn cho cán bộ môi trường: Đào tạo và trang bị kỹ năng vận hành, bảo trì hệ thống xử lý nước thải cho đội ngũ kỹ thuật nhằm giảm thiểu sự cố và nâng cao hiệu quả xử lý.

  • Tối ưu hóa sử dụng hóa chất: Xây dựng quy trình điều chỉnh liều lượng hóa chất keo tụ (PAC, PFS) và dinh dưỡng vi sinh phù hợp với tải lượng ô nhiễm, tránh dư thừa gây ảnh hưởng pH và chi phí vận hành.

  • Phát triển công tác tuyên truyền và quy hoạch cây xanh: Tăng cường tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường, đồng thời quy hoạch trồng cây xanh quanh khu vực nhà máy để giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện cảnh quan.

  • Khuyến khích tái sử dụng bùn vi sinh: Nghiên cứu và áp dụng các giải pháp tái sử dụng bùn vi sinh làm phân bón, giảm chi phí xử lý và bảo vệ môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Các nhà quản lý môi trường và chính sách: Nhận diện các vấn đề ô nhiễm nước thải ngành giấy, từ đó xây dựng chính sách quản lý và quy chuẩn phù hợp.

  • Doanh nghiệp sản xuất giấy và bột giấy: Áp dụng các giải pháp công nghệ xử lý nước thải hiệu quả, nâng cao trách nhiệm bảo vệ môi trường và giảm chi phí vận hành.

  • Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành môi trường: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, phân tích số liệu và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải trong ngành công nghiệp giấy.

  • Cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường địa phương: Sử dụng kết quả nghiên cứu để giám sát, kiểm soát chất lượng nước thải và bảo vệ nguồn nước mặt tại các khu vực có nhà máy giấy.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nước thải ngành giấy lại có mức độ ô nhiễm cao?
    Nước thải ngành giấy chứa nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp như lignin, các hợp chất clo hữu cơ, kim loại nặng và chất rắn lơ lửng, do quá trình nấu, tẩy trắng và xeo giấy sử dụng nhiều hóa chất và nước, gây ô nhiễm nghiêm trọng.

  2. Công nghệ xử lý nước thải nào được áp dụng tại nhà máy giấy An Hòa?
    Nhà máy áp dụng công nghệ xử lý sinh học hiếu khí kết hợp với xử lý hóa học keo tụ tạo bông, sử dụng hệ thống xử lý hiện đại nhập khẩu từ Thụy Điển, cùng với công nghệ tẩy trắng không dùng clo nguyên tố (ECF).

  3. Làm thế nào để kiểm soát pH và DO trong quá trình xử lý nước thải?
    pH được điều chỉnh bằng việc bổ sung axit hoặc kiềm tại bể điều hòa, còn DO được duy trì trong khoảng 2-4 mg/l thông qua hệ thống sục khí và điều chỉnh máy thổi khí, đảm bảo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật hoạt động.

  4. Lượng bùn thải ra từ nhà máy được xử lý như thế nào?
    Bùn thải được thu gom, ép khô bằng hệ thống ép bùn ly tâm và băng tải, sau đó chuyển đến lò đốt hoặc có thể tái sử dụng làm phân bón nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

  5. Các biện pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải là gì?
    Bao gồm tăng cường giám sát vận hành, đào tạo nhân viên, tối ưu hóa liều lượng hóa chất, phát triển cây xanh quanh nhà máy và khuyến khích tái sử dụng bùn vi sinh.

Kết luận

  • Nước thải bột giấy của Công ty Cổ phần Giấy An Hòa sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 12:2015/BTNMT, đảm bảo an toàn cho môi trường nước sông Lô.
  • Công nghệ xử lý sinh học hiếu khí kết hợp xử lý hóa học keo tụ tạo bông mang lại hiệu quả xử lý cao, giảm đáng kể các chỉ số ô nhiễm như COD, BOD5, TSS và màu.
  • Việc áp dụng công nghệ tẩy trắng không sử dụng clo nguyên tố (ECF) giúp giảm phát thải các chất độc hại như dioxin và furan trong bùn cặn.
  • Biện pháp quản lý và vận hành hệ thống xử lý nước thải cần được nâng cao, đặc biệt là kiểm soát pH, DO và liều lượng hóa chất để duy trì hiệu quả ổn định.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu, cải tiến công nghệ và tăng cường tuyên truyền bảo vệ môi trường nhằm phát triển bền vững ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam.

Hành động tiếp theo: Thực hiện các khuyến nghị nâng cao hiệu quả xử lý, mở rộng nghiên cứu đánh giá chất lượng nước thải tại các nhà máy giấy khác, đồng thời tăng cường hợp tác giữa doanh nghiệp và cơ quan quản lý môi trường.