Đánh Giá Và Đề Xuất Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Quả Của Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Nhà Máy Cốc Hóa Công Ty Cổ Phần Gang Thép Thái Nguyên

Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol của các nhà máy luyện cốc .... Vì vậy, việc đánh giá và đưa ra phương án nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy Cốc hóa đang l

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Anh Đức

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CỐC HÓA - CÔNG TY

CỔ PHẦN GANG THÉP THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Anh Đức

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CỐC HÓA - CÔNG TY

CỔ PHẦN GANG THÉP THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN KIỀU BĂNG TÂM

Hà Nội - 2012

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 11

1.1 Khái quát chung về than cốc 11

1.1.1 Than cốc 11

1.1.2 Các tính chất của than cốc 12

1.1.2.1 Tính chất vật lý 12

1.1.2.2 Tính chất hóa lý 12

1.1.3 Ứng dụng của than cốc 13

1.2 Tổng quan về nước thải luyện than cốc và các biện pháp xử lý nước thải luyện than cốc 13

1.2.1 Đặc trưng về nước thải luyện than cốc 13

1.2.2 Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol của các nhà máy luyện cốc 16

1.2.3 Một số hệ thống xử lý nước thải chứa phenol đã được sử dụng trên thế giới 20

1.2.4 Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol đã được sử dụng tại VN 22

1.2.5 Phương pháp xử lý nước thải của Nhà máy cốc hoá Thái Nguyên 25

1.2.5.1 Nguyên tắc xử lý 25

1.2.5.2 Lưu trình công nghệ 25

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 27

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 27

2.1.3 Địa điểm và thời gian tiến hành 27

2.2 Nội dung nghiên cứu 27

2.3 Phương pháp nghiên cứu 28

2.3.1 Các phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu, số liệu 28

2.3.2 Phương pháp quan trắc lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu 28

2.3.3 Các chỉ tiêu theo dõi 29

2.3.4 Phương pháp phân tích mẫu 29

2.3.5 Phương pháp phân tích, tổng hợp xử lí số liệu 29

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 30

3.1 Mô tả quy trình công nghệ sản xuất của nhà máy Cốc hoá 30

3.1.1 Loại hình sản xuât 30

3.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất của nhà máy Cốc hóa 30

3.1.2.1 Phân xưởng Cốc 33

3.1.2.2 Phân xưởng Hóa 35

3.2 Mô tả hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá 37

3.2.1 Nguồn gốc và thành phần nước thải 37

3.2.1.1 Nguồn phát sinh nước thải chứa phenol 37

3.2.1.2 Thành phần của nước thải 37

3.2.2 Mô tả sơ bộ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá 38

3.2.2.1 Các hạng mục công trình 40

3.2.2.2 Nguyên tắc xử lý 41

3.2.2.3 Quy trình xử lý 41

3.2.2.4 Các thiết bị chủ yếu 42

3.3 Đánh giá hệ thống xử lý nước thải chứa phenol của Nhà máy Cốc hóa 42

3.3.1 Khối xử lý cơ học (xử lý vật lý) 42

3.3.1.1 Hiện trạng các công trình đơn vị của khối xử lý cơ học 42

3.3.1.2 Đánh giá khả năng xử lý 44

3.3.2 Khối xử lý sinh học 45

3.3.2.1 Hiện trạng công trình đơn vị khối xử lý sinh học 45

3.3.2.2 Đánh giá khả năng xử lý 46

3.3.3 Khối xử lý lắng bậc 2 kết hợp keo tụ và xử lý bùn 48

3.3.3.1 Hiện trạng công trình đơn vị khối xử lý bậc 2 48

3.3.3.2 Đánh giá khả năng xử lý 49

3.4 Đề xuất phương án nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên 51

3.4.1 Đề xuất phương án công nghệ 51

3.4.1.1 Lựa chọn công nghệ 51

3.4.1.2 Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải được đề xuất 53

3.4.2 Đề xuất phương án thiết kế bổ sung các công trình đơn vị 56

3.4.2.1 Khối xử lý cơ học 56

3.4.2.2 Khối xử lý hóa lý ( bể điều hòa, điều chỉnh pH nước thải) 58

3.4.2.3 Khối xử lý sinh học (Aeroten) 61

3.4.2.4 Khối xử lý lắng bậc 2 kết hợp keo tụ 63

3.4.2.5 xử lý bùn, cặn lắng (bể chứa bùn loãng và thiết bị ép bùn) 64

3.4.3 Phương án nâng cao hiệu quả xử lý trong thao tác vận hành hệ thống xử lý nước thải 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

Kết luận 67

Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

A/TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 69

B/TÀI LIỆU TIẾNG NƯỚC NGOÀI 70

MỞ ĐẦU

Nhà máy Cốc hoá thuộc Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên - phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên góp phần không nhỏ trong tiến trình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh, tạo công ăn việc làm cho người dân địa phương Nhiệm vụ chính của nhà máy là tiếp nhận, bảo quản, phối liệu than mỡ sản xuất cốc để cung cấp cho quá trình sản xuất gang lò cao của Công ty Tuy nhiên, sự chú trọng phát triển kinh tế trong một khoảng thời gian dài của Nhà máy đã và đang gây ảnh hưởng xấu đến môi trường khu vực do vậy Nhà máy cũng không nằm ngoài danh sách những đơn vị gây ô nhiễm môi trường trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

Đặc thù ô nhiễm của Nhà máy Cốc hóa là nước thải và khí, bụi thải phát sinh từ các công đoạn sản xuất Trong đó, đặc biệt là nước thải chứa phenol của nhà máy Nước thải phenol có chứa hàm lượng lớn các chất độc tố cao Nguồn nước này hiện nay phát sinh khoảng 40 - 45 m3/ngày, khi đạt công suất theo thiết kế có thể lên đến 70

m3/ngày đêm, lượng nước này dao động phụ thuộc vào sản lượng cốc của nhà máy Toàn bộ lượng nước thải chứa phenol được đưa vào hệ thống xử lý nước thải đã cũ xây dựng năm 1997 - 1998

Khi nước thải chứa phenol chưa được xử lý đảm bảo các tiêu chuẩn sẽ chứa hàm lượng rất lớn phenol và các hợp chất hữu cơ khác, việc sử dụng làm nước dập cốc sẽ làm gia tăng nguy cơ gây ô nhiễm môi trường khi toàn bộ lượng khí thải phát sinh rất lớn trong quá trình dập cốc không được thu gom xử lý triệt để Vì vậy, việc đánh giá

và đưa ra phương án nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy Cốc hóa đang là vấn đề đáng được quan tâm nhằm góp phần khắc phục một cách tối ưu nhất trong việc xử lý nước thải nhằm đáp ứng hiệu quả trong sản xuất cũng như đảm bảo chất lượng xả thải của nhà máy

Xuất phát từ vấn đề trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài" Đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá - Công ty

cổ phần Gang thép Thái Nguyên" với các nội dung nghiên cứu bao gồm mô tả quy

trình sản xuất của nhà máy Cốc hóa, mô tả hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá

- Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên, đánh giá hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá và đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên Nhằm đạt được mục đích đánh giá được hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá và đưa ra phương

án nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy Cốc hóa - Công ty Cổ

phần Gang thép Thái Nguyên

4

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái quát chung về than cốc

Than cốc là sản phẩm của việc chưng than mỡ (loại than chứa ít S và ít tro) trong các lò xây kín ở điều kiện yếm khí có nhiệt độ trên 1.0000C, sau khi đã mất hết chất bay hơi Do tính chất và đặc điểm của các loại than làm cốc và do cách chưng nên than cốc

có nhiều loại phẩm chất khác nhau: phồng hay chắc, xốp hay đặc, cứng nhiều hay ít, nhẹ hay nặng, nứt nẻ nhiều hay ít, màu đen mờ, màu bạc hay xám sáng Than cốc cũng được

sử dụng như là nhiên liệu trong sản xuất gang đúc hay các mục đích sử dụng thông thường, trong công nghiệp hóa chất và luyện các hợp kim của sắt (các dạng cốc đặc biệt)

1.2 Tổng quan về nước thải luyện than cốc và các biện pháp xử lý nước thải luyện than cốc

1.2.1 Đặc trưng về nước thải luyện than cốc

Nước thải từ các xưởng luyện cốc trong thành phần thường có hàm lượng cao các chất ô nhiễm nguy hại, đặc biệt trong đó có chứa phenol

Nước thải chứa phenol phát sinh từ nhiều công đoạn trong quá trình luyện than cốc như: nước thải dập cốc, chưng cất dầu cốc, khu vực kho hoá chất, thiết bị chứa dầu, quá trình làm mát thiết bị, nước làm lạnh khí cốc, nước từ hệ thống lọc bụi Cyclon, Thành phần chủ yếu của nước thải luyện cốc là: Dầu mỡ, chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ hòa tan, các đồng đẳng phenol và phenol với hàm lượng cao gấp nhiều lần

so với tiêu chuẩn môi trường và không ổn định

1.2.2 Phương pháp xử lý nước thải của Nhà máy cốc hoá Thái Nguyên

Phương án xử lý nước thải chứa phenol của Nhà máy là phương pháp xử lý sinh học Lưu trình công nghệ như sau:

Nước thải chứa phenol sau khi được tách sơ bộ dầu mỡ, được bơm vào bể điều hoà, từ bể chứa điều hoà bơm vào thiết bị phản ứng keo tụ Ở đây, điều chỉnh lượng hoá chất 1 (CH1) từ thùng chứa và thiết bị khống chế pH trong nước thải và khử CN- Tiếp tục nước thải được đưa vào bể lắng tách dầu mỡ huyền phù, phần cặn lắng xuống đáy được tháo vào hố ga Nước thải sau đó được tách hết dầu mỡ và đưa vào bể Aeroten Tại bể Aeroten, được máy nén không khí cấp không khí vào bể qua hệ thống phối khí, sục khí cung cấp oxy (O2) cho quá trình phân huỷ hợp chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính Hoá chất 2 (CH2) từ thùng định lượng chảy vào bể AEROTEN theo định lượng

Hỗn hợp bùn và nước thải chảy vào bể lắng bậc 2 Một phần bùn hoạt tính được bơm tuần hoàn trở lại bổ xung cho bể AEROTEN, phần còn lại bơm vào bể chứa bùn loãng Hỗn hợp nước thải từ bể lắng bậc 2 chảy vào bể keo tụ lắng Hoá chất 3 (CH3) được định lượng vào bể từ thùng pha định lượng phần keo tụ lắng xuống đáy bể được bơm vào bể chứa bùn loãng Còn nước đã xử lý bơm vào bể cứa nước đi dập cốc nóng

ở tháp dập Bể chứa bùn loãng tập trung từ hố ga, bể lắng bậc 2, bể lắng keo tụ chảy về được bơm đưa vào máy ép bùn Phần bùn và cặn đó ép thành bánh được đưa về nơi quy định, còn phần nước sau ép được đưa về bể chứa nước đem dập cốc

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc Hoá Thái Nguyên Trong đó, đối tượng nghiên cứu cụ thể:

- Các thông tin chung về nhà máy Cốc hóa

- Nước thải của nhà máy Cốc hóa (đặc điểm, thành phần, tính chất, lưu lượng,…)

- Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hóa (hiện trạng hệ thống, lưu trình công nghệ, hiệu quả xử lý)

- Các phương án nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chứa phenol của hệ thống xử

lý nước thải của nhà máy Cốc hóa

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu

Nhà máy Cốc hoá - Chi nhánh Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Mô tả quy trình sản xuất của nhà máy Cốc hóa

- Mô tả hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá - Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên

- Đánh giá hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá

- Đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên

2.3 Phương pháp nghiên cứu

- Các phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu, số liệu

- Phương pháp quan trắc lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu

- Phương pháp phân tích mẫu

- Các chỉ tiêu theo dõi gồm: pH, TSS, BOD5, COD, Phenol, xyanua CN-, amoni NH4 -N; dầu mỡ

- Phương pháp phân tích, tổng hợp xử lí số liệu

6

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Mô tả quy trình công nghệ sản xuất của nhà máy Cốc hoá

Than được phối liệu rồi đưa vào máy nghiền kỹ, qua các băng tải và đưa lên tháp than

Xe rót than chạy trên đỉnh lò, nạp than vào buồng than hóa Khi rót, xe tống đưa cần dàn than vào để dàn cho mặt than trong buồng than hóa được bằng phẳng Sau đó, đậy miệng rót than vào và đóng kín cửa Các loại dầu nhẹ, naphtalen, dầu trung gian, dầu tẩy đều đi qua tháp chưng xuống trao đổi nhiệt, làm lạnh và chảy về thùng lường Khi mỗi giai đoạn sản phẩm đầy thùng hoặc trong quá trình chuyển các giai đoạn thì

mở van để cho dầu chảy về thùng chứa tương ứng Sau khi chưng dầu cốc ta tách được sản phẩm sau: dầu nhẹ; dầu trung gian; dầu tẩy; dầu Antraxen; dầu Naphtalen để riêng

để sản xuất Naphtalen tạp còn các loại dầu khác đổ chung gọi là dầu phòng mục, phần còn lại trong nồi tháo ra lấy sản phẩm Bitum hoặc nhựa đường tùy theo kết thúc nhiệt

độ chảy (Bitum T0

= 700 - 750C , nhựa đường T0

= 400 - 450C) Các nguồn nước thải chứa phenol của nhà máy phát sinh chủ yếu từ: phân xưởng cốc và phân xưởng hóa.

3.2 Mô tả hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá

3.2.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải chứa phenol

Nước thải chứa phenol được phát sinh chủ yếu từ các nguồn sau: Nước amoniac (NH3) tuần hoàn dư tại phân xưởng cốc; nước làm lạnh cuối, nước phân ly benzen tạp tại phân xưởng hoá; nước rửa, nước phân ly dầu cốc trong phân xưởng hoá; nước từ tháp chưng NH3 ở công đoạn suphat mon hoá tại phân xưởng hoá; nước thải ở công đoạn chưng dầu cốc, nước thải từ hơi nước tạp có trong đường ống dẫn khí thanol; nước thải

từ quá trình dập cốc Lưu lượng phát sinh khoảng 70 m3/ngày đêm hay tương ứng với 2300m3/tháng

3.2.2 Thành phần của nước thải

Thành phần nước thải chứa phenol ở nhà máy Cốc hoá gồm: TSS, NH4+ , Dầu

mỡ, CN

-, phenol-, dẫn xuất của phenol

3.2.2 Mô tả sơ bộ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá

Hệ thống xử lý nước thải chứa phenol của Nhà máy cốc hóa Thái Nguyên được xây dựng từ những năm 1997 -1998, đến nay hệ thống đã cũ

a Các bước xử lý

- Tách rác sơ bộ bằng song chắn rác;

- Cân bằng nước và điều hòa lưu lượng, điều chỉnh pH;

- Lắng tách dầu mỡ và huyền phù;

- Xử lý sinh học hiếu khí;

- Lắng keo tụ bậc 2; Xử lý bùn thải

b Các hạng mục công trình

- Song chắn rác

- Bể lắng, tách dầu mỡ huyền phù

- Bể thu gom nước thải và điều điều hòa

- Bể xử lý sinh học (AEROTEN)

- Bể lắng bậc 2

- Bể chứa bùn thải

Nước

Hồi lưu

Bùn thải đã ép

Nước thải chứa Phenol

Thiết bị phản ứng keo tụ

Bể chứa điều hòa

Bơm cấp

Bể lắng tách dầu huyền

phù

Định lượng

HC1

Bể AEROTEN

Hố ga

Định lượng

HC2

Bể lắng bậc 2

Bơm tuần hoàn

Nén khí

Bể lắng keo tụ

Bể chứa dập cốc Bơm

Bể chứa

bùn loãng

Ép khung bản

Định lượng HC3

Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải chứa phenol hiện tại của

nhà máy Cốc hóa

8

3.3 Đánh giá hệ thống xử lý nước thải chứa phenol của Nhà máy Cốc hóa

3.3.1 Khối xử lý cơ học (xử lý vật lý)

Nước thải đầu vào hệ thống xử lý chứa các chất ô nhiễm rất lớn gồm có: phenol, BOD5, COD, CN-, amoni NH4-N, dầu mỡ Hàm lượng các chất ô nhiễm rất lớn

Theo kết quả phân tích và các yêu cầu thông số kỹ thuật của bể lắng tách và bể Aeroten, nước thải sau khi qua khối xử lý cơ học không đảm bảo các điều kiện thông

số kỹ thuật đầu vào cho bể xử lý sinh học Aeroten Hiệu quả xử lý các thành phần ô nhiễm của khối xử lý cơ học của hệ thống xử lý nước thải nhà máy cốc hóa chưa cao, chưa đáp ứng được các yêu cầu thông số kỹ thuật của hệ thống

3.3.2 Khối xử lý sinh học

Khối xử lý sinh học của hệ thống không đạt hiệu quả cao do nguyên nhân cơ bản

là nước thải giai đoạn tiền xử lý không đáp ứng được yêu cầu chất lượng nước đầu vào

bể Aeroten Một số nguyên nhân khách quan khác như: lượng không khí cấp chưa đủ cho bể sinh học làm cho bùn hoạt tính khó lắng, tạo khối bùn và VSV hiếu khí không

có môi trường hoạt động hiệu quả, lượng chất dinh dưỡng (bùn bổ sung) thiếu làm cho

hệ VSV không phát triển dẫn đến mất bùn, gây bọt trên bề mặt, hàm lượng phenol liên tục tăng cường do không kiểm soát lưu lượng, nhiệt độ nước thải không phù hợp với môi trường phân hủy vi sinh,…

3.3.3 Khối xử lý lắng bậc 2 kết hợp keo tụ và xử lý bùn

Qua kết quả phân tích nước thải sau khi qua khối xử bể lắng keo tụ bậc 2, nước thải đầu ra còn nhiều chỉ tiêu chưa đạt tiêu chuẩn cho phép Cụ thể BOD5 vượt 1,754 lần; COD vượt 1,215 lần; CN- vượt 4,5 lần; phenol vượt 33,872 lần; NH4- vượt 8,75 lần; dầu mỡ vượt 1,388 lần so với QCVN 24:2009/BTNMT Qua đó cho thấy hệ thống

xử lý nước thải chứa phenol của Nhà máy chưa đạt hiệu quả xử lý nước thải đảm bảo các quy chuẩn hiện hành

* Đánh giá chung: Loại hình công nghệ xử lý nước thải chứa phenol của Nhà

máy cốc hóa là phù hợp với biện pháp xử lý nước thải mang đặc thù ô nhiễm của ngành luyện cốc Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân, hệ thống xử lý nước thải chứa phenol của Nhà máy hiện đang hoạt động không hiệu quả, nước thải sau khi xử lý xong không đạt tiêu chuẩn xả thải, phần lớn thiết bị trong trạm xử lý đã bị xuống cấp

và hư hỏng nhiều đồng thời việc vận hành hệ thống theo công nghệ cũ không mang lại hiệu quả Do vậy, để nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải chứa phenol của nhà máy cần có phương án bổ sung và nâng cấp các công trình trong hệ thống hiện tại của nhà máy đảm bảo nước thải sau xử lý có hàm lượng các chất ô nhiễm đạt tiêu

chuẩn cho phép, đáp ứng được yêu cầu sản xuất và bảo vệ môi trường