Công nghệ xử lý ñược nghiên cứu bao gồm : kiềm hoá nhằm khử ñộc tính của thuốc trừ sâu, keo tụ khử cặn, lọc sinh học kết hợp kỵ khí, bùn hoạt tính, lọc hiếu khí với giá thể xơ dừa, phản
Trang 1XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỐC TRỪ SÂU – CÔNG TY SYNGENTA
Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Lê Ngọc Hân, Nguyễn Phước Ngọc Hà
Khoa Môi trường, Trường ðại học Bách Khoa TP.HCM
TÓM TẮT
Nước thải thuốc trừ sâu công ty Syngenta có tính ñộc hại cao và COD lên ñến 20.000 – 30.000 mg/l; pH cao, hàm lượng cặn lơ lửng cao, mùi dung môi nồng nặc
Công nghệ xử lý ñược nghiên cứu bao gồm : kiềm hoá nhằm khử ñộc tính của thuốc trừ sâu, keo tụ khử cặn, lọc sinh học kết hợp kỵ khí, bùn hoạt tính, lọc hiếu khí với giá thể xơ dừa, phản ứng phenton và cuối cùng là hấp phụ trên than hoạt tính Nước thải bảo ñảm ñạt tiêu chuẩn thải loại A.TCVN 5945 – 1995
Các kết quả nghiên cứu trong ñiều kiện phòng thí nghiệm cho thấy:
- Phương pháp sinh học kị khí kết hợp hiếu khí cho phép xử lý trên 90% COD
- Phương pháp Oxy hóa tiếp tục xử lý 50 -70% COD còn lại
- Hấp phụ ở giai ñoạn cuối nhằm xử lý triệt ñể dư lượng thuốc trừ sâu , COD sau xử lý
<50 mg/l
ABSTRACT
The pesticide wastewater of Syngenta Co is highly toxic which the COD about 20,000mg/l – 30,000mg/l, high pH, high suspended solid concentration, a very strong smell of sloven
This waste water treatment process include: alkalization to remove toxicity of pesticide, coagulation to reduce suspended solid concentration, biofilter cobining anaerobic, activated sludge, aerobic filter with coconut fiber as filter material, fenton reaction and absorption by active coal to ensure the effluence achieving waste water discharge Vietnamese standard
5945 – 1995_level A
Laboratory results show:
- Combining Anaerobic with Aerobic treatment process can reduce 90% COD
- Oxidation can reduce 70 – 80% COD
- Absorption can fully reduce COD The effluent has 50mg/l of COD
1 ðẶT VẤN ðỀ
Thuốc trừ sâu là loại hoá chất chuyên biệt dùng trong nông nghiệp ñể diệt sâu bệnh, côn trùng, chuột, cỏ dại…bảo vệ cây trồng Thuốc trừ sâu có ý nghĩa quan trọng trong canh tác nông nghiệp Tuy nhiên, ngoài công hiệu của thuốc trừ sâu, tác hại do ñộc tính của chúng ñến môi trường cũng cần ñặc biệt quan tâm
Công ty Syngenta làmột trong những công ty lớn liên doanh giữa Việt Nam và Thụy
Sỹ trong lĩnh vực sản xuất thuốc trừ sâu Trong quy trình sản xuất, mỗi ngày công ty thải ra khoảng 1m3 nước thải với nồng ñộ COD cao dao ñộng trong khoảng 20.000 ÷ 35.000 mg/l do thành phần nước thải có chứa dung môi, các hợp chất hữu cơ mạch vòng như paraquat dichloride, hoặc profenfos, methidathion, cypermethrin ðây là
Trang 2các hợp chất cực ñộc gây ảnh hưởng ñáng kể ñến mối trường, con người, hệ ñộng thực vật Loại nước thải ô nhiễm trên cần có phương án hữu hiệu ñể xử lý
2 CƠ SỞ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN NGHIÊN CỨU
Hầu hết các phương pháp nghiên cứu ñã ñược xem xét ñể lựa chọn Phương pháp nghiên cứu liên quan ñến tính chất nguồn nước Kết quả khảo sát chất lượng nước thải sau 3 ñợt lấy mẫu tại công ty Syngen ta ñược trình bày ở bảng 1
Bảng 1 Kết quả phân tích chất lượng nước thải thuốc trừ sâu
Nguồn nước thải bị ô nhiễm hữu cơ nặng COD lên ñến 20.000 mg/l, tỉ lệ BOD/COD rất thấp < 0,2 ñồng thời hàm lượng N, P cũng vượt chuẩn
Do tính chất ñặc biệt ñộc hại của nước thải thuốc trừ sâu nên công nghệ xử lý phải kết hợp hoá lý, hoá học và sinh học Trong ñó ưu tiên lựa chọn sinh học, kế tiếp là hoá học bởi vì phương án sinh học rẻ tiền, dễ vận hành và không thải sản phẩm phụ Tuy nhiên thuốc trừ sâu có thể tiêu diệt khi liều lượng gây ñộc cao Do ñó trước khi áp dụng phương pháp sinh học cần phải khử ñộc Phương pháp khử ñộc ñối với thuốc trừ sâu ñược chọn là phương pháp phân hủy trong môi trường kiềm
Phương án keo tụ áp dụng thích hợp ñối với nước thải có hàm lượng căn lơ lững cao Riêng với nước thải thuốc trừ sâu, keo tụ có khả năng loại bỏ 40 –50% hàm lượng hữu cơ nên thường ñược áp dụng trước khi xử lý hoá học (oxy hoá hoặc hấp phụ) nhằm giảm chi phí hóa chất
Phương pháp oxy hoá cho phép xử lý triệt ñể hầu hết các chất hữu cơ và vô cơ trong nước, chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học (giảm COD, nâng tỷ lệ BOD/COD), xử lý các chất vô cơ ñộc hại như Cyanide, Ammonia, một số kim loại Fe, Mn, Se, Cr,… Sản phẩm cuối của quá trình là CO2 và nước không gây ñộc hại ñến môi trường không ñể lại sản phẩm phụ Tuy nhiên, phương pháp này khá tốn kém mặc dầu hiệu quả xử lý có thể ñạt 47,9 – 54,7%
Phương pháp hấp phụ áp dụng trong trường hợp xử lý bậc cao ñối với nước Phương pháp này hiệu quả nhưng tốn kém và ñược ứng dụng ở giai ñoạn cuối cùng của quá trình xử lý nhằm khử triệt ñể các chất hữu cơ và dư lượng thuốc trừ sâu
3 MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Các phương án công nghệ ñịnh hướng như sau:
Nước thải ngâm, cắt mạch keo tụ oxy hóa
Trang 3Nước thải ngâm, cắt mạch lọc SH kị khí bùn hoatï tính oxy hố hoặc hấp phụ
Nước thải ngâm, cắt mạch lọc SH kị khí bùn hoạ tính > lọc SH hiếu khí oxy hố hoặc hấp phụ
Mơ hình keo tụï: tiến hành keo tụ lần lượt các mẫu nước thải theo tỉ lệ pha lỗng 0, 2,
4, 6, 8 và 10 lần Bằng thí nghiệm Jartest, xác định pH tối ưu và lượng phèn tối ưu tương ứng với từng mẫu
Quá trình oxi hố: dùng hệ chất Fenton để oxi hố mẫu nước thải sau keo tụ, xác định lượng FeSO4 và H2O2 thích hợp
Quá trình hấp phụ: tiến hành thí nghiệm xác định lượng than hoạt tính tối ưu cho quá trình hấp phụ
Mơ hình sinh học:
Bể kiềm hoá
Bể kị khí
Bể Arotank
Bể lọc sinh học hiếu khí
Máy thổi khí
Máy thổi khí
Xơ dừa
Xơ dừa Nước thải
Than hoạt tính
Nước sau xử lý
Hình1 Mơ hình sinh học xử lý nước thải thuốc trừ sâu
Mơ hình lọc sinh học kị khí: Mơ hình là bể mica dung tích 20 lít, dung tích làm việc
15 lít Vật liệu đệm được sử dụng là sơ dừa, khối lượng 380 g Khối lượng riệng 34,6 kg/m3 Thể tích sơ dừa chiếm chỗ 11 lít Chiều cao tầng lọc 21 cm
Vận hành mơ hình với COD tăng dần từ thấp lên cao 3200mg/l Mỗi ngày theo dõi các
chỉ tiêu COD, pH
Mơ hình bùn hoạt tính: Mơ hình được thực hiện trong xơ nhựa, dung tích 10 lít
Bùn hoạt tính đưa vào bể lấy từ nhà máy xử lý nước thải Lê Minh Xuân Hàm lượng bùn trong bể: MLVSS = 3000 – 5000 mg/l
ðối tượng nghiên cứu: nước thải sau lọc sinh học kị khí
Thơng số theo dõi COD, pH
Mơ hình lọc sinh học hiếu khí: Mơ hình lọc sinh học hiếu khí được thực hiện trong bể
mica cĩ thể tích 15lít, dung tích làm việc 10 lít Vật liệu lọc sơ dừa khối lượng 150 g
Khối lượng riệng 34,6 kg/m3 Chiều cao lớp vật liệu lọc 17cm Các thơng số theo dõi là
pH, COD, pH
4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.1 Kết quả quá trình kiềm hĩa
Mục đích: Cắt mạch, tách các nhĩm chức, tăng hiệu quả xử lý ở các cơng đọan kế tiếp
Trang 4Hiệu quả của quá trình kiềm hĩa phụ thuộc vào pH và thời gian kiềm hĩa Kết quả
Nghiên cứu được trình bày ở đồ thị 4,1 và 4,2
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Hình 2 Liều lượng hố chất sử dụng để kiềm hĩa đến các pH khác nhau
ðợt 1: (pH kiềm hố: 9; 9,5; 10; 10,5) ðợt 2: (pH kiềm hố =10)
0
5000
10000
15000
20000
25000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Hình 3 Sự thay đổi COD theo thời gian ở các pH kiềm hố khác nhau
Nhận xét:
Lượng NaOH kiềm hĩa làø 300 – 500 mg/l
pH tối ưu 9,5 – 10
Thời gian kiềm hố: > 10 ngày
Nước thải sau quá trình kiềm hố (ngâm cắt mạch) khoảng 10 ngày cĩ hiện tượng tạo tủa Cặn lắng nhiều ở đáy bể Tương ứng COD giảm 30 – 50% Màu nước từ xanh trong chuyển sang nâu, đục
4.2 Kết quả quá trình keo tụ, oxy hĩa, hấp phụ
4.2.1 Quá trình keo tụ
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 10 20 30 40 50 60
0 2 4 6 số lần pha lõang8 10
Hình 4 Hiệu quả khử COD ở TN keo tụ
Trang 5Hiệu quả khử COD ở TN keo tụ đạt 21 – 52% Hiệu quả thấp nhất đối với nước nguyên thủy, khơng pha lỗng Nước trong nhưng vẫn cịn mùi đặc trưng
Hàm lượng phèn keo tụ vào khoảng 1000 – 7500 mg/l Nước thải càng đậm đặc, lượng phèn sử dụng càng nhiều
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 2 4 6ố lần pha lõang8 10
keo tụ và hấp phụ
Hiệu quả xử lý COD của quá trình oxy hĩa: 47,9 – 64.7%
Hiệu quả xử lý COD của quá trình hấp phụ: 43 – 73,3%
Aùp dụng oxy hĩa kết hợp hấp phụ cĩ thể xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn B nhưng chi phí xử lý rất lớn, tiêu tốn hĩa chất là: H2O2
2%; than họat tính 10 g/l
4.3 Quá trình sinh học
4.3.1 Quá trình lọc sinh học kỵ khí
Nhận xét:
Mơ hình lọc kị khí với thời gian lưu nước 3 ngày – 4 ngày cĩ thể xử lý 63% COD Kết quả này chứng tỏ trong điều kiện thích hợp (dưới mức nguy hại), các vi sinh kị khí tham gia xử lý COD và chuyển hố các chất hữu cơ mạch vịng, các chất khĩ phân hũy sinh học thành các chất dễ phân hũy, acid …tạo thuận lợi cho xử lý sinh học hiếu khí nối tiếp
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 2 4 Thời gian, ngày6 8
6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2
0 2 4 Thời gian, ngày6 8
Hình 6 Sự thay đổi COD, pH theo thời gian vận hành 4.3.2 Quá trình bùn họat tính
Kết quả xử lý trên mơ hình bùn họat tính được trình bày ở hình sau
Trang 6
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9
Thời gian, ngày
Hình 7 Sự biến đổi COD và pH theo thời gian
Nhận xét:
Mơ hình bùn họat tính họat động rất hiệu quả Sau 2 ngày lưu nước, COD từ 1164 mg/l giảm cịn 224 mg/l, tương ứng hiệu quả xử lý đạt 80,75%; pH tăng từ 7,2 lên 7,7 Lưu nước dài hơn, COD hầu như ổn định nhưng pH cĩ chiều hướng giảm nhẹ
Bùn họat tính màu vàng nâu, lắng tốt
4.3.3 Quá trình lọc sinh học hiếu khí
Vận hành mơ hình lọc sinh học nối tiếp mơ hình bùn họat tính với mục tiêu là áp dụng
xử lý sinh học triệt để trước khi xử lý hĩa học Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở hình sau
0
50
100
150
200
250
Hình 8 Sự biến đổi COD theo thời gian
Quá trình lọc sinh học hiếu khí xử lý 22% COD với thời gian lưu nước: 1 ngày Nhìn chung hệ thống sinh học bao gồm lọc
kị khí kết hợp bùn họat tính và lọc hiếu khí họat động rất tốt, hiệu quả xử lý COD lên đến 94,8% ðiều này càng chứng minh cơng nghệ xử lý sinh học tuy đơn giản, chi phí thấp nhưng thật sự hiệu quả
4.4 Mơ hình hấp phụ bằng than hoạt tính (đối với nước thải sau xử lý sinh học)
Aùp dụng sau sinh học nhằm xử lý triệt để các chất ơ nhiễm cịn lại đặc biệt là xử lý dư lượng thuốc trừ sâu Kết quả thí nghiệm được trình bày ở hình 4.8
0
50
100
150
200
250
0 0.2 0.4 0.6 0.8 C than, mg/l1 1.2
Sau lọc sinh học Sau bùn họat tính
0 20 40 60 80 100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 C than, mg/l1 1.2
Sau lọc sinh học Sau bùn họat tính
Trang 7Hình 9 Kết quả hấp phụ bằng than họat tính ñối với nước thải sau xử lý sinh học
Nghiên cứu quá trình hấp phụ trên nước thải sau bùn họat tính (COD: 224 mg/l) và nước thải sau lọc sinh học (COD = 165 mg/l) cho thấy: ðể ñạt tiêu chuẩn thải lọai A, lượng than họat tính cần sử dụng là: 0,5 g/l ñối với nước thải sau lọc sinh học và 0,75 g/l ñối với nước thải sau bùn họat tính Hiệu quả hấp phụ ñạt khỏang 70 – 80%
4.5 Kết quả oxi hoá sau xử lý sinh học
Nhận xét:
Oxy hóa có khả năng khử 82 – 84% COD
ðể ñạt tiêu chuẩn thải lọai A, lượng H2O2 cần thiết ñể oxy hóa là 1 – 2 lít/m3 nước thải
Trang 8
0
50
100
150
200
250
300
Sau bùn họa tính Sau lọc sinh học
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Sau bùn họat tính Sau lọc sinh học
Hình 10 Sự thay đổi COD theo liều lượng hĩa chất oxy hĩa
5 KẾT LUẬN
Xử lý nước thải thuốc trừ sâu, áp dụng cơng nghệ hĩa lý kết hợp hĩa học cĩ thể xử lý đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn tiếp nhận nhưng tiêu hao nhiều hĩa chất do đĩ khơng phù hợp
Cơng nghệ xử lý bao gồn kiềm hĩa sau đĩ áp dụng phương pháp sinh học kết hợp hĩa học ở giai đọan cuối là khả thi vì chi phí vận hành thấp, khơng để lại sản phẩm phụ độc hại đến mơi trường
Quá trình kiềm hĩa giảm 30-50% COD
Quá trình sinh học xử lý 94,8% COD cịn lại
Quá trình hĩa học xử lý triệt để các chất ơ nhiễm, đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 GS.TS Trần Hiếu Nhuệ, Thốt nước và xử lý nước thải Cơng nghiệp, NXB Xây dựng, 2000
2 Nguyễn Văn Phước, Qúa trình và thiết bị trong cơng nghiệp hĩa học, Tập 13, Trường ðH Bách
Khoa Tp.HCM
3 PGS.TS Hồng Huệ, Xử lý nước thải, Nhà xuất bản Xây dựng, 2000
4 PGS.TS Lương ðức Phẩm, Cơng nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo
Dục, 2002
5 Sổ tay xử lý nước (T1&T2), NXB Xây dựng, 1999
6 Davis – Cornwell, Environmental Engineering, Third Edition, McGRAWHILL INC, 1998
7 George Tchobanoglous – Franklin L Burton - H.David Stensel, Wastewater Engineering –
Fourth Edition, McGRAWHILL INC, 1991
8 Metcalf – Eddy, Wastewater Engineering Treatment and Reuse, Fourth Edition,
McGRAWHILL INC, 2003
9 Metcalf&Eddy, Watsewater Engineering-Third Edition, McGraw-Hill Publishers
10 N.F.Voznaya, Chemistry of Water & Microbiology, Mir Publishers Moscow
11 Tom D Reynolds, Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, Brooks/Cole
Engineering Division, 1982.