NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG SẢN XUẤT DẦU HÓA DẺO DI-OCTYL PHTHALATE DOP Nguyễn ðức Ngọc Công ty Liên doanh Hóa chất LG VINA TÓM TẮT Công nghệ xử lý nước thải trong sản
Trang 1NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG SẢN XUẤT
DẦU HÓA DẺO DI-OCTYL PHTHALATE (DOP)
Nguyễn ðức Ngọc
Công ty Liên doanh Hóa chất LG VINA
TÓM TẮT
Công nghệ xử lý nước thải trong sản xuất dầu hóa dẻo DOP gồm 7 bước: tách dầu, sục khí, trung hòa, lọc sinh học kỵ khí, lọc sinh học hiếu khí, lắng, khử trùng Trong ñó hai bước lọc sinh học kỵ khí và lọc sinh học hiếu khí là rất quan trọng nhằm mang lại hiệu quả xử lý cao với chi phí ñầu tư và vận hành thấp Việc chọn lựa xơ dừa làm giá thể sinh học vừa giải quyết ñược vấn ñề kinh tế trong việc chọn lựa vật liệu ñệm phù hợp, sẵn có lại vừa mang lại một hiệu quả rất cao trong việc xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sản xuất dầu hóa dẻo nói riêng và công nghiệp hóa dầu nói chung
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên các mô hình thí nghiệm rất khả quan, nước thải ñầu ra ñạt tiêu chuẩn lọai B và nhiều khả năng có thể tái sử dụng một phần ñể cấp cho tháp làm mát Nghiên cứu sẽ ñược triển khai trong thời gian sắp tới
ABSTRACT
DOP waste water treatment process include seven steps: oil separation, air blowing, neutralization, anaerobic bio filter, aerobic bio filter, settling and sterilization Among them anaerobic bio filter and aerobic bio filter are very important (key steps) to have high treatment efficiency with low investment and operation cost Coconut fibre which was selected for bio packing are both inexpensive, available and high efficiency in treating plasticizer waste water in particular and petrochemical waste water in general
Experimental research on the lab and pilot had satisfactory results, treated waste water has achieved B standard and it is highly probable that outlet water can be reused for cooling tower This study will be deployed in the near future
1 MỞ ðẦU
Nước thải trong sản xuất dầu hóa dẻo Di-Octyl Phathalate có chứa một số chất hữu cơ nguy hại và khó phân hủy như Di-Octyl Phathalate, 2-Etyl Hexyl Alcohol, Mono-Octyl Phalate … Hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy DOP, công ty liên doanh hóa chất LG VINA ñược xây dựng vào thời ñiểm xây dựng nhà máy và ñã ñi vào hoạt ñộng Tuy nhiên do các số liệu ñầu vào ước tính không ñúng và việc chọn lựa công nghệ, thiết kế lắp ñặt thiết bị có nhiều ñiểm chưa phù hợp nên hệ thống hoạt ñộng không ñạt yêu cầu và xuống cấp nhanh chóng
Nhà máy DOP là nhà máy sản xuất chất hóa dẻo duy nhất tại Việt Nam lại nằm trong khu công nghiệp Gò Dầu, ðồng Nai là khu công nghiệp có nhiều nhà máy hóa chất có mức ñộ ô nhiễm cao nhưng lại chưa có trạm xử lý nước thải tập trung cho cả khu công nghiệp do vậy việc nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy là một vấn ñề cấp bách
Trang 2ðề tài xử lý nước thải DOP là một vấn ñề mới ngay cả với các nhà máy tương tự tại Hàn Quốc vì ở ñây các nhà máy DOP ñều nằm trong các khu phức hợp sản xuất rất nhiều sản phẩm nên nước thải DOP ñã ñược hòa trộn với nước thải của các nhà máy khác và nước thải DOP chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong lượng nước thải của cả khu phức hợp nên việc xử lý rất dễ dàng
Tác giả với sự hổ trợ của ban giám ñốc công ty và khoa Môi trường ðại học Bách Khoa TP HCM ñã tiến hành nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải trong sản xuất dầu hóa dẻo Di Octyl Phthalate làm cơ sở cho việc cải tiến hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy trong thời gian sắp tới
2 ðỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
2.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý
Nước thải ñầu vào có hàm lượng dầu ( Hỗn hợp DOP và 2-EH ) cao nên trước hết cần loại cặn lơ lửng và tách dầu bằng phương pháp lắng trọng lực
Nước thải sau tách dầu có COD trên 2000 mg/l và tỉ lệ COD/BOD5 trên 5 nên cần xử
lý thêm ñể giảm bớt COD trước khi xử lý sinh học Chọn phương pháp sục khí ñể loại bớt một phần chất ô nhiễm hữu cơ
Kế tiếp chọn công nghệ lọc sinh học ñể giảm chi phí xây dựng và vận hành Do COD nước thải sau tách dầu vàsục khí vẫn khoảng 1800 ñến 2000 mg/l nên phải áp dụng lọc sinh học kỵ khí trước rồi mới xử lý tiếp bằng công nghệ lọc sinh học hiếu khí Công nghệ lọc sinh học với lớp ñệm cố ñịnh ñược lựa chọn bởi nhiều ưu ñiểm:
+ Hệ thống xử lý có khả năng chịu biến ñộng về nhiệt ñộ và tải lượng ô nhiễm
+ Hệ thống thích hợp trong ñiều kiện lưu lượng nước thải gián ñoạn
+ Hiệu suất xử lý cao, ổn ñịnh
+ Dễ vận hành và kiểm soát công nghệ
+ Chi phí vận hành thấp
+ Lượng bùn sinh ra ít, giảm chi phí xử lý bùn
Trang 3Hình 1 Qui trình Công nghệ xử lý nước thải DOP
2.2 Thuyết minh sơ ñồ công nghệ:
Các giai ñọan xử lý:
- Xử lý bậc 1 : Xử lý tách dầu, lắng cặn và sục khí giảm ô nhiễm hữu cơ
- Xử lý bậc 2: Xử lý lọc sinh học kỵ khí sau ñó xử lý tiếp bằng công nghệ lọc
sinh học hiếu khí
- Xử lý hoàn thiện: Lắng và khử trùng
- Nước thải từ bể thu gom ñược bơm ñến bể tách dầu Trên ñường bơm châm xút ñể trung hòa pH lên 5,0 Dầu nổi lên chảy qua máng thu ở bể tách dầu ñến bồn chứa
- Nước thải sau khi tách dầu sẽ ñược sục khí nhằm lôi cuốn một phần chất hữu cơ hòa tan trong nước thải Tại ñây xút ñược châm vào ñể ñiều chỉnh pH của nước thải lên 6,5 ñến 7,5, ñồng thời bổ sung dinh dưởng ( N,P) với tỉ lệ COD:N:P từ 100 ñến 150:5:1 nhằm tạo ñiều kiện cho vi sinh vật kỵ khí phát triển
Nước thải
Tách dầu
Sục khí
Lọc sinh học kỵ khí
Lọc sinh học hiếu khí
Lắng
Khử trùng
Xả thải
Không khí
Không khí
Trung hòa
N, P NaOH
NaOH
NaOH
Trang 4- Nước thải sau khi trung hòa và bổ sung dinh dưởng sẽ ñược bơm vào bể lọc sinh học
kỵ khí với lớp vật liệu lọc bằng xơ dừa Nước thải ñi từ dưới lên qua lớp bùn lơ lửng, qua lớp vật liệu lọc và chảy vào máng tràn dẫn qua bể lọc sinh học hiếu khí
- Trong bể lọc sinh học hiếu khí nước cũng ñược bố trí ñi từ dưới lên và phân phối ñều trong bể Không khí nén ñược cấp vào ñể hàm lượng oxy hòa tan tối thiểu là 2 mg/l Nước thải sau khi qua lớp xơ dừa sẽ ñược dẫn qua bể lắng
- Nước sau lắng sẽ ñược dẫn ñến bể châm clo khử trùng , sau ñó xả vào nguồn tiếp nhận ( Sông Thị Vải ) Bùn trong bể lắng ñược bơm vào ngăn chứa bùn , ñưa qua sân phơi bùn Bùn khô ñược ñóng bao ñưa ñến nới sử dụng hoặc chôn lấp
3 MỘT SỐ THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
3.1 Thử nghiệm tách dầu:
3.1.1 Mô hình thử nghiệm:
2 lít Hình 3 Mô hình bể tách dầu 6 ngăn
Mô hình bể tách dầu 6 ngăn có chiều dài là 72 cm , rộng 20 cm , cao 30 cm ñược chia thành 6 ngăn ñều nhau Nước lắng từ ngăn thứ nhất sẽ vào phía trên ngăn thứ hai qua ống dẫn từ ñáy ngăn thứ nhất ñến bề mặt ngăn thứ hai …
3.1.2 Phương pháp thử nghiệm:
Trạng thái tĩnh: Thử nghiệm tách dầu trong cốc 2 lít chứa cùng một mẫu nhưng ở các
pH khác nhau ( 4,0 ; 5,0 ; 7,0 ; 8.0 ) với thời gian lưu 0 ,2 ,4 ,6 ,8 , ….,20 , 24 giờ ñể tìm giá trị pH thích hợp và ñánh giá sơ bộ khả năng giảm COD theo thời gian
Trạng thái ñộng: Thử nghiệm trong mô hình tách dầu với thời gian lưu nước trong mô hình là 12 giờ , 24 giờ ñể ñánh giá khả năng giảm COD trên từng ngăn lắng
3.1.3 Kết quả thử nghiệm:
Trạng thái tĩnh: Giá trị pH khoảng 5,0 là thích hợp nhất cho quá trình tách dầu Với nồng ñộ COD ban ñầu là 2800 mg/l , thời gian lưu là 12 giơ thì COD ñầu ra còn 2150mg/l ( giảm khoảng 23%) còn sau 24 giờ thì COD ñầu ra là 1890mg/l ( giảm khoảng 32.5%)
Trạng thái ñộng: Với nồng ñộ COD ñầu vào 2700 – 2800 mg/l , thời gian lưu là nước
là 12 giơ thì COD ñầu ra khoảng 2100 – 2200mg/l ( giảm khoảng 23%) còn sau 24 giờ thì COD ñầu ra khoảng 1800 – 1900mg/l ( giảm khoảng 33%)
Trang 5Hình 4 Thử nghiệm động trên mơ hình tách dầu 6 ngăn
3.2 Thử nghiệm sục khí:
3.2.1 Mơ hình thử nghiệm:
Hình 5 Bể tách dầu cĩ sục khí ba ngăn cuối Hình 6 Xơ 10, 15 lít cĩ máy sục khí
Tách dầu ( Mô hình )
Thời gian lưu = 24 giơ ø
1000 1500 2000 2500 3000
Ngăn COD (mg/l)
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0
% Giảm COD
RT = 24 hrs (21/7) 2761 2055 2024 1992 1898 1867 1647
RT = 24 hrs (22/7) 2716 2114 2037 1914 1852 1759 1713
RT = 24 hrs (23/7) 2808 2243 2180 2165 2133 1961 1914 Trung bình 2762 2137 2080 2024 1961 1862 1758
% Giảm COD 0.0 22.6 24.7 26.7 29.0 32.6 36.3
Vào Ngăn 1 Ngăn 2 Ngăn 3 Ngăn 4 Ngăn 5 Ngăn 6
Trang 63.2.2 Phương pháp thử nghiệm:
Trạng thái tĩnh : Thử nghiệm sục khí với lượng khí thay đổi và thời gian lưu 0, 2, 4, 6, 8,12 giờ đo COD để so sánh hiệu quả của việc sục khí theo lượng khí sục vào và thời gian lưu nước
Trạng thái động : Thử nghiệm tách dầu kết hợp với sục khí với thời gian lưu nước trong mơ hình là 24 giờ để đánh giá khả năng giảm COD trên từng ngăn lắng Việc sục khí được thực hiện ở 3 ngăn cuối của mơ hình tách dầu Thay đổi lưu lượng khí thổi trong các thử nghiệm
3.2.3 Kết quả thử nghiệm:
Trạng thái tĩnh: Với nồng độ COD đầu vào 2727mg/lít , sau 12giờ COD giảm xuống cịn khoảng 1160 ( giảm khoảng 57 %) và 1286 (giảm khoảng 53 %) cho thử nghiệm trong xơ 10 lít và 15 lít
Trạng thái động: Với nồng độ COD đầu vào 3284mg/lít , lưu lượng khí thổi là 34 lít
khí/ lít nước thải, thời gian lưu 24giờ thì COD đầu ra giảm xuống cịn khoảng 1720 (
giảm khoảng 48 %) Nếu tăng lượng khí lên 60 đến 80 lít khí/ lít nước thải thì hiệu quả xử lý cĩ thể lên đến 55 đến 60%
Hình 5 Thử nghiệm tách dầu kết hợp sục khí 3 ngăn cuối trên mơ hình
3.3 Thử nghiệm lọc sinh học kỵ khí:
3.3.1 Mơ hình thử nghiệm:
Mơ hình cĩ dạng hộp lập phương cĩ đáy hình chĩp với chiều dài cạnh là 32 cm, phần đáy hình chĩp cao 15 cm Thể tích của mơ hình là 30 lít Lớp đệm cố định (giá thể ) bằng xơ dừa cao khoảng 15 cm Trong mơ hình cĩ lắp một bơm nhỏ để cĩ thể bơm tuần hồn nước thải nhằm tăng hiệu quả khi thử nghiệm ở trạng thái tĩnh
Tách dầu - Thổi khí
Ngày: 3/7 , RT = 24 hrs, Khí =34 l/l nước thả i
1000 1500 2000 2500 3000 3500 COD ( mg/ l )
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0
% COD Cut
RT = 24 hrs, 34 l/l ww 3284 2495 2463 2353 2195 1958 1705
RT = 24 hrs, 34 l/l ww 3284 2534 2392 2298 2109 1920 1731 Trung bình 3284 2515 2428 2326 2152 1939 1718
% Giảm COD 0.0 23.4 26.1 29.2 34.5 41.0 47.7
Vào Ngăn 1 Ngăn 2 Ngăn 3 Ngăn 4 Ngăn 5 Ngăn 6
Trang 7Hình 6 Mô hình lọc sinh học kỵ khí với lớp giá thể cố ñịnh (xơ dừa)
3.3.2 Phương pháp thử nghiệm:
Giai ñọan thích nghi: Tạo màng vi sinh vật
+ Lấy 30 lít nước thải với nồng ñộ COD khoảng 1000 mg/lít
+ Bổ sung dinh dưởng với tỉ lệ COD:N:P là 150:5:1 Chất bổ sung dinh dưởng sử dụng trong thử nghiệm là NH4Cl
+ Dùng NaOH 5% trung hòa nước thải ñến pH trong khoảng 6,5 ñến 7,5
+ Cho lượng bùn kỵ khí khoảng 10% thể tích vào nước thải
+ Cho nước thải vào mô hình
+ Cho nước chạy tuần hoàn 10 ñến 12 ngày ñể vi sinh thích nghi tạo giá thể
+ Hàng ngày, cho lấy mẫu ñể ño COD rồi thay nước mới
+ Khi khả năng xử lý của lớp màng sinh vật trở nên ổn ñịnh , tức là tỉ lệ giảm COD hàng ngày gần như nhau, thì xem như hoàn tất giai ñọan thích nghi
Giai ñọan thử nghiệm: Thử nghiệm ở các nồng ñộ COD khác nhau Trung hòa, bổ sung dinh dưởng rồi cho nước vào mô hình Chạy bơm tuần hòan nước thải trong mô hình Lấy mẫu ño COD sau 4, 8, 12, 16, 20, 24 giờ
3.3.3 Kết quả thử nghiệm:
Vào
Xơ dừa
Thông hơi
Xả ñáy
Ra
Vào
B
Bơm
Trang 8Giai đọan thích nghi: Tạo màng vi sinh vật
- Sau khoảng 10 ngày chạy tuần hịan, nước thải đầu ra của mơ hình cĩ COD giảm xuống cịn 75mg/lít
- Sau khoảng 1 tuần thay nước hàng ngày thì khả năng xử lý của lớp màng sinh vật trở nên ổn định, tỉ lệ giảm COD hàng ngày gần như nhau ( khoảng 45 đến 50%)
Giai đọan thử nghiệm: Thử nghiệm ở các nồng độ khác nhau (Xem hình 7, hình 8)
Hình 7 Một số vi sinh kỵ khí chụp được trên kinh hiển vi (100lần)
Hình 8 Khả năng xử lý của Lọc Kỵ Khí với nồng độ COD khoảng 1400mg/lít
Nhận xét: Sau 4 giờ đầu giảm nhanh , sau đĩ COD giảm gần như tuyến tính theo thời
gian
Thử Nghiệm Lọc Kỵ Khí
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Thời gian lưu
COD(mg/lít)
0 10 20 30 40 50 60 70 80
% Giảm COD
% Giam COD 0.0 32.3 38.5 44.4 54.2 62.8 67.4
Trang 9Hình 9 Khả năng xử lý của Lọc Kỵ Khí với nồng độ COD khoảng 2000mg/lít
Nhận xét: COD giảm gần như tuyến tính theo thời gian
3.3.4 Nhận xét:
- Lọc sinh học kỵ khí với lớp vật liệu đệm cố định bằng xơ dừa cĩ khả năng thích nghi
và xử lý COD trong nước thải DOP khá tốt
- Với nồng độ COD đầu vào khoảng 1500 mg/ lít đến 2000 mg/lít , sau 24 giờ , khả năng xử lý COD lên đến 65 đến 67%
- Khả năng xử lý khơng giảm bao nhiêu khi tăng nồng độ COD đầu vào từ 1400 mg/ lít lên 2000mg/lít ( chỉ giảm khoảng 5%)
- Lượng bùn phát sinh trong quá trình họat động rất ít ( mơ hình họat động hơn hai tháng mà chưa xả bùn lần nào ) Việc kiểm sốt và vận hành rất đơn giản
3.4 Thử nghiệm lọc sinh học hiếu khí:
3.4.1 Mơ hình thử nghiệm:
Hình 10 Mơ hình lọc sinh học hiếu khí với lớp giá thể cố định (xơ dừa)
Mơ hình là một bể lọc sinh học hiếu khí dịng chảy ngược dạng hộp chữ nhật cĩ đáy hình chĩp với chiều dài là 20 cm, rộng 20 cm, cao 36 cm , riêng phần đáy hình chĩp
Thử Nghiệm Lọc Kỵ Khí
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Thời gian lưu
COD(mg/lít)
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0
% Giảm COD
7/9/04 1961 1513 1370 1275 1073 906 826 8/9/04 1971 1590 1262 1169 974 779 678 10/9/04 2026 1496 1278 1145 965 667 627 TrungBinh 1986 1533 1303 1196 1004 784 710
% Giam COD 0.0 22.8 34.4 39.8 49.4 60.5 64.2
0 h 4 h 8 h 12 h 16 h 20 h 24 h
Xơ dừa
Xả
đáy
Vào
Ra
Vào
Trang 10cao 15 cm Thể tích của mơ hình là 15 lít Lớp đệm cố định ( giá thể ) bằng xơ dừa cao khoảng 20 cm Một máy thổi khí nhỏ (lọai sử dụng cho hồ cá ) được lắp với mơ hình
để sục khơng khí vào phía dưới của lớp xơ dừa, đầu sục khí cĩ gắn đá bọt để cĩ thể phân phối đều khơng khí khí trong mơ hình
3.4.2 Phương pháp thử nghiệm:
1 Giai đọan thích nghi: Tạo màng vi sinh vật (Tương tự thử nghiệm lọc kỵ khí)
2 Giai đọan thử nghiệm: Thử nghiệm ở các nồng độ COD đầu vào khác nhau
3.4.3 Kết quả thử nghiệm:
1 Giai đọan thích nghi : Tạo màng vi sinh vật
- Sau khoảng 5 ngày chạy tuần hịan, nước thải đầu ra của mơ hình cĩ COD giảm xuống cịn 45mg/lít
- Sau khoảng 5 ngày thay nước hàng ngày thì khả năng xử lý của lớp màng sinh vật trở nên ổn định , tức là tỉ lệ giảm COD hàng ngày gần như nhau ( khỏang 90 đến 95%)
2 Giai đọan thử nghiệm: (Xem hình 10 , hình 11)
Hình 11 Khả năng xử lý của Lọc Hiếu Khí với nồng độ COD khoảng 500mg/lít
Nhận xét : Chỉ sau 4 giờ đầu COD đã giảm dưới 100 mg/lít ( xử lý trên 90%)
Thử Nghiệm Lọc Hiếu Khí
0 75 150 225 300 375 450 525 600 675 750
Thời Gian Lưu
COD (mg/lít)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% Giảm COD
Trang 11Hình 12 Khả năng xử lý của Lọc Hiếu Khí với nồng độ COD khoảng 1500mg/lít
Nhận xét: Chỉ sau 4 giờ đầu COD đã giảm đến khoảng 200 mg/lít (xử lý trên 85%)
3.4.4 Nhận xét:
- Lọc sinh học hiếu khí với lớp vật liệu đệm cố định bằng xơ dừa cĩ khả năng thích nghi và xử lý COD trong nước thải DOP rất tốt
- Với nồng độ COD đầu vào từ 500 mg/ lít đến 1500 mg/lít , sau 24 giờ , khả năng xử
lý COD lên đến 95 đến 97% Và chỉ cần sau 12 giờ thì khả năng xử lý đã là 93 đến 95%
- Khi dùng nước đầu ra từ mơ hình lọc kỵ khí với nồng độ khỏang 500mg/lít thì chỉ sau 4 giờ, COD đã dưới 100mg/lít
- Lượng bùn phát sinh trong quá trình họat động rất ít ( mơ hình họat động hơn hai tháng mà chưa xả bùn lần nào ) Việc kiểm sốt và vận hành rất đơn giản
Hình 13 Một số vi sinh hiếu khí chụp
được trên kinh hiển vi (100lần)
Thử Nghiệm Lọc Hiếu Khí
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Thời gian lưu
COD (mg/lít)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% Giảm COD
% Giam COD 0.0 85.1 91.5 94.7 95.1 95.4 95.7
0 h 4 h 8 h 12 h 16 h 20 h 24 h