Papermaking process require large amounts of energy and water; therefore, pulp and paper mills can be potentially very polluting. The wastewater resulting from the papermaking process must be carefully managed as it is very rich in dissolved organic matter and contain compounds that make it difficult to treat. MBBR technology emerged as a possibility to increase the treatment capacity and to make more compact treatment systems designed to remove high organic loads, since in addition to having biomass in suspension as the activated sludge process, also has biomass adhered to plastic supports. This research was commissioned by Stora Enso Kvarnsveden and emerged in need of a bioreactor modification due to reduction of the wastewater load after the closure of PM11 in 2013 and PM8 in 2017. An evaluation of the performance of bioreactors is necessary with possible results to only run one bioreactor in the future and save energy. For performance analysis, two weeks of measurements were performed, one with the two bioreactors running at the same time and one with only K150 reactor running, trying to simulate what happens if one of them is stopped. Analysis of the main operating parameters of the MBBR system were evaluated during this research. As result, it was recommended an action to remove the excess of adhered biomass and an increase of the filling rating to 50%, in order to optimize TOC reduction.

At present, it is difficult and costly to measure directly greenhouse gas (GHG) emissions from the wastewater treatment system. Application of model will reduce measurement cost and quickly obtain the forecast data set of GHG emissions. This study developed a mathematical model for both steady and dynamic states to calculate GHG (CO2, CH4, and N2O) emissions from wastewater treatment systems for industrial paper processing. These models are constructed based on mass balance equations of species, including substrate balance equations, biomass balance equations for reactors of treatment systems, stoichiometric coefficiences of species in biochemical reactions and biological processes. The obtained equations were solved based on algorithm of Runge-Kutta and the model was programmed by MATLAB. Results of applying the model to calculate GHG emissions from the paper industrial wastewater treatment system at Bai Bang and Tan Mai plants are as follows: total GHG emissions and emission factor are 3,070.3 kgCO2-eq/day, 0.38 kgCO2- eq/m3, respectively for Bai Bang plant (8,000 m3/day) and 7,413.6 kgCO2-eq/day, 0.74 kgCO2- eq/m3, respectively for Tan Mai plant (10,000 m3/day). The research evaluated a number of influencing factors, such as temperature, flow rate of influent, and substrate concentrations, to GHG emissions at the Tan Mai paper plant. / Hiện nay, việc đo đạc trực tiếp phát thải khí nhà kính (KNK) từ hệ thống xử lý nước thải còn khó khăn và tốn kém. Việc áp dụng mô hình sẽ giảm được chi phí đo đạc và nhanh chóng có được bộ số liệu dự báo một cách tương đối về phát thải KNK. Nghiên cứu đã thiết lập được mô hình toán ở trạng thái ổn định và trạng thái không ổn định để tính toán phát thải khí nhà kính (CO2, CH4, N2O) từ hệ thống xử lý nước thải sản xuất giấy. Các mô hình này dựa trên các phương trình cân bằng chất của các cấu tử bao gồm các phương trình cân bằng cơ chất, các phương trình cân bằng sinh khối trong các bể phản ứng và các hệ số tỷ lượng của các chất tham gia các phản ứng sinh hóa. Các phương trình được giải bằng thuật toán Runge-Kutta và mô hình được lập trình trên ngôn ngữ MATLAB. Mô hình được áp dụng tính toán phát thải khí nhà kính từ hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy giấy Bãi Bằng và nhà máy giấy Tân Mai, được kết quả như sau: tổng phát thải khí nhà kính (KNK) và hệ số phát thải là 3.070,3 kg CO2-tđ/ngày, 0,38 kg CO2-tđ/m3 tại Nhà máy giấy Bãi Bằng (8.000 m3/ngày) và 7.413,6 kg CO2-tđ/ngày, 0,74 kg CO2-tđ/m3 nhà máy giấy Tân Mai (10.000 m3/ngày). Nghiên cứu đã đánh giá được một số các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, lưu lượng nước thải và nồng độ cơ chất dòng vào đến sự phát thải KNK tại nhà máy giấy Tân Mai.

[pt] Este trabalho investiga a eficiência do Processo Oxidativo Avançado eletro-Fenton (EF) no tratamento de efluentes da indústria de celulose e papel previamente tratados por processo biológico. Utilizou-se planejamento fatorial em três variáveis e dois níveis, variando-se pH inicial (4 e 6), dosagem de H2O2:COD (1:1 e 2:1mol/mol) e densidade de corrente (j) (4 e 10mA/cm2). Experimentos foram realizados em reator de 1L com eletrodos de aço SAE1010, em regime de batelada, com tempo de reação de 60min. Avaliou-se também o processo Fenton convencional e realizou-se ensaios de controle com oxidação por H2O2, Eletrocoagulação e Fenton Zero, em 20min. Quanto ao EF, observou-se que um tempo de 40min foi suficiente para estabilização da remoção de cor e compostos lignínicos e 20min para remoção de carbono orgânico dissolvido (COD) nos processos com maior j e 40min, naqueles com menor j. A melhor configuração do EF foi com pH inicial 4, relação H2O2:COD 1:1mol/mol e menor j (4mA/cm2), alcançando-se remoção de 82 porcento de COD, 99 porcento de compostos lignínicos e 99 porcento de cor verdadeira, com consumo energético de 1.0 kWh/m3. Comparando-se os processos avaliados, todos no ponto central do plano fatorial, observou-se maior eficiência do EF na remoção de cor e compostos lignínicos e menor eficiência na remoção de COD, em relação ao processo Fenton convencional, contudo, com maior eficiência em sua melhor condição operacional. Conclui-se que o EF se mostra eficiente no polimento deste efluente para remoção da matéria orgânica e cor verdadeira remanescentes do processo biológico e que o parâmetro de maior influência neste processo é a densidade de corrente. / [en] This study investigates the efficiency of the Advanced Oxidation Process electro-Fenton (EF) in the wastewater treatment from pulp and paper industry, previously treated biologically. A factorial design of three factors and two levels was used, varying initial pH (4 and 6), H2O2:COD ratio (1:1 and 2:1mole/mole) and current density (j) (4 and 10mA/cm2). Experiments were made in a 1L reactor in batch mode with SAE 1010 steel electrodes, in 60min reaction time. The conventional Fenton process was also evaluated and control tests were carried out with direct oxidation by H2O2, Electrocoagulation and Zero-valent Fenton, with 20min. As for the EF process, it was observed that a 40min reaction time was enough to stabilize the colour and removal of the lignin compounds, and 20 minutes to remove dissolved organic carbon (COD) in the processes with higher j and 40min, in those with lower j. The best configuration for the EF process was initial pH 4, H2O2:COD ratio 1:1mole/mole and lower j (4mA/cm2), leading to 82 percent COD, 99 percent lignin compounds and 99 percent colour removal, with energy consumption of 1.0kWh/m3. Comparing the evaluated processes, all at the central point of the factorial design matrix, it was observed greater efficiency of the EF in the colour and lignin compounds removal and lower efficiency in COD removal in relation to the conventional Fenton, nevertheless, with greater efficiency in its best overall condition. It was concluded that the EF-process is efficient as a polishing step of this wastewater treatment to remove the remaining organic compounds and true color from the biological process and that the parameter of greatest influence in the EF-process is the current density.