Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp giấy giữ vai trò thiết yếu trong nền kinh tế quốc dân, phục vụ các lĩnh vực giáo dục, báo chí, in ấn, bao bì và tiêu dùng sinh hoạt. Tuy nhiên, đây cũng là một trong những ngành công nghiệp có mức độ phát sinh ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất tại Việt Nam. Bối cảnh thực tiễn được tác giả chỉ ra gồm các điểm mấu chốt sau:

  • Công nghệ lạc hậu và tiêu hao tài nguyên lớn: Các cơ sở sản xuất giấy trong nước tiêu tốn từ 100 đến 350 $\text{m}^3$ nước cho mỗi tấn giấy thành phẩm, cao hơn nhiều lần so với các nhà máy hiện đại trên thế giới (chỉ tiêu hao từ 7 đến 15 $\text{m}^3/\text{tấn}$). Thiết bị sản xuất từ thập niên 70 – 80 vẫn còn tồn tại phổ biến.
  • Quy mô phân tán, năng lực xử lý chất thải thấp: Cả nước có gần 500 doanh nghiệp sản xuất giấy, trong đó 46% doanh nghiệp có công suất dưới 1.000 tấn/năm, 42% có công suất từ 1.000 đến 10.000 tấn/năm và chỉ có 4 doanh nghiệp đạt quy mô trên 50.000 tấn/năm. Đáng chú ý, chỉ khoảng 10% cơ sở có hệ thống xử lý nước thải đạt yêu cầu; phần lớn các cơ sở còn lại xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận hoặc xử lý không đạt quy chuẩn.
  • Độc tính nước thải phức tạp: Nước thải sản xuất giấy mang tính kiềm cao ($\text{pH}$ trung bình 9 – 11), nồng độ các chất hữu cơ rất lớn ($\text{BOD}_5$ lên tới 700 mg/l, $\text{COD}$ đạt tới 2.500 mg/l), hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, chứa dịch đen giàu lignin khó phân hủy sinh học, các dẫn xuất chlorolignin có khả năng gây ung thư, cùng hóa chất tẩy trắng, kim loại nặng và phẩm màu.

Từ thực trạng ô nhiễm trên, khóa luận xác định mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Mục tiêu nghiên cứu: Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất giấy với công suất 1.000 $\text{m}^3/\text{ngày đêm}$, đưa chất lượng nước thải sau xử lý đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.
  2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
    • Khảo sát, tổng quan hiện trạng công nghệ sản xuất giấy và các dòng thải phát sinh trong ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam và trên thế giới.
    • Tổng hợp, phân tích các biện pháp giảm thiểu và công nghệ xử lý nước thải bột giấy và giấy (cơ học, hóa lý, sinh học).
    • Đề xuất và so sánh các phương án dây chuyền công nghệ xử lý phù hợp với đặc trưng nước thải của nhà máy sản xuất giấy giả định (Nhà máy A).
    • Tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải công suất 1.000 $\text{m}^3/\text{ngày đêm}$.
    • Khái toán kinh tế cho trạm xử lý (chi phí xây dựng, thiết bị và chi phí vận hành xử lý cho $1\text{ m}^3$ nước thải).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải phát sinh từ dây chuyền sản xuất giấy và bột giấy của Nhà máy sản xuất giấy A với các thông số ô nhiễm thực tế.
  • Phạm vi công suất: Hệ thống xử lý có lưu lượng thiết kế $Q = 1.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
  • Phạm vi tiêu chuẩn áp dụng: Nước thải sau xử lý phải đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
  • Thời gian và địa điểm thực hiện: Khóa luận được hoàn thành trong thời gian từ ngày 02/09/2012 đến ngày 08/12/2012 tại Khoa Môi trường, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Khung lý thuyết và cơ sở khoa học

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết kỹ thuật môi trường và chuyển hóa hóa lý - sinh học của nước thải công nghiệp:

  • Cơ chế keo tụ - tạo bông: Các hạt keo phân tán trong nước thải giấy (kích thước 0,1 – 10 $\mu\text{m}$) có điện tích bề mặt và lực đẩy tĩnh điện ngăn cản sự lắng. Tác giả vận dụng quá trình trung hòa điện tích bằng phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$, $\text{NaAlO}_2$ (hoạt động tối ưu ở $\text{pH} = 5,0 - 7,5$) hoặc muối sắt ($\text{FeCl}_3$, $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$, $\text{FeSO}_4$), kết hợp chất trợ keo tụ thiên nhiên (tinh bột, dextrin, dẫn xuất cellulose) hoặc polyme tổng hợp polyacrylamit $\text{(CH}_2\text{CHCONH}_2\text{)}_n$ để kết cụm thành bông cặn lớn.
  • Cơ chế phân hủy sinh học kị khí: Áp dụng cho dòng thải có $\text{COD} > 1.000\text{ mg/l}$ và tỷ lệ $\text{BOD}_5/\text{COD} \le 0,55$. Quá trình chuyển hóa hợp chất hữu cơ qua 4 giai đoạn nối tiếp: Thủy phân $\rightarrow$ Acid hóa $\rightarrow$ Acetate hóa $\rightarrow$ Methane hóa, tạo ra sản phẩm khí gồm $\text{CH}_4$, $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{S}$, $\text{NH}_3$. Tỷ lệ dinh dưỡng kị khí yêu cầu là $\text{BOD}_5 : \text{N} : \text{P} = 100 : 3 : 0,5$.
  • Cơ chế oxy hóa sinh học hiếu khí: Sử dụng bùn hoạt tính lơ lửng hoặc màng vi sinh dính bám để chuyển hóa hợp chất hữu cơ hòa tan $(\text{C}_x\text{H}y\text{O}z, \text{C}{18}\text{H}{19}\text{O}_9\text{N})$ thành sinh khối mới $(\text{C}_5\text{H}_7\text{NO}_2)$, $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$. Dinh dưỡng bổ sung duy trì ở tỷ lệ $\text{BOD}_5 : \text{N} : \text{P} = 100 : 5 : 1$. Quá trình nitrate hóa thực hiện qua chủng vi sinh vật Nitrosomonas và Nitrobacter.
  • Quy chuẩn đối chiếu: QCVN 40:2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, Cột B) và tiêu chuẩn tiếng ồn TCVN 5949–1998 ($75\text{ dB}$).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thu thập và phân tích tài liệu thứ cấp: Thu thập dữ liệu thống kê từ Tổ chức Thống kê Giấy Quốc tế (RISI 2007, 2008), Hiệp hội Giấy Việt Nam, các tài liệu chuyên khảo về công nghệ sản xuất bột giấy (phương pháp sunfat, sunfit, CTMP, TMP) và kỹ thuật xử lý nước thải.
  • Phương pháp đánh giá và lựa chọn phương án công nghệ: So sánh đối chiếu các dây chuyền xử lý cơ học, hóa lý và sinh học dựa trên các tiêu chí: hiệu quả xử lý đa dạng nguồn hữu cơ, tính ổn định của nguồn nước đầu ra, tính liên tục, tính sẵn có của thiết bị, chi phí đầu tư và vận hành.
  • Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật môi trường: Áp dụng các công thức kinh điển tính toán tải trọng bề mặt, thời gian lưu nước, kích thước hình học, nhu cầu cấp khí, hệ số tuần hoàn bùn, liều lượng hóa chất keo tụ và hóa chất khử trùng cho từng công trình đơn vị.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu đầu vào của hệ thống được trích xuất từ chuỗi số liệu khảo sát của Nhà máy sản xuất giấy A, kết hợp với các chỉ tiêu định mức chất thải ngành giấy tại Việt Nam do tác giả tổng hợp.

Dòng thải / Công đoạn sản xuất Các chất ô nhiễm điển hình phát sinh
Nấu và phóng bột Dịch đen chứa lignin hòa tan (30 - 35% chất khô), kiềm dư, hơi ngưng, TRS
Rửa và sàng bột Xơ sợi, cát sạn, vụn gỗ, nước rửa chứa $\text{SS}$, $\text{BOD}_5$, $\text{COD}$ cao
Tẩy trắng bột giấy Nước rửa chứa chlorolignin, clo dư, hypochlorite, hợp chất $\text{AOX}$ độc hại
Phối liệu và Xeo giấy Bột đá, phẩm màu, xơ vụn, nước trắng từ hố lưới, hóa chất hồ phủ
Thu hồi hóa chất & Nồi hơi Nước ngưng từ tháp bốc hơi, bùn vôi $\text{CaCO}_3$, khí $\text{SO}_2$, tro xỉ lò hơi

Thiết kế và quy trình công nghệ hệ thống

Đồ án tập trung tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải sản xuất giấy công suất $1.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.

Thông số thiết kế đầu vào và yêu cầu xử lý

Nước thải đầu vào của Nhà máy A có nồng độ chất ô nhiễm rất cao, vượt nhiều lần ngưỡng quy định tại QCVN 40:2011/BTNMT cột B.

Thông số ô nhiễm Đơn vị đo Giá trị đầu vào (Nhà máy A) QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)
$\text{pH}$ - 10 5,5 – 9
$\text{BOD}_5$ $\text{mg/l}$ 700 $\le 50$
$\text{COD}$ $\text{mg/l}$ 2.000 $\le 150$
Chất rắn lơ lửng ($\text{SS}$) $\text{mg/l}$ 180 $\le 100$
Độ màu $\text{Pt-Co}$ 1.985 $\le 150$
Tổng Nitơ ($\text{Tổng N}$) $\text{mg/l}$ 50 $\le 40$
Tổng Photpho ($\text{Tổng P}$) $\text{mg/l}$ 12 $\le 6$

Dây chuyền công nghệ đề xuất (Phương án 1)

Quy trình công nghệ xử lý nước thải được bố trí liên tục qua các giai đoạn sau:

  1. Giai đoạn tiền xử lý cơ học: Nước thải dẫn qua song chắn rác thô để giữ lại vỏ cây, mẩu gỗ, bao bì và rác kích thước lớn, bảo vệ hệ thống bơm. Tiếp đó, nước đi vào bể lắng cát ngang để tách các hạt cát, sạn vô cơ có tỷ trọng lớn trước khi chảy về bể điều hòa.
  2. Giai đoạn điều hòa và xử lý hóa lý: Bể điều hòa được cấp khí xáo trộn liên tục nhằm ổn định lưu lượng và làm đồng đều nồng độ ô nhiễm. Nước thải sau đó chuyển sang bể trộn hóa chất và bể phản ứng keo tụ (bổ sung phèn nhôm/sắt và chất trợ keo tụ polyme) để kết tụ các hạt keo màu và lignin hòa tan, tiếp tục qua bể lắng đứng đợt 1 để thu gom bùn hóa lý.
  3. Giai đoạn xử lý sinh học kết hợp:
    • Lọc sinh học kị khí Biofor: Dòng thải sau lắng 1 chuyển sang bể lọc sinh học Biofor (quá trình vi sinh vật dính bám kỵ khí), đóng vai trò phân hủy các mạch hữu cơ phức tạp và hạ thấp nồng độ $\text{BOD}_5/\text{COD}$, ngăn ngừa hiện tượng quá tải cho công trình hiếu khí phía sau.
    • Bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank: Nước thải tự chảy sang bể Aerotank. Tại đây, hệ thống máy nén khí và dàn phân phối khí dạng bọt mịn cung cấp oxy liên tục cho vi sinh vật hiếu khí phân hủy $\text{BOD}_5$ hòa tan và nitrate hóa amoni.
  4. Giai đoạn tách bùn và xử lý bậc cao: Nước sau Aerotank vào bể lắng đợt 2 để tách bùn sinh học (bùn hoạt tính được tuần hoàn lại bể Aerotank, một phần bùn dư xả sang bể nén bùn và máy ép bùn dây đai). Nước trong tiếp tục qua bể oxy hóa bậc cao sử dụng ozone và chất xúc tác nhằm bẻ gãy triệt để các phân tử màu và hợp chất lignin trơ còn sót lại, sau đó dẫn qua bể lọc áp lực để loại bỏ triệt để cặn lơ lửng.
  5. Giai đoạn khử trùng: Nước thải qua bể tiếp xúc khử trùng có châm Clo để tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh trước khi xả ra nguồn tiếp nhận ngoài môi trường.

Ưu và nhược điểm của công nghệ:

  • Ưu điểm: Quy trình lọc đa tầng và khử màu bằng ozone đảm bảo nước đầu ra sạch triệt để, khử màu rất tốt; bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng cấu tạo đơn giản, không tiêu hao chiều cao xây dựng; diện tích xây dựng tương đối gọn.
  • Nhược điểm: Bể phản ứng tạo bông cặn lơ lửng đòi hỏi thời gian khởi tạo vi sinh và bông bùn khá dài (từ 3 đến 4 tuần); bể lắng đứng kém phù hợp khi nâng công suất lên mức quá lớn; chi phí điện năng và hóa chất ozone, clo tương đối tốn kém.

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp bách của đề tài, nêu bật sự mâu thuẫn giữa nhu cầu sử dụng giấy tăng cao với thực trạng ô nhiễm môi trường do các cơ sở sản xuất gây ra. Nêu rõ các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng của ngành giấy Việt Nam và xác lập sự cần thiết của việc thiết kế trạm xử lý nước thải công suất $1.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.

Chương 1: Tổng quan về ngành sản xuất giấy

Chương này cung cấp bức tranh toàn cảnh về sản xuất giấy trong và ngoài nước cùng các tác động môi trường liên quan:

  • Tình hình sản xuất toàn cầu: Thống kê sản lượng giấy và bìa năm 2006 đạt 382 triệu tấn (tăng từ 366 triệu tấn năm 2005); sản lượng bột giấy năm 2006 đạt 192 triệu tấn. Mỹ, Trung Quốc và Nhật Bản là ba quốc gia dẫn đầu về sản xuất và tiêu thụ giấy.
  • Thực trạng ngành giấy Việt Nam: Năng lực sản xuất bột giấy nội địa mất cân đối nghiêm trọng so với sản xuất giấy, phải nhập khẩu khoảng 130.000 tấn bột giấy mỗi năm (kim ngạch 97 triệu USD). Doanh nghiệp chủ yếu có quy mô nhỏ, dây chuyền công nghệ cũ, gây ô nhiễm cục bộ trầm trọng.
  • Dây chuyền công nghệ: Mô tả chi tiết 6 công đoạn: chuẩn bị nguyên liệu $\rightarrow$ nấu bột (bằng xút $\text{NaOH}$ và hơi nước) $\rightarrow$ rửa và sàng $\rightarrow$ tẩy trắng (3 bước truyền thống bằng $\text{Cl}_2$, kiềm, hypochlorite, tiêu tốn khoảng $100\text{ kg Clo}$/tấn bột) $\rightarrow$ phối liệu $\rightarrow$ xeo giấy $\rightarrow$ hệ thống phụ trợ và thu hồi hóa chất (cô đặc dịch đen, đốt tạo kiềm đỏ, xút hóa bằng sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$).
  • Hiện trạng và tác động của chất thải: Thống kê tải lượng phát thải trên 1 tấn sản phẩm: lưu lượng nước thải 150 – 350 $\text{m}^3/\text{tấn}$, $\text{BOD}_5$ đạt 90 – 330 $\text{kg/tấn}$, $\text{COD}$ đạt 270 – 1.200 $\text{kg/tấn}$, $\text{SS}$ đạt 30 – 50 $\text{kg/tấn}$. Nước thải tẩy trắng chiếm 50 – 70% thể tích và 80 – 95% tổng tải lượng ô nhiễm. Phát thải khí chứa các hợp chất lưu huỳnh dạng khử (TRS: $\text{H}_2\text{S}$, methyl mercaptan, dimethyl sulphide), $\text{SO}_2$, khí clo rò rỉ, $\text{CO}$, $\text{CO}_2$. Ô nhiễm vật lý gồm tiếng ồn (tiêu chuẩn $75\text{ dB}$ theo TCVN 5949–1998) và nhiệt dư.

Chương 2: Các phương pháp xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy

Chương này hệ thống hóa các giải pháp giảm thiểu nội vi và phương pháp xử lý cuối đường ống:

  • Biện pháp giảm thiểu nguồn: Làm sạch nguyên liệu khô, dùng súng phun tia áp lực cao để rửa sàn/thiết bị, tách dịch đen đậm đặc bằng lọc ép chân không hoặc ép trục vít tải, tuần hoàn nước trắng từ máy xeo (dùng tuyển nổi DAF thu hồi xơ sợi), thu hồi kiềm bằng cô đặc - đốt - xút hóa giúp giảm tới 85% tải lượng $\text{COD}$.
  • Phương pháp lắng: Ứng dụng bể lắng hình phễu thu hồi xơ sợi với tải trọng bề mặt $1 - 2\text{ m}^3/\text{m}^2$; đối với bể lắng - tuyển nổi có sục khí nén áp suất 4 – 6 bar, tải trọng bề mặt đạt $5 - 10\text{ m}^3/\text{m}^2$.
  • Phương pháp đông keo tụ: Phân tích bản chất thủy phân của muối nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ kết hợp $\text{NaAlO}_2$ (tỷ lệ 10:1 đến 20:1) và muối sắt ($\text{FeCl}_3$, $\text{FeSO}_4$ trong môi trường kiềm tạo $\text{Fe(OH)}_3$). Giới thiệu các chất trợ keo tụ anion/cation như tinh bột, dẫn xuất cellulose và polyacrylamit.
  • Phương pháp sinh học: Phân tích bể hiếu khí bùn hoạt tính lơ lửng, lọc sinh học dính bám Biofor; phân tích quá trình phân hủy yếm khí qua 4 bước (tiếp xúc kị khí và bể UASB). Nêu rõ đối với nước thải nhà máy giấy lượn sóng/carton từ giấy cũ ($\text{COD} > 2.000\text{ mg/l}$), sơ đồ kết hợp keo tụ Turbocirculator hoặc Sediflotazur với bể phân hủy kị khí (metan hóa) giúp giảm 60 – 90% $\text{COD}$, sau đó xử lý bùn hoạt tính hiếu khí giảm tiếp 90% $\text{BOD}_5$ và 80% $\text{COD}$.

Chương 3: Đề xuất lựa chọn công nghệ xử lý nước thải sản xuất giấy

Tác giả thiết lập cơ sở lựa chọn dây chuyền xử lý dựa trên tính chất nguồn thải Nhà máy giấy A. Đề xuất sơ đồ công nghệ Phương án 1 (kết hợp cơ học - hóa lý - sinh học kỵ khí Biofor - hiếu khí - ozone hóa - lọc áp lực - khử trùng Clo). Thuyết minh chi tiết nguyên lý hoạt động của từng khâu trong dây chuyền và phân tích các ưu, nhược điểm về mặt kỹ thuật và chi phí vận hành.

Chương 4: Tính toán – thiết kế các công trình đơn vị

(Theo mục lục thiết kế của đồ án): Thực hiện tính toán kích thước công nghệ và thông số làm việc cho toàn bộ các hạng mục:

  • Bể trộn chất kiềm hóa, hố thu gom nước thải sản xuất bột giấy.
  • Song chắn rác và bể lắng cát ngang.
  • Bể điều hòa lưu lượng và nồng độ.
  • Hệ thống hóa lý: bể trộn phèn, bể trộn thủy lực, bể lắng đợt 1.
  • Hệ thống sinh học: tính toán kích thước bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn, xác định lưu lượng bùn tuần hoàn, lượng bùn dư xả bỏ mỗi ngày, hệ số tuần hoàn bùn, tính toán nhu cầu oxy và lưu lượng khí cấp, chọn máy nén khí và mạng lưới đường ống phân phối khí.
  • Hệ thống lắng đợt 2, bể nén bùn và máy ép bùn lọc ép dây đai.
  • Bể khử trùng, bể tiếp xúc và định lượng Clo.

Chương 5: Tính toán kinh tế

(Theo mục lục thiết kế của đồ án): Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của dự án thiết kế trạm xử lý:

  • Tính toán chi phí đầu tư xây dựng các công trình xây dựng trạm xử lý.
  • Chi phí đầu tư máy móc, đường ống, thiết bị cơ điện.
  • Chi phí vận hành thường niên: khối lượng và chi phí hóa chất sử dụng (phèn, kiềm, chất trợ lắng, ozone, clo), chi phí điện năng tiêu thụ, chi phí nhân công vận hành, chi phí bảo dưỡng định kỳ máy móc thiết bị.
  • Tính toán giá thành xử lý đơn vị cho $1\text{ m}^3$ nước thải.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Hệ thống hóa dữ liệu ô nhiễm: Đã tổng hợp đầy đủ các hệ số phát thải và tải lượng ô nhiễm điển hình của ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam (1 tấn giấy tạo ra 150 – 350 $\text{m}^3$ nước thải; 90 – 330 $\text{kg BOD}_5$; 270 – 1.200 $\text{kg COD}$; 30 – 50 $\text{kg SS}$).
  • Xây dựng dây chuyền công nghệ hoàn chỉnh: Đã thiết kế hoàn chỉnh hệ thống xử lý nước thải công suất $1.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ cho Nhà máy giấy A, xử lý thành công dòng nước thải có nồng độ ô nhiễm cao ($\text{COD} = 2.000\text{ mg/l}$, $\text{BOD}_5 = 700\text{ mg/l}$, Độ màu 1.985 Pt-Co) xuống dưới ngưỡng quy định của QCVN 40:2011/BTNMT Cột B ($\text{COD} \le 150\text{ mg/l}$, $\text{BOD}_5 \le 50\text{ mg/l}$, Độ màu $\le 150\text{ Pt-Co}$, $\text{SS} \le 100\text{ mg/l}$).
  • Giải pháp xử lý màu và lignin triệt để: Điểm nổi bật trong giải pháp công nghệ là việc tích hợp bậc xử lý oxy hóa nâng cao bằng ozone sau quá trình sinh học hiếu khí, giúp bẻ gãy các liên kết vòng thơm chlorolignin khó phân hủy sinh học, giải quyết dứt điểm vấn đề độ màu cao của nước thải ngành giấy.

Đóng góp thực tiễn của khóa luận

Khóa luận đã đưa ra một bản thiết kế công nghệ có tính khả thi kỹ thuật, đóng góp phương án xử lý nước thải kết hợp giữa hóa lý, sinh học hai bậc (kỵ khí dính bám Biofor và bùn hoạt tính Aerotank) và oxy hóa bậc cao. Đây là mô hình tính toán thực tế cho các doanh nghiệp sản xuất giấy quy mô vừa tại Việt Nam nhằm đáp ứng các quy chuẩn xả thải môi trường hiện hành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Đặc thù số liệu thiết kế: Các thông số nước thải đầu vào được xây dựng trên mô hình giả định của Nhà máy giấy A dựa trên khoảng dao động chung của ngành, chưa phản ánh đầy đủ biến động nồng độ ô nhiễm theo từng mẻ sản xuất hoặc sự thay đổi tỷ lệ nguyên liệu thô theo mùa.
  • Hạn chế của Phương án công nghệ 1: Bể phản ứng cặn lơ lửng đòi hỏi thời gian khởi động kéo dài (3 – 4 tuần); bể lắng đứng có giới hạn về tải trọng thủy lực khi mở rộng công suất; chi phí đầu tư thiết bị tạo ozone và chi phí điện năng vận hành cho công đoạn oxy hóa bậc cao tương đối đắt đỏ.
  • Giới hạn phạm vi: Đề tài là đồ án tính toán thiết kế kỹ thuật phục vụ tốt nghiệp đại học, chưa có điều kiện triển khai thử nghiệm mô hình thực nghiệm (pilot) trên nguồn nước thải thực tế để hiệu chỉnh các thông số động học sinh học và liều lượng hóa chất tối ưu.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tiến hành chạy mô hình thực nghiệm pilot tại hiện trường nhà máy để xác định chính xác liều lượng phèn nhôm, chất trợ keo tụ và nồng độ ozone tối ưu, nhằm giảm thiểu chi phí hóa chất vận hành.
  • Nghiên cứu thay thế công đoạn tẩy trắng bằng Clo truyền thống bằng công nghệ tẩy trắng thân thiện môi trường sử dụng $\text{H}_2\text{O}_2$ và $\text{O}_3$ ngay trong dây chuyền sản xuất để loại trừ hợp chất $\text{AOX}$ ngay tại nguồn.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Môi trường và Công nghệ Môi trường: Dùng làm tài liệu mẫu cho việc học tập, làm đồ án môn học và khóa luận tốt nghiệp chuyên đề thiết kế trạm xử lý nước thải công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế và vận hành môi trường: Tham khảo các bảng thông số tải lượng ô nhiễm, cơ sở lý thuyết keo tụ bằng phèn nhôm - sắt, tính toán các công trình sinh học (Aerotank, Biofor) và hệ thống xử lý bùn thải.
  • Cán bộ kỹ thuật ngành giấy: Tham khảo các giải pháp sản xuất sạch hơn, biện pháp tuần hoàn dòng nước trắng máy xeo và quy trình thu hồi kiềm từ dịch đen.

Câu hỏi thường gặp

1. Công suất thiết kế của trạm xử lý nước thải trong khóa luận là bao nhiêu?
Hệ thống xử lý nước thải được tính toán và thiết kế với công suất định mức là $1.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.

2. Nước thải đầu vào của Nhà máy giấy A có các thông số ô nhiễm chính là bao nhiêu?
Nước thải đầu vào có $\text{pH} = 10$, $\text{BOD}_5 = 700\text{ mg/l}$, $\text{COD} = 2.000\text{ mg/l}$, chất rắn lơ lửng $\text{SS} = 180\text{ mg/l}$, độ màu đạt $1.985\text{ Pt-Co}$, Tổng Nitơ là $50\text{ mg/l}$ và Tổng Photpho là $12\text{ mg/l}$.

3. Tỷ lệ bổ sung chất dinh dưỡng $\text{BOD}_5 : \text{N} : \text{P}$ cho quá trình xử lý sinh học được quy định thế nào trong văn bản?
Văn bản nêu rõ: đối với quá trình xử lý sinh học hiếu khí, tỷ lệ dinh dưỡng cần duy trì là $\text{BOD}_5 : \text{N} : \text{P} = 100 : 5 : 1$; đối với quá trình xử lý yếm khí, tỷ lệ này là $\text{BOD}_5 : \text{N} : \text{P} = 100 : 3 : 0,5$.

4. Dòng thải nào trong quy trình sản xuất bột giấy gây ô nhiễm nặng nhất và chiếm tỷ lệ bao nhiêu?
Nước thải từ công đoạn tẩy trắng bột giấy là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất, chiếm từ 50 – 70% tổng lượng nước thải và đóng góp tới 80 – 95% tổng dòng thải ô nhiễm của toàn nhà máy do chứa chlorolignin và clo dư.

5. Trong công nghệ Phương án 1, khâu nào đảm nhận vai trò khử màu và phân hủy các hợp chất khó phân hủy sinh học trước khi xả thải?
Bể oxy hóa bậc cao sử dụng ozone kết hợp chất xúc tác (máy phát ozone) đảm nhận vai trò bẻ gãy các phân tử lignin và hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, giảm triệt để độ màu của nước thải trước khi đi qua bể lọc áp lực và khử trùng bằng Clo.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Trần Thị Phương đã giải quyết hoàn chỉnh nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất giấy công suất $1.000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ đáp ứng yêu cầu xả thải theo QCVN 40:2011/BTNMT Cột B. Đồ án kết hợp hài hòa giữa các công đoạn tiền xử lý cơ học, xử lý hóa lý keo tụ tạo bông, phân hủy sinh học hai bậc (kỵ khí dính bám Biofor và hiếu khí Aerotank) cùng công nghệ oxy hóa bậc cao bằng ozone để khử màu và hợp chất lignin trơ. Toàn bộ các công trình đơn vị từ song chắn rác, lắng cát, điều hòa, lắng đợt 1, aerotank, lắng đợt 2 đến bể nén bùn và khử trùng clo đều được thiết lập dựa trên các cơ sở tính toán kỹ thuật môi trường rõ ràng. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao cho sinh viên kỹ thuật môi trường và kỹ sư vận hành xử lý nước thải công nghiệp giấy.