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 m 3 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 – 15m 3 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 m 3 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, CaCO 3 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 (m 3 /t) 150 – 300 BOD 5 (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 H 2 S hay CO 2 ) 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 m 3 /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 ÷ 37 0 C, 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, NH 4 + , PO 4 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 m 3 , 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 m 3 /1 ngày đêm nhưng hiện nay với lưu lượng nước thải trung bình một ngày đêm khoảng 26.000 m 3 , 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 Bằng 3 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 0 C 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 NH 4 + mg/l 5,26 3,74 ≤ 1,0 7 PO 4 3- 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 (COD Ra ≤ 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 NH 4 + , PO 4 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 ÷ 30 0 C, 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/m 3 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 NH 4 + Mẫu COD (mg/l) Vào HTXLNT Không bổ sung dinh dưỡng Có bổ sung 0,5 gam phân vi lượng/m 3 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 NH 4 + (mg/l) Không bổ sung vi lượng Có bổ sung 0,5 gam phân vi lượng/m 3 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 PO 4 3- (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 PO 4 3- Sự biến thiên COD, NH 4 + , PO 4 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/m 3 , thời gian xử lý 18h. Trong nghiên cứu này, các giá trị nhiệt độ 26 ÷ 30 0 C, 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 NH 4 + Mẫu COD (mg/l) Vào HTXLN T Ra HTXLN T Ra bổ sung N, P Ra bổ 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 NH 4 + (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 PO 4 3- Hiệu xuất loại bỏ COD và hiệu quả sử dụng NH 4 + và PO 4 3- . Mẫu PO 4 3- (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 (NH 4 + và PO 4 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 ÷30 0 C, 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 [...]... PO43- 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 vi c 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... KIẾN NGHỊ 1 Nên thay vi c bổ sung ure và axit photphoric như hiện nay bằng cách bổ sung phân vi lượng cho vi c 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 Vi t 1 Chu Đào Anh,... 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. .. 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 Vi t 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... 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 vi c bổ sung phân vi lượng và 5.970.000 VNĐ/ngày với trường hợp không bổ xung vi lượng Như vậy, vi c bổ xung phân vi. .. 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... 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... vi lượng Nên khi thiếu các nguyên tố này thì khả năng hoạt động của chúng sẽ bị giảm, chính vì vậy mà vi c 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. .. 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. .. 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 . 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, . 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