Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm giấy tại Việt Nam đạt mức 4,946 triệu tấn mỗi năm, trong khi tổng sản lượng sản xuất nội địa mới chỉ đáp ứng khoảng 3,674 triệu tấn mỗi năm. Toàn quốc hiện có gần 500 doanh nghiệp sản xuất giấy và bột giấy đang hoạt động, kéo theo lượng phát thải nước chứa hàm lượng chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng rất lớn. Mặc dù đóng vai trò kinh tế quan trọng, công tác bảo vệ môi trường tại các cụm công nghiệp vẫn còn nhiều bất cập khi tỷ lệ cụm công nghiệp có trạm xử lý nước thải tập trung chỉ đạt 15,8%. Đề tài tập trung nghiên cứu toàn diện hệ thống quản lý, quy trình thu gom, công nghệ xử lý và kiểm soát chất lượng nước thải tại Nhà máy sản xuất giấy NITTOKU Việt Nam thuộc Cụm công nghiệp Thi Sơn, huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam.

Nghiên cứu được triển khai trên khuôn viên nhà máy có diện tích 42.000 m2 với công suất sản xuất 14.928 tấn sản phẩm mỗi năm và hoàn thành vào tháng 11 năm 2019. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là đánh giá hiện trạng vận hành trạm xử lý nước thải công suất 2.000 m3/ngày đêm, phân tích tính tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 12:2015/BTNMT cột A và tính toán sức chịu tải của mương thủy lợi tiếp nhận có lưu lượng dòng chảy mùa kiệt đạt 2,6 m3/s. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc tối ưu hóa định mức tiêu hao 107 tấn hóa chất hàng năm, giảm thiểu 15% lưu lượng xả thải phát sinh và thiết lập hệ thống quan trắc tự động truyền dữ liệu liên tục 20 phút một lần về cơ quan quản lý, góp phần thúc đẩy mô hình sản xuất bền vững cho ngành công nghiệp giấy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết quản lý dòng thải công nghiệp khép kín và lý thuyết sức chịu tải của môi trường nước tiếp nhận theo quy định tại Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014. Mô hình nghiên cứu tích hợp hệ thống quản lý môi trường theo tiêu chuẩn ISO 14001, nguyên lý quản trị hiện trường 5S cùng mô hình tính toán khả năng tiếp nhận tải lượng chất ô nhiễm theo hướng dẫn của Thông tư 76/2017/TT-BTNMT. Các khái niệm cốt lõi được chuẩn hóa bao gồm: nước thải công nghiệp ngành giấy, tải lượng ô nhiễm tối đa (Ltd), tải lượng ô nhiễm sẵn có trong nguồn nước (Ln), tải lượng ô nhiễm từ nguồn thải (Lt) và khả năng tiếp nhận nước thải (Ltn). Nghiên cứu căn cứ trên các khung quy chuẩn giới hạn nồng độ nghiêm ngặt gồm QCVN 12:2015/BTNMT cột A đối với nước thải công nghiệp giấy (giới hạn COD tối đa 100 mg/l, TSS tối đa 50 mg/l) và QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B dùng cho mục đích tưới tiêu nông nghiệp với hệ số an toàn tính toán Fs được chọn ở mức 0,4.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập từ hệ thống quan trắc tự động online hoạt động liên tục 24/7 và dữ liệu quan trắc môi trường định kỳ 3 tháng một lần do Trung tâm Quan trắc Phân tích Tài nguyên Môi trường tỉnh Hà Nam thực hiện. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 01 điểm xả thải tại cửa ra trạm xử lý nước thải tập trung (thu thập dữ liệu liên tục theo chu kỳ truyền 20 phút một lần và 4 đợt quan trắc định kỳ mỗi năm) cùng 01 vị trí quan trắc nước mặt tại mương tiêu thủy lợi phía Đông Nam nhà máy tại tọa độ X: 22747472, Y: 589573.

Phương pháp lấy mẫu tuân thủ nghiêm ngặt Thông tư 24/2017/TT-BTNMT bằng kỹ thuật lấy mẫu tổ hợp đại diện cho chu kỳ sản xuất liên tục 24 giờ. Nghiên cứu sử dụng phương pháp cân bằng khối lượng vật chất kết hợp phân tích thống kê so sánh để đánh giá sức chịu tải thủy vực dựa trên lưu lượng nước thải thực tế lớn nhất Qt = 0,0228 m3/s và lưu lượng dòng kiệt mương tiếp nhận Qs = 2,6 m3/s. Phương pháp này được lựa chọn vì mang lại độ tin cậy khoa học cao, phản ánh chính xác tương tác thủy lực giữa dòng thải công nghiệp và nguồn nước mặt nông nghiệp trong điều kiện thời tiết bất lợi nhất. Toàn bộ quá trình khảo sát thực địa, thu thập số liệu và xử lý thống kê được thực hiện xuyên suốt trong giai đoạn 2018 đến cuối năm 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, lưu lượng phát thải thực tế trung bình của nhà máy đạt 1.971 m3/ngày đêm, chiếm 98,55% công suất thiết kế tối đa 2.000 m3/ngày đêm theo Giấy phép xả thải số 30/GP-UBND, trong đó nước thải sản xuất từ công đoạn xeo giấy chiếm tỷ trọng chủ đạo trên 95% tổng lưu lượng.

Thứ hai, trạm xử lý nước thải hóa lý nhiều bậc vận hành với hiệu suất cao, giúp tất cả 6 thông số đo tự động liên tục gồm nhiệt độ (dưới 40 độ C), pH (dao động từ 6 đến 9), COD (dưới 100 mg/l), TSS (dưới 50 mg/l), độ màu (dưới 75 Pt-Co) và lưu lượng tức thời đều đạt quy chuẩn QCVN 12:2015/BTNMT cột A trước khi xả ra môi trường.

Thứ ba, cơ cấu tiêu thụ hóa chất xử lý nước thải ghi nhận định mức tiêu hao 7,14 kg hóa chất trên mỗi tấn sản phẩm giấy, tương ứng khối lượng tiêu thụ hàng năm gồm 48 tấn phèn nhôm Al2(SO4)3 (3,2 kg/tấn), 35,5 tấn chất trợ lắng PAC (2,37 kg/tấn), 16 tấn xút NaOH 30% (1,07 kg/tấn), 4,5 tấn axit H2SO4 30% (0,3 kg/tấn) và 3 tấn chất khử trùng NaOCl (0,2 kg/tấn) phục vụ sản lượng 14.928 tấn giấy mỗi năm.

Thứ tư, kết quả tính toán sức chịu tải theo mô hình cân bằng vật chất với hệ số an toàn 0,4 khẳng định mương tiêu thoát nước phía Đông Nam vẫn còn khả năng tiếp nhận tải lượng ô nhiễm lớn (Ltn > 0) đối với các thông số BOD5, COD, TSS và Coliform mà không làm suy giảm chất lượng nước tưới tiêu theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý vượt trội bắt nguồn từ việc tách riêng hoàn toàn tuyến thoát nước mưa chảy tràn dài 850 m (kích thước cống D600 đến D1000, lưu lượng đỉnh 0,19 m3/s) với đường ống thu gom nước thải sản xuất HDPE D250, giúp trạm xử lý không bị quá tải thủy lực cục bộ khi mưa lớn. So với định mức phát thải trung bình của các dây chuyền sản xuất giấy truyền thống tại Việt Nam (thường tiêu tốn từ 150 đến 300 m3 nước/tấn sản phẩm với lượng ô nhiễm COD từ 80 đến 200 kg/tấn), nhà máy NITTOKU đã áp dụng hiệu quả chu trình thu hồi nước trắng tại bộ phận lưới máy xeo để pha loãng bột giấy ở nồng độ 0,6%, giúp cắt giảm hơn 65% lượng nước cấp và tải lượng ô nhiễm hữu cơ đưa vào trạm xử lý.

Các chuỗi dữ liệu thực nghiệm trong nghiên cứu có thể được trực quan hóa rất rõ ràng thông qua hệ thống biểu đồ thanh ngang so sánh nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau xử lý hóa lý, biểu đồ tròn thể hiện cơ cấu các dòng phát thải nội vi và bảng ma trận cân bằng tải lượng ô nhiễm Ltd, Ln, Lt. Việc phân tích định lượng chi tiết này chứng minh rằng việc kết hợp công nghệ keo tụ lắng cặn với kiểm soát tự động trực tuyến là giải pháp kỹ thuật tối ưu cho các nhà máy giấy quy mô vừa.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, tối ưu hóa quy trình tái sử dụng nước trắng và nước ngưng: Ban Quản lý sản xuất cùng Bộ phận Môi trường cần lắp đặt thêm thiết bị lọc màng thu hồi sợi mịn tại máy xeo nhằm giảm định mức nước cấp từ 133 m3/tấn xuống dưới 100 m3/tấn sản phẩm, đặt mục tiêu cắt giảm lưu lượng xả thải về mức 1.700 m3/ngày đêm (giảm 15% tổng lượng xả thải) trong quý 2 năm 2020.

Thứ hai, thiết lập hệ thống quản lý môi trường đạt chuẩn quốc tế ISO 14001:2015: Ban Giám đốc doanh nghiệp cần phân định rõ trách nhiệm cho 3 cán bộ chuyên trách môi trường, ban hành sổ tay vận hành 28 hạng mục thiết bị xử lý nước thải và hoàn tất đánh giá cấp chứng nhận tiêu chuẩn trong vòng 12 tháng kể từ đầu năm 2020.

Thứ ba, nâng cấp hệ thống quan trắc và bổ sung chỉ tiêu giám sát Dioxin: Kỹ sư trạm xử lý phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Nam duy trì tỷ lệ truyền dữ liệu online đạt 100% (chu kỳ 20 phút/lần), đồng thời tổ chức lấy mẫu phân tích Dioxin định kỳ 6 tháng một lần theo đúng lộ trình bắt buộc của quy chuẩn ngành giấy.

Thứ tư, hiệu chuẩn liều lượng hóa chất xử lý: Đội ngũ kỹ thuật vận hành tiến hành thử nghiệm Jartest định kỳ mỗi tuần để giảm thiểu từ 10% đến 15% lượng phèn nhôm sử dụng (giảm từ 48 tấn/năm xuống mức 41 tấn/năm) mà vẫn duy trì độ màu nước sau xử lý dưới 75 Pt-Co, hoàn thành phương án tối ưu trong thời gian 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Cán bộ quản lý môi trường và kỹ sư vận hành tại các nhà máy sản xuất giấy và bao bì công nghiệp. Tài liệu cung cấp thông số kỹ thuật chi tiết về hệ thống hóa lý 2.000 m3/ngày đêm, định mức sử dụng 5 loại hóa chất xử lý cơ bản và giải pháp tuần hoàn nước trắng giúp giảm 65% tải lượng xả thải.

Nhóm 2: Chuyên viên tại Sở Tài nguyên và Môi trường cùng Ban Quản lý các Khu công nghiệp. Luận văn cung cấp phương pháp luận thực tế về đánh giá sức chịu tải mương tiếp nhận theo Thông tư 76/2017/TT-BTNMT với hệ số an toàn 0,4 phục vụ công tác thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường và cấp phép xả thải.

Nhóm 3: Các đơn vị tư vấn và nhà thầu thiết kế công nghệ xử lý môi trường. Bản nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu tính toán cho 28 thiết bị xử lý, bể lắng đường kính 15 m và máy ép bùn 2.500 vòng/phút áp dụng cho nhà máy có công suất từ 14.000 đến 15.000 tấn sản phẩm mỗi năm.

Nhóm 4: Học viên cao học, giảng viên và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường và Kỹ thuật Môi trường. Công trình là tài liệu tham khảo học thuật giá trị về mô hình quản lý nước thải tích hợp 5S, ISO 14001 và kỹ thuật quan trắc tự động tại doanh nghiệp có 100% vốn đầu tư Nhật Bản.

Câu hỏi thường gặp

Nước thải sản xuất giấy tại nhà máy NITTOKU phát sinh chủ yếu từ những công đoạn nào?

Nước thải phát sinh tập trung nhiều nhất ở công đoạn xeo giấy với lưu lượng chiếm hơn 95% tổng lượng thải toàn nhà máy, đạt xấp xỉ 1.950 m3/ngày đêm chứa nhiều xơ sợi mịn và hóa chất phụ gia. Các công đoạn khác như xử lý khí thải lò hơi và ép bùn nước cấp chỉ phát sinh lần lượt khoảng 5 m3/ngày đêm và 10 m3/ngày đêm.

Quy trình công nghệ xử lý nước thải tập trung tại nhà máy gồm những bước nào?

Trạm xử lý công suất 2.000 m3/ngày đêm áp dụng quy trình công nghệ hóa lý liên hoàn gồm 5 bể: tiếp nhận, phản ứng keo tụ bằng Al2(SO4)3 và PAC, tạo bông, lắng bùn cơ học và trung hòa khử trùng bằng NaOH, H2SO4, NaOCl. Bùn thải sau lắng được tách nước qua máy ép bùn công suất 2.500 vòng/phút, nước dư tuần hoàn 100% về bể tiếp nhận.

Nguồn tiếp nhận có bị quá tải khi tiếp nhận nước thải sau xử lý của nhà máy không?

Kết quả tính toán tải lượng ô nhiễm theo Thông tư 76/2017/TT-BTNMT với hệ số an toàn 0,4 cho thấy giá trị khả năng tiếp nhận Ltn > 0 với mọi thông số BOD5, COD, TSS. Nhờ lưu lượng dòng cạn của mương thủy lợi đạt 2,6 m3/s (gấp hơn 114 lần lưu lượng xả thải 0,0228 m3/s), chất lượng nước mặt vẫn duy trì đạt chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B.

Hệ thống quan trắc tự động truyền dữ liệu về cơ quan quản lý nhà nước như thế nào?

Hệ thống trạm đo tự động liên tục giám sát 6 chỉ số môi trường gồm nhiệt độ, pH, COD, TSS, độ màu và lưu lượng xả. Tín hiệu số được xử lý qua bộ điều khiển thông minh và truyền dữ liệu thời gian thực qua đường truyền Internet với chu kỳ 20 phút một lần về máy chủ của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Nam, kết hợp camera lưu trữ hình ảnh 3 tháng.

Định mức và chi phí tiêu thụ hóa chất xử lý nước thải của nhà máy là bao nhiêu?

Nhà máy tiêu thụ trung bình 107 tấn hóa chất mỗi năm để vận hành trạm xử lý nước thải, bao gồm 48 tấn phèn nhôm Al2(SO4)3, 35,5 tấn chất trợ lắng PAC và 16 tấn xút NaOH 30%. Định mức tiêu hao đạt 7,14 kg hóa chất trên mỗi tấn giấy thành phẩm, cấu thành khoản chi phí bảo vệ môi trường định kỳ của doanh nghiệp.

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện trạm xử lý nước thải công suất 2.000 m3/ngày đêm tại Nhà máy giấy NITTOKU, khẳng định chất lượng nước sau xử lý đạt 100% quy chuẩn QCVN 12:2015/BTNMT cột A.
  • Thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu định lượng chính xác về tiêu hao 107 tấn hóa chất hàng năm và lưu lượng phát thải thực tế 1.971 m3/ngày đêm từ dây chuyền sản xuất 14.928 tấn giấy/năm.
  • Chứng minh khoa học khả năng tự làm sạch và sức chịu tải của mương thủy lợi tiếp nhận với lưu lượng mùa cạn 2,6 m3/s thông qua bài toán cân bằng vật chất với hệ số an toàn 0,4.
  • Đề xuất lộ trình 12 tháng hoàn thiện hệ thống quản lý môi trường theo chuẩn ISO 14001:2015 và giải pháp tái tuần hoàn nước trắng giúp giảm 15% lượng nước thải phát sinh.
  • Chuẩn hóa quy trình quan trắc online tự động truyền dữ liệu 20 phút/lần về Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nam, bảo đảm tính minh bạch trong kiểm soát môi trường công nghiệp.

Các doanh nghiệp sản xuất giấy và cơ quan quản lý môi trường nên nghiên cứu áp dụng các giải pháp kỹ thuật và mô hình quản lý trong luận văn này cho giai đoạn 2020-2025 nhằm thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và phát triển công nghiệp xanh bền vững.