Quy trình xử lý nước thải ở nhà máy giấy Hoà Bình

Më ®Çu Trong thêi ®¹i ngµy nay, cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc c«ng nghÖ ®· gióp cho nÒn kinh tÕ ph¸t triÓn víi nhiÒu nhµ m¸y c«ng nghiÖp lín th× còng g©y ra nhiÒu ¶nh h­ëng cã h¹i ®Õn m«i tr­êng. C¸c khu c«ng nghiÖp nµy ®· vµ ®ang lµ nh÷ng nguån g©y « nhiÔm nghiªm träng ®Õn m«i tr­êng sèng cña chóng ta víi nh÷ng r¸c th¶i c«ng nghiÖp, n­íc th¶i, bôi khãi lß, tiÕng ån,…ë trong r¸c th¶i, n­íc th¶i c«ng nghiÖp cã c¸c hîp chÊt h÷u c¬ khã bÞ ph©n huû vµ cã kh¶ n¨ng tÝch luü sinh häc lµm « nhiÔm nguån n­íc, « nhiÔm m«i tr­êng g©y ¶nh h­ëng ®Õn ®êi sèng vµ søc khoÎ con ng­êi. Trong c«ng nghiÖp giÊy, dÞch ®en sau nÊu bét vµ n­íc th¶i ë c¸c kh©u trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®Òu cã hµm l­îng c¸c hîp chÊt h÷u c¬ cao ngoµi ra cßn cã nhiÒu ho¸ chÊt kh¸c ®éc h¹i nÕu kh«ng xö lý tèt th¶i ra m«i tr­êng th× sÏ g©y « nhiÔm lín cho m«i tr­êng xung quanh. ë c¸c n­íc ph¸t triÓn, c¸c n­íc tiªn tiÕn th× c¸c nhµ m¸y lµm viÖc víi d©y chuyÒn khÐp kÝn cã thªm c¸c kh©u thu håi t¸i sö dông vµ xö lý chÊt th¶i. DÞch kiÒm ®en sau nÊu ®­îc thu håi ®­a ®i c« ®Æc, ®èt, xót ho¸ ®Ó t¸i sö dông ho¸ chÊt; n­íc tr¾ng ë xeo, n­íc röa l­íi vµ ch¨n còng ®­îc l¾ng, tuyÓn næi ®Ó tËn dông bét vµ n­íc trong, gi¶m thiÓu c¸c chÊt th¶i ra m«i tr­êng. ë ViÖt Nam, trõ c«ng ty giÊy B¨i B»ng cßn ë c¸c nhµ m¸y kh¸c ®Òu kh«ng cã ®Òu c¸c hÖ thèng thu håi c« ®Æc vµ ®èt dÞch ®en, mµ th¶i trùc tiÕp ra m«i tr­êng. §©y lµ nguån « nhiÔm ®Æc biÖt nghiªm träng ®èi víi m«i tr­êng. ë nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh bét sau nÊu ®­îc röa khuyÕch t¸n nªn sö dông nhiÒu n­íc. N­íc th¶i bao gåm rÊt nhiÒu x¬ sîi, nhiÒu dÉn xuÊt cña lignin lµ c¸c hîp chÊt cao ph©n tö vßng th¬m vµ c¸c hãa chÊt kh¸c. §©y lµ c¸c hîp chÊt rÊt khã bÞ ph©n huû mµ n­íc th¶i tõ nhµ m¸y kh«ng ®­îc xö lý, l¹i th¶i trùc tiÕp ra s«ng §µ g©y « nhiÔm lín ®Õn nguån n­íc. ChÝnh phñ cã dù ¸n lÊy n­íc s«ng §µ cÊp n­íc sinh ho¹t cho thµnh phè Hµ Néi, nªn nÕu kh«ng xö lý n­íc th¶i nhµ m¸y cã nguy c¬ ph¶i dõng s¶n xuÊt. V× vËy vÊn ®Ò xö lý « nhiÔm n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy nãi chung vµ nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh nãi riªng hiÖn ®ang lµ vÊn ®Ò cÊp b¸ch. Cã rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p ®Ó xö lý n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy, trong ®ã ph­¬ng ph¸p xö lý sinh häc ®· mang l¹i hiÖu qu¶ ®¸ng kÓ c¶ vÒ kü thuËt lÉn kinh tÕ. PhÇn I: Tæng quan I.1. S¬ l­îc VÒ Ngµnh GiÊy GiÊy lµ s¶n phÈm cã vai trß quan träng trong mäi lÜnh vùc ho¹t ®éng cña con ng­êi. Cã thÓ nãi, sù tiÕn bé cña mçi quèc gia, nÒn v¨n minh cña x· héi lu«n g¾n liÒn víi sù ph¸t triÓn cña ngµnh giÊy. HiÖn nay trªn thÕ giíi ng­êi ta dùa vµo l­îng tiªu thô giÊy trªn ®Çu ng­êi mçi n¨m ®Ó ®¸nh gi¸ sù ph¸t triÓn cña mçi quèc gia. GiÊy ®­îc lµm ra tõ rÊt sím, b¾t ®Çu tõ Trung Quèc vµo kho¶ng n¨m 105, xuÊt hiÖn ë ViÖt Nam vµo kho¶ng thÕ kû 7, vµ ®Õn thÕ kû 16 th× xuÊt hiÖn ë ch©u ¢u, ch©u Mü. ThÕ kû 20 ®­îc xem lµ thêi gian ph¸t triÓn nhanh nhÊt cña ngµnh giÊy víi nhiÒu kü thuËt hiÖn ®¹i nh­ nÊu liªn tôc, nÊu biÕn tÝnh, tÈy nhiÒu giai ®o¹n, Ðp keo, tr¸ng phñ… GiÊy ®­îc s¶n xuÊt tõ bét giÊy, bét giÊy l¹i ®­îc s¶n xuÊt ra tõ nguyªn liÖu ban ®Çu lµ c¸c loµi thùc vËt nh­ gç, tre nøa, c¸c loµi c©y th©n th¶o…Bét giÊy cã thµnh phÇn hãa häc chñ yÕu lµ xenluloza. ë c¸c loµi thùc vËt nãi chung cã thµnh phÇn chÝnh nh­ sau: Xenluloza, hemoxenluloza, lignin vµ c¸c hîp chÊt kh¸c. + Xenluloza vµ hemixenluloza lµ c¸c polisaccarit, xenluloza lµ mét hîp chÊt cßn hemixenluloza lµ tËp hîp c¸c hîp chÊt kh¸c nhau. Tuú môc ®Ých sö dông mµ yªu cÇu hµm l­îng hemixenluloza trong bét kh¸c nhau, vµ còng tuú theo ®ã mµ ng­êi ta sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p chÕ biÕn kh¸c nhau ®Ó lo¹i bá hemixenluloza. Cßn xenluloza lµ thµnh phÇn chÝnh cña bét, thµnh phÇn chñ yÕu t¹o nªn sù bÒn v÷ng cña tê giÊy. Cho nªn trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ng­êi ta cè g¾ng lµm sao cho xenluloza cµng Ýt bÞ t¸c ®éng cµng tèt vµ gi÷ cho hµm l­îng xenluloza cßn l¹i trong bét cµng cao cµng tèt. + Lignin lµ hîp chÊt cao ph©n tö mµ m¾t xÝch c¬ së lµ ®¬n vÞ phenylpropan víi mét sè nhãm ®Þnh chøc kh¸c nhau, cã c¸c liªn kÕt kh¸c nhau. §©y lµ mét hîp chÊt cã chøa vßng th¬m cã kh¶ n¨ng g©y mµu cho bét cÇn ph¶i lo¹i bá trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt bét giÊy. Vµ trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt bét ng­êi ta cè g¾ng t×m mäi ®iÒu kiÖn kü thuËt c«ng nghÖ phï hîp ®Ó lµm sao lo¹i bá hoµn toµn ®­îc lignin. Bét sau nÊu ®­îc ®­a qua c«ng ®o¹n röa, lµm s¹ch, tÈy tr¾ng ®Ó thu ®­îc bét xenluloza cho giai ®o¹n s¶n xuÊt giÊy. Trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt giÊy, nguyªn liÖu ®Çu vµo lµ bét xenluloza (cã thÓ lµ bét ®en hoÆc bét tr¾ng). Ng­êi ta nghiÒn bét tíi ®é nghiÒn thÝch hîp, pha lo·ng bét víi nång ®é thÝch hîp, cho thªm c¸c chÊt phô gia (®Ó t¨ng hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ t¹o ®­îc c¸c tÝnh chÊt mong muèn cña tê giÊy). Sau ®ã dung dÞch bét nµy ®­îc ®­a lªn m¸y xeo, cho ra s¶n phÈm cuèi cïng lµ tê giÊy. I.2. S¬ L­îc VÒ Nhµ M¸y GiÊy Hoµ B×nh Nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh ®Æt t¹i x· D©n H¹, huyÖn K× S¬n, tØnh Hoµ B×nh, c¸ch quèc lé 6 kho¶ng 2 km, n»m bªn c¹nh dßng s«ng §µ. Tr­íc ®©y nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh lµ mét nhµ m¸y s¶n xuÊt ®éc lËp, nh­ng trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ®· s¸t nhËp víi C«ng ty giÊy ViÖt Tr× vµ trë thµnh chi nh¸nh cña C«ng ty giÊy ViÖt Tr×. Nguyªn liÖu s¶n xuÊt chÝnh lµ tre nøa vµ gç keo, s¶n phÈm lµ bét kh«ng tÈy, mét phÇn cung cÊp nguyªn liÖu bét cho c«ng ty giÊy ViÖt Tr×, phÇn cßn l¹i dïng cho d©y chuyÒn s¶n xuÊt giÊy cact«ng sãng ë ngay t¹i nhµ m¸y. Hµng n¨m dù tÝnh nhµ m¸y cã thÓ s¶n xuÊt ®­îc kho¶ng 3000 tÊn bét vµ 1000 tÊn giÊy cact«ng sãng. Nh­ng trong thùc tÕ th× mçi n¨m, nhµ m¸y chØ s¶n xuÊt ®­îc kho¶ng h¬n 2200 tÊn bét vµ gÇn 1000 tÊn giÊy, vµ còng s¶n xuÊt theo ®¬n ®Æt hµng tõng ®ît. ë nhµ m¸y cã mét hÖ thèng ba nåi nÊu h×nh cÇu 8m3, d­íi mçi nåi nÊu nµy cã c¸c bÓ röa khuÕch t¸n vµ míi l¾p thªm mét nåi nÊu h×nh cÇu 25m3 víi m¸y röa ch©n kh«ng thïng quay. Mét tÐc 25m3 dïng ®Ó chøa dÞch ®en sau nÊu dïng cho hai m¸y c« ®Æc, hai m¸y nµy cã thÓ lµm bèc h¬i kho¶ng 70% n­íc ®Ó thu ®­îc dÞch ®en 19-22 oBe lµm phô gia cho s¶n xuÊt bª t«ng. HiÖn t¹i nhµ m¸y cã mét m¸y xÐo dµi, xeo c¸ct«ng 3 líp víi líp mÆt lµ bét nÊu, cßn c¸c líp ®Õ lµ bét giÊy r¸ch vµ giÊy lÒ thu håi. N­íc th¶i nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh bao gåm n­íc th¶i tõ c«ng ®o¹n röa vµ lµm s¹ch bét; n­íc th¶i tõ lß h¬i, c« ®Æc; n­íc th¶i tõ phÇn Ðp tÊm bét ®­îc tËp trung l¹i ch¶y trong cèng ngÇm nhµ m¸y. Sau ®ã ch¶y ra m­¬ng hë ngoµi t­êng rµo, ë ®©y kÕt hîp víi n­íc th¶i tõ phÇn xeo ch¶y ra s«ng §µ, l­u l­îng n­íc th¶i kho¶ng 300m3/ ngµy ®ªm. I.2.1. N­íc th¶i tõ c«ng ®o¹n nÊu, röa vµ lµm s¹ch NÊu bét lµ qu¸ tr×nh t¸ch nh÷ng hîp chÊt nh­ lignin, chÊt trÝch li, hemixenluloza ra khái gç ®Ó thu ®­îc bét chÊt l­îng tèt b»ng c¸c t¸c nh©n ho¸ häc nh­ dung dÞch NaOH, NaOH + Na2S, H2SO4 + NaHSO3... DÞch nÊu d­íi t¸c dông cña nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt sÏ thÈm thÊu vµo tÕ bµo gç vµ ph¶n øng víi c¸c thµnh phÇn trong gç, c¾t ®øt c¸c liªn kÕt cña chóng víi nhau vµ t¸ch nh÷ng phÇn cßn l¹i ra khái bét, khuyÕch t¸n chóng ra ngoµi m«i tr­êng vµ hoµ tan chóng trong m«i tr­êng ph¶n øng. S¶n phÈm thu ®­îc sau nÊu bao gåm hai phÇn: PhÇn láng lµ dÞch ®en gåm cã nh÷ng s¶n phÈm cña ph¶n øng hoµ tan víi hµm l­îng h÷u c¬ cao chñ yÕu lµ hîp chÊt cao ph©n tö nªn rÊt ®éc h¹i víi m«i tr­êng n­íc; PhÇn r¾n lµ bét xenluloza cã mµu ®en do lingnin vÉn cßn sãt l¹i trong bét ch­a bÞ hoµ tan hÕt. Bét thu ®­îc sau nÊu cÇn ®­îc röa vµ lµm s¹ch ®Ó t¸ch phÇn dÞch ®en vµ lo¹i hÕt mÊu m¾t, bét sèng... V× vËy n­íc th¶i ë giai ®o¹n nµy cã: + Chøa nhiÒu x¬ sîi xenluloza, mÊu m¾t, bét sèng vµ c¸c chÊt l¬ löng t¹o thµnh l­îng huyÒn phï kh¸ lín trong n­íc th¶i. + pH cao v× ë ®©y trong qu¸ tr×nh nÊu cã sö dông t¸c nh©n lµ kiÒm, trong dÞch ®en sau nÊu vÉn cßn mét l­îng kiÒm ch­a ph¶n øng hÕt, nã sÏ theo dÞch ®en vµ theo n­íc th¶i ra ngoµi s«ng. + Trong qu¸ tr×nh nÊu th× t¸c nh©n nÊu tÊn c«ng vµo c¸c thµnh phÇn cña gç, c¾t ®øt c¸c liªn kÕt gi÷a chóng vµ khuyÕch t¸n c¸c hîp chÊt cã h¹i víi bét ra ngoµi m«i tr­êng. C¸c chÊt ®ã lµ: hîp chÊt vßng th¬m lignin, c¸c chÊt trÝch ly, mét phÇn hemixenluloza... Do ®ã trong n­íc th¶i giai ®o¹n nµy cã hµm l­îng chÊt h÷u c¬ cao, mµ chñ yÕu lµ nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬ vßng th¬m cao ph©n tö khã bÞ ph©n huû. V× vËy n­íc th¶i ë phÇn nµy rÊt ®éc h¹i cho m«i tr­êng vµ cã mµu xÉm. I.2.2. N­íc th¶i ng­ng tõ lß h¬i ®èt, bé phËn c« ®Æc N­íc th¶i ë giai ®o¹n nµy cã chøa c¸c kim lo¹i nÆng nh­ Cd, Co, Ni, Pb, As, Hg, Si... g©y « nhiÔm ®Õn m«i tr­êng, ¶nh h­ëng ®Õn søc khoÎ con ng­êi. I.2.3. N­íc th¶i tõ bé phËn s¶n xuÊt giÊy ë nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh, m¸y nghiÒn Hµ Lan vµ nghiÒn thuû lùc lµm viÖc gi¸n ®o¹n tõng mÎ. Giai ®o¹n nghiÒn th« cã nhiÖm vô ®¸nh t¬i nguyªn liÖu ®Çu, ®Õn giai ®o¹n nghiÒn tinh lµm t¨ng ®é nghiÒn cña bét b»ng qu¸ tr×nh ph©n t¬ chæi ho¸. §ång thêi ë giai ®o¹n nµy ng­êi ta còng cho c¸c chÊt phô gia vµo ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ kinh tÕ, t¨ng tÝnh chÊt tê giÊy vµ chuÈn bÞ cho bét lªn l­íi. Nhµ m¸y sö dông kho¶ng 35 kg phÌn/tÊn giÊy; 10 kg nhùa th«ng/ tÊn giÊy. N­íc th¶i chñ yÕu cña phÇn xeo lµ n­íc tr¾ng tho¸t ra tõ giÊy trªn l­íi, n­íc röa ch¨n, röa b¹t, l­íi... N­íc th¶i ë giai ®o¹n nµy cã chøa nhiÒu x¬ sîi xenlul«za bÞ thÊt tho¸t theo n­íc, ngoµi ra cßn cã mét l­îng c¸c chÊt phô gia ®i theo. V× vËy hµm l­îng chÊt r¾n bao gåm c¸c chÊt v« c¬, h÷u c¬ lµ kh¸ cao. Ngoµi c¸c hîp chÊt ho¸ häc, trong n­íc th¶i cßn cã chøa c¸c vi khuÈn, nÊm men, t¶o, siªu vi trïng, ®éng vËt nguyªn sinh... Trong ®ã vi sinh vËt chiÕm tØ lÖ kh¸ cao vµ ®ãng vai trß chñ yÕu trong qu¸ tr×nh ph©n huû c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong n­íc th¶i. Thµnh phÇn nhãm loµi cña c¸c hÖ vi sinh vËt trong n­íc th¶i phô thuéc nhiÒu vµo ®Æc tÝnh ho¸ häc cña n­íc th¶i. Nh­ vËy n­íc th¶i cña mét nhµ m¸y giÊy nãi chung, n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh nãi riªng rÊt ®éc h¹i, cÇn ph¶i ®­îc xö lý tr­íc khi th¶i ra m«i tr­êng. I.3. T¸c §éng Cña N­íc Th¶i Nhµ M¸y GiÊy §Õn M«i Tr­êng Víi thµnh phÇn phøc t¹p vµ chøa nhiÒu t¸c nh©n g©y « nhiÔm, n­íc th¶i cña nhµ m¸y giÊy cã ¶nh h­ëng kh¸ nghiªm träng ®Õn m«i tr­êng. ë nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh, n­íc th¶i kh«ng ®­îc xö lý l¹i th¶i trùc tiÕp ra dßng s«ng §µ, g©y « nhiÔm cho nguån n­íc, ¶nh h­ëng ®Õn ®êi sèng cña ng­êi d©n vµ m«i tr­êng xung quanh. Trong n­íc cã hµm l­îng hîp chÊt h÷u c¬ cao, lµm t¨ng BOD do ®ã lµm gi¶m oxi hoµ tan trong n­íc. §©y lµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n chÝnh lµm c¸c vi sinh vËt trong n­íc chÕt v× kh«ng ®ñ oxi. Fikret Berker chØ ra r»ng n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy cã thÓ g©y ra t¸c h¹i ®Õn hÇu hÕt c¸c loµi vi sinh vËt trong n­íc sèng c¸ch mÆt n­íc kho¶ng 56 km. MËt ®é vµ chñng lo¹i c¸ ë nh÷ng n¬i nµy do ®ã còng gi¶m, ®ång thêi ho¹t ®éng cña c¸ còng bÞ thay ®æi vµ suy yÕu. X¬ sîi, c¸c hîp chÊt h÷u c¬, chÊt r¾n l¬ löng trong n­íc th¶i cã thÓ lµm ngé ®éc thøc ¨n cña c¸ trong n­íc s«ng. Khi con ng­êi ¨n ph¶i nh÷ng con c¸ nµy còng sÏ bÞ ngé ®éc. §èi víi thùc vËt sèng d­íi n­íc, sù t¨ng ®é ®ôc do cã mÆt nhiÒu chÊt huyÒn phï lµm t¨ng nhiÖt ®é n­íc, lµm gi¶m kh¶ n¨ng xuyªn qua cña ¸nh s¸ng do ®ã lµm gi¶m tØ lÖ quang hîp vµ kh¶ n¨ng s¶n xuÊt oxi cña chóng, vµ sÏ h¹n chÕ sù ph¸t triÓn cña c¸c loµi thùc vËt nµy. Ngoµi ra, sù ph©n huû c¸c x¬ sîi, c¸c hîp chÊt h÷u c¬ b»ng vi khuÈn lµ nguyªn nh©n cña sù thèi r÷a, lµm thay ®æi mµu vµ mïi cña n­íc. §©y lµ m«i tr­êng tèt cho c¸c vi sinh vËt ph¸t triÓn m¹nh, trong ®ã cã c¶ loµi vi sinh vËt cã h¹i g©y bÖnh truyÒn nhiÔm cho ng­êi vµ ®éng vËt. Trong n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy cã c¶ c¸c kim lo¹i nÆng trong ®ã cã mét sè kim lo¹i ®éc h¹i nh­ Hg, As, Pb... chóng cã h¹i víi c¸c sinh vËt trong n­íc vµ víi søc khoÎ con ng­êi. Khi n­íc ®­îc th¶i ra s«ng, nh÷ng chÊt nµy cã thÓ ®­îc tÝch luü trong c¬ thÓ sinh vËt n­íc, g©y h¹i cho sinh vËt n­íc vµ khi con ng­êi sö dông nguån n­íc ®ã còng sÏ bÞ ¶nh h­ëng. §a sè thùc vËt, ®éng vËt ë trong n­íc chØ sèng ®­îc ë pH m«i tr­êng trong kho¶ng 5 ¸ 8, trong khi ®ã ë n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh vÉn cßn mét phÇn kiÒm d­ lµm cho pH n­íc th¶i kh¸ cao trong kho¶ng 8 ¸ 11. Khi th¶i ra s«ng sÏ lµm ¶nh h­ëng ®Õn hÖ ®éng vËt thñy sinh. ¶nh h­ëng cña c¸c chÊt ®éc trong n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy ®Õn c¸c loµi sinh vËt n­íc, ®Õn m«i tr­êng xung quanh vµ ®Õn søc khoÎ con ng­êi cã thÓ lµ ngay lËp tøc hoÆc l©u dµi. C¸c hîp chÊt vßng th¬m ë trong dÞch ®en n­íc th¶i cã thÓ theo chuçi thøc ¨n vµo c¬ thÓ sinh vËt vµ tÝch lòy, cã thÓ g©y biÕn dÞ gen. Tû lÖ në trøng cña c¸ gi¶m rÊt nhiÒu do sù ph¸t triÓn cña c¸c chÊt nhên nhít xung quanh mµng trøng trong ph«i trøng nhiÔm ®éc lµm ng¨n c¶n sù trao ®æi chÊt qua mµng. Nh­ vËy n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy cã møc ®é « nhiÔm kh¸ cao, g©y ¶nh h­ëng ®Õn m«i tr­êng sinh th¸i vµ tõ ®ã cã ¶nh h­ëng xÊu ®Õn ®êi sèng vµ søc kháe con ng­êi. Do ®ã vÊn ®Ò xö lý n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy nãi chung n­íc vµ xö lý th¶i nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh nãi riªng lµ vÊn ®Ò cÊp b¸ch ®Æt ra hiÖn nay. I.4. C¸c ChØ Tiªu C¬ B¶n §¸nh Gi¸ N­íc Th¶i C«ng NghiÖp I.4.1. Nhu cÇu oxi sinh hãa (BOD5) Nhu cÇu oxi sinh ho¸ kÝ hiÖu BOD5 (BOD ë 200C trong 5 ngµy) lµ l­îng oxi do vi sinh vËt tiªu thô ®Ó oxi ho¸ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong n­íc ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn vÒ nhiÖt ®é vµ thêi gian. BOD ph¶n ¸nh l­îng chÊt h÷u c¬ dÔ bÞ ph©n huû sinh häc ë trong mÉu n­íc th¶i I.4.2. Nhu cÇu oxi hãa häc (COD) Nhu cÇu oxi ho¸ häc lµ l­îng oxi cÇn ®Ó oxi ho¸ hoµn toµn c¸c chÊt h÷u c¬, v« c¬ trong mÉu n­íc th¶i. COD thÓ hiÖn toµn bé c¸c chÊt cã thÓ bÞ oxi ho¸ b¾ng t¸c nh©n ho¸ häc. Tû lÖ BOD/ COD còng lµ yÕu tè ®¸nh gi¸ møc ®é ®éc h¹i cña n­íc th¶i. NÕu tû lÖ nµy cµng nhá th× l­îng chÊt h÷u c¬ khã bÞ ph©n huû sinh häc cµng lín, tøc lµ møc ®é ®éc h¹i cña n­íc th¶i cµng cao. I.4.3. Hµm l­îng oxi hßa tan (DO) Hµm l­îng oxi hoµ tan trong n­íc ®¸nh gi¸ møc ®é « nhiÔm cña n­íc th¶i t¸c ®éng lªn m«i tr­êng. DO thÊp d­íi møc cho phÐp sÏ ¶nh h­ëng ®Õn sinh vËt n­íc. I.4.4. Tæng l­îng chÊt r¾n (TS) Tæng chÊt r¾n lµ l­îng chÊt r¾n cßn l¹i trong b×nh sau khi ch­ng bèc mÉu n­íc th¶i vµ sÊy mÉu trong tñ sÊy ë nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh. Bao gåm: Tæng l­îng r¾n huyÒn phï- lµ phÇn r¾n cßn l¹i trªn giÊy läc; Vµ tæng l­îng r¾n hßa tan- phÇn ®i qua giÊy läc. Nã ¶nh h­ëng lín ®Õn tÝnh chÊt cña n­íc v× cã chøa nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ khã ph©n huû. Ngoµi ra ®èi víi n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy do cã nhiÒu x¬ sîi nªn cßn cã chØ tiªu TS - 70 (lµ l­îng chÊt r¾n l¬ löng cã kÝch th­íc lín h¬n 70 mm) ®Ó ®Æc tr­ng cho hµm l­îng x¬ sîi trong n­íc th¶i. I.4.5. pH pH lµ 1 chØ tiªu quan träng ®Ó ®¸nh gi¸ n­íc th¶i v× c¸c qu¸ tr×nh lµm mÒm n­íc, kÕt tña, ®«ng tô, ph©n hñy c¸c hîp chÊt h÷u c¬, ¨n mßn ®Òu phô thuéc vµo pH . Theo TCVN 5945-1995 th× c¸c chØ tiªu vÒ n­íc th¶i c«ng nghiÖp cã thÓ th¶i ra m«i tr­êng lµ : pH : 5,5 – 9 BOD5 : < 50 mg/l COD : < 100 mg/l DO : > 2 mg/l TS : < 100 mg/l TOCl : < 0.45 mg/l T 0C : < 40 0C I.5. Xö Lý N­íc Th¶i Nhµ M¸y GiÊy I.5.1 C¸c ph­¬ng ph¸p xö lý n­íc th¶i Cã rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p xö lý n­íc th¶i cña nhµ m¸y giÊy, nh­ng hiÖn nay chñ yÕu ng­êi ta sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p: l¾ng, keo tô vµ xö lý sinh häc. Ph­¬ng ph¸p l¾ng nh»m thu håi chÊt r¾n d¹ng bét hoÆc x¬ sîi b»ng ph­¬ng ph¸p l¾ng, quan träng ë ®©y cÇn chän thêi gian l­u n­íc th¶i trong bÓ l¾ng thÝch hîp. §Ó gi¶m thêi gian l­u n­íc th¶i trong bÓ l¾ng ng­êi ta th­êng hay dïng lo¹i bÓ l¾ng tuyÓn næi cã t¶i träng bÒ mÆt tõ 5 ¸ 10 m3/m2.h. N­íc th¶i ë ®©y ®­îc thæi khÝ nÐn víi ¸p suÊt 0,4 ¸ 0,6 MPa. HiÖu suÊt l¾ng sÏ cao vµ thêi gian l¾ng sÏ ng¾n h¬n. Ph­¬ng ph¸p keo tô ho¸ häc dùa trªn sù t¹o thµnh h¹t keo ®Ó l¾ng c¸c h¹t r¾n l¬ löng, c¸c chÊt h÷u c¬ hoµ tan vµ chÊt ®éc. ChÊt keo tô th­êng lµ phÌn s¾t, phÌn nh«m, v«i. Dïng chÊt trî keo tô lµ c¸c chÊt polyme lµm t¨ng tèc ®é l¾ng. Víi phÌn s¾t cÇn pH trong kho¶ng 5 ¸ 11, phÌn nh«m cÇn pH trong kho¶ng 5 ¸ 7 vµ víi v«i cÇn pH >11. Ph­¬ng ph¸p sinh häc dïng xö lý c¸c chÊt h÷u c¬ hoµ tan, c¸c chÊt nµy dÔ bÞ ph©n huû hiÕu khÝ vµ yÕm khÝ bëi vi sinh vËt cã trong n­íc th¶i. Trong n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy th­êng cã phÇn hîp chÊt h÷u c¬ khã ph©n huû sinh häc, bÞ ph©n huû hiÕu khÝ vµ ph©n huû yÕm khÝ rÊt chËm bëi c¸c vi khuÈn trong chÝnh n­íc th¶i ®ã. Ngoµi ra n­íc th¶i ngµnh giÊy tuy giµu hîp chÊt h÷u c¬ nh­ng l¹i nghÌo nit¬ vµ ph«tpho, lµ nh÷ng chÊt dinh d­ìng cÇn thiÕt cho vi sinh vËt. Do ®ã khi xö lý sinh häc cÇn chó ý c©n b»ng dinh d­ìng cho vi sinh vËt ph¸t triÓn. I.5.2. C¸c nghiªn cøu vÒ xö lý n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy trªn thÕ giíi HiÖn nay trªn thÕ giíi cã rÊt nhiÒu nghiªn cøu míi vÒ vÊn ®Ò xö lý n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy ®­îc ®­a ra chñ yÕu lµ c¸c nghiªn cøu vÒ xö lý b»ng ph­¬ng ph¸p sinh häc. Trong b¸o c¸o nghiªn cøu vÒ xö lý kÕt hîp yÕm khÝ vµ hiÕu khÝ ®èi víi n­íc th¶i qu¸ tr×nh s¶n xuÊt bét nhiÖt c¬ cña Jukka Rintala vµ Pertti Vuoriranta [TAPPI Journal, 1988], th× c¸c «ng ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu xö lý n­íc th¶i ®· qua l¾ng cña nhµ m¸y liªn hîp s¶n xuÊt bét vµ giÊy tõ bét nhiÖt c¬. KÕt qu¶ lµ, ë giai ®o¹n yÕm khÝ 60-70% COD hßa tan cña n­íc th¶i ®­îc t¸ch lo¹i víi tèc ®é lµ 5-8 kg COD/m3. Vµ sau giai ®o¹n xö lý hiÕu khÝ tiÕp theo, COD gi¶m kho¶ng 80-85%. Cßn trong giai ®o¹n xö lý ®¬n, xö lý b»ng bïn ho¹t tÝnh còng thu ®­îc sù gi¶m COD t­¬ng tù. Qu¸ tr×nh t¹o ra metan ë giai ®o¹n yÕm khÝ lµ 0,22 - 0.33 m3 CH4/kg COD ®­îc lo¹i bá. Ngoµi ra qu¸ tr×nh t¹o bïn ë qu¸ tr×nh xö lý kÕt hîp yÕm khÝ vµ hiÕu khÝ lµ kho¶ng 1/3 so víi ë giai ®o¹n xö lý ®¬n, xö lý b»ng bïn ho¹t tÝnh. Sau giai ®o¹n xö lý hiÕu khÝ ®èi víi n­íc th¶i ®· ®­îc xö lý yÕm khÝ sÏ lµm thay ®æi mµu cña n­íc th¶i tõ mµu n©u ®en thµnh mµu ®á. Vµ c¸c «ng còng ®· chØ ra r»ng, viÖc bæ sung chÊt dinh d­ìng cho vi sinh vËt còng ¶nh h­ëng lín ®Õn hiÖu qu¶ xö lý. §èi víi qu¸ tr×nh xö lý hiÕu khÝ riªng biÖt, khi kh«ng bæ sung dinh d­ìng, sau xö lý COD chØ gi¶m 35-50%, BOD7 chØ gi¶m 40-60%; cßn khi cã bæ sung dinh d­ìng P, N th× COD gi¶m 80-85%, BOD7 gi¶m >90%. J.A.Servizi vµ R.W. Gordon víi nghiªn cøu vÒ lo¹i bá chÊt ®éc trong n­íc th¶i tõ nhµ m¸y s¶n xuÊt bét nhiÖt c¬ vµ hãa nhiÖt c¬ trong hå hiÕu khÝ qui m« thö nghiÖm [Pulp & Paper Canada, 87:11, 1986], ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu trùc tiÕp lÇn l­ît ®èi víi n­íc th¶i bét nhiÖt c¬ vµ bét hãa nhiÖt c¬ ®Ó lµm gi¶m cÊp ®é ®éc h¹i b»ng c¸c xö lý sinh häc. C¸c «ng ®· chØ ra r»ng, xö lý sinh häc ®· lo¹i bá ®­îc ®é ®éc trong n­íc th¶i bét nhiÖt c¬ vµ hãa nhiÖt c¬ nh­ng nã l¹i rÊt nh¹y c¶m víi thêi gian l­u vµ viÖc bæ sung dinh d­ìng nit¬. Víi sù t¨ng thêi gian xö lý vµ viÖc cho thªm chÊt bæ sung nit¬ ®· sinh ra nhiÒu amoniac vµ nitrit lµm t¨ng cÊp ®é ®éc h¹i. R.W.Wilson, K.L.Murphy vµ E.G.Frenette qua nghiªn cøu vÒ xö lý hiÕu khÝ vµ yÕm khÝ n­íc th¶i tõ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt bét b¸n hãa vµ hãa nhiÖt c¬ ®· kÕt luËn r»ng: - Xö lý trong bÓ sôc khÝ 7-9 ngµy vµ xö lý b»ng bïn ho¹t tÝnh 25 ngµy ®Òu cã kh¶ n¨ng t¸ch lo¹i >80% BOD tõ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong n­íc th¶i bét b¸n hãa vµ bét hãa nhiÖt c¬ ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é mïa hÌ. - C¸c xö lý yÕm khÝ tèc ®é cao vµ tèc ®é thÊp ®Òu lµ c¸c ph­¬ng ph¸p kh¶ thi vÒ tÝnh kü thuËt ®Ó gi¶m BOD mÆc dï môc ®Ých t¸ch lo¹i >80% BOD kh«ng thÓ ®¹t ®­îc bëi mét m×nh qu¸ tr×nh xö lý yÕm khÝ. NÕu sau qu¸ tr×nh xö lý yÕm khÝ mµ tiÕp tôc xö lý hiÕu khÝ 3-5 ngµy th× BOD gi¶m >95% ë c¶ 2 tr­êng hîp. - ViÖc gi¶m chÊt ®éc phô thuéc vµo thêi gian l­u cña n­íc th¶i víi tæng 6-7 ngµy yªu cÇu ®Ó xö lý hiÕu khÝ thu ®­îc n­íc th¶i kh«ng ®éc h¹i. NÕu chØ mét giai ®o¹n xö lý yÕm khÝ th× hiÖu qu¶ trong viÖc gi¶m chÊt ®éc trong n­íc th¶i sÏ kh«ng cao. I.6. C¬ Së Lùa Chän Ph­¬ng Ph¸p Xö Lý – Ph­¬ng Ph¸p Sinh Häc Trªn thÕ giíi ®· cã nhiÒu nghiªn cøu vÒ xö lý n­íc th¶i cña nhµ m¸y giÊy, vµ hÇu hÕt c¸c nghiªn cøu nµy ®Òu ®­a ®Õn kÕt qu¶ lµ ph­¬ng ph¸p xö lý sinh häc mang l¹i hiÖu qu¶ c¶ vÒ mÆt kinh tÕ vµ kü thuËt. Nh­ng c¸c nghiªn cøu nµy ®a sè tiÕn hµnh ë nh÷ng vïng cã ®iÒu kiÖn khÝ hËu, m«i tr­êng, nhiÖt ®é kh¸c nhiÕu so víi ®iÒu kiÖn ë n­íc ta. Nh­ vËy cho nªn khi ¸p dông vµo xö lý n­íc th¶i ë c¸c nhµ m¸y giÊy ë n­íc ta th× sÏ gÆp nhiÒu khã kh¨n vµ ch­a ch¾c ®· ®em l¹i hiÖu qu¶. V× vËy trong nghiªn cøu cña m×nh chóng t«i hi väng x¸c ®Þnh mét sè chñng vi khuÈn (gåm c¶ vi khuÈn khö sunphat vµ vi khuÈn kÞ khÝ) cã kh¶ n¨ng ph©n huû tèt c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong n­íc th¶i vµ cã thÓ thÝch nghi tèt trong ®iÒu kiÖn n­íc th¶i cña c¸c nhµ m¸y ë n­íc ta. §©y lµ mét nghiªn cøu l©u dµi, ph¶i thùc hiÖn nhiÒu qu¸ tr×nh thö nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh chñng vi sinh vËt, c¸c ®iÒu kiÖn xö lý thÝch hîp, sù thay ®æi cña c¸c chi tiªu g©y « nhiÔm. Qua viÖc ®¸nh gi¸ t­¬ng ®èi ®Çy ®ñ møc ®é « nhiÔm cña n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy, chóng ta cã thÓ thÊy nh÷ng t¸c h¹i cña nã ®èi víi m«i tr­êng. V× vËy viÖc nghiªn cøu ®Ó t×m ra ph­¬ng ¸n xö lý thÝch hîp, cã hiÖu qu¶ n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy ë n­íc ta lµ mét nghiªn cøu cÇn thiÕt vµ cã nhiÒu ý nghÜa. I.7. Vi sinh vËt vµ ®Æc tÝnh cña vi sinh vËt Vi sinh vËt lµ nh÷ng c¬ thÓ sèng v« cïng nhá bÐ, chØ quan s¸t ®­îc b»ng kÝnh hiÓn vi. Trong n­íc th¶i cã mét quÇn thÓ vi sinh vËt phong phó bao gåm nhiÒu chñng lo¹i nh­ vi khuÈn, nÊm mèc, nÊm men, x¹ khuÈn... lµ nh÷ng vi sinh vËt thÝch nghi víi m«i tr­êng n­íc th¶i vµ cã kh¶ n¨ng sö dông nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬ cã trong n­íc th¶i nh­ nguån thøc ¨n. §Ó nhiªn cøu kh¶ n¨ng ph©n huû c¸c hîp chÊt h÷u c¬ cña vi sinh vËt th× chóng ta ph¶i n¾m v÷ng nh÷ng ®Æc ®iÓm sinh lý, sinh ho¸ cña chóng. I.7.1. Dinh d­ìng cña vi sinh vËt + N­íc: N­íc cã vai trß quan träng nhÊt trong ho¹t ®éng sèng cña vi sinh vËt. Trong tÕ bµo vi sinh vËt, n­íc lµ thµnh phÇn chñ yÕu cã vai trß gi÷ cho tÕ bµo kh«ng bÞ biÕn d¹ng, ®Ó c©n b»ng ¸p suÊt thÈm thÊu vµ lµ m«i tr­êng trao ®æi chÊt cña c¬ thÓ vi sinh vËt. + Dinh d­ìng nit¬: Vi sinh vËt cÇn nh÷ng chÊt chøa nit¬ ®Ó tæng hîp protit, axit nucleic cña tÕ bµo. Khi nu«i cÊy vi sinh vËt ë m«i tr­êng Ýt c¸c hîp chÊt nit¬ nh­ n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy cÇn ph¶i cho thªm vµo ®ã mét sè muèi chøa nit¬ lµm nguån dinh d­ìng cho vi sinh vËt. + Kho¸ng chÊt: Vi sinh vËt ®ßi hái mét sè kho¸ng chÊt cho sù ph¸t triÓn nh­ K, Mg, Mn, Ca, P... Nh­ng sù cã mÆt d­ thõa cña c¸c kho¸ng chÊt nµy trong m«i tr­êng sèng lµ kh«ng cÇn thiÕt vµ cã thÓ dÉn ®Õn ¶nh h­ëng xÊu, nªn cÇn tÝnh to¸n bæ sung kho¸ng chÊt mét c¸ch hîp lý. + Dinh d­ìng cacbon. Cã hai lo¹i vi sinh vËt lµ vi sinh vËt tù d­ìng vµ dÞ d­ìng. C¸c vi sinh vËt tù d­ìng cã kh¶ n¨ng tæng hîp c¸c chÊt h÷u c¬ cÇn thiÕt cho c¬ thÓ tõ CO2, H2O vµ muèi kho¸ng. C¸c vi sinh vËt dÞ d­ìng lµ nh÷ng vi sinh vËt thu nhËn n¨ng l­îng tõ qu¸ tr×nh oxi ho¸ hoÆc lªn men c¸c chÊt h÷u c¬. Tuú vµo ®Æc ®iÓm sinh lý – sinh ho¸ cña vi sinh vËt mµ chóng cã thÓ ph©n huû ®­îc hîp chÊt h÷u c¬ ph©n tö l­îng rÊt lín, lín, vµ bÐ. Tuú thuéc vµo nång ®é hîp chÊt cacbon trong m«i tr­êng mµ nã cã thÓ võa lµ chÊt dinh d­ìng võa lµ chÊt øc chÕ vi sinh vËt. V× vËy khi xö lý n­íc th¶i b»ng vi sinh vËt cÇn nghiªn cøu t×m ra kho¶ng nång ®é cña hîp chÊt cacbon phï hîp víi chñng lo¹i vi sinh vËt ®ang nghiªn cøu. I.7.2. C¸c yÕu tè vËt lý ¶nh h­ëng ®Õn vi sinh vËt + NhiÖt ®é. Ho¹t ®éng trao ®æi chÊt cña vi sinh vËt lµ kÕt qu¶ cña ph¶n øng ho¸ häc. Mµ ph¶n øng ho¸ häc l¹i phô thuéc chÆt chÏ vµo nhiÖt ®é, nªn kh¶ n¨ng ph¸t triÓn cña vi sinh vËt còng phô thuéc vµo nhiÖt ®é, chóng ph¶i cã kho¶ng nhiÖt ®é thÝch hîp ®Ó ph¸t triÓn tèt. NhiÖt ®é thÝch hîp ®Ó vi sinh vËt ph¸t triÓn trong kho¶ng 30 ¸ 370C. + pH. YÕu tè ho¸ häc ¶nh h­ëng lín ®Õn ®iÒu kiÖn sèng cña vi sinh vËt lµ pH m«i truêng. CÇn ph¶i duy tr× pH thÝch hîp trong thêi gian sinh tr­ëng cña vi sinh vËt, v× pH ¶nh h­ëng m¹nh mÏ ®Õn qu¸ tr×nh sinh tr­ëng vµ trao ®æi chÊt cña vi sinh vËt. §a sè c¸c lo¹i vi sinh vËt ph¸t triÓn tèt ë pH trung tÝnh, nh­ng mét sè lo¹i cã kh¶ n¨ng sinh tr­ëng vµ ph¸t triÓn ë m«i tr­êng axÝt hoÆc kiÒm. I.7.3. Qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt vµ sù ph©n gi¶i c¸c hîp chÊt h÷u c¬ cña vi sinh vËt C¸c vi sinh vËt trong qu¸ tr×nh trao ®æi n¨ng l­îng, ®· oxi hãa c¸c hîp chÊt h÷u c¬, t¹o ra n¨ng l­îng ®Ó phôc vô cho nhu cÇu ho¹t ®éng sèng cña tÕ bµo. Nh÷ng vi sinh vËt cÇn sö dông oxi cho qu¸ tr×nh oxi hãa gäi lµ nh÷ng vi sinh vËt hiÕu khÝ, nh÷ng vi sinh vËt kh«ng cÇn oxi cho qu¸ tr×nh oxi hãa gäi lµ nh÷ng vi sinh vËt kÞ khÝ. Trong qu¸ tr×nh oxi hãa kÞ khÝ, c¸c vi sinh vËt kÞ khÝ (yÕm khÝ) oxi hãa c¸c chÊt h÷u c¬ kh«ng triÖt ®Ó v× c¸c s¶n phÈm trao ®æi chÊt cña chóng th­êng lµ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ph©n tö l­îng thÊp. Qu¸ tr×nh oxi hãa c¸c hîp chÊt h÷u c¬ rÊt phøc t¹p vµ t¹o ra c¸c chÊt cã 2 ¸ 4 nguyªn tö C trong ph©n tö. Trong qu¸ tr×nh oxi hãa hiÕu khÝ th× oxi ®ãng vai trß chÊt nhËn ®iÖn tö, hîp chÊt h÷u c¬ lµ c¸c chÊt cho ®iÖn tö. S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh phÇn lín lµ CO2 vµ H2O. Tuy nhiªn do ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè kh¸c nhau mµ nhiÒu khi s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh cßn cã c¸c s¶n phÈm trao ®æi chÊt thø cÊp nh­ : keto axit, axit axetic, axit gluconic, axit fumaric…C¸c hîp chÊt polysaccarit ®­îc thñy ph©n thµnh ®­êng ®¬n nhê hÖ men thñy ph©n cña mét sè vi sinh vËt cã trong n­íc th¶i, sau ®ã nh÷ng ®­êng ®¬n nµy míi tiÕp tôc ®­îc oxi hãa. C¸c hîp chÊt lignin ®Çu tiªn ®­îc chuyÓn thµnh c¸c hîp chÊt th¬m mµ trong vßng kh«ng chøa nh÷ng nhãm thÕ nµo kh¸c ngoµi nhãm oxi. C¸c hîp chÊt nµy d­íi t¸c dông cña hÖ thèng enzim cña vi sinh vËt sÏ bÞ c¾t ®øt vßng vµ t¹o ra c¸c axit bÐo. C¸c axit nµy sau ®ã sÏ ®­îc chuyÓn hãa thµnh c¸c s¶n phÈm trao ®æi trung gian. Sù c¾t vßng th¬m ®­îc thùc hiÖn nhê enzim oxigenaza xóc t¸c, tr­íc khi ®øt vßng mét nguyªn tö oxi d­íi t¸c dông cña enzim hydroxilaza sÏ liªn kÕt víi cacbua hydro th¬m lµm hydroxyl hãa, cßn mét nguyªn tö oxi kh¸c bÞ khö thµnh n­íc. Trong khi ®ã chÊt cho hydro lµ pyridin nucleotit vµ ®«i khi lµ chÝnh c¸c hîp chÊt th¬m ®· ®­îc hydroxyl hãa. R + O2 + XH2 Hydroxylaza R OH + H2O + X C¸c nhãm thÕ trong vßng th¬m th­êng ®­îc t¸ch ra tr­íc khi ®øt vßng, vµ th­êng ®­îc thay thÕ b»ng nhãm OH, c¸c nh¸nh bªn cã thÓ bÞ rót ng¾n l¹i. Chç ®øt vßng th¬m ë gi÷a hai nhãm –OH l©n cËn hoÆc ë gi÷a nguyªn tö C bÞ hydroxyl hãa vµ nguyªn tö C l©n cËn kh«ng bÞ hydroxyl hãa. R OH OH O2 Enzim R OH C=O C=O OH R OH OH O2 Enzim R C=O OH H C=O OH O2 Enzim R OH OH `R C=O OH H C=O OH Nh­ vËy sù ph¸ vì vßng th¬m cã thÓ x¶y ra theo nhiÒu h­íng. Sau khi vßng th¬m bÞ ph¸ vì, vi sinh vËt tiÕp tôc ph©n hñy c¸c s¶n phÈm hydrocacbon m¹ch th¼ng thµnh c¸c s¶n phÈm lµ CO2, H2O. I.8. Qu¸ tr×nh xö lý yÕm khÝ Qu¸ tr×nh xö lý yÕm khÝ lµ qu¸ tr×nh xö lý tr¶i qua nhiÒu giai ®o¹n, c¸c hîp chÊt h÷u c¬ phøc t¹p sÏ ®­îc chuyÓn hãa lÇn l­ît qua mét lo¹t c¸c hîp chÊt trung gian råi t¹o thµnh H2S, CO2. S¬ ®å qu¸ tr×nh xö lý yÕm khÝ. C¸c chÊt h÷u c¬ phøc t¹p vµ hßa tan C¸c hîp chÊt h÷u c¬ ®¬n gi¶n C¸c axit h÷u c¬ bËc cao H2, CO2 Axetat CH4 & CO2 H2S & CO2 Sulfat Giai ®o¹n 1: Qu¸ tr×nh thñy ph©n Giai ®o¹n 2: Qu¸ tr×nh lªn men Giai ®o¹n 3: Qu¸ tr×nh ph©n hñy thµnh axetat vµ khö hydro Giai ®o¹n 4: Giai ®o¹n sinh metan Khö sulfat Khö sulfat Giai ®o¹n ®Çu c¸c hîp chÊt h÷u c¬ phøc t¹p khèi l­îng ph©n tö lín ®­îc thñy ph©n thµnh c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ®¬n gi¶n (nh­ c¸c ®­êng ®¬n, amino axit, glycerol, axit bÐo). Sau ®ã c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ®¬n gi¶n ®­îc chuyÓn hãa thµnh c¸c axit h÷u c¬ bËc cao (nh­ lµ propionic, butyric) bëi c¸c vi khuÈn t¹o axit ë giai ®o¹n lªn men. TiÕp theo c¸c axit nµy l¹i tiÕp tôc chuyÓn hãa thµnh axit axetic vµ hydro bëi c¸c vi khuÈn t¹o axetyl. Giai ®o¹n cuèi cïng (®èi víi qu¸ tr×nh sinh metan) t¹o ra metan ®­îc thùc hiÖn bëi nhãm vi khuÈn sinh metan: Methano-bacterium, Methanoscarina, vµ Methanococcus. Ngoµi ra víi qu¸ tr×nh khö sulfat (cã sù tham gia cña vi khuÈn khö sulfat vµ ion sulfat) th× c¸c axit h÷u c¬ bËc cao cã thÓ bÞ oxi hãa thµnh H2S, CO2. Trong qu¸ tr×nh yÕm khÝ mµ ë thµnh phÇn n­íc th¶i cã l­u huúnh th× vi khuÈn khö sulfat lµ rÊt quan träng. C¸c vi khuÈn khö sulfat nµy sö dông sulfat vµ sulfit nh­ lµ nh÷ng chÊt nhËn ®iÖn tö trong qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ t¹o ra H2S, CO2. Ph­¬ng ph¸p xö lý yÕm khÝ cã mét sè ­u ®iÓm so víi ph­¬ng ph¸p xö lý hiÕu khÝ ®ã lµ: + L­îng bïn t¹o ra Ýt h¬n chØ b»ng 1/3 - 1/5 so víi xö lý hiÕu khÝ. + CÇn Ýt chÊt dinh d­ìng h¬n. + HÖ thèng cã thÓ ngõng ho¹t ®éng l©u nh­ng vÉn kh«ng g©y ¶nh h­ëng lín ®Õn tÝnh chÊt sinh khèi vµ cã thÓ ho¹t ®éng b×nh th­êng trë l¹i trong kho¶ng thêi gian ng¾n (trong kho¶ng 1-3 ngµy). Nh­ng nã còng cã mét sè nh­îc ®iÓm: + L­îng c¬ chÊt bÞ lo¹i bá Ýt. + Nh¹y c¶m víi c¸c chÊt øc chÕ vi sinh vËt. + T¹o ra nhiÒu hîp chÊt cã mïi, cã mµu. I.9. Qu¸ tr×nh xö lý hiÕu khÝ Xö lý hiÕu khÝ lµ qu¸ tr×nh ph©n hñy c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong n­íc th¶i nhê vi sinh vËt hiÕu khÝ. C¸c vi sinh vËt hiÕu khÝ nµy sö dông oxi ®Ó oxi hãa c¸c hîp chÊt h÷u c¬ tíi s¶n phÈm cuèi cïng lµ CO2, H2O. Qu¸ tr×nh oxi hãa nµy diÔn ra d­íi t¸c dông cña hµng lo¹t enzim cã trong tÕ bµo cña vi sinh vËt, vµ c¸c vi sinh vËt sö dông c¸c hîp chÊt h÷u c¬ nµy lµm nguån cung cÊp n¨ng l­îng vµ vËt liÖu cho qu¸ tr×nh sinh tæng hîp. N¨ng l­îng t¹o thµnh d­íi d¹ng c¸c hîp chÊt cao n¨ng nh­ Adenintriphotphat (ATP) vµ Guanintriphophat (GTP)… ®­îc vi sinh vËt sö dông trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng sèng vµ x©y dùng tÕ bµo míi. Cã thÓ xö lý hiÕu khÝ b»ng bïn ho¹t tÝnh, hÖ thèng ao th«ng khÝ… Qu¸ tr×nh xö lý b»ng bïn ho¹t tÝnh lµ qu¸ tr×nh xö lý liªn tôc nhê nh÷ng vi sinh vËt l¬ löng, vµ trong ®ã n­íc th¶i ®­îc khuÊy trén nhê hÖ thèng thæi khÝ. Thùc chÊt cña qu¸ tr×nh lµ c¸c vi sinh vËt sö dông oxi ®Ó oxi hãa c¸c hîp chÊt h÷u c¬ hßa tan vµ l¬ löng trong n­íc t¹o thµnh CO2, H2O. Mét sè chÊt h÷u c¬ ®­îc tæng hîp thµnh tÕ bµo míi, phÇn d­ thõa sÏ cßn l¹i trong bïn ho¹t tÝnh. Qu¸ tr×nh xö lý b»ng bïn ho¹t tÝnh yªu cÇu nhiÒu chÊt dinh d­ìng h¬n c¸c ph­¬ng ph¸p xö lý sinh häc kh¸c, tû lÖ dinh d­ìng bæ sung th­êng lµ BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1. Xö lý b»ng bïn ho¹t tÝnh cã ­u ®iÓm lµ BOD gi¶m nhiÒu, Ýt nh¹y c¶m víi chÊt ®éc, Ýt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é h¬n c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c vµ nhiÖt ®é tèi ­u lµ 30-350C. Bïn ho¹t tÝnh chÊt l­îng cao cã d¹ng bói xèp mµu n©u thÉm, kÝch th­íc ®Õn vµi tr¨m mm. Nã bao gåm 70% c¬ thÓ sèng vµ kho¶ng 30% cßn l¹i lµ chÊt r¾n cã b¶n chÊt v« c¬. Nh÷ng c¬ thÓ sèng cïng víi c¸c chÊt mang r¾n liªn kÕt víi nhau t¹o thµnh quÇn hîp - céng sinh, c¸c quÇn thÓ vi sinh vËt bao bäc bëi líp mµng nhÇy. TÝnh chÊt kÕt l¾ng vµ nÐn cña bïn ho¹t tÝnh lµ hai chØ tiªu chÝnh vÒ sù thµnh c«ng cña ph­¬ng ph¸p xö lý b»ng bïn ho¹t tÝnh. PhÇn II: VËt liÖu vµ ph­¬ng ph¸p II.1. VËt LiÖu Vµ Hãa ChÊt II.1.1. MÉu bïn vµ n­íc th¶i. MÉu bïn ®­îc lÊy tõ cèng x¶ nhµ m¸y, cèng x¶ ra s«ng nhµ m¸y giÊy Hßa B×nh. N­íc th¶i còng ®­îc lÊy t¹i cèng x¶ nhµ m¸y, cèng x¶ ra s«ng. II.1.2. Hãa chÊt. C¸c hãa chÊt ®­îc sö dông ®Òu lµ lo¹i tinh khiÕt ph©n tÝch (PA) ®­îc s¶n xuÊt t¹i ViÖt Nam, Trung Quèc vµ T©y ©u. II.1.3. ThiÕt bÞ. C¸c thiÕt bÞ th«ng dông trong phßng thÝ nghiÖm hãa häc nh­ : c©n ph©n tÝch, m¸y so mµu… ®­îc sö dông. II.2. M«i Tr­êng Nu«i CÊy Vi Sinh VËt * M«i tr­êng Postgate B c¶i tiÕn (g/l): KH2PO4 0,5 CaSO4 1,0 MgSO4.7H2O 2,0 Cao nÊm men 1,0 Axit Ascorbic 0,1 FeSO4.7H2O 0,5 NH4Cl 1,0 Lactat Natri 3,5 Agar 15 * M«i tr­êng LB. Pepton 4 g Glucose 10 g MgSO4 1 g Na2SO4 2 g (NH4)2SO4 0,5 g Th¹ch 5 g M«i tr­êng ®­îc khö trïng ë 1150C trong 40 phót, sau khi khö trïng ®iÒu chØnh pH= 7 ¸ 7,5 b»ng NaHCO3 (5%). ChÊt thªm ®­îc khö trïng riªng sau ®ã cho vµo m«i tr­êng tr­íc khi cÊy. Vitamin ®­îc läc v« trïng b»ng phÔu läc 0,1 mm. Trong qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm, m«i tr­êng ®­îc ®un s«i vµ lµm l¹nh nhan ®Ó h¹n chÕ oxi hßa tan ®Õn møc cã thÓ. II.3. Ph­¬ng Ph¸p Nghiªn Cøu II.3.1. LÊy mÉu MÉu bïn vµ n­íc th¶i ®­îc lÊy ë cèng x¶ nhµ m¸y vµ cèng x¶ ra s«ng §µ cña nhµ m¸y giÊy Hßa B×nh. S¬ ®å vÞ trÝ lÊy mÉu: NÊu 25 m3, röa bét ch©n kh«ng 3 nåi nÊu 8 m3, röa bét khuyÕch t¸n C«ng ®o¹n Ðp tÊm bét M¸y xeo C« ®Æc, lß h¬i Cèng x¶ ao S«ng §µ N­íc tõ ®Ëp trªn ®åi ch¶y xuèng ®iÓm lÊy mÉu ®iÓm lÊy mÉu II.3.2. Ph©n lËp vµ x¸c ®Þnh sè l­îng vi sinh vËt LÊy 1 g bïn hßa vµo 9 ml n­íc muèi sinh lý v« trïng. Dich mÉu ®­îc pha lo·ng ®Õn c¸c nång ®é 10-2, 10-3… 10-8. LÊy 1 ml dÞch mÉu ë mçi nång ®é ph©n vµo c¸c èng nghiÖm ®· v« trïng. §æ ®Çy m«i tr­êng thÝch hîp cho c¸c lo¹i vi khuÈn cÇn ph©n lËp (Postgate B cho SRB vµ LB cho vi khuÈn kÞ khÝ). §Ëy èng nghiÖm b»ng nót cao su, nu«i ë 370C trong 4 ¸ 10 ngµy. §Õm c¸c khuÈn l¹c h×nh thµnh. T¸ch c¸c khuÈn l¹c ®øng riªng rÏ vµ cÊy truyÒn sang m«i tr­êng thÝch hîp ®Ó gi÷ gièng. II.3.3. X¸c ®Þnh nhu cÇu oxi hãa häc( COD) Nguyªn lý cña ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh COD lµ x¸c ®Þnh l­îng oxi cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh oxi hãa c¸c chÊt h÷u c¬ vµ v« c¬ trong n­íc th¶i. ChÊt oxi hãa sö dông lµ K2Cr2O7 trong m«i tr­êng axit, ®un nãng trong 2h, khi ®ã diÔn ra ph¶n øng: Hîp chÊt h÷u c¬ + K2Cr2O7 + H+ CO2 + H2O + 3G+ + 2K+ AgSO4,t0c L­îng K2Cr2O7 d­ ®­îc chuÈn b»ng dung dÞch muèi Mo víi chØ thÞ lµ Ferroin. Cr2O72- + Fe2+ + H+ Cr3+ + Fe2+ + H2O C¸ch tiÕn hµnh x¸c ®Þnh COD theo TCVN 6491-1999. II.3.4. X¸c ®Þnh nhu cÇu oxi sinh hãa (BOD5) Trong thùc tÕ, kh«ng thÓ x¸c ®Þnh l­îng oxi cÇn thiÕt ®Ó ph©n hñy hoµn toµn chÊt h÷u c¬, mµ chØ x¸c ®Þnh l­îng oxi cÇn thiÕt trong 5 ngµy nu«i cÊy ë nhiÖt ®é 200C vµ kÝ hiÖu BOD5. C¸ch tiÕn hµnh x¸c ®Þnh BOD5 theo TCVN 6001-1995. X¸c ®Þnh oxi hßa tan DO theo nguyªn lý: Trong m«i tr­êng kiÒm Mn2+ bÞ oxi hßa tan trong n­íc oxi hãa ®Õn Mn4+ d­íi d¹ng MnO2.. Mn2+ + 2OH- +1/2 O2 = MnO2 + H2O Khi cã mÆt H+, th× Mn4+ bÞ I- khö ®Õn Mn2+ MnO2 + 2I- + 4H+ = Mn2+ + 2H2O + I2 Dïng Na2S2O3 chuÈn l­îng I2 gi¶i phãng ra víi chØ thÞ hå tinh bét, tõ ®ã x¸c ®Þnh ®­îc l­îng oxi hßa tan. TiÕn hµnh x¸c ®Þnh DO b»ng ph­¬ng ph¸p iot theo TCVN 7324-1983. II.3.5. X¸c ®Þnh tæng l­îng chÊt r¾n TS TiÕn hµnh x¸c ®Þnh TS theo TCVN. phÇn III: kÕt qu¶ vµ th¶o luËn §· x¸c ®Þnh ®­îc mét sè ®Æc tr­ng cña n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy hßa b×nh nh­ : COD : 2000 ¸ 10000 mgO2/l BOD5 : 500 ¸ 3500 mgO2/l TS : 0,2 ¸ 0,42 g/l C¸c ®Æc tr­ng nµy ®Òu v­ît qu¸ chØ tiªu cho phÐp theo TCVN (b¶ng 3.1). B¶ng 3.1: Tiªu chuÈn ViÖt Nam TCVN 5945-1995. ChØ tiªu §¬n vÞ Møc cho phÐp A B C COD mg/l < 50 < 100 < 200 BOD5 mg/l < 20 < 50 < 100 SS mg/l < 50 < 100 < 200 pH 6¸9 5¸59 5¸9 Môc tiªu cña viÖc xö lý n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy lµ lùa chän ph­¬ng ¸n xö lý thÝch hîp sao cho ®¶m b¶o n­íc th¶i ra m«i tr­êng ®¹t ®­îc c¸c chØ tiªu theo qui ®Þnh cña nhµ n­íc. Trong nghiªn cøu cña m×nh chóng t«i tiÕn hµnh ®¸nh gi¸ vµ xö lý n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh b»ng c¸c chñng vi khuÈn khö sulfat vµ vi khuÈn kị khÝ, sau ®ã tiÕp tôc ®­îc xö lý b»ng bïn ho¹t tÝnh. Trong qu¸ tr×nh xö lý thay ®æi mét sè ®iÒu kiÖn nh»m t×m ra mét qui tr×nh xö lý thÝch hîp, sao cho n­íc th¶i sau xö lý ®¹t ®­îc c¸c yªu cÇu cÇn thiÕt tr­íc khi th¶i ra m«i tr­êng. C¸c th«ng sè ®­îc thay ®æi ®ã lµ gi¸ trÞ COD ban ®Çu, chñng lo¹i vi sinh vËt vµ tû lÖ gièng bæ sung. III.1. ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng xö lý n­íc th¶i cña c¸c lo¹i vi khuÈn kh¸c nhau Vi khuÈn kÞ khÝ vµ SRB ®­îc ph©n lËp tõ bïn t¹i hè ga cña nhµ m¸y vµ bïn t¹i cèng x¶ ra s«ng §µ. Hçn hîp cña tõng lo¹i vi khuÈn ®­îc nh©n lªn trong m«i tr­êng nh©n gièng thÝch hîp: m«i tr­êng postgate B vµ LB ®­îc thay mét phÇn c¬ chÊt b»ng n­íc th¶i. TiÕn hµnh xö lý n­íc th¶i b»ng c¸c lo¹i vi khuÈn ®· ph©n lËp ®­îc. ViÖc ®¸nh gi¸ kh«ng chØ dùa trªn sù gi¶m COD cña mÉu ban ®Çu sau qu¸ tr×nh xö lý yÕm khÝ mµ cßn dùa vµo sù gi¶m COD cña mÉu sau qu¸ tr×nh xö lý hiÕu khÝ. Bëi v× qu¸ tr×nh xö lý yÕm khÝ nh­ ®· nãi ë phÇn tr­íc chØ cã t¸c dông c¾t ng¾n m¹ch gióp cho qu¸ tr×nh xö lý hiÕu khÝ ®¹t hiÖu qu¶ tèt h¬n, do ®ã COD cã thÓ kh«ng gi¶m (thËm chÝ trong mét sè tr­êng hîp cã thÓ t¨ng nhÑ do sinh khèi cña vi khuÈn t¹o ra). KÕt qu¶ xö lý yÕm khÝ b»ng hçn hîp chñng kÞ khÝ (VKK) vµ vi khuÈn khö sunfat (SRB) ph©n lËp tõ bïn t¹i cèng x¶ ra s«ng (CS) vµ t¹i hè ga trong nhµ m¸y (NM) ®­îc tæng hîp trong b¶ng 3.2 vµ 3.3 (tû lÖ gièng lµ 1% ). B¶ng 3.2: Sù biÕn ®æi COD cña mÉu ®­îc xö lý b»ng vi khuÈn kÞ khÝ. MÉu COD (mg/l) Ban ®Çu Mét tuÇn Hai tuÇn Ba tuÇn YÕm khÝ HiÕu khÝ YÕm khÝ HiÕu khÝ YÕm khÝ HiÕu khÝ VKK1-cs 800 600 500 500 150 400 150 VKK2-nm 800 400 300 400 150 400 150 VKK3-cs 1750 1750 1550 1500 1000 1500 1000 VKK4-nm 1750 1750 1400 1400 800 1450 800 VKK5-cs 3000 3000 2500 2500 1550 2450 1400 VKK6-nm 3000 3000 2100 2400 1500 2450 1350 B¶ng 3.3: Sù biÕn ®æi COD cña mÉu ®­îc xö lý b»ng vi khuÈn khö sulfat. MÉu COD(mg/l) Ban ®Çu Mét tuÇn Hai tuÇn Ba tuÇn YÕm khÝ HiÕu khÝ YÕm khÝ HiÕu khÝ YÕm khÝ HiÕu khÝ SRB1-cs 800 650 650 400 150 400 150 SRB2-nm 800 550 550 300 150 300 150 SRB3-cs 1750 1750 1450 1300 1100 1300 1000 SRB4-nm 1750 1750 1250 1150 1050 1200 950 SRB5-cs 3000 3000 2400 2500 1450 2500 1300 SRB6-nm 3000 3000 2200 2400 1400 2350 1250 Tõ hai b¶ng sè liÖu trªn, chóng ta cã thÓ thÊy vi khuÈn yÕm khÝ (c¶ VKK vµ SRB) tõ bïn trong hè ga nhµ m¸y lµm gi¶m COD tèt h¬n so víi vi khuÈn yÕm khÝ tõ bïn cèng x¶ ra s«ng. §iÒu nµy hîp lý bëi v× t¹i hè ga nhµ m¸y râ rµng cã nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ mµ chñ yÕu lµ lignin cã trong n­íc th¶i. Cho nªn vi khuÈn ph©n lËp tõ bïn hè ga nhµ m¸y dÔ dµng thÝch nghi trong ®iÒu kiÖn n­íc th¶i h¬n. Do vËy trong c¸c nghiªn cøu tiÕp theo hçn hîp vi khuÈn yÕm khÝ ph©n lËp tõ hè ga trong nhµ m¸y ®­îc sö dông. III.2. Nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña cod ban ®Çu ®Õn qu¸ tr×nh xö lý COD ban ®Çu cµng cao th× l­îng n­íc pha lo·ng mÉu n­íc th¶i cµng Ýt kÐo theo thÓ tÝch l­u tr÷ cµng Ýt. Nh­ng COD ban ®Çu cao qu¸ cã thÓ lµm cho qu¸ tr×nh xö lý kh«ng ®¹t ®­îc hiÖu qu¶. V× vËy cÇn t×m ra gi¸ trÞ COD ban ®Çu thÝch hîp ®Ó hµi hoµ tèt c¶ hai yÕu tè trªn. TiÕn hµnh xö lý víi c¸c mÉu cã gi¸ trÞ COD lµ 2200 vµ 4500, tû lÖ gièng bæ sung lµ 5%. Sau mçi tuÇn xö lý yÕm khÝ, t¸ch cÆn vµ sinh khèi ra,cßn dÞch trong ®­a ®i xö lý hiÕu khÝ 48h. Sù thay ®æi COD trong qu¸ tr×nh xö lý ®­îc thÓ hiÖn qua ®å thÞ: ban ®Çu mét tuÇn hai tuÇn ba tuÇn 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 yÕm khÝ hiÕu khÝ yÕm khÝ hiÕu khÝ yÕm khÝ hiÕu khÝ VKK7 VKK8 §å thÞ 3.4: Sù thay ®æi gi¸ trÞ COD theo thêi gian cña c¸c mÉu ®­îc xö lý b»ng VKK. 0 `500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 yÕm khÝ hiÕu khÝ yÕm khÝ hiÕu khÝ yÕm khÝ hiÕu khÝ ban ®Çu mét tuÇn hai tuÇn ba tuÇn SRB7 SRB8 ``` §å thÞ 3.5 :Sù thay ®æi gi¸ trÞ COD theo thêi gian cña c¸c mÉu ®­îc xö lý b»ng SRB. Tõ ®å thÞ ta cã nhËn xÐt r»ng khi mÉu ®­îc pha lo·ng ®Õn COD ban ®Çu kho¶ng 2000 mgO2/l th× sau ba tuÇn xö lý yÕm khÝ vµ hai ngµy hiÕu khÝ gi¸ trÞ COD cuèi cïng gi¶m xuèng chØ cßn 110 (víi VKK) vµ 105 (víi SRB) gÇn ®¹t ®­îc yªu cÇu theo TCVN. V× vËy víi gi¸ trÞ COD nµy chóng ta cã thÓ hi väng lµ qu¸ tr×nh xö lý sÏ thµnh c«ng. Cßn nång ®é COD ban ®Çu qu¸ cao cã thÓ ®· øc chÕ qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña vi khuÈn. III.3. nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña tû lÖ gièng ®Õn kh¶ n¨ng xö lý cña vi khuÈn §Ó m« t¶ ®éng häc cña qu¸ tr×nh xö lý vi khuÈn ng­êi ta th­êng sö dông ph­¬ng tr×nh Monod, theo ph­¬ng tr×nh Monod ta cã biÓu thøc : (ds/dt) = ks*s*x/(k's+u). trong ®ã : (ds/dt) lµ tèc ®é sö dông c¬ chÊt ks: h»ng sè tèc ®é ks': nång ®é khi tèc ®é sö dông c¬ chÊt ®¹t gi¸ trÞ b»ng mét nöa tèc ®é lín nhÊt. x: khèi l­îng vi khuÈn u: nång ®é c¬ chÊt Tõ ph­¬ng tr×nh trªn ta thÊy l­îng vi khuÈn cã ¶nh h­ëng lín ®Õn qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i. §Ó nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña vi khuÈn, tû lÖ gièng bæ sung lÇn l­ît lµ 1%, 3%, 5% vÒ thÓ tÝch. Trong b¶ng 3.2 vµ 3.3 ë phÇn tr­íc lµ kÕt qu¶ xö lý mét sè mÉu víi tû lÖ gièng bæ sung lµ 1%. KÕt qu¶ cho thÊy víi tû lÖ gièng nµy, qu¸ tr×nh xö lý chØ cã hiÖu qu¶ víi nh÷ng mÉu cã COD thÊp, víi nh÷ng mÉu cã COD cao th× qu¸ tr×nh xö lý kh«ng cho hiÖu qu¶ tèt. Nh­ vËy ®Ó cã thÓ xö lý víi nh÷ng mÉu cã COD ban ®Çu cao th× chóng ta ph¶i t¨ng tû lÖ gièng. Nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña tû lÖ gièng víi sè tû lÖ bæ sung gièng lµ 3% vµ 5% ë c¸c mÉu cã gi¸ trÞ COD kh¸c nhau thÓ hiÖn qua ®å thÞ: 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 yÕm khÝ hiÕu khÝ yÕm khÝ hiÕu khÝ yÕm khÝ hiÕu khÝ ban ®Çu mét tuÇn hai tuÇn ba tuÇn VKK9 VKK10 VKK11 VKK12 §å thÞ 3.6: Sù thay ®æi COD cña c¸c mÉu ®­îc xö lý b»ng VKK theo thêi gian (tû lÖ gièng lµ 3% vµ 5%). VKK9, VKK11 : MÉu cã tû lÖ gièng bæ sung lµ 5% VKK10, VKK12 : MÉu cã tû lÖ gièng bæ sung lµ 3% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 yÕm khÝ hiÕu khÝ yÕm khÝ hiÕu khÝ yÕm khÝ hiÕu khÝ ban ®Çu mét tuÇn hai tuÇn ba tuÇn SRB9 SRB10 SRB11 SRB12 §å thÞ 3.7: Sù thay ®æi COD cña c¸c mÉu ®­îc xö lý b»ng SRB theo thêi gian (tû lÖ gièng lµ 3% vµ 5%). SRB9, SRB11 : MÉu cã tû lÖ gièng bæ sung lµ 5% SRB10, SRB12 : MÉu cã tû lÖ gièng bæ sung lµ 3% Nh­ vËy râ rµng khi dïng l­îng gièng lµ 5% th× kÕt qu¶ xö lý tèt h¬n h¼n so víi khi dïng l­îng gièng lµ 3%, vµ ®èi víi mÉu cã COD ban ®Çu lµ 2200 khi dïng tû lÖ gièng lµ 5% th× COD cuèi gi¶m xuèng cßn 110 (víi VKK), 105 (víi SRB), ®· gÇn ®¹t ®­îc gi¸ trÞ yªu cÇu theo TCVN. III.4. NGHI£N CøU ¶NH H­ëng cña qu¸ tr×nh quay vßng gièng ®Õn kh¶ n¨ng xö lý cña vi khuÈn C¸c nghiªn cøu trªn thÕ giíi vÒ xö lý n­íc th¶i b»ng vi khuÈn ®Òu chØ ra r»ng khi xö lý nÕu thùc hiÖn viÖc tuÇn hoµn vi khuÈn th× sÏ ®¹t kÕt qu¶ tèt. Khi ta ®­a vi khuÈn vµo m«i tr­êng n­íc th¶i, do ch­a quen víi ®iÒu kiÖn m«i tr­êng vi khuÈn cã thÓ bÞ øc chÕ hoÆc mÊt thêi gian lµm quen, dÉn tíi hiÖu qu¶ xö lý sÏ kÐm. NÕu ta sö dông vi khuÈn ®· quen víi m«i tr­êng kÕt hîp víi vi khuÈn míi th× cã thÓ lµm t¨ng hiÖu qu¶ xö lý. Sö dông vi khuÈn tuÇn hoµn l¹i cã kÕt hîp thªm 3% gièng míi ®Ó xö lý c¸c mÉu cã COD lÇn l­ît lµ 9000, 4400, 2200, ta thu ®­îc kÕt qu¶ thÓ hiÖn qua ®å thÞ sau: VKK15 VKK14 VKK13 hai tuÇn mét tuÇn ban ®Çu hiÕu khÝ yÕm khÝ hiÕu khÝ yÕm khÝ 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 §å thÞ 3.8: Sù thay ®æi COD cña mÉu ®­îc xö lý b»ng VKK tû lÖ gièng 3% cã kÕt hîp tuÇn hoµn gièng. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 yÕm khÝ hiÕu khÝ yÕm khÝ hiÕu khÝ ban ®Çu mét tuÇn hai tuÇn SRB13 SRB14 SRB15 §å thÞ 3.9: Sù thay ®æi COD cña mÉu ®­îc xö lý b»ng SRB tû lÖ gièng 3% cã kÕt hîp tuÇn hoµn gièng. SRB13 : MÉu cã COD ban ®Çu lµ 9000 mg O2/l SRB14 : MÉu cã COD ban ®Çu lµ 4400 mg O2/l SRB15 : MÉu cã COD ban ®Çu lµ 2200 mg O2/l Tõ ®å thÞ ta thÊy khi quay vßng gièng kh¶ n¨ng xö lý cña vi khuÈn tèt h¬n h¼n, COD gi¶m m¹nh so víi ban ®Çu. Thêi gian xö lý yÕm khÝ cã thÓ rót xuèng hai tuÇn vµ xö lý hiÕu khÝ trong 48h. Nh­ vËy sau qu¸ tr×nh xö lý ta thu ®­îc mÉu cã gi¸ trÞ COD cuèi cïng lµ 100 mg O2/l ®¹t TCVN. X¸c ®Þnh gi¸ trÞ BOD5 vµ TS cña mÉu nµy ta cã: BOD5 = 40 (mg/l). TS = 50 (mg/l). Nh­ vËy mÉu ®· ®¹t ®­îc c¸c tiªu chuÈn yªu cÇu theo TCVN. III.5. nghiªn cøu kh¶ n¨ng xö lý n­íc th¶i b»ng vi khuÈn ®¬n chñng Trong c¸c nghiªn cøu ë trªn chóng t«i ®· xö lý n­íc th¶i b»ng hçn hîp c¸c chñng vi khuÈn ®èi víi tõng lo¹i VKK vµ SRB. Trong hçn hîp vi khuÈn th× c¸c lo¹i vi khuÈn cã thÓ c¹nh tranh g©y øc chÕ lÉn nhau khiÕn cho kh¶ n¨ng xö lý n­íc th¶i bÞ gi¶m ®i. V× vËy chóng t«i ®· nghiªn cøu xö lý n­íc th¶i b»ng vi khuÈn ®¬n chñng. TiÕn hµnh ph©n lËp vi khuÈn ®¬n chñng (c¶ víi VKK vµ SRB), tiÕp ®ã tiÕn hµnh nu«i cÊy trong m«i tr­êng n­íc th¶i nh»m t×m ra c¸c chñng ®¬n cã kh¶ n¨ng ph¸t triÓn tèt nhÊt. KÕt qu¶ chóng t«i ®· chän ra ®­îc vi khuÈn ®¬n chñng tèt nhÊt víi c¶ VKK vµ SRB ®­îc ký hiÖu lµ VKK* vµ SRB*. TiÕn hµnh xö lý c¸c mÉu n­íc th¶i cã COD ban ®Çu 2200 vµ 4500, tû lÖ gièng bæ sung lµ 3% vµ 5%. Sù thay ®æi COD trong qu¸ tr×nh xö lý ®­îc tæng hîp trong b¶ng 3.11 vµ 3.12. B¶ng 3.11. Sù biÕn ®æi COD cña mÉu ®­îc xö lý b»ng VKK*. MÉu COD mg/l Ban ®Çu Mét tuÇn Hai tuÇn Ba tuÇn YÕm khÝ HiÕu khÝ YÕm khÝ HiÕu khÝ YÕm khÝ HiÕu khÝ VKK*1 2200 1750 900 1350 250 450 105 VKK*2 2200 1500 800 1000 200 200 95 VKK*3 4500 3000 1450 2250 1000 1750 500 VKK*4 4500 2850 1350 2000 900 1350 400 VKK*1,VKK*3: MÉu cã tû lÖ bæ sung gièng lµ 3% VKK*2,VKK*4: MÉu cã tû lÖ bæ sung gièng lµ 5% B¶ng 3.12. Sù biÕn ®æi COD cña mÉu ®­îc xö lý b»ng SRB* MÉu COD mg/l Ban ®Çu Mét tuÇn Hai tuÇn Ba tuÇn YÕm khÝ HiÕu khÝ YÕm khÝ HiÕu khÝ YÕm khÝ HiÕu khÝ SRB*1 2200 1650 900 1250 250 400 100 SRB*2 2200 1450 750 900 200 200 95 SRB*3 4500 3000 1400 2200 1000 1750 450 SRB*4 4500 2800 1300 2000 800 1300 300 SRB*1,SRB*3: MÉu cã tû lÖ bæ sung gièng lµ 3% SRB*2,SRB*4: MÉu cã tû lÖ bæ sung gièng lµ 5% Qua b¶ng trªn ta thÊy r»ng sö dông c¸c chñng vi khuÈn ®¬n øng víi tõng lo¹i VKK vµ SRB ®Ó xö lý víi c¸c mÉu COD ban ®Çu lµ 2200, 4500 cho kÕt qu¶ tèt h¬n so víi khi sö dông chñng hçn hîp. Vµ ®Æc biÖt ®èi víi mÉu cã COD ban ®Çu lµ 2200 sau qu¸ tr×nh xö lý víi VKK* ®· gi¶m COD xuèng cßn 105, 95; víi SRB* ®· gi¶m xuèng 100, 95 ®¹t ®­îc yªu cÇu theo TCVN. KÕt luËn 1. §· x¸c ®Þnh ®­îc mét sè dÆc tr­ng cña n­íc th¶i nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh. 2. Ph©n lËp ®­îc mét sè vi khuÈn kÞ khÝ vµ khö sunfat tõ bïn th¶i cña nhµ m¸y giÊy Hoµ B×nh cã kh¶ n¨ng ph©n hñy lignin trong dÞch ®en th¶i. 3. ViÖc kÕt hîp sö dông tuÇn hoµn vi khuÈn céng víi bæ sung thªm mét tØ lÖ gièng míi thÝch hîp ®· thu ®­îc hiÖu qu¶. §· lµm gi¶m COD xña mÉu n­íc th¶i xuèng d­íi 100 mg O2/l ®¹t TCVN. 4. §· t×m ra qui tr×nh xö lý thÝch hîp: + COD ban ®Çu kho¶ng 2000 mg O2/l + TØ lÖ gièng bæ sung: 3% kÕt hîp tuÇn hoµn vi khuÈn + Thêi gian xö lý : 2 tuÇn yÕm khÝ vµ 2 ngµy hiÕu khÝ Sau qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i ®· ®¹t ®­îc yªu cÇu theo TCVN vµ ®­îc phÐp th¶i ra m«i tr­êng. Tµi liÖu tham kh¶o B¶o vÖ m«i tr­êng trong c«ng nghiÖp bét giÊy vµ giÊy, Do·n Th¸i Hoµ, Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt, 2005. Environmental Management in the Pulp and Paper Industry, UNEP Industry and Environment Manual Series No.1, vol 2, p. VIII-66. The sulfate-reducing bacteria, Postgate J.R, Professor of Microbiology, University of Sussex, Cambridge University Press, 1979. TrÇn §×nh MÊn, Do·n Th¸i Hßa, T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ 36, 22-27, 1998. Jukka Rintala and Pertti, Anaerobic-aerobic treatment of thermomechanical pulping effluents, Tappi Journal, 1988. J.A.Servizi and R.W.Gordon, Detoxification of TMP and CTMP effluents alternating in a pilot scale aerated lagoon, Pulp & Paper Canada 87:11, 1986. R.W.Wilson, K.L.Murphy and E.G.Frenette, Aerobic and anaerobic treatment of NSSC and CTMP effluent, Pulp & Paper Canada 88:1, 1987. Salkinoja Salonen, Apajalahti.J, Anaerobic treatment potential of liquid & solid forest industry wastes. Anaerobic digestion results of research & demonstration project, 1987.