Luận văn thạc sĩ: Xử lý nước thải làng nghề giấy ở Phong Khê, Bắc Ninh bằng phương pháp đông keo tụ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phương pháp đông keo tụ trong xử lý nước thải làng nghề giấy ở Phong Khê, Bắc Ninh. Tìm hiểu hiệu quả và ứng dụng.

• Tác giả: Nguyễn Văn Chương
• Người hướng dẫn: ThS. Đặng Thị Hồng Phương
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải Làng Nghề Giấy Tại Phong Khê, Bắc Ninh Bằng Phương Pháp Đông Keo Tụ
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Mục tiêu cuả đề tài
• 1.4. Ý nghĩa của đề tài
• 1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Các vấn đề môi trường nảy sinh từ sản xuất giấy
• 2.2. Nguyên liệu sản xuất giấy
• 2.3. Nguồn thải rắn từ sản xuất giấy
• 2.4. Nước thải giấy
• 2.5. Khí thải
• 2.6. Tiếng ồn
• 2.7. Các phương pháp xử lý nước thải từ sản xuất giấy
• 2.7.1. Các phương pháp tách chất rắn lơ lửng
• 2.7.1.1. Phương pháp lắng trọng lực
• 2.7.1.2. Phương pháp đông keo tụ cùng lắng
• 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Giới thiệu về làng nghề giấy Phong Khê
• 3.5. Thành phần của nước thải giấy tại làng nghề giấy Phong Khê
• 3.6. Nghiên cứu xử lý nước thải giấy làng nghề Phong Khê bằng phương pháp đông keo tụ
• 3.7. Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động của hệ thống
• 3.8. Phương pháp nghiên cứu
• 3.8.1. Phương pháp thu thập số liệu
• 3.8.2. Phương pháp phân tích
• 3.8.3. Phương pháp điều tra thực địa
• 3.8.4. Phương pháp xử lý số liệu
• 3.9. Loại hóa chất sử dụng cho hệ thống xử lý mước thải giấy
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Giới thiệu về làng nghề giấy Phong Khê
• 4.2. Thành phần của nước thải giấy tại làng nghề giấy Phong Khê
• 4.3. Sơ đồ công nghệ và nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý
• 4.4. Nghiên cứu xác định pH tối ưu
• 4.5. Nghiên cứu xác định phèn tối ưu
• 4.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của COD ban đầu đến quá trình xử lý nước thải giấy
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về đề tài

Đề tài "Nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề giấy tại Phong Khê, Bắc Ninh bằng phương pháp đông keo tụ" được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải từ sản xuất giấy. Làng nghề giấy Phong Khê là một trong những khu vực có nhiều cơ sở sản xuất giấy, dẫn đến việc phát sinh lượng lớn nước thải có chứa các hợp chất độc hại. Việc áp dụng phương pháp đông keo tụ trong xử lý nước thải không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn bảo vệ môi trường sống của người dân. Đề tài này không chỉ có ý nghĩa trong việc nâng cao nhận thức về ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững cho ngành sản xuất giấy tại địa phương.

II. Tình hình ô nhiễm nước thải tại làng nghề giấy Phong Khê

Nước thải từ sản xuất giấy tại Phong Khê chứa nhiều hợp chất hữu cơ và hóa chất độc hại, gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường. Theo thống kê, mỗi ngày, các cơ sở sản xuất giấy thải ra khoảng 5.000m3 nước thải, trong đó có nhiều chất rắn lơ lửng, BOD và COD vượt tiêu chuẩn cho phép. Ô nhiễm nước thải không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước mà còn tác động tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng. Việc xử lý nước thải bằng công nghệ đông keo tụ được xem là giải pháp khả thi để giảm thiểu ô nhiễm, đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra theo quy định của pháp luật.

III. Phương pháp đông keo tụ trong xử lý nước thải

Phương pháp đông keo tụ là một trong những công nghệ hiệu quả trong xử lý nước thải, đặc biệt là nước thải từ ngành sản xuất giấy. Quá trình này bao gồm việc sử dụng các chất đông tụ như phèn nhôm để trung hòa điện tích của các hạt keo trong nước thải, từ đó tạo thành các bông cặn lớn hơn, dễ dàng lắng xuống. Nghiên cứu cho thấy, việc điều chỉnh pH và liều lượng phèn nhôm là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình xử lý. Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy, phương pháp này có khả năng giảm đáng kể hàm lượng COD và BOD trong nước thải, góp phần cải thiện chất lượng nước thải đầu ra.

IV. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng phương pháp đông keo tụ trong xử lý nước thải làng nghề giấy tại Phong Khê mang lại hiệu quả cao. Các chỉ tiêu ô nhiễm như COD, BOD, và độ màu đều giảm đáng kể sau khi xử lý. Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước thải mà còn bảo vệ môi trường sống cho người dân trong khu vực. Hệ thống xử lý nước thải được đề xuất có thể được áp dụng rộng rãi tại các cơ sở sản xuất giấy khác, góp phần vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống cho cộng đồng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành sản xuất giấy và bột giấy là ngành công nghiệp tiêu thụ lượng nước rất lớn, dao động từ $80\text{ m}^3$ đến $450\text{ m}^3$ nước cho mỗi tấn giấy thành phẩm. Dòng thải phát sinh từ các công đoạn nấu, rửa, tẩy trắng và xeo giấy có nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ rất cao. Đặc biệt, dịch đen sinh ra trong công đoạn nấu bột chứa nồng độ chất khô từ $25%$ đến $35%$, với tỷ lệ chất hữu cơ và vô cơ khoảng $70:30$. Thành phần dịch đen chủ yếu là lignin hòa tan, dịch kiềm, các hợp chất cao phân tử vòng thơm và hóa chất khó phân hủy. Ngoại trừ một số ít nhà máy lớn như Công ty Giấy Bãi Bằng có hệ thống cô đặc và đốt dịch đen, phần lớn các cơ sở sản xuất giấy tại Việt Nam đều xả trực tiếp nước thải chưa qua xử lý đạt chuẩn ra môi trường.

Làng nghề tái chế giấy Phong Khê (xã Phong Khê, thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh) với hạt nhân là làng Dương Ổ là một trung tâm sản xuất tiểu thủ công nghiệp phát triển mạnh. Mỗi ngày, các cơ sở tại đây xả thải khoảng $5.000\text{ m}^3$ nước thải cùng khối lượng lớn giấy vụn, bùn thải và hóa chất độc hại (xút, kiềm, chất tẩy, phèn kép, nhựa thông, phẩm màu). Nước thải có hàm lượng $\text{BOD}_5$ và $\text{COD}$ vượt từ 4 đến 6 lần tiêu chuẩn cho phép, biến sông Ngũ Huyện (nhánh của sông Cầu) thành dòng sông ô nhiễm nghiêm trọng. Dù một số cơ sở đã đầu tư hệ thống xử lý, nước thải sau xử lý vẫn chưa đáp ứng quy chuẩn xả thải hiện hành.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Văn Chương (ngành Khoa học Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, năm 2014) thực hiện đề tài nhằm giải quyết bài toán xử lý ô nhiễm nước thải tại làng nghề này.

Mục đích nghiên cứu: Thông qua khảo sát môi trường làng nghề tại tỉnh Bắc Ninh, đề xuất một số biện pháp công nghệ nhằm cải thiện ô nhiễm môi trường tại làng nghề giấy Phong Khê, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân địa phương.

Mục tiêu nghiên cứu (đánh số theo văn bản):

1. Đánh giá tổng quan tình hình ô nhiễm do nước thải làng nghề giấy trên địa bàn xã Phong Khê.
2. Nghiên cứu công nghệ đông keo tụ vào xử lý nước thải của làng nghề giấy tại Phong Khê.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nước thải tại xưởng sản xuất của cơ sở Thịnh Cường, thôn Dương Ổ, thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh.
• Phạm vi nghiên cứu: Công nghệ đông keo tụ trong xử lý nước thải giấy Phong Khê, Bắc Ninh.
• Địa điểm và thời gian thực hiện: Thí nghiệm và phân tích tại Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam – Viện Bơm và Thiết bị Thủy lợi; thời gian từ ngày 05/05/2014 đến ngày 05/08/2014.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và cơ chế phản ứng

Khóa luận hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về các quá trình xử lý nước thải sản xuất giấy và bột giấy:

1. Phương pháp tách chất rắn lơ lửng:

   • Lắng trọng lực: Dùng bể lắng ngang hoặc lắng đứng để loại bỏ huyền phù thô, tuy nhiên hiệu quả thấp với sợi xơ mịn và nhẹ trong nước thải giấy.
   • Đông keo tụ kết hợp lắng: Quá trình trung hòa điện tích của hệ keo (đông tụ) và liên kết các hạt nhỏ thành bông cặn lớn hơn (keo tụ). Hóa chất sử dụng là phèn nhôm ($\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$), Poly Aluminium Chloride ($\text{PAC}$) hoạt động hiệu quả ở $\text{pH} = 6,5 - 8$, hoặc phèn sắt ($\text{FeCl}_3$, $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$) kết hợp chất trợ đông tụ polymer cao phân tử mạch dài để tăng tốc độ lắng.

2. Phương pháp khử $\text{COD}$ và $\text{BOD}$ bằng sinh học:

   • Xử lý yếm khí (kỵ khí): Phân giải chất hữu cơ tạo biogas ($\text{CH}_4$, $\text{CO}_2$), thích hợp với nước thải có hàm lượng hữu cơ rất cao ($3.000 - 10.000\text{ mg/l}$).
   • Xử lý hiếu khí: Oxy hóa sinh hóa các hợp chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính lơ lửng (bể Aerotank) hoặc màng vi sinh dính bám (bể lọc sinh học). Các thông số kiểm soát gồm: tỷ lệ dinh dưỡng $\text{C}:\text{N}:\text{P} = 100:5:1$, oxy hòa tan $\text{DO} = 1,5 - 4\text{ mg/l}$ (tối ưu $2\text{ mg/l}$), $\text{pH}$ từ $6,5 - 8,5$ (tối ưu $6,8 - 7,4$), nhiệt độ $20 - 27^\circ\text{C}$, tỷ số thức ăn/vi sinh vật $\text{F/M} = 0,5 - 0,75$.

3. Phương pháp khử độ màu:

   • Hấp phụ: Sử dụng than hoạt tính dạng hạt ($\text{GAC}$) hoặc dạng bột ($\text{PAC}$), đất sét hoạt tính, silicagen với hiệu suất tách màu và hữu cơ đạt $58 - 95%$.
   • Oxy hóa hóa học: Dùng $\text{Clo}$, $\text{H}_2\text{O}_2$ xúc tác muối sắt(II) (phản ứng Fenton), $\text{Ozone}$ ($\text{O}_3$), hoặc phương pháp keo tụ điện hóa dùng anot $\text{Al}$ hoặc $\text{Fe}$.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Tác giả phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

• Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập số liệu sơ cấp từ các phòng ban của Viện Bơm và Thiết bị Thủy lợi, báo cáo kinh tế – xã hội của xã Phong Khê; thu thập số liệu thứ cấp qua khảo sát thực tế các cơ sở sản xuất và hộ dân.
• Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Tiến hành các thí nghiệm xác định chỉ tiêu ô nhiễm ($\text{pH}$, $\text{SS}$, $\text{COD}$, $\text{BOD}5$, $\text{N}{\text{tổng}}$, $\text{P}_{\text{tổng}}$, $\text{SO}_4^{2-}$); thực nghiệm Jar-test xác định $\text{pH}$ tối ưu và lượng phèn $\text{PAC}$ tối ưu; thí nghiệm xử lý sinh học bằng vi khuẩn kị khí ($\text{VKK}$) và vi khuẩn khử sunfat ($\text{SRB}$).
• Phương pháp điều tra thực địa: Lấy mẫu thực tế tại xưởng sản xuất cơ sở Thịnh Cường (thôn Dương Ổ).
• Phương pháp xử lý số liệu: Nhập và phân tích số liệu trên phần mềm Microsoft Excel, tính toán sai số, độ tin cậy ($f$) và hệ số tương quan ($r$).
• Văn bản quy chuẩn đối chiếu: $\text{TCVN 5945-2005}$ (Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp), $\text{QCVN 12:2008}$, $\text{QCVN 14:2008/BTNMT}$.

---

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ tình trạng ô nhiễm nước thải đặc thù của ngành công nghiệp giấy và làng nghề tái chế giấy Phong Khê. Xác lập mục đích, mục tiêu (2 nhiệm vụ chính), ý nghĩa khoa học trong việc tích lũy kỹ năng thực hành và ý nghĩa thực tiễn trong việc cung cấp giải pháp xử lý nước thải cải thiện môi trường làng nghề.

Phần 2: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

• Phân tích nguyên liệu sản xuất giấy (tỷ lệ pha trộn $80%$ bột giấy nhập khẩu và $20%$ giấy tái chế thu gom) và các nguồn thải rắn, nước thải, khí thải ($\text{SO}_2$, $\text{CO}$, $\text{NO}_x$, hơi hóa chất tẩy), tiếng ồn ($10 - 20\text{ dBA}$ vượt chuẩn).
• Trình bày sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất các loại sản phẩm giấy (giấy bao bì, giấy vệ sinh, giấy quyển, giấy vàng mã) và các dòng thải tương ứng từ từng công đoạn.
• Đánh giá ưu nhược điểm của than hoạt tính $\text{GAC}$ và $\text{PAC}$ trong khử màu nước thải:

Tiêu chí so sánh	Than hoạt tính dạng hạt ($\text{GAC}$)	Than hoạt tính dạng bột ($\text{PAC}$)
Khả năng hấp phụ	Cao hơn khi thiết kế đúng hệ thống	Thấp hơn $\text{GAC}$
Chi phí đầu tư & tổn hao	Đầu tư ban đầu cao, chi phí tổn hao thấp	Đầu tư thấp, chi phí tổn hao cao
Chức năng bổ trợ	Kết hợp làm vật liệu lọc	Có thể làm tăng chất rắn lơ lửng
Vận hành	Dễ vận hành (thay thế sau 3 tháng - 1 năm)	Khó vận hành hơn

• Tổng quan các công trình nghiên cứu quốc tế (Jukka Rintala & Pertti Vuoriranta 1988 về xử lý kết hợp yếm khí - hiếu khí; Gordon 1986 về giảm độ độc; Frenette về thời gian lưu bùn hoạt tính) và công nghệ xử lý tại các nhà máy trong nước (Hòa Phương, Xuân Đức, Hoàng Văn Thụ, Vĩnh Thái, mô hình tuyển nổi tại thôn Đào Xá - Phong Khê công suất $120\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

• Xác định đối tượng mẫu nước thải xưởng Thịnh Cường, địa điểm thí nghiệm tại Viện Bơm và Thiết bị Thủy lợi.
• Thống kê nhu cầu hóa chất vận hành dự kiến cho hệ thống xử lý nước thải giấy:

Loại hóa chất sử dụng	Khối lượng sử dụng ($\text{kg/tháng}$)
Chất trợ keo tụ Polymer	840
Chất keo tụ $\text{PAC}$	22.000
Hóa chất Urê	42.000
Chất khử màu	5.075
$\text{NaHPO}_4$	1.500
$\text{NaOH } 32%$	9.000

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

• Giới thiệu tổng quan kinh tế – xã hội xã Phong Khê: dân số khoảng 9.500 người ($2.000$ hộ), chuyển dịch từ sản xuất giấy dó thủ công sang giấy tái chế quy mô bán công nghiệp, giải quyết việc làm cho địa phương và cung cấp phần lớn thị phần giấy vệ sinh miền Bắc.
• Đánh giá đặc tính lý hóa của nước thải tại làng nghề Phong Khê và đối chiếu với $\text{TCVN 5945-2005}$:

Chỉ tiêu phân tích	Đơn vị	Giấy carton	Giấy vệ sinh	Giấy bao bì	$\text{TCVN 5945-2005}$ (Cột B)
$\text{pH}$	-	6,92	6,67 ÷ 7,2	6,78 ÷ 7,55	5,5 ÷ 9
Độ màu	$\text{Pt-Co}$	1.500	1.000 ÷ 4.000	1.058 ÷ 9.550	-
Nhiệt độ	$^\circ\text{C}$	-	28 ÷ 30	28 ÷ 30	40
$\text{SS}$	$\text{mg/l}$	1.074	1.236	1.240 ÷ 1.410	< 100
$\text{COD}$	$\text{mgO}_2/\text{l}$	2.000	2.868 ÷ 5.128	6.510 ÷ 9.000	< 100
$\text{BOD}_5$	$\text{mgO}_2/\text{l}$	500	2.075 ÷ 3.000	3.020 ÷ 3.500	< 50
$\text{N}_{\text{tổng}}$	$\text{mg/l}$	43,4	0,0 ÷ 3,6	0,7 ÷ 4,2	-
$\text{P}_{\text{tổng}}$	$\text{mg/l}$	2,0	-	-	-
$\text{SO}_4^{2-}$	$\text{mg/l}$	116	-	-	-

• Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý tổng thể theo 3 trường hợp dòng thải:
  • Trường hợp 1 (Nước thải không màu): Bể khuấy I (châm $\text{H}_2\text{SO}_4$ trung hòa, tách cặn thô) $\rightarrow$ Bể keo tụ II (keo tụ $\text{SS}$ và $\text{BOD}$) $\rightarrow$ Bể lắng III (tách xơ sợi tái sử dụng, nước xả ra ao hồ đạt $\text{QCVN 14:2008/BTNMT}$ cột B).
  • Trường hợp 2 (Nước thải có màu): Châm than hoạt tính và phụ gia tại Bể I để hấp phụ màu trước khi keo tụ lắng.
  • Trường hợp 3 (Nước thải có màu và tinh bột/COD cao): Bổ sung Bể vi sinh hiếu khí IV (châm vi chất, sục khí công suất $1\text{ m}^3\text{ khí}/1\text{ m}^3\text{ nước thải/giờ}$, lưu 24 giờ) $\rightarrow$ Bể lắng bùn vi sinh V (tuần hoàn bùn về Bể IV).
• Bố trí dây chuyền hoàn chỉnh: Bể thu gom $\rightarrow$ Bể chứa điều hòa $\rightarrow$ Bể khuấy trộn keo tụ ($\text{PAC}$, khuấy $5 - 10$ phút ở 200 vòng/phút) $\rightarrow$ Tuyển nổi/lắng $\rightarrow$ Bể Aerotank $\rightarrow$ Bể lắng bùn $\rightarrow$ Bể dự phòng/tái sử dụng và bể nén bùn.
• Kết quả thực nghiệm xác định $\text{pH}$ tối ưu cho phèn $\text{PAC}$ (mẫu $\text{COD}$ vào $2.500\text{ mg/l}$, phèn $10%$ là $0,2\text{ ml}$):

Thí nghiệm	$\text{pH}$	$\text{COD}$ đầu vào ($\text{mg/l}$)	$\text{COD}$ đầu ra ($\text{mg/l}$)	Hiệu suất xử lý ($%$)
1	6,0	2.500	2.045	18,13
2	6,5	2.500	1.947	22,14
3	7,0	2.500	1.850	26,00
4	7,5	2.500	1.585	36,61
5	8,0	2.500	1.833	26,70
6	8,5	2.500	1.956	21,76

$\rightarrow$ Giá trị $\text{pH}$ tối ưu xác định được là $7,5$.

• Kết quả thực nghiệm xác định lượng phèn $\text{PAC } 10%$ tối ưu (mẫu $\text{COD}$ vào $2.500\text{ mg/l}$, $\text{pH} = 7,5$):

Thí nghiệm	Lượng phèn ($\text{ml}$)	$\text{COD}$ đầu vào ($\text{mg/l}$)	$\text{COD}$ đầu ra ($\text{mg/l}$)	Hiệu suất xử lý ($%$)
1	0,0	2.500	2.092	16,33
2	0,2	2.500	1.627	34,95
3	0,4	2.500	1.334	46,65
4	0,6	2.500	1.077	56,93
5	0,8	2.500	1.256	49,76
6	1,0	2.500	1.350	46,01

$\rightarrow$ Liều lượng phèn $\text{PAC}$ tối ưu là $0,6\text{ ml}$ dung dịch $10%$ trên mẫu thử nghiệm, cho hiệu suất khử $\text{COD}$ cao nhất ($56,93%$).

• Thực nghiệm ảnh hưởng của $\text{COD}$ ban đầu đến quá trình xử lý sinh học: Thử nghiệm trên mẫu $\text{COD}$ ban đầu $2.200\text{ mgO}_2/\text{l}$ và $4.500\text{ mgO}_2/\text{l}$ với $5%$ men giống bổ sung (chủng $\text{VKK}$ và chủng $\text{SRB}$). Sau 3 tuần xử lý yếm khí và 48 giờ xử lý hiếu khí:
  • Mẫu có $\text{COD}$ ban đầu pha loãng về mức khoảng $2.000\text{ mgO}_2/\text{l}$ cho $\text{COD}$ cuối cùng giảm xuống $110\text{ mg/l}$ (với chủng vi khuẩn kị khí $\text{VKK}$) và $105\text{ mg/l}$ (với chủng vi khuẩn khử sunfat $\text{SRB}$), tiệm cận tiêu chuẩn $\text{TCVN}$.
  • Mẫu có $\text{COD}$ ban đầu cao ($4.500\text{ mgO}_2/\text{l}$) gây ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp kết quả nghiên cứu, khẳng định hiệu quả của phương pháp keo tụ bằng $\text{PAC}$ kết hợp xử lý sinh học trong việc làm giảm nồng độ ô nhiễm $\text{COD}$, đề xuất triển khai áp dụng công nghệ vào thực tế sản xuất tại làng nghề Phong Khê.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính

1. Xác lập thông số tối ưu cho quá trình đông keo tụ bằng $\text{PAC}$:

   • $\text{pH}$ tối ưu của môi trường phản ứng: $7,5$ (cho hiệu suất giảm $\text{COD}$ đạt $36,61%$).
   • Liều lượng phèn nhôm $\text{PAC } 10%$ tối ưu: $0,6\text{ ml}$ cho mẫu nước thải có $\text{COD}$ ban đầu $2.500\text{ mg/l}$ (cho hiệu suất giảm $\text{COD}$ đạt $56,93%$).

2. Xác định giới hạn nồng độ $\text{COD}$ đầu vào cho xử lý sinh học kết hợp:

   • Nước thải sau đông keo tụ cần được kiểm soát hoặc pha loãng về ngưỡng $\text{COD} \approx 2.000\text{ mgO}_2/\text{l}$.
   • Kết hợp 3 tuần xử lý yếm khí và 48 giờ xử lý hiếu khí giúp hạ $\text{COD}$ xuống còn $105 - 110\text{ mgO}_2/\text{l}$ (tiệm cận tiêu chuẩn Cột B $\text{TCVN 5945-2005}$ quy định $< 100\text{ mg/l}$).

Giải pháp kỹ thuật đề xuất

• Thiết kế hệ thống xử lý nước thải liên hoàn gồm 3 modul linh hoạt tương ứng với đặc tính dòng thải (nước thải không màu, nước thải có màu, nước thải chứa hàm lượng tinh bột và $\text{COD}$ cao).
• Tích hợp công đoạn thu hồi bột xơ sợi tại bể lắng và hệ thống tuyển nổi nhằm tái sử dụng nguyên liệu cho sản xuất.
• Xác định chế độ vận hành: thời gian khuấy keo tụ $5 - 10$ phút ở tốc độ 200 vòng/phút; thời gian lưu nước tại bể Aerotank là 24 giờ với công suất cấp khí $1\text{ m}^3\text{ khí}/1\text{ m}^3\text{ nước thải/giờ}$.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Các thí nghiệm đông keo tụ và xử lý sinh học mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (thực hiện trên mẫu nước thải lấy tại một cơ sở sản xuất là xưởng Thịnh Cường, thôn Dương Ổ trong khoảng thời gian từ tháng 05/2014 đến tháng 08/2014).
• Hướng mở: Cần phối hợp đồng bộ phương pháp đông keo tụ $\text{PAC}$ với các công nghệ xử lý sinh học và xử lý bùn thải hoàn chỉnh ở quy mô thực địa tại các xưởng sản xuất khác nhau trong làng nghề Phong Khê để đáp ứng toàn diện Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng tham khảo: Sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Hóa học; kỹ sư vận hành hệ thống xử lý nước thải công nghiệp giấy và làng nghề tái chế.
• Nội dung giá trị: Số liệu thực nghiệm tối ưu hóa $\text{pH}$ và nồng độ phèn $\text{PAC}$ trong xử lý nước thải giấy; bảng phân tích thành phần nước thải đặc thù theo từng dòng sản phẩm (carton, giấy vệ sinh, bao bì); quy trình công nghệ kết hợp keo tụ hóa lý và sinh học hiếu khí/kỵ khí.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Nước thải sản xuất giấy tại làng nghề Phong Khê có những thông số ô nhiễm đặc trưng nào?

Nước thải tại đây có hàm lượng chất rắn lơ lửng ($\text{SS}$) từ $1.074$ đến $1.410\text{ mg/l}$, $\text{COD}$ từ $2.000$ đến $9.000\text{ mgO}_2/\text{l}$, $\text{BOD}_5$ từ $500$ đến $3.500\text{ mgO}_2/\text{l}$, độ màu dao động từ $1.000$ đến $9.550\text{ Pt-Co}$ và $\text{pH}$ từ $6,67$ đến $7,55$. Các chỉ tiêu này đều vượt nhiều lần giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn $\text{TCVN 5945-2005}$.

2. Giá trị $\text{pH}$ và lượng phèn $\text{PAC}$ tối ưu được xác định trong thí nghiệm là bao nhiêu?

Với mẫu nước thải có $\text{COD}$ ban đầu $2.500\text{ mg/l}$, giá trị $\text{pH}$ tối ưu được xác định là $7,5$ (hiệu suất tách $\text{COD}$ đạt $36,61%$) và liều lượng phèn $\text{PAC } 10%$ tối ưu là $0,6\text{ ml}$ (hiệu suất tách $\text{COD}$ đạt $56,93%$).

3. Thông số kỹ thuật vận hành bể khuấy keo tụ và bể Aerotank được đề xuất như thế nào?

Bể khuấy keo tụ $\text{PAC}$ vận hành với thời gian khuấy $5 - 10$ phút, tốc độ khuấy khoảng 200 vòng/phút để tránh làm vỡ bông cặn. Bể Aerotank vận hành với thời gian lưu nước khoảng 24 giờ và dàn phân phối khí cấp $1\text{ m}^3\text{ không khí}$ cho mỗi $1\text{ m}^3\text{ nước thải}$ trong một giờ.

4. Nồng độ $\text{COD}$ ban đầu ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả xử lý sinh học trong nghiên cứu?

Mẫu nước thải có $\text{COD}$ ban đầu khoảng $2.000\text{ mgO}_2/\text{l}$ sau 3 tuần xử lý yếm khí và 48 giờ hiếu khí giảm $\text{COD}$ xuống còn $110\text{ mg/l}$ (với chủng $\text{VKK}$) và $105\text{ mg/l}$ (với chủng $\text{SRB}$). Ngược lại, mẫu có $\text{COD}$ ban đầu quá cao ($4.500\text{ mgO}_2/\text{l}$) làm ức chế sự sinh trưởng của vi khuẩn, làm giảm hiệu quả xử lý.

5. Nhu cầu hóa chất hàng tháng dự kiến cho hệ thống xử lý nước thải giấy gồm những gì?

Theo tính toán của đề tài, lượng hóa chất sử dụng hàng tháng gồm: $22.000\text{ kg PAC}$, $42.000\text{ kg Urê}$, $9.000\text{ kg NaOH } 32%$, $5.075\text{ kg}$ chất khử màu, $1.500\text{ kg NaHPO}_4$ và $840\text{ kg}$ chất trợ keo tụ polymer.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Văn Chương đã khảo sát toàn diện thực trạng ô nhiễm nước thải sản xuất giấy tại làng nghề Phong Khê và kiểm chứng thực nghiệm phương pháp đông keo tụ bằng phèn nhôm $\text{PAC}$. Nghiên cứu đã xác lập thành công các thông số vận hành tối ưu gồm $\text{pH} = 7,5$ và liều lượng $\text{PAC } 10%$ là $0,6\text{ ml}$, mang lại hiệu suất khử $\text{COD}$ đạt $56,93%$. Việc kết hợp keo tụ $\text{PAC}$ với xử lý sinh học yếm khí và hiếu khí ở dải $\text{COD}$ thích hợp ($\approx 2.000\text{ mg/l}$) giúp chất lượng nước thải sau xử lý tiệm cận tiêu chuẩn xả thải hiện hành, cung cấp cơ sở kỹ thuật phục vụ cải thiện môi trường tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong công nghiệp giấy, dịch đen sau nấu bột và nước thải ở các khâu trong quá trình sản xuất đều có hàm lượng các hợp chất hữu cơ cao ngoài ra còn có nhiều hoá chất khác độc hại nếu không xử lý tốt thải ra môi trường thì sẽ gây ô nhiễm lớn cho môi trường xung quanh. ở các nước phát triển, các nước tiên tiến thì các nhà máy làm việc với dây chuyền khép kín có thêm các khâu thu hồi tái sử dụng và xử lý chất thải. Dịch kiềm đen sau nấu được thu hồi đưa đi cô đặc, đốt, xút hoá để tái sử dụng hoá chất; nước trắng ở xeo, nước rửa lưới và chăn cũng được lắng, tuyển nổi để tận dụng bột và nước trong, giảm thiểu các chất thải ra môi trường. ở Việt Nam, trừ công ty giấy Bãi Bằng còn ở các nhà máy khác đều không có đều các hệ thống thu hồi cô đặc và đốt dịch đen, mà thải trực tiếp ra môi trường.

Đây là nguồn ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng đối với môi trường. ở nhà máy giấy hay các cơ sở sản xuất giấy bột sau nấu được rửa khuyếch tán nên sử dụng nhiều nước. Nước thải bao gồm rất nhiều xơ sợi, nhiều dẫn xuất của lignin là các hợp chất cao phân tử vòng thơm và các hóa chất khác. Đây là các hợp chất rất khó bị phân huỷ mà nước thải từ nhà máy không được xử lý, lại thải trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm lớn đến nguồn nước[9].

Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước,lượng nước cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy thành phẩm dao động từ 80m3– 450m3. Dịch đen sinh ra trong công đoạn nấu và rữa bột giấy. Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25-35%, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ vào khoảng 70:30. Nước thải sinh ra có hàm lượng chất rắn lơ lửng, BOD, COD cao, đặc biệt trong nước thải nhà máy giấy thường chứa nhiều lignin, chất này khó hòa tan và khó phân hủy, có các chất có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất clo hữu cơ.

Vấn đề ô nhiễm nước thải tại các nhà máy giấy đang được các nhà khoa học và cơ quan quản lý nhà nước về môi môi trường rất quan tâm. n 2 Làng nghề giấy Phong Khê là một trong những làng nghề có nhiều cơ sở sản xuất giấy so với cả nước. Hiên tại một số cơ sở ở làng nghề giấy Phong Khê đã đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải tuy nhiên sau một thời gian hoạt động, với đặc tính nước thải đặc trưng của nhà máy giấy, hệ thống xử lý nước thải của nhà máy vẫn còn một số chỉ tiêu chưa đáp ứng được các yêu cầu xã thải. Cùng với chủ trương hạn chế ô nhiễm môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân Ủy Ban Nhân Dân tỉnh Bắc Ninh đã đưa ra một số giải pháp nhằm ngăn chặn và giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trường cho khu vực làng nghề [10].Các cơ sở sản xuất giấy ở làng nghề có quy mô sản xuất và lưu lượng dòng thải khác nhau nhưng tính chất dòng thải tương tự nhau,hầu hết dòng thải đều được thải ra ở một hệ thống xả thải chung.Trong quá trình hoạt động của các cơ sở sản xuất giấy tại làng nghề, thì việc phát sinh các nguồn thải như nước thải, chất thải rắn, khí thải là rất lớn ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường [12].

Chính vì những lý do trên,đề tài: " Nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề giấy ở Phong Khê, Tp Bắc Ninh, Tỉnh Bắc Ninh bằng phương pháp đông keo tụ" được thực hiện. Mục đích của đề tài Thông qua khảo sát môi trường làng nghề ở tỉnh Bắc Ninh đề xuất một số biện pháp công nghệ nhằm cải thiện ô nhiễm môi trường ở làng nghề giấy Phong Khê,tỉnh Bắc Ninh,góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân sinh sống nơi đây. Mục tiêu cuả đề tài Đánh giá tổng quan tình hình ô nhiễm do nước thải làng nghề giấy trên địa bàn xã Phong Khê. Nghiên cứu công nghệ đông keo tụ vào xử lý nước thải của làng nghề giấy tại Phong Khê.

Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học Vận dụng lý thuyết vào thực tập với thực tế. n 3 Học hỏi,thu thập kiến thức cho bản thân và tích lũy dần kinh nghiệm cho bản thân sau khi tốt nghiệp. Nâng cao tay nghề và kỹ năng thực hành cho bản thân.

Thực tập các công việc trong thực tế để tạo tiền đề để làm việc và công tác. Ý nghĩa thực tiễn Đánh giá được tình trạng ô nhiễm chung của làng nghề giấy Phong Khê Đề xuất công nghệ xử lý có hiệu quả nước thải làng nghề giấy góp phần cải thiện chất lượng môi trường cho các năm tới. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2. Các vấn đề môi trường nảy sinh từ sản xuất giấy 2.

Nguyên liệu sản xuất giấy Nguyên liệu chính để sản xuất giấy chủ yếu từ sợi thực vật như (gỗ, tre, nứa. Nguyên liệu sản xuất gồm 2 phần chính: Bột giấy: được nhập từ bên ngoài có màu xanh xám. Do bột giấy này được đã qua xử lý với hóa chất nên có mùi khó chịu. Giấy tái chế: lượng giấy này cơ sở thu mua từ bên ngoài.

Do chất lượng của bột giấy này thấp nên cơ sở trộn lẫn bột giấy với giấy tái chế nhằm tăng chất lượng cũng như màu sắc của sản phẩm (tại cơ sở tham quan thì tỷ lệ pha trộn giữa bột giấy với giấy tái chế thường là 80% – 20%)[12]. Nguồn thải rắn từ sản xuất giấy Quá trình hoạt động sản xuất của làng nghề tái chế giấy Phong Khê cũng như nhiều làng nghề khác đã thải ra môi trường nhiều loại chất thải rắn, trong đó có chất thải nguy hại không được thu gom mà vứt bừa bãi ra các kênh, mương, ao, hồ, sông, ngòi làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt; biến một số lưu vực sông trở thành dòng sông chết.Tại Phong Khê, môi trường nước mặt bị ô nhiễm, mùi khí thải, chất thải rắn từ phân loại giấy, cặn thải và rác thải sinh hoạt đổ bừa bãi dọc đường thôn xóm, trong các hồ ao nhỏ quanh làng gây tắc hệ thống thoát nước, mất mỹ quan và mất vệ sinh. Một lượng chất thải từ giấy tái chế, bột giấy trong quá trình phân loại nguyên vật liệu. Than rơi vãi, xỉ than trong quá trình cấp nhiệt cho lò hơi.

Xỉ than thải ra từ lò hơi và lò thu hồi, trong hỗn hợp xỉ than và than cám có khoản 70% xỉ và 30% than chưa đốt hết. Lượng xỉ than này có thể được tái sử dụng làm chất đốt hoặc làm gạch không nung. Lượng lớn bùn thải trong các bể lắng,trong các cống xả thải. Lượng giấy vụn trong quá trình cắt xeo giấy.Một lượng nilon thừa tạo ra trong quá trình đóng gói kim loại, bọc nilon .từ quá trình cắt và phân loại giấy tái chế[12].

Nước thải giấy Dòng thải rửa nguyên liệu bao gồm chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bảo vệ thực vật, vỏ cây… Dòng thải của quá trình nấu và rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan, các chất nấu và một phần xơ sợi. Dòng thải có màu tối nên thường được gọi là dịch đen. Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25 đến 35%, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ 70:30. Thành phần hữu cơ chủ yếu là trong dịch đen lignin hòa tan và dịch kiềm.

Ngoài ra, là những sản phẩm phân hủy hydratcacbon, axit hữu cơ. Thành phần hữu cơ bao gồm những chất nấu, một phần nhỏ là NaOH, Na2S,Na2SO4, Na2CO3 còn phần nhiều là kiềm natrisunfat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm. Dòng thải từ công đoạn tẩy của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học và bán hóa chứa các chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thành của những chất đó với chất tẩy ở dạng độc hại. Dòng này có độ màu, giá trị BOD5 và COD cao.

Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh. Dòng thải từ các khâu rửa thiết bị, rửa sàn, dòng chảy tràn có hàm lượng các chất lơ lửng và các chất rơi vãi. Nước ngưng của quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý thu hồi hóa chất từ dịch đen.Mức ô nhiễm của nước ngưng phụ thuộc vào loại gỗ, công nghệ sản xuất. Nước thải sinh hoạt Trung bình một ngày, các cơ sở sản xuất ở đây xả ra môi trường khoảng 5.000m3 nước thải và một lượng lớn giấy phế phẩm có chứa các hóa chất độc hại.

Sông Ngũ Huyện chảy qua xã đã bị đầu độc nặng nề và trở thành một dòng sông chết. Bên cạnh đó, nguy cơ cháy nổ hiện hữu tại các hộ sản xuất giấy tái chế với công nghệ lạc hậu, mất an toàn lao động. Trên thực tế đã xảy ra nhiều vụ rò rỉ hóa chất như kiềm, xút, chất phụ gia tẩy trắng sau những vụ n 6 cháy xưởng sản xuất.Tại các làng nghề tái chế giấy, vấn đề ô nhiễm nước chủ yếu là chất rắn như xơ sợi, bột giấy trong nước thải, ngoài ra còn có lượng nước thải có tình kiềm và chứa một số hợp chất hóa học khác trong quá trình ngâm và tẩy trắng bột giấy. Nước thải của quá trình sản xuất giấy chủ yếu là từ công đoạn xeo.

Nước ở công đoạn này có chứa một phần bột giấy và các chất phụ gia xeo. Các chất phụ gia xeo thường dùng là (NH4 )2SO4, nhựa thông (để tăng độ thấm của giấy), cao lanh (để tăng độ kết dính của bột giấy)[12]. Lưu ý: chất phụ gia xeo được đưa vào trong quá trình nghiền ướt.Nước thải chứa lượng lớn các hóa chất độc hại như xút, thuốc tẩy, phèn kép, nhựa thông và phẩm mầu. với hàm lượng BOD5 và COD vượt 4-6 lần tiêu chuẩn cho phép[8] 2.

Khí thải Các nguồn phát sinh khí thải trong quá trình sản xuất: nguồn khí thải phát sinh từ quá trình ngâm tẩy, quá trình cung cấp nhiệt lượng cho nồi hơi, trong quá trình nghiền (hơi hóa chất) và quá trình đánh tơi (hơi dung môi).Khí thải của lò hơi đốt than chủ yếu mang theo tro bụi, CO2, CO, SOx,NOx do thành phần nguyên tố có trong củi kết hợp với oxy không khí trong quá trình cháy tạo nên. Bụi trong khói thải lò hơi là một tập hợp các hạt rắn có kích thước rất khác nhau (vài micromet tới vài trăm micromet).