Luận văn: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty Giấy Tân Mai

Luận văn nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho công ty giấy Tân Mai, đảm bảo tiêu chuẩn môi trường và hiệu quả kinh tế.

• Tác giả: Đặng Thế
• Người hướng dẫn: Nguyễn Tấn Phong
• Trường học: Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Địa điểm: Biên Hòa

Tóm tắt

I. Toàn cảnh luận văn xử lý nước thải công ty giấy Tân Mai

Luận văn nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty giấy Tân Mai là một công trình khoa học toàn diện, giải quyết một trong những thách thức môi trường cấp bách nhất của ngành công nghiệp giấy. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ thực trạng ngành sản xuất giấy và bột giấy, dù đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, lại là nguồn gây ô nhiễm đáng kể. Cụ thể tại nhà máy giấy Tân Mai, lượng nước thải phát sinh chứa hỗn hợp phức tạp các chất hữu cơ và hóa chất, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏe cộng đồng. Đề tài này được thực hiện với mục tiêu chính là khảo sát, phân tích và đề xuất một công nghệ xử lý nước thải khả thi, hiệu quả, phù hợp với điều kiện cụ thể của công ty. Đây không chỉ là một luận văn tốt nghiệp ngành môi trường thông thường, mà còn là một giải pháp ứng dụng thực tiễn, có khả năng nhân rộng cho các nhà máy có công nghệ sản xuất tương tự. Phương pháp luận của đề tài kết hợp giữa việc tổng hợp lý thuyết, điều tra khảo sát thực địa, và quan trọng nhất là nghiên cứu thực nghiệm chi tiết. Các thí nghiệm Jartest và mô hình bùn hoạt tính được tiến hành trong phòng thí nghiệm để xác định các thông số tối ưu cho quá trình xử lý. Từ những kết quả thực nghiệm này, một thuyết minh đồ án xử lý nước thải hoàn chỉnh được xây dựng, bao gồm việc lựa chọn công nghệ, tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị, và dự toán kinh tế. Luận văn cung cấp một cái nhìn sâu sắc vào các vấn đề môi trường của ngành giấy, từ đó khẳng định sự cần thiết phải đầu tư vào các hệ thống xử lý bài bản, tuân thủ các quy chuẩn quốc gia như QCVN 40:2011/BTNMT.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận văn

Mục tiêu cốt lõi của luận văn là nghiên cứu và đề xuất một quy trình công nghệ xử lý nước thải phù hợp và khả thi cho Công ty giấy Tân Mai. Công trình tập trung vào việc xác định các điều kiện tối ưu cho cả hai giai đoạn xử lý hóa lý và sinh học, từ đó thiết kế một hệ thống hoàn chỉnh có khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm đặc thù. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn tại nhà máy của công ty ở Biên Hòa, Đồng Nai, tập trung vào hai dòng thải chính: nước thải từ công đoạn sản xuất bột giấy CTMP và nước thải từ công đoạn xeo giấy. Việc giới hạn này cho phép phân tích sâu và chính xác đặc tính của từng dòng thải, làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp xử lý riêng biệt trước khi hòa trộn và xử lý chung.

1.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài trong ngành môi trường

Công trình nghiên cứu này mang ý nghĩa thực tiễn to lớn. Nó không chỉ giải quyết bài toán môi trường cụ thể cho một doanh nghiệp lớn mà còn cung cấp bộ dữ liệu khoa học và kinh nghiệm thực tiễn quý báu. Các kết quả về hiệu quả của phương pháp keo tụ tạo bông và xử lý sinh học hiếu khí có thể được tham khảo và áp dụng cho các nhà máy giấy khác trên cả nước. Hơn nữa, việc tính toán chi tiết chi phí vận hành hệ thống XLNT và thiết kế các công trình đơn vị cung cấp một mô hình tham khảo chuẩn mực cho các dự án đầu tư xử lý môi trường trong tương lai, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững của toàn ngành công nghiệp giấy Việt Nam.

II. Thách thức trong xử lý nước thải ngành giấy và bột giấy

Việc xử lý nước thải ngành giấy đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật do thành phần phức tạp và tải lượng ô nhiễm cao. Nước thải từ công nghiệp này chứa một hỗn hợp đa dạng các chất ô nhiễm, bao gồm cả chất rắn lơ lửng (SS), các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và các hóa chất sử dụng trong quá trình sản xuất. Tại Công ty giấy Tân Mai, hai dòng thải chính có những đặc trưng nước thải công nghiệp giấy rất khác biệt. Nước thải từ công đoạn sản xuất bột giấy CTMP có độ màu rất cao, chủ yếu do sự hiện diện của ô nhiễm Lignin và Xenlulozo, cùng với hàm lượng COD và BOD trong nước thải giấy ở mức rất cao. Cụ thể, tài liệu ghi nhận COD có thể lên tới 3724 mg/L và độ màu 3040 Pt-Co. Ngược lại, nước thải từ công đoạn xeo giấy có độ màu thấp hơn nhưng hàm lượng chất rắn lơ lửng lại rất cao, chủ yếu là bột giấy mịn thất thoát. Việc không xử lý triệt để các nguồn thải này sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan (DO) trong nguồn tiếp nhận, hủy hoại hệ thủy sinh và ảnh hưởng đến chất lượng nước cấp cho các mục đích khác. Thách thức lớn nhất là phải thiết kế một hệ thống có khả năng xử lý hiệu quả đồng thời cả độ màu, chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng từ cả hai dòng thải với chi phí hợp lý. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp phải cân nhắc đến hiệu quả xử lý, tính ổn định và khả năng vận hành trong điều kiện thực tế của nhà máy.

2.1. Phân tích đặc trưng nước thải công ty giấy Tân Mai

Tài liệu gốc chỉ rõ hai nguồn thải chính. Nguồn thứ nhất từ công đoạn sản xuất bột CTMP có lưu lượng khoảng 2.500 m³/ngày, với các chỉ số ô nhiễm nghiêm trọng: BOD5 = 833 mg/L, COD = 3724 mg/L, SS = 935 mg/L, và độ màu rất cao (3040 Pt–Co). Nguồn thứ hai từ công đoạn xeo giấy có lưu lượng lớn hơn (7.500 m³/ngày) nhưng mức độ ô nhiễm hữu cơ thấp hơn một chút: BOD5 = 671 mg/L, COD = 1489,6 mg/L, và SS = 653,33 mg/L. Sự khác biệt này đòi hỏi phải có các bước xử lý sơ bộ riêng biệt cho từng dòng trước khi kết hợp xử lý sinh học.

2.2. Tác động của Lignin COD và BOD đến môi trường

Lignin là hợp chất cao phân tử có trong gỗ, là nguyên nhân chính gây ra độ màu nâu sẫm đặc trưng của nước thải giấy. Độ màu cao không chỉ làm mất mỹ quan mà còn cản trở ánh sáng mặt trời, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh. Trong khi đó, COD và BOD trong nước thải giấy là chỉ số đo lường lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ. Khi các chỉ số này ở mức cao, vi sinh vật trong nước sẽ tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan để phân hủy chúng, dẫn đến tình trạng cạn kiệt oxy, gây chết hàng loạt các loài cá và sinh vật khác, tạo ra một 'vùng chết' trong hệ sinh thái.

III. Hướng dẫn xử lý hóa lý nước thải giấy có độ màu cao

Để giải quyết vấn đề độ màu và chất rắn lơ lửng cao, đặc biệt trong dòng thải từ công đoạn sản xuất bột giấy, phương pháp xử lý hóa lý đóng vai trò tiền xử lý cực kỳ quan trọng. Luận văn đã tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm chi tiết bằng phương pháp Jartest để tối ưu hóa quá trình keo tụ tạo bông. Quá trình này sử dụng các hóa chất (chất keo tụ) để trung hòa điện tích của các hạt keo lơ lửng, khiến chúng kết dính lại với nhau thành các bông cặn lớn hơn và dễ dàng lắng xuống. Thí nghiệm tập trung vào việc xác định liều lượng phèn sắt (III) clorua và chất trợ keo tụ PAC (Poly Aluminium Chloride) tối ưu, cùng với giá trị pH phù hợp để đạt hiệu quả xử lý độ màu nước thải và loại bỏ COD cao nhất. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, việc kết hợp phèn sắt với PAC mang lại hiệu quả vượt trội so với chỉ dùng phèn sắt đơn thuần. Cụ thể, hệ thống không chỉ giảm được liều lượng phèn cần dùng mà còn tăng hiệu quả xử lý COD lên đáng kể. Quá trình này được thực hiện trong bể lắng hóa lý, nơi các bông cặn được hình thành và lắng xuống đáy, tách ra khỏi pha nước. Nước sau giai đoạn này đã trong hơn đáng kể, giảm tải lượng ô nhiễm cho giai đoạn xử lý sinh học tiếp theo.

3.1. Kết quả thí nghiệm Jartest với phèn sắt và PAC

Nghiên cứu thực nghiệm Jartest đã xác định các thông số tối ưu cho quá trình keo tụ. Khi sử dụng kết hợp phèn sắt và PAC, hiệu quả xử lý đạt mức cao nhất tại pH khoảng 4,7. Liều lượng tối ưu được xác định là 1.800 mg/L phèn sắt và 35 mg/L PAC. Với điều kiện này, hiệu quả xử lý độ màu đạt 97,66% và hiệu quả xử lý COD đạt 82,55%. Nước thải sau xử lý có độ màu chỉ còn khoảng 71 Pt-Co và COD giảm xuống còn 650 mg/L, tạo điều kiện rất thuận lợi cho công đoạn xử lý sinh học phía sau.

3.2. Vai trò của bể lắng hóa lý và tuyển nổi siêu nông

Sau quá trình keo tụ, các bông cặn cần được tách ra khỏi nước. Bể lắng hóa lý được thiết kế để thực hiện nhiệm vụ này. Dưới tác dụng của trọng lực, các bông cặn lớn sẽ lắng xuống đáy bể và được thu gom. Ngoài ra, một công nghệ khác có thể được xem xét là tuyển nổi siêu nông DAF. Phương pháp này sục các bọt khí siêu nhỏ vào nước, các bọt khí sẽ bám vào bông cặn và kéo chúng nổi lên bề mặt, nơi chúng được gạt bỏ. DAF đặc biệt hiệu quả với các bông cặn có tỷ trọng gần bằng nước, giúp tăng tốc độ tách cặn và giảm diện tích xây dựng so với bể lắng truyền thống.

IV. Cách ứng dụng bùn hoạt tính xử lý nước thải hữu cơ cao

Sau giai đoạn xử lý hóa lý, nước thải từ cả hai công đoạn được hòa trộn và đưa vào hệ thống xử lý sinh học hiếu khí. Đây là công đoạn cốt lõi nhằm loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan còn lại. Luận văn đã nghiên cứu sâu về mô hình bùn hoạt tính hiếu khí, một trong những phương pháp hiệu quả nhất để xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ cao. Nguyên lý của phương pháp này là nuôi cấy một quần thể vi sinh vật hiếu khí (bùn hoạt tính) trong bể sục khí (aeroten). Các vi sinh vật này sử dụng chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển, chuyển hóa chúng thành CO2, nước và sinh khối mới. Nghiên cứu thực nghiệm đã xác định các thông số động học quan trọng như hệ số sản lượng (Y), hệ số phân hủy nội bào (kd) và hằng số bán vận tốc (Ks). Kết quả cho thấy quần thể vi sinh vật hoàn toàn có khả năng thích nghi và phân hủy hiệu quả các chất hữu cơ trong nước thải giấy. Hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn này đạt trên 81% khi vận hành ở tải trọng hữu cơ thích hợp, đảm bảo nước đầu ra đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT về chỉ số BOD5 và COD. Các công nghệ biến thể như công nghệ AAO (kỵ khí - thiếu khí - hiếu khí) hoặc công nghệ SBR (bể phản ứng theo mẻ) cũng là những lựa chọn tiềm năng cho việc nâng cấp hệ thống trong tương lai.

4.1. Vận hành mô hình bùn hoạt tính và các thông số động học

Thí nghiệm được tiến hành trên mô hình động với bùn được thích nghi dần. Quá trình vận hành cho thấy, ở tải trọng từ 1,5 đến 2,5 kg COD/m³/ngày và thời gian lưu 6 giờ, hệ thống hoạt động ổn định nhất. Các thông số động học xác định được là: hệ số sản lượng cực đại Y = 0,4045 và hệ số phân hủy nội bào kd = 0,072 ngày⁻¹. Những thông số này là cơ sở khoa học vững chắc để tính toán và thiết kế bể aeroten trong thực tế, đảm bảo hiệu quả xử lý và tính ổn định của hệ thống.

4.2. Đánh giá khả năng lắng của bùn qua chỉ số SVI

Khả năng lắng của bùn là yếu tố quyết định sự thành công của quá trình bùn hoạt tính. Chỉ số thể tích bùn (SVI) được sử dụng để đánh giá đặc tính này. Kết quả thí nghiệm cho thấy giá trị SVI dao động trong khoảng 109,7 – 130 mL/g. Theo lý thuyết, SVI trong khoảng 50 – 150 mL/g cho thấy bùn hoạt tính có khả năng kết bông tốt và lắng nhanh. Điều này khẳng định bùn được nuôi cấy trong điều kiện nước thải giấy có chất lượng tốt, dễ dàng tách ra khỏi nước thải trong bể lắng thứ cấp, đảm bảo nước đầu ra có độ trong cao.

V. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Tân Mai đạt QCVN

Dựa trên các kết quả nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết, một hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh cho Công ty giấy Tân Mai đã được thiết kế. Quy trình công nghệ được đề xuất là sự kết hợp tối ưu giữa các phương pháp cơ học, hóa lý và sinh học. Sơ đồ công nghệ bao gồm các công trình đơn vị chính: song chắn rác, hố thu, bể điều hòa, bể lắng đợt 1 (cho dòng xeo giấy), cụm bể trộn - phản ứng - lắng hóa lý (cho dòng bột giấy), bể aeroten, bể lắng đợt 2, và bể khử trùng. Thuyết minh đồ án xử lý nước thải trình bày chi tiết chức năng và các thông số tính toán thiết kế cho từng công trình, đảm bảo hệ thống hoạt động đồng bộ và hiệu quả. Một phần quan trọng của thiết kế là hệ thống xử lý bùn thải nhà máy giấy, bao gồm bể nén bùn và máy lọc ép dây đai. Hệ thống này giúp giảm thể tích bùn, thu hồi nước và tạo ra bánh bùn khô hơn, thuận tiện cho việc vận chuyển và xử lý cuối cùng. Toàn bộ hệ thống được thiết kế để đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn cột B của QCVN 40:2011/BTNMT, góp phần bảo vệ môi trường và thể hiện trách nhiệm xã hội của doanh nghiệp. Các tính toán về chi phí vận hành hệ thống XLNT cũng được đưa ra, cung cấp cơ sở để công ty hoạch định tài chính cho việc vận hành lâu dài.

5.1. Sơ đồ và thuyết minh quy trình công nghệ đề xuất

Quy trình công nghệ được thiết kế theo hai nhánh xử lý sơ bộ song song. Nhánh A xử lý nước thải công đoạn xeo giấy bằng lắng cơ học để thu hồi bột. Nhánh B xử lý nước thải công đoạn sản xuất bột bằng phương pháp keo tụ - tạo bông để khử màu và COD. Sau đó, hai dòng nước đã qua xử lý sơ bộ được hòa trộn, điều chỉnh pH và đưa vào bể aeroten để xử lý sinh học chung. Cuối cùng, nước được lắng lần hai, khử trùng trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Sơ đồ này tối ưu hóa hiệu quả xử lý cho từng loại nước thải đặc thù.

5.2. Tính toán chi phí đầu tư và chi phí vận hành hệ thống

Luận văn đã thực hiện dự toán chi phí chi tiết, bao gồm vốn đầu tư cho xây dựng và thiết bị, cũng như chi phí vận hành hàng năm. Chi phí vận hành hệ thống XLNT bao gồm các khoản mục chính: chi phí nhân công, chi phí điện năng cho máy bơm và máy thổi khí, và chi phí hóa chất (phèn, PAC, xút, clo). Việc tính toán này giúp doanh nghiệp có cái nhìn tổng quan về gánh nặng tài chính và lên kế hoạch vận hành bền vững, đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục và hiệu quả.

5.3. Giải pháp xử lý và tái sử dụng bùn thải phát sinh

Bùn thải từ bể lắng hóa lý và bùn dư từ quá trình sinh học được thu gom và đưa đến bể nén bùn để làm đặc. Sau đó, bùn được bơm qua máy lọc ép dây đai để loại bỏ tối đa lượng nước, tạo thành bánh bùn có độ ẩm thấp. Giải pháp này không chỉ giảm chi phí vận chuyển và xử lý bùn mà còn mở ra khả năng tái sử dụng nước thải sau xử lý (nước tách từ bùn) bằng cách tuần hoàn lại đầu hệ thống, đồng thời bùn khô có thể được nghiên cứu để sử dụng làm phân bón hữu cơ hoặc vật liệu san lấp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Như chúng ta đã biết, công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp và dịch vụ khác, nhu cầu về các sản phẩm giấy ngày càng tăng, thu hút nhiều lao động tham gia, chính vì vậy ngành công nghiệp này không thể thiếu được trong đời sống của người dân. Tuy nhiên, lượng nước thải do ngành công nghiệp này thải ra mà không qua xử lý đã ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường nước. Độc tính của các dòng nước thải từ các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy là do sự hiện diện một hỗn hợp phức tạp các dịch chiết trong thân cây bao gồm : nhựa cây, các axit béo,lignin … và một số sản phẩm phân hủy của lignin đã bị clo hóa có trọng lượng phân tử thấp.

Nồng độ của một số chất từ dịch chiết có khả năng gây ức chế đối với cá. Khi xả trực tiếp nguồn nước thải này ra kênh rạch sẽ hình thành từng mảng giấy nổi lên trên mặt nước, làm cho nước có độ màu khá cao và hàm lượng DO trong nước hầu như bằng không. Điều này không những ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của sinh vật nước mà còn gián tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân trong khu vực. Hiện nay, hầu hết các nhà máy giấy đều chưa xây dựng hệ thống xử lý nước thải hoặc nếu có thì xử lý không đạt tiêu chuẩn thải ra nguồn tiếp nhận, Công ty giấy Tân Mai là một trong số những nhà máy đó.2 MỤC ĐÍCH Với hiện trạng môi trường như vậy, vấn đề nghiên cứu công nghệ thích hợp xử lý nước thải cho ngành công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy là hết sức cần thiết.

Đề tài này được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu và đề xuất công nghệ xử lý thích hợp, khả thi cho một trường hợp cụ thể, đó là Công ty giấy Tân Mai.3 PHẠM VI 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. Phạm vi ứng dụng của nghiên cứu là xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai đặt tại phường Thống Nhất, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai.4 GIỚI HẠN Quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp có một số giới hạn như sau :  Thời gian thực hiện ngắn.  Khả năng đầu tư hệ thống xử lý nước thải của Công ty.  Diện tích dùng để bố trí hệ thống xử lý nước thải.5 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Trên cơ sở thu thập thông tin, sưu tầm, điều tra, khảo sát, nghiên cứu và đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho Công ty giấy Tân Mai, có thể tóm tắt các phương pháp thực hiện như sau :  Phương pháp điều tra khảo sát.

SVTH : ĐẶNG THẾ Trang Luận văn tốt GVHD : NGUYỄN TẤN Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân SVTH : ĐẶNG THẾ Trang Luận văn tốt GVHD : NGUYỄN TẤN Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân  Phương pháp tổng hợp thông tin.  Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải.  Phương pháp thực nghiệm. SVTH : ĐẶNG THẾ Trang Luận văn tốt GVHD : NGUYỄN TẤN Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân SVTH : ĐẶNG THẾ Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY VÀ GIẤY 2.1 NGUYÊN LIỆU Sợi cellulose là nguyên liệu thô chính cho công nghệ sản xuất giấy và bột giấy.

Các tế bào thực vật, đặc biệt là tế bào gỗ, chứa rất nhiều sợi cellulose. Trong công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy, sợi cellulose chủ yếu được cung cấp từ các nguồn sau :  Các loại gỗ : Bạch đàn, bồ đề, mỡ, keo,…  Các thực vật ngoài gỗ : Tre nứa, bã mía, rơm rạ,…  Các vật liệu tái sinh : Vải vụn, giấy vụn, giấy đã sử dụng,… Trong đó, gỗ là nguồn cung cấp sợi quan trọng nhất. Thành phần hóa học cơ bản của gỗ bao gồm:  Cellulose Cellulose là một carbohydrate, thành phần phân tử bao gồm các nguyên tố carbon, hydrogen và oxygen. Phân tử cellulose do nhiều phân tử đường glucose tạo thành nên còn được gọi là polysaccharide.

Công thức hóa học của cellulose là (C6H10O5)n, trong đó n thay đổi tùy theo loại gỗ. Thông thường các sợi cellulose dùng trong sản xuất giấy có giá trị n nằm trong khoảng 600 – 1500. Cellulose rất dễ thủy phân thành đường glucose (C6H10O5) trong môi trường axit. Tính chất của các vật liệu bằng cellulose phụ thuộc nhiều vào khối lượng phân tử của nó.

Khối lượng phân tử càng thấp thì độ bền của sợi cellulose càng giảm.  Hemicellulose Các chuỗi cellulose dạng dài được gọi là alpha cellulose. Các chuỗi cellulose ngắn hơn thường được gọi chung là hemicellulose. Thông thường, người ta chia hemicellulose thành 02 loại :  Beta cellulose (giá trị n nằm trong khoảng 15 – 90).

Trái với cellulose – là polymer của một đường đơn duy nhất (glucose), hemicellulose là các polymer của 05 loại đường khác nhau :  Hexose : Glucose, mannose, galactose  Pentose : Xylose, arabinose Một số hemicellulose liên kết với các cellulose, số còn lại chủ yếu là liên kết với lignin. Trong quá trình sản xuất bột giấy từ gỗ bằng phương pháp hóa học, số lượng, vị trí và cấu trúc của hemicellulose thường thay đổi đáng kể. Thông thường, hemicellulose dễ bị phân hủy và hòa tan hơn cellulose nên hàm lượng của chúng trong bột giấy luôn thấp hơn trong gỗ.  Lignin SVTH : ĐẶNG THẾ Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân SVTH : ĐẶNG THẾ Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Thuật ngữ holocellulose dùng để chỉ tổng lượng carbohydrate có trong sợi gỗ (cellulose và hemicellulose).

Ngoài holocellulose, trong gỗ còn chứa một chất cao phân tử, không có hình dạng xác định gọi là lignin. Lignin đóng vai trò là cầu nối các sợi với nhau. Về cấu tạo hóa học, lignin là một polymer thơm bao gồm các đơn vị phenyl propane liên kết với nhau trong không gian 03 chiều.  Extractive Ngoài holocellulose và lignin, trong các sợi gỗ còn có chứa một số chất khác như acid béo, nhựa cây, phenol, rượu, protein,…Hầu hết các chất này tan trong nước và được gọi chung là extractive.

Sau đây là sơ đồ tóm tắt thành phần hóa học cơ bản của gỗ : GỖ 21 – 25% 2 – 8% LIGNIN EXTRACTIVE CARBOHYDRATE 45% 25 – 35 % CELLULOSE HEMICELLULOSE Glucose Glucose Mannose Galactose Xylose Arabinose Hình 2.1 : Sơ đồ tóm tắt thành phần hóa học của gỗ SVTH : ĐẶNG THẾ Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân SVTH : ĐẶNG THẾ Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân 2.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY VÀ GIẤY 2.1 Công nghệ sản xuất bột giấy a. Nghiền bột từ 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. Các phát triển công nghệ hiện đại tập trung chủ yếu vào việc nâng cấp chất lượng bột giấy từ các vật liệu tái chế và chính do thành công trong lĩnh vực này đã dẫn đến việc sử dụng rất rộng rãi loại bột giấy từ sợi tái chế.

Bột giấy để sản xuất các vật liệu làm hộp và giấy gói có thể làm từ bất kì loại sợi thứ cấp nào mà không cần phân loại nhiều. Giấy thải được thu gom rời và đôi khi được bó thành kiện để dễ dàng vận chuyển. Giấy thải được lưu kho, thành đống. Máy nghiền bột cơ học được sử dụng để nghiền giấy, trộn nước và chuyển hóa thành một hỗn hợp đồng nhất, có thể bơm như nước.

Các chất nhiễm bẩn nặng như cát, sỏi,… được thải 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 kì. Sợi được phân loại riêng dưới dạng huyền phù nhẹ, sau đó được chảy qua một loạt các sàng lọc có lớp tấm đục lỗ. Ở đây các chất nhiễm bẩn nhẹ hơn, nhưng lớn hơn sợi sẽ bị loại ra.

Trong một số qui trình công nghệ cần phải có sản phẩm thật sạch, thì phải có một loạt các cyclon làm sạch đặt sau các sàng lọc. Ở công đoạn này, người ta phải sử dụng một máy lọc tinh cơ học hoặc khử mảnh vụn nhằm đảm bảo sao cho các sợi tách rời nhau và có thể tạo ra đủ độ bền liên kết giữa các sợi trong giấy. Cách sản xuất này rất phù hợp trong việc sản xuất các loại bao gói.Nghiền bột cơ học Trong nghiền bột cơ học, các sợi chủ yếu bị tách rời nhau do lực cơ học trong máy nghiền hoặc trong thiết bị tinh chế. Qui trình công nghệ nguyên thủy là gia công gỗ tròn bằng đá – gỗ được ép bằng đá nghiền quay tròn.

Công nghệ này làm ra loại bột giấy có độ dai tương đối thấp. Ở các máy tinh chế TMP (Thermal Mechanical Pulping) và các máy nghiền áp lực cách xử lý cơ học được tiến hành ở áp lực và nhiệt độ cao, do vậy bột giấy có các thuộc tính độ dai tốt hơn bột giấy cơ học truyền thống. Thực hiện qui trình công nghệ này ở các máy tinh chế có độ linh hoạt cao hơn trong việc lựa chọn nguyên liệu, vì sau đó có thể tận dụng vụn gỗ, cũng như các nguyên liệu sợi ngoài gỗ. Trong nghiền bột CTMP (Chemical Thermal Mechanical Pulping) chất làm nguyên liệu sợi được ngâm tẩm với các hóa chất trước khi tinh chế.

Và do vậy có thể làm tăng độ dai và độ sáng của bột giấy. Có thể tẩy các loại bột giấy cơ học bằng máy tinh chế hoặc bằng hệ thống tẩy riêng, hydrogen dioxide là hóa chất được sử dụng phổ biến nhất. Trước công đoạn tẩy, bột giấy được xử lý để loại bỏ các kim loại nặng, chúng là xúc tác cho các phản ứng phân hủy tác nhân tẩy. Nghiền bột hóa học và bán hóa học Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu sợi được xử lý với hóa chất ở nhiệt độ và áp lực cao (nấu).