PAC cho nước thải nhà máy giấy: giảm SS/COD thực chiến

• Đối tượng xử lý: Nước thải sản xuất giấy và bột giấy chứa sợi vụn cellulose, cặn mịn, chất rắn lơ lửng (SS/TSS) và lignin hòa tan mang màu vàng nâu.
• Vai trò của PAC: Đóng vai trò chất keo tụ cao phân tử; trung hòa điện tích hạt keo, tạo bông cặn kéo hạt lơ lửng xuống đáy bùn để giảm phần lớn chất rắn lơ lửng cùng COD gắn với cặn. PAC không thể oxy hóa hay loại bỏ toàn bộ COD hòa tan.
• Thông số theo dõi trọng tâm: SS/TSS, COD tổng, COD sau lọc, độ màu, pH, độ bền bông cặn và tốc độ lắng tại bể sơ cấp.
• Nguyên tắc chốt liều lượng: Xác định dải châm tối ưu qua thí nghiệm jar-test sáu cốc trên mẫu nước thải thật tại hiện trường, không áp dụng một liều cố định cho mọi nhà máy.

Với PAC xử lý nước thải nhà máy giấy, nhiều trạm xử lý sau lắng sơ cấp hoặc tuyển nổi DAF vẫn ghi nhận nước đục nhẹ, nổi bông mịn khó lắng. Phản xạ thường gặp của người vận hành là tăng bơm định lượng phèn nhôm hoặc chất keo tụ vì nghĩ chưa đủ liều. Tăng liều cảm tính khiến bùn nhôm xốp tăng vọt làm quá tải máy ép bùn, trong khi COD đầu ra vẫn vượt ngưỡng. Để tối ưu chi phí và đạt chuẩn xả thải, người quản lý cần nhìn rõ bản chất hạt lơ lửng và các phân đoạn COD trước khi can thiệp hóa chất.

Nước thải từ nghiền bột, tẩy trắng và xeo giấy là hệ phân tán phức tạp gồm sợi cellulose, chất độn vô cơ, lignin hòa tan và phụ gia hóa học. Ứng dụng PAC xử lý nước thải nhà máy giấy giúp gom hạt cặn mịn thành bông lớn để tách qua bể lắng hoặc tuyển nổi. Bông cặn chắc giúp chất rắn lơ lửng giảm sâu, kéo theo một phần COD gắn với cặn. Dù vậy, phần COD hòa tan trong pha lỏng vẫn cần được xử lý ở công đoạn sinh học phía sau.

Vì sao nước thải giấy khó lắng hết bằng một bước

Sản xuất giấy tiêu thụ từ 60 đến 100 m³ nước cho mỗi tấn sản phẩm ở dây chuyền truyền thống. Dòng thải từ mỗi công đoạn mang đặc tính riêng, tạo nên hỗn hợp phức tạp tại trạm xử lý tập trung.

Nước thải xeo giấy và nghiền bột mang lượng chất rắn lơ lửng (SS/TSS) cao, chủ yếu là sợi vụn cellulose mịn, bột đá (canxi cacbonat), cao lanh và tinh bột biến tính. Dòng thải nấu và tẩy trắng lại chứa dịch đen giàu lignin, tanin cùng dẫn xuất clo hữu cơ. Những hợp chất này tồn tại ở dạng hòa tan hoặc keo bền vững, mang điện tích âm bề mặt mạnh và tạo màu nâu sẫm đặc trưng. Khi hòa lẫn, chúng tạo thành hệ keo ổn định tĩnh điện cao, khiến hạt mịn đẩy nhau, không thể tự kết tụ chìm xuống đáy nếu chỉ lắng trọng lực đơn thuần.

Viện Nghiên cứu Công nghiệp Rừng (RIPI) ghi nhận phạm vi trung bình cho nước thải bột giấy: COD từ 700 đến 1.200 mg/L, TSS từ 100 đến 450 mg/L, và pH từ 6,0 đến 9,0. Tài liệu tổng hợp ngành của Microbe Lift ghi nhận dải dao động rộng hơn: TSS từ 600 đến 1.500 mg/L, COD từ 300 đến 2.500 mg/L, pH từ 8,0 đến 9,0, BOD5 từ 150 đến 1.000 mg/L và tổng chất rắn (TS) từ 1.500 đến 2.500 mg/L. Điểm chung là tải lượng chất rắn và hữu cơ đều cao, nước thường nghiêng kiềm nhẹ do xút và soda dùng trong nấu, rửa bột.

Tính chất nước biến động theo ca và mẻ bột. Khi đổi mặt hàng giữa carton, giấy in hay vàng mã, nồng độ cặn và lignin đổi khác ngay, buộc trạm xử lý phải bám sát khâu keo tụ sơ cấp.

PAC kéo xuống bùn, còn COD giảm theo phần nào

Để tối ưu hóa lượng hóa chất, người vận hành cần hiểu rõ cơ chế ion giữa Poly Aluminium Chloride với hạt keo trong nước thải giấy.

Từ hạt mịn khó lắng đến bông cặn có thể tách

Trong nước thải giấy, hạt vụn cellulose, bột độn và mảnh hữu cơ mang điện tích âm bề mặt, tạo lớp điện tích kép giữ hạt phân tán lơ lửng. Khi hòa tan PAC, hợp chất phân ly thành cation đa nhân mang điện tích dương cao. Các ion này nhanh chóng hấp phụ lên bề mặt hạt keo âm, trung hòa điện tích và làm mỏng lớp điện tích kép.

Khi điện tích được trung hòa, khuấy chậm giúp hạt va chạm tạo vi bông. Các chuỗi polymer nhôm liên kết chéo tạo mạng hydroxide nhôm bắt giữ sợi vụn, tinh bột và tạp chất lơ lửng thành khối bông lớn chìm xuống đáy hoặc nổi lên trong cụm DAF, tách triệt để cặn khỏi dòng thải.

Giảm SS không đồng nghĩa loại hết COD

Sai lầm phổ biến là kỳ vọng PAC loại bỏ hoàn toàn COD. Nhu cầu oxy hóa học (COD) trong nước thải giấy gồm hai phần rõ rệt:

• COD không hòa tan (dạng cặn và hạt keo): Gắn liền với sợi mịn, xơ cellulose lơ lửng và phức hệ keo lignin lớn. Phân đoạn này được bông cặn PAC bắt giữ và kéo xuống bùn, giúp COD tổng giảm đáng kể sau lắng.
• COD hòa tan thực sự: Gồm phân tử lignin nhỏ, đường hòa tan, hemicellulose và axit hữu cơ phân tán tự do. Kích thước phân tử của chúng quá nhỏ để bị bẫy bởi mạng lưới hydroxide nhôm, nên phần COD hòa tan này hầu như đi xuyên qua bể lắng sơ cấp mà không suy giảm.

Thực nghiệm tại Viện Nghiên cứu Công nghiệp Rừng (RIPI) trên mẫu nước thải bột giấy (COD 1.200 mg/L, TSS 436 mg/L, pH 6,8) chứng minh: khi châm PAC rắn liều 6 ml/L (dung dịch mẹ 10% w/v) ở pH 7, hiệu suất đạt 75% COD, 89% TSS và 77% màu. Với PAC lỏng liều 4 ml/L (dung dịch mẹ 10% w/v), hiệu suất đạt 72,37% COD, 92,3% TSS và 82% màu. Khi kết hợp PAC với polymer anion trợ lắng, hiệu suất đạt 88% COD, 86% TSS và 81,2% màu. Các số liệu này phản ánh điều kiện cụ thể tại RIPI, không gộp chung thành tỷ lệ cố định.

Nghiên cứu pilot của Ahmad và cộng sự (2008) với thể tích 400 lít ở pH 6 ghi nhận: liều PAC 250 mg/L đơn lẻ đạt hiệu suất loại bỏ 91,3% COD và 99,5% TSS; khi kết hợp PAC với polymer anion Organopol 5415, hiệu suất đạt 95,6% COD và 99,5% TSS. Đây là kết quả pilot có kiểm soát dùng để đối chứng kỹ thuật, không phải cam kết phổ quát. Việc giảm COD bằng PAC ở bể sơ cấp chỉ có vai trò giảm tải cho công đoạn sinh học phía sau, không thể thay thế hoàn toàn bể sinh học hiếu khí hay thiếu khí.

Thử PAC trên nước thải thật: sáu cốc đến liều vận hành

Do tính chất nước thải giấy biến động liên tục, việc tìm liều châm tối ưu bắt buộc phải thông qua thí nghiệm jar-test định kỳ ngay trên mẫu nước thải tươi tại hiện trường.

Chuẩn bị mẫu và thiết lập cốc đối chứng

Kỹ sư lấy mẫu đại diện tại hố thu gom hoặc trước cụm keo tụ, đo pH, TSS, COD và độ màu. Thiết bị jar-test sáu vị trí cánh khuấy được chuẩn bị với 6 cốc thủy tinh 1.000 ml:

• Cốc 1 (Cốc đối chứng): Giữ nguyên 0 mg/L PAC để quan sát khả năng tự lắng của sợi thô và làm chuẩn đối chiếu độ trong.
• Cốc 2 đến cốc 6: Châm dung dịch PAC pha loãng (1% đến 5%) với dải liều tăng dần để tìm điểm uốn phản ứng. Dải nồng độ 20 đến 200 g/m3 (tương đương 20 đến 200 mg/L) theo Dongachem là khoảng tham khảo hữu ích cho giai đoạn quét dải ban đầu, không phải liều vận hành mặc định.
• Quy trình khuấy chuẩn: Khuấy nhanh 120 đến 150 vòng/phút trong 1 đến 2 phút để phân tán nhanh ion nhôm; khuấy chậm 30 đến 40 vòng/phút trong 10 đến 15 phút nuôi bông cặn; cuối cùng để lắng tĩnh 15 đến 20 phút.

Đọc kết quả và ghi nhật ký định lượng

Trong quá trình lắng tĩnh, người vận hành ghi chép trung thực vào biểu mẫu nhật ký: thời gian xuất hiện bông cặn, kích thước bông, tốc độ lắng của ranh giới bùn, và thể tích bùn đáy sau 20 phút. Nếu một liều cho nước rất trong nhưng bùn chiếm quá 30% thể tích cốc thì sẽ gây quá tải cho máy ép bùn của nhà máy.

Sau khi lắng, dùng pipet hút nhẹ nước trong ở độ sâu 2 đến 3 cm dưới bề mặt để đo lại pH, TSS, COD và độ màu. Hiệu suất xử lý (%) được tính theo công thức: Hiệu suất (%) = [(Chỉ số đầu vào - Chỉ số sau xử lý) / Chỉ số đầu vào] x 100.

Ghi chú: Bảng nhật ký jar-test để trống các cột thông số đo lường thực tế để người vận hành trực tiếp điền kết quả phân tích theo từng mẻ mẫu nước thải tại nhà máy.

Từ cốc thử bước sang vận hành thực tế

Liều tối ưu trên jar-test không nên áp dụng cứng nhắc vào bể thực tế do khác biệt thủy lực, dòng chảy rối và thời gian lưu. Liều châm trạm thường nhân hệ số 1,1 đến 1,3 lần so với kết quả jar-test để bù đắp góc chết trong bể phản ứng.

Khi nước đổi màu hay độ đục do rửa máy hoặc đổi mẻ bột, người vận hành nên chạy lại jar-test nhanh 3 cốc quanh dải liều hiện tại thay vì tăng bơm theo cảm tính, tránh lãng phí hóa chất.

Chọn trong bốn dòng PAC theo mục tiêu tại nhà máy giấy

Mỗi dòng Poly Aluminium Chloride sở hữu hàm lượng hoạt chất Al2O3, độ kiềm và quy cách riêng biệt. Bảng tổng hợp dưới đây giúp người vận hành xác định nhóm sản phẩm phù hợp để đưa vào các cốc thử nghiệm jar-test dựa trên số liệu ghi nhận tại shop:

Với dòng thải đậm đặc từ nấu và rửa bột có SS và COD cao, dòng nhôm cao như Pac Trung Quốc Vàng Nghệ 31% MIN là ứng viên phù hợp đưa vào khảo sát để phá bền hệ keo.

Khi trạm xử lý cần diện tích lắng nhỏ hoặc cụm DAF cần tách nước nhanh, dòng PAC Vàng Chanh ≥29% thường được đưa vào vòng jar-test nhờ đặc tính tan nhanh và tạo bông lớn, dễ kết tụ với polymer trợ lắng.

Với doanh nghiệp ưu tiên tiêu chuẩn kỹ thuật nội địa và nguồn hàng ổn định cho trạm xử lý quy mô lớn, sản phẩm PAC trắng Việt Trì Min 30% sản xuất theo TCCS 06:2020/HCVT là lựa chọn đáng tin cậy để đưa vào khảo sát định mức hóa chất hàng tháng.

Với hệ thống cần độ tinh khiết cao hoặc xử lý nước cấp cho giấy in cao cấp, PAC VIKRAM AC 100S Ấn Độ với hàm lượng sắt thấp giúp giữ độ trong và không làm đổi màu xơ sợi tái tuần hoàn.

Xử lý nước thải nhà máy giấy bằng PAC không phải là bài toán tìm kiếm một công thức châm cố định cho mọi thời điểm. Sự kết hợp giữa hiểu biết về các phân đoạn cặn hữu cơ và quy trình thử nghiệm sáu cốc định kỳ chính là chìa khóa giúp doanh nghiệp tối ưu chi phí hóa chất, giảm lượng bùn thải và đảm bảo dòng ra đạt quy chuẩn môi trường ổn định.