MỞ ĐẦU Theo số liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, 43,3 % khu công nghiệp Việt Nam có công trình xử lý nƣớc thải tập trung, tuy nhiên thực tế trong số này, nhiều công trình hoạt động chƣa đạt hiệu quả cao. Nƣớc thải của ngành sản xuất giấy là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Nƣớc thải nhà máy giấy chứa chất rắn lơ lửng, bột giấy, lignin, hóa chất tẩy trắng, chất phụ gia và các chất hữu cơ hòa tan là những hợp chất có độc tính sinh thái cao, có nguy cơ gây ung thƣ, rất khó phân hủy trong môi trƣờng. Các chỉ số về chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp sản xuất giấy cao hơn giới hạn cho phép rất nhiều, cụ thể: Trong giai đoạn sản xuất bột giấy, hàm lƣợng TSS: 2000 mg/l, COD: 2500 mg/l, BOD5:1900 mg/l, pH: 6,4 – 7,5; trong giai đoạn xeo giấy hàm lƣợng TSS: 3500 mg/l, COD: 2500 mg/l, BOD5:2000 mg/l, pH: 7,5 – 9 [27,29].
Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải nhƣ: phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp cơ học, phƣơng pháp hóa học, tuy nhiên, các phƣơng pháp này có chi phí cao và chƣa xử lý triệt để nguồn ô nhiễm. Xử lý sinh học là phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm, do thân thiện với môi trƣờng và khắc phục đƣợc các hạn chế của phƣơng pháp khác[29]. Nƣớc thải nhà máy giấy có tỷ lệ BOD5/COD ≥ 0,5, thích hợp để xử lý sinh học. Đặc tính của nƣớc thải nhà máy giấy là môi trƣờng nghèo dinh dƣỡng chứa nhiều cellulose, nhiệt độ cao - biến động từ 36oC lên tới 70oC, pH thấp và nằm trong dải từ 5 – 10.
Do đó, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Phân lập, tuyển chọn và đặc tính chủng vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt, chịu pH và sinh tổng hợp cellulase để xử lý nước thải nhà máy giấy”. Mục tiêu của đề tài: - Phân lập và tuyển chọn đƣợc chủng vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt độ cao, chịu axit và có hoạt tính cellulase cao; - Xác định đƣợc ảnh hƣởng một số yếu tố đến sự sinh trƣởng của chủng vi khuẩn phân lập đƣợc; - Tạo đƣợc chế phẩm xử lý nƣớc thải nhà máy giấy; VŨ THỊ DINH 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCTRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Thử nghiệm ứng dụng vi khuẩn trong xử lý nƣớc thải nhà máy giấy. Đồi tƣợng và phạm vi nghiên cứu: - Nƣớc thải của nhà máy giấy An Hòa và cụm công nghiệp giấy Phú Lâm. - Vi khuẩn có khả năng xử lý nƣớc thải nhà máy giấy, sinh trƣởng trong điều kiện nhiệt độ cao, pH thấp.
- Thử nghiệm xử lý nƣớc thải nhà máy giấy quy mô phòng thí nghiệm (quy mô 250 ml và 5 l). Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát một số chỉ tiêu về chất lƣợng nƣớc thải nhà máy giấy. - Phân lập, tuyên chọn chủng vi khuẩn bản địa có hoạt tính phân hủy cellulose cao, có khả năng sinh trƣởng trong môi trƣờng nhiệt độ cao và pH thấp. Định tên chủng vi khuẩn sinh tổng hợp cellulase.
- Khảo các yếu tố ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng của chủngBacillus subtilis TD. - Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải nhà máy giấy và khảo sát quá trình bảo quản chế phẩm. - Nghiên cứu quá trình xử lý nƣớc thải nhà máy giấy quy mô phòng thí nghiệm (250 ml và 5 l). VŨ THỊ DINH 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCTRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.
Tình hình phát triển của ngành sản xuất giấy và bột giấy 1. Sự phát triển của công nghiệp giấy trên thế giới Giấy đƣợc ngƣời Ai Cập làm ra từ sợi dây của cây papyrus từ thời cổ đại, vào năm 3500 trƣớc Công nguyên. Đến năm 105 sau Công nguyên, ngƣời Trung Quốc đã có bƣớc đột phá mới trong công nghệ sản xuất giấy và đƣợc coi là nguồn gốc của ngành giấy, chất lƣợng giấy thời này có thể so sánh với giấy thủ công ngày nay. Qua thời gian, ngành sản xuất giấy không ngừng phát triển, từ sản xuất thủ công ban đầu bằng cách kết những cây cỏ với nhau thành tấm, đến quy mô công nghiệp với công nghệ tiên tiến, tự động hóa trong các khâu sản xuất.
Nhu cầu tiêu thụ giấy trên thế giới ngày càng tăng: Năm 2013, mức tiêu thụ giấy bình quân đầu ngƣời ở Nhật Bản đạt khoảng 130 kg/ngƣời[19]. Trong đó, nhu cầu giấy bao bì và đóng gói chiếm tỷ lệ lớn nhất với 39% tổng sản lƣợng năm 1961 và 54% trong năm 2013[33]. Để đáp ứng mức nhu cầu trên, sản lƣợng giấy không ngừng tăng qua các năm, năm 1961 sản lƣợng giấy và bột giấy thế giới khoảng hơn 70 triệu tấn, đến năm 2013 đạt khoảng 397,6 triệu tấn. Trong đó, tổng sản lƣợng giấy của bốn nƣớc Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản và Đức chiếm hơn một nửa, khoảng 56%[33].
Ngoài 4 cƣờng quốc giấy trên, các quốc gia kháccũng không ngừng đẩy mạnh đầu tƣ phát triển ngành giấy nhƣ: nhà máy Andritz của Anh với sản lƣợng 220.000 tấn/năm, nhà máy Metsa Group của Phần Lan với sản lƣợng 1,3 triệu tấn/năm[3]. Song song với quá trình phát triển, lƣợng nƣớc thải ngành giấy thải ra môi trƣờng đã và đang là mối nguy của cả xã hội. Tuy nhiên với thiết bị công nghệ hiện đại, chu trình sản xuất tuần hoàn khép kín, các nhà máy sản xuất giấy và bột giấy của các nƣớc phát triển trên thế giới đã giảm lƣợng nƣớccung cấp cho quá trình sản xuất và lƣợng nƣớc thải thải ra môi trƣờng tới mức tối đa: Lƣợng nƣớc cung cấp cho quá trình sản xuấtkhoảng 7 - 15 m3 nƣớc/1 tấn giấy và bột giấy; Hóa chất sử dụng trong giai đoạn nấu bột và nƣớc trắng sinh ra trong quá trình xeo giấy đƣợc tuần hoàn sử dụng lại [9]. VŨ THỊ DINH 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCTRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN 1.
Sự phát triển của ngành giấy ở Việt Nam Ngành giấy là một trong những ngành đƣợc hình thành từ rất sớm tại Việt Nam, khoảng năm 284. Từ giai đoạn này đến đầu thế kỷ 20, giấy đƣợc làm bằng phƣơng pháp thủ công phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh dân gian và vàng mã. Đến thế kỷ 20, có nhiều nhà máy giấy và bột giấy đƣợc thành lập với quy mô nhỏ (dƣới 20. Ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy ở Việt Nam đã có những bƣớc phát triển vƣợt bậc, sản lƣợng giấy tăng trung bình 11%/năm trong giai đoạn 2000- 2006, sản lƣợng giấy cả năm 2010 tăng gần 10% so với năm 2009, ƣớc đạt 1,85 triệu tấn[18].
Theo số liệu thống kê từ Tổng cục Hải quan (TCHQ) Việt Nam, 4 tháng đầu năm 2016, Việt Nam đã xuất khẩu 161,7 triệu USD giấy và sản phẩm từ giấy, tăng 7,1% so với cùng kỳ năm 2015. Giấy và sản phẩm từ giấy của Việt Nam có mặt tại 17 quốc gia trên thế giới, trong đó Hoa Kỳ là thị trƣờng chủ yếu, chiếm 24%, kế đến là Nhật Bản và Đài Loan chiếm 18%. và các thị trƣờng khác chiếm 23%[2]. 1: Cơ cấu thị trƣờng xuất khẩu giấy và sản phẩm giấy 4 tháng 2016[2] Quy mô sản xuất của ngành giấy Việt Nam còn nhỏ: 46% doanh nghiệp có công suất dƣới 1.000 tấn/năm, 42% công suất từ 1.000 tấn/năm và chỉ có 4 doanh nghiệp có công suất trên 50.
Công suất trung bình của Việt Nam VŨ THỊ DINH 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCTRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN là 5.800 tấn giấy và 13.000 tấn bột giấy/năm, thấp hơn rất nhiều so với các nƣớc khác trên thế giới và trong khu vực[6]. Công nghệ sản xuất của ngành giấy Việt Nam nhìn chung còn rất lạc hậu. Hiện nay ở Việt Nam có 3 phƣơng pháp sản xuất bột giấy chính là: phƣơng pháp sử dụng hóa chất, phƣơng pháp cơ-lý, phƣơng pháp tái chế giấy loại, đây đều là các phƣơng pháp sử dụng nhiều hóa chất và năng lƣợng. Công nghệ sản xuất bột giấy lạc hậu và gây ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng nhƣ: công nghệ bột sulfat tẩy trắng, công nghệ sản xuất bột theo phƣơng pháp hóa nhiệt cơ, và phƣơng pháp xút không thu hồi hóa chất, hoặc công nghệ sản xuất theo phƣơng pháp kiềm lạnh[6].
Để sản xuất 1 tấn giấy cần dùng từ 200 –500 m3 nƣớc[9]. Công nghệ sản xuất giấy - bột giấy và đặc tính của nƣớc thải Công nghệ sản xuất giấy gồm hai quá trình cơ bản: Sản xuất bột giấy từ nguyên liệu thô và sản xuất giấy từ bột giấy (xeo giấy)[11]. Công nghiệp giấy và bột giấy có thể coi nhƣ hai ngành độc lập, sản xuất bột và sản xuất giấy. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bột giấy từ xơ sợi thực vật (tre và gỗ mềm) và giấy tái chế (giấy đã qua sử dụng, giấy phế liệu và các chất thải từ các xƣởng đóng sách[3].
Do quá trình sản xuất giấy và bột giấyvới các công nghệ hoàn toàn khác nhau nên nƣớc thải khác nhau về lƣu lƣợng và tính chất[18]. Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính của nƣớc thải Quá trình sản xuất bột giấy là quá trình biến đổi các nguyên liệu gỗ hoặc phi gỗ thành xơ sợi, hay nói cách khác là phá vỡ các liên kết trong cấu trúc của nguyên liệu mà thành phần chính của nó là cellulose (40 – 45%), hemicellulose (20 – 30%), là các hợp chất cao phân tử (polyme), đƣợc bao bọc xung quanh bởi lignin (20 – 30%) và các chất trích ly (chất keo nhựa) (2 – 15%)[27]. Công nghệ bột hóa học Bản chất của công nghệ bột hóa: sử dụng hóa chất để hòa tan các thành phần không phải sợi cellulose trong nguyên liệu[18]. Các dăm gỗ đƣợc nấu với những dinh dịch hóa chất thích hợp ở nhiệt độ cao và áp suất cao với mục đích tách lignin ra khỏi gỗ, thu hồi cellulose và hemicellulose.
Quy trình làm giảm và phân hủy một VŨ THỊ DINH 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCTRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN phần cellulose và hemicellulose, tuy nhiên có khả năng loại bỏ lignin khá triệt để và sản phẩm giấy có độ bền tƣơng đối cao [3]. Hai công nghệ bột hóa chính: Công nghệ Kraft: là công nghệ nấu bột bằng kiềm (hỗn hợp NaOH và Na2S) có chức năng hòa tan lignin và hemicellulose để giải phóng sợi cellulose. Nƣớc thải - dịch nấu chứa hóa chất nấu và các hợp chất tự nhiên có trong gỗ, nhiều nhất là lignin, chứa nhiều kiềm (pH cao) và có mùi đặc trƣng của các hợp chất lƣu huỳnh, chỉ số COD và độ màu (do lignin) rất cao.