Khóa Luận: Nghiên cứu Công nghệ Xử lý Bùn thải Giấy Theo hướng Tái Sản xuất Nguyên liệu thô (tre, nứa, gỗ mềm…) CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU Chặt, băm, cắt Thu hồi hóa chất Nấu Rửa NGHIỀN BỘT Sàng Làm sạch Hóa chất Tẩy trắng Nước Rửa Hóa chất Nghiền đĩa Nước Làm sạch, ly tâm Nước thải CHUẨN BỊ BỘT Xeo Nước thải XEO GIẤY Hoàn tất Sơ đồ 2.1. Sơ đồ quy trình tổng quát quá trình sản xuất giấy c. Chất thải ngành giấy. Nhà máy giấy và bột giấy sinh ra chất thải dưới dạng: Nước thải, khí thải và chất thải rắn. Loại chất thải nổi bật nhất là nước thải, sau đó là khí thải và chất thải rắn. Các nhà máy giấy và bột giấy sinh ra một lượng nước thải lớn nếu không được 11 Khóa Luận: Nghiên cứu Công nghệ Xử lý Bùn thải Giấy Theo hướng Tái Sản xuất xử lý thì có thể ảnh hưởng tới nguồn tiếp nhận. Các nguồn chất thải điển hình được thể hiện trong bảng sau: Bảng 2.1. Nguồn phát sinh chất thải điển hình từ nhà máy giấy. Bộ phận Các nguồn điển hình - Hơi ngưng khi phóng bột. - Dịch đen bị rò dỉ hoặc bị tràn. - Nước làm mát ở các thiết bị nghiền đĩa. Sản xuất bột giấy - Rữa bột giấy chưa tẩy trắng. - Phân tách loại có chứa nhiều sơ, sạn và cát. - Phân lọc ra khi làm đặc bột giấy. - Nước rửa sau tẩy trắng có chứa chlorolignin. - Nước thải có chứa hypochlorite. Chuẩn bị phối liệu bột - Rò rỉ và tràn các hóa chất / phụ gia. - Rửa sàn. - Phân tách loại từ máy làm sạch ly tâm có chứa xơ, sạn và cát. Xeo giấy - Chất thải từ hố lưới có chứa xơ. - Dòng tràn từ hố bơm quạt. - Phần nước lọc ra từ thiết bị tách nước có chứa xơ, bột đá và các chất . - Nước xả đáy. Khu vực phụ trợ - Nước ngưng tụ chưa được thu hồi. - Nước thải hoàn nguyên từ tháp làm mềm. - Nước làm mát máy nén khí. - Nước ngưng tụ từ máy hóa hơi. - Dịch loãng từ thiết bị rửa cặn. Thu hồi hóa chất - Dịch loãng từ thiết bị rửa bùn. - Nước bẩn ngưng đọng. - Nước ngưng tụ từ thiết bị làm mát và từ hơi nước. (Nguồn: Tài liệu sản xuất sạch hơn nghành Sản xuất Giấy và Bột giấy, 2008) Phần lớn nước thải phát sinh là nước dùng trong quy trình tiếp xúc với nguyên liệu thô, với các sản phẩm, sản phẩm phụ và các chất dư thừa. Quy trình sản xuất bột giấy bằng kiềm tiêu tốn khoảng 2 tấn gỗ cho mỗi tấn bột giấy sản xuất ra, nghĩa là khoảng một nữa lượng nguyên liệu thô bị hòa trộn trong dung dịch nấu. Các quy trình sản xuất bột giấy cho loại giấy viết và giấy in có sản lượng bột khoảng 45 – 50%. Tải lượng BOD5 từ các quy trình này khoảng 300-600 kg đối với một tấn bột giấy khô, tương tự như BOD5 thì COD khoảng 1200-1600 kg đối với 1 tấn bột giấy khô. Tại các nhà máy thì công đoạn tẩy trắng bột giấy là công đoạn gây nhiều ô nhiễm nhất. Nước thải từ công đoạn này chiếm 50-75% tổng lượng nước thải và chiếm 80- 95% tổng lượng dòng thải ô nhiễm. 12 Khóa Luận: Nghiên cứu Công nghệ Xử lý Bùn thải Giấy Theo hướng Tái Sản xuất Sản xuất giấy là một quá trình vật lý, các chất phụ gia trong quá trình xeo giấy như các hợp chất hồ và phủ cũng là một trong những nguyên nhân gây ra ô nhiễm. So với quá trình làm bột giấy thì nước thải từ công đoạn sản xuất giấy có phần cao hơn về hàm lượng chất rắn lơ lửng nhưng hàm lượng BOD lại ít hơn. Tổng lượng nước thải và giá trị tải lượng ô nhiễm cho một tấn giấy khô trước khi xử lý của một số nhà máy giấy và bột giấy tại tỉnh Bình Dương được thể hiện ở bảng sau: Bảng 2.2. Giá trị tải lượng ô nhiễm của nghành giấy. STT 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 Doanh nghiệp Tải lượng ô nhiễm (Kg/ngày) COD BOD TSS Công ty TNHH giấy lụa New toyo 598 232 73 Công ty TNHH TM-XD-CN Hòa Phương 10 4 6 Công ty TNHH giấy Vạn Phát 321 130 105 Công ty TNHH giấy An Bình 1100 547 160 DNTN giấy Hùng Hưng 28 13 17 Công ty TNHH giấy Phát Đạt 152 58 84 CÔNG TY tnhh Châu Thới 131 43 206 XNTD Thuận An 105 59 19 DNTN Phước Lộc Thọ 235 93 36 Nhà máy giấy Bình An 223 100 614 Công ty TNHH An Lộc 605 190 393 Cơ sở giấy Lộc Bình 455 269 533 (Nguồn: Tài liệu sản xuất sạch hơn nghành Sản xuất Giấy và Bột giấy, 2008) Chất thải rắn bao gồm: Bùn, tro, chất thải gỗ, phần tách loại từ quá trình làm sạch ly tâm, cát và sạn. Bùn chủ yếu là phần cặn của bể lắng, cặn từ tầng làm khô của trạm xử lý nước thải. Bên cạnh đó, đôi khi còn có cặn của dầu thải từ thùng chứa dầu đốt. Khi xử dụng than, xỉ và phần than chưa cháy từ lò hơi cũng là nguồn thải rắn cần phải thải bỏ một cách an toàn. Lượng chất thải rắn của các công đoạn hoạt động khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố như quy mô hoạt động, thành phần nguyên liệu thô. d. Công nghệ xử lý nước thải tại Công ty TNHH giấy lụa NewToyo. Công ty TNHH giấy lụa NewToyo là công ty có hệ thống xử lý nước thải tương đối hoàn chỉnh. Nhà máy sản xuất giấy lụa của công ty được xây dựng tại KCN Việt Nam-Singapore với các sản phẩm chính là: Giấy cuộn và các sản phẩm hoàn tất như giấy cuộn vệ sinh, khăn giấy lụa, khăn giấy hộp, khăn giấy lụa bỏ túi, giấy ăn có chất lượng cao. Công ty hoạt động với công suất sản xuất 20.000 tấn sản 13 Khóa Luận: Nghiên cứu Công nghệ Xử lý Bùn thải Giấy Theo hướng Tái Sản xuất phẩm/năm, với lưu lượng nước thải trung bình 3300m 3/ngày. Sau đây là quy trình xử lý nước thải của Công ty NewToyo được mô tả theo sơ đồ. Nước thải SCR Bể gom Bể keo tụ Nước tuần hoàn lại trong quy trình sản xuất Nước thải Bể khử trùng Bể DAF Bể chứa nước tuần hoàn Tháp lọc sinh học ra Sơ đồ 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải Công ty NewToyo Thuyết minh công nghệ xử lý: Trước khi nước thải đi vào bể gom thì nước thải phải đi qua song chắn rác, song chắn rác có nhiệm vụ loại bỏ rác có kích thước lớn ra khỏi nước thải. Tiếp theo nước thải được bơm từ bể gom qua bể keo tụ, tại bể keo tụ thì polymer cation được bơm vào với mục đích là keo tụ các chất rắn và bột giấy còn lại ở dạng lơ lửng trong nước thải. Sau đó nước thải qua bể DAF (bể tuyển nổi), tại đây chất rắn lơ lửng sẽ được loại bỏ ra khỏi nước thải và được chuyển đền bể nén bùn. Sau đó bùn được bơm đến máy ép bùn, trong quá trình vận chuyển bùn về máy ép bùn thì polymer cation được bơm vào để tăng sự kết dính của bánh bùn sau khi ép, bánh bùn sau đó được vận chuyển đi xử lý như chôn lấp hoặc sản xuất ethanol. Nước thải tiếp tục được chảy đến tháp lọc sinh học, trong quá trình lọc sinh học thì cũng phát sinh ra một lượng bùn. Bùn này được gọi là bùn thứ cấp, nó có thể sử dụng để sản xuất phân compost. Nước thải trong tháp lọc sinh học sẽ được loại bỏ BOD, COD, N, P, nhờ quần thể vi sinh vật trong tháp lọc. Sau đó nước thải sẽ được đưa tới bể khử trùng để tiêu diệt các vi sinh vật trong nước thải và tiếp tục nước thải sẽ được đưa ra nguồn tiếp nhận. 2.2. Bùn thải giấy. 2.2.1. Khái niệm về bùn thải giấy. Bùn thải giấy là một phế phẩm của ngành công nghiệp sản xuất giấy. Nguồn chính của bùn thải giấy là cặn của bể lắng và cặn từ tầng làm khô của trạm xử lý nước thải. Bên cạnh đó, cũng có một lượng lớn bột giấy từ quá trình xeo giấy được thải ra và trộn lẫn với bùn của bể lắng. Bùn thải giấy có thành phần glucan cao và có cấu trúc phân tán nên bùn giấy là một nguyên liệu thích hợp cho quá trình chuyển hóa sinh học thành các sản phẩm có giá trị mà không qua tiền xử lý. Tuy 14 Khóa Luận: Nghiên cứu Công nghệ Xử lý Bùn thải Giấy Theo hướng Tái Sản xuất nhiên, hàm lượng tro trong bùn thải cao, có nguồn gốc từ các chất phụ gia vô cơ trong quá trình sản xuất giấy, gây trở ngại cho các quá trình chuyển hóa sau này. Bùn thải giấy được phát sinh từ các chất thải rắn lơ lửng trong nước thải của quá trình sản xuất giấy. Các chất thải này được loại bỏ ra khỏi nguồn nước thông qua hệ thống xử lý nước thải giấy tạo thành bùn thải giấy. Bùn thải giấy bao gồm 2 loại: Bùn thải sơ cấp và bùn thải thứ cấp. Bùn thải sơ cấp là bùn thải mà các chất lơ lững trong nước thải được loại bỏ từ bể lắng sơ cấp, bể tuyển nổi (DAF) … Hàm lượng chất rắn trong bùn sơ cấp dao động trong khoảng 2-7% chủ yếu là cellulose, hemicellulose và lignin và một phần chất hữu cơ có trong nước thải. Bùn thải thứ cấp sinh ra từ các công trình xử lý nước thải bằng tác nhân sinh học như: Bể bùn hoạt tính, bể bùn hoạt tính có màng lọc, lọc sinh học và đĩa quay sinh học. Bùn thứ cấp có chứa các vi sinh vật và các chất lắng chưa được loại bỏ bởi các công trình phía trước. Bùn thứ cấp từ các công trình bùn hoạt tính có hàm lượng chất cellulose, hemicelluloses, lignin trong khoảng 0,4-1,5% cellulose, hemiCellulose và lignin, từ lọc sinh học nhỏ giọt trong khoảng 1-4%. Theo báo cáo của Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bình Dương thì mỗi ngày khoảng 250 – 300 tấn bùn thải giấy thải ra được xử lý bằng phương pháp chôn lấp, chưa có hướng tận dụng. Bùn thải giấy chứa hàm lượng Cellulose cao là nguồn nguyên liệu tốt cho việc sản xuất Bioethanol và phân Compost trong tương lai ở Việt Nam. Đáp ứng các nhu cầu của thời đại trong các vấn đề môi trường. Tại Hoa Kỳ có khoảng bốn triệu tấn bùn giấy được thải ra mỗi năm. Bùn này thường được tách nước và sau đó xử lý bằng cách chôn dưới lòng đất hoặc đem đốt. Theo một số nghiên cứu của trường đại học Shizuoka University tại Nhật Bản thì thành phần chính của bùn thải giấy gồm có 65% là nước, 24,5% cellulose, 10,5% là tro và các chất khác. Hemicellulose chiếm rất ít và hầu như không có lignin. Tuy vậy, bùn giấy cũng là một dạng vật liệu lignocellulose bao gồm các thành phần chính là: Cellulose, hemicellulose và lignin. Các thành phần trong lignocellulose liên kết với nhau chặt chẽ tạo nên một cấu trúc hết sức vững chắc. Ngoài ra trong bùn giấy còn có một số chất trích ly như acid resin, acid béo, những hợp chất turpenoid, cồn… với hàm lượng thấp. 15 Khóa Luận: Nghiên cứu Công nghệ Xử lý Bùn thải Giấy Theo hướng Tái Sản xuất Về cơ bản trong lignocellulose, cellulose tạo thành khung chính và được bao bọc bởi những chất có chức năng tạo mạng lưới như hemicellulose và kết dính như lignin. Cellulose, hemicellulose và lignin sắp xếp gần nhau và liên kết cộng hóa trị với nhau. Hình 2.1. Cấu trúc của lignocellulose Hình 2.2. Mối quan hệ cellulose – hemicellulose - lignin trong cấu trúc lignocellulose Các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản. Các sợi này được gắn lại với nhau nhờ hemicellulose tạo thành cấu trúc vi sợi, với chiều rộng khoảng 25nm. Các vi sợi này được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi sự tấn công của ezyme cũng như các hóa chất trong quá trình thủy phân. 2.2.2. Bùn thải giấy tại Công ty TNHH New Toyo Pulppy. Bùn thải giấy của Công ty TNHH New Toyo Pulppy phát sinh từ bể tuyển nổi (DAF) và tháp lọc sinh học. Trong bùn thải giấy bao gồm các thành phần các chất như: Cellulose, Hemicellulose, Lignin, Chất trích ly, Tro, Chất điều hòa (polymer). a. Cellulose. Là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết mắt xích β-D-Glucose, có công thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n nằm trong khoảng 16