Đối với công nghiệp giấy, việc kiểm soát nguồn nước thải là rất quan trọng bởi đây là một trong những ngành sử dụng nước với số lượng rất lớn. Việc kiểm soát nguồn nước thải làm ta hiểu rõ thêm quá trình sản xuất và sự cân bằng các dòng vật chất, từ đó đề xuất các phương pháp xử lý phù hợp để giảm chi phí đầu tư trên đơn vị sản phẩm và góp phần bảo vệ môi trường. Kiểm soát - xử lý nước thải trong công nghiệp giấy gồm các công đoạn và phương pháp xử lý sau:
1. Kiểm soát nguồn và đặc tính của nước thải:
Các dòng thải chính của nhà máy sản xuất bột và giấy bao gồm:
- Dòng thải rửa nguyên liệu chứa các chất hữu cơ hoà 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 hoà tan, các chất nấu có phần xơ sợi. Dòng thải có màu tối nên thường được gọi là dịch đen. Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25 - 35% tỉ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ là 70:30.
- Dòng thải từ công đoạn tẩy của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học và bán hoá chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hoà tan và hợp chất tạo thành của những chất đó với chất tẩy ở dạng độc hại, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất clo hữu cơ, làm tăng AOX trong nước thải. Dòng thải này có độ màu, giá trị BOD và COD cao.
- Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xén 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.
- Nước ngưng ở quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý, lý thu hồi hoá chất từ dịch đen. Mức độ ô nhiễm của nước phụ thuộc vào loại gỗ, công nghệ sản xuất.
- Dòng chảy từ công nghệ xeo giấy chủ yếu là bột giấy và các chất phụ gia. Nước này được tách ra từ các bộ phận cưa máy xeo giấy như khử nước, ép giấy.
Tuỳ theo từng công nghệ và sản phẩm, lượng nước thải tính trên sản phẩm giấy có thể từ 200 đến 500m3/1 tấn giấy. Trong các nhà máy hầu như tất cả lượng nước thải mang theo các tạp chất, hoá chất, bột giấy, các chất ô nhiễm dạng hữu cơ và vô cơ.
2. Các biện pháp làm giảm lượng nước thải và tải lượng chất ô nhiễm:
Các biện pháp làm giảm lượng nước thải:
- Bảo quản và làm sạch nguyên liệu đầu vào bằng phương pháp khô sẽ giảm được lượng nước rửa.
- Dùng súng phun tia để rửa máy móc, thiết bị, sàn… sẽ giảm được lượng nước đáng kể so với rửa bằng vôi.
- Thay đổi công nghệ tách dịch đen ra khỏi bột ở thiết bị hình trống thông thường bằng ép vít thải, ép hai dây hay lọc chân không để giảm thể tích dòng thải.
- Bảo toàn hơi và nước, tránh thất thoát hơi, chảy tràn nước.
- Phân luồng các dòng thải để tuần hoàn sử dụng lại các nguồn nước ít ô nhiễm.
Các biện pháp làm giảm tải lượng chất ô nhiễm trong nước thải:
- Tách dịch đen đậm đặc ban đầu từ lưới gạn bột giấy và tuần hoàn chúng lại nồi nấu đến khả năng có thể giảm tải lượng kiềm trong dòng thải.
- Thu hồi hoá chất từ dịch đen bằng công nghệ cô đặc - đốt - xút hoá sẽ giảm lượng ô nhiễm COD tới 85%.
- Xử lý dịch đen bằng phương pháp kị khí sẽ giảm tải lượng ô nhiễm hữu cơ từ 30 đến 40%.
- Thay thế hoá chất tẩy thông thường là Clo và hợp chất của clo bằng H2O2 và O3 để hạn chế Clo tự do không tạo ra AOX trong dòng thải.
- Thu hồi bột giấy và xơ từ các dòng thải để sử dụng lại như nguồn nguyên liệu ban đầu, đặc biệt đối với dòng thải từ công đoạn nghiền và xeo giấy.
- Tránh rơi vãi, tổn thất hoá chất trong khi pha trộn và sử dụng.
3. Các phương pháp xử lý nước thải :
Các phương pháp xử lý loại bỏ chất nhiễm bẩn nước thải của ngành giấy bao gồm lắng, đông tụ hoá học và sử lý sinh học.
Phương pháp lắng: Phương pháp lắng nhằm để tách các chất rắn dạng bột hay dạng xơ sợi, trước hết nước thải từ công đoạn nghiền và xeo giấy. Với mục đích thu hồi lại xơ sợi, bột giấy, người ta thường dùng thiết bị lắng hình phễu. Trong quá trình lắng cần phải tính toán thời gian lưu thích hợp vì với thời gian lưu dài dễ có hiện tượng phân huỷ kị khí khi bùn lắng không được lấy ra thường xuyên. Để nước thải loại này lắng được tốt và tạo điều kiện các hạt liên kết với nhau tạo thành bông cặn dễ lắng, người ta thường tính toán với tải trọng bề mặt từ 1 đến 2m3/m2.h (lưu lượng dòng thải tính cho 1 đơn vị bề mặt bể lắng trong đơn vị thời gian). Để giảm thời gian lưu trong bể lắng, nâng cao hiệu suất lắng có thể thổi khí nén (áp suất từ 4 đến 6 bar) vào bể lắng. Loại bể lắng - tuyển nổi này thường có tải lượng bề mặt 5 - 10m3/m2.h.
Phương pháp đông tụ hoá học: Phương pháp này dùng để xử lý các hạt rắn ở dạng lơ lửng, một phần chất hữu cơ hoà tan, hợp chất phôtpho, một số các chất độc và khử màu. Phương pháp đông tụ có thể tiến hành trước hoặc sau xử lý sinh học. Các chất keo tụ thường là phèn sắt, phèn nhôm và vôi. Các chất pelyme dùng để trợ keo và tăng quá trình lắng. Đối với mỗi loại phèn để cần chỉnh pH nước thải ở giá trị thích hợp, chẳng hạn như phèn nhôm pH từ 5 đến 7, phèn sắt pH từ 5 đến 11 và dùng vôi thì pH >11.
Phương pháp sinh học: Dùng để xử lý các hợp chất hữu cơ ở dạng tan. Nước thải của công nghiệp giấy và bột giấy có tải lượng ô nhiễm chất hữu cơ cao, đặc biệt có chứa hàm lượng các chất lignin cao ở dòng thải của xí nghiệp. Các hợp chất lignin là những chất không có khả năng phân huỷ hiếu khí và đối với phân huỷ kị khí cũng xảy ra rất chậm. Do đó trước khi đưa nước thải vào sử lý sinh học thì dịch đen của quá trình sản xuất bột giấy cần được sử lý cục bộ để tách lignin.
Trong nước thải của sản xuất giấy và bột giấy có hàm lượng các chất cacbonhyđrat cao, là những chất dễ phân huỷ sinh học nhưng lại thiếu nitơ và phôtpho, là chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật phát triển. Do đó trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học cần bổ sung các chất dinh dưỡng, đảm bảo tỷ lệ cho quá trình hiếm khí BOD5:N:P = 100:5:1; đối với quá trình kị khí BOD5:N:P =100:3: 0,5.
Đặc tính của nước thải ngành giấy thường có tỷ lệ BOD5:COD = 0.55 và hàm lượng COD cao (> 100mg/l) nên trong xử lý thường kết hợp giữa phương pháp kị khí và hiếu khí.
Nước thải trước khi đưa vào bể sinh học UASB được bổ sung đủ chất dinh dưỡng N và P. Thiết bị để xử lý sinh học kị khí có thể dùng hồ kị khí hay các loại thiết bị kị khí cao tốc như UASB.
Xử lý nước thải công nghiệp giấy bằng phương pháp hiếu khí thường gặp hiện tượng tạo bùn dạng sợi rất khó lắng. Nguyên nhân chủ yếu là do nước thải ngành này có hàm lượng các chất cacbonhyđrat cao, các hợp chất này là những chất dễ phân huỷ sinh học, mặt khác nước thải có hàm lượng sunfit cao, kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật. Ngoài ra còn do trong nước thải thiếu chất dinh dưỡng nitơ và phôtpho. Trong nhiều trường hợp, để bùn hoạt tính trong xử lý nước thải cần vận hành với chỉ số thể tích bùn cao khoảng từ 2 đến 4g/l và tải trọng bề mặt của bể lắng thứ cấp là 0,3 - 0,4 m3/m2.h.
Chọn phương án xử lý thích hợp cho từng cơ sở sản xuất cần phải nghiên cứu khảo sát xem cơ sở có sử lý dịch đen hay không, tỷ lệ nước tuần hoàn như thế nào và các đặc tính của dòng thải. Xử lý nước thải ngành giấy có thể thực hiện xử lý cục bộ từng dòng sau đó xử lý tập trung với các dòng khác trong bộ cơ sở hay xử lý tập trung với các dòng khác trong nội bộ cơ sở hay sử lý tập trung nước thải sinh hoạt.
1. Kiểm soát nguồn và đặc tính của nước thải:
Các dòng thải chính của nhà máy sản xuất bột và giấy bao gồm:
- Dòng thải rửa nguyên liệu chứa các chất hữu cơ hoà 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 hoà tan, các chất nấu có phần xơ sợi. Dòng thải có màu tối nên thường được gọi là dịch đen. Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25 - 35% tỉ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ là 70:30.
- Dòng thải từ công đoạn tẩy của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học và bán hoá chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hoà tan và hợp chất tạo thành của những chất đó với chất tẩy ở dạng độc hại, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất clo hữu cơ, làm tăng AOX trong nước thải. Dòng thải này có độ màu, giá trị BOD và COD cao.
- Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xén 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.
- Nước ngưng ở quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý, lý thu hồi hoá chất từ dịch đen. Mức độ ô nhiễm của nước phụ thuộc vào loại gỗ, công nghệ sản xuất.
- Dòng chảy từ công nghệ xeo giấy chủ yếu là bột giấy và các chất phụ gia. Nước này được tách ra từ các bộ phận cưa máy xeo giấy như khử nước, ép giấy.
Tuỳ theo từng công nghệ và sản phẩm, lượng nước thải tính trên sản phẩm giấy có thể từ 200 đến 500m3/1 tấn giấy. Trong các nhà máy hầu như tất cả lượng nước thải mang theo các tạp chất, hoá chất, bột giấy, các chất ô nhiễm dạng hữu cơ và vô cơ.
2. Các biện pháp làm giảm lượng nước thải và tải lượng chất ô nhiễm:
Các biện pháp làm giảm lượng nước thải:
- Bảo quản và làm sạch nguyên liệu đầu vào bằng phương pháp khô sẽ giảm được lượng nước rửa.
- Dùng súng phun tia để rửa máy móc, thiết bị, sàn… sẽ giảm được lượng nước đáng kể so với rửa bằng vôi.
- Thay đổi công nghệ tách dịch đen ra khỏi bột ở thiết bị hình trống thông thường bằng ép vít thải, ép hai dây hay lọc chân không để giảm thể tích dòng thải.
- Bảo toàn hơi và nước, tránh thất thoát hơi, chảy tràn nước.
- Phân luồng các dòng thải để tuần hoàn sử dụng lại các nguồn nước ít ô nhiễm.
Các biện pháp làm giảm tải lượng chất ô nhiễm trong nước thải:
- Tách dịch đen đậm đặc ban đầu từ lưới gạn bột giấy và tuần hoàn chúng lại nồi nấu đến khả năng có thể giảm tải lượng kiềm trong dòng thải.
- Thu hồi hoá chất từ dịch đen bằng công nghệ cô đặc - đốt - xút hoá sẽ giảm lượng ô nhiễm COD tới 85%.
- Xử lý dịch đen bằng phương pháp kị khí sẽ giảm tải lượng ô nhiễm hữu cơ từ 30 đến 40%.
- Thay thế hoá chất tẩy thông thường là Clo và hợp chất của clo bằng H2O2 và O3 để hạn chế Clo tự do không tạo ra AOX trong dòng thải.
- Thu hồi bột giấy và xơ từ các dòng thải để sử dụng lại như nguồn nguyên liệu ban đầu, đặc biệt đối với dòng thải từ công đoạn nghiền và xeo giấy.
- Tránh rơi vãi, tổn thất hoá chất trong khi pha trộn và sử dụng.
3. Các phương pháp xử lý nước thải :
Các phương pháp xử lý loại bỏ chất nhiễm bẩn nước thải của ngành giấy bao gồm lắng, đông tụ hoá học và sử lý sinh học.
Phương pháp lắng: Phương pháp lắng nhằm để tách các chất rắn dạng bột hay dạng xơ sợi, trước hết nước thải từ công đoạn nghiền và xeo giấy. Với mục đích thu hồi lại xơ sợi, bột giấy, người ta thường dùng thiết bị lắng hình phễu. Trong quá trình lắng cần phải tính toán thời gian lưu thích hợp vì với thời gian lưu dài dễ có hiện tượng phân huỷ kị khí khi bùn lắng không được lấy ra thường xuyên. Để nước thải loại này lắng được tốt và tạo điều kiện các hạt liên kết với nhau tạo thành bông cặn dễ lắng, người ta thường tính toán với tải trọng bề mặt từ 1 đến 2m3/m2.h (lưu lượng dòng thải tính cho 1 đơn vị bề mặt bể lắng trong đơn vị thời gian). Để giảm thời gian lưu trong bể lắng, nâng cao hiệu suất lắng có thể thổi khí nén (áp suất từ 4 đến 6 bar) vào bể lắng. Loại bể lắng - tuyển nổi này thường có tải lượng bề mặt 5 - 10m3/m2.h.
Phương pháp đông tụ hoá học: Phương pháp này dùng để xử lý các hạt rắn ở dạng lơ lửng, một phần chất hữu cơ hoà tan, hợp chất phôtpho, một số các chất độc và khử màu. Phương pháp đông tụ có thể tiến hành trước hoặc sau xử lý sinh học. Các chất keo tụ thường là phèn sắt, phèn nhôm và vôi. Các chất pelyme dùng để trợ keo và tăng quá trình lắng. Đối với mỗi loại phèn để cần chỉnh pH nước thải ở giá trị thích hợp, chẳng hạn như phèn nhôm pH từ 5 đến 7, phèn sắt pH từ 5 đến 11 và dùng vôi thì pH >11.
Phương pháp sinh học: Dùng để xử lý các hợp chất hữu cơ ở dạng tan. Nước thải của công nghiệp giấy và bột giấy có tải lượng ô nhiễm chất hữu cơ cao, đặc biệt có chứa hàm lượng các chất lignin cao ở dòng thải của xí nghiệp. Các hợp chất lignin là những chất không có khả năng phân huỷ hiếu khí và đối với phân huỷ kị khí cũng xảy ra rất chậm. Do đó trước khi đưa nước thải vào sử lý sinh học thì dịch đen của quá trình sản xuất bột giấy cần được sử lý cục bộ để tách lignin.
Trong nước thải của sản xuất giấy và bột giấy có hàm lượng các chất cacbonhyđrat cao, là những chất dễ phân huỷ sinh học nhưng lại thiếu nitơ và phôtpho, là chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật phát triển. Do đó trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học cần bổ sung các chất dinh dưỡng, đảm bảo tỷ lệ cho quá trình hiếm khí BOD5:N:P = 100:5:1; đối với quá trình kị khí BOD5:N:P =100:3: 0,5.
Đặc tính của nước thải ngành giấy thường có tỷ lệ BOD5:COD = 0.55 và hàm lượng COD cao (> 100mg/l) nên trong xử lý thường kết hợp giữa phương pháp kị khí và hiếu khí.
Nước thải trước khi đưa vào bể sinh học UASB được bổ sung đủ chất dinh dưỡng N và P. Thiết bị để xử lý sinh học kị khí có thể dùng hồ kị khí hay các loại thiết bị kị khí cao tốc như UASB.
Xử lý nước thải công nghiệp giấy bằng phương pháp hiếu khí thường gặp hiện tượng tạo bùn dạng sợi rất khó lắng. Nguyên nhân chủ yếu là do nước thải ngành này có hàm lượng các chất cacbonhyđrat cao, các hợp chất này là những chất dễ phân huỷ sinh học, mặt khác nước thải có hàm lượng sunfit cao, kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật. Ngoài ra còn do trong nước thải thiếu chất dinh dưỡng nitơ và phôtpho. Trong nhiều trường hợp, để bùn hoạt tính trong xử lý nước thải cần vận hành với chỉ số thể tích bùn cao khoảng từ 2 đến 4g/l và tải trọng bề mặt của bể lắng thứ cấp là 0,3 - 0,4 m3/m2.h.
Chọn phương án xử lý thích hợp cho từng cơ sở sản xuất cần phải nghiên cứu khảo sát xem cơ sở có sử lý dịch đen hay không, tỷ lệ nước tuần hoàn như thế nào và các đặc tính của dòng thải. Xử lý nước thải ngành giấy có thể thực hiện xử lý cục bộ từng dòng sau đó xử lý tập trung với các dòng khác trong bộ cơ sở hay xử lý tập trung với các dòng khác trong nội bộ cơ sở hay sử lý tập trung nước thải sinh hoạt.
Tác giả bài viết: Th.S Trần Công Bút - PGĐ Sở Tài nguyên & Môi trường