Nghiên cứu ứng dụng bọt ozone kích thước micro cho xử lý màu nước thải sản xuất bột giấy và giấy

Cần thiết phải có công nghệ xử lý màu nước thải sản xuất bột giấy và giấy

Kết hợp đồng bộ các giải pháp

Ngày nay, ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy sử dụng nguyên liệu cơ bản là dăm mảnh gỗ hay các dòng có bản chất gỗ. Trong quy trình sản xuất, ngành công nghiệp này tiêu tốn một lượng lớn nước sạch cho công đoạn nghiền bột, tẩy trắng và xeo giấy. Đặc tính của nước thải công nghiệp giấy và bột giấy sẽ phụ thuộc vào quy trình sản xuất. Màu của nước thải sản xuất giấy và bột giấy có độ bền cao bởi có chứa các gốc clo hữu cơ, nhựa cây, các axit béo... tạo nên nước thải có màu nâu (màu đặc trưng của nước thải sản xuất giấy và bột giấy).

Trên thế giới, với nước thải ngành công nghiệp, ozone đã được phát triển và ứng dụng để oxi hóa cyanide trong nước thải ngành công nghiệp điện; khử màu trong nước thải dệt nhuộm ở Nhật, chuyển hóa xử lý phenolic trong nước thải công nghiệp ở Canada, làm sạch nước biển ở Pháp, Tây Ban Nha và Hy lạp; tái sử dụng và tuần hoàn nước ở Vienna, Áo. Việc tạo ra các máy sản xuất ozone ở quy mô nhỏ đã được thực hiện và thành công.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về ozone chỉ dừng lại ở mức đánh giá hiệu quả và khả năng ứng dụng của ozone cho các ngành nông nghiệp, y tế, nuôi trồng thủy hải sản, môi trường và xử lý nước uống quy mô hộ gia đình. Phương pháp sử dụng công nghệ ozone thường là sục trực tiếp khí từ máy vào nước nên sinh ra lượng lớn ozone thừa không tan kịp trong nước. Ứng dụng ozone kích cỡ micro để tăng hiệu quả hòa tan ozone trong nước đồng thời tăng hiệu quả xử lý là cần thiết. Do đó, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã đề xuất và được Bộ Công Thương phê duyệt thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng bot ozone kích thước micro cho xử lý màu nước thải sản xuất bột giấy và giấy”. Đề tài do TS. Đặng Văn Sơn làm chủ nhiệm.

Mục tiêu chính của đề tài là giúp tháo gỡ những vướng mắc hiện nay đối với công nghệ xử lý màu nước thải cho ngành, đồng thời đóng góp những thông tin khoa học để hoàn thiện cho công nghệ xử lý nước thải đáp ứng tiêu chuẩn xả thải của các Quy chuẩn Việt Nam hiện hành. Trên cơ sở đó, thiết kế, chế tạo được thiết bị tạo ozone kích thước micro và ứng dụng cho xử lý màu nước thải sản xuất bột giấy và giấy.

Để thực hiện mục tiêu đề tài, nhóm nghiên cứu tiến hành lần lượt các nội dung: đánh giá tổng quan về hệ thống thiết bị tạo bọt ozone kích thước micro xử lý nước thải liên hợp sản xuất bột giấy và giấy; Nghiên cứu, xây dựng mô hình hệ thống thiết bị tạo bọt ozone kích thước micro quy mô phòng thí nghiệm; Ứng dụng hệ thống thiết bị tạo bọt ozone kích thước micro xử lý nước thải liên hợp sản xuất bột giấy và giấy; Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và môi trường.

Các thiết bị đo nồng độ ozone được sử dụng trong đề tài (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)

Với vật liệu nghiên cứu là nguồn nước thải lấy tại bể lắng thứ cấp trong hệ thống xử lý nước thải tập trung của Tổng Công ty Giấy Việt Nam - thị trấn Phong Châu, Phù Ninh, Phú Thọ. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một số phương pháp như phương pháp thu và phân tích các thông số nước thải sản xuất bột giấy và giấy được thực hiện theo các Tiêu chuẩn, Quy chuẩn Việt Nam hiện hành. Bên cạnh đó, thực hiện phương pháp xác định nồng độ và kích thước bọt ozone; cũng như phương pháp kế thừa và phương pháp thống kế, đánh giá số liệu. Các nghiên cứu sẽ được thử nghiệm thông qua 02 mô hình thiết bị tạo bọt ozone kích thước micro công suất 01gam/giờ và 100gam/giờ.

Những kết quả vượt trội

Sau 03 năm thực hiện đề tài (từ tháng 01 năm 2020 đến tháng 12 năm 2022) Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã hoàn thành điều tra, khảo sát sơ bộ hệ thống xử lý nước thải của Tổng Công ty Giấy Việt Nam. Kết quả điều tra cho thấy: chất lượng nước thải đầu ra sau hệ thống tại thời điểm khảo sát chỉ đạt yêu cầu Cột B3, QCVN 12 MT: 2015/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp giấy và bột giấy, hiệu quả xử lý của cụm xử lý sinh học ổn định nhưng hiệu quả chưa cao và chưa phát huy tối đa được hiện trạng, để có thể ứng dụng công nghệ bọt ozone kích thước micro, phương án tối ưu cho Tổng Công ty Giấy Việt Nam đó là hệ thống thiết bị tạo bọt ozone kích thước micro đặt ngay sau bể lắng thứ cấp.

Nhóm thực hiện đề tài cũng đánh giá tổng quan được hệ thống thiết bị tạo bọt ozone kích thước micro xử lý nước thải liên hợp sản xuất bột giấy và giấy bao gồm: Tổng quan về hệ thống tạo bọt ozone kích thước micro; Tổng quan về công nghệ chế tạo thiết bị tạo bọt ozone kích thước micro; Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ bọt ozone kích thước micro xử lý nước thải. Từ đó, tính toán, thiết kế, chế tạo, lắp đặt được mô hình hệ thống tạo bọt ozone kích thước micro công suất 1gam/giờ bao gồm các bộ phận chính: Bộ phận cấp khí ozone: gồm bình khí giàu oxy (99%), máy tạo ozone công suất tối đa 2gam/giờ; Bộ phận điều khiển; Bơm tuần hoàn tạo vi bọt loại nhỏ (125W); Bộ khuếch tán khí/lỏng; Bộ trộn; Hệ thống đường ống, van, khung đỡ. Ứng dụng mô hình thiết bị công suất 1gam/giờ bước đầu xử lý thành công nước thải cấp 3 của nhà máy sản xuất bột giấy và giấy. Đánh giá được hiệu quả xử lý trên quy mô phòng thí nghiệm.

Mô hình thiết bị quy mô công suất 01 gam/giờ qua sơ đồ công nghệ và trên thực tế (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)

Đồng thời, cũng đã tính toán, thiết kế, chế tạo được mô hình hệ thống thiết bị tạo bọt ozone kích thước micro công suất pilot 100gam/giờ bao gồm các bộ phận chính: Bộ phận cấp khí ozone: gồm máy nén khí, máy tạo ozone công suất tối đa 100gam/giờ; Bộ phận điều khiển; Bơm tuần hoàn tạo vi bọt (1.100W); Bộ khuếch tán khí/lỏng; Bộ trộn; Hệ thống đường ống, van, khung đỡ và các phụ kiện kèm theo. Hệ thống pilot 100gam/giờ được lắp đặt, hiệu chỉnh để ứng dụng mô hình hệ thống thiết bị tạo bọt ozone kích thước micro công suất pilot 100gam/giờ 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 vận hành hệ thống và đánh giá được hiệu quả xử lý đối với độ màu ≈ 92%, COD, BOD5, TSS từ 75 – trên 80%.

Mô hình thiết bị quy mô pilot 100gam/ giờ được vận hành theo giờ (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)

Ngoài ra, đề tài cũng xây dựng được quy trình công nghệ ứng dụng bọt ozone kích thước micro cho khử màu nước thải sản xuất bột giấy và giấy. Nước thải sau xử lý có độ màu đạt tiêu chuẩn cột A theo QCVN 12:2015/ BTNMT.

“Xét về hiệu quả kinh tế kỹ thuật, đề tài đã khái toán chi phí đầu tư và vận hành của công nghệ bọt ozone kích thước micro cho lưu lượng nước thải phù hợp với quy mô pilot được quy đổi ra là 164 m3/ngày đêm và so sánh với một số công nghệ xử lý màu khác. Với chi phí đầu tư khoảng hơn 600 triệu đồng, chi phí vận hành khoảng 2.428 đồng/m3 nước thải. Mặc dù giá thành đầu tư và vận hành của công nghệ tương đối cao so với một số công nghệ khác. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý nước thải vượt trội, đặc biệt là thông số độ màu với ≈ 92%.” TS Đặng Văn Sơn cho biết.

Mặc dù kết quả nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị tạo bọt ozone kích thước micro xử lý nước thải liên hợp sản xuất bột giấy và giấy mang lại các kết quả khả quan: Chất lượng nước sau xử lý đạt yêu cầu (cột A) QCVN 12-MT:2015/BTNMT. Việc tuần hoàn tải sử dụng nước thải sản xuất bột giấy và giấy sau xử lý bằng bọt ozone kích thước micro là rất khả thi. Tuy nhiên, chi phí về đầu tư ban đầu, điện năng vẫn là những con số lớn, hạn chế/ngăn cản sự tiếp cận của các doanh nghiệp ứng dụng. Chính vì vậy, các nghiên cứu về tối ưu hóa hiệu suất thiết bị hoặc kết hợp giữa công nghệ ozone với công nghệ khác như Fenton, H2O2... cũng sẽ là những nghiên cứu tiếp theo cần được thực hiện.

Nguồn: khcncongthuong.vn