Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của các

bể hiếu khí bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng

thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý

nước thải của Nhà máy giấy Bãi Bằng

Trần Việt Ba

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Luận văn ThS. ngành: Hóa môi trường; Mã số: 60 44 41

Người hướng dẫn: TS. Lê Tuấn Anh

Năm bảo vệ: 2012

Abstract. Tổng quan về công nghệ sản xuất bột giấy, giấy và đặc tính của nước thải;

tìm hiểu tình hình chung của thế giới và Việt Nam về ô nhiễm môi trường do ngành

sản xuất giấy gây ra; xử lý nước thải của quá trình sản xuất giấy; xử lý nước thải

giấy bằng phương pháp sinh học; vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải. Nghiên

cứu nâng cao hiệu quả xử lý của các bể hiếu khí bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng

thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Giấy Bãi

Bằng, Thị trấn Phong Châu, Huyện Phù Ninh, Tỉnh Phú Thọ. Trình bày các phương

pháp phân tích xác định các thông số chất lượng nước thải qua: xác định pH và nhiệt

độ; xác định COD; xác định MLSS; chỉ số bùn; hàm lượng amoni bằng phương pháp

so màu chỉ thị nesler; xác định photpho bằng phương pháp đo quang với thuốc thử

amonimolipdat-vanadat. Đưa ra kết quả và thảo luận: Đặc trưng về khả năng xử lý

của hệ thống xử lý nước thải Công ty Giấy Bãi Bằng; nghiên cứu xử lý nước thải

ngành giấy bằng phương pháp sinh học hiếu khí quy mô phòng thí nghiệm; nghiên

cứu ảnh hưởng của hàm lượng phân vi lượng đến hiệu quả xử lý COD; nghiên cứu

thử nghiệm xử lý nước thải ngành giấy trên quy mô pilot 1 m3; nghiên cứu so sánh

hiệu quả xử lý giữa mô hình thí nghiệm và mô hình pilot; xây dựng quy trình bổ

sung thích hợp và tính toán sơ bộ chi phí.

Keywords. Hóa môi trường; Vi khuẩn; Xử lý nước thải; Ô nhiễm môi trường

Content

1. MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường đang ngày càng trở nên trầm trọng, nhất là với các nước đang phát

triển trong đó có Việt Nam, đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước. Một trong những nguồn

nước thải gây có thể ô nhiễm lớn là từ các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy. Ngành giấy

cũng là một trong những ngành tiêu thụ một lượng rất lớn nước, hóa chất, nguyên liệu và

năng lượng cho một đơn vị sản phẩm. Theo tính toán, ở Việt Nam để sản xuất một tấn giấy

cần từ 200 – 300 m3

nước sạch, nhưng đối với các nước phát triển với dây chuyền sản xuất

công nghệ hiện đại để sản xuất một tấn giấy chỉ sử dụng từ 7 – 15m3 nước sạch [13].

Công ty Giấy Bãi Bằng – Tổng công ty Giấy Việt Nam (đóng tại Thị Trấn Phong Châu

– Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ) là đơn vị có công nghệ sản xuất hiện đại nhất ngành giấy

nước ta nhưng cũng đã lạc hậu so với khu vực và thế giới vài chục năm. Với công su ất thiết

kế 55.000 tấn giấy/năm. Năm 2003, là năm đánh dấu một giai đoạn mới trong vấn đề xử lý ô

nhiễm môi trường của Công ty Giấy Bãi Bằng, thể hiện ở việc mở rộng sản xuất, nâng công

suất nhà máy giấy Bãi Bằng lên 110.000 tấn giấy/năm, đồng thời đầu tư công nghệ mới cho

xử lý nước thải, giải quyết ô nhiễm một cách triệt để liên hoàn. Đây là hệ thống xử lý nước

thải hiện đại nhất của ngành giấy Việt Nam hiện nay theo công nghệ của Thụy Điển, với quy

mô xử lý 30.000 m3 nước thải/ngày [13]. Nhờ đó với lượng trung bình 26.000 m

3 nước thải

mỗi ngày mà nhà máy thải ra đều được thu gom và xử lý qua hệ thống xử lý tập trung theo cả

hai phương pháp hóa lý và sinh học [17].

2. TỔNG QUAN

2.1. Công nghệ sản xuất bột giấy, giấy và đặc tính của nước thải

2.1.1. Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính nước 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 xenlulozơ (40 – 45%), hemixenlulozơ (20 – 30%), là các hợp chất cao phân

tử (polyme), được bao bọc xung quanh bởi lignin (20 – 30%) và các chất trích ly (chất keo

nhựa) (2 – 15%). Quá trình này có thể được thực hiện bằng phương pháp cơ học, hoá học

hoặc phối kết hợp giữa các phương pháp này. Chất lượng bột thu được phụ thuộc chủ yếu vào

nguồn gốc, hay chủng loại nguyên liệu và công nghệ sản xuất [23].

2.1.1. Công nghệ sản xuất giấy (xeo giấy) và đặc tính nước thải

Hiện nay, hầu hết các nhà máy sản xuất giấy đều sử dụng công nghệ gia keo kiềm tính

thay thế cho công nghệ gia keo trong môi trường axít trước đây. Máy xeo giấy sử dụng phổ

biến là các loại máy xeo lưới dài và máy xeo lưới đôi với các hòm phun thủy lực có thể điều

khiển chế độ dòng chảy của dòng bột theo chiều ngang của băng giấy.

Sau khi có bột, giấy được sản xuất trên máy xeo giấy bao gồm các công đoạn: chuẩn bị

bột (nghiền, sàng, làm sạch, phối trộn với các phụ gia…), hình thành trên lưới, hộp, sấy,

cuộn, thành phẩm giấy (xem Hình 1.4). Trước khi đưa vào máy xeo, bột được nghiền nhỏ để

làm đồng đều và mềm mại, sau đó bột được phối trộn với phụ gia như: bột đá, tinh bột,

cationic, keo AKD và một số chất khác ở tỷ lệ nhất định rồi bơm lên hòm phun bột của máy

xeo. Từ đây bột được phun lên lưới hình thành tờ giấy ướt, sau đó được tách nước, sang hệ

thống hộp sấy, gia keo bề mặt (có hoặc không) làm nhẵn bề mặt rồi được chuyển sang bộ

phận hộp quang, cuộn, cắt khổ và chuyển đến bộ phận bao gói và gia công [14, 20]. Các hóa

chất thường sử dụng như sau: [17, 18]

Nhóm keo: Là các chất có tác dụng gia keo trên bề mặt hoặc gia keo nội bộ tờ giấy nhằm

làm tăng khả năng chống thấm chất lỏng (nước) của giấy. Ví dụ: keo nhựa thông, nhựa

thông biến tính, nhựa thông phân tán, AKD, ASA….

Nhóm chất độn: Là những chất trộn lẫn vào trong bột giấy, nó vừa có vai trò thay thế

bớt lượng xơ sợi trong giấy đồng thời tăng độ nhẵn, độ đục, độ đồng đều bề mặt. Ví dụ:

cao lanh, CaCO3 nghiền hoặc kết tủa…

Nhóm phụ gia, phẩm màu: Là những chất cho vào hỗn hợp bột giấy làm cho giấy có chất

lượng cao hơn, tăng một số tính chất thẩm mỹ như màu, độ bóng láng, giảm giá thành

sản phẩm. Tỷ lệ của nhóm chất này chiếm một lượng nhỏ trong giấy. Ví dụ:

polyacrylamit, tinh bột cation, chất tăng trắng, chất khử bọt….

Trong một các công đoạn của quá trình xeo giấy tuy không thải ra môi trường các hoá

chất độc hại nhưng lại thải ra môi trường một lượng lớn nước thải có chứa:

Lượng đáng kể xơ xợi xelulozơ từ phần tách loại từ các công đoạn làm sạch cùng sơ sợi,

sạn cát. Thông thường, để sản xuất 1 tấn giấy thì thải ra môi trường 50 – 150 kg xơ xợi.

Phần nước lọc ra từ thiết bị tách nước có chứa sơ sợi,bột đá và các chất phụ gia. Đặc tính

nước thải sản xuất giấy như ở Bảng 1.4.

Bảng 1.4. Đặc tính nước thải của quá trình xeo giấy

Chỉ tiêu Đơn vị Hàm lượng

pH 7,5 – 9,0

BOD mg/l 2000

COD mg/l 2500

TSS mg/l 3500

Độ màu Pt – Co 1000

2.2. Tình hình chung của thế giới và Việt nam về ô nhiễm môi trường do ngành sản xuất

giấy gây ra

2.2.1. Đặc thù của ngành giấy thế giới và tình hình ô nhiễm môi trường

Do xu hướng phát triển chung của nền kinh tế trên thế giới, dẫn tới mức tiêu thụ giấy

cũng tăng, công nghiệp giấy ngày càng phát triển. Hiện nay, bình quân thế giới hiện là: 54

Kg/người/năm. Một số nước có nền sản xuất bột lớn như: Canada, Thụy điển, Phần lan, Mỹ,

Braxin, công nghiệp giấy từ buổi đầu sơ khai là kết những cây cỏ lại với nhau thành tấm, thì

giờ đây đã được tự động hoá về mọi mặt, cả về công nghệ lẫn thiết bị, đã có hẳn những công

ty lớn chuyên về hoá chất ngành giấy. Trên thế giới có rất nhiều nhà máy công suất 1 triệu

tấn/năm với những dàn xeo khổ rộng 9 m, 12 m tốc độ 1700m/phút [9, 20].

Với đặc thù ngành sản xuất giấy trên thế giới của các nước phát triển là sử dụng hiệu

quả nguồn tài nguyên, tiết kiệm năng lượng, nước sạch và phát thải ít, nên lượng nước thải

thải ra môi trường không bị ô nhiễm nặng nề như các nước đang phát triển. Và một điều quan

trọng là họ đã có những ứng dụng công nghệ hiện đại và điều kiện để xây dựng, vận hành hệ

thống xử lý nước thải hiệu quả [13].

2.2.2. Đặc thù của ngành giấy Việt Nam và tình hình ô nhiễm môi trường

Hiện nay, các nước phát triển có mức sử dụng giấy tính theo đầu người là 200 –

300kg/năm, các nước Đông Nam á cũng đạt 30 – 100 kg/năm. Trung bình những năm qua,

nước ta nhập khoảng trên dưới 100 ngàn tấn giấy các loại mỗi năm. Tính về số giấy sản xuất

trong nước thì Việt Nam mỗi năm tiêu thụ gần 300 ngàn tấn, tính theo đầu người đạt xấp xỉ

4kg/năm. Đây là chỉ số rất quan trọng trong việc đánh giá mức độ phát triển văn hóa. Theo

chỉ số này Việt Nam đứng cuối cùng trong khu vực và thuộc loại thấp nhất thế giới [21].

Ở Việt Nam công nghiệp giấy còn rất nhỏ bé. Năng lực sản xuất bột giấy đạt khoảng

150 – 170 ngàn tấn/năm, năng suất thiết kế của các cơ sơ sản xuất giấy vào khoảng 250 ngàn

tấn/năm. Trong những năm gần đây sản lượng giấy trong nước đạt khoảng 200 – 250 ngàn

tấn/năm, trong đó bột giấy khoảng 120 – 150 ngàn tấn. Lượng bột giấy thiếu hụt được bù đắp

bằng việc xử lý giấy cũ và bột nhập khẩu.

Đặc điểm nổi bật của ngành giấy Việt Nam là rất phân tán. Với tổng sản lượng (trên

200 ngàn tấn/năm) tương đương một xí nghiệp trung bình ở các nước phát triển, ngành giấy

Việt Nam có tới khoảng 100 cơ sở sản xuất. Qui mô vô cùng đa dạng và phân bố khắp ba

miền Bắc, Trung, Nam. Ngoài ba cơ sở Bãi Bằng, Tân Mai, Đồng Nai có qui mô sản xuất

trên 10 ngàn tấn/năm đến 50 ngàn tấn/năm, các cơ sở còn lại có qui mô rất nhỏ, từ vài trăm

tấn đến 5000 – 7000 tấn/năm [17, 18].

Ô nhiễm của nhà máy giấy và bột giấy điển hình tại Việt Nam.

Thông số Giá trị

Lưu lượng (m3/t) 150 – 300

BOD5 (kg/t) 90 – 330

COD (kg/t) 270 – 1200

SS (kg/t) 30 – 50

Nhìn chung, có thế thấy đặc thù của ngành giấy được mô tả như sau [15]:

- Thiết bị cũ và lạc hậu chiếm hần hết ở các đơn vị nhỏ và vừa (chiếm hơn 98% số lượng

đơn vị và 66% năng lực sản xuất, công nghệ cũ gây ô nhiễm cao).

- Chi phí vốn đầu tư lớn (1800 USD/1 tấn giấy từ cây nguyên liệu và 1000÷1200

USD/1tấn giấy từ bột giấy).

- Thu hồi vốn chậm, lợi nhuận thấp, rủi ro lớn.

- Chi phí xử lý chất thải cao, chiếm 20÷25% tổng chi phí đầu tư.

- Chu kỳ kinh doanh trồng cây nguyên liệu dài, thường 7÷9 năm với cây nguyên liệu sợi

ngắn, 15÷20 năm với cây nguyên liệu sợi dài. Như vậy, đầu tư trồng cây nguyên liệu

cũng cần nhiều vốn và chứa nhiều rủi ro, …

2.3. Xử lý nước thải của quá trình sản xuất giấy

Hiện nay, hệ thống xử lý nước thải ở các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy gồm hai

phần: xử lý nội vi và xử lý ngoại vi. Xử lý nội vi thực chất là quá trình xử lý nước thải ra tuần

hoàn trở lại để sản xuất bột và giấy, đặc biệt từ “nước trắng” dư thừa có thể xử lý tuần hoàn

tái sử dụng triệt để. Nước thải trong quá trình sản xuất bột giấy và giấy khi ra khỏi phân

xưởng gồm hai nguồn chính [14]:

- Nguồn nước thải từ công đoạn sản xuất bột giấy: Thành phần chính trong nước thải là

lignin, xút, clo, các chất keo nhựa cây…

Nguồn nước thải từ công đoạn xeo giấy: Thành phần trong nước thải gồm nước thải rơi rớt,

nước trắng dư thừa, nước vệ sinh, nước ở bơm chân không, nước phun rửa chăn lưới xeo,

nước làm mát, sơ sợi mịn, bột đá…

2.4. Xử lý nước thải ngành giấy bằng phương pháp xử lý sinh học

Xử lý nước thải sản xuất bột giấy và giấy bằng phương pháp sinh học dựa trên cơ sở sử

dụng hoạt động sống của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước

thải.

Nguyên tắc của phương pháp xử lý sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật,

chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Một số loại virut cũng tồn tại

trong các hệ thống xử lý nước thải, nhưng chúng hoàn toàn không tham gia vào quá trình loại

bỏ các chất hữu cơ và làm sạch môi trường. Qua quá trình hoạt động của các vi sinh vật, các

chất hữu cơ ô nhiễm được khoáng hóa trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản (như

H2S hay CO2) và nước [16].

2.5. Vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải

Vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy, bột giấy và nước

thải chứa lignin và các hợp chất lignin (dưới đây gọi tắt là nước thải công nghiệp giấy – nước

thải CNG) rất phong phú. Sử dụng kỹ thuật nấm men có thể làm mất màu lignin trong dịch

đen; tuy nhiên kỹ thuật này hiện nay vẫn chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm. Hiện nay,

để vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nước thải CNG người ta thường sử dụng riêng rẽ hoặc kết

hợp với các kỹ thuật sau đây (sau khi đã áp dụng một số kỹ thuật hóa lý và hóa học) [16]:

Hồ oxy hóa hoặc tùy tiện;

Hồ làm thoáng;

Bùn hoạt tính;

Các kỹ thuật yếm khí, điển hình là kỹ thuật UASB...

2.6. Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của Công ty Giấy Bãi Bằng

Công ty giấy Bãi Bằng - Tổng Công ty Giấy Việt Nam được xây dựng từ những năm 70 của

thế kỷ trước, chính thức đi vào hoạt động từ năm 1982, đây là công trình viện trợ không hoàn

lại của Chính phủ Thụy Điển với thiết kế chủ yếu để sản xuất bột giấy và giấy dùng cho nhu

cầu trong nước. Nước thải phát sinh từ các công đoạn sản xuất với lưu lượng trung bình

khoảng 26.000 m3/ngày đêm được thu gom bằng hệ thống cống rãnh ngầm, đưa về HTXLNT

tập trung, sau đó được thải ra Sông Hồng.

Trong những năm qua, Tổng công ty đã áp dụng nhiều các biện pháp để khép kín nguồn

thải, giảm thiểu lượng nước thải và tải lượng các chất ô nhiễm môi trường. Tổng công ty đã

đầu tư 6 tỷ đồng để hoàn thiện hệ thống thu gom nước thải: khép kín toàn bộ nước thải có

chứa chất ô nhiễm vào cống ngầm để đưa về HTXLNT tập trung.

Trong đầu tư giai đoạn I (năm 2003), Tổng công ty đã đầu tư 149 tỷ đồng để hoàn thiện

HTXLNT, với công nghệ xử lý nước thải hiện đại, được sử dụng phổ biến cho ngành sản xuất

bột giấy và giấy thế giới. thiết bị công nghệ được công ty PURAC Thụy Điển cung cấp. Nước

thải được xử lý theo phương pháp: cơ, lý, hóa học kết hợp xử lý vi sinh bùn hoạt tính.

3. THỰC NGHIỆM

3.1. Đối tượng nghiên cứu

Nước thải sử dụng trong quá trình nghiên cứu là nước thải lấy tại bể cân bằng sau bể xử

lý keo tụ tạo bông (xử lý sơ cấp) của hệ thống xử lý nước thải của Công ty giấy Giấy Bãi

Bằng – Thị trấn Phong Châu – Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ.

3.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Luận văn này tập trung vào “nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý của các bể hiếu khí

bằng cách điều chỉnh dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn đối với hệ thống xử lý nước thải của

nhà máy Giấy Bãi Bằng” sau khi đã qua xử lý hóa lý (keo tụ tạo bông, điều chỉnh pH, nhiệt

độ) cụ thể là nghiên cứu các thống số dinh dưỡng để vận hành thích hợp hệ thống xử lý vi

sinh thay thế dinh dưỡng N, P truyền thống, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và giảm chi phí

hóa chất xử lý.

Nội dung nghiên cứu trong luận văn tập trung vào khảo sát ảnh hưởng của các chất dinh

dưỡng như hàm lượng amoni, photphat, hàm lượng các nguyên tố vi lượng, chỉ số thể tích

bùn, đánh giá hiệu quả xử lý khác nhau khi bổ sung các nguyên tố vi lượng và không bổ sung

các nguyên tố vi lượng.

Ảnh hưởng các nguyên tố vi lượng tới hiệu quả xử lý COD trong quá trình xử lý nước

thải giấy bằng phương pháp vi sinh hiếu khí cũng là một mục tiêu quan tâm của luận văn này.

Đây cũng là cơ sở để nâng cao hiệu suất xử lý COD của hệ thống xử lý nước thải hiện tại.

Những kết quả nghiên cứu là cơ sở để thiết kế, tính toán bổ sung hàm lượng các nguyên tố vi

lượng vi lượng thay vì bổ sung chất dinh dưỡng (ure và axit photphoric) thông thường.

Kỹ thuật xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học nói chung, sinh học hiếu

khí nói riêng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng quyết định nhất chính

là các vi sinh vật thực hiện nhiệm vụ phân giải, xử lý các thành phần ô nhiễm. Những thông

tin chính xác về đặc tính sinh trưởng, phát triển của các vi sinh vật đặc biệt cần thiết. Một

trong những mục tiêu của luận văn này là xác định nhu cầu của các chất vi lượng cần thiết

đến sự phát triển của vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải giấy.

3.3. Bổ sung dinh dưỡng

Nước thải từ quá trình sản xuất bột giấy nói chung và của công ty Giấy Bãi Bằng nói

riêng thường chứa một lượng nhỏ nitơ và photpho, không đủ để các vi sinh vật sinh trưởng,

phát triển và phân hủy các hợp chất hữu cơ. Để khắc phục hạn chế trên, ngoài nguồn cacbon

có sẵn trong nước thải tồn tại dưới dạng các hợp chất hữu cơ, cần bổ sung thêm nitơ và

photpho sao cho tỷ lệ BOD:N:P xấp xỉ 100:5:1, tỷ lệ này đôi khi được cho theo COD : N : P

= 200 : 5 : 1. Ở đây nguồn nitơ và photpho được bổ sung theo hai cách:

- Cách thứ nhất: Bổ sung Nitơ và photpho dưới dạng đạm ure và axit photphoric (cách bổ

sung dinh dưỡng thông thường đối với hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp vi

sinh hiếu khí).

Bổ sung phân vi

lượng Bổ sung dinh

dưỡng N, P

Nước thải qua tiền

xử lý

Sục khí

Cách thứ hai: Bổ sung ure, axit photphoric và các nguyên tố vi lượng dưới dạng phân bón vi

lượng do bộ môn Công Nghệ Hóa Học – Khoa Hóa Học – Trường Đại Học Khoa Học Tự

Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội sản xuất. Thành phần của các chất dinh dưỡng và các

nguyên tố vi lượng trong phân bón vi lượng là: N (20%), P (20%), K (20%), Fe (0,1%), Zn

(0,05), Cu (0,05%), Mn (0,05%), Mg (0,05%), Bo (0,02%), Mo (0,0005%), Co (0,0005%),

còn lại là các vitamin cần thiết, chất bám dính và chất kích thích.

3.4. Phương pháp nghiên cứu

Nước thải sau khi đã quả xử lý hóa lý (keo tụ tạo bông) điều chỉnh pH, nhiệt độ vẫn có

những thông số vượt xa so với các chỉ tiêu cho phép. Do đó nước thải cần phải tiếp tục được

xử lý bằng phương pháp sinh học hiếu khí.

Trong phương pháp này, nước thải sau khi đã qua tiền xử lý đã đạt được một số tiêu

chuẩn đề ra cho nước thải đầu vào của hệ thống xử lý sinh học hiếu khí như: pH ≈ 6,9 ÷ 7,2,

nhiệt độ T ≈ 35 ÷ 370C, MLSS ≈ 2,5 ÷ 3,5 g/l, SVI ≤ 100 ml/g (khoảng sai số 25 ÷ 150

ml/g).

Vi sinh vật hiếu khí bùn hiếu khí sử dụng trong nghiên cứu này được lấy tại bộ phận xử

lý nước thải – Hệ thống xử lý nước thải – Công ty Giấy Bãi Bằng (Thị trấn Phong Châu –

Huyện Phù Ninh – Tỉnh Phú Thọ). Vi sinh được lấy tại thời điểm hệ thống xử lý đang được

vận hành bình thường nên có thể sử dụng luôn vào mục đích nghiên cứu.

Những nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học hiếu khí được tiến

hành trên thiết bị Aeroten reactor.

1

2

Sơ đồ thiểt bị thí nghiệm xử lý hiếu khí

Về nguyên tắc thao tác và cách lấy mẫu của mô hình thí nghiệm và mô hình pilot là

giống nhau.

- Với mô hình thí nghiệm: Dung tích bể mỗi bể là 50 lít, sục khí vào mỗi bể với lưu

lượng 6 lít/phút. Mỗi bể chứa 6 lít sinh khối và 14 lít nước thải sau xử lý sơ cấp. Mẫu lấy về

được mang đi xác định các chỉ số nhiệt độ, pH, COD, SVI, NH4+, PO4

3-, sau đó cho vào mỗi

bể 14 lít nước thải và bổ sung dinh dưỡng: bể thứ nhất bổ sung dinh dưỡng như hệ thống xử

lý nước thải của nhà máy, còn bể thứ 2 bổ sung phân vi lượng. Sau đó sục khí 30 phút rồi lấy

mẫu mang đi xác định các chỉ tiêu. Sau xử lý 18 giờ lấy mẫu để đo lại các chỉ tiêu, sau đó rút

sục khí để bể lắng trong 1 giờ sau đó hút bỏ phần nước trong và tiếp theo bổ sung nước thải

mới để làm thí nghiệm mới.

1 : Bể thí nghiệm bổ sung N & P giống HTXLNH của Công ty Giấy Bãi Bằng

2 : Bể thí nghiệm bổ sung phân vi lượng

- Với mô hình pilot: dung tích mỗi bể là 1 m3, sục khí vào mỗi bể với lưu lượng 30 lít/phút.

Mỗi bể chứa 300 lít sinh khối và 700 lít nước thải sau xử lý sơ cấp. Mọi thao tác chuẩn bi

mẫu, bổ sung dinh dưỡng và đo mẫu tương tự như phòng thí nghiệm.

4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Đặc trưng hệ thống xử lý nước thải của Công ty Giấy Bãi Bằng.

Hệ thống xử lý nước thải hiện tại của nhà máy với công suất thiết kế 30.000 m3/1 ngày

đêm nhưng hiện nay với lưu lượng nước thải trung bình một ngày đêm khoảng 26.000 m3,

với lượng nước thải lớn như vậy xử lý hóa lý kết hợp với xử lý vi sinh là giải pháp hợp lý tiết

kiệm nhất, tuy vậy để vận hành hệ thống xử lý sao cho đạt hiệu quả cao, ngoài yếu tố cơ sở

vật chất, công nghệ còn có yếu tố con người đóng góp phần lớn, người vận hành hệ thống

phải am hiểu về hệ thống xử lý đồng thời cũng phải am hiểu về đời sống của vi sinh vật.

Dưới đây là bảng khảo sát tình trạng hiện tại của HTXLNT công ty giấy Bãi Bằng.

Bảng 3.1. Thông số khảo sát HTXLNT công ty Giấy Bãi Bằng3

STT Thông số Đơn vị

Giá trị Tiêu Chuẩn thiết

kế HTXLNT Trước xử lý vi

sinh

Sau xử lý vi

sinh

1 Nhiệt độ 0C 35 ÷37 29 ÷32 30 ÷ 39

2 COD mg/l 872 289 ≤ 290

3 pH 6,9 ÷ 7,2 7,6 ÷ 7,8 7,7 ÷ 7,9

4 MLSS g/l 28,55 -- --

5 SVI ml/g 33,96 -- 25 ÷ 150

6 NH4+

mg/l 5,26 3,74 ≤ 1,0

7 PO43-

mg/l 1,37 1,34 ≤1,0

Từ bảng khảo sát ở trên ta nhận thấy rằng: Nhiệt độ và pH của hệ thống được điều

chỉnh tương đối ổn định, hiệu xuất xử lý COD chưa cao trung bình chỉ đạt được 55,39%, tuy

nhiên như vậy cũng đã đáp ứng được đúng yêu cầu thiết kế của HTXLNT (CODRa ≤ 390

mg/l) . Chất lượng nước thải của nhà máy thường hay biến động COD dao động trong một

khoảng rất rộng 400 mg/l ÷ 1300 mg/l. Nước thải sản xuất bột giấy và giấy sẽ không thể xử

lý triệt để được bằng phương pháp sinh học hiếu khí, do trong nước thải từ quá trình nấu bột

giấy có chứa dịch đen có thành phần chính là lignin (xem cấu tạo của phân tử lignin trong

phụ lục 6), mà lignin rất khó để phân hủy bằng phương pháp sinh học. Tuy nhiên có thể xử lý

bằng phương pháp hóa học như: phương pháp oxy hóa tăng cường sử dụng phản ứng Fenton

hay ozon, nhưng các phương pháp hóa học thường chi phí nhiều tiền cho hóa chất. Nên để

đạt được khả năng xử lý COD có hiệu quả cao nhất bằng phương pháp sinh học cần phải có

những nghiên cứu cụ thể tạo môi trường sống thích hợp cho các vi khuẩn để nâng cao khả

năng xử lý đạt tới mức cao nhất có thể.

4.2. Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học hiếu khí quy mô phòng

thí nghiệm

Phương pháp sinh học được coi là phương pháp xử lý mang tính kinh tế và hiệu quả

trong việc xử lý nước thải giấy, nước thải có chứa hàm lượng chất hữu cơ hòa tan rất lớn.

Tuy nhiên, đối tượng nước thải sử dụng trong phương pháp sinh học này phải không chứa

(hoặc chứa ít) các thành phần độc hại, ức chế sự phát triển của vi sinh vật (đó có thể là các

3 Các thông số khảo sát ở trên là giá trị trung bình tại thời điểm khảo sát.

kim loại nặng, hay một số hợp chất vô cơ và hữu cơ, xem phần tổng quan), pH thường phải

ở vùng trung tính, thời gian xử lý phải kéo dài. Chính vì vậy mà những nghiên cứu trong

luận văn này tập trung khảo sát ảnh hưởng của chất rắn lơ lửng trong bùn (MLSS), chỉ số thể

tích bùn (SVI), hàm lượng chất dinh dưỡng như NH4+, PO4

3- và các chất vi lượng tới đời

sống của vi sinh vật để nâng cao hiệu quả xử lý COD.

4.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng tới hoạt động sinh sống và phát

triển của vi sinh vật.

Nước thải sử dụng trong nghiên cứu này là nước thải sau khi đã được tiền xử lý bằng

phương pháp keo tụ tạo bông, điều chỉnh pH và nhiệt độ. Về cơ bản, tiền xử lý đã loại đi

được hầu hết các chất rắn mà chủ yếu là sơ sợi từ quá trình nấu bột và xeo giấy. Hệ thống thí

nghiệm xử lý được thực hiện vận hành ở các chế độ gián đoạn với các thông số pH = 6,9 ÷

7,0; nhiệt độ 28 ÷ 300C, lưu lượng khí 6 lít/phút, mỗi bể xử lý 20 lít nước thải lấy từ bể sơ

cấp. Hai bể song song, một bể không bổ sung chất dinh dưỡng N và P, còn một bể bổ sung

0,5 gam phân vi lượng/m3 nước thải, với thời gian xử lý 18 giờ.

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử

dụng hàm lượng NH4+

Mẫu

COD (mg/l)

VàoHTXLNT

Không bổ

sung dinh

dưỡng

Có bổ sung

0,5 gam phân

vi lượng/m3

Ra

Hiệu

xuất

(%)

Ra

Hiệu

xuất

(%)

1 856 517 39,60 312 63,55

2 786 454 42,24 258 67,18

3 1120 671 40,09 382 65,89

4 902 566 37,25 353 60,86

5 614 393 35,99 203 66,94

6 414 220 46,86 174 57,97

7 438 208 52,51 179 59,13

Trung

bình 732,86 425 42,08 265,86 63,72

Mẫu

NH4+

(mg/l)

Không bổ

sung vi lượng

Có bổ sung

0,5 gam phân

vi lượng/m3

Vào Ra Vào Ra

1 3,520 2,300 4,385 0,690

2 8,090 4,820 9,130 3,385

3 7,690 3,995 9,035 2,930

4 5,685 1,690 6,030 0,475

5 6,385 3,751 6,874 2,965

6 3,632 0,631 4,194 0,082

7 5,451 3,001 5,962 0,341

T.bình 5,779 2,884 5,516 1,066

Hiệu suất (%) 50,1 80,67

Mẫu

PO43-

(mg/l)

Không bổ

sung vi lượng

Có bổ sung vi

lượng

Vào Ra Vào Ra

1 2,7146 1,5915 2,7737 0,7045

2 1,6850 0,6900 1,9830 0,4750

3 2,3028 1,8450 3,0834 0,1449

4 0,7681 0,1148 2,0775 0,9190

5 0,4400 0,2525 0,6900 0,3673

6 0,6657 0,1836 0,7920 0,1263

7 1,1894 0,5725 1,7890 0,2497

T.bình 1,395 0,707 1,884 0,3644

Hiệu suất (%) 49,32 80,66

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng

hàm lượng PO43-

Sự biến thiên COD, NH4+, PO4

3- khi

không sử dụng chất dinh dưỡng và khi có

sử dụng các nguyên tố vi lượng

Từ bảng trên ta nhận thấy, so với phương pháp hiếu khí không bổ sung các chất dinh

dưỡng, thì phương pháp hiếu khí có bổ sung thêm các chất dinh dưỡng vi lượng đã làm hiệu

quả xử lý COD nước thải giấy tăng từ 42% lên 63,7%. Như vậy, sự có mặt của các chất vi

lượng có ảnh hưởng rất lớn tới khả năng sinh trưởng, phát triển và khả năng sử dụng nhiều

chất hữu cơ hòa tan nên COD giảm nhiều. Vi sinh vật cũng là một cơ thể sống phát triển bình

thường nên ngoài chất dinh dưỡng thông thường như cacbon, nitơ và photpho chúng cũng

cần các nguyên tố khác cho các hoạt động của các quá trình chuyển hóa trong các tế bào của

chúng.

4.2.2. Nghiên cứu trên quy mô phòng thí nghiệm so sánh khả năng xử lý giữa HTXLNT

– Công ty Giấy Bãi Bằng và mô hình thí nghiệm với việc bổ sung dinh dưỡng cần thiết

cùng với các nguyên tố vi lượng Việc sử dụng phân vi lượng không cần phải sử dụng ure và axit photphoric không

những không làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý mà còn tăng khả năng xử lý của vi sinh vật.

Để so sánh hiệu quả xử lý COD thực tế, nghiên cứu ban đầu được thực hiện trên quy mô

phòng thí nghiệm, với hai bể xử lý với dung tích 30×30×50 cm, mỗi bể cho vào 6 lít sinh

khối lấy tại bể sục khí của HTXLNT tại thời điểm HTXLNT hoạt động bình thường và 14 lít

nước thải sau xử lý cấp I. Quy trình thao tác xử lý được thực hiện tương tự như HTXLNT của

nhà máy, trong đó bể số bổ sung ure và axitphotphoric như HTXLNT (xem cách tính toán

bổ sung trong phụ lục 1) và bể số bổ sung 0,5 g phân vi lượng/m3, thời gian xử lý 18h.

Trong nghiên cứu này, các giá trị nhiệt độ 26 ÷ 300C, pH = 7,2 ÷ 7,9, lưu lượng khí 6

lít/phút.

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý

COD giữa HTXLNT và quy mô phòng thí

nghiệm.

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử

dụng hàm lượng NH4+

Mẫu

COD (mg/l)

VàoHTXLN

T

RaHTXLN

T

Rabổ

sung

N, P

Rabổ

sung vi

lượng

1 648 328 305 243

2 996 501 498 234

3 814 417 452 280

4 825 406 383 272

5 1104 664 533 328

6 1180 584 598 370

7 1105 508 612 337

8 876 455 417 260

9 838 481 424 282

10 1246 610 572 449

Trun

g

bình

963,2 495,4 479,

4

305,

9

Hiệu suất (%) 48,57 50,2

3

68,2

4

Mẫu

NH4+(mg/l)

Bổ sung N, P Bổ sung vi

lượng

Vào Ra Vào Ra

1 37,69 11,00 6,638 0,696

2 48,38 23,11 3,091 0,093

3 46,14

2

19,67

8 3,312 0,035

4 43,73

5

17,71

6 2,242 0,162

5 32,32 11,50

5 7,385 0,102

6 42,50 20,82

9 6,725 0,871

7 41,07 12,03

5 5,514 0,019

8 32,96 14,03 6,942 0,175

9 36,26 17,02 6,682 1,416

10 36,66 17,69

8 3,358 0,836

T.bìn

h

39,83

4

16,45

8

5,188

8

0,450

1

Hiệu suất (%) 58,68 91,33

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng

hàm lượng PO43-

Hiệu xuất loại bỏ COD và hiệu quả sử

dụng NH4+ và PO4

3-.

Mẫu

PO43-

(mg/l)

Bổ sung N, P Bổ sung vi

lượng

Vào Ra Vào Ra

1 2,5711 1,4003 1,2626 0,8264

2 2,3759 1,1283 1,2740 0,0445

3 1,9462 1,5151 0,8608 0,5725

4 2,4626 1,4001 1,3329 0,7231

5 2,3478 1,1478 1,0445 0,1325

6 2,2626 1,5621 1,1478 0,0978

7 1,584 1,0274 0,9527 0,0054

8 1,769 0,9412 0,6312 0,0902

9 1,5495 0,7883 0,9756 0,1722

10 2,4525 1,3558 1,2459 0,0499

T.bình 2,3816 1,2266 1,0728 0,2715

Hiệu suất (%) 48,50 74,70

Căn cứ vào những kết quả thực nghiệm chúng ta có thể nhận thấy rằng các vi sinh vật

có khả năng xử lý COD tăng lên khi có thêm các chất vi lượng (từ 50,23% đến 68,24%).

Trong trường hợp với mô hình thí nghiệm có bổ sung dinh dưỡng tương tự như HTXLNT thì

hiệu quả xử lý COD cũng gần như giống nhau (48,57% và 50,23%).

Trong trường hợp nước thải sau khi đã qua xử lý cấp I, nếu được bổ sung các chất dinh

dưỡng cần thiết cùng với các chất vi lượng thì hiệu quả xử lý sẽ rất khả quan, COD sẽ giảm

nhanh, rõ rệt hơn. Nhìn chung các chất vi lượng tuy không cần nhiều, chỉ cần với một lượng

rất nhỏ cũng là điều rất cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật. Các kết quả nghiên cứu này

đã chứng minh rằng ngoài các chất dinh dưỡng (NH4+ và PO4

3-) thì các chất vi lượng cũng là

một trong những thành phần không thể thiếu được trong quá trình phát triển cũng như đời

sống của vi sinh vật.

4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng phân vi lượng đến hiệu quả xử lý COD.

Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí sử dụng phân vi lượng là phương pháp chưa được

sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải nói chung và nước thải giấy nói riêng. Bình

thường đối với vi sinh vật hầu như chúng ta chỉ để ý tới các chất dinh dưỡng thông thường

(như Cacbon, nitơ và photpho) khi để ý tới các chất dinh dưỡng vi lượng cần thiết khác với

liều lượng thích hợp

Nghiên cứu này được tiến hành ở những hàm lượng phân vi lượng khác nhau, các điều kiện

khác được giữ không đổi, cụ thể là pH = 6.5 ÷ 8.0, lưu lượng khí 6 lít/phút, nhiệt độ 27

÷300C, thời gian xử lý là 18 giờ

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng vi lương tới khả năng loại bỏ COD

M

ẫu

COD (mg/l)

HTXLNT 0,0 gam phân 0,5 gam phân 1,0 gam phân vi 2,0 gam phân vi

vi lượng/m3 vi lượng/m

3 lượng/m

3 lượng/m

3

CO

Dvào

CO

Dra

H.x

uất

(%

)

CO

Dvào

CO

Dra

H.x

uất

(%

)

CO

Dvào

CO

Dra

H.x

uất

(%

)

CO

DVà

o

CO

DRa

H.x

uất

(%

)

CO

DVà

o

CO

DRa

H.x

uất

(%

)

1 648 328 49,

38 856 517

39,

60 856 312

63,

55 634 175

72,

40

109

5 267

75,

62

2 996 501 49,

70 786 454

42,

24 786 258

67,

18 782 241

69,

10 980 225

77,

04

3 814 417 48,

77

112

0 671

40,

09

112

0 382

65,

89 872 278

68,

20 872 207

76,

26

4 825 406 50,

79 902 566

37,

25 902 353

60,

87 976 257

73,

67

100

0 219

78,

10

5 110

4 664

39,

86 614 393

35,

99 614 203

66,

94

102

4 256

74,

97 750 207

72,

40

6 118

0 584

50,

51 414 220

46,

86 414 174

57,

97 932 291

68,

75 886 236

73,

36

7 876 455 48,

06 438 208

52,

51 438 179

59,

13

122

8 334

72,

80 660 199

69,

85

8 838 481 42,

6 -- -- -- 648 243

62,

50

104

0 263

74,

71 600 178

70,

33

9 124

6 610

51,

04 -- -- -- 838 282

66,

35 943 242

74,

34 840 221

73,

69

Tr

un

g

bìn

h

963

,2

495

,4

48,

57

732

,86 425

42,

08

732

,86

265

,86

63,

72

936,

78

259

,67

72,

28

853,

67

217

,67

74,

50

Hiệu xuất loại bỏ COD ở các hàm lượng vi lượng khác nhau

Từ những kết quả thực nghiệm ta có thể nhận thấy rằng, khi hàm lượng phân vi lượng

tăng lên thì hiệu xuất xử lý COD tăng. Ban đầu, đối với hệ thống nước thải chỉ sử dụng Ure

và axit photphoric thì hiệu quả xử lý COD chỉ đạt 48,57%, khi hàm lượng phân vi lượng sử

dụng là 0,0 gam/m3 thì hiệu quả xử lý chỉ đạt 42,08%, còn với hàm lượng phân vi lượng là

0,5 gam/m3 thì hiệu quả xử lý COD tăng lên đạt 63,72% và khi hàm lượng phân vi lượng sử

dụng là 1 gam/m3 thì hiệu quả xử lý COD lại tăng lên 72,28%. Tuy nhiên, khi hàm lượng

phân vi lượng sử dụng trong nghiên cứu tăng lên 2 gam/m3

thì hiệu quả xử lý COD vẫn tiếp

tục tăng nhưng tăng lên rất ít và chỉ đạt 74,5 %. Từ kết quả trên cho thấy khi tăng hàm lượng

phân vi lượng từ 1 gam/m3 lên 2 gam/m

3 hiệu quả xử lý COD tăng lên rất ít.

Việc nghiên cứu sử dụng phân vi lượng thay thế cho ure và axit photphoric trong xử lý

nước thải giấy có mục đích là thông thường ngoài cung cấp amoni và photpho còn cung cấp

thêm các chất vi lượng cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Vi sinh vật có thể

được coi là một sinh vật sống, mặc dù còn rất đơn giản nhưng chúng cũng cần các nhu cầu

như một cơ thể sống khác về hàm lượng các nguyên tố đa lượng và vi lượng. Nên khi thiếu

các nguyên tố này thì khả năng hoạt động của chúng sẽ bị giảm, chính vì vậy mà việc bổ sung

thêm các chất vi lượng cho chúng là rất cần thiết.

Nếu căn cứ cả trên hiệu quả xử lý và hiệu quả kinh tế thì hàm lượng phân vi lượng phù

hợp cho nghiên cứu này nên chọn là từ 0,5 – 1 gam/m3. Ở hàm lượng trên, hiệu quả loại bỏ

COD sẽ tăng từ 48,57% lên 72,28%.

4.4 Nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD giữa mô hình thí nghiệm và mô hình pilot 1

m3

Sau khi đã khảo sát được ảnh hưởng của hàm lượng phân vi lượng, thể tích lắng sau

30 phút (V30), MLSS, chỉ số thể tích bùn (SVI) trong phòng thí nghiệm tới hiệu quả xử lý

COD, để tiến tới một khẳng định rõ ràng hơn về ưu thế xử lý COD khi bổ sung phân vi lượng

so với thí nghiệm thực hiện trong phòng thí nghiệm, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm xử lý

với quy mô lớn hơn đó là với dung tích nước thải 1 m3. Để thực hiện nghiên cứu này, chúng

tôi đã làm 2 bể thí nghiệm, mỗi bể có dung tích 1 m3, mỗi bể lấy 300 lít sinh khối trong bể

sục khí của HTXLNT trong thời điểm hệ thống đang hoạt động bình thường và trong đó: một

bể bổ sung hàm lượng chất dinh dưỡng tương tự như HTXLNT nghĩa là chỉ có N và P, còn

một bể bổ sung 1 gam phân vi lượng/m3. Hệ thống xử lý được vận hành ở chế độ gián đoạn

với các thông số nhiệt độ 300C, lưu lượng khí là 30 lít/phút, thời gian xử lý 18 giờ.

Kết quả nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý COD giữa mô hình thí nghiệm và mô hình

pilot 1 m3

Mẫu

COD (mg/l)

Phòng thí nghiệm Quy mô pilot

VàoHTXLNT Ra Hiệu xuất

(%) VàoHTXLNT Ra

Hiệu xuất

(%)

1 634 175 72,40 1095 326 70,23

2 782 241 69,10 980 315 67,86

3 872 278 68,20 872 277 68,23

4 976 257 73,67 1000 239 76,1

5 1024 256 74,97 750 253 66,27

6 932 291 68,75 886 266 69,98

7 1228 334 72,80 660 201 69,55

8 1040 263 74,71 600 187 68,83

9 943 242 74,34 840 229 72,74

Trung bình 936,78 259,67 72,28 854 254 70,26

So sánh hiệu quả xử lý COD của phòng thí nghiệm và quy mô hình pilot

Từ kết quả nghiên cứu ở trên ta nhận thấy rằng hiệu quả xử lý COD trong hai trường

hợp bổ sung dinh dưỡng N, P với bổ sung dinh dưỡng N, P và các chất vi lượng thì có sự

khác nhau tương đối rõ rệt. Như vậy, ngoài nhu cầu là các chất dinh dưỡng thông thường

(như Cacbon, Nitơ và photpho) các chất vi lượng cũng có ảnh hưởng tích cực tới quá trình xử

lý nên hiệu quả xử lý COD trong trường hợp có thêm các chất vi lượng. Ảnh hưởng tích cực

của các chất vi lượng tới vi sinh vật cho phép ta khẳng định lại một lần nữa rằng không phải

vi sinh vật chỉ cần những chất dinh dưỡng thông thường mà chúng còn cần cả các chất vi

lượng.

Căn cứ vào kết quả thu được ta thấy rằng với thí nghiệm xử lý quy mô phòng thí

nghiệm (20 lít) và thí nghiệm xử lý với quy mô pilot (1 m3) có hiệu quả xử lý COD lần lượt

là 72,28% và 70,26% là gần như giống nhau. Phần trăm xử lý COD trong pilot thấp hơn, đó

là do các vi khuẩn trong pilot mới được vận hành mà chưa có sự ổn định như ở các bể trong

phòng thí nghiệm. Mặt khác, do nồng độ các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải giấy

dao động liên tục từ 414 ÷ 1246 mg/l, đồng thời hàm lượng lignin được thải ra từ quá trình

nấu bột giấy cũng dao động cho nên đây là vấn đề làm ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý các

chất hữu cơ có trong nước thải giấy. Chính vì vậy, từ những kết quả thực hiện trong Luận văn

này ta có thể khẳng định rằng mô hình thí nghiệm quy mô phòng thí nghiệm (20 lít) và thí

nghiệm với quy mô pilot (1 m3) là gần giống nhau.

4.5. Xây dựng quy trình bổ sung thích hợp và tính toán sơ bộ chi phí

Nước thải sau khi qua xử lý cấp I được đưa vào bể lựa chọn, tại đây sẽ được điều chỉnh

dinh dưỡng, nồng độ bùn hoạt tính, tiếp đó được đưa sang bể sục khí để thực hiện quá trình

phân giải các hợp chất hữu cơ. Nước thải sau khi ra khỏi bể sục khí sẽ được đưa sang bể lắng

thứ cấp. Tại đây một phần bùn sau khi lắng sẽ được hồi lưu quay trở lại hệ thống xử lý, một

phần được thải ra ngoài.

Tính toán sơ bộ chi phí của quá trình xử lý nước thải theo phương án đề suất:

- Tính toán chi phí bổ sung dinh dưỡng của HTXLNT – Công ty Giấy Bãi Bằng (xem bảng

bổ sung trong phụ lục 2):

Lưu lượng trung bình của HTXLNT là: 26.000 m3/ngày đêm

Trung bình COD đầu vào là:

872 mg/l = 0,872 kg/m3 = 22.672 kg/ngày đêm = 22,672 tấn/ngày đêm

Theo thiết kế khối lượng ure cần dùng là:

113×22,672×0,15 = 384 kg ure

Giá ure trên thị trường hiện tại là: 10.000 Đ/kg

Theo thiết kế khối lượng axit phophoric cần dùng là:

9×22,672×0,35 = 71 kg axit photphoric

Giá axit phophoric trên thị trường hiện tại là: 30.000 Đ/kg

Như vậy một ngày nhà máy phải chi số tiền để bổ sung dinh dưỡng là:

(384×10.000) + (71 × 30.000) = 5.970.000 Đ

- Tính toán chi phí bổ sung dinh dưỡng bằng phân vi lượng:

Theo nghiên cứu hàm lượng phân vi lượng cần sử dụng là:

1 gam/m3 = 1×26.000 = 26 kg/ngày đêm

Giá phân vi lượng trên thị trường hiện tại là 200.000 Đ/kg

Như vậy một ngày đêm nhà máy phải chi số tiền để bổ sung dinh dưỡng là

26×200.000 = 5.200.000 Đ

Tuy nhiên, còn có thể giảm hàm lượng phân vi lượng xuống mức chỉ cần 0,5 g/m3

nước thải một khi hệ thống có sự ổn định của hệ vi khuẩn

Như vậy khi dùng phân bón vi lượng thay cho việc sử dụng ure và axit photphoric ta

sẽ thu những kết quả sau:

- Nâng cao được hiệu quả xử lý COD của HTXLNT hiện tại.

- Hệ thống bùn hoạt tính hoạt động có tính ổn định hơn thông qua chỉ số thể tích bùn

(SVI)

- Giảm được 770.000 Đ/ngày đêm.

Tiêu chuẩn NH4+ và PO4

3- của nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép.

5. KẾT LUẬN

Qua kết quả nghiên cứu sử dụng phân vi lượng như nguồn dinh dưỡng thay thế cho

việc bổ sung ure và axit photphoric truyền thống nhằm nâng cao tính ổn định và hiệu quả xử

lý vi sinh nước thải sản xuất giấy, có thể rút ra một số kết luận sau:

1. Bằng cách bổ sung vi lượng cho quá trình xử lý vi sinh hiếu khí đã cho thấy các

nguyên tố vi lượng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động sinh sống và phát triển của

vi sinh vật. So sánh hai trường hợp không bổ sung vi lượng và bổ sung vi lượng với mức

dùng 0,5 gam phân vi lượng/m3, hiệu quả xử lý tăng lên từ 42,08% lên 63,7% tại hệ thống xử

lý nước thải của Công ty Giấy Bãi Bằng – Tổng công ty Giấy Việt Nam.

2. Đối với trường hợp có bổ sung thêm các nguyên tố vi lượng thì chỉ số SVI là

102,42 ml/g ở mô hình thí nghiệm và 81,167 ml/g ở mô hình polot 1m3. Ngoài ra, sinh khối

(bùn hoạt tính) phát triển việc ổn định và thấp hơn so với hệ thống xử lý sử dụng chất dinh

dưỡng là ure và axit photphoric (không bổ xung nguyên tố vi lượng).

3. Hàm lượng phân vi lượng có ảnh hưởng lớn đến khả năng xử lý COD, khi hàm

lượng phân vi lượng tăng từ 0,0 gam; 0,5 gam; 1,0 gam; 2,0 gam thì hiệu quả xử lý COD tăng

lên theo thứ tự 42,0%; 63,7%; 72,28%; 74,26%. Việc bổ sung phân vi lượng đã làm tăng hiệu

quả xử lý COD và hàm lượng phân vi lượng bổ sung phù hợp được lựa chọn là 1,0 gam/m3.

4. Đã xây dựng quy trình bổ sung dinh dưỡng thích hợp cho HTXLNT – Công ty Giấy

Bãi Bằng thay thế sử dụng dinh dưỡng bằng ure và axit phophoric truyền thống. Chi phí hóa

chất dinh dưỡng cho xử lý vi sinh là 5.200.000 VNĐ/ngày với việc bổ sung phân vi lượng và

5.970.000 VNĐ/ngày với trường hợp không bổ xung vi lượng. Như vậy, việc bổ xung phân

vi lượng thay thế dinh dưỡng ure, photpho truyền thống, không những nâng cao được hiệu

quả xử lý mà còn làm cho hàm lượng NH4+

và PO43-

đạt tiêu chuẩn nước thải đầu ra, đồng

thời còn giảm được chi phí mỗi ngày 770.000 VNĐ đối với hệ thống xử lý nước thải của Nhà

máy Giấy Bãi Bằng với lưu lượng trung bình 26.000 m3/ngày đêm. Đồng thời sinh khối sinh

khối dư thừa có thể được sử dụng làm phân bón vi sinh vì các nguồn vi lượng đã được bổ

sung trong sinh khối.

6. KIẾN NGHỊ

1. Nên thay việc bổ sung ure và axit photphoric như hiện nay bằng cách bổ sung phân

vi lượng cho việc xử lý nước thải giấy bằng phương pháp sinh học, vừa nâng cao hiệu quả

xử lý và giảm chi phí cho quá trình xử lý

2. Nghiên cứu sử dụng sinh khối thu hồi sau quá trình xử lý nước thải giấy bằng

phương pháp sinh học có bổ sung phân vi lượng để làm phân compost.

References

Tiếng Việt

1 Chu Đào Anh, Ngô Huy Du, Trần Hồng Côn, 2006. Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp

giấy bằng công nghệ chảy ngược qua lớp bùn yếm khí (UASB).

2 Đào Sỹ Đức, 2007. Nghiên cứu xử lý dịch đen nhà máy bột giấy bằng phương pháp hóa học

và sinh học. Luận văn thạc sỹ hóa học. Trường đại học khoa học tự nhiên. Hà Nội, 2007.

3 Đào Sỹ Đức, Trịnh Lê Hùng, Nguyễn Thị Hồng, 2008. Nghiên cứu xử lý dịch đen bằng

phương pháp sinh học sử dụng bùn hoạt tính. Tổng quan đề tài đặc biệt cấp ĐHQG Hà Nội

mã số QG – 06 – 11.

4 Đinh Thị Mai, Mai Xuân Hướng, Đỗ Thị Hải, 2009. Xử lý nước thải khu công nghiệp giấy

phong khê bằng phương pháp fenton điện hóa. Tạp chí Hóa Học, T. 47 (5ª), Tr. 180 – 185.

5 Lương Đức Phẩm, 2002. Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Nhà xuất

bản giáo dục.

6 Nguyễn Đắc Vinh, Nguyễn Quang Vinh, Nguyễn Mạnh Hà, Trịnh Lê Hùng, Đào Sỹ Đức,

2008. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình keo tụ nước thải xeo giấy bằng phương pháp

quy hoạch thực nghiệm. Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa Học Tự Nhiên và Công Nghệ

25 (2009) 165 – 171.

7 Phạm Văn Thiêm, Hoàng Văn Thắng, Đào Thị Phương Thảo, 2004. Nghiên cứu sự tạo màng

sinh học trên các loại chất mang khác nhau và ứng dụng vào xử lý nước thải bia. Tạp chí

phân tích Hóa, Lý và Sinh học tập 9, số 2 – 2004.

8 Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Thị Hồng, 2004. Giáo trình phân tích nước. Nhà xuất bản Trung

tâm tư vấn chuyển giao công nghệ nước sạch và môi trường – Ban chỉ đạo quốc gia về phân

tích nước sạch và vệ sinh môi trường.

9 Tổng Công ty Giấy Việt Nam, 2004. Hướng dẫn vận hành công nghệ xử lý nước thải bằng

phương pháp sinh học.

10 Tổng công ty giấy Việt Nam, 2005. Ngành công nghiệp giấy Việt Nam, định hướng phát

triển 2010 – Tầm nhìn 2020. Công nghiệp giấy, số9.

11 Tổng Công ty Giấy Việt Nam, 2010. Báo cáo tổng kết hoạt động khoa học và công nghệ

giai đoạn 2006 – 2010 và định hướng nhiệm vụ khoa học và công nghệ năm 2011.

12 Trịnh Lê Hùng, Đào Sỹ Đức, 2006. Ứng dụng các vi sinh vật trong xử lý môi trường. Tổng

quan Đề tài đặc biệt cấp ĐHQG Hà Nội mã số QG – 06 – 11. Hà Nội, 2006.

13 Trịnh Lê Hùng, 2008. Xử lý nước thải xeo giấy bằng phương pháp sinh học hiếu khí.

Chuyên đề 4 thuộc đề tài “nghiên cứu xử lý và tái sử dụng nước thải của các nhà máy giấy

công suất vừa và nhỏ”. Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội.

14 Trịnh Lê Hùng, 2009. Kỹ thuật xử lý nước thải. Nhà xuất bản giáo dục.

15 Trung tâm sản xuất sạch Việt Nam, 2006. Tài liệu hướng dẫn “Áp dụng kỹ thuật tốt nhất

(BAT) và kinh nghiệm môi trường tốt nhất (BEP) nhằm giảm phát thải các chất ô nhiễm

hữu cơ khó phân hủy phát sinh không chủ định (U – POPs” trong ngành sản xuất bột giấy

và giấy ở Việt Nam. Viện khoa học và công nghệ môi trường. Trường Đại Học Bách Khoa

Hà Nội. Bộ giáo dục và đào tạo.

16 Trung tâm sản xuất sạch Việt Nam, 2008. Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn “Sản xuất

bột giấy và giấy”. Viện khoa học và công nghệ môi trường. Trường Đại Học Bách Khoa Hà

Nội. Bộ giáo dục và đào tạo.

Tiếng Anh

17 Anna Stypka, Stockholm 1998. Advanced Wastewater Treatment, Report No 4 “Factors

Influencing Sludge Settling Parameters and Solids Flux in the Activated Sludge Process –

A literature Review.

18 Bahar K. Ince, Zeynep Cetecioglu and Orhan Ince, 2011. Pollution Prevention in the Pulp

and Paper Industries. Environmental management in Practice, Vol.11, pp. 223 – 246.

19 Chakrabarti S.K., Gupta S., Puwar M., Bhist Shekhar C. & Vardhan R, 2012. Combined

Chemical – biologycal Treatment of Pulp and Paper Mill Effluent. Water Sci. Technol.,

55(6), 57 – 60.

20 D.P. Mesquita, O. Dias, A.L. Amaral, E.C. Ferreira, 2008. Relationship betweensludge

volume index and biomass structure within activated sludge systems. Wat. Res., 27p.1707 –

1714.

21 Er.N. Balasubramanian, Dr.M. Muthukumar Ph.D, 2012. Performance of HUASB reactor

for treating paper & pulp wastewater using Effective Microoranism (EM). International

Journal of Engineering Science and Technology (IJEST). Vol.4, No.06, pp. 2453 – 2461.

22 F. Ciner, M. Sarioglu, 2006. Determination of Inert Chemical Oxygen Demand (COD)

Fractions of Cumhuriyet University Wastwewater. Vol. 8, No. 1, pp. 31 – 36.

23 G. Thompson, J. Swain, M. Key, C.F. Forster, 2000. The treatment of pulp and paper mill

effluent – a review. Bioresource Technology 77 (2001) 275 – 286.

24 Leong Soo kwan, Nur Fadzeelah Abu Kasim, 2010. Effect of Organic Loading Rates on

Pulp and Paper Wastewater Treatment Using an Anaerobic Upflow Fixed – Film Reactor.

Environment and Chemistry IPCBEE vol.1 (2011) © (2011) IACSIT Press, Singapore.

25 M. Löwén and L. Piirtola, 2007. Characterization of activated sludge flocs. Wat. Res.,

30(7),1695 – 1701.

26 Peter Spencer Davies B.Sc, 2005. The Biological Basic of Wastewater Treatment.

27 R.S. Ramalho, 1988. Introduction to wastewater treatment processes. Laval University,

Quebec, Canada.

28 Shiow – Ching Chen, Jau – Hwan Tzeng, Yao Tien and Li – Fen Wu, 2001. Rapid

Determination of Chemical Oxygen Demand (COD) Using Focused Microwave Digestion

Followed by a Titrimetric Method. Analytical Sciences April, 2001, Vol. 17, pp. 551 – 553.

29 S.S. Wong, T.T.Teng, A.L. Ahmad, A. Zuhairi, G. Najafpour, 2006. Treatment of pulp and

paper mill wastewater by polyacrylamid (PAM) in polymer induced flocculation – a

review.

30 Thomas M. Grace. Black liquor evaporation, Pulp and Paper Manufacture Vol. 5, Alkaline

Pulping. Canadian Cataloguing in Publication Data, 1989.

31 Thompson, G., Swain, J., Kay, M., Forster, C.F., 2001. The treatment of pulp and paper

mill effluent – a review. Bioresource Technol. 77 (3), pp. 275 – 286.

32 Victor Sarria. Coupled advanced oxidation and biological processes for wastewater

treatment. PhD Thesis. Lausanne, EPFL, 2003.

33 Yuan – Shing Perng, Eugene i – Chen Wang, Shih – Tsung Yu, An – Yi Chang and Chi –

Yuan Shih, 2007. Pilot Treatment of OCC – based Paper Mill Wastewater Using Pulsed

Electrocoagulation – a review.