Nghiên cứu khử màu nước thải sản xuất bột giấy và giấy bằng phương pháp keo tụ điện hóa
Trong những năm gần đây, giải pháp cho vấn đề ô nhiễm nước thải, chất thải rắn đang là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm. Nước thải ngành sản xuất giấy và bột giấy là một loại nước thải có độ màu và hàm lượng COD trong nước thải cao. Trong quy trình sản xuất, ngành công nghiệp này sẽ tiêu tốn một lượng lớn nước sạch cho công đoạn tẩy trắng và xeo giấy. Đặc tính của nước thải công nghiệp giấy và bột giấy sẽ phụ thuộc vào quy trình sản xuất. Trong quá trình tạo bột, mảnh gỗ sẽ được nấu với dung dịch có chứa NaOH và Na2S. Sau quá trình, ngoài xơ sợi xenluloza thì toàn bộ lignin và các hợp chất hữu cơ khác đều được hoà tan trong dung dịch kiềm tạo ra dung dịch có màu nâu sẫm hay còn gọi là dịch đen. Đến nay, phần lớn các nhà máy liên hợp sản xuất bột giấy và giấy lớn đều có thể thu hồi được lignin trong dịch đen bằng cách đốt trong lò hơi thu hồi.
Vì vậy mà nước thải phần lớn sẽ xuất phát từ công đoạn tẩy trắng. Nước thải này sẽ được thu gom và chuyển về xử lý tại hệ thống xử lý nước thải tập trung của các nhà máy. Tuy nhiên, trong nước thải ngành giấy có chỉ tiêu độ màu có độ bền cao, khó xử lý bởi có chứa các gốc clo hữu cơ, nhựa cây, các axit béo... tạo nên nước thải có màu nâu đặc trưng (K. Sudarshan, 2016).
Hiện nay, hầu hết các nhà máy liên hợp sản xuất bột giấy và giấy đều có hệ thống xử lý nước thải tập trung với 02 công đoạn chính là hóa lý và sinh học hiếu khí. Tuy chất lượng nước thải sau xử lý vẫn đạt yêu cầu Cột B3 -QCVN 12-MT:2015/BTNMT nhưng vượt quá so với Cột A - QCVN 12-MT:2015/BTNMT. Hơn nữa, do các quy định khắt khe về môi trường trong những năm gần đây và lượng nước thải lớn tại các nhà máy liên hợp sản xuất bột giấy và giấy trên đều xả ra các lưu vực sông đang sử dụng để cấp nước sinh hoạt cho vùng hạ du nên trong tương lai gần chất lượng nước sau khi xử lý cần phải đạt cột A - QCVN 12-MT:2015/BTNMT trước khi xả thải ra môi trường. Xuất phát từ thực tiễn đó, nghiên cứu này thực hiện việc xử lý cấp 3 nước thải (sau khi xử lý sinh học hiếu khí), đặc biệt là xử lý độ màu trong nước thải sản xuất bột giấy bằng phương pháp keo tụ điện hoá với mục tiêu xử lý màu nước thải ngành giấy với hiệu quả cao.
Nguyên tắc hoạt động của quá trình dựa trên cơ sở của phương pháp điện hóa hòa tan các anode nhằm tạo ra nhôm hydroxit có hoạt tính cao để keo tụ các chất ô nhiễm trong nước thải, nhất là các chất hữu cơ mang màu.
g nước thải, nhất là các chất hữu cơ mang màu. Keo tụ điện hóa sử dụng phương pháp kết tủa phần lớn các chất gây ô nhiễm, với những những ưu thế về kinh tế, môi trường và được ứng dụng nhiều trong công nghiệp. Chi phí xử lý thường ít hơn đáng kể so với keo tụ bằng phương pháp hóa học. Chi phí đầu tư có thể thu hồi vốn trong thời gian 01 năm (Russell, 2006).
Đặc điểm của quá trình keo tụ điện hóa là dòng điện sử dụng là dòng điện một chiều. Các điện cực dương là kim loại hòa tan có khả năng tạo ra chất keo tụ. Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu suất vận hành có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Tùy vào pH và đặc tính của nước thải mà chọn kim loại làm cực dương. Hệ thống điện cực được đặt ngập trong nước thải để đảm bảo khả năng tiếp xúc giữa bọt khí và các chất ô nhiễm. Bể keo tụ điện hóa có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước thải đầu vào liên tục hoặc chỉ nạp một lần. Nước thải được đưa vào hệ thống thiết bị điện hóa và được xử lý thông qua quá trình keo tụ điện hóa. Sau đó được chuyển về bể lắng để loại bỏ bông keo tụ trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Bùn phát sinh trong quá trình sẽ được xử lý và thải bỏ theo quy định (Russell, 2006).
Với những phân tích đã được nêu trên, đề tài “Nghiên cứu khử màu nước thải sản xuất bột giấy và giấy bằng phương pháp keo tụ điện hóa” do Cơ quan chủ trì Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài ThS. Tạ Thanh Tùng thực hiện “Nghiên cứu khử màu nước thải sản xuất bột giấy và giấy bằng phương pháp keo tụ điện hóa” với mục tiêu: Xây dựng được quy trình công nghệ và mô hình thiết bị khử màu nước thải sản xuất bột giấy và giấy bằng phương pháp keo tụ điện hóa; Ứng dụng thử nghiệm tại nhà máy sản xuất bột giấy và giấy quy mô công suất > 100.000 tấn giấy/năm; Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, môi trường và tính khả thi nhân rộng.
Đề tài đã tiến hành nghiên cứu đầy đủ các nội dung. Một số kết quả chính đạt được của đề tài cụ thể như sau:
Bằng thực nghiệm trong phòng thí nghiệm đã nghiên cứu điều kiện công nghệ phù hợp xử lý màu nước thải bằng công nghệ điện hóa của 02 loại điện cực sắt và nhôm với các điều kiện như sau: hiệu điện thế 10V, khoảng cách điện cực là 2cm, diện tích điện cực 40 cm2, mật độ dòng điện ở diện tích điện cực 40cm2 là 2A, thời gian xử lý là 10 phút, lượng NaCl bổ sung là 0,015g/1lít nước thải.
Đã tính toán, thiết kế, chế tạo được mô mô hình thiết bị công nghệ keo tụ điện hóa (Electrocagulation - EC) quy mô 1,0 m3/mẻ bao gồm bể phản ứng, bộ điện cực, bể lắng và giá đỡ thiết bị.
Đã lắp đặt, hiệu chỉnh để ứng dụng mô hình thiết bị công nghệ quy mô 1,0 m3/mẻ xử lý nước thải bậc 3 của nhà máy liên hợp sản xuất bột giấy và giấy từ đó xây dựng được quy trình công nghệ keo tụ điện hóa (Electrocagulation - EC) và đánh giá được hiệu quả xử lý đối với độ màu >80%, COD, BOD5, TSS > 70% (điện cực nhôm).
Xét về hiệu quả kinh tế kỹ thuật: nhóm thực hiện đề tài đã khái toán chi phí đầu tư và vận hành của công nghệ keo tụ điện hóa cho lưu lượng nước thải 30.000 m3 /ngày đêm và so sánh với một số công nghệ xử lý màu khác. Chi phí đầu tư khoảng 19,5 tỷ đồng, chi phí vận hành khoảng 1.104 đồng/m3 nước thải. Tuy hiệu suất xử lý chưa bằng một số công nghệ khác nhưng vẫn đạt yêu cầu xả thải cột A - QCVN 12- MT:2015/BTNMT với vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp hơn.
Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18418/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
https://vista.gov.vn/
