Luận văn nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty giấy Tân Mai - ĐH Bách Khoa

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty giấy tân mai, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải pháp cụ thể

• Tác giả: Đặng Thế Cường
• 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 thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho công ty giấy Tân Mai
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: Năm học 2023
• Địa điểm: Biên Hòa

Mục lục chi tiết

• KÝ HIỆU VIẾT TẮT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC ĐÍCH
• 1.3. PHẠM VI
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY Ở VIỆT NAM VÀ CÔNG TY GIẤY TÂN MAI
• 2.1. Tổng quan về công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy
• 2.1.1. Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy
• 2.1.1.1. Công nghệ sản xuất bột giấy
• 2.1.1.2. Nghiền bột, phối chế và xeo giấy
• 2.2. Hiện trạng ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy Việt Nam
• 2.3. Các vấn đề môi trường
• 2.4. Tổng quan về Công ty giấy Tân Mai
• 2.4.1. Lịch sử phát triển
• 2.4.2. Cơ cấu tổ chức
• 2.4.3. Năng lực sản xuất và sản phẩm
• 2.4.4. Thiết bị chính
• 2.4.5. Hoá chất sử dụng
• 2.4.6. Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy
• 2.4.6.1. Công đoạn sản xuất bột giấy CTPM
• 2.4.6.2. Công đoạn xeo giấy
• 2.4.7. Hiện trạng môi trường nước
• 2.4.7.1. Nước thải sinh hoạt
• 2.4.7.2. Nước thải công đoạn sản xuất bột CTPM
• 2.4.7.3. Nước thải công đoạn xeo giấy
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
• 3.1. Các phương pháp áp dụng trong xử lý nước thải công nghiệp
• 3.1.1. Song chắn rác hoặc thiết bị nghiền rác
• 3.1.2. Bể lắng
• 3.1.3. Quá trình lọc
• 3.2. Các phương pháp hóa lý
• 3.2.1. Trao đổi ion
• 3.3. Các phương pháp hóa học
• 3.3.1. Phương pháp trung hòa
• 3.3.2. Phương pháp oxy hóa – khử
• 3.3.3. Kết tủa hoá học
• 3.4. Phương pháp sinh học
• 3.4.1. Phương pháp sinh học nhân tạo
• 3.4.2. Phương pháp sinh học tự nhiên
• 3.5. Một số phương án xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy
• 3.5.1. Công ty giấy Hoà Phương
• 3.5.2. Nhà máy sản xuất giấy và bột giấy Xuân Đức
• 4. CHƯƠNG 4: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4.1. Các nghiên cứu thực hiện trong luận văn
• 4.2. Thí nghiệm Jartest (Nước thải công đoạn sản xuất bột giấy CTPM tại Công ty giấy Tân Mai)
• 4.2.1. Nội dung nghiên cứu
• 4.2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 4.2.2.1. Phương pháp luận
• 4.2.2.2. Mô hình nghiên cứu
• 4.2.2.3. Trình tự tiến hành
• 4.3. Nghiên cứu mô hình bùn hoạt tính hiếu khí ứng dụng trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy tại công ty giấy Tân Mai
• 4.3.1. Nội dung nghiên cứu
• 4.3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 4.3.2.1. Phương pháp luận
• 4.3.2.2. Trình tự tiến hành
• 4.4. Xác định khả năng lắng của nước thải từ công đoạn xeo giấy và khả năng lắng của bùn hoạt tính
• 4.4.1. Nội dung nghiên cứu
• 4.4.2. Phương pháp nghiên cứu
• 4.4.2.1. Mô hình
• 4.4.2.2. Cách tiến hành
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM JARTEST
• 5.1. Các kết quả nghiên cứu thí nghiệm Jartest
• 5.1.1. Các kết quả xác định hàm lượng phèn và pH tối ưu
• 5.1.2. Các thí nghiệm xác định hàm lượng PAC, hàm lượng phèn và pH tối ưu
• 5.2. Kết luận về các thí nghiệm Jartest
• 5.2.1. Kết luận về các thí nghiệm xác định hàm lượng phèn và pH tối ưu (từ thí nghiệm 01 đến thí nghiệm 04)
• 5.2.2. Kết luận về các thí nghiệm xác định hàm lượng PAC, hàm lượng phèn và pH tối ưu (từ thí nghiệm 05 đến thí nghiệm 10)
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ VÀ CÁC THÍ NGHIỆM LẮNG
• 6.1. Kết quả thí nghiệm mô hình bùn hoạt tính hiếu khí
• 6.1.1. Xác định khả năng phân huỷ sinh học của bùn hoạt tính hiếu khí
• 6.1.2. Xác định các thông số quá trình động học than hoạt tính hiếu khí
• 6.1.2.1. Xác định thông số k, Ks của quá trình bùn hoạt tính hiếu khí
• 6.1.2.2. Xác định thông số Y, kd của quá trình bùn hoạt tính hiếu khí
• 6.2. Kết quả thí nghiệm lắng
• 6.2.1. Thí nghiệm lắng nước thải công đoạn xeo giấy tại công ty giấy Tân Mai
• 6.2.2. Thí nghiệm lắng bùn hoạt tính
• 6.3. Nhận xét và kết luận
• 6.3.1. Thí nghiệm mô hình bùn hoạt tính hiếu khí
• 6.3.2. Thí nghiệm xác định thông số động học
• 6.3.3. Thí nghiệm lắng
• 6.3.3.1. Thí nghiệm lắng của nước thải công đoạn xeo giấy tại công ty giấy Tân Mai
• 6.3.3.2. Thí nghiệm lắng của bùn hoạt tính
• 7. CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI
• 7.1. Quy trình công nghệ hệ thống xử lý nước thải công ty giấy Tân Mai
• 7.1.1. Thuyết minh quy trình công nghệ
• 7.1.2. Sơ đồ quy trình công nghệ
• 7.2. Tính toán thiết kế các công trình đơn vị
• 7.2.1. Nước thải từ công đoạn xeo giấy tại Công ty giấy Tân Mai
• 7.2.1.1. Hố thu nước A
• 7.2.1.2. Bể điều hoà A
• 7.2.1.3. Bể lắng đợt 1A
• 7.2.2. Nước thải từ công đoạn sản xuất bột giấy CTPM tại Công ty giấy Tân Mai
• 7.2.2.1. Hố thu nước B
• 7.2.2.2. Bể điều hoà B
• 7.2.2.3. Bể trộn đứng B
• 7.2.2.4. Bể phản ứng xoáy hình trụ kết hợp bể lắng đứng đợt 1B
• 7.2.3. Hòa trộn hai nguồn nước thải để tiếp tục xử lý sau khi các nguồn nước đã qua một số bước xử lý riêng
• 7.2.3.1. Bể sục khí
• 7.2.3.2. Ngăn chứa bùn
• 7.2.3.3. Bể nén bùn
• 7.2.3.4. Lọc ép dây đai
• 7.2.3.5. Ngăn khử trùng
• 7.2.3.6. Bể pha hóa chất
• 8. CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI
• 8.1. Vốn đầu tư cho từng hạng mục công trình
• 8.1.1. Phần xây dựng
• 8.1.2. Phần thiết bị
• 8.2. Chi phí quản lý và vận hành
• 8.2.1. Chi phí nhân công
• 8.2.2. Chi phí điện năng
• 8.2.3. Chi phí hoá chất
• 8.3. Giá thành 1m3 nước thải
• 9. CHƯƠNG 9: QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI
• 9.1. Vận hành hàng ngày
• 9.2. Xử lý sự cố
• 10. CHƯƠNG 10: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung

Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty giấy Tân Mai nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải từ ngành công nghiệp sản xuất giấy. Nước thải từ quá trình sản xuất giấy chứa nhiều chất độc hại, ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người. Việc thiết kế một hệ thống xử lý hiệu quả là cần thiết để đảm bảo tiêu chuẩn nước thải công nghiệp trước khi thải ra môi trường.

1.1 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu này là đề xuất một quy trình xử lý nước thải phù hợp cho Công ty giấy Tân Mai. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phân tích hiện trạng ô nhiễm và đề xuất các giải pháp công nghệ khả thi. Việc này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất của công ty.

1.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào nước thải công nghiệp từ Công ty giấy Tân Mai. Nghiên cứu sẽ khảo sát các đặc điểm của nước thải, từ đó đề xuất quy trình xử lý phù hợp. Các phương pháp xử lý sẽ được phân tích và so sánh để tìm ra giải pháp tối ưu nhất cho công ty.

II. Tổng quan về công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy

Ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, đóng góp lớn vào nền kinh tế. Tuy nhiên, nước thải công nghiệp từ ngành này thường chứa nhiều chất ô nhiễm, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Công ty giấy Tân Mai là một trong những đơn vị điển hình cho vấn đề này. Nghiên cứu sẽ phân tích quy trình sản xuất và các nguồn phát sinh ô nhiễm từ công ty.

2.1 Quy trình sản xuất giấy

Quy trình sản xuất giấy bao gồm nhiều bước, từ việc nghiền nguyên liệu đến quá trình xeo giấy. Mỗi bước đều có thể phát sinh nước thải với thành phần và tính chất khác nhau. Việc hiểu rõ quy trình này sẽ giúp xác định các điểm cần thiết trong hệ thống xử lý nước thải.

2.2 Tác động của nước thải đến môi trường

Nước thải từ Công ty giấy Tân Mai chứa nhiều chất độc hại như lignin, nhựa cây và các hợp chất hữu cơ khác. Khi xả thải ra môi trường mà không qua xử lý, chúng có thể gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến sinh vật và sức khỏe con người. Do đó, việc thiết kế một hệ thống xử lý hiệu quả là rất cần thiết.

III. Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp

Có nhiều phương pháp xử lý nước thải công nghiệp, bao gồm phương pháp hóa lý, sinh học và hóa học. Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Nghiên cứu sẽ phân tích các phương pháp này để tìm ra giải pháp tối ưu cho Công ty giấy Tân Mai.

3.1 Phương pháp hóa lý

Phương pháp hóa lý thường được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải thông qua các quá trình như lắng, lọc và trao đổi ion. Những phương pháp này có thể hiệu quả trong việc giảm thiểu nồng độ chất ô nhiễm, nhưng thường không thể loại bỏ hoàn toàn các hợp chất hữu cơ.

3.2 Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Đây là một trong những phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu sẽ xem xét khả năng áp dụng phương pháp này cho Công ty giấy Tân Mai, nhằm tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải.

IV. Kết quả nghiên cứu và đề xuất quy trình xử lý

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng một quy trình xử lý kết hợp giữa các phương pháp hóa lý và sinh học sẽ mang lại hiệu quả cao nhất cho Công ty giấy Tân Mai. Quy trình này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tiết kiệm chi phí vận hành.

4.1 Đề xuất quy trình xử lý

Quy trình xử lý nước thải đề xuất bao gồm các bước: lắng, lọc, xử lý sinh học và khử trùng. Mỗi bước sẽ được thiết kế để tối ưu hóa hiệu quả xử lý, đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường.

4.2 Tính toán kinh tế

Tính toán kinh tế cho thấy rằng việc đầu tư vào hệ thống xử lý nước thải sẽ mang lại lợi ích lâu dài cho Công ty giấy Tân Mai. Chi phí đầu tư ban đầu sẽ được bù đắp qua việc giảm thiểu chi phí xử lý và bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy đóng vai trò thiết yếu trong nền kinh tế quốc dân, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng văn hóa phẩm và bao bì công nghiệp ngày càng gia tăng. Tại Việt Nam, mức tiêu thụ giấy bình quân đạt xấp xỉ 4 kg/người/năm, thấp hơn rất nhiều so với mức 30 đến 100 kg/người/năm tại các quốc gia trong khu vực Đông Nam Á và mức 200 đến 300 kg/người/năm ở các nước phát triển. Tổng sản lượng giấy toàn ngành trong nước đạt khoảng 200.000 đến 250.000 tấn/năm, trong đó năng lực sản xuất bột giấy nội địa chỉ đạt 120.000 đến 150.000 tấn/năm. Sự phát triển mạnh mẽ của ngành kéo theo những thách thức môi trường nghiêm trọng khi phần lớn các nhà máy chưa trang bị hệ thống kiểm soát ô nhiễm hoàn chỉnh.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ thực trạng xả thải tại Công ty Cổ phần Giấy Tân Mai, đơn vị sản xuất bột giấy và giấy lớn nhất khu vực miền Nam với công suất 45.000 tấn bột giấy/năm và 48.000 tấn giấy/năm. Nguồn nước thải phát sinh từ nhà máy chứa hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ hòa tan, hợp chất dẫn xuất lignin khó phân hủy, chất rắn lơ lửng và độ màu rất cao. Khi xả thẳng ra nguồn tiếp nhận, nước thải làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan gần như về mức 0 mg/L, đe dọa trực tiếp đến hệ sinh thái thủy sinh sông Đồng Nai và sinh kế của cộng đồng dân cư xung quanh.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là khảo sát đặc tính các dòng thải, nghiên cứu thực nghiệm công nghệ xử lý hóa lý kết hợp sinh học hiếu khí, từ đó thiết kế hoàn chỉnh hệ thống xử lý nước thải công suất 10.000 m3/ngày cho Công ty Giấy Tân Mai. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện thực tế tại khuôn viên nhà máy thuộc phường Thống Nhất, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quyết định trong việc giảm thiểu nồng độ COD từ 3.724 mg/L và BOD5 từ 833 mg/L xuống đạt chuẩn xả thải môi trường, khử trên 90% lượng chất rắn lơ lửng, đồng thời tạo tiền đề tái sử dụng nguồn nước và thu hồi xơ sợi có giá trị kinh tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết keo tụ và tạo bông trong xử lý nước thải công nghiệp. Cơ chế này dựa trên việc làm mất ổn định hệ keo nhờ nén lớp điện kép và trung hòa điện tích bề mặt hạt keo mang điện âm bằng các cation kim loại đa hóa trị từ phèn nhôm hoặc phèn polyme vô cơ Poly Aluminium Chloride. Tiếp đó, quá trình bắc cầu nối giữa các vi bông cặn tạo thành những bông cặn có kích thước và tỷ trọng lớn hơn nước, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng trọng lực.

Bên cạnh đó, tác giả áp dụng lý thuyết động học phân hủy sinh học hiếu khí của Monod và mô hình bùn hoạt tính lơ lửng Lawrence và McCarty. Khung lý thuyết này mô tả mối quan hệ giữa tốc độ tăng trưởng của quần thể vi sinh vật hiếu khí với nồng độ cơ chất dinh dưỡng giới hạn trong nước thải. Các khái niệm học thuật then chốt xuyên suốt đề tài bao gồm: Nhu cầu oxy sinh hóa, Nhu cầu oxy hóa học, Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi trong bùn lỏng, Tỷ số lượng thức ăn trên lượng vi sinh vật và Chỉ số thể tích lắng của bùn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu được thu thập từ quy trình quan trắc và lấy mẫu định kỳ tại Công ty Giấy Tân Mai. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 30 mẫu nước thải tổ hợp theo thời gian, được thu thập liên tục trong 3 đợt sản xuất đặc trưng của nhà máy. Phương pháp chọn mẫu tổ hợp được lựa chọn nhằm phản ánh chính xác sự dao động về tải lượng ô nhiễm giữa công đoạn nghiền bột hóa cơ nhiệt và công đoạn xeo giấy.

Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm áp dụng các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế để đo đạc các chỉ tiêu lý hóa như pH, nhiệt độ, SS, COD, BOD5, Nitơ và Photpho. Thí nghiệm Jartest trên thiết bị khuấy 6 vị trí được thực hiện để xác định loại hóa chất keo tụ, pH tối ưu và liều lượng hóa chất kinh tế nhất cho dòng nước thải bột giấy. Đồng thời, mô hình bể bùn hoạt tính hiếu khí dòng chảy liên tục dung tích 20 lít được vận hành trong 60 ngày nhằm xác định các thông số động học sinh học thực tế gồm hệ số sản lượng tế bào, hệ số phân hủy nội bào, tốc độ sử dụng cơ chất cực đại và hằng số nửa bão hòa. Phương pháp này đảm bảo tính tương thích thực tiễn cao trước khi chuyển giao vào thiết kế quy mô công nghiệp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực địa chỉ rõ sự khác biệt sâu sắc giữa hai dòng nước thải chính của nhà máy. Dòng nước thải sản xuất bột cơ nhiệt hóa học có lưu lượng trung bình 2.500 m3/ngày nhưng mức độ ô nhiễm rất nghiêm trọng với COD đạt 3.724 mg/L, BOD5 đạt 833 mg/L, SS đạt 935 mg/L và độ màu lên đến 3.040 Pt-Co. Ngược lại, dòng nước thải từ 3 máy xeo giấy có lưu lượng chiếm tới 75% tổng lượng thải của nhà máy, tương đương 7.500 m3/ngày, có mức COD thấp hơn là 1.489,6 mg/L, BOD5 là 671 mg/L nhưng mang hàm lượng SS lên tới 653,33 mg/L do thất thoát xơ sợi và chất độn.

Kết quả thí nghiệm Jartest trên dòng nước thải bột cho thấy hóa chất PAC thể hiện ưu thế vượt trội so với phèn nhôm truyền thống. Tại khoảng pH tối ưu từ 6,0 đến 6,8 với liều lượng PAC thích hợp, hiệu suất loại bỏ COD đạt tới 62,5% và hiệu suất khử độ màu đạt trên 78%. Trong khi đó, phèn nhôm chỉ đạt hiệu suất khử COD khoảng 48% và làm giảm pH dung dịch mạnh, đòi hỏi bổ sung lượng vôi kiềm hóa lớn.

Vận hành mô hình bùn hoạt tính hiếu khí cho thấy quần thể vi sinh vật thích nghi tốt với cơ chất nước thải giấy sau khi đã qua bước tiền xử lý hóa lý. Tại dải tải trọng F/M dao động từ 0,2 đến 0,4 kg BOD5/kg MLVSS.ngày và nồng độ MLSS duy trì khoảng 2.800 đến 3.200 mg/L, hiệu suất xử lý BOD5 đạt 91,4% và COD hòa tan giảm sâu còn dưới 180 mg/L. Thí nghiệm lắng trên dòng nước thải xeo giấy cũng chứng minh khả năng thu hồi trên 85% hàm lượng xơ sợi mịn chỉ bằng phương pháp lắng trọng lực thông thường.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi khiến nước thải bột có độ màu và COD rất cao là do sự hiện diện của các polymer thơm lignin hòa tan, dịch chiết vỏ cây và các axit béo phát sinh từ quá trình hấp gia nhiệt dăm gỗ. Các chất này có cấu trúc phân tử bền vững, gây ức chế vi sinh vật nếu đưa trực tiếp vào công trình sinh học. Việc áp dụng keo tụ PAC giúp trung hòa điện tích của các hạt keo mang màu lignin, tạo kết tủa bền vững và tách loại hiệu quả ra khỏi pha lỏng.

So với các nghiên cứu tương tự tại các cơ sở sản xuất giấy quy mô vừa ở Việt Nam, việc tách riêng dòng thải bột để xử lý keo tụ trước khi phối trộn với dòng nước thải xeo giúp tiết kiệm khoảng 22% chi phí hóa chất keo tụ và giảm 18% thể tích công trình sinh học cần đầu tư. Toàn bộ chuỗi số liệu động học và các đường cong hiệu suất được trực quan hóa qua biểu đồ động học Monod và bảng cân bằng vật chất từng công đoạn, làm sáng tỏ cơ chế chuyển hóa chất ô nhiễm qua từng đơn vị xử lý.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, xây dựng ngay hệ thống tách riêng hai dòng nước thải từ nguồn phát sinh trong vòng 6 tháng tới. Ban Giám đốc và Phòng Kỹ thuật Công ty Giấy Tân Mai cần chủ trì lắp đặt tuyến cống thu gom độc lập, đưa dòng nước thải xeo giấy 7.500 m3/ngày qua bể lắng đợt 1A để thu hồi trên 85% lượng bột giấy thất thoát, tái nạp trực tiếp vào quy trình sản xuất nhằm tiết kiệm chi phí nguyên liệu.

Thứ hai, triển khai lắp đặt cụm thiết bị keo tụ tạo bông gồm bể trộn đứng và bể phản ứng xoáy hình trụ kết hợp lắng đứng 1B cho dòng nước thải sản xuất bột 2.500 m3/ngày. Mục tiêu đặt ra là ứng dụng hóa chất PAC với liều lượng 120 đến 150 mg/L để hạ nồng độ COD xuống dưới 1.400 mg/L và khử độ màu trên 75% trước khi hòa trộn dòng chảy, hoàn thành trong thời gian 3 tháng bởi đội ngũ kỹ sư vận hành.

Thứ ba, thiết kế và vận hành bể sinh học bùn hoạt tính Aerotank kết hợp bể lắng đợt 2 có tỷ lệ bùn tuần hoàn từ 25% đến 75% lưu lượng. Đơn vị vận hành cần duy trì thời gian lưu nước từ 8 đến 10 giờ, kiểm soát chặt chẽ oxy hòa tan trong khoảng 2 đến 4 mg/L để đảm bảo chỉ tiêu BOD5 nước sau xử lý đạt dưới 30 mg/L và COD dưới 100 mg/L, tiến hành kiểm tra định kỳ hàng tuần.

Thứ tư, trang bị hệ thống máy lọc ép bùn dây đai công suất 15 m3/giờ nhằm xử lý triệt để bùn hóa lý và bùn sinh học dư phát sinh. Đạt mục tiêu ép hạ độ ẩm bánh bùn xuống dưới 78% trong vòng 9 tháng kể từ khi phê duyệt dự án, giao cho Phòng Quản lý Môi trường phối hợp cùng nhà thầu cơ khí chuyên môn thực hiện để giải quyết bài toán chất thải rắn thứ cấp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, các kỹ sư thiết kế công nghệ môi trường và cán bộ tư vấn xây dựng trạm xử lý nước thải. Tài liệu cung cấp toàn bộ công thức tính toán thủy lực chi tiết, bảng tra thông số kích thước bể, công suất máy thổi khí và hệ thống châm hóa chất định lượng cho nhà máy giấy quy mô công suất 10.000 m3/ngày.

Thứ hai, ban giám đốc và các nhà quản trị vận hành nhà máy sản xuất giấy công nghiệp. Nhóm đối tượng này có thể khai thác các giải pháp phân tách dòng thải tại nguồn, quy trình thu hồi xơ sợi và phương án dự toán chi phí đầu tư, giá thành xử lý trên một mét khối nước thải để tối ưu hóa bài toán kinh tế doanh nghiệp.

Thứ ba, giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên theo học chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Hóa học. Luận văn đóng vai trò là một tài liệu tham khảo giàu giá trị thực tiễn về kỹ thuật tiến hành thí nghiệm Jartest, phương pháp xác định các hằng số động học bùn hoạt tính hiếu khí và quy trình chuyển giao từ quy mô phòng thí nghiệm lên công trình thực tế.

Thứ tư, các cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên môi trường tại các địa phương. Nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy về hệ số phát thải và hiệu quả xử lý thực tế của ngành giấy, hỗ trợ công tác thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường và cấp phép xả thải công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao cần phải phân tách riêng biệt dòng thải bột và dòng thải xeo giấy trước khi đưa vào xử lý sinh học?

Nước thải bột chứa nhiều lignin hòa tan và COD rất cao lên tới 3.724 mg/L, trong khi nước thải xeo có lưu lượng lớn 7.500 m3/ngày nhưng nồng độ chất hữu cơ thấp hơn và chứa nhiều xơ sợi. Tách dòng giúp thu hồi triệt để xơ sợi ở bể lắng sơ cấp riêng và tối ưu lượng hóa chất keo tụ cho dòng bột, tránh lãng phí hóa chất trên toàn bộ tổng lưu lượng 10.000 m3/ngày.

Ưu điểm chính của việc sử dụng hóa chất PAC so với phèn nhôm truyền thống trong thí nghiệm là gì?

Hóa chất PAC tạo bông cặn to, chắc và có tốc độ lắng nhanh hơn rõ rệt. Khi xử lý nước thải bột giấy, PAC hoạt động tốt trong dải pH rộng hơn, không làm tụt giảm độ pH của nước quá mức như phèn nhôm, đồng thời đạt hiệu suất khử COD vượt trội hơn 14% và tiết kiệm đáng kể lượng vôi cần bổ sung để trung hòa nước thải.

Các thông số động học xác định từ mô hình hiếu khí có ý nghĩa gì đối với việc tính toán thiết kế công trình?

Các hằng số động học gồm hệ số sản lượng tế bào Y, hệ số phân hủy nội bào kd, tốc độ oxy hóa k và hằng số nửa bão hòa Ks giúp kỹ sư tính toán chính xác thể tích bể Aerotank, xác định chính xác lưu lượng không khí cần cấp qua hệ thống sục khí và dự báo lượng bùn hoạt tính dư xả ra mỗi ngày.

Bể lắng đợt 1A đóng vai trò gì trong việc thu hồi tài nguyên của nhà máy giấy?

Bể lắng đợt 1A tiếp nhận nước thải xeo giấy và loại bỏ trên 85% lượng chất rắn lơ lửng chủ yếu là xơ sợi bột giấy mịn bị thất thoát qua dàn lưới xeo. Lượng xơ sợi lắng xuống đáy bể được bơm thu hồi trực tiếp quay lại xưởng sản xuất, vừa làm giảm tải lượng cặn cho cụm xử lý sinh học vừa đem lại giá trị kinh tế trực tiếp.

Hệ thống xử lý đề xuất có đảm bảo nước thải đầu ra đạt quy chuẩn xả thải môi trường hay không?

Quy trình công nghệ kết hợp đồng bộ giữa tuyển lắng thu hồi bột, keo tụ hóa lý bằng PAC, xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí và khử trùng đảm bảo loại bỏ trên 95% lượng BOD5, giảm COD xuống dưới ngưỡng cho phép và loại bỏ hơn 90% chất rắn lơ lửng, giúp nước sau xử lý đạt chuẩn an toàn khi thoát ra sông Đồng Nai.

Kết luận

• Khảo sát và xác lập thành công cơ sở dữ liệu đặc tính ô nhiễm cho hai dòng nước thải chính của Công ty Giấy Tân Mai với tổng lưu lượng 10.000 m3/ngày.
• Xác định được điều kiện keo tụ tối ưu bằng hóa chất PAC cho dòng thải bột, giúp loại bỏ 62,5% COD và hơn 78% độ màu gốc lignin.
• Xác lập chính xác các thông số động học sinh học của mô hình bùn hoạt tính hiếu khí, chứng minh hiệu suất xử lý BOD5 đạt trên 91%.
• Hoàn thiện thiết kế chi tiết toàn bộ các hạng mục công trình đơn vị từ lắng thu hồi xơ sợi, Aerotank, bể lắng 2 đến cụm máy ép bùn cơ học.
• Tối ưu hóa bài toán kinh tế kỹ thuật thông qua việc tận thu tái sử dụng xơ sợi và giảm thiểu tối đa chi phí hóa chất vận hành hàng ngày.

Đóng góp quan trọng nhất của luận văn là đưa ra một giải pháp công nghệ tích hợp khả thi cao, phù hợp với đặc thù sản xuất bột giấy và giấy tại Việt Nam. Lộ trình tiếp theo bao gồm việc hoàn thiện hồ sơ thẩm định thiết kế kỹ thuật trong vòng 2 tháng tới và tiến hành thi công lắp đặt thực địa trong thời hạn 12 tháng. Các doanh nghiệp ngành giấy có điều kiện sản xuất tương tự nên chủ động tham khảo và áp dụng mô hình công nghệ này nhằm hướng tới mục tiêu phát triển công nghiệp xanh và bảo vệ môi trường bền vững.

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 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).