Xử lý nước thải tái chế giấy Yên Phong

Làng nghề tái chế giấy Phong Khê, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh hiện có quy mô rất lớn với 184 doanh nghiệp và 2.200 hộ dân. Sản lượng giấy các loại đạt 210.000 tấn vào năm 2010. Các sản phẩm chủ yếu bao gồm giấy vệ sinh, khăn ăn, giấy Kraft và giấy vở học sinh. Quy mô sản xuất lớn này dẫn đến lượng nước thải khổng lồ, đặc trưng của làng nghề tái chế giấy, tạo ra áp lực ô nhiễm môi trường rất lớn. Việc đầu tư dây chuyền sản xuất hiện đại, tuy tăng năng suất và thu nhập, nhưng đồng thời cũng làm gia tăng đáng kể lượng chất thải, làm trầm trọng thêm tình trạng ô nhiễm.

Nước thải từ làng nghề Phong Khê là nguồn gây ô nhiễm chính. Chỉ số COD vượt tiêu chuẩn TCVN từ 1,5 đến 9 lần, BOD5 từ 1 đến 4 lần, và SS từ 1,7 đến hơn 4 lần. Chỉ tiêu vi sinh cũng vượt tiêu chuẩn từ 2 đến hơn 3 lần do nguồn giấy phế liệu thu gom đa dạng. Hàm lượng chất hữu cơ cao trong nước thải dẫn đến tình trạng thiếu oxy hòa tan, tạo ra H2S, gây mùi hôi thối khó chịu. Nước thải được thải trực tiếp vào hệ thống thoát nước, cùng với quá trình phân hủy yếm khí của cặn lắng (sợi giấy) trong mương thải làm cho không khí bị ô nhiễm H2S, đặc biệt tại làng Dương Ô, hàm lượng H2S vượt TCVN từ 1 đến 3 lần. Đây là vấn đề ô nhiễm môi trường nước hết sức nghiêm trọng.

Chất thải rắn từ các hộ sản xuất có tính kiềm, giàu carbon và sắt, chủ yếu do chất bẩn thải ra trong quá trình phân loại giấy. Chất thải rắn này được tập trung và đổ đống không đúng quy định kỹ thuật, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, dễ phân hủy tạo mùi hôi thối, ô nhiễm môi trường không khí. Ngoài ra, hơi kiềm từ quá trình ngâm phế liệu cũng gây ô nhiễm cục bộ. Ô nhiễm đất cũng do rác thải sản xuất, đặc biệt là trong khâu phân loại giấy (linon, phế phẩm) và xỉ than thải ra từ lò hơi. Xỉ than, chiếm khoảng 70% trong hỗn hợp xỉ than và than cám, nếu không được xử lý, sẽ gây ô nhiễm đất lâu dài, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng canh tác. Tóm lại, vấn đề chất thải rắn và ô nhiễm đất là một vấn đề môi trường đáng quan ngại.

Ô nhiễm nước thải chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng cao làm tăng độ đục của nước, giảm khả năng quang hợp, làm suy thoái tài nguyên thủy sản. Ô nhiễm môi trường nước ảnh hưởng đến đời sống của động thực vật thủy sinh và chất lượng nguồn nước. Ô nhiễm không khí (bụi, khí thải) và ô nhiễm đất ảnh hưởng đến hệ sinh thái trên cạn, làm chậm phát triển cây trồng, thậm chí gây chết cây. Các chất ô nhiễm như SO2, NO2, Cl2 và bụi than gây hại cho cây trồng. Tất cả các nguồn gây ô nhiễm đều tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người, gây ra các bệnh về hô hấp, ngoài da và thần kinh. Tại xã Phong Khê, tỷ lệ người mắc bệnh hô hấp, ngoài da, đường ruột tăng nhanh (từ 200 người năm 2001 lên gần 400 người năm 2004). Đây là hồi chuông cảnh báo về sức khỏe cộng đồng.

Ô nhiễm môi trường làng nghề ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển kinh tế - xã hội, gây tổn thất kinh tế và xung đột môi trường trong cộng đồng. Ô nhiễm gây tác hại xấu đến sức khỏe người lao động và cộng đồng dân cư, làm tăng chi phí khám chữa bệnh, giảm năng suất lao động. Ô nhiễm không khí làm giảm năng suất sản xuất nông nghiệp. Ô nhiễm nước làm nhiều ao, hồ, sông ngòi bị bỏ hoang. Chưa có nghiên cứu đầy đủ về thiệt hại kinh tế do ô nhiễm môi trường gây ra đối với sản xuất nông nghiệp và thủy sản. Các cơ sở sản xuất cũng phải chịu khắc phục hậu quả khi gây ô nhiễm, tạo thêm gánh nặng kinh tế.

Bài báo cáo đề cập đến phương pháp keo tụ như một giải pháp xử lý nước thải làng nghề tái chế giấy. Phương pháp này tập trung vào việc làm tăng kích thước của các hạt rắn lơ lửng, giúp chúng lắng xuống dễ dàng hơn. Quá trình này bao gồm hai bước chính: đông tụ, trung hòa điện tích của các hạt keo, và keo tụ, liên kết các hạt nhỏ lại thành các bông cặn lớn hơn. Trong xử lý nước, thường sử dụng các hóa chất keo tụ như phèn để tạo ra các bông cặn lớn, lắng nhanh, hấp phụ các cặn bẩn, chất hữu cơ và hạt màu trong nước thải. Tuy nhiên, một số muối sắt có thể tạo thành hợp chất màu. Để tăng cường hiệu quả, chất trợ keo tụ (polymer cao phân tử) được sử dụng để giảm liều lượng chất đông tụ, thời gian keo tụ và tăng tốc độ lắng. Nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm với PAC (Polyaluminium Chloride) và nhận thấy nồng độ 200mg/L là tối ưu, giúp giảm đáng kể thời gian lắng nhưng hiệu quả xử lý COD vẫn chưa đạt yêu cầu.

Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí, cụ thể là sử dụng hệ thống Aeroten, được đề cập như một giải pháp xử lý nước thải hiệu quả. Phương pháp này dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng, trong quá trình này, sinh khối vi sinh vật tăng lên. Quá trình này gọi là quá trình oxy hóa sinh học, cần điều kiện hiếu khí (có đủ oxy hòa tan - DO). Bài báo cáo nhấn mạnh tầm quan trọng của DO trong quá trình này, thiếu oxy sẽ làm chết vi sinh vật hiếu khí và giảm hiệu quả xử lý. Hàm lượng DO lý tưởng trong bể phản ứng sinh học là khoảng 1,5-4 mg/l. Các chất kìm hãm như kim loại nặng cần được xử lý trước khi đưa vào bể Aeroten. Kết quả thí nghiệm cho thấy xử lý Aeroten làm giảm mạnh COD trong nước thải, đặc biệt trong 4 giờ đầu tiên, sau đó giảm dần ổn định.

Ngoài keo tụ và Aeroten, bài báo cáo cũng đề cập đến một số phương pháp xử lý nước thải khác, bao gồm: sử dụng than hoạt tính, một chất hấp phụ hiệu quả do có diện tích bề mặt lớn; sử dụng ozon (O3) để khử màu, khử trùng, tuy nhiên chi phí cao; sử dụng khí clo để khử màu, khử trùng nhưng có thể tạo ra các hợp chất clo hữu cơ gây hại; sử dụng peroxit (H2O2) trong môi trường axit với xúc tác muối sắt (II) (phản ứng Fenton) để tạo gốc hydroxyl oxy hóa mạnh; và phương pháp điện hóa sử dụng anot sắt hoặc nhôm để tạo kết tủa hydroxit kim loại, hấp phụ chất màu và chất hữu cơ. Mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm riêng về hiệu quả, chi phí và tác động môi trường cần được cân nhắc khi lựa chọn giải pháp tối ưu cho xử lý nước thải làng nghề.

Nghiên cứu bắt đầu bằng việc lấy mẫu và phân tích nước thải tại cơ sở sản xuất Thịnh Cường, thôn Dương Ô, xã Phong Khê. Kết quả cho thấy nước thải có COD là 337mg/L, pH=7, màu trắng đục, mùi tanh nồng và chứa nhiều xơ sợi. Dựa trên đặc điểm này, việc xử lý nước thải cần được thực hiện trước khi thải ra môi trường. Bài báo cáo sau đó trình bày các phương pháp xử lý nước thải khác nhau, đánh giá ưu nhược điểm của từng phương pháp để đưa ra đề xuất tối ưu cho điều kiện cụ thể của làng nghề tái chế giấy Phong Khê. Việc lựa chọn phương pháp dựa trên các yếu tố như hiệu quả xử lý, chi phí đầu tư và vận hành cũng như tác động đến môi trường.

Thí nghiệm sử dụng phương pháp keo tụ với hóa chất PAC (Polyaluminium chloride) được thực hiện để đánh giá hiệu quả làm giảm COD và thời gian lắng của nước thải. Các nồng độ PAC khác nhau (100mg/L, 200mg/L, 300mg/L, 400mg/L) được thử nghiệm. Kết quả cho thấy nồng độ PAC 200mg/L là tối ưu, đạt được thời gian lắng bùn là 30 phút, thể tích bùn lắng là 5%. Tại nồng độ này, nước trong, không màu, không mùi, tuy nhiên, giá trị COD sau xử lý (170mg/L) vẫn chưa đạt tiêu chuẩn để thải ra môi trường, cần kết hợp với các phương pháp khác. Thí nghiệm cho thấy tăng nồng độ PAC làm giảm thời gian lắng nhưng tăng lượng bùn lắng, không làm tăng đáng kể hiệu quả xử lý COD.

Sau khi tiền xử lý bằng phương pháp keo tụ với PAC, nước thải được xử lý tiếp bằng phương pháp Aeroten (xử lý sinh học hiếu khí). Kết quả cho thấy giá trị COD giảm mạnh trong 4 giờ đầu tiên do vi sinh vật phát triển mạnh, hiệu suất xử lý cao. Sau đó, COD tiếp tục giảm ổn định, xuống dưới 100mg/L sau khoảng 14 giờ và xuống dưới 50mg/L sau 40 giờ. Sự giảm COD chậm lại sau thời gian dài là do vi sinh vật bắt đầu già và chết đi. Kết quả này cho thấy sự kết hợp giữa keo tụ và Aeroten có hiệu quả cao trong việc giảm COD xuống mức cho phép thải ra môi trường. Nghiên cứu cũng đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của phương pháp Aeroten, như hàm lượng oxy hòa tan (DO) và sự hiện diện của chất kìm hãm.

Dựa trên kết quả nghiên cứu, bài báo cáo đề xuất một sơ đồ công nghệ xử lý nước thải kết hợp giữa phương pháp keo tụ (sử dụng PAC với nồng độ 200mg/L) và phương pháp Aeroten. Phương pháp keo tụ đóng vai trò tiền xử lý, làm giảm tải lượng chất rắn lơ lửng và thời gian lắng, cải thiện chất lượng nước thải trước khi đưa vào hệ thống Aeroten. Sự kết hợp này được kỳ vọng sẽ đạt hiệu quả cao trong việc xử lý nước thải làng nghề tái chế giấy, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Bài báo cáo nhấn mạnh rằng việc lựa chọn nồng độ PAC tối ưu và điều khiển quá trình Aeroten là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả xử lý.