Tài liệu Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý nước thải của nhà máy giấy Tân Mai - Miền Đông

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – MÔI TRƢỜNG  BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY GIẤY TÂN MAI – MIỀN ĐÔNG NGUYỄN HỒNG ĐĂNG NGUYỄN THỊ LỆ ÁI BIÊN HÒA THÁNG 11/2012 TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – MÔI TRƢỜNG  BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY GIẤY TÂN MAI – MIỀN ĐÔNG SVTH : NGUYỄN HỒNG ĐĂNG NGUYỄN THỊ LỆ ÁI GVHD: ThS. LÊ TẤN THANH LÂM ThS. NGUYỄN CẢNH THÀNH BIÊN HÒA THÁNG 11/2012 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc đề tài nghiên cứu khoa học này bên cạnh sự cố gắng của bản thân, chúng em còn nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ của gia đình, thầy cô và bạn bè. Trƣớc tiên chúng em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ, ba mẹ luôn là nguồn động viên, chổ dựa tinh thần, luôn hỗ trợ và giúp chúng em để chúng em có đủ nghị lực và ý chí để vƣợt qua khó khăn và hoàn thành tốt bài nghiên cứu này. Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô Khoa Công nghệ Sinh học và Môi trƣờng Trƣờng Đại học Lạc Hồng đã nhiệt tình giảng dạy chúng em trong suốt 4 năm học. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Lê Tấn Thanh Lâm, giảng viên Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Trƣờng Đại học Nông Lâm, thầy Nguyễn Cảnh Thành, Thanh tra Sở Tài nguyên Môi trƣờng tỉnh Đồng Nai đã chỉ bảo và giúp đỡ chúng em hoàn thành bài báo cáo này. Cảm ơn anh Huỳnh Tấn Nhựt đã hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình và tạo điều kiện tốt nhất cho để chúng em hoàn thành các thí nghiệm tại Phòng Thí nghiệm Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Trƣờng Đại học Nông Lâm. Bên cạnh đó, chúng em xin cảm ơn anh Quân, nhân viên vận hành Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy giấy Tân Mai. Đã tận tình hƣớng dẫn, tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em trong thời gian thực tập và nghiên cứu tại nhà máy. Cùng tất cả cán bộ, nhân viên của Nhà Máy Giấy Tân Mai – Công ty Cổ Phần Tập đoàn Tân Mai đã chỉ dẫn nhiệt tình, cung cấp tài liệu và đóng góp ý kiến thực tế rất hữu ích, để chúng em hoàn thành nghiên cứu này. Tuy chúng em đã nhận đƣợc những sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình, nhƣng với kiến thức còn nhiều hạn chế và thiếu kinh nghiệm thực tế nên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong nhận đƣợc sự góp ý của thầy cô để bài nghiên cứu tốt hơn cũng nhƣ bổ sung thêm phần kiến thức cho chúng em. Chúng em xin chân thành cảm ơn. TÓM TẮT Đề tài: “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp xử lý nước thải của Nhà máy giấy Tân Mai – Miền Đông” đƣợc thực hiện tại Phòng Thí nghiệm Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Trƣờng Đại học Nông Lâm TP.HCM. Thời gian thực hiện từ 07/2012 – 11/2012. Đề tài thực hiện những nội dung sau: Nghiên cứu hiệu quả xử lý nƣớc thải Nhà máy giấy Tân Mai bằng phƣơng pháp keo tụ tạo bông kết hợp Oxy hóa nâng cao hệ Fenton. Thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải nhà mấy Giấy Tân Mai – Miền Đông công suất dự kiến 18.000m3/ngày.đêm xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 12:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp giấy và bột giấy, cột A. Đề tài đã thực hiện thí nghiệm Jartest và Fenton để xác định hàm lƣợng hóa chất sử dụng để xử lý nƣớc thải giấy. Hàm lƣợng xử lý đƣợc xác định nhƣ sau: thí nghiệm hóa lý nƣớc thải xử lý đạt hiệu quả tại pH = 7,5 với 0,6ml ph n PAC cho mỗi 500 mL nƣớc thải ở nồng độ COD là 2500 mgO2 L đạt hiệu suất 57%. thí nghiệm Oxy hóa nâng cao hệ Fenton nƣớc thải giấy đƣợc xử lý đạt hiệu quả tại pH = 4 với 6,1ml FeSO4 và 1,2 ml H2O2, tƣơng ứng t lệ số mol FeSO4/H2O2 là 1/7 đạt hiệu suất 61 . Vì tính chất nƣớc thải Nhà máy giấy Tân Mai – Miền Đông tƣơng tự với tính chất nƣớc thải Nhà máy giấy Tân Mai, nên từ kết quả thí nghiệm đã đề xuất quy trình xử lý cho nƣớc thải nhà máy giấy Tân Mai – Miền Đông công suất 18.000 m3/ngày.đêm. Sử dụng phƣơng pháp hóa lý: kết hợp quá trình keo tụ tạo bông và quá trình Fenton để xử lý BOD, COD và độ màu trong nƣớc thải. Tiếp theo xử lý sinh học ở bể sinh học hiếu khí Unitank. Cuối cùng sử dụng bể lọc để xử lý các chất ô nhiễm đáp ứng các yêu cầu của QCVN 12:2008/BTNMT, cột A (kq= 0,9; kf = 0,9). Giá thành xử lý 1 m3 nƣớc thải của phƣơng án là: 5.800 VNĐ. Mục Lục LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC BẢNG CHƢƠNG 1. M ĐẦU.................................................................................. 1 1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................ 2 1.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................... 2 1.3.1. Thu thập, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài ........................ 2 1.3.2. Phân tích tính chất nƣớc thải .......................................................... 2 1.3.3. Thí nghiệm hóa lý........................................................................... 3 1.3.4. Ứng dụng vào thiết kế .................................................................... 3 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................... 3 1.4.1. Phƣơng pháp tổng hợp tài liệu ........................................................ 3 1.4.2. Phƣơng pháp thực nghiệm .............................................................. 3 1.4.3. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu nƣớc thải ................................. 4 1.4.4. Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu .......................................... 4 1.5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 4 1.5.1. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................... 4 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 5 1.6. Ý nghĩa của đề tài ................................................................................ 5 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................... 6 2.1. Tổng quan về ngành giấy và bột giấy .................................................. 6 2.1.1. Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy .............................................. 6 2.1.2. Đặc điểm nƣớc thải ngành giấy ...................................................... 9 2.2. Tổng quan về Công ty Cổ phần Tập đoàn Tân Mai ............................ 10 2.2.1. Tổng quan về công ty giấy Tân Mai ............................................. 10 2.2.2. Tồng quan về Nhà máy giấy Tân Mai – Miền Đông ..................... 16 2.3. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải ngành giấy .................................... 19 2.3.1. Xử lý cơ học ................................................................................. 20 2.3.2. Xử lý hóa lý.................................................................................. 20 2.3.3. Xử lý sinh học .............................................................................. 21 2.4. Tổng quan công nghệ xử lý đƣợc đề xuất .......................................... 22 2.4.1. Keo tụ tạo bông ............................................................................ 23 2.4.2. Các phƣơng pháp oxy hóa nâng cao (AOPs) ................................ 25 2.4.3. Công nghệ Unitank....................................................................... 27 2.5. Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.................................................. 29 2.5.1. Nghiên cứu trong nƣớc ................................................................. 30 2.5.2. Nghiên cứu ngoài nƣớc................................................................. 30 CHƢƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 32 3.1. Thiết kế thí nghiệm............................................................................ 32 3.2. Bố trí thí nghiệm................................................................................ 33 3.2.1. Thí nghiệm 1. Thí nghiệm kiểm tra chất lƣợng nƣớc thải đầu vào 33 3.2.2. Thí nghiệm 2. Thí nghiệm Jartest ................................................. 33 3.2.3. Thí nghiệm 3. Thí nghiệm Oxy hóa hệ Fenton FeSO4/H2O2 ......... 36 3.3. Phƣơng pháp phân tích ...................................................................... 40 3.4. Phƣơng pháp tính toán và xử lý số liệu .............................................. 40 3.4.1. Phƣơng pháp tính toán .................................................................. 40 3.4.2. Phƣơng pháp xử lý số liệu ............................................................ 41 3.4.3. Phƣơng pháp tính toán hiệu quả kinh tế ........................................ 41 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 42 4.1. Thí nghiệm 1. Kiểm tra chất lƣợng nƣớc thải đầu vào ....................... 42 4.2. Thí nghiệm 2. Thí nghiệm Jartest ...................................................... 43 4.2.1. Thí nghiệm 2.1. Thí nghiệm Jartest với phèn PAC ....................... 43 4.2.2. Thí nghiệm 2.2. Thí nghiệm Jartest với phèn FAC ....................... 48 4.2.3. Thí nghiệm 2.3. Thí nghiệm Jartest với phèn sắt II ....................... 53 4.2.4. Kết luận chung ............................................................................. 58 4.3. Thí nghiệm 3. Thí nghiệm Oxy hóa Fenton ....................................... 58 4.3.1. Thí nghiệm 3.1. Thí nghiệm xác định pH tối ƣu ........................... 58 4.3.2. Thí nghiệm 3.2. Thí nghiệm xác định t lệ số mol Fe2+/H2O2 tối ƣu....................... .................................................................................... 61 4.4. Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý ................................................. 68 4.4.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý .............................................. 68 4.4.2. Thuyết minh quy trình công nghệ xử lý ........................................ 68 4.4.3. Hiệu suất xử lý của các công trình đơn vị trong dây chuyền công nghệ xử lý............................................................................................... 71 4.4.1. Tổng quát các công trình trong hệ thống xử lý nƣớc thải đƣợc đề xuất......................................................................................................... 72 CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH ................................................ 76 5.1. Kết luận ............................................................................................. 76 5.1.1. Kết luận chung ............................................................................. 76 5.1.2. Kết luận chi tiết ............................................................................ 76 5.2. Kiến nghị ........................................................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO PH L C DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ANPO : Nhóm các quá trình oxi hoá nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng (Advances Non – Photochemical Oxidation Process) AOPs : Quá trình oxi hoá nâng cao (Advanced Oxidation Processes) AOX : Các hợp chất halogen hữu cơ (Adsorbable Organohalogens) APO : Nhóm các quá trình oxi hoá nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng (Advances Photochemical Oxidation Process) BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) BTNMT : Bộ tài nguyên môi trƣờng COD : Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) CTMP : Công nghệ sản xuất bột giấy hóa nhiệt cơ (Chemo Thermo Mechanical Pulp) DAF : Quá trình tuyển nổi khí hòa tan (Dissolved Air Flotation) DIP : Công nghệ xử lý giấy vụn (Deinking Pulp) FAC : Ferous Aluminum Sulphat Compounds HT XLNT : Hệ thống xử lý nƣớc thải PAC : Poly Aluminium Chloride PAHs : Các Hydrocarbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) QCVN : Quy chuẩn Việt Nam SS : Rắn lơ lửng (Suspended Solid) TCXD : Tiêu chuẩn xây dựng TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1. Sơ sơ đồ tóm tắt thành phần hóa học cơ bản của giấy ................................ 6 Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất ............................................................................7 Hình 2.3. Vị trí Công ty Cổ phần tập đoàn Giấy Tân Mai ........................................10 Hình 2.4. Quy trình xử lý nƣớc thải nhà máy giấy Tân Mai .....................................14 Hình 2.5. Quy trình sản xuất giấy vụn ......................................................................17 Hình 2.6. Quy trình sản xuất giấy tái chế..................................................................18 Hình 2.6. Sơ đồ hoạt động của Unitank ....................................................................28 Hình 3.1. Mô hình nghiên cứu thí nghiệm Jartest ..................................................... 35 Hình 3.2. Sơ đồ thiết bị sử dụng trong thí nghiệm oxy hóa bằng fenton ..................37 Hình 4.1. Nƣớc thải đầu vào ở các thời điểm khác nhau tại Nhà máy giấy Tân Mai ...................................................................................................................................42 Hình 4.1. Nƣớc thải trƣớc (trên) và sau (dƣới) khi Jartest với pH tối ƣu của ph n PAC ........................................................................................................................... 43 Hình 4.2. Đồ thị thể hiện pH tối ƣu cho ph n PAC ..................................................44 Hình 4.3. Nƣớc thải sau Jartest với lƣợng lƣợng ph n tối ƣu của ph n PAC ...........46 Hình 4.4. Đồ thị thể hiện lƣợng ph n tối ƣu cho ph n PAC .....................................46 Hình 4.5. Nƣớc thải sau Jartest với pH tối ƣu của ph n FAC ..................................48 Hình 4.6. Đồ thị thể hiện pH tối ƣu cho ph n FAC ..................................................48 Hình 4.7. Đồ thị thể hiện lƣợng ph n tối ƣu cho ph n FAC .....................................50 Hình 4.8. Đồ thị thể hiện lƣợng ph n tối ƣu cho ph n FAC .....................................51 Hình 4.9. Nƣớc thải sau Jartest với lƣợng ph n tối ƣu cho ph n FAC ..................... 51 Hình 4.10. Đồ thị thể hiện lƣợng ph n tối ƣu cho ph n FAC ...................................51 Hình 4.11. Nƣớc thải sau Jartest với pH tối ƣu của ph n sắt ....................................53 Hình 4.12. Đồ thị thể hiện pH tối ƣu cho ph n sắt ...................................................54 Hình 4.13. Nƣớc thải sau Jartest với lƣợng ph n tối ƣu cho ph n sắt ...................... 55 Hình 4.14. Đồ thị thể hiện lƣợng ph n tối ƣu cho ph n sắt ......................................56 Hình 4.15. Đồ thị thể hiện pH tối ƣu cho phản ứng Fenton ......................................58 Hình 4.16. Hình ảnh nƣớc thải sau khi qua thí nghiệm jartest bằng ph n PAC (trên) và (dƣới) khi qua thí nghiệm xác định pH tối ƣu cho phản ứng Fenton ...................59 Hình 4.17. Thí nghiệm xác định lƣợng ph n tối ƣu ..................................................61 Hình 4.18. Đồ thị thể hiện lƣợng ph n tối ƣu ........................................................... 61 Hình 4.19. Đồ thị xác định hàm lƣợng ph n tối ƣu ..................................................62 Hình 4.20. Hình ảnh thí nghiệm xác định lƣợng ph n tối ƣu cho phản ứng Fenton 62 Hình 4.22. Hình ảnh cho kết quả thí nghiệm xác định lƣợng H 2O2 cho thí nghiệm Fenton ........................................................................................................................ 64 Hình 4.21. Đồ thị thể hiện hàm lƣợng H2O2 tối ƣu cho phản ứng Fenton ................64 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Sản lƣợng và chủng loại sản phẩm của Công ty Giấy Tân Mai ...............11 Bảng 2.2. Nhu cầu nguyên liệu sản xuất của Nhà máy Giấy Tân Mai ..................... 11 Bảng 2.3. Danh mục các máy móc thiết bị ............................................................... 12 Bảng 2.4. Kết quả phân tích nƣớc thải đầu vào hệ thống xử lý nƣớc thải ................13 Bảng 2.5. Các phƣơng pháp cơ học .........................................................................20 Bảng 2.6. Các phƣơng pháp xử lý hóa lý ..................................................................20 Bảng 2.7. Các phƣơng pháp xử lý sinh học hiếu khí ................................................21 Bảng 2.8. Các phƣơng pháp xử lý sinh học kỵ khí và quá trình ở hồ ....................... 22 Bảng 2.9. Phƣơng trình phản ứng xảy ra trong quá trình Fenton ............................. 25 Bảng 3.1. Bảng danh sách dụng cụ và hóa chất dùng cho thí nghiệm Jatest ............34 Bảng 3.2. Các phƣơng pháp phân tích mẫu .............................................................. 40 Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm kiểm tra nƣớc thải đầu vào........................................42 Bảng 4.2 Bảng ANOVA ........................................................................................... 44 Bảng 4.3 Bảng so sánh nồng độ xử lý COD giữa các pH thay đổi từ 6 – 8,5..........44 Bảng 4.4. BẢNG ANOVA........................................................................................ 46 Bảng 4.5. So sánh nồng độ xử lý COD giữa lƣợng ph n thay đổi từ 0 – 1 ..............47 Bảng 4.6. Bảng ANOVA .......................................................................................... 49 Bảng 4.7. So sánh nồng độ xử lý COD khi pH thay đổi từ 6,5 – 9........................... 49 Bảng 4.8. BẢNG ANOVA........................................................................................ 52 Bảng 4.9. So sánh nồng độ xử lý COD giữa lƣợng ph n thay đổi từ 4 –9 ...............52 Bảng 4.10. BẢNG ANOVA...................................................................................... 54 Bảng 4.11. So sánh nồng độ xử lý COD giữa pH thay đổi từ 6,5 - 9 ....................... 54 Bảng 4.12. Bảng ANOVA ........................................................................................ 56 Bảng 4.13. So sánh nồng độ xử lý COD giữa lƣợng ph n thay đổi từ 1 – 3,5 ........56 Bảng 4.14. Bảng phân tích ANOVA một chiều ........................................................ 59 Bảng 4.15. So sánh nồng độ xử lý COD khi pH thay đổi từ 2,5 – 7........................ 59 Bảng 4.16. Bảng phân tích ANOVA một chiều ........................................................ 62 Bảng 4.17. So sánh nồng độ xử lý COD của việc thay đổi FeSO 4 theo t lệ:.........63 Bảng 4.18. Bảng phân tích ANOVA.........................................................................65 Bảng 4.19. So sánh nồng độ xử lý COD giữa lƣợng ph n sắt thay đổi theo FeSO4/H2O2 1/7 .........................................................................................................65 Bảng 4.20. So sánh nồng độ xử lý COD giữa lƣợng H 2O2 thay đổi theo t lệ FeSO4/H2O2 ...............................................................................................................65 Bảng 4.21. QCVN 12:2008 BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp giấy và bột giấy .................................................................................... 72 1 CHƢƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Công nghiệp sản xuất giấy chiếm vị trí khá quan trọng trong nền kinh tế nƣớc ta. 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 đƣợc về kinh tế – xã hội, ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề môi trƣờng bức xúc cần phải giải quyết, đặc biệt là vấn đề nƣớc thải phát sinh trong quá trình sản xuất bột giấy. Do đó việc xây dựng và phát triển ngành công nghiệp này phải đi đôi với xử lý ô nhiểm và đổi mới công nghệ theo hƣớng thân thiện với môi trƣờng. Tùy theo công nghệ và sản phẩm, lƣợng nƣớc cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy thành phẩm dao động từ 80m3 đến 450m3. Vì vậy lƣợng nƣớc thải ra từ ngành công nghiệp này cũng rất lớn, nƣớc thải ngành giấy chủ yếu là dịch đen từ công đoạn nấu, nƣớc thải từ công đoạn tẩy trắng và xeo giấy. Có hàm lƣợng chất rắn lơ lửng, BOD, COD cao, đặc biệt trong nƣớc thải nhà máy giấy thƣờng 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 nhƣ các hợp chất clo hữu cơ. Nguồn nƣớc thải này nếu không xử lý triệt để và thải trực tiếp ra ngoài môi trƣờng sẽ gây ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng sống của sinh vật và sức khỏe của con ngƣời. Do đó ô nhiễm nƣớc thải tại các nhà máy giấy đã và đang đƣợc các nhà khoa học và cơ quan quản lý nhà nƣớc về môi môi trƣờng rất quan tâm. Hiện nay có khoảng 100 nhà máy giấy đang hoạt động trong cả nƣớc, qui mô vô cùng đa dạng và phân bố khắp cả nƣớc. Ngoài ba công ty 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 từ vài trăm tấn đến 5 ngàn – 7 ngàn tấn năm. Công ty Cổ phần Tập Đoàn Tân Mai là một trong hai đơn vị sản xuất giấy lớn nhất cả nƣớc. Gồm nhiều đơn vị thành viên trong đó có Nhà máy giấy Tân Mai, tọa lạc tại Khu phố 1, Phƣờng Thống Nhất, Biên Hòa, Đồng Nai, hiện tại nhà máy đã đầu tƣ xây dựng hệ thống xử lý nƣớc thải. Tuy nhiên sau một thời gian hoạt động, 2 với đặc tính nƣớc thải đặc trƣng của nhà máy giấy, hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy vẫn còn một số chỉ tiêu chƣa đáp ứng đƣợc các yêu cầu xã thải. Cùng với chủ trƣơng di dời các loại hình công nghiệp gây ô nhiễm ra khỏi khu vực đô thị của Ủy Ban Nhân Dân tỉnh Đồng Nai thì trong thời gian tới Nhà máy giấy Tân Mai phải dời về xã Long Phƣớc, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai, với tên gọi là Nhà máy giấy Tân Mai - Miền Đông và công suất dự kiến 150.000 tấn giấy in báo năm. Lúc này nhà máy sẽ có quy mô sản xuất và lƣu lƣợng dòng thải khác nhƣng tính chất dòng thải tƣơng tự Nhà máy giấy Tân Mai. Khi nhà máy đi vào hoạt động, thì việc phát sinh các nguồn thải đặc biệt là nƣớc thải có ảnh hƣởng không nhỏ đến môi trƣờng. Do đó vấn đề xử lý nƣớc thải Nhà máy giấy Tân Mai Miền Đông đƣợc đƣa ra, với mục tiêu giải quyết vấn đề này cách triệt để với chi phí hợp lý, góp phần ngăn ngừa ô nhiểm do ngành sản xuất giấy và bột giấy. Việc tiến hành đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp xử lý nước thải của Nhà máy giấy Tân Mai –Miền Đông” là cần thiết. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, xử lý nƣớc thải Nhà máy Giấy Tân Mai bằng phƣơng pháp hóa lý. Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy giấy Tân Mai – Miền Đông. 1.3. Nội dung nghiên cứu 1.3.1. Thu thập, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài Tổng quan về công nghệ giấy và bột giấy, các biện pháp xử lý nƣớc thải. Tìm hiểu các tài liệu về Nhà máy giấy Tân Mai, Nhà máy giấy Tân Mai Miền Đông, Hệ thống Xử lý Nƣớc thải Nhà máy giấy Tân Mai. 1.3.2. Phân tích tính chất nƣớc thải Tiến hành phân tích các chỉ tiêu của nƣớc thải đầu vào góp phần vào việc đề xuất phƣơng án xử lý thích hợp. 3 1.3.3. Thí nghiệm hóa lý Đối với thí nghiệm Jatest tiến hành làm thí nghiệm với các loại chất keo tụ PAC, FAC, FeSO4.7H2O để xác định pH và liều lƣợng ph n tối ƣu cho quá trình keo tụ. Tiến hành thí nghiệm Oxy hóa nâng cao hệ Fenton FeSO4/H2O2 nhằm đánh giá khả năng xử lý nƣớc đồng thời xác định pH tối ƣu và t lệ FeSO 4/H2O2 tối ƣu cho quá trình oxy hóa. 1.3.4. Ứng dụng vào thiết kế Dựa vào kết quả thí nghiệm và các công nghệ xử lý nƣớc thải, đề xuất biện pháp và quy trình xử lý nƣớc thải Nhà máy giấy Tân Mai - Miền Đông với công suất 18.000 m3 ngày.đêm. Tính toán các công trình đơn vị và tính toán kinh tế. Lập bản vẽ thiết kế. Tổng hợp dữ liệu, phân tích, viết báo cáo. 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 1.4.1. Phƣơng pháp tổng hợp tài liệu Thu thập, tổng hợp các tài liệu nghiên cứu về tính chất nƣớc thải ngành giấy, các nghiên cứu về phƣơng pháp và công nghệ xử lý nƣớc thải giấy trong và ngoài nƣớc. Tìm hiểu về thí nghiệm Jartest, thí nghiệm Oxy hóa nâng cao hệ Fenton. Thu thập, tổng hợp các tài liệu nghiên cứu về mô hình xử lý nƣớc thải Unitank. 1.4.2. Phƣơng pháp thực nghiệm Tiến hành thí nghiệm Jartest và thí nghiệm oxy hóa nâng cao hệ Fenton tại phòng thí nghiệm Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên – Trƣờng Đại học Nông Lâm. 4 1.4.3. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu nƣớc thải Bao gồm các phƣơng pháp lấy mẫu, phân tích và đánh giá các chỉ tiêu hóa lý, chỉ tiêu chất hữu cơ của nƣớc thải giấy. Toàn bộ kĩ thuật lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trƣờng đƣợc tiến hành theo đúng quy dịnh của tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Quốc tế, Standard Methods for the Examination of Water and waste Water. Theo các tiêu chuẩn sau: - Đo pH đo bằng máy đo theo TCVN 6492:1999 - Xác định chất rắn lơ lững theo TCVN 6625:2000 - Xác định COD bằng phƣơng pháp đun hoàn lƣu kín theo TCVN 6491:1999 - Xác định hàm lƣợng Oxy sinh học (BOD5) theo TCVN 6001:1995 - Xác định P tổng, PO43- bằng phƣơng pháp trắc phổ dùng amoni molipdat theo TCVN TCVN 6202:1996 - Xác định nitơ ken-đan (KJELDAHL) bằng phƣơng pháp sau khi vô cơ hoá với Selen theo TCVN 5987 :1995 - Xác định độ màu theo TCVN 4558 : 1988. 1.4.4. Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu Sử dụng phần mềm Word để viết văn bản, tính toán và vẽ biểu đồ dựa trên phần mền Microsoft Office Exel, phiên bản 2007. Việc phân tích, xử lý số liệu, chạy hàm ANOVA một chiều sử dụng phần mềm STATGRAPHICS phiên bản chạy trên môi trƣờng MS-DOS của Trƣờng Đại học Nông Lâm. 1.5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.5.1. Đối tƣợng nghiên cứu Nƣớc thải nhà máy giấy lấy từ sau bể điều hòa (bể lắng tập trung) của hệ thống xử lý nƣớc thải của Nhà máy giấy Tân Mai – Công ty Cổ phần Tập đoàn Tân Mai. 5 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu Không gian: - Nhà máy giấy Tân Mai, Khu phố 1, Phƣờng Thống Nhất, Biên Hòa, Đồng Nai - Nhà máy giấy Tân Mai – Miền Đông, xã Long Phƣớc, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai. Thời gian: 5 tháng. Địa điểm: Phòng Thí nghiệm Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Trƣờng Đại học Nông Lâm Tp.HCM. Thí nghiệm: - Phân tích tính chất nƣớc thải đầu vào HTXLNT Nhà máy giấy Tân Mai - Tiến hành thí nghiệm jartest với 3 loại phèn là phèn PAC, phèn FAC, phèn sắt FeSO4.7H2O - Tiến hành thí nghiệm oxy hóa nâng cao hệ Fenton. 1.6. Ý nghĩa của đề tài Mối quan tâm đến môi trƣờng ngày càng gia tăng và vấn đề môi trƣờng cũng trở thành sức ép của các doanh nghiệp trong đó có ngành công nghiệp giấy và bột giấy. Vì thế vấn đề nghiên cứu công nghệ thích hợp để xử lý nƣớc thải ngành công nghiệp này là hết sức cần thiết. Hiện nay hầu hết các hệ thống xử lý nƣớc thải của các nhà máy giấy chƣa xử lý triệt để những chất ô nhiễm mà ngành giấy phát sinh nhƣ COD, BOD, AOX (các hợp chất clo hữu cơ), lignin, độ màu… Xuất phát từ những nhu cầu thực tế đó mà đề tài: “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp xử lý nước thải của nhà máy Giấy Tân Mai – Miền Đông” đƣợc thực hiện để nghiên cứu và đề xuất công nghệ xử lý thích hợp cho Nhà máy giấy Tân Mai – Miền Đông và các nhà máy khác có công nghệ sản xuất tƣơng tự. 6 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về ngành giấy và bột giấy 2.1.1. Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy Nguyên liệu Sợi cellulose là nguyên liệu chính cho cho nghệ sản xuất giấy và bột giấy. Trong công nghiệp sản xuất giấy là bột giấy cellulose chủ yếu đƣợc cung cấp từ các nguồn sau: - Các loại gỗ: Bạch đàn, bồ đề, mỡ, keo… - Các thực vật ngoài gỗ: Tre nứa, bã mía, rơm rạ… - Các vật liệu tái sinh: Vải vụn, giấy vụn, giấy đã sử dụng… Trong đó gỗ là nguồn cung cấp sợi quan trọng nhất. Thành phần hóa học cơ bản của sợi gồm: Cellulose, Hemicellulose, lignin, extractive.[10]. 21 – 25 % GỖ 2–8% LIGNIN EXTRACTIVE CARBOHYDRATE 45 % CELLULOSE Glucose 25 – 35 % HEMICELLULOSE Glucose, Mannose,Galactose, Xylose, Arabinose Hình 2.1. Sơ sơ đồ tóm tắt thành phần hóa học cơ bản của giấy 7 Công nghệ sản xuất giấy  Sơ đồ công nghệ[6] Nguyên liệu thô ( tre, nứa, gỗ..) Nƣớc rửa Gia công nguyên liệu thô Hóa chất nấu Hơi nƣớc Nƣớc rửa Hóa chất tẩy Nƣớc thải chứa tạp chất Nấu Nƣớc ngƣng Rửa Cô đặc – đốt – xút hóa Dung dịch kiềm tuần hoàn Nƣớc ngƣng Tẩy trắng Nƣớc thải có độ màu, BOD5, COD cao Nghiền bột Nƣớc thải có SS, BOD5 , COD cao Xeo giấy Nƣớc thải có SS, BOD5 , COD cao Chất độn, phụ gia Phèn Hơi nƣớc Dầu Nƣớc Hơi nƣớc Sấy Nƣớc ngƣng Sản phẩm Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất  Thuyết minh quy trình  Gia công nguyên liệu thô Nguyên liệu thô đƣợc sử dụng là tre, các loại gỗ mềm khác, giấy phế liệu hoặc tái chế, v.v… Trƣờng hợp là gỗ thì sau khi đã cân trọng lƣợng, gỗ xếp đống trong sân chứa và sau đó đƣợc mang đi cắt thành mảnh. 8 Khi sử dụng các nguyên liệu thô nhƣ giấy thải, thì giấy thải sẽ đƣợc sàng lọc để tách các loại tạp chất nhƣ vải sợi, nhựa, giấy sáp hoặc giấy có cán phủ. Các tạp chất này sẽ đƣợc thải ra nhƣ chất thải rắn và phần nguyên liệu còn lại sẽ đƣợc chuyển đến công đoạn sản xuất bột giấy.  Sản xuất bột Nấu: Gỗ thƣờng gồm 50 xơ, 20-30 đƣờng không chứa xơ, và 20-30% lignin. Lignin là một hợp chất hóa học liên kết các xơ với nhau. Quá trình nấu đƣợc thực hiện theo mẻ với kiềm (NaOH) và hơi nƣớc. Bột thƣờng đƣợc chuyển qua các sàng để tách mấu trƣớc khi rửa. Rửa: Trong quá trình rửa, bột từ tháp phóng và sàng mấu đƣợc rửa bằng nƣớc. Dịch đen loãng từ bột đƣợc loại bỏ trong quá trình rửa và đƣợc chuyển đến quá trình thu hồi hóa chất. Bột đƣợc tiếp tục rửa trong các bể rửa khoảng 5-6 giờ. Bột sau khi rửa thƣờng có chứa tạp chất là cát và một số mảnh chƣa đƣợc nấu. Tạp chất này đƣợc loại bỏ bằng cách sàng và làm sạch li tâm, sau sàng, bột giấy thƣờng có nồng độ 1 sẽ đƣợc làm đặc tới khoảng 4 để chuyển sang bƣớc tiếp theo là tẩy trắng. Tẩy trắng: Công đoạn tẩy trắng đƣợc thực hiện nhằm đạt đƣợc độ sáng và độ trắng cho bột giấy. Loại và lƣợng hóa chất sử dụng phụ thuộc vào loại sản phẩm sẽ đƣợc sản xuất từ bột giấy đó. Các hóa chất dùng cho loại tẩy này là clo, dioxit clo, hypoclo và hydroxide natri. Chuẩn bị phối liệu bột (nghiền bột) Bột giấy đã tẩy trắng sẽ đƣợc trộn với các loại bột khác từ giấy phế liệu hoặc bột nhập khẩu. Sự pha trộn phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và loại giấy cần sản xuất. Thông thƣờng, các hóa chất dùng để trộn là nhựa thông, phèn, bột đá, thuốc nhuộm (tùy chọn), chất tăng trắng quang học và chất kết dính.  Xeo giấy Bột giấy đã trộn lại đƣợc làm sạch bằng phƣơng pháp ly tâm để loại bỏ chất phụ gia thừa và tạp chất, đƣợc cấp vào máy xeo thông qua hộp đầu.