Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ lọc sinh học màng (membrane biorector)

LỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các Thầy giáo, Cô giáo, gia đình, bạn bè cùng sự nỗ lực của bản thân, sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xử lý nước th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC -

ĐỖ THỊ DUYÊN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC SINH HỌC – MÀNG

(Membrane Biorector)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: HÓA CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học Th.S PHẠM THỊ HẢI THỊNH

LỜI CẢM ƠN

Với sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các Thầy giáo, Cô giáo, gia đình, bạn

bè cùng sự nỗ lực của bản thân, sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đề tài

“Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ phương lọc sinh học – màng(Membrane bioreactor)” đã được hoàn thành

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Cô giáo – Th.S Phạm Thị hải Thịnh đã dành thời gian đọc bản thảo, bổ sung và đóng góp nhiều kinh nghiệm quý báu cho đề tài Em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các Thầy giáo, Cô giáo khoa Hóa Học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã nhiệt tình giảng dạy trong suốt thời gian em học tập tại trường

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các anh, chị tại viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Đồng thời gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên, khích lệ em trong quá trình thực hiện khóa luận

Trong quá trình nghiên cứu và làm đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy giáo, Cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện và mang lại hiệu quả cao hơn

Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2014

Sinh viên

Đỗ Thị Duyên

LỜI CAM ĐOAN

Khóa luận tốt nghiệp với đề tài:

“Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ lọc sinh học màng (Membrane bioreactor)” được hoàn thành dưới sự

hướng dẫn của Cô giáo – Th.S Phạm Thị Hải Thịnh Tôi xin cam đoan những kết quả trong khóa luận là kết quả nghiên cứu của bản thân, không trùng với kết quả nghiên cứu của tác giả khác Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, tháng 05 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Duyên

CÁC TỪ VIẾT TẮT

COD : Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học

BOD : Biochemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hóa

DO : Dissolved Oxygen - Oxi hòa tan

TSS : Total Suspended Solid – Tổng chất rắn lơ lửng

MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid – Tổng lượng sinh khối

UASB : Upflow anearobic sludge blanket - bể xử lý sinh học dòng

chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí

SBR : Sequencing Batch Reactor - Bể phản ứng theo mẻ

VSV : Vi sinh vật

CSTN : Cao su thiên nhiên

ANRPC : Hiệp hội các nước sản xuất cao su tự nhiên

MBR : Membrane Biorector - lọc sinh học - màng

TTNC : Trung tâm nghiên cứu

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu chung về tình hình sản xuất cao su thế giới và Việt Nam 3

1.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cao su thế giới 3

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cao su ở Việt Nam 5

1.2 Nguồn gốc, thành phần và tính chất nước thải ngành chế biến mủ cao su 8

1.2.1 Nguồn gốc 8

1.2.2 Đặc tính nước thải cao su 9

1.3 Công nghệ xử lý nước thải cao su ở trong và nước ngoài 11

1.3.1 Các công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su ở nước ngoài 11 1.3.2 Công nghệ xử lý nước thải cao su trong nước 13

1.3.3.Tình trạng kỹ thuật tại hệ thống xử lý nước thải ngành cao su 15

1.4 Một số phương pháp được áp dụng để xử lý nước thải chế biến mủ cao su 15

1.4.1 Phương pháp cơ học 15

1.4.2 Phương pháp hóa học và hóa lý 16

1.4.3 Phương pháp sinh học 17

1.5 Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất Nitơ trong nước thải 18

1.5.1 Quá trình Nitrat hóa 18

1.5.2 Quá trình khử Nitrat 20

1.6 Giới thiệu về phương pháp lọc sinh học – màng (Membrane Bioreactor) 22

1.6.1 Phương pháp lọc sinh học – màng (Membrane Bioreactor) 22

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng và mục đích nghiên cứu 25

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 25

2.1.2 Mục đích và nội dung nghiên cứu 29

2.2 Phương pháp nghiên cứu 29

2.2.1 Phương pháp khảo sát hiện trường 30

2.2.2 Phương pháp thực nghiệm 30

2.2.3 Phương pháp phân tích 30

2.2.4 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu 31

2.2.5 Phương pháp tính toán 31

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Các chế độ thí nghiệm 33

3.1.1 Thay đổi chu kỳ sục khí - ngừng sục khí của hệ lọc sinh học – màng 33

3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý 34

3.1.3 Ảnh hưởng của tải trọng COD, T-N đến hiệu quả xử lý COD, nitơ của hệ thống 39

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

1 Kết luận 42

2 Kiến nghị 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC 46

Hình 1.1: Sản lượng cao su các quốc gia trên thế giới (nghìn tấn)

Hình 1.2 Thị phần sản xuất cao su tự nhiên trên thế giới (%)

Hình 1.3 Tiêu thụ cao su tự nhiên của các nước, năm 2011 (Ngàn tấn)

Hình 1.4: Diện tích trồng cây cao su phân theo vùng miền (%)

Hình 1.5 Diện tích và sản lượng cao su cả nước qua các năm

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ xử lý hiện nước thải tại Malaysia

Hình1.7 Cấu trúc 1 hạt bùn hoạt tính chứa vùng thiếu khí và hiếu khí

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến

sự chuyển hóa N-NO3

-Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến

sự chuyển hóa N-NO2-

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý T-N Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tải trọng COD đến hiệu suất xử lý COD Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tải trọng T –N đến hiệu quả xử lý T - N

Ngành công nghiệp chế biến mủ cao su là một trong những ngành công nghiệp hàng đầu của nước ta và tiềm năng phát triển của ngành này vô cùng

to lớn Theo xu hướng phát triển chung của thế giới thì nhu cầu tiêu thụ cao

su ngày càng tăng Cao su được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực từ nhu cầu sinh hoạt hằng ngày đến nhu cầu nhiên liệu công nghiệp và xuất khẩu Tính đến năm 1997 diện tích cây cao su ở nước ta đạt gần 300.000 ha, sản lượng 185.000 tấn Theo quy hoạch tổng thể với nguồn vốn vay ngân hàng thế giới đến năm 2010 diện tích cây cao su sẽ đạt tới 700.000 ha, sản lượng khoảng 300.000 tấn Ở nước ta, ước tính hàng năm ngành chế biến mủ cao su thải ra khoảng 5 triệu m3 nước thải Lượng nước thải này có nồng độ các chất hữu cơ

dễ bị phân hủy rất cao như acid acetic, đường, protein, chất béo hàm lượng COD đạt đến 2.500 – 35.000 mg/L, BOD từ 1.500 – 12.000 mg/L được xảy ra nguồn tiếp nhận mà chưa được xử lý hoàn toàn ảnh hưởng trầm trọng đến thủy sinh vật trong nước Ngoài ra vấn đề mùi hôi phát sinh do các chất hữu

cơ bị phân hủy kỵ khí tạo thành mercaptan và H2S ảnh hưởng môi trường không khí khu vực xung quanh Do đó vấn đề đánh giá và đưa ra phương án

khả thi cho việc xử lý lượng nước thải chế biến mủ cao su được nhà nước và chính quyền địa phương quan tâm một cách đầy đủ

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và những yêu cầu về chất lượng môi trường, được sự nhất trí của Ban Chủ Nhiệm Khoa Hóa Học,Trường Đại Học

Sư Phạm Hà Nội 2, dưới sự hướng dẫn của Th.s Phạm Thị Hải Thịnh, em tiến

hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ lọc sinh học màng (Membrane bioreactor)” với mục đích

xử lý xử lý được đồng thời chất hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến mủ cao su sau xử lý yếm khí Từ đó đưa ra chế độ sục khí và khoảng tải lượng phù hợp nhất cho hệ lọc sinh học màng để xử lý nước thải chế biến mủ cao su

Bài báo cáo tốt nghiệp của em về: “Nghiên cứu việc xử lý nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ lọc sinh học màng (Membrane bioreator)”

gồm những nội dung chủ yếu sau:

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về tình hình sản xuất cao su thế giới và Việt Nam

1.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cao su thế giới

Ngành cao su thế giới được chia thành 2 nhóm bao gồm cao su tự nhiên

và cao su nhân tạo Cao su tự nhiên có thành phần chính là mủ cao su được chiết xuất từ cây cao su, trong khi cao su nhân tạo có nguồn gốc từ dầu mỏ Hiện nay, nhu cầu tiêu thụ cao su tự nhiên chiếm khoảng 40 - 45% tổng nhu cầu cao su toàn thế giới

Kể từ năm 2010, sản lượng cao su tự nhiên (CSTN) thế giới hàng năm

đã vượt 10 triệu tấn/năm, chiếm trên 40% tổng lượng cao su sử dụng Sản lượng CSTN của các nước trong Hiệp hội các nước sản xuất cao su tự nhiên (ANRPC) tăng hàng năm, đóng góp khoảng 92-94% sản lượng CSTN toàn thế giới [7]

Nguồn: Monthly Bulletin Sep 2010, ANRPC

Hình 1.1: Sản lượng cao su các quốc gia trên thế giới (nghìn tấn)

Theo báo cáo của Hiệp hội các nước sản xuất cao su tự nhiên (ANRPC), cây cao su tự nhiên được trồng chủ yếu tại khu vực Đông Nam Á, tập trung ở các quốc gia bao gồm Campuchia, Trung quốc, Ấn Độ, Indonesia, Malaysia, Phillipin, Singapore, Thái Lan và Việt Nam Sản lượng sản xuất cao su tự nhiên của các nước này chiếm khoảng 94% sản lượng sản xuất cao su tự nhiên toàn thế giới Trong đó, Thái Lan là quốc gia đứng đầu thế giới về sản xuất cao su đạt 3 triệu tấn vào năm 2010 chiếm khoảng 33% sản lượng cao su toàn thế giới, tiếp theo là Indonesia với 25% thị phần, Việt Nam đứng thứ 5 chiếm 7,4% thị phần vào năm 2009 và con số này lên 8% vào năm 2010

Nguồn: Monthly Bulletin Sep 2010, ANRPC

Hình 1.2 Thị phần sản xuất cao su tự nhiên trên thế giới (%)

Với ưu thế là quốc gia đứng đầu về sản lượng sản xuất cao su, Thái Lan liên tục là quốc gia đứng đầu về xuất khẩu cao su tự nhiên với sản lượng xuất khẩu hàng năm chiếm khoảng 40 - 42% thị phần thị trường xuất khẩu thế giới Tiếp theo là Indonesia với thị phần là 30 - 31%; Việt Nam đứng thứ 3 với 11,4%; tiếp theo là Malaysia với 11% thị phần Như vậy, 4 nước đứng đầu đã chiếm tới 96,1% thị phần xuất khẩu cao su tự nhiên trên thế giới Mặc dù là

Ấn độ và Trung quốc là quốc gia sản xuất nhiều cao su tự nhiên nhưng do mức tiêu thụ trong nước lớn nên lượng xuất khẩu là rất ít

Nguồn: NMCE- Natianal Multi Commodity Exchange, Natural rubber 2012-2013

Hình 1.3 Tiêu thụ cao su tự nhiên của các nước, năm 2011 (Ngàn tấn)

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cao su ở Việt Nam

Cao su tự nhiên là một trong những mặt hàng xuất khẩu chủ lực của

Việt Nam, với kim ngạch xuất khẩu liên tục đạt trên 1 tỷ USD/năm từ năm

2006 đến năm 2010, năm 2011 đặt mục tiêu xuất khẩu đạt 3 tỷ USD Hiện

nay Việt Nam đang nằm trong top 5 các quốc gia có kim ngạch xuất khẩu

cao su tự nhiên hàng đầu thế giới cùng với Malaysia, Indonesia, Thái Lan,

Ấn Độ Theo chiến lược phát triển cây cao su do Chính phủ đề ra, đến năm

2020 diện tích cao su phải đạt 800.000 ha với sản lượng khai thác đạt 1.200

nghìn tấn mủ Việt Nam hiện nay đang đứng thứ 6 về nguồn cung cấp (diện

tích chiếm 6,4% tổng diện tích cao su thế giới), thứ 5 về khai thác (7,4%

tổng sản lượng cao su thế giới) và thứ 3 về xuất khẩu cao su tự nhiên

(khoảng 11,4% của thế giới)

Nguồn: Bộ NN&PTNT

Hình 1.4: Diện tích trồng cây cao su phân theo vùng miền (%)

Diện tích năm 2010 là khoảng 715.000 ha đƣợc trồng chủ yếu ở Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, Duyên Hải miền Trung và đang mở rộng diện tích sang Lào và Campuchia thêm 200.000 ha Diện tích trồng cao su chủ yếu thuộc các đơn vị trong Tập đoàn công nghiệp cao su Việt Nam

Sản phẩm xuất khẩu chủ yếu của Việt Nam (90%) là cao su tự nhiên chƣa đƣợc xử lý chiếm 60% đã đƣợc định chuẩn về mặt kỹ thuật và cao su nguyên thuỷ nên lợi nhuận đạt đƣợc khá thấp so với các quốc gia xuất khẩu khác nhƣ Malaysia hay Thái Lan

Tập đoàn công nghiệp cao su Việt Nam gồm 36 đơn vị thành viên tại Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, Bắc Trung Bộ, duyên hải Nam Trung Bộ Do chủ yếu sản phẩm của Việt Nam là sản phẩm thô chất lƣợng vẫn còn chƣa tốt

và chủng loại không phong phú nên khả năng cạnh tranh không cao đối với các quốc gia trong khu vực nhƣ Malaysia, Indonesia hay Thái Lan, không đáp ứng đƣợc nhu cầu của những khách hàng cao cấp

Nguồn: Tổng cục thống kê

Hình 1.5 Diện tích và sản lượng cao su cả nước qua các năm

Thị trường tiêu thụ cao su tự nhiên trong nước khá nhỏ bé so với thị trường xuất khẩu khi chỉ chiếm khoảng chiếm 10 - 15% tổng sản lượng mủ cao su sản xuất hàng năm Do công nghệ chế biến cao su còn thấp nên chỉ có khoảng 20% cao su tự nhiên được chế biến để xuất khẩu

Giá cao su tăng mạnh kéo theo xuất khẩu quý I/2011 tăng 140% về giá trị xuất khẩu Xuất khẩu cao su tháng 3 đạt 50.000 tấn, thu về 227 triệu USD Luỹ kế 3 tháng đầu, kim ngạch xuất khẩu đạt 173.000 tấn, trị giá 774 triệu USD So với cùng kì năm 2010, lượng xuất khẩu tăng 40%, giá trị tăng gần 135% Ngành cao su đặt mục tiêu sẽ đạt kim ngạch xuất khẩu 3 tỉ USD trong năm 2011 Trung Quốc là thị trường nhập khẩu cao su lớn nhất của Việt Nam, chiếm hơn 70% lượng xuất khẩu, chủ yếu qua đường mậu biên Sản phẩm cao

su tự nhiên của Việt Nam xuất khẩu mạnh sang hơn 70 thị trường khác như

Ấn Độ, Mỹ, EU, Nhật Bản, và hiện nay đang được mở rộng sang Đông Âu, Trung Đông, Nam Mỹ và Châu Phi [8]

1.2 Nguồn gốc, thành phần và tính chất nước thải ngành chế biến mủ cao su

1.2.1 Nguồn gốc

Nước thải từ nhà máy chế biến mủ cao su có độ nhiễm bẩn rất cao, ảnh hưởng lớn đến điều kiện vệ sinh môi trường Nước thải ra từ nhà máy với khối lượng lớn gây ô nhiễm trầm trọng đến khu vực dân cư, ảnh hưởng đến sức khỏe, đời sống của nhân dân trong khu vực Các mùi hôi thối độc hại, hóa chất sử dụng cho công nghệ chế biến cũng ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống nhân dân và sự phát triển của động thực vật xung quanh nhà máy

Bên cạnh sự phát triển của ngành công nghiệp cao su là vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải của ngành này gây ra Hàng năm ngành chế biến mủ cao su phát sinh khoảng 10 triệu m3 nước thải, trung bình lượng nước thải phát sinh khoảng 25 m3/tấn sản phẩm (tính theo khối lượng khô) sản xuất từ

mủ tinh, 35 m3/tấn sản phẩm sản xuất từ mủ tạp và 18 m3/tấn sản phẩm sản xuất từ mủ li tâm (Tổng công ty Cao su Việt Nam, 2004)

Trong quá trình chế biến mủ cao su, nước thải phát sinh chủ yếu từ các công đoạn sản xuất sau :

* Dây chuyền chế biến mủ ly tâm:

Nước thải phát sinh từ quá trình ly tâm mủ, rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà xưởng

* Dây chuyền chế biến mủ nước:

Nước thải phát sinh từ khâu đánh đông, từ quá trình cán băm, cán tạo

tờ, băm cốm Ngoài ra nước thải còn phát sinh do quá trình rửa máy móc thiết

bị và vệ sinh nhà xưởng

* Dây chuyền chế biến mủ tạp:

Đây là dây chuyền sản xuất tiêu hao nước nhiều nhất trong các dây chuyền chế biến mủ Nước thải phát sinh từ quá trình ngâm, rửa mủ tạp, từ

quá trình cán băm, cán tạo tờ, băm cốm, rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà xưởng, Ngoài ra nước thải còn phát sinh do rửa xe chở mủ và sinh hoạt

Trong chế biến cao su khô, nước thải sinh ra ở các công đoạn khuấy trộn, làm đông và gia công cơ học Thải ra từ bồn khuấy trộn là nước rửa bồn

và dụng cụ, nước này chứa một ít mủ cao su Nước thải từ các mương đông tụ

là quan trọng nhất vì nó chứa phần lớn là serum được tách ra khỏi mủ trong quá trình đông tụ Nước thải từ công đoạn gia công cũng có bản chất tương tự nhưng loãng hơn, đây là nước rửa được phun vào các khối cao su trong quá trình gia công cơ để tiếp tục loại bỏ serum cũng như các chất bẩn

Trong sản xuất mủ cao su ly tâm, mủ cao su sau khi khuấy trộn được đưa vào các nồi ly tâm quay với tốc độ chừng 7000 vòng/ phút Với tốc độ này, lực ly tâm đủ lớn để tách các hạt cao su ra khỏi serum, dựa vào sự khác biệt về trọng lượng riêng của chúng Sau khi mủ cao su được cô đặc đã được tách ra, chất lỏng còn lại là serum, vẫn còn chứa khoảng 5% cao su, sẽ được làm đông bằng axit H2SO4 để chế biến thành cao su khối với một quá trình tương tự như cao su thông thường Chế biến mủ ly tâm cũng tạo nên 3 nguồn nước thải Nước rửa máy móc và các bồn chứa, serum từ mương đông tụ skim, và nước rửa từ các máy gia công cơ Trong số này serum của mủ skim

là có hàm lượng chất ô nhiễm cao nhất

Sản xuất một tấn thành phẩm (quy theo trọng lượng khô) cao su khối, cao su tờ và mủ ly tâm thải ra tương ứng khoảng 30; 25; 18 m3 nước thải

1.2.2 Đặc tính nước thải cao su

Nước thải đánh đông có nồng độ chất bẩn cao nhất, chủ yếu là các serum còn lại trong nước thải sau khi vớt mủ bao gồm một số hóa chất đặc trưng như axit axetic CH3COOH, protein, đường, cao su thừa; lượng mủ chưa đông tụ nhiều do đó còn thừa một lượng lớn cao su ở dạng keo; pH thấp khoảng 5-5,5 Nước thải ở các công đoạn khác (cán, băm,…) có hàm lượng chất hữu cơ thấp, hàm lượng cao su chưa đông tụ hầu như không đáng kể

Đặc trưng cơ bản của các nhà máy chế biến cao su đó là sự phát sinh mùi Mùi hôi thối sinh ra do men phân hủy protein trong môi trường acid Chúng tạo thành nhiều chất khí khác nhau: NH3, CH3COOH, H2S, CO2,

* Dây chuyền sản xuất mủ ly tâm:

Dây chuyền sản xuất này không thực hiện quy trình đánh đông cho nên hoàn toàn không sử dụng acid mà chỉ sử dụng amoniac, lượng amoniac đưa vào khá lớn khoảng 20 kgNH3/tấn DRC nguyên liệu Do đó đặc điểm chính của loại nước thải này là:

- Độ pH khá cao, pH = 9-11

- Nồng độ BOD, COD, N, P rất cao

* Dây chuyền chế biến mủ nước:

Đặc điểm của quy trình công nghệ này là sử dụng từ mủ nước vườn cây

có bổ sung amoniac làm chất chống đông Sau đó, đưa về nhà máy dùng acid

để đánh đông, do đó ngoài tính chất chung là nồng độ BOD, COD và SS rất cao, nước thải từ dây chuyền này còn có độ pH thấp và nồng độ N cao

* Dây chuyền chế biến mủ tạp:

Mủ tạp lẫn khá nhiều đất cát và các loại chất lơ lửng khác Do đó, trong quá trình ngâm, rửa mủ, nước thải chứa rất nhiều đất, cát, màu nước thải thường có màu nâu, đỏ

- pH = 5,0-6,0

- Nồng độ chất rắn lơ lửng rất cao

- Nồng độ BOD, COD thấp hơn nước thải từ dây chuyền chế biến mủ nước

1.3 Công nghệ xử lý nước thải cao su ở trong và nước ngoài

1.3.1 Các công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su ở nước ngoài

Các hệ thống xử lý nước thải được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải nhà máy cao su ở Malaysia, Indonexia

Bảng 1.2 Hệ thống xử lý nước thải của các nước Đông Nam Á

Tên nhà máy Chủng loại sơ chế Công suất

(tấn/ngày) Hệ thống xử lý nước thải Malaysia

Mardec

Tropical prodce Mủ ly tâm 12.000 Hồ sục khí

Lee Rubber Mủ khối tạp 13.000 Hồ kỵ khí – Hồ sục khí Chip Lam seng Mủ ly tâm 36.000 Kỵ khí – UASB

Kotatrading Mủ ly tâm/skim 24.000 Mương oxi hoá

Titilex Mủ ly tâm 12.000 Hồ sục khí và hồ tùy chọn

Indonexia

Membang Muda Mủ ly tâm 12.000 Hồ sục khí và hồ tùy chọn Gunung Para Mủ tờ và mủ khối 25.000 Hồ kỵ khí – Hồ sục khí Rambiman Mủ khối & ly tâm 12.000 Hồ sục khí và hồ tùy chọn

Từ những năm cuối thập kỷ 70 và đầu 80, Malaysia đã đi đầu trong nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ xử lý nước thải vào thực tế sản xuất Kết quả hiện nay các công nghệ xử lý nước thải do Malaysia đưa ra được coi là phù hợp và được áp dụng tại nhiều nhà máy sơ chế cao su như ở Malaysia, Indonesia, Thái Lan, Công nghệ xử lý nước thải được nghiên cứu và áp dụng vào sản xuất ở Malaysia chủ yếu tập trung vào xử lý sinh học như:

1- Hệ thống hồ kị khí - hồ tùy nghi

2- Hệ thống hồ kị khí - hồ làm thoáng

3- Hệ thống hồ làm thoáng

4- Hệ thống mương oxy hóa

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ xử lý hiện nước thải tại Malaysia

1.3.2 Công nghệ xử lý nước thải cao su trong nước

Trên thế giới hiện nay, Việt Nam đứng hàng thứ ba về sản xuất cao su Trước 1994, vấn đề xử lý nước thải cho các nhà máy chế biến mủ cao su chưa được chú ý Sau khi nhà nước ban hành Tiêu chuẩn môi trường đối với các loại nước thải công nghiệp (TCVN 5945-1995), cùng với sự phát triển nhanh

về kinh tế và xã hội, yêu cầu xử lý nước thải ngày càng trở nên cấp bách Trước tình hình này, Tổng Công ty Cao su Việt Nam mời Công ty tư vấn

hàng đầu ở Malaysia là Mott Mac Donald Ltd, thực hiện việc điều tra, nghiên cứu các nhu cầu kiểm soát ô nhiễm cho các nhà máy chế biến mủ cao su trực thuộc Kết quả Mac Donald.Ltd., đã đưa ra khuyến cáo có thể áp dụng một trong bốn công nghệ của Malaysia vào các nhà máy chế biến mủ cao su tại Việt Nam Tuy nhiên, khuyến cáo này chưa có tính khả quan vì :

- Ở Malaysia các nhà máy chế biến mủ cao su thường không nằm trong khu vực dân cư, ngược lại tại Việt Nam, có nhà máy sẽ có dân cư sống

ở xung quanh Do đó, không thể áp dụng công nghệ xử lý nước thải chế biến

mủ cao su dạng hồ xử lý sinh học liên hoàn (kị khí, tùy nghi, ) được Việc

áp dụng công nghệ xử lý này sẽ không khỏi gây ô nhiễm nguồn nước, mùi hôi ảnh hưởng đến khu dân cư sống ở xung quanh và nước ngầm do thấm

- Điều kiện tự nhiên, địa lý, kinh tế và xã hội hai nước khác nhau

- Đặc điểm, tính chất nước thải từ các công nghệ chế biến mủ cao su khác nhau

- Yêu cầu tiêu chuẩn, chất lượng nước thải ra ngoài môi trường hai nước cũng khác nhau Một số chỉ tiêu nước thải sau xử lý ở Malaysia cũng không đạt tiêu chuẩn thải loại A và B (QCVN 01: 2008/BTNMT) của Việt Nam

Hiện nay, trong số 10 nhà máy chế biến mủ cao su có hệ thống xử lý nước thải thì 6 nhà máy áp dụng công nghệ theo công nghệ của Malaysia Còn lại 4 nhà máy áp dụng các công nghệ dạng bể như : UASB ở Nhà máy Long Thành (Đồng Nai), bể sinh học kị khí ở Nhà máy cao su Ven Ven (Tây Ninh), DAF nhà máy Hòa Bình (Vũng Tàu) và Tân Biên (Tây Ninh) Nhìn chung các nhà máy xử lý nước thải hoạt động chưa có hiệu quả Mặc dù hệ thống xử lý UASB, bể sinh học kị khí đều có hiệu quả xử lý cao hơn so với dạng hồ nhưng nước thải ra khỏi hệ thống xử lý vẫn chưa đạt tiêu chuẩn môi trường

1.3.3.Tình trạng kỹ thuật tại hệ thống xử lý nước thải ngành cao su

* Không đủ công xuất xử lý: Hầu hết các hệ thống bị quá tải từ tháng giữa năm đến cuối năm do được thiết kế không đủ công xuất Đó là:

- Tất cả bể gạn mủ không đạt hiệu quả, mủ cao su còn nhiều trong nước thải ở quá trình xử lý tiếp theo

- Tải trọng hữu cơ khảo sát gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn kỹ thuật

- Thiết bị sục khí thường có công suất thấp hơn nhiều so với công suất thiết kế và không làm việc 24/24 giờ

- Chất lượng nước thải sau khi xử lý của hệ thống chưa đạt tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật

* Công nghệ chưa phù hợp: Đặc điểm này thể hiện ở một số công nghệ

xử lý nước thải được áp dụng không bao gồm công đoạn xử lý kỵ khí đối với chất thải ô nhiễm chất hữu cơ cao còn nếu xử lý sinh học hoàn toàn bằng phương pháp hiếu khí đòi hỏi công xuất thiết bị và tiêu hao điện năng rất lớn

1.4 Một số phương pháp được áp dụng để xử lý nước thải chế biến mủ cao su

1.4.1 Phương pháp cơ học

Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng Để tách các chất này ra khỏi nước thải thường sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực học lực li tâm và lọc Tùy theo kích thước tính chất lý hóa, nồng độ chất

lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ

xử lý thích hợp

1.4.1.1 Song chắn rác

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác Tại đây các thành phần có kích thước lớn: lá cây, bao nilon, rác được giữ lại

Nhờ đó tránh làm tắc bơm đường ống, kênh dẫn Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn cho cả hệ thống xử lý nước thải

Song chắn rác làm bằng kim loại, đặt ở cửa vaò kính dẫn, nghiêng một góc 45 – 60o nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75 – 85 o nếu làm sạch bằng máy Vận tốc qua song chắn rác giới hạn trong khoảng 0,6 – 1 m/s Vận tốc cực tiểu 0,4 m/s, vận tốc cực đại dao động 0,75 – 1 m/s

1.4.1.2 Bể lắng

Nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng 2) Trong bể lắng ngang dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 – 2,5 giờ

1.4.2 Phương pháp hóa học và hóa lý

1.4.2.1 Phương pháp trung hòa điện

Nước thải chứa các acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa về

PH khoảng 6,5 đến 8,5 trước khi thải vào nguồn tiếp nhận hoặc sử dụng cho công nghệ tiếp theo Để trung hòa nước thải chứa acid có thể sử dụng: NaOH, KOH, Na2CO3, đôlômit (CaCO3.MgCO3), Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước

và chi phí hóa chất sử dụng

1.4.2.2 Phương pháp keo tụ

Trong xử lý nước thải, phương pháp keo tụ là phương pháp kết hợp giữa phương pháp hoá học và lý học Mục đích của phương pháp này nhằm loại bỏ các hạt chất rắn khó lắng hay cải thiện hiệu suất lắng của bể lắng

Trong nguồn nước thải, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến

10 µm Các hạt này không nổi cũng không tách ra do đó tương đối khó tách loại Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực

hút Vander waals giữa các hạt.Lực này có thể dính kết giữa các hạt ngay trong khi khoảng cách của chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn

Những chất keo tụ thường dùng là các muối sắt và muối nhôm như: FeCl2, NaAlO2, Fe2(SO4)3

Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ

1.4.3 Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tanbcos trong nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm

1.4.3.1 Phương pháp xử lý yếm khí

Quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ là quá trình phức tạp, tạo

ra nhiều sản phẩm và trải qua nhiều phản ứng trung gian Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kị khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:

Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Xảy ra theo 4 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: thủy phân cắt mạch các hợp chất cao phân tử

- Giai đoạn 2: acid hóa

- Giai đoạn 3: acetate hóa

- Giai đoạn 4: Metan hóa

Quá trình xử lý kỵ khí vơí vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí, quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB) UASB có đặc điểm sau:

Vi sinh vật

Cả 3 quá trình, phân hủy – lằng bùn – tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình

Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bung hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng

1.5 Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất Nitơ trong nước thải

1.5.1 Quá trình Nitrat hóa

Quá trình nitrat hóa là sự oxy hóa chất hữu cơ và amoni thành nitrat, như vậy chỉ đơn thuần là chuyển Nitơ từ dạng này sang dạng khác trong nước

thải Quá trình này chỉ kiểm soát nồng độ amoni

Đây là quá trình tự dưỡng hiếu khí và cần năng lượng cho quá trình sinh trưởng vi khuẩn mà nhận từ quá trình oxy hóa hợp chất vô cơ (amoni ban đầu), sử dụng cacbon vô cơ thay cho carbon hữu cơ để tổng hợp tế bào

Quá trình oxy hóa NH4+ thành nitrat xảy ra theo 2 bậc:

NH4+ + 1,5 O2  NO2- + 2H+ + H2O

NO2 -

+ 0,5 O2  NO3

-

NH4+ + 2 O2  NO3- + 2H+ + H2O Cùng với việc tiêu thụ năng lượng thì có khoảng 20-40% NH4+ được tiêu thụ trong quá trình tổng hợp tế bào Phản ứng tổng hợp sinh khối có thể viết như sau:

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của VSV tự dưỡng:

+ DO: DO cần thiết cho quá trình nitrat hoá xảy ra ít nhất là 0,3 mg/l

Tốc độ nitrat hoá đối với Nitrosomonas không phụ thuộc vào DO nếu DO > 1 mg/l và đối với Nitrobacter khi DO > 2 mg/l (Schoberl và Angel, 1964)

+ Nhiệt độ: tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của vi khuẩn nitrat hoá suy

giảm khi nhiệt độ giảm Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nitrat hóa trong khoảng

16 - 30 0C, nhưng chúng có thể phát triển ở 4 – 50 0

C

+ pH: giá trị pH thích hợp là từ 7,6 - 8,6; khi pH < 6,2 hoặc pH > 10 sẽ

ức chế hoàn toàn quá trình hoạt động của VSV

+ Độc tố: các hợp chất có độc tố cao với VSV tự dưỡng là: hợp chất

phenol, hợp chất clo, Cl- và các kim loại nặng Đối với VSV có tốc độ phát triển chậm thì ảnh hưởng của độc tố đến nó là ít hơn, như vậy trong hai quá

trình thì loại Nitrosomonas ít bị ảnh hưởng bởi độc tố hơn Nitrobacter Một

độc tố rất quan trọng là NH3 và axit HNO2 ở dạng trung hòa - sản phẩm và

nguyên liệu của quá trình, Nitrobacter bị ảnh hưởng nhiều hơn (0,1-1,0 mg

N-NH3/l) so với Nitrosomonas (5 - 20 mg N-NH3/l) Tuy nhiên pH của nước thải chăn nuôi thường ở mức trung tính nên nồng độ NH3 trong nước thải là thấp Ngược lại HNO2 lại tồn tại và thể hiện độc tính ở pH thấp

“ - ” : Không có số liệu đánh giá

Nitrat là sản phẩm cuối của quá trình oxy nitrat hóa, nitrat chưa được xem

là bền vững cũng gây độc cho môi trường nên cần được khử thành khí nitơ

4NO3- + 4H+ + 5Chữu cơ  5CO2 + 2N2 + 2H2O

Một số loài vi khuẩn khử nitrat như: Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas, Paracoccus, Spirillum, Thiobacilus, Micrococcus, Denitrobacillus, Để khử nitrat VSV cần có chất khử, chất khử có thể là các

chất hữu cơ hoặc các chất vô cơ như (S, Fe2+) Phần lớn VSV nhóm

Denitrifier thuộc loại dị dưỡng - chúng sử dụng hơp chất hữu cơ để tổng hợp

tế bào, ngoài phần sử dụng cho khử nitrat Song song với quá trình khử nitrat

là quá trình tổng hợp tế bào, do đó lượng chất hữu cơ tiêu hao cho cả quá trình lớn hơn nhiều so với lượng chất hữu cơ cần thiết cho khử nitrat

Quá trình khử nitrat giống như quá trình hô hấp hiếu khí nhưng thay vì

O2 > NO3-  NO2- > SO42- VSV cần N để tổng hợp protein và sử dụng NH3 hơn (sử dụng trực tiếp) Khi NH3 không tồn tại thì 1 vài VK sẽ chuyển hóa nitrat thành amoni

Cả hợp chất thải vô cơ và hữu cơ đều có thể làm cơ chất cho quá trình khử nitrat Kết quả của quá trình là chất cho điện tử bị oxy hóa và nitrat thì giảm đi

Sự kết hợp nitrat hóa với khử nitrat có thể giải thích bởi 2 quá trình trao đổi có thể diễn ra:

Vùng có DO thấp hoặc bằng 0 có mặt trong bể nhờ quá trình khuấy trộn Bông bùn hoạt tính có thể chứa cả 2 vùng thiếu và hiếu khí, DO và cơ chất hòa tan bên ngoài bông bùn phân tán vào vùng hiếu khí phụ thuộc vào

DO, nồng độ amoni và COD

Hình1.7 Cấu trúc 1 hạt bùn hoạt tính chứa vùng thiếu khí và hiếu khí

Các chất hữu cơ mà nhóm VSV khử nitrat sử dụng: nguồn nước thải, các hóa chất hữu cơ đưa vào, các chất hữu cơ hình thành từ quá trình phân hủy nội sinh

Tốc độ khử nitrat phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ DO: Quá trình khử nitrat xảy ra trong điều kiện thiếu khí nên nồng độ

oxy hòa tan DO ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả quá trình vì oxy trong nước thải ức chế các enzyme khử nitrat Oxy ức chế các enzyme nitrit mạnh hơn các enzyme khử nitrat

+ pH: Theo Nommik (1956), Wiljer và Delwiche (1954), Bremmer và

Shaw (1958) cho thấy tốc độ khử nitrat không bị ảnh hưởng khi pH từ 7-8, khi

pH từ 8-9,5 và từ 4-7 thì tốc độ khử nitrat hoá giảm tuyến tính