MỞ ĐẦU Trong những thập niên gần đây, ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm nước nói riêng đang trở thành mối lo chung của nhân loại. Ô nhiễm môi trường và bảo vệ sự trong sạch cho các thủy vực hiện nay đang là những vấn đề cấp bách trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội. Để phát triển bền vững chúng ta cần có những biện pháp kĩ thuật hạn chế, loại bỏ các chất ô nhiễm do hoạt động sống và sản xuất ra môi trường. Ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy chiếm vị trí khá quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, tạo việc làm cho người lao động.
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, dịch vụ khác, nhu cầu về các sản phẩm giấy ngày càng tăng. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích to lớn đạt được về kinh tế - xã hội, ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề môi trường bức xúc nhất là vấn đề nước thải. Việc thải một lượng lớn nước thải sản xuất giấy và bột giấy vào môi trường mà chưa được xử lí hoặc xử lí chưa triệt để đã gây ô nhiễm cho những nguồn nước xung quanh, nó gây ra những ảnh hưởng rất lớn đối với môi trường và hệ sinh thái. Với xu thế phát triển hiện nay và áp lực phải thực hiện Luật Môi trường, các doanh nghiệp sản xuất giấy và bột giấy phải có những chính sách quan tâm thỏa đáng đối với nguồn chất thải.
Trước thực trạng đó, đòi hỏi phải có những biện pháp thích hợp, hiệu quả để xử lí nước thải sản xuất giấy ngay tại nguồn, nhằm hạn chế mức thấp nhất tác động của nó đến con người và môi trường xung quanh. Với mong muốn được áp dụng những kiến thức đã học và tìm hiểu sâu hơn để phục vụ cho công việc sau này của một kĩ sư môi trường, trên cơ sở đó, tôi đã chọn đề tài “Tính toán - thiết kế hệ thống xử lí nƣớc thải nhà máy giấy công suất 200 m3/ngày đêm” làm khóa luận tốt nghiệp. SV: Đào Mạnh Tùng - MT1401 Page 1 Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIẤY 1. Nhu cầu sử dụng các sản phẩm giấy trong nƣớc [1] Ngành giấy Việt Nam đang đứng trước những cơ hội phát triển mạnh mẽ.
Công nghiệp tăng trưởng nhanh, đời sống nhân dân được cải thiện, nhu cầu giấy tiêu dùng và giấy làm bao bì tăng lên. Báo cáo của Hiệp hội Giấy và Bột giấy Việt Nam (VPPA) cho biết, tổng lượng giấy tiêu thụ cả nước ta trong năm 2012 lên tới 2,9 triệu tấn giấy các loại. Trong khi các nước phát triển tiêu thụ giấy trên 130 kg/người/năm, thì người dân các nước châu Á có mức tiêu thụ giấy chưa nhiều, bình quân đạt 40 kg/người/năm. Mức tiêu thụ giấy bình quân đầu người ở Việt Nam còn thấp hơn, mới chỉ đạt hơn 30 kg/năm.
Sức tiêu thụ giấy của người dân nước ta đã liên tục tăng nhanh trong những năm qua: năm 2010 bình quân sử dụng 26,44 kg/năm/người; năm 2011 đạt 29,61 kg/năm/người; năm 2012 đạt 32,7 kg/năm/người. Với hơn 90 triệu dân và mức sống ngày càng được nâng cao đã mở ra thị trường rộng lớn cho ngành giấy Việt Nam. Tổng cầu giấy không ngừng tăng lên qua từng năm, được thể hiện ở bảng 1.1 : Nhu cầu sử dụng các sản phẩm giấy của ngƣời dân Việt Nam Đơn vị : nghìn tấn Năm 2010 2011 2012 Sản phẩm Giấy in báo 45,2 57,8 70 Giấy in, giấy viết 444 515 595 Bao bì 1551,9 1730 1975 Giấy tissue 43,3 76,1 83,1 Vàng mã 210 220 190 SV: Đào Mạnh Tùng - MT1401 Page 2 Khóa luận tốt nghiệp 1. Tình hình phát triển của công nghiệp sản xuất giấy tại Việt Nam [1] Ngành công nghiệp giấy nước ta không ngừng phát triển.
Theo VPPA trong 5 năm (2008-2013), ngành sản xuất giấy đã tăng trưởng mạnh với tốc độ 15-17%/năm. Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp đi vào hoạt động với công suất 4.000 tấn/năm tại Việt Trì. Trong thập niên 1960, nhiều nhà máy giấy được xây dựng nhưng đều có công suất dưới 20.000 tấn/năm như: Nhà máy Giấy Việt Trì, Nhà máy Bột giấy Văn Điển, Nhà máy Giấy Đồng Nai, Nhà máy giấy Tân Mai… Đến năm 1975, tổng công suất thiết kế của ngành giấy Việt Nam đạt được 72 ngàn tấn/năm nhưng sản lượng thực tế chỉ 28 ngàn tấn/năm, một con số quá nhỏ so với nhu cầu tiêu thụ hơn 2 triệu tấn. Thế nhưng chỉ hơn 30 năm sau, ngành giấy đã đáp ứng được gần 64% nhu cầu tiêu dùng trong nước.
Xuất khẩu giấy và các sản phẩm từ giấy của Việt Nam đã có mặt ở thị trường 18 nước trên thế giới (thị phần nhiều nhất là vào các thị trường Mỹ, Đài Loan, Nhật Bản…), với kim ngạch năm 2012 đạt 425 triệu USD. Tuy vậy, kim ngạch xuất khẩu giấy hiện chỉ bằng 1/3 so với kim ngạch nhập khẩu mặt hàng này. Năm 2012, cả nước đã nhập khẩu 1,216 triệu tấn giấy các loại với trị giá 1,164 triệu USD, nguồn nhập nhiều từ Trung Hoa và Indonesia. Công nghệ sản xuất và các chất thải ngành sản xuất giấy[2] Quy trình công nghệ sản xuất bột và giấy bao gồm 2 quá trình cơ bản: Sản xuất bột giấy từ nguyên liệu thô (sơ chế nguyên liệu, nấu, rửa, tẩy trắng, nghiền bột) Sản xuất giấy từ bột giấy (xeo giấy, sấy).
Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bột giấy là xơ sợi thực vật, chủ yếu từ gỗ, các cây ngoài gỗ như đay, gai, tre nứa và các phụ phẩm nông nghiệp như rơm, bã mía hoặc các loại sợi tái sinh. Ngoài nguyên liệu xơ sợi, công nghiệp giấy còn sử dụng một lượng lớn các hóa chất ở các công đoạn nấu, tẩy, xeo giấy như đá vôi, xút, cao lanh, nhựa thông, các chất kết dính tự nhiên và tổng hợp, các chất oxi hóa để khử lignin như clo, hypoclorit,peroxit… SV: Đào Mạnh Tùng - MT1401 Page 3 Khóa luận tốt nghiệp Về nguyên lý cơ bản, các phương pháp để sản xuất bột giấy bao gồm: cơ học, nhiệt học và hóa học. Trong thực tế sản xuất thường kết hợp các phương pháp trên, đó là: Phương pháp bán hóa Phương pháp hóa nhiệt cơ Phương pháp hóa học Phương pháp cơ học thuần túy cho hiệu suất bột cao (85-95%) nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng và bột giấy tạo ra có độ bền không cao, giấy dễ bị nhiễm vàng. Trong các phương pháp kết hợp đều sử dụng hóa chất để nấu, mục đích để tách lignin và các tạp chất khác ra khỏi xenlulo Bảng 1.2 : Hiệu suất của các phƣơng pháp sản xuất bột giấy Phƣơng pháp Xử lí hóa học ( hóa chất nấu) Hiệu suất (%) ( không tẩy) 1.
Bán hóa Sunfit trung Na2SO3 + Na2CO3 + NaHCO3 65-90 tính NaOH + Na2S 75-85 Sunfat Na2CO3 + NaOH 65-85 Soda Mg-sunfit 60-90 Bisunfit 2. Hóa-Nhiệt-Cơ Sunfat NaOH + Na2S 55-60 Bisunfit Mg-sunfit 55-70 Sunfit Sunfit axit 55-70 3. Hóa học Sunfat NaOH + Na2SO3 40-55 Soda Na2CO3 + NaOH 40-55 Sunfit Sunfit axit 40-60 Bisunfit Mg-sunfit 45-60 SV: Đào Mạnh Tùng - MT1401 Page 4 Khóa luận tốt nghiệp Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy và bột giấy có kèm dòng thải SV: Đào Mạnh Tùng - MT1401 Page 5 Khóa luận tốt nghiệp Mô tả công nghệ Các công đoạn chính của công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy bao gồm: Giai đoạn chuẩn bị và xử lí nguyên liệu Nguyên liệu là tre, nứa được đưa vào băng tải thứ nhất dẫn đến máy chặt. Tại đây các nguyên liệu này được chặt nhỏ thành các mảnh có kích thước dài 35mm, sau đó đưa qua hệ thống sàng và hệ thống rửa bằng nước.
Nguyên liệu là gỗ được đưa đến băng tải thứ hai đến bộ phận bóc vỏ. Sau khi vỏ gỗ được tách ra, gỗ được chặt thành các mảnh có kích thước dài khoảng 8-10cm, rộng 22-25mm, dày 2-5mm, các mảnh cũng được đưa qua bộ phận sàng rồi sang hệ thống rửa bằng nước. Khi sử dụng nguyên liệu thô là giấy thải thì giấy thải sẽ được sàng lọc để tách các loại tạp chất như vải sợi, nhựa, giấy sáp…Các tạp chất này sẽ được thải ra như chất thải rắn và phần nguyên liệu còn lại sẽ được đưa đến công đoạn sản xuất bột giấy. Nguyên liệu sau khi được chặt và rửa sạch sẽ được đưa vào nấu.
Giai đoạn nấu Mảnh được đưa vào nồi nấu, sau khi nạp nguyên liệu là các mảnh gỗ, tre, nứa, bơm dịch trắng vào. Dịch trắng chứa NaOH và Na2S có chức năng chiết tách lignin và các chất hữu cơ khác ra khỏi sơ sợi. Sau nấu, các chất nằm trong nồi nấu được xả ra nhờ áp suất đi vào tháp phóng. Bột thường được chuyển qua sàng để tách nấu trước khi rửa.
Giai đoạn xả và rửa Dịch đen được tách khỏi bột. Quá trình rửa bột được tiến hành trên máy lọc rửa. Dịch rửa lần 1 và 2 được đưa vào bộ phận chưng để thu hồi hóa chất cùng dịch đen. Dịch đen loãng còn lại trong bột sẽ được rửa tiếp ở các công đoạn sau.
Giai đoạn sàng Bột sau khi rửa thường có chứa các tạp chất là cát và một số mảnh chưa nấu. Các tạp chất này sẽ được loại bỏ bằng cách sàng và làm sạch li tâm. Phần tạp chất tách loại từ quá trình sàng bột khi sản xuất giấy viết và giấy in sẽ được SV: Đào Mạnh Tùng - MT1401 Page 6 Khóa luận tốt nghiệp tái chế làm giấy bao bì. Phần tạp chất loại ra từ thiết bị làm sạch li tâm thường bị thải bỏ.
Sau sàng, bột giấy thường có nồng độ 1% sẽ được làm đặc tới khoảng 4% để chuyển sang bước tẩy trắng. Phần nước lọc được tạo ra trong quá trình làm đặc sẽ được thu hồi và tái sử dụng cho quá trình rửa bột. Loại bột sản xuất giấy bao bì sẽ không cần tẩy trắng và được chuyển trực tiếp đến công đoạn chuẩn bị xeo. Giai đoạn tẩy trắng Công đoạn tẩy trắng được thực hiện nhằm đạt được độ sáng và độ trắng cho bột giấy.
Công đoạn này thực hiện bằng cách sử dụng các hóa chất. Loại và lượng hóa chất sử dụng phụ thuộc vào loại sản phẩm giấy sẽ sản xuất từ bột giấy đó. Nếu là giấy viết hoặc giấy in thì công đoạn tẩy trắng được thực hiện theo 3 bước, trước mỗi bước bột đều được rửa kỹ. Trong quá trình này, lignin bị phân hủy và tách hoàn toàn, tuy nhiên, xơ cũng bị phân hủy phần nào và độ dai của giấy cũng bị giảm đi.
Các hóa chất dùng cho loại tẩy này là clo, dioxit clo, hypoclorit và hydroxide natri. Chức năng của các hóa chất dùng để tẩy bột giấy được trình bày trong bảng 1.
