Nghiên cứu ứng dụng vi tảo trong xử lý nước thải cao su và thu hồi năng lượng tại nhà máy chế biến cao su liên anh tỉnh tây ninh

CÔNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XX NĂM 2018 TÊN CÔNG TRÌNH: Nghiên cứu ứng dụng vi tảo trong xử lý nước thải cao su và thu hồi năng lượng tạ

CÔNG TRÌNH DỰ THI

GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA

LẦN THỨ XX NĂM 2018

TÊN CÔNG TRÌNH: Nghiên cứu ứng dụng vi tảo trong xử lý nước thải cao su

và thu hồi năng lượng tại nhà máy chế biến cao su Liên Anh, tỉnh Tây Ninh

LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Tài Nguyên – Môi Trường

CHUYÊN NGÀNH: Công nghệ môi trường

Mã số công trình: ………

(Phần này do BTC Giải thưởng ghi)

MỤC LỤC

TÓM TẮT 1

MỞ ĐẦU 2

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2

2 MỤC TIÊU - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

2.1 Câu hỏi nghiên cứu 4

2.2 Mục tiêu đề tài 4

2.3 Nội dung nghiên cứu 5

3 ĐỐI TƯỢNG - PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5

3.1 Đối tượng nghiên cứu 5

3.2 Phạm vi nghiên cứu 5

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 6

5.1 Ý nghĩa khoa học 6

5.2 Ý nghĩa thực tiễn 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 8

1.1 Tổng quan về ngành sản xuất chế biến mủ cao su và CNXL nước thải cao su 8 1.1.1 Tổng quan ngành chế biến mủ cao su 8

1.1.2 Tổng quan công nghệ xử lý nước thải 14

1.2 Tổng quan Nhà máy chế biến Mủ cao su Liên Anh 30

1.2.1 Điều kiện tự nhiên 30

1.2.2 Vài nét về công ty 31

1.2.3 Sơ đồ công nghệ XLNT Cao su đang vận hành tại nhà máy 33

1.3 Tổng quan về tảo Chlorella Vulgaris 35

1.3.1 Tảo Chlorella Vulgaris 35

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của tảo 41

1.3.3 Các phương pháp nuôi tảo 46

1.3.4 Ứng dụng vi tảo trong xử lý nước thải 46

1.3.5 Thu hồi năng lượng từ tảo 56

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 63

2.1 Vật liệu nghiên cứu 63

2.1.1 Thời gian 63

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu 63

2.1.3 Giống tảo và môi trường tăng sinh 63

2.1.4 Vật liệu và Thiết bị nghiên cứu 64

2.2 Phương pháp nghiên cứu 67

2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu 67

2.2.2 Phương pháp thống kê, thu thập tài liệu và kế thừa những kết quả từ các nghiên cứu trước 68

2.2.3 Phương pháp tổng hợp số liệu 68

2.2.4 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa 68

2.2.5 Phương pháp lấy mẫu 68

2.2.6 Phương pháp bố trí và theo dõi thí nghiệm 69

2.2.7 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 72

2.2.8 Phương pháp so sánh 74

2.2.9 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia 74

2.2.10 Phương pháp xử lý số liệu 74

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 76

3.1 Xác định môi trường tăng sinh nhân tạo phù hợp 76

3.2 Xác định lượng CO2 tốt nhất trong quá trình nuôi tảo 79

3.3 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến quá trình phát triển của tế bào tảo C.Vulgaris 83

3.4 Ảnh hưởng của mật độ tảo đầu vào đến quá trình phát triển của tảo C.Vulgaris 88

3.5 So sánh khả năng xử lý nước thải của tảo Chlorella Vulgaris trong các điều kiện ảnh hưởng tốt nhất và điều kiện tự nhiên 91

3.6 Sinh khối thu được qua quá trình xử lý nước thải cao su và khả năng thu hồi năng lượng từ tảo Chlorella Vulgaris 98

3.6.1 Sinh khối tảo thu được sau quá trình xử lý 98

3.6.2 Khảo sát hàm lượng protein và thành phần acid béo của tảo 99

KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

PHỤ LỤC 1

-DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ANOVA: Phân tích phương sai

ATP: Adenosine Triphosphat (Phân tử mang năng lượng)

BOD: Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh học)

COD: Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hoá học) MĐTĐV: Mật độ tảo đầu vào

NH4+: Hàm lượng Amoni

NLSH: Nhiên liệu sinh học

PO43- : Hàm lượng phosphate

PPM: Parts Per Million (đơn vị một phần triệu)

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

TAN: Hàm lượng đạm Amon

TN: Nito tổng

TP: Phosphate tổng

VFA: Volatide Fatty Acids (acid béo bay hơi)

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG

Hình 1.1 Cây cao su……….8

Hình 1.2 Ảnh hưởng của pH tới điện tích hạt latex……….12

Hình 1.3 Phân bố cây cao su tại Việt Nam……… ……… 13

Hình 1.4 Máy ly tấm trong công nghê ̣ Ly tâm Latex mủ Cao su……….……… 14

Hình 1.5 Đánh đông mủ tại hồ tiếp nhận……… 15

Hình 1.6 Quá trình tưới nước ủ mủ tạp……… 15

Hình 1.7 Giai đoạn cán, cắt, rửa mủ tạp……… ……… 16

Hình 1.8 Bể lắng cát ngang……… ……… 21

Hình 1.9 Bể lắng ly tâm……… … 21

Hình 1.10 Bể tuyển nổi……… ………… 22

Hình 1.11 Mô hình cánh đồng tưới……… …… 24

Hình 1.12 Hồ sinh học trong xử lý nước thải……… ….….25

Hình 1.13 Bản đồ phân bố cường độ bức xạ tại Việt Nam ……… 30

Hình 1.14 Tảo Chlorella Vulgaris ……… 35

Hình 1.15 Cấu tạo của Chlorella Vulgaris ……….….36

Hình 1.16 Đường cong sinh trưởng của tảo ………37

Hình 1.17 Quá trình hình thành tự bào tử……… 40

Hình 1.18 Quá trình tự bào tử phá vỡ màng tế bào mẹ……… 41

Hình 1.19 Tỉ lệ phát triển tảo ở các mức bức xạ và nhiệt độ khác nhau loài tảo Chlorella Vulgaris ……… 42

Hình 1.20 Biểu đồ thể hiện sự phát triển tế bào tảo Chlorella Vulgaris ở các nhiệt độ

khác nhau……….….43

Hình 1.21 Biểu đồ thể hiện độ tăng Chlorophyll-a tảo Chlorella Vulgaris ở các nhiệt độ khác nhau……… … 43

Hình 3.1 Tăng sinh tảo trong môi trường nhân tạo giai đoạn ngày 1 – 3 sau cấy…77 Hình 3.2 Tăng sinh tảo trong môi trường nhân tạo giai đoạn ngày 4 – 5 sau cấy…77 Hình 3.3 Hiện tượng tảo chết sau 6 ngày nuôi cấy……… 77

Hình 3.4 Tăng sinh trong môi trường BBM ………79

Hình 3.5 Kết quả dao động nồng độ Amoni sau 10 ngày xử lý ……… 80

Hình 3.6 Kết quả dao động nồng độ Phosphate sau 10 ngày xử lý ……….81

Hình 3.7 Lượng sinh khối (mật độ tảo) thu được sau 10 ngày nuôi cấy ………….82

Hình 3.8 Tỷ lệ tăng sinh khối theo mật độ tảo ở các nồng độ khí CO2 bổ sung vào ……… .82

Hình 3.9: Dao động nồng độ NH4+ sau quá trình cấy tảo và khả năng xử lý sau 10 ngày ……… 84

Hình 3.10 Dao động nồng độ PO43- sau quá trình cấy tảo và khả năng xử lý sau 10 ngày……… 85

Hình 3.11 Sự phát triển của tảo C.Vulgaris theo các điều kiện chiếu sáng khác nhau ……… … 86

Hình 3.12 Dao động thông số BOD sau 10 ngày xử lý……… …87

Hình 3.13 Dao động thông số COD sau 10 ngày xử lý ……… 87

Hình 3.14 Quá trình sinh trưởng tế bào tảo ảnh hưởng bởi MĐT đầu vào …….89

Hình 3.15 Dao động nồng độ NH4+ dưới sự ảnh hưởng của MĐT cấy đầu vào ….90

Hình 3.16 Dao động nồng độ PO43- dưới sự ảnh hưởng của MĐT cấy đầu vào… 90

Hình 3.17 Thay đổi pH trong quá trình tăng sinh tảo ……….92

Hình 3.18 Khả năng xử lý NH4+ của tảo Chlorella Vulgaris ở các điều kiện nuôi ……… 93

Hình 3.19 Kết quả khảo sát khi sục CO2 và không khí (Nguyễn Thị Thanh Xuân, 2012)……….……94

Hình 3.20 Khả năng xử lý PO43- của tảo Chlorella Vulgaris ở các điều kiện nuôi ……….95

Hình 3.21 Quá trình xử lý COD ở các điều kiện nuôi tảo Chlorella Vulgaris……96

Hình 3.22 Quá trình xử lý BOD ở các điều kiện nuôi tảo Chlorella Vulgaris … 96

Hình 3.23 Quá trình tăng sinh tảo ở điều kiện môi trường khác nhau … 97

Bảng 1.1 Kết quả phân tích thành phần hóa ho ̣c nước thải mủ cao su theo chủng loa ̣i sản phẩm khác nhau ……… 18

Bảng 1.2 Đă ̣c tính ô nhiễm nước thải ngành chế biến mủ cao su ……… 19

Bảng 1.3 Mô ̣t số chất gây mùi hôi trong nước thải cao su……….20

Bảng 1.4 Một số công nghệ xử lý nước thải cao su tại Malaysia……… 28

Bảng 1.5 Một số nhà máy xử lý nước thải cao su tại Việt Nam……… 29

Bảng 1.6 Thành phần hoá học tảo Chlorella (%trọng lượng khô)……… 37

Bảng 1.7 Lượng sinh khối tảo thu được (mg/l) trong điều kiện ánh sáng khác nhau sau 4 ngày tăng sinh ……… 39

Bảng 1.8 Lượng Chlorophyll tạo ra (mg/l) trong điều kiện ánh sáng khác nhau sau 4 ngày tăng sinh ……… …… 39

Bảng 1.9 Khả năng sinh trưởng và phát triển của tảo Chlorella Vulgaris trong các

điều kiện nhiệt độ khác nhau ……… 43 Bảng 1.10 Tổng hợp khả năng loại bỏ N,P của tảo trong các môi trường khác nhau

……….52 Bảng 1.11 Tổng hợp thành phần hóa học của các loại vi tảo theo khối lượng khô(%)

……….………57 Bảng 1.12 So sánh nguồn nhiên liệu sinh học tạo ra từ cây lương thực và vi tảo……… 58

Bảng 1.13 So sánh tính chất vật lý của Biodiesel so với dầu diesel ……… 59

Bảng 1.14 Khối lượng chất khô tảo (g/l) thu được ứng với phương pháp ly tâm và cô đặc màng ……… 59 Bảng 1.15 So sánh thời gian lọc của phương pháp màng lọc và ly tâm ………….60

Bảng 1.16 Kết quả tổng kết các phương pháp tinh chế dầu ……… 62 Bảng 3.1 Thành phần môi trường nhân tạo 1 nuôi cấy tảo ……… 76

Bảng 3.2 Môi trường tăng sinh nhân tạo Bold’s Basal Media (BBM)……… ….78

Bảng 3.3: Tính chất nước thải cao su sau Aerotank và sự thay đổi tính chất sau khi

cấy dịch tảo C.Vulgaris ……… 80

Bảng 3.4: Tính chất nước thải cao su sau Aerotank và sự thay đổi tính chất sau khi

cấy dịch tảo C.Vulgaris từ nghiệm thức 1……….… 83

Bảng 3.5: Lượng sinh khối tảo thu được (mg/l) trong điều kiện ánh sáng khác nhau sau 4 ngày tăng sinh ……… 86 Bảng 3.6: Tính chất nước thải cao su sau Aerotank và sự thay đổi tính chất sau khi

cấy dịch tảo C.Vulgaris ……….88

Bảng 3.7: Tính chất nước thải cao su sau Aerotank và sự thay đổi tính chất sau khi

cấy dịch tảo C.Vulgaris ………91

Bảng 3.8 Khối Lượng sinh khối thu được ……… 98

Bảng 3.9: Lượng sinh khối tảo thu được (mg/l) trong điều kiện ánh sáng khác nhau

sau 4 ngày tăng sinh……… …99 Bảng 3.10 Kết quả phân tích hàm lượng protein ……… 100 Bảng 3.11 Kết quả phân tích thành phần và hàm lượng Acid báo trong dầu tảo 101

Bảng 3.12 So sánh thành phần acid béo tảo C.Vulgaris từ các nghiên cứu khác nhau

………102

TÓM TẮT

Vi tảo là nguồn sinh khối để sản xuất biodiesel thay thế các loại sinh khối truyền thống (cây họ đậu, mỡ cá basa, dầu phế thải) với năng suất cao, dễ nuôi trồng;

Vi tảo C.Vulgaris đã được ứng dụng xử lý các loại nước thải giàu dinh dưỡng (N, P)

như nước thải sinh hoạt, nước, nước thải sau biogas, nước thải dệt nhuộm, … với khả năng tăng sinh cao trong môi trường dinh dưỡng thích hợp, có khả năng thích nghi phát triển rất tốt trong môi trường nước thải

Hiện nay chưa nghiên cứu cụ thể về ứng dụng vi tảo xử lý nước thải cao su, nghiên cứu tập trung chủ yếu vào nguồn nước thải sau công Aerotank với đặc điểm

dư lượng N, P trong nước còn rất cao so với QCVN 01:2015/BTNMT Sau quá trình tăng sinh trong môi trường nhân tạo và thích nghi trong môi trường nước thải thực hiện khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (CO2, ánh sáng, Mật độ tảo đầu vào) đến sinh trưởng phát triển và khả năng xử lý nước thải của tảo; Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải trong các điệu kiện khác nhau; khả năng thu hồi sinh khối và thành phần acid béo trong dầu tảo

Kết quả ban đầu cho thấy các điều kiện: bổ sung khí CO2 20 ml/min (giai đoạn

7 ngày đầu) tăng lên 60 ml/min (giai đoạn ngày 7 – 10), cường độ ánh sáng 8000 lux, mật độ tảo ban đầu là 10%V1 (V1: thể tích nước thải) đạt kết quả tốt nhất Tảo sinh trưởng khá tốt trong điều kiện ảnh hưởng tốt nhất và trong môi trường nước thải cao

su đạt hiệu suất xử lý NH4+ đạt 77,96%, PO43- đạt 79,81%, COD đạt 58,66% , BOD đạt 59,92% Để giảm chi phí xử lý thì có thể áp dụng cách xử lý theo điều kiện tự nhiên với hiệu suất xử lý tương ứng NH4+ đạt 61,61%, PO43- đạt 62,68%, COD đạt 52,79% , BOD đạt 52,52%

Lượng sinh khối tảo vẫn còn khá ít đạt chỉ 0,773 g/l, việc thu hồi sinh khối cần được chú trọng để thu hồi triệt để để không gây ảnh hưởng đến nguồn nước tiếp nhận Thành phần acid béo dầu tảo trong đó có các thành phần chính Acid béo như Palmitic, Oleic, Linoleic chiếm đa số (45,85 mg/100ml dầu) khá phù hợp để phục vụ cho việc sản xuất biodiesel

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Nền kinh tế Việt Nam đang trên đà phát triển đó là nhờ vào sự đóng góp không nhỏ của các ngành công nghiệp khác nhau trong cả nước Trong đó ngành công nghiệp sản xuất và chế biến cao su chiếm một vị thế quan trọng trong việc đóng góp vào sự phát triển kinh tế của đất nước và là một trong những ngành có tiềm năng phát triển

vô cùng lớn Các sản phẩm sản xuất từ cao su được sử dụng một cách rộng rãi trong

cả nước và là mặt hàng có giá trị kim ngạch xuất khẩu cao Tuy nhiên công nghiệp

sơ chế cao su lại gây một số tác động xấu đến môi trường sống trong quá trình chế biến mủ cao su, các nhà máy chế biến mủ cao su đã thải ra môi trường mỗi năm một lượng lớn nước thải khoảng 10 triệu m3 Lượng nước thải này có nồng độ các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ rất cao như acid Acetic, Đường, Protein, chất béo, NH4+, PO43-

…hàm lượng COD, BOD đã làm ô nhiễm hầu hết các nguồn nước trong khu vực Bên cạnh việc gây ô nhiễm các nguồn nước (nước ngầm, nước mặt) chất hữu cơ trong nước thải bị phân huỷ kỵ khí tạo thành H2S và Mercaptan là những hợp chất không những gây độc và ô nhiễm môi trường mà chúng còn là nguyên nhân gây mùi hôi thối ảnh hưởng đến môi trường và dân cư trong khu vực Công nghệ xử lý hiện tại để xử

lý nước thải cao su hầu hết chỉ đáp ứng xử lý COD, BOD,…và một phần NH4+, NO3, NO2-, PO43-, còn lại một dư lượng N, P khá lớn thải ra môi trường tự nhiên gây ra hiện tượng phú dưỡng hoá nguồn nước tiếp nhận, đây là vấn đề đáng quan tâm về mặt sinh thái và môi trường Và nhược điểm lớn nhất của các công trình xử lý nước thải hiện nay nói chung và nước thải cao su nói riêng thì xử lý sẽ tốn chi phí lớn về điện năng – tiêu tốn năng lượng không thu hồi được Cần nghiên cứu ứng dụng vi tảo

-xử lý nước thải cao su ở giai đoạn sau công trình Aerotank, để khảo sát bước đầu khả năng xử lý nước thải cao bằng vi tảo để hoàn thiện công nghệ xử lý, song song đó nếu sử dụng nguồn nước thải cao su trực tiếp thì nồng độ ô nhiễm rất cao thậm chí có hiện diện độc chất trong nước thải cao su có thể làm tảo chết nên không thể đánh giá hiệu quả xử lý nước thải Mặt khác, hiện nay thế giới có thể đối mặt sự cạn kiệt nguồn

nhiên liệu hoá thạch và sự gia tăng ô nhiễm, biến đổi của môi trường tự nhiên là động lực thúc đẩy con người tìm ra các giải pháp hiệu quả cho vấn đề năng lượng và môi trường, Biodiesel là sản phẩm của phản ứng giữa dầu và rượu có xúc tác acid hoặc kiềm và năng lượng sinh học ra đời từ thực tiễn này

Hiện nay, nguyên liệu sản xuất Biodiesel ở Việt Nam là các nguồn sinh khối (SK) truyền thống (dầu ăn phế thải, mỡ cá basa, dầu hạt Jatropha) có nhược điểm thu hoạch khó khăn, hàm lượng dầu thấp và đặc biệt ảnh hưởng đến an ninh lương thực, chiếm nhiều diện tích đất canh tác, đất rừng và cần nhiều nước tưới [29] Để khắc phục các nhược điểm đó, sinh khối vi tảo đã ra đời và được xem là nguồn sinh khối đầy hứa hẹn để sản xuất Biodiesel

Vi tảo là các vi sinh vật đơn bào, sinh trưởng bằng quang tự dưỡng nhờ quá trình quang hợp, hoặc dị dưỡng, hoặc cả hai hình thức [29] So với các nguồn sinh khối truyền thống, vi tảo có những ưu điểm nổi bật như: tốc độ sinh trưởng nhanh, năng suất thu sinh khối và thu dầu cao hơn các loại thực vật có dầu khác; dễ nuôi trồng, ít cạnh tranh với đất nông nghiệp và không cần nguồn nước sạch; thân thiện với môi trường Trung bình sản xuất 1 kg sinh khối tảo thì tiêu thụ được 1,83 kg CO2 [19] Ngoài ra, có thể tận dụng CO2 từ khí thải công nghiệp cùng với nước thải để nuôi trồng vi tảo [34], làm giảm đáng kể chi phí cho quá trình; nguồn sinh khối vi tảo ngoài mục đích sản xuất biodiesel còn có nhiều ứng dụng khác, [34]

Trong nhóm vi tảo lục, Chlorella Vulgaris là loài có tiềm năng sản xuất

biodiesel vì tốc độ sinh trưởng cao, năng suất sinh khối cao và dễ nuôi trồng, đặc biệt

có thể nuôi trong môi trường nước thải [34] Hơn nữa, chúng có khả năng hấp thụ CO2 [31], có thể hấp thu 95% NH4+; 50% TP trong nước thải, có hàm lượng dầu dao động từ 5-58% khối lượng [34] Vì vậy, từ những nghiên cức thực tiễn có liên quan

tại Việt Nam dùng để “Nghiên cứu ứng dụng vi tảo trong xử lý nước thải cao su và thu hồi năng lượng tại Nhà máy chế biến cao su Liên Anh, tỉnh Tây Ninh” là cần

thiết ngay lúc này

2 MỤC TIÊU - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1 Câu hỏi nghiên cứu

 Tại sao cuối nguồn xả thải của các nhà máy chế biến mủ cao su thải ra sông, kênh thường bị hiện tượng phú dưỡng hoá?

 Đặc tính nước thải cao su như thế nào ?

 Các phương pháp xử lý nước thải cao su hiện nay có những ưu nhược điểm gì?

 Theo nhiều nghiên cứu tại Việt Nam, có các mô hình dùng tảo để xử lý các loại nước thải giàu dinh dưỡng (N, P) thì có thể áp dụng tảo vào xử lý nước thải cao

su hay không?

 Lựa chọn giống tảo để xử lý nước thải cao su là giống tảo nào?

 Điều kiện sinh trưởng (pH, CO2, ánh sáng, dinh dưỡng, ) thích hợp của tảo?

Sử dụng nước thải đầu vào cho tảo từ công trình đơn vị nào trong công nghệ xử lý hiện nay?

 Cách nuôi tảo như thế nào?

 Quá trình thu hồi năng lượng từ tảo như thế nào?

 Hiệu quả xử lý của công nghệ cũ và ứng dụng vi tảo?

 Xác định và đánh giá được các chỉ tiêu nước thải sau công trình xử lý hiếu khí

có phù hợp với điều kiện sinh trưởng và phát triển của tảo;

 Phân lập và tăng sinh tảo Chlorella Vulgaris trong môi trường nhân tạo và

trong môi trường nước thải ở các nồng độ khác nhau;

 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ở các điều kiện khác nhau và đánh giá khả năng tạo năng lượng và sinh khối tảo ở điều kiện khảo sát tốt nhất

2.3 Nội dung nghiên cứu

Để thực hiện các mục tiêu trên, ta cần thực hiện các nội dung sau:

 Phân tích chỉ tiêu đầu vào là nguồn nước thải công trình xử lý Aerotank, đánh giá chất lượng nước thải đầu vào;

 Tăng sinh tảo trong môi trường nhân tạo, cấy chuyển môi trường nước thải tự nhiên để có lượng sinh khối đủ dùng trong thực nghiệm;

 Xây dựng mô hình xử lý nước thải quy mô pilot với các thí nghiệm xác định CO2, ánh sáng, mật độ tảo; phân tích đánh đánh giá chọn ra các điều kiện tốt nhất cho tảo phát triển;

 Đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm về hoạt động tăng sinh khối và các yếu tố ảnh hưởng tới sinh trưởng và phát triển của tảo trong nước thải;

 Phân tích các chỉ tiêu nước thải sau xử lý để có kết luận về hiệu suất xử lý của tảo trong nước thải cao su, lượng sinh khối thu được cho quá trình thu hồi năng lượng

từ tảo;

 Kiểm định sự sai số của các thí nghiệm trong nghiệm thức

3 ĐỐI TƯỢNG - PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải chế biến mủ cao su sau quá trình xử lý sinh học (Aerotank) tại nhà máy chế biến cao su Liên Anh, tỉnh Tây Ninh;

- Chủng vi tảo Chlorella Vulgaris;

- Mô hình xử lý bằng tảo Chlorella Vulgaris theo quy mô pilot

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Thời gian thực hiện nghiên cứu: tháng 04 đến tháng 08/2018

- Phạm vi nghiên cứu được giới hạn chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng vi tảo xử

lý nước thải cao su sau công trình Aerotank tại nhà máy chế biến cao su Liên Anh và xác định lượng sinh khối tạo ra, phần phần acid béo trong dầu tảo từ quá trình xử lý

- Không đề cập hệ thống xử lý có ứng dụng vi tảo, không tính toán thiết kế công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải cao su

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để thực hiện đề tài có những phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong đồ

án như sau:

 Phương pháp luận

 Phương pháp thu thập, thống kê tài liệu và kế thừa những nghiên cứu trước

 Phương pháp tổng hợp số liệu

 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa

 Phương pháp lấy mẫu

 Phương pháp bố trí và theo dõi thí nghiệm

 Phương pháp phân tích trong PTN

 Phương pháp so sánh

 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia

 Phương pháp xử lý số liệu

Các phương pháp nghiên cứu cụ thể sẽ được trình bày ở Chương 2

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN

5.1 Ý nghĩa khoa học

 Tăng sinh vi tảo thay thế các nguồn sinh khối thực vật khác để làm nguồn năng lượng là một công nghệ mới tại Việt Nam, có nhiều ưu điểm, dễ nuôi trồng và nguồn năng lượng từ sinh khối vi tảo rất thân thiện với môi trường

 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo sinh khối tế bào tảo giúp tìm

ra phương án tốt nhất để xử lý nước thải cao su và thu hồi sinh khối nhằm ứng dụng sản xuất biodiesel

 Nghiên cứu này hứa hẹn sẽ làm nền tảng cho việc hoàn thiện quy trình công nghệ xử lý nước thải cao su bằng vi tảo, mang lại hiệu quả về kinh tế môi trường

chiếm vị thế rất lớn trong tương lai

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về ngành sản xuất chế biến mủ cao su và CNXL nước thải cao su

1.1.1 Tổng quan ngành chế biến mủ cao su

1.1.1.1 Tổng quan về cây cao su

Người Châu Âu đầu tiên biết đến cao su là Christophe Colomb (người tìm ra Châu Mỹ đầu tiên) Mãi đến năm 1615, cao su mới được biết tới qua sách có tựa đề

“Dela Monarquia Indiana” của Juan De Torquemada viết về lợi ích và công dụng phổ cập của cao su

Hình 1.1 Cây cao su

Đến nay cây chứa mủ cao su có rất nhiều loại, mọc rải rác khấp quả đất, nhất

là ở vùng nhiệt đới có cây thuộc giống to lớn như cây Hevea Brasiliensis (ficus), họ dây leo (Landophia), thuộc giống cỏ… cây được chọn canh tác theo lối công nghiệp

là loại Hevea Brasiliensis, cho hầu hết tổng lượng cao su thiên nhiên trên thế giới

Sau gần một thế kỷ nhờ hai cuộc phát minh quan trọng là “nghiền hay cán hoá dẻo cao su” (Thomas Hancock, 1819) và “lưu hoá cao su”(Charley Goodyear, 1839)

mà kỹ nghệ cao su phát triển mạnh mẽ Nhu cầu tiêu thụ tăng cao dẫn đến việc phát minh ra cao su nhân tạo (cao su tổng hợp) [11], chế biến cao su tái sinh ngày nay

Cao su được trồng ở nhiều nước trên thế giới như: châu Á, châu Phi và Nam

Mỹ Khoảng 90% cao su tự nhiên được trồng ở châu Á Đặc biệt là ở vùng Đông Nam châu Á

+ Thành phần mủ cao su [11]

Cao su trong Latex hiện hữu dưới dạng hạt nhỏ hình cầu, hình quả tạ hay hình trái lê Những tiểu cầu cao su này được một lớp mỏng Protein bao bọc bên ngoài Đảm bảo được tính chất cơ lý của latex hàm lượng cao su trong latex thay đổi từ 30 – 60%

Mủ cao su là hỗn hợp keo gồm các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong dung dịch gọi là nhũ thanh Hạt cao su hình cầu có đường kính 1/100µm - 3µm Chúng chuyển động hỗn loạn trong dung dịch Thông thường 1 gram mủ chứa khoảng 7,4.1012 hạt cao su bao quanh là các Protein giữ cho Latex ở trạng thái ổn định

Phân tử cơ bản của cao su là Isoprene Polymer (cis – 1,4 – polyisoprene [C5H8]n) có khối lượng phân tử 105 – 107 Nó được tổng hợp từ cây bằng một quá trình Carbohydrate phức tạp Cấu trúc hoá học của cao su tự nhiên (cis – 1,4 – polyisoprene):

– CH2 = C – CHCH2 – CH2 = C – CHCH2 – CH2 = C – CHCH2 –

CH3 CH3 CH3

Thành phần hóa học của mủ cao su – đây chỉ là những con số phỏng đoán từ nhiều loại cây cao su khác nhau tuỳ theo các điều kiện khí hậu, hoạt tính sinh lý và hiện trạng sống của cây cao su [11]:

+ Cao su: 30 – 40%

+ Protein: 2 – 3%

+ Acid béo và dẫn xuất : 1 – 2%

+ Glucid và heterosid : khoảng 1%

+ Khoáng chất : 0,3 – 0,7%

+ Nước: 52 – 70%

Tuỳ theo trường hợp cao su có thể chứa:

- Ở dạng dung dịch: nước, các muối khoáng, acid, các muối hữu cơ, Glucid, hợp chất Phenolic, Alkaloid ở trạng thái tự do hay trạng thái dung dịch muối

- Ở dạng dung dịch giả: các Protein, Phytosterol, chất mầu, Enzyme …

- Ở dạng nhũ tương: các Amidon, Lipid, tinh dầu, nhựa, sáp, Polyterpenic

+ Cấu trúc tính chất của thể giao trạng:

Latex được tạo bởi các phân tử phân tán cao su (pha bị phân tán) nằm lơ lửng trong chất lỏng (pha phân tán) gọi là serum Tính phân tán ổn định này có được là do các protein bị những phần tử phân tán cao su trong latex hút lấy, ion cùng điện tích

sẽ phát sinh lực này giữa các hạt cao su

Pha phân tán – Serum:

Serum chứa một phần là những chất hợp thành trong thể giao trạng, chủ yếu

là protein, Phospholipid, một phần là những hợp chất dung dịch thật như: muối khoáng, heterosid với metyl – 1 inositol hoặc quebrachitol và các acid amin với tỷ lệ thấp hơn

Trong Serum hàm lượng thể khô chiếm 8 – 10%, nó cho hiệu ứng Tyndall mãnh liệt nhờ chứa nhiều chất hữu cơ hợp thành trong dung dịch thể giao trạng Như vậy serum của latex là một dị chất nhưng nó có độ phân tán mạnh hơn nhiều độ phân tán của các hạt phân tử cao su, có thể coi nó như là một pha phân tán duy nhất

Pha bị phân tán – hạt tử cao su:

Tỷ lệ pha phân tán hay hàm lượng cao su khô trong latex do cây cao su tiết ra cao nhất đạt tới 53% và thấp nhất là 18% (Theo phân tích của Viện khảo cứu cao su Đông Dương trước đây, được Nguyễn Hữu Trí trích dẫn lại, 2004) Hầu hết các hạt

tử cao su có hình cầu, kích thước không đồng nhất: ở giữa đường kính 0,6µm và số hạt 2.108 cho mỗi cm3 latex, 90% trong số này có đường kính dưới 0,5µm

Hạt cao su trong latex không chỉ chuyển động Brown mà còn chuyển động crémage (crème – hoá hay kem hoá) Đó là chuyển động của các hạt tử cao su nổi lên trên mặt chất lỏng do chúng nhẹ hơn Sự chuyển động này rất chậm theo định luật Stokes:

V =2𝑔.(𝑑−𝑑

9ɳTrong đó: V: vận tốc kem hoá

ɳ: độ nhớt chất lỏng d: tỉ trọng serum d’: tỉ trọng hạt cao su r: bán kính hạt tử cao su g: gia tốc trọng trường

Với các hạt tử có bán kính 1µm, độ nhớt là 2 centipoises (cP) ta sẽ thấy các phần tử cao su latex phải mất hơn một tháng để tự nổi lên 1cm Để tăng vận tốc nổi của các hạt cao su ta có thể giảm độ nhớt của latex hay tăng độ lớn của các phân tử cao su

Các hạt tử cao su được bao bọc bởi một lớp protein, chính nó xác định tính ổn định và sự kết hợp thể giao trạng của latex Điểm đẳng điện của protein latex (CTTQ của phân tử protein: NH2 – Pr – COOH) là tương đương pHi = 4,7

Hình 1.2: Ảnh hưởng của pH tới điện tích hạt latex (Nguồn: Nguyễn Hữu Trí,

2004) Các hạt tử cao su latex tươi pH ~ 7 đều mang điện tích âm Chính điện tích này tạo ra lực đẩy giữa các hạt cao su với nhau, đảm bảo sự phân tán của chúng trong serum Mặt khác, protein latex có tính hút nước mạnh giúp cho các phần tử cao su được bao bọc xung quanh một lớp phân tử nước chống lại sự va chạm giữa các hạt tử làm tăng sự ổn định của latex

1.1.1.2 Sơ lược về ngành công nghiệp cao su

Trong những năm gần đây do sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp Nhu cầu tiêu thụ cao su tự nhiên trên thế giới ngày càng tăng Cùng với sự gia tăng tiêu thụ, gía bán cao su đã chế biến cũng tăng Tại Việt Nam ngành cao su cũng được nhà nước và các đối tác nước ngoài quan tâm đầu tư bằng vốn tự có và vốn nước ngoài Đến năm 1997 diện tích trồng cây cao su ở nước ta đạt gần 300.000ha với sản lượng khoảng 185.000 tấn Theo quy hoạch tổng thể đến năm 2015 diện tích cao su đạt 800.000 ha và sản lượng cao su sẽ là 400.000 tấn Hiện nay để chế biến hết số mủ cao

su thu hoạch được hơn 25 nhà máy chế biến mủ cao su với công suất từ 500 đến 12.000 tấn/năm đã được nâng cấp và xây dụng mới tại các tỉnh phía Nam Chủ yếu là tập trung ở các tỉnh miền Đông Nam Bộ như: Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước, Tây Ninh Bên cạnh đó một số nhà máy chế biến mủ cao su cũng đã và đang được hình thành bằng nguồn vốn vay của ngân hàng thế giới Những năm gần đây cao su trở thành một trong những mặt hàng xuất khẩu chiến lược mang lại hàng trăm triệu

USD cho đất nước Giải quyết công ăn việc làm cho hàng ngàn công nhân làm việc trong các nhà máy và hàng trăm ngàn công nhân làm việc trong các nông trường cao

su

Hình 1.3 Phân bố cây cao su tại Việt Nam

Trong quá trình chế biến mủ cao su Nhất là khâu đánh đông mủ (chế biến mủ nước) và khâu ly tâm mủ (đối với quy trình chế biến mủ ly tâm) các nhà máy chế biến

mủ cao su đã thải ra hàng ngày một lượng lớn nước thải khoảng từ 600 – 2000 m3cho mỗi nhà máy với tiêu chuẩn sử dụng nước 20 – 30 m3/ tấn Lượng nước thải có nồng độ các chấc 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 đã làm ô nhiễm hầu hết các nguồn nước (xem bảng Bảng 1.1) Tuy thực vật có

thể phát triển nhưng hầu hết các động vật dưới nước đều không thể tồn tại Bên cạnh việc gây ô nhiễm các nguồn nước ( nước ngầm và nước mặt ) Các chất hữu cơ trong nước thải bị phân hủy kị khí tạo thành H2S và Mercaptan là những hợp chất không những gây độc và ô nhiễm môi trường mà chúng còn là nguyên nhân mùi hôi thối Ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường và dân cư xung quanh

1.1.2 Tổng quan công nghệ xử lý nước thải

1.1.2.1 Đặc tính nước thải cao su

a) Nguồn gốc và tính chất nước thải cao su

Nước thải chủ yếu phát sinh trong các công đoạn sau đây:

+ Dây chuyền chế biến mủ ly tâm : Nước thải phát sinh từ quá trình ly tâm mủ, rủa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà xưởng

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 ammoniac đưa vào khá lớn khoảng 20kg NH3/tấn nguyên liệu Do đó đặc điểm chính của loại nước này là:

pH khá cao ( 9 – 11 ) và nồng độ BOD, COD, N là rất cao

Hình 1.4 Máy ly tấm trong công nghê ̣ Ly tâm Latex mủ Cao su

+ Dây chuyền chế biến mủ nước: Nước thải phát sinh từ khâu đánh đông, từ quá trình cán băm, cán tạo tơ băm cốm Ngoài ra nước thải còn phát sinh trong quá trình rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà xưởng

Đặc điểm của quy trình công nghệ này là: Sử dụng từ mủ nước vườn cây có

bổ sung Ammoniac và chất chống đông Sau đó đưa về nhà máy dung 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

Hình 1.5 Đánh đông mủ tại hồ tiếp nhận

+ Dây chuyền chế biến mủ tạp : Đây là dây chuyền sản xuất và 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, …

Hình 1.6 Quá trình tưới nước ủ mủ tạp

Hình 1.7 Giai đoạn cán, cắt, rửa 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 lẫn khá nhiều đất cát Mầu nước thải thường có mầu nâu đỏ pH từ 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 Ngoài ra còn phát sinh do rửa

xe chở mủ và sinh hoạt

b) Mức độ ô nhiễm trong quá trình sản xuất chế biến mủ cao su

Trên cơ sở khảo sát hoạt động và sản xuất ta nhận thấy nguồn gây ô nhiễm lớn nhất, cần quan tâm nhất là nước thải từ hoạt động sản xuất và sinh hoạt

• Nước thải sinh hoạt :

Được thải ra từ các khu vệ sinh khu vực nghỉ giữa ca nhà ăn Trong nước thải sinh hoạt có chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao Dễ phân hủy làm nhiễm bẩn nghiêm trọng nguồn nước gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa Suy giảm hàm lượng oxy hòa tan Đồng thời là nguồn chứa các virus và vi khuẩn gây bệnh như: tả, lỵ, thương hàn…

• Lưu lượng nước thải sản xuất :

Nước thải sản xuất sinh ra chủ yếu ở công đoạn đánh đông và rửa mủ cao su (tất cả nước thải được thu gom về hố gôm sau đó dẫn ra hệ thống xử lý)

Nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, khó phân hủy Khi thải ra môi trường là nguồn ô nhiễm trầm tro ̣ng cho nguồn nước Hơn nữa sau mô ̣t thời gian các chất hữu cơ sẽ bi ̣ phân hủy ta ̣o nên mùi hôi gây ô nhiễm môi trường không khí

Bảng 1.1 Kết quả phân tích thành phần hóa ho ̣c nước thải mủ cao su theo

chủng loa ̣i sản phẩm khác nhau

su chứa hàm lượng chất hữu cơ cao Phần lớn chất rắn này ở dạng hoà tan Còn ở dạng lơ lửng chủ yếu là những hạt cao su còn sót lại Hàm lượng Nitơ không cao và

có nguồn gốc từ các Protein trong mủ cao su Trong khi hàm lượng Nitơ dạng Amoni rất cao do việc sử dụng Amoni làm chất kháng đông tụ trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ cao su

Bảng 1.2 Đă ̣c tính ô nhiễm nước thải ngành chế biến mủ cao su

Tổng Nitơ 95 48 150 565

(Nguồn : Bô ̣ môn chế biến, Viê ̣n Nghiên cứu cao su Viê ̣t Nam, 2004)

- Mùi hôi trong nước thải cao su :

Cao su tự nhiên là các Polimer hữu cơ cao phân tử với các Monomer là các chất dạng mạch thẳng như Etylen, Propilen, Butadiene … Do đó quá trình phân huỷ

mủ cao su thực tế là quá trình oxy hoá các sản phẩm phân huỷ trung gian hoặc các chất vô cơ dạng khí như H2S, Mercaptal (RSH), Amoniac (NH3), CO2 hoặc Monocarbonxylic (CO) hoặc các chất hữu cơ như: Acid Carbonxylic (RCOOH), Xeton hữu cơ dễ bay hơi và tạo ra mùi hôi trong không khí Mùi hôi trong nước thải thường gây ra bởi các khí sản sinh ra trong quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ Mùi hôi đặc trưng và rõ rệt nhất trong nước thải bị phân huỷ kị khí thường là H2S (hydrogen sulphide) Các acid béo bay hơi (Volatile Fatty Acids – VFA) là sản phẩm của sự phân huỷ do vi sinh vật Chủ yếu là trong điều kiện kị khí các Lipit và Phospholipids có trong chất ô nhiễm hữu cơ

Bảng 1.3 Mô ̣t số chất gây mùi hôi trong nước thải cao su

Chất Công thức hóa ho ̣c Mùi đă ̣c

trưng

Các diamines NH2(CH2)4NH2, NH2(CH2)5NH2 Thịt thối

Dimethyl sulphide (CH3)2S Rau thối

Các acid béo bay hơi

(Nguồn : Gaudy, 1989; Metcalf và Eddy, 1991)

1.1.2.2 Công nghệ xử lý nước thải cao su

a) Các phương pháp xử lý vật lý

Các phương pháp vật lý thường hay được sử dựng trong sử lý nước thải cao su thiên nhiên là: Lắng, lọc, hấp phụ, sục, bay hơi, …

- Phương pháp lắng: để khử SS, tách bông cặn sau quá trình keo tụ hay bông

bùn sinh học Các loại bể lắng thường dung là : Bể lắng cát, bể lắng ngang , bể lắng đứng, bể lắng ly tâm…

 Bể lắng cát ngang: Áp dụng để tách cát và các hợp chất hữu cơ: cát có đường kính từ 0.2 – 1.25 mm, phần tử hữu cơ có đường kính nhỏ hơn 0.15mm Bể lắng ngang dễ thiết kế, dễ thi công và vận hành đơn giản Áp dụng cho hệ thống chịu tải trọng lưu lượng lớn (>15000m3) nhưng thời gian lưu dài và mặt bằng lưu nhỏ Chi phí xây dựng cao nên ít được ứng dụng trong xử lý nước thải cao su

Hình 1.8 Bể lắng cát ngang

 Bể lắng ly tâm: Được sử dụng trong bể lắng đợt một và đợt hai trong

hệ thống xử lý nước thải Có ưu điểm: tiết kiệm diện tích, ứng dụng xử lý nước thải có hàm lượng cặn khác nhau, công suất lớn hơn 20.000m3/ngày, hiệu suất xử lý nước thải cao và cặn có tỷ trọng nhỏ cũng có thể lắng được, khuyết điểm: vận hành đòi hỏi kinh nghiệm, chi phí vận hành cao do sử dụng điện năng

Hình 1.9 Bể lắng ly tâm

 Bể lắng đứng: Được sử dụng trong bể lắng đợt một trong xử lý nước thải Sử dụng ít diện tích đất nhưng lại có hiệu suất lắng thấp và chỉ lắng được cặn có tỷ trọng lớn Vận tốc lắng không lớn nên ít được ứng dụng trong xử

lý nước thải cao su

- Phương pháp lọc: Áp dụng khử các hạt mịn vô cơ và hữu cơ khó lắng Dưới

tác dụng của áp suất hay áp suất chân không các hạt sẽ được giữ lại trong lỗ xốp của vật liệu lọc và lớp màng hình thành sau đó Có các dạng lọc là: Lọc áp suất, lọc trọng lực, lọc nhanh, lọc chậm, lọc xuôi, lọc ngược

- Tuyển nổi: mục đích loại các tạp chất không hòa tan và các chất khó lắng,

hay các chất hoạt động bề mặt Hoạt động liên tục, phạm vi ứng dụng rộng, Thiết bị đơn giản, chi phí vận hành đầu tư không lớn Hiệu quả xử lý cao (95 – 98%) vận tốc lớn hơn so với lắng thường Thu hồi các cặn có độ ẩm thấp (90 – 95%) Tuyển nổi kèm theo thổi khí nên giảm: chất hoạt động bề mặt và chất dễ bay hơi, vi khuẩn và vi sinh vật Bản chất của quá trình này ngược lại với quá trình lắng Các chất lơ lửng sẽ nổi lên bề mặt và tạo thành lớp trên bề mặt dưới sức đẩy của các hạt khí Trong xử lý nước thải nghành chế biến cao su thiên nhiên thì bể tuyển nổi được áp dụng để xử lý

sơ bộ trước khi xử lý sinh học hay tách bùn lắng sau xử lý sinh học

Hình 1.10 Bể tuyển nổi

- Hấp phụ là quá trình chuyển nồng độ chất tan vào chất rắn Có 2 dạng hấp

phụ là: hấp phụ vật lý là liên kết bề mặt là liên kết vật lý (tĩnh điện, Van de Wal, phân

tán) năng lượng liên kết rất nhỏ; hấp phụ hóa học là liên kết bề mặt là liên kết hóa học, năng lượng liên kết lớn Các chất hấp phụ thường dùng như: Than hoạt tính, nhựa tổng hợp, tro, xỉ, mạt cưa, Cilicagen, đất sét, Zeolite, keo nhôm… Hấp phụ được ứng dụng trong xử lý nước thải cao su là xử lý các chất có mùi, xử lý tách các chất hòa tan trong nước thải Hiệu quả xử lý 80% - 95% và phụ thuộc bản chất hóa học của chất hấp phụ, diện tích bề mặt chất hấp phụ, cấu trúc hóa học chất hấp phụ b) Các phương pháp xử lý hoá học

Các phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học bao gồm: đông

tụ, khử trùng, oxi hóa

Đông tụ là quá trình thô hóa các hạt phân tán và nhũ tương bằng chất đông tụ

để tách chúng ra khỏi nguồn nước Nguyên tắc: tách các hợp chất lơ lửng bằng các hợp chất cao phân tử (chất keo tụ) thúc đẩy quá trình tạo bông hidroxit kim loại tích điện dương hút các hạt keo và các hạt lơ lửng tích điện làm tăng vận tốc lắng của các bông, giảm chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ Chất đông tụ là các chất tự nhiên (tinh bột, este, xenlulo, dectrin (C6H10O5)n,…) và tổng hợp (PolyAluminiumCloride – PAC, PolyAcyilic,…) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đông tụ là : pH, nhiệt

độ, liều lượng chất đông tụ, tính chất nước thải, điều kiện trộn phối Chất keo tụ thường được xử dụng trong xử lý nước thải cao su là: muối nhôm, muối sắt và hỗn hợp của chúng Đông tụ nước thải cao su có thể bằng hoá chất (H2SO4, CH3COOH, HCHO,…), bổ sung vi sinh vật bằng bùn tự hoại, tự nhiên, hóa chất kết hợp với vi sinh

Khử trùng: nước sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn có khoảng 105

– 106 vi khuẩn trong 1ml nước hầu hết các vi khuẩn có trong nước thải không phải

là vi trùng gây bệnh, nhưng không loại trừ khả năng tồn tại của chúng Nếu xả nước thải ra nguồn cấp nước, hồ nuôi cá thì khả năng lan truyền bệnh là rất lớn Do vậy cần phải cho biện pháp khử trùng nước thải trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Các phương pháp khử trùng nước thải phổ biến hiện nay là: dùng Clo hơi qua định lượng Clo, NaClO, Ozon, CaOCl2, tia UV

Oxi hóa có vai trò quan trọng trong xử lý nước thải và nước cấp tuy nhiên lại

ít được sử dung trong xử lý nước thải chế biến cao su thiên nhiên Phương pháp này thường áp dụng cho xử lý bậc cao và khá tốn kém Cơ chế của phương pháp này là dưới tác dụng của chất oxi hóa thì xảy ra đồng thời 2 phản ứng hóa học là phản ứng oxi hóa và phản ứng khử Sau phản úng thì chất oxi hóa chất khử thay đổi trạng thái hóa trị Phần quan trọng của phản ứng oxi hóa khử là sự tạo thành oxi nguyên tử từ các chất oxi hóa :

MnO4 + H2O  2MnO2 + 3O + 2OHOxi nguyên tử tạo thành sẽ là tác nhân oxi hóa các chất khử:

-CaHbOc + dO2  aCO2 + ( b/2)H2O Các chất oxi hóa thường được sử dụng trong xử lý nước thải là: O3, H2O2, Cl2, HOCl, …

c) Các phương pháp xử lý sinh học

Hình 1.11 Mô hình cánh đồng tưới

Phương pháp này được sử dụng để phân hủy các chất có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã được xử lý sơ bộ qua các quá trình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý Phương pháp này được sử dụng để phân hủy các chất có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã được xử lý sơ

bộ qua các quá trình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý Xử lý sinh học trong điều kiện tự

nhiên bao gồm một số công trình như: xử lý qua đất, cánh đồng tưới, cánh đồng lọc,

hồ sinh học, …

Hình 1.12 Hồ sinh học trong xử lý nước thải

- Xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí (lơ lửng, bám dính): Quá trình hiếu khí dựa trên nguyên tắc là vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxi hóa hòa tan theo phương trình sau :

Chất hữu cơ + O2 + Vi Khuẩn  CO2 + NH3 + C5H7NO2 + sp khác

Ngoài việc phân hủy các chất hữu cơ để tạo ra tế bào mới vi sinh vật còn thực hiện quá trình hô hấp nội sinh để tạo ra năng lượng theo phương trình:

C5H7NO2 + 5O2 + vi khuẩn  5CO2 + 2H2O + NH3 + Q Các vi khuẩn ở trên còn gọi là bùn hoạt tính và chúng tự sinh ra khi thổi khí vào nước thải Về khối lượng bùn hoạt tính được tính bằng khối lượng chất bay hơi

có trong tổng hàm lượng bùn ( cặn khô ) đôi khi còn được gọi là sinh khối

- Xử lý sinh học trong điều kiện kỵ khí: phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy chất hữu cơ thành chất khí CH4 và CO2 trong điều kiện không có oxi Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ thường xảy ra theo 3 giai đoạn chính sau :

 Giai đoạn lên men acid: Là quá trình thủy phân các hydrocacbon dễ phân hủy sinh hóa như: Lipid, Polysacarit, Protein, Nucleic thành Acid béo, Monosacarit, Amino acid Các hợp chất được chuyển hóa này được vi khẩn

xử dụng làm năng lượng và tổng hợp tế bào

 Giai đoạn chấm dứt lên men acid: Vi khuẩn tiếp tục chuyển hóa hầu hết các sản phẩm sinh ra từ giai đoạn trước thành các hợp chất trung gian có khối lượng phân tử nhỏ như các chất HCOOH, CO2, N2, CH4, H2, … và pH môi trường cũng tăng lên

 Quá trình lên men kiềm: Các sản phẩm trung gian chủ yếu là Cellulose, acid béo, các hợp chất chứa Nito tiếp tục bị phân hủy tạo thành CH4, CO2, N2, H2

… và pH môi trường cũng tăng lên và chuyển sang dạng kiềm

1.1.2.3 Một số công trình xử lý nước thải cao su

 Trên thế giới

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp sơ chế cao su thiên nhiên phát triển rất mạnh, kéo theo đó là sự hoàn thiện và đa dạng về công nghệ xử lý nước thải cao su Dưới đây là một số công nghệ của một số nước

Tại Thái Lan:

Tại Thái Lan công nghệ xử lý phổ biến là: Nước thải được trung hòa bằng vôi sau đó keo tụ bằng phèn sắt hoặc nhôm với nồng độ 200mg/l Kế tiếp là xử lý kị khí (5 – 10 ngày) sau đó là xử lý sinh học bằng mương oxi hóa (2-3 ngày) 75% nước thải sau đó được dẫn qua mương tưới tiêu

Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới cũng được áp dụng rộng rãi vi chi phí đầu tư thấp

Tại Srilanka: Hiện ở Srilanka có 150 nhà máy sơ chế cao su Một số công nghệ

được áp dụng rộng rãi như : Hệ thống các hồ sinh học là kỵ khí, tùy nghi, hiếu khí,

mương Oxi hóa, RBC, và bùn hoạt tính

lý

Hoạt động

Rất tốt Thấp Thấp

2 Hanwella 2000-4000 50

Mương oxi hóa, lắng, lọc cát

Tốt Trung

bình Thấp

3 Paduka 3000-6000 80

Bể kỵ khí, bùn hoạt tính, lắng, lọc cát

Đang xây Thấp

4 Ellakada 4000 50

Bể kỵ khí, RBC, lắng, lọc cát

Trung bình Cao

5 Kiriporuwa 4000 50

Bể kỵ khí, bùn hoạt tính, lắng, lọc cát

khí, lắng, lọc cát

7 Pusella 3000-6000 80

Bể kỵ khí, bùn hoạt tính, lắng, lọc cát

Tốt Trung

bình Thấp

8 Kayaga 2000-4000 20

Hồ kỵ khí, cánh đồng tưới

Kém Rất tốt Rất

thấp

(Nguồn: Số liệu thống kê, 2015)

 Tại Việt Nam

Bảng 1.5 Một số nhà máy xử lý nước thải cao su tại Việt Nam

1 Cua Pari Bể ga ̣n mủ – Bể điều hòa – Hồ ki ̣ khí – Hồ tùy cho ̣n – Hồ

lắng

2 Bố Lá Bể ga ̣n mủ – Bể tuyến nổi – Hồ ki ̣ khí – Hồ tùy cho ̣n – Hồ

lắng

3 Bến Súc Bể ga ̣n mủ – Bể tuyến nổi – Hồ su ̣c khí – Hồ lắng

4 Dầu Tiếng Bể ga ̣n mủ – Bể tuyến nổi – Hồ su ̣c khí – Hồ lắng

5 Long Hòa Bể ga ̣n mủ – Hồ su ̣c khí – Hồ lắng

6 Phú Bình Hồ lắng cát – Hồ ki ̣ khí – Hồ tùy cho ̣n – Hòa lắng

7 Tân Biên Bể ga ̣n mủ – Bể tuyến nổi – Hồ su ̣c khí

8 Liên Anh Bể gạn mủ - Bể kị khí UASB – Anoxic – Aerotank – MBR

9 Vên Vên Bể ga ̣n mủ – Bể ki ̣ khí tiếp xúc – Bể su ̣c khí – Bể lắng

10 Bến Củi Bể ga ̣n mủ – Hồ ki ̣ khí – Hồ tùy cho ̣n – Hồ lắng

11 Hàng Gòn Hồ lắng cát – Bể UASB – Hồ su ̣c khí – Hồ lắng

12 Long Thành Bể ga ̣n mủ – Hồ ki ̣ khí – Hồ tùy cho ̣n – Hồ lắng

13 Cẩm Mỹ Bể ga ̣n mủ – Bể điểu hòa – Bể thổi khí – Bể lắng

14 Xà Bang Bể ga ̣n mủ – Hồ ki ̣ khí – Hồ su ̣c khí – Hồ tùy cho ̣n – Hồ lắng

15 Hòa Bình Bể ga ̣n mủ – Bể điều hòa –Bể tuyến nổi – Bể thổi khí – Bể

lắng ta ̣m – Bể lo ̣c sinh ho ̣c

(Nguồn: Số liệu thống kê, 2015)

1.2 Tổng quan Nhà máy chế biến Mủ cao su Liên Anh

1.2.1 Điều kiện tự nhiên

Nằm trong miền khí hậu phía Nam, Đông Nam Bộ có đặc điểm của vùng khí hậu cận xích đạo với nền nhiệt độ cao và hầu như không thay đổi trong năm Đặc biệt

có sự phân hoá sâu sắc theo mùa, phù hợp với hoạt động của gió mùa Lượng mưa dồi dào trung bình hàng năm khoảng 1.500 – 2.000 mm Khí hậu của vùng tương đối điều hoà, ít có thiên tai Tuy nhiên về mùa khô, lượng mưa thấp gây khó khăn cho sản xuất và sinh hoạt

Khí hâ ̣u Tây Ninh tương đối ôn hòa, chia làm 2 mùa rõ rê ̣t Mùa nắng từ tháng

12 – 4 năm sau và tương phản rất rõ với mùa mưa từ tháng 5 – 11 Chế đô ̣ bức xa ̣ dồi dào, nhiê ̣t đô ̣ cao và ổn đi ̣nh Mă ̣t khác Tây Ninh nằm sâu trong lu ̣c đi ̣a ít chi ̣u ảnh hưởng của bão và các yếu tố bất lợi khác Nhiê ̣t đô ̣ trung bình năm là 27,40C, đô ̣ ẩm trung bình tương đối cao khoảng 70 – 80% Tây Ninh chi ̣u ảnh hưởng của 2 loa ̣i gió chủ yếu là gió Tây – Tây Nam vào mùa mưa, gió Bắc – Đông Bắc vào mùa khô

Hình 1.13 Bản đồ phân bố cường độ bức xạ tại Việt Nam