Kết quả thử nghiệm chất keo tụ Polyaluminium Chloride xử lý nước thải giấy và bột giấy
Chất keo tụ Polyaluminium Chioride gọi tắt là PAC có nhiều ưu điếm hơn so với hóa chất keo tụ thông thường (phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O, phèn sắt (FeSO4. 7H2O)...). PAC không làm đục nước khi dùng thừa hoặc thiếu, khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan củng các kim loại năng tốt hơn, không làm phát sinh hàm lượng SO42- ((hợp chất có độc tính đối với vi sinh vật) trong nước thải sau xử lý và đặc biệt là hiệu quả keo tụ và lắng trong > 4-5 lần. Tan trong nước tốt, nhanh hơn nhiều, ít làm biến động độ pH của nước nên không cần dùng NaOH hoặc H2SO4 đế điều chỉnh pH cũng vì đó mà ít ăn mòn thiết bị hơn.
Nước thải của sản xuất bột giấy có nồng độ ô nhiễm cao. Các thông số ô nhiễm dao động trung bình trong khoảng 700-1200mg/l với COD và 100-450 mg/l với TSS và pH trong khoảng từ 6-9. Việc sử dụng các hóa keo tụ thông thường như phèn nhôm và phèn sắt đã mang lại hiệu quả tốt với TSS nhưhg chưa tốt đối với các chỉ tiêu độ màu và COD. Sau khi áp dụng thử nghiệm chất keo tụ thế hệ mới PAC trong xử lý nước thải sản xuất giấy và bột giấy hiệu quả đạt được 88% với COD, 86 % đối với TSS và 81,2% với độ màu. PAC là chất trợ keo tụ có khả năng được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải giấy và bột giấy.
Hình ảnh thực hiện thí nghiệm
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trên thế giới có rất nhiều chất được sử dụng làm chất keo tụ, thông thường là các muối vô cơ như phèn nhôm (aluminium sulfate); sắt Clorua; sắt sunfat [1], Polyaluminium Chioride gọi tắt là PAC, MgCI2 [2]. Chất trợ keo thông thường là các polymer tổng hợp như polyacrylates và polyacrylamides [3].
Theo nghiên cứu của Teng và ctv, 2014 [4] sử dụng chất keo tụ là riêng PAC, đánh giá hiệu quả loại bỏ TSS và COD đã được tiến hành với các mức nồng độ sử dụng 50; 100; 200; 500,1.000 và 1.500 mg/1 và pH được điều chỉnh từ 5,0 đến 10,0 trên hệ thống máy jar tests. Ảnh hưởng của lượng dùng và pH với PAC với đối chứng là phèn. Hiệu quả loại bỏ TSS và COD tăng khi tăng liều sử dụng keo tụ và pH cho đến khi đạt giá trị cao nhất, pH tối ưu, sau đó hiệu quả giảm và loại bỏ bắt đầu giảm. Hiệu suất xử lý TSS đạt 98-99%; COD đạt 86-91%. Hàm lượng tối ưu của PAC trong nghiên cứu này được xác định là 200mg/l tại pH =6 [4]. So sánh với phèn, liều lượng sử dụng tối ưu của PAC nhỏ hơn phèn, pH = 6 là giá trị tối ưu của cả 2 loại phèn và PAC. Theo HUANG và các ctv [5] ở pH thấp và liều dùng thấp hạt tạo thành nhỏ không có tính ổn định do trung hòa điện tích thấp.
Nghiên cứu của Ahmad và ctv, 2008 [6] sử dụng phương pháp keo tụ đế xử lý nước thải bột giấy và bột giấy ở quy mô pilot với bể V=400 lít, vận tốc dòng chảy là 15 lít/dm2.phút. Nghiên cứu này thực hiện với chất keo tụ PAC (đối chứng là phèn), chất trợ keo Polymer - C và Polymer - A, liều lượng dùng là 1 - 6mg/l với liều dùng PAC 250 mg/l và phèn 500mg/l, tại pH 6. Kết quả cho thấy không có sự giảm thêm khi tăng lượng dùng chất trợ keo tụ. Về thời gian lắng cho thấy hiệu quả của sử dụng PAC và chất trợ keo tụ làm tăng kích thước các hạt keo (flocs) như vậy làm giảm thời gian lắng. Đánh giá về chỉ số thể tích bùn SVI khi sử dụng chất trợ keo với PAC đạt khoảng 114ml/g (so với phèn 63ml/g). Phèn kết hợp với Organopol 5415 là hệ thống tốt nhất trong số tất cả các hệ thống được nghiên cứu. Nó làm giảm 99,7% độ đục, 99,5% loại bỏ TSS và giảm 95,6% COD, và đồng thời với SVI thấp (38 ml/g) và thời gian lắng xuống thấp (12s) [6].
Nghiên cứu của Kumar và ctv, 2011 [7] sử dùng PAC làm chất đông tụ, COD đã giảm 84%; và độ màu 92% ở pH 5 với liều lượng PAC là 8ml/l. So sánh với phèn nhôm giảm 74% COD và độ màu 86% tại pH=4 và lượng dùng 5g/l.
Ở Việt Nam, việc ứng dụng PAC trong xử lý nước thải đã bắt đầu được thực hiện tuy nhiên chưa được rộng rãi. Trước những hiệu quả đạt được trong xử lý màu của PAC trên thế giới thì việc thử nghiệm PAC trong xử lý nước màu nói riêng và các thông số ô nhiễm trong nước thải sản xuất giấy và bột giấy thực tế tại Việt Nam là thực sự cần thiết.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Quá trình tiến hành thí nghiệm lần lượt thay đổi các điều kiện khác nhau theo thứ tự lần lượt:
* Thí nghiệm 1: Nghiên cứu điều kiện pH tối ưu.
* Thí nghiệm 2: Nghiên cứu hàm lượng chất keo tụ tối ưu.
* Thí nghiệm 3: Nghiên cứu tốc độ khuấy tối ưu.
* Thí nghiệm 4: Nghiên cứu hàm lượng chất trợ keo tụ tối ưu.
Sau khi nghiên cứu được điều kiện tốl ưu từ các thí nghiệm trước sẽ lần lượt áp dụng điều kiện tối ưu đó cho các thí nghiệm sau.
Nước thải được sử dụng trong quá trình nghiên cứu là nước thải nhà máy sản xuất giấy và bột giấy với thông số nước thải COD 1200 mg/l; pH 6,8 ; TSS 436 mg/l.
Phương pháp thu mẫu: Thu 2-3 mẫu/01 thí nghiệm với các thông số đánh pH, TSS, COD, Độ màu.
Hình 1. Sơ đồ mô hình thí nghiệm
Quá trình thí nghiệm được thực hiện tại: Phòng phân tích Trung tâm công nghệ Môi trường - Viện công nghiệp giấy và Xenluylô.
Bảng 1: Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm
Bảng 2: Hóa chất thử nghiệm
Bảng 3. Phương pháp phân tích mẫu
Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu được cập nhật và xử lý thống kê trên phần mềm Excel.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiệu quả xử lý của phèn nhôm (AI2(SO4)4.18H2O)
- pH là một trong những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình keo tụ bằng phèn nhôm.
Kết quả nghiên cứu được trình bày ở Hình 3.1a. với cùng hàm lượng chất keo tụ, pH trong khoảng 5-9, hiệu quả xử lý màu, COD và TSS trong nước thải ở mức thấp <50%.
Hình 3.1a. Ảnh hưởng pH đến quá trình keo tụ phèn nhôm
Khoảng pH tối ưu cho quá trình keo tụ bằng phèn nhôm là 5,5-8. Hiệu quả xử lý cao nhất đạt được tại pH=7 với 64,5% độ màu, COD đạt 88,44% và 73,62% với TSS.
- Trong cùng điều kiện pH=7, với mỗi lượng phèn nhôm khác nhau hiệu quả xử lý khác nhau. Tuy nhiên không phải lượng phèn nhôm càng lớn thì hiệu quả càng cao.
Kết quả nghiên cứu ở Hình 3.1b đã chỉ ra rằng lượng phèn nhôm tối ưu đối với đặc tính nước thải liên hợp bột giấy của Tổng công ty Giấy Việt Nam là 2ml/l (Phèn Đông Á, 50g AI2O3/I). Hiệu quả xử lý đạt 71,24% đối với độ màu, 89,41% đối với TSS và 65,42 % đối với COD.
Hình 3.1b. Xác định lượng phèn nhôm tối ưu đối với nước thải sản xuất giấy và bột giấy.
- Để hỗ trợ quá trình xử lý, tăng tốc độ và giảm thời gian lắng, cần bổ sung chất trợ keo tụ polymer với lượng dùng tối ưu lml/l (dung dịch nồng độ 0,25% w/v).
Kết quả nghiên cứu được trình bày ở Hình 3.1c đã chỉ ra rằng hiệu suất xử lý khi có sự hỗ trợ của chất trợ keo tụ Polymer Anion đối với độ màu đạt 78,35%, TSS đạt 93% và COD đạt 68%.
Hình 3.1c. Xác định lượng Polymer Anion tối ưu bổ trợ cho quá trình keo tụ phèn nhôm.
3.2. Hiệu quả xử lý PAC dạng rắn
- So với phèn nhôm, pH ít ảnh hưởng đến quá trình keo tụ so với PAC. Trong khoảng pH nghiên cứu từ 4-9 hiệu suất xử lý COD, TSS, độ màu dao động không lớn. Kết quả nghiên cứu được chỉ ra ở hình 3.2a cho thấy pH>7 hiệu suất xử lý ổn định, hiệu suất xử lý độ màu đạt 78%, TSS đạt 86% và COD đạt 71%. (Hình 3.2a).
Hình 3.2a. Ảnh hưởng pH đến quá trình keo tụ PAC rắn.
- Trong cùng điều kiện pH=7 và cùng tốc độ khuấy hiệu quả xử lý nước thải sản xuất giấy và bột giấy khá ổn định ở các mức dùng khác nhau. Mức dùng tối ưu nhất vừa mang lại hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí là 6ml/l (10% w/v). Kết quả thí nghiệm ở hình 3.2b cho thấy hiệu suất xử lý ở mức dùng tối ưu là COD đạt 75%, TSS đạt 89% và độ màu đạt 77%.
Hình 3.2b. Xác định lượng PAC rắn tối ưu đối với nước thải sản xuất giấy và bột giấy.
Hình 3.2c. Xác định lượng Polymer Anion tối ưu bổ trợ cho quá trình keo tụ bằng PAC rắn.
- Giống với phèn nhôm, để hỗ trợ quá trình keo tụ cần bổ sung chất trợ keo tụ polymer Anion với lượng dùng 1ml/l (dung dịch nồng độ 0,25% w/v). Chất trợ keo tụ được cho vào làm bổ trợ xử lý màu hiệu quả hơn.
Kết quả thí nghiệm về hiệu suất xử lý khi bổ sung chất trợ keo tụ kết hợp với hàm lượng PAC tối ưu được trình bày ở Hình 3.2c. Hiệu suất đạt 88% với COD, 86 % đối với TSS và 81,2% với độ màu.
3.3. Hiệu quả xử lý PAC dạng lỏng
- Cũng giống như PAC dạng rắn, PAC dạng lỏng không bị ảnh hưởng bởi pH. Khoảng pH hoạt động tốl ưu của PAC dạng lỏng trong khoảng từ 5-9. Hiệu quả tối ưu đối với hóa chất keo tụ PAC dạng lỏng tại pH=7.
Kết quả thí nghiệm được trình bày ở hình 3.3a. Hiệu quả xử lý tại điểm tối ưu đạt: 74,65% đối với độ màu, 88% đối TSS và 68,53 với COD.
Hình 3.3a. Ảnh hưởng pH đến quá trình keo tụ PAC lỏng.
- Sử dụng PAC dạng lỏng làm chất keo tụ, hiệu quả xử lý tương đối ổn định. Lượng PAC lỏng tối ưu đối với nước thải sản xuất giấy và bột giấy là 4ml/l (dung dịch 10% v/v).
Kết quả nghiên cứu về hiệu quả xử lý tại điểm tối ưu đạt: 82% đối với độ màu, 92,3% đối với TSS và 72,37% đối với COD (Hình 3.2b).
Hình 3.3b. Xác định lượng PAC lỏng tối ưu đối với nước thải sản xuất giấy và bột giấy.
- Giống với 02 loại hóa chất trên, PAC dạng lỏng cũng được thử nghiệm kết hợp với chất trợ keo tụ là Polymer Anion. Chỉ với mức dùng rất nhỏ 1ml/l (dung dịch nồng độ 0,25% w/v) hiệu suất xử lý đã tăng lên đáng kể.
Kết quả thí nghiệm được chỉ ra ở hình 3.3c, hiệu suất xử lý độ màu đạt 82%, COD đạt 84 % và TSS đạt 82,8%.
Hình 3.3c. Xác định lượng Polymer Anion tối ưu bổ trợ cho quá trình keo tụ bằng PAC lỏng.
3.4. So sánh hiệu quả xử lý của PAC và phèn nhôm
Tại 03 mức dùng tối ưu của 03 loại hóa chất keo tụ là: phèn nhôm, PAC dạng rắn và PAC dạng lỏng duới sự hỗ trợ của cùng chất trợ keo tụ Polymer Anion 1ml/l. Kết quả đánh giá hiệu quả xử lý của các chất keo tụ được thế hiện ở Hình 3.4.
Hình 3.4. Hiệu quả xử lý của 03 loại hóa chất keo tụ đối với nước thải sản xuất giấy và bột giấy.
So với phèn, PAC có hiệu quả xử lý ổn định hơn đặc biệt hiệu quả đối với màu và COD.
Trong 03 loại hóa chất thử nghiệm, PAC dạng rắn cho hiệu quả xử lý cao nhất về TSS, COD hay cả độ màu với hiệu suất xử lý đều >83% (Hình 3.4). Tuy nhiên, nếu triển khai áp dụng thực tế đối với PAC dạng rắn cần phải bổ sung thiết bị, nhân công và bể pha hóa chất.
4. KẾT LUẬN
Hóa chất keo tụ thế hệ mới PAC có nhiều ưu điếm vượt trội hơn so với các loại hóa chất keo tụ thông thường (phèn nhôm, phèn sắt...).
- Hoạt động trong khoảng pH lớn hơn từ 4-9 trong khi các hóa chất keo tụ thông thường hoạt động trong khoảng pH 6,5-8 đối với phèn nhôm và 7-9,5 đối với phèn sắt.
- Không làm thay đổi pH nước sau khi sử dụng do đó không cần sử dụng NaOH hoặc H2SO4 đế điều chỉnh pH.
- Hỗ trợ xử lý TSS, COD và màu hiệu quả hơn.
- Trong 03 loại hóa chất, PAC dạng rắn có hiệu quả hơn về mặt xử lý tuy nhiên lại tiêu tốn chi phí thiết bị, nhân công và bể pha hóa chất.
Nguyễn Thị Thu Hiền, Tạ Thanh Tùng, Nguyễn Thị Phương Thanh
Trung tâm Công nghệ Môi trường (CESTE), Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô (RIPPI)
Người gửi / điện thoại
Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô
Địa chỉ: 59 Vũ Trọng Phụng - Phường Thanh Xuân Trung - Quận Thanh Xuân - Hà NộiĐiện thoại: 024.3858.1072; Email: viengiayvietnam@gmail.com; Website: http://rippi.com.vn