XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH GIẤY

I. Đặc điểm nước thải từ ngành sản xuất giấy

     Công nghiệp sản xuất giấy là một trong những ngành công nghiệp được hình thành và phát triển từ rất lâu! Cùng với sự phát triển của khoa học – kỹ thuật, kinh tế ngày càng phát triển hơn, nhu cầu sử dụng giấy của con người cũng theo đó mà đa dạng, phong phú hơn. Thế nhưng: việc xử lý được nước thải trong quá trình sản xuất bột giấy như thế nào cho hiệu quả thì không phải là một vấn đề đơn giản!
Với đặc điểm thành phần nước thải có hàm lượng Cellulose cao thì cần một quy trình xử lý nước thải bài bản mới có thể xử lý tốt được!
 

II. Thành phần, đặc điểm và thông số ô nhiễm

    - Sản xuất bột giấy từ nguyên liệu thô có nguồn gốc thực vật như gỗ, rơm, bã mía,… (đây là quá trình làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và đáng quan tâm trong xử lý nước thải giấy).
    - Dòng thải rửa nguyên liệu bao gồm chất hữu cơ hòa tan,  đất đá, thuốc bảo 
vệ thực vật, vỏ cây…
     - Dòng thải từ công đoạn tẩy của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng 
phương pháp hóa học và bán hóa chứa các chất hữu cơ, lignin hòa tan và 
hợp chất tạo thành của những chất đó với chất tẩy ở dạng độc hại. Dòng này 
có độ màu, giá trị BOD5 và COD cao.
    - Dòng thải của quá trình nấu và rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ 
hòa tan, các chất nấu và một phần xơ sợi. Dòng thải có màu tối nên thường 
được gọi là dịch đen. Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25 đến 35%, tỷ 
lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ 70:30.
     - Dòng thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột 
giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thong, phẩm màu, cao 
lanh.
     - Dòng thải từ các khâu rửa thiết bị, rửa sàn, dòng chảy tràn có hàm lượng 
các chất lơ lửng và các chất rơi vãi.
    - Quá trình xeo giấy – sản xuất các loại giấy đi từ bột giấy (nước thải từ quá trình này công nghệ xử lý khá đơn giản).

     -Nước thải sinh hoạt.

      Để sản xuất 1 tấn bột giấy ta phải thải ra môi trường từ 2 đến 3 tấn chất thải (chất thải loại từ gỗ và hóa chất trong quá trình xử lý). Tiêu tốn từ 200 đến 500 m3 nước sạch để sản xuất nó phụ thuộc vào công nghệ và sản phẩm. Trong sản xuất bột giấy thì nước ít đi vào sản phẩm (tức là cần từ 200 đến 500 m3 để sản xuất thì cũng từng ấy nước thải giấy phải thải ra môi trường).
     Chất thải của quá trình xeo giấy chính là lượng còn dư của các hóa chất đưa vào nhằm phối trộn hoặc kết dính để tạo ra sản phẩm. Ngoài ra còn có các chất tẩy trắng, chất oxy hóa cũng cần phải quan tâm trong xử lý nước thải giấy.

III.  Nguyên tắc xử lý 

     Dòng hỗn hợp nước thải thu gom từ các xưởng sản xuất nằm phân tán trong khu vực làng nghề được thu gom bởi hệ thống cống chung dẫn tới trạm xử lý.  Từ đây, nước thải được dẫn qua các khâu xử lý sau:
+ Tiền xử lý: Tách loại rác, cát từ hệ thống cống chung bằng hệ thống song chắn rác cố định, cơ khí và hệ thống bể tách rác, tách cặn và chất nổi.
+ Xử lý cơ học: Gồm có các bước Trung hòa và Keo tụ tách cặn.

     - Trung hòa: Do trong quá trình sản xuất có sử dụng xút và các chất tẩy rửa, đồng thời quá trình tẩy mực in, đánh mầu cho giấy cũng thải vào nước rất nhiều loại hóa chất khác nhau, do vậy có thể làm pH trong nước thải thay đổi rất lớn. Để đảm bảo cho các khâu xử lý hóa sinh học phía sau, nước thải cần được kiểm soát và cân bằng pH.
     - Tách cặn: Sau khi được ổn định pH về mức từ 6,5 – 8,5 nước thải được hòa trộn với một loại hóa chất keo tụ nhằm kết dính các cặn lơ lửng có trong nước thành các bông có kích thước lớn dần.Tùy vào công nghệ tách cặn được sử dụng như thế nào để có được loại hóa chất keo tụ phù hợp. Sau khi được hòa trộn và phản ứng với hóa chất, để tách các bông cặn keo tụ ra khỏi nước, trong xử lý nước thải tái chế giấy, người ta có thể sử dụng 2 phương pháp sau:
* Phương pháp lắng trọng lực: Sử dụng các bể lắng truyền thống để tách cặn, trong đó phần cặn nặng sẽ được kéo xuống đáy bể và hố thu gom nhờ trọng lực, phần nước trong sẽ đi lên và được thu bởi các máng thu đưa sang các công trình tiếp theo.
* Phương pháp tuyển nổi: Khác với bể lắng truyền thống, phương pháp tuyển nổi tách các bông cặn trong nước bằng cách tạo ra các bọt khí với kích cỡ siêu nhỏ (cỡ micromet), các bọt khí siêu nhỏ này khi kết hợp với các bông cặn tạo thành một hệ khối có khối lượng riêng nhỏ hơn nước, do vậy chúng nổi lên trên mặt nước và được thu gom tách loại ra khỏi nước, phần nước trong, ngược lại so với phương pháp lắng lại được thu ở phần dưới đáy bể hoặc giữa và đưa sang công trình xử lý tiếp theo.
     + Xử lý sinh học. Theo nghiên cứu thành phần của nước thải tái chế giấy, dòng thải hỗn hợp từ nước thải tái chế giấy có các thành phần đặc trưng như BOD₅, COD, SS rất lớn, vượt tiêu chuẩn hàng chục đến hàng trăm lần, trong khi các chỉ tiêu dinh dưỡng như T-N, T-P lại hầu như rất thấp, do vậy cần phải tính đến vấn đề bổ sung dinh dưỡng cho nước thải trong quá trình xử lý sinh học. Với các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ tương đối cao, nước thải cần phải xử lý qua hai khâu riêng biệt:
     - Xử lý yếm khí: Tạo môi trường yếm khí, bổ sung một phần dinh dưỡng cho nước thải nhằm xử lý BOD, COD trong nước. Đặc trưng của quá trình yếm khí là thời gian lưu nước lớn, do vậy kích thước công trình xử lý tăng lên, đồng thời cần phải đảm bảo điều kiện ổn định về nhiệt độ nước thải.
      - Xử lý hiếu khí (quá trình bùn hoạt tính): Để đưa các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ về mức tiêu chuẩn cho phép cần phải có quá trình xử lý hiếu khí. Trong môi trường hiếu khí, các vi sinh vật sử dụng khí hoạt động mạnh sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải cho quá trình tăng trưởng, phân ly của mình, điều đó giúp làm giảm nồng độ hữu cơ trong nước. Khí phải được cấp liên tục, thường xuyên để giúp các vi sinh vật hoạt động ổn định. Có rất nhiều phương pháp bùn hoạt tính khác nhau có thể được sử dụng như các quá trình bùn hoạt tính trong bể Aeration, Kênh ô xy hóa tuần hoàn, SBR,…
     + Kết thúc: Quá trình này là tập hợp các khâu làm sạch cuối cùng nhằm đảm bảo các chỉ tiêu quy định trong tiêu chuẩn trước khi xả nước thải ra nguồn tiếp nhận ngoài môi trường. Các khâu bao gồm:
     - Lắng thứ cấp: Loại bỏ các cặn lơ lửng, bùn hoạt tính trong nước nhằm đưa chỉ tiêu SS về dưới mức tiêu chuẩn cho phép. Có nhiều loại bể lắng thứ cấp khác nhau, tùy quy mô công suất và mức độ xử lý để có thể lựa chọn công trình thích hợp như hệ bể lắng đứng, lắng ngang, lắng ly tâm, lớp mỏng,…
      - Khử trùng: Đáp ứng chỉ tiêu Coliform trong nước thải xả ra môi trường bên ngoài. Tùy quy mô công suất mà người ta có thể sử dụng các phương pháp khử trùng khác nhau như sử dụng hóa chất Clo – Javen cho trạm có công suất vừa và nhỏ, sử dụng khí Clo hóa lỏng cho trạm có công suất vừa và lớn, sử dụng hệ thống khử trùng bằng tia UV (Cực tím),….
       - Ngoài ra, tùy vào mức độ xử lý yêu cầu mà người ta còn có thể sử dụng bổ sung một số công trình nhằm làm sạch triệt để nước thải cho mục đích tái sử dụng hoặc xả thải an toàn ra các nguồn tiếp nhận có ý nghĩa quan trọng về du lịch, văn hóa,… Sử dụng hệ thống bể lọc cát, than hoạt tính,… nhằm loại bỏ các hợp chất AOX (có thể có). Nước thải sau khi qua hệ thống xử lý này có thể tái sử dụng cho mục đích sản xuất tại các xưởng, xí nghiệp giấy. Tuy nhiên xử lý cấp cao này sẽ khiến chi phí giá thành sản xuất xử lý nước thải tăng lên rất nhiều.

  IV.  Công nghệ sử lý nước thải giấy

V. Thuyết minh sơ đồ công nghệ xử lý nước thải giấy:

        Nước thải từ công đoạn sản xuất bột giấy được đưa qua hố thu nhằm điều  chỉnh PH thích hợp. Sau đó, nước thải từ hố thu và nước  thải từ công đoạn  xeo giấy được đưa qua song chắn rác nhằm giữ lại những tạp chất thô (chủ yếu là rác) có trong nước thải. Sau đó nước được đưa qua bể lắng cát, để  lắng các tạp chất vô cơ đảm bảo cho các qúa trình xử lý sau, cát từ bể lắng  được dẫn đến sân phơi cát để làm ráo nước và đem  đi chôn lắp hoặc trãi  đường. 
     Nước tiếp tục đưa sang bể điều hòa nhằm ổn định lưu lượng và nồng độ. Tại bể điều hòa,  chúng tôi bố trí đĩa phân phối khí thô nhằm  mục đích hòa trộn  đồng đều nước thải trên toàn diện tích bể,  ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn ở bể,  sinh ra mùi khó chịu.  Điều  hòa lưu lượng  là  phương  phápđược  áp  dụng để  khắc  phục  các vấn  đề  sinh ra sự  dao động  của lưu lượng,  cải thiện hiệu quả hoạt động  của  các  quá trình xử lý  tiếp  theo.  Bơm được lắp đặt trong bể điều hòa để đưa nước lên các công trình phía sau.
     Từ bể điều hòa nước được bơm trực tiếp sang bể keo tụ tạo bông, nhằm keo  tụ giảm lượng chất rắn lơ lửng. Nước tiếp tục được chảy sang bể lằng I để loại bỏ các cặn sinh ra trong quá trình keo tụ tạo  bông.  Ở đây ta thu hồi bột còn một phần bùn được đưa sang bể chứa bùn.  Nước thải tiếp tục sang bể arotank. Bể Aerotank có nhiệm vụ xử lý các chất  hữu cơ còn lại trong nước thải. Tại bể Aerotank diễn ra quá trình oxi hóa các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải dưới sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí. Trong bể Aerotank có hệ thống sục khí trên khắp diện tích bể nhằm cung cấp oxi, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sống, phát triển và phân giải các chất ô nhiễm. Vi sinh vật hiếu khí sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ dạng keo và hòa tan có trong nước để sinh trưởng. Vi sinh vật phát triển thành quần thể dạng bông bùn dễ lắng gọi là bùn hoạt tính. Khi vi sinh vật phát triển mạnh, sinh khối tăng tạo thành bùn hoạt tính. Hàm lượng bùn hoạt tính nên duy trì  ở nồng độ khoảng 2500 – 4000 mg/l.
      Do đó, một phần bùn lắng tại bể lắng sẽ được bơm tuần hoàn trở lại vào bể Aerotank để đảm bảo nồng độ bùn nhất định trong bể. Nước thải sau xử lý sinh học có mang theo bùn hoạt tính cần phải loại bỏ trước khi đi vào các bể tiếp theo, vì vậy bể lắng 2 có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải. 
Nước sạch được thu đều trên bề mặt bể lắng thông qua máng tràn răng cưa.
Nước thải sau bể lắng  sẽ tự chảy sang bể khử trùng qua Clo và được bơm qua bể lọc áp lực đa lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh và than hoạt tính, để loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan, các nguyên tố dạng vết, những chất khó hoặc không phân giải sinh học và halogen hữu cơ. Nước thải sau khi qua bể lọc áp lực sẽ đi qua bể nano dạng khô để loại bỏ lượng SS còn sót lại trong nước thải, đồng thời khử trùng nước thải trước khi nước thải được xả thải vào nguồn tiếp nhận. Nước sau khi qua bể khử trùng đạt yêu cầu xả thải vào nguồn tiếp nhận theo quy định hiện hành của pháp luật.

V. Những lưu ý khi xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy.

    Tùy thuộc vào đặc điểm riêng của hệ thống, điều kiện kinh tế, diện tích đất xây để có thể đưa ra quy trình xử lý phù hợp!  
     - Lưới lượt rác tinh với kích thước khoảng 1 µm có thể loại bỏ các tạp chất lơ lửng nhỏ mà ta không loại được ở song chắn rác thô.

    - Bể tuyển nổi siêu nông DAF được sử dụng sẽ tiết kiệm được rất nhiều về diện tích xây dựng, hiệu quả rất tốt so với bể lắng sơ bộ vì nước thải giấy các tạp chất lơ lửng có tỉ trọng nhẹ hơn so với nước. Vì thế sử dụng bể này mang lại hiệu quả khá cao mà lại tiết kiệm được chi phí đầu tư rất lớn trong xử lý nước thải giấy.
    - Không sử dụng phương pháp kỵ khí thông thường là UASB mà ở đây ta sử dụng bể kỵ khí sử dụng bùn hạt (với các hạt bùn kích thước khoảng vài mm được công ty môi trường Xuyên Việt chế tạo, nhằm tạo điều kiện cho vi sinh vật dính bám phát triển và lơ lửng trong nước, tăng hiệu quả và hiệu suất xử lý hơn rất nhiều so với kỵ khí thông thường).
     - Sau bể kỵ khí thì người ta thường cho vào bể sinh học Aerotank nhưng nếu làm như thế là vi sinh sẽ bị sốc tải trọng và không xử lý được, nhất là đối với xử lý nước thải giấy tái chế hàm lượng chất ô nhiễm khá cao. Vì vậy phải có bể MBBR trước đó để giảm tải trọng các chất ô nhiễm, tại bể này hiệu suất xử lý COD lên đến 80%. Chính vì thế tạo điều kiện cho bể Aerotank hoạt động rất tốt và hiệu suất tại Aerotank sẽ tốt hơn thông thường và đạt hiệu suất khoảng 75- 80% COD.
      - Bể lọc thô được sử dụng nhằm tái sử dụng được nguồn nước cho quá trình sản xuất, phần còn lại sẽ qua khử trùng và thải ra nguồn tiếp nhận. Vì tái sử dụng một phần nên bể khử trùng sẽ thuận lợi hơn, thể tích bể cũng giảm đi đáng kể.