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 CƯỜNG Trang 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai Phương pháp tổng hợp thông tin. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải. Phương pháp thực nghiệm. SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 2 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai 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 CƯỜNG Trang 3 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai 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 CƯỜNG Trang 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai 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).
Mục đích của quá trình xử lý này là nhằm hòa tan hoặc làm mềm thành phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nhau, đồng thời lại gây ra sự phá hủy SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 5 Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai càng ít càng tốt đối với thành phần cellulose (tăng độ dai của sợi).
