Đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải nhà máy cốc hóa công ty cổ phần gang thép thái nguyên

Ngoài ra, nhà máy còn có một hệ thống hoàn chỉnh về công nghệ và thiết bị thu hồi, chế biến các sản phẩm hoá học trong quá trình tinh luyện cốc, tạo thành hàng hoá cung cấp cho nề

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Anh Đức

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

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

CỔ PHẦN GANG THÉP THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Anh Đức

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

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

CỔ PHẦN GANG THÉP THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN KIỀU BĂNG TÂM

Hà Nội - 2012

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 11

1.1 Khái quát chung về than cốc 11

1.1.1 Than cốc 11

1.1.2 Các tính chất của than cốc 12

1.1.2.1 Tính chất vật lý 12

1.1.2.2 Tính chất hóa lý 12

1.1.3 Ứng dụng của than cốc 13

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

1.2.1 Đặc trưng về nước thải luyện than cốc 13

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

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

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

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

1.2.5.1 Nguyên tắc xử lý 25

1.2.5.2 Lưu trình công nghệ 25

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

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 27

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 27

2.1.3 Địa điểm và thời gian tiến hành 27

2.2 Nội dung nghiên cứu 27

2.3 Phương pháp nghiên cứu 28

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

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

2.3.3 Các chỉ tiêu theo dõi 29

2.3.4 Phương pháp phân tích mẫu 29

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

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 30

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

3.1.1 Loại hình sản xuât 30

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

3.1.2.1 Phân xưởng Cốc 33

3.1.2.2 Phân xưởng Hóa 35

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

3.2.1 Nguồn gốc và thành phần nước thải 37

3.2.1.1 Nguồn phát sinh nước thải chứa phenol 37

3.2.1.2 Thành phần của nước thải 37

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

3.2.2.1 Các hạng mục công trình 40

3.2.2.2 Nguyên tắc xử lý 41

3.2.2.3 Quy trình xử lý 41

3.2.2.4 Các thiết bị chủ yếu 42

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

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

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

3.3.1.2 Đánh giá khả năng xử lý 44

3.3.2 Khối xử lý sinh học 45

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

3.3.2.2 Đánh giá khả năng xử lý 46

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

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

3.3.3.2 Đánh giá khả năng xử lý 49

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

3.4.1 Đề xuất phương án công nghệ 51

3.4.1.1 Lựa chọn công nghệ 51

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

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

3.4.2.1 Khối xử lý cơ học 56

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

3.4.2.3 Khối xử lý sinh học (Aeroten) 61

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

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

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

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

Kết luận 67

Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

A/TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 69

B/TÀI LIỆU TIẾNG NƯỚC NGOÀI 70

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất của nhà máy Cốc Hóa 24

Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất kèm theo dòng thải của phân xưởng cốc 25

Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất kèm theo dòng thải của phân xưởng hóa 27

Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải chứa phenol hiện tại của nhà máy Cốc hóa

31

Hình 3.6 Bể lắng cặn, tách dầu mỡ hiện tại của Nhà máy 35

Hình 3.9 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải Nhà máy cốc hóa đề xuất bổ sung 44

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

BOD: Nhu cầu oxy sinh hoá

COD: Nhu cầu oxy hoá học

CH1: Hóa chất định lượng cho bể điều chỉnh pH

CH2: Hóa chất định lượng cho bể oxy hóa bậc cao

HC3: Hóa chất định lượng cho bể Aeroten

HC4: Hóa chất định lượng cho bể lắng keo tụ bậc 2

DO: Oxy hoà tan

EPA: Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

OXH: Oxy hóa

TCCP: Tiêu chuẩn cho phép

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

UASB: Bể xử lý sinh học dòng chảy ngược

VSV: Vi sinh vật

MỞ ĐẦU

Việt Nam đang trên con đường phát triển và hội nhập, sự phát triển kinh tế xã hội đang diễn ra rất mạnh mẽ, mang lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế và nâng cao đời sống cho người dân Tuy nhiên, ngoài những lợi ích kinh tế - xã hội đã đạt được thì tình trạng ô nhiễm môi trường do mặt trái của những hoạt động trên đã gây ra ở mức báo động Môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng đang bị ô nhiễm trầm trọng,

đe doạ tới sức khỏe và chất lượng cuộc sống của người dân ở nhiều địa phương

Thái Nguyên là một tỉnh trung du miền núi phía Bắc có tiềm năng phát triển kinh tế mạnh mẽ, trong đó việc hình thành và phát triển các khu công nghiệp, cụm công nghiệp đang trở thành một thế mạnh kinh tế trong khu vực phía Bắc như: khu công nghiệp Sông Công, cụm công nghiệp Điềm Thụy, khu công nghiệp Lưu Xá - Gang thép Thái Nguyên,… Nhưng sự ra đời và hoạt động của nhiều nhà máy xí nghiệp trong khu vực đã làm cho môi trường ngày càng trở lên xấu đi và nhiều vùng

bị ô nhiễm trầm trọng

Nhà máy Cốc hoá thuộc Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên - phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên được Trung Quốc viện trợ giúp đỡ thiết kế và xây dựng vào những năm đầu của thập niên 60, đây là một trong những Nhà máy góp phần không nhỏ trong tiến trình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh, tạo công ăn việc làm cho người dân địa phương Nhà máy Cốc hoá là doanh nghiệp sản xuất cốc luyện kim, chất lượng sản phẩm theo Tiêu chuẩn Quản lý chất lượng Quốc tế ISO 9001:2000 Nhiệm vụ chính của nhà máy là tiếp nhận, bảo quản, phối liệu than mỡ sản xuất cốc để cung cấp cho quá trình sản xuất gang lò cao của Công ty Ngoài ra, nhà máy còn có một hệ thống hoàn chỉnh về công nghệ và thiết bị thu hồi, chế biến các sản phẩm hoá học trong quá trình tinh luyện cốc, tạo thành hàng hoá cung cấp cho nền kinh tế quốc dân như: khí cốc sạch, dầu phòng mục, Naptalen tạp, Naptalen tinh, nhựa đường và sản xuất thép cán nóng… Tuy nhiên, sự chú trọng phát triển kinh tế trong một khoảng thời gian dài của Nhà máy đã và đang gây ảnh hưởng xấu đến môi trường khu vực do vậy Nhà máy cũng không nằm ngoài danh sách những đơn vị gây ô nhiễm môi trường trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

Đặc thù ô nhiễm của Nhà máy Cốc hóa là nước thải và khí, bụi thải phát sinh

từ các công đoạn sản xuất Trong đó, đặc biệt là nước thải chứa phenol của nhà máy Nước thải chứa phenol của Nhà máy phát sinh từ công đoạn dập cốc, chưng cất dầu cốc, khu vực kho hoá chất, thiết bị chứa dầu, quá trình làm mát thiết bị, nước làm lạnh khí cốc, nước từ hệ thống lọc bụi Cyclon, Nước thải phenol có chứa hàm lượng lớn các chất độc tố cao Nguồn nước này hiện nay phát sinh khoảng 40 - 45 m3/ngày, khi đạt công suất theo thiết kế có thể lên đến 70 m3/ngày đêm, lượng nước này dao động phụ thuộc vào sản lượng cốc của nhà máy Toàn bộ lượng nước thải chứa phenol được đưa vào hệ thống xử lý nước thải đã cũ xây dựng năm 1997 - 1998

Khi nước thải chứa phenol chưa được xử lý đảm bảo các tiêu chuẩn sẽ chứa hàm lượng rất lớn phenol và các hợp chất hữu cơ khác, việc sử dụng làm nước dập cốc sẽ làm gia tăng nguy cơ gây ô nhiễm môi trường khi toàn bộ lượng khí thải phát sinh rất lớn trong quá trình dập cốc không được thu gom xử lý triệt để Vì vậy, việc đánh giá và đưa ra phương án nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy Cốc hóa đang là vấn đề đáng được quan tâm nhằm góp phần khắc phục một cách tối ưu nhất trong việc xử lý nước thải nhằm đáp ứng hiệu quả trong sản xuất cũng như đảm bảo chất lượng xả thải của nhà máy

Xuất phát từ vấn đề trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài" Đánh giá và đề xuất

giải pháp nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá - Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên" với các nội dung nghiên cứu bao gồm

mô tả quy trình sản xuất của nhà máy Cốc hóa, mô tả hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá - Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên, đánh giá hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá và đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả

xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên Nhằm đạt được mục đích đánh giá được hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá và đưa ra phương án nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải của Nhà

máy Cốc hóa - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên

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

1.1.1 Than cốc

Than cốc là sản phẩm của việc chưng than mỡ (loại than chứa ít S và ít tro) trong các lò xây kín ở điều kiện yếm khí có nhiệt độ trên 1.0000C, sau khi đã mất hết chất bay hơi Do tính chất và đặc điểm của các loại than làm cốc và do cách chưng nên than cốc có nhiều loại phẩm chất khác nhau: phồng hay chắc, xốp hay đặc, cứng nhiều hay ít, nhẹ hay nặng, nứt nẻ nhiều hay ít, màu đen mờ, màu bạc hay xám sáng Khi gõ có tiếng kêu kim khí thanh hay trầm, hạt to hay nhỏ, thành phần hoá học chứa tro và S nhiều hay ít

Quá trình luyện than cốc được tiến hành như sau: Than sạch được nghiền nhỏ, không to quá 3mm và cũng không vụn như bột, cỡ hạt càng nhỏ đều càng ít hao hụt, phẩm chất cốc càng tăng thêm Cho than vào các ngăn lò luỵên (thường mỗi lò có từ

70 - 150 ngăn), chiều dài mỗi ngăn 10 - 12m, cao >4m, rộng 0,5m - 0,55m, các ngăn lò xây liền với nhau thành hàng dọc Mỗi ngăn lò có hai cửa hai đầu: một đầu

để chất liệu và một đầu để đưa máy vào đẩy cốc ra Cũng có loại lò được chất liệu ở phía trên vòm ngăn Các ngăn lò đã được nung đỏ hồng trước khi chất than vào, lúc chất than nhiệt độ của lò giảm xuống rồi được nâng lên do một phần khí của than thoát ra và cháy, lửa truyền đi khắp xung quanh các tường ngăn lò Nhiệt độ làm việc là 1000 - 12000C Các khí thể ở các ngăn thoát ra được tâp trung dẫn đến một bộ phận thu hồi Quá trình điều chế cốc kéo dài từ 28 - 38 giờ hay hơn tuỳ theo loại than và kiểu lò Khi khí than hết chất bốc và cháy, quá trình cốc hoá kết thúc [16]

Do khí thể trong than thoát ra, để lại những lỗ rỗng li ty trong cấu tạo của cốc làm cho cốc xốp và do chất nhựa trong than dưới nhiệt độ nung được tiết ra làm cho các hạt dính kết lại với nhau thành cốc Cốc lúc ra khỏi ngăn lò còn đỏ hồng, kết thành những khối được chuyển ngay đến bộ phận dập tắt lửa bằng nước tưới Sau

đó được chở đến máy cắt, sàng và phân loại các cỡ hạt

Mỗi tấn than tuỳ theo loại kiểu luyện ta thu được 650 - 750kg cốc, trên 300m3khí than [16]

1.1.2 Các tính chất của than cốc

1.1.2.1 Tính chất vật lý

Than cốc là sản phẩm cứng và xốp có màu xám, tính theo hàm lượng thì than cốc chứa khoảng 96 - 98% C, phần còn lại là H2, S, N2, O2 Độ xốp đạt 49 - 53%, tỷ trọng riêng khoảng 1,80 - 1,95 g/cm³, tỷ trọng biểu kiến khoảng 1g/cm³, còn tỷ trọng khi ở dạng rời là khoảng 400 - 500 kg/m³, độ tro 9-12%, tỷ lệ các chất dễ bay hơi khoảng 1% Độ ẩm tương đối khoảng 2-4% và không lớn hơn 0,5% khối lượng Giới hạn sức bền khi bị nén là 15 - 25 MPa, khi bị cắt (đặc trưng cho tính bền vững đối với sự cắt) 6-12 MPa, năng suất tỏa nhiệt 29 - 30 MJ/kg [16]

Các thuộc tính hóa lý của than cốc được xác định bởi cấu trúc của nó, do cấu trúc của nó rất gần với cấu trúc lớp lục giác của graphít Cấu trúc của than cốc được đặc trưng bởi sự sắp xếp không hoàn hảo: các phần riêng rẽ (các lớp) được liên kết bởi lực Van de Waals đã chiếm giữ một số các vị trí có khả năng (ví dụ, xếp chồng lên nhau) Bên cạnh các nguyên tử cacbon trong lưới không gian của than cốc (đặc biệt trong các phần ngoại biên của nó) có thể phân bổ các nguyên tử dị thường như lưu huỳnh, nitơ, ôxy

Cấu trúc và tính chất của than cốc phụ thuộc vào thành phần của mẻ than đá cũng như nhiệt độ và tốc độ đốt nóng mẻ than này Với sự tăng lên của hàm lượng khí than đá và các thành phần khác, được đặc trưng bởi mức độ biến đổi thấp thì nhiệt độ cốc hóa bị giảm xuống và sự giảm đi của các thành phần đó trong nhiệt độ

này, khả năng phản ứng và khả năng cháy của than cốc nhận được cuối cùng là tăng lên do khi tăng hàm lượng của khí than đá trong mẻ than thì độ bền và độ tạo cục trung bình của than cốc giảm xuống, độ xốp của nó tăng lên Sự tăng cao nhiệt độ cốc hóa cũng có khả năng tăng độ xốp của than cốc Khi tăng thời gian cốc hóa và giảm tốc độ đốt nóng thì độ xốp của than cốc cũng được tăng lên

1.1.3 Ứng dụng của than cốc

Than cốc được sử dụng để nung chảy gang (cốc lò cao) cũng như làm nhiên liệu không khói chất lượng cao, làm chất khử trong các công nghệ luyện kim từ quặng sắt, các chất làm tơi trong phối liệu Than cốc cũng được sử dụng như là nhiên liệu trong sản xuất gang đúc hay các mục đích sử dụng thông thường, trong công nghiệp hóa chất và luyện các hợp kim của sắt (các dạng cốc đặc biệt) Cốc lò cao cần phải có kích thước các cục không nhỏ hơn 25mm với số lượng các cục cốc nhỏ hơn 25mm và lớn hơn 80mm không vượt quá 3% Than cốc sử dụng để đúc gang theo kích thước không được nhỏ hơn than cốc lò cao, các cục cốc trong trường hợp này có kích thước không nhỏ hơn 25mm Sự khác biệt chính giữa cốc lò cao và cốc đúc là hàm lượng lưu huỳnh nhỏ hơn, nó không được vượt quá 1% (trong cốc lò cao có thể tới 2%) Trong công nghiệp luyện các hợp kim của sắt người ta sử dụng các cục than cốc nhỏ (ví dụ, các cục kích thước 10 - 25mm), trong trường hợp này thì người ta cần tốc độ phản ứng nhanh chứ không phải hàm lượng các tạp chất có trong than cốc Các yêu cầu đối với độ bền vững của than cốc thông thường là không quá nghiêm ngặt so với cốc lò cao hay cốc đúc Trong mọi loại hình sản xuất than cốc thì loại nguyên liệu được ưa chuộng là các loại than có độ xốp cao, ít tro và chứa ít lưu huỳnh Sản lượng than cốc sản xuất trên thế giới khoảng trên 400 triệu tấn/năm [16]

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

1.2.1 Đặc trưng về nước thải luyện than cốc

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

Nước thải chứa phenol phát sinh từ nhiều công đoạn trong quá trình luyện than cốc như: nước thải dập cốc, chưng cất dầu cốc, khu vực kho hoá chất, thiết bị chứa dầu, quá trình làm mát thiết bị, nước làm lạnh khí cốc, nước từ hệ thống lọc bụi Cyclon, Thành phần chủ yếu của nước thải luyện cốc là: Dầu mỡ, chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ hòa tan, các đồng đẳng phenol và phenol với hàm lượng cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn môi trường và không ổn định [10]

Với đặc trưng và hàm lượng lớn phenol trong nước thải như vậy sẽ làm gia tăng nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và sức khỏe con người khi trực tiếp chịu tác động từ các khu vực sản xuất luyện than cốc và sản phẩm cốc hóa Hiện tại chưa có công bố đầy đủ về ô nhiễm phenol trong môi trường nước nói chung và các dòng thải công nghiệp luyện than cốc nói riêng Tuy nhiên các khảo sát sơ bộ cho thấy tình trạng ô nhiễm phenol và các hợp chất chứa phenol trong nước thải rất cao do sử dụng phenol và các dẫn xuất phenol trong các quá trình sản xuất than cốc trong công nghiệp luyện thép

1.2.1.1 Đặc điểm và tính chất của phenol

Phenol là một chất không màu hoặc màu trắng khi nó ở dạng tinh khiết, ở dạng này thì phenol là các tinh thể rắn Tuy nhiên thông thường nó tồn tại ở dạng lỏng Ngưỡng ngửi mùi của phenol đối với người là 0,04 ppm Ở nồng độ này phenol có mùi hơi cay, ngọt Ngoài ra, phenol rất dễ cháy

Phenol có các đặc trưng như sau:

- Phenol (acid cacbolic) có công thức phân tử: C6H5OH

- Khối lượng phân tử: 94,11 g/mol

- Khối lượng riêng: 1,06 g/cm3

- Nhiệt độ tan chảy: 43oC, nhiệt độ sôi: 182o

C

- Khả năng hoà tan trong nước (ở 20oC): 70g/l

- Các dung môi hoà tan được phenol: etanol, ete, cloroform…[4]

Phenol là một chất hoá học chủ yếu do con người tạo ra, mặc dù nó được tìm thấy trong các hợp chất hữu cơ phân huỷ Nó được tìm thấy đầu tiên khi chưng cất than đá vào năm 1834 và có tên là acid cacbolic Cho đến trước chiến tranh thế giới

thứ nhất, chưng cất than đá gần như là cách duy nhất để tạo ra phenol Tuy nhiên hiện nay người ta đã tìm ra nhiều phản ứng để tổng hợp tạo ra phenol bằng phương pháp hoá học

1.2.1.2 Những tác động của phenol đến môi trường và sức khỏe con người

Phenol và các dẫn xuất của phenol, đặc biệt là các dẫn xuất dạng clo phenol được xếp vào các loại hợp chất gây ô nhiễm khó phân giải, thời gian tồn dư của các loại chất này có thể kéo dài nhiều năm Giống như các hợp chất có chứa vòng thơm, phenol cũng được xem là loại chất ô nhiễm mang tính trơ cao

Hàm lượng phenol trong nước thải đạt 10 mg/l sẽ làm cho cá ở sông ngòi bị chết Đối với trồng trọt nếu hàm lượng phenol trong nước đạt 50 mg/l thì quả của cây sẽ không ăn được nhưng cây vẫn sống Nếu hàm lượng phenol trong nước quá cao sẽ làm chết cây

Phenol có thể thâm nhập vào cơ thể con người thông qua việc hô hấp và tiếp xúc với da, mắt, màng nhầy của người Phenol được xem là chất cực độc với con người nếu đi vào cơ thể người thông qua đường miệng Khi ăn phải những chất có hàm lượng phenol cao sẽ dẫn đến hiện tượng chết người với những triệu chứng như

co giật, không có khả năng kiểm soát, hôn mê dẫn tới rối loạn hô hấp, máu trong cơ thể thay đổi dẫn đến hiện tượng tụt huyết áp Phenol còn làm ảnh hưởng tới gan, thận và cả tim của người nhiễm độc Những điều đó đã được chứng minh khi người

ta làm thí nghiệm LD50 (LD50 là đại lượng biểu thị chất độc ít nhất có khả năng gây

tử vong 50% lượng súc vật bị nhiễm độc Thường được biểu thị bằng mg hoặc

g/1kg thể trọng) khi làm thí nghiệm với chuột và thỏ [2]

- Những ảnh hưởng lâu dài của phenol: nhiều thí nghiệm đã chỉ ra sự liên quan

về sự đau bắp thịt, sưng gan của con người khi tiếp xúc với phenol lâu ngày Phenol còn gây bỏng cho da, làm rối loạn nhịp tim Giới hạn tối đa cho phép phenol trong

cơ thể là 0,6 mg/kg trọng lượng cơ thể [2]

Hiện nay chưa có nghiên cứu nào về sự ảnh hưởng của phenol ở nồng độ thấp đối với sự phát triển của cơ thể, tuy nhiên nhiều nhà khoa học cho rằng tiếp xúc

thường xuyên với phenol có thể dẫn đến sự phát triển một cách chậm trễ, gây ra sự biến đổi dị thường ở thế hệ sau, tăng tỉ lệ đẻ non ở một người mang thai

- Khả năng gây ung thư của phenol: hiện nay chưa có một nghiên cứu cụ thể nào chỉ ra rằng phenol có khả năng gây ra ung thư ở người Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu trên động vật khi cho chúng ăn thường xuyên thức ăn có chứa phenol, ở hàm lượng cho phép chỉ ra rằng động vật đó xuất hiện các khối u hoặc một chất gây

bệnh ung thư da ở chuột EPA (Environmental Protection Agency) đã xét phenol

vào nhóm D, nhóm có khả năng gây bệnh ung thư ở người do chưa có các số liệu liên quan tới hiệu ứng gây ung thư trong người và động vật

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

Ngành luyện cốc sau những năm trầm lặng ở giai đoạn 1970-1990 là giai đoạn phát triển rất sôi động, đặc biệt là ở các nước Đông Á (Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan ) phục vụ cho công nghiệp luyện gang, thép và các sản phẩm phụ triết tách từ quá trình luyện than cốc Chính vì nhu cầu sử dụng lớn như vậy, ngành luyện than cốc đóng vai trò quan trọng trong tiến trình phát triển ngành thép trên thế giới Tuy nhiên, đi đôi với lợi ích kinh tế là các tác động tiêu cực đến môi trường, trong đó vấn đề nước thải phát sinh từ quá trình luyện than cốc xả thải ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng các nguồn tiếp nhận, đòi hỏi những Nhà máy này phải đầu tư

hệ thống xử lý nước thải

Giải pháp xử lý nước thải ngành luyện than cốc hiện nay chủ yếu theo nguyên

lý cơ bản trong công nghệ xử lý nước thải công nghiệp nói chung Trong đó, phương án xử lý nước thải chứa phenol bằng phương pháp xử lý sinh học được ứng dụng rộng rãi

Thực chất của biện pháp sinh học để xử lý nước thải là sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bền hữu cơ trong nước thải Chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng

Căn cứ vào tính chất hoạt động của vi sinh vật có thể chia phương pháp xử

lý sinh học ra thành 3 nhóm phương pháp:

Phương pháp hiếu khí dựa trên các nguyên tắc do các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxi hòa tan

Chất hữu cơ + O2 H2O + CO2 + NH3 +

Trong điều kiện hiếu khí NH4 cũng bị loại nhờ quá trình nitrat hóa của vi sinh vật tự dưỡng

NH4 + O2 NO-3 + 2H+ + H2O + Q

Kỹ thuật sinh học hiếu khí thường chia thành hai loại chính:

- Kỹ thuật lọc sinh học: dựa trên khả năng sinh trưởng dính bám của vi sinh vật;

- Kỹ thuật bùn hoạt tính: dựa trên khả năng sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật

a Kỹ thuật lọc sinh học

Kỹ thuật lọc sinh học dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật, bao gồm các vi sinh vật yếm khí, hiếu khí (chủ yếu là vi khuẩn) tạo thành một lớp màng vi sinh vật bám trên các vật liệu cố định, chúng oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Lớp màng này thường dày từ 0,1 - 0,4 mm Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí Sau khi thấm sâu vào lớp màng các chất thải sẽ được phân hủy bởi vi sinh vật yếm khí bên trong lớp màng vi sinh vật Do sinh trưởng của vi sinh vật các màng này có thể dày lên và bong ra theo dòng nước Hoặc khi các chất hữu cơ có trong nước thải cạn kiệt vi sinh vật ở trong lớp màng sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị nước cuốn theo

Hiện tượng này gọi là hiện tượng tróc màng Lớp màng mới sẽ xuất hiện do sự kết

dính của các vi sinh vật có trong nước thải Chất mang được sử dụng thường là các

Vi sinh vật

Vi sinh vật

vật liệu như: nhựa tổng hợp, polime,… Trong thực tế người ta thiết kế nhiều loại chất mang với hình dạng khác nhau với mục đích làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt riêng và độ thông thoáng

Kỹ thuật xử lý dạng này có ưu điểm chiếm ít diện tích nhà xưởng vì vậy thích hợp cho các nhà máy có diện tích vừa phải, đồng thời thiết bị dễ tự động hóa Kỹ thuật này dựa trên hoạt động của quần thể vi sinh vật tập trung ở màng sinh học nên tồn tại cả 3 loại vi sinh vật là hiếu khí, yếm khí và tùy tiện vì vậy có khả năng đạt hiệu suất cao với các nguồn thải chứa phenol có mức độ ô nhiễm thấp

Tuy vậy, kỹ thuật này có nhiều nhược điểm: chi phí thiết bị cao chỉ xử lý đạt hiệu quả khi nước thải đầu vào có độ ô nhiễm nhỏ, độ ổn định của thiết bị phụ thuộc nhiều vào tốc độ của dòng chảy, nếu tốc độ dòng chảy quá lớn sẽ gây hiện tượng rửa trôi màng vi sinh vật, thông khí kém, tải trọng nhỏ

b Kỹ thuật bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính là hệ keo vô định hình, khi pH = 4 - 9 thì nó có điện tích âm Thành phần bùn hoạt tính của hệ thống xử lý nước thải nhà máy than cốc có công thức C97H199O53N28S2, của nhà máy nitơ C90H167O24N28S8, và của nước thải đô thị là

C54H212O82N8S7

Chất khô của bùn hoạt tính chứa 70 - 90% hữu cơ và 10 - 30% vô cơ Chất nền trong bùn hoạt tính có thể đến 90% là phần chất rắn của rêu tảo và các phần rắn khác nhau [12]

Trong kỹ thuật bùn hoạt tính nước thải cần được đưa vào một bể hiếu khí (bể Aeroten) và được khuấy trộn với bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là một tập hợp gồm nhiều vi sinh vật và các hạt có kích thước khác nhau có khả năng ổn định chất hữu

cơ hiếu khí gồm: nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh, Một số chủng loại chủ yếu vi sinh vật trong bùn như Nitrosomonas, Actinomyces, Microccus, Bacterium, Pseudomnas,… Nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật là những chất bẩn có trong nước thải Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng nhất trong việc phân hủy những

hợp chất có trong nước thải và là thành phần cấu tạo chủ yếu củ bùn hoạt tính, hàm lượng vi khuẩn chiếm 95 % sinh khối của bùn

Để cung cấp oxy cho VSV, bùn hoạt tính bằng cách khuấy trộn đều hỗn hợp, người ta sử dụng thiết bị khuấy trộn bằng không khí nén Sau khi ra khỏi bể aeroten hỗn hợp nước - bùn được đưa qua bể lắng, tại đây bùn hoạt tính lắng xuống Nước sạch sau khi được khử trùng sẽ được xả ra sông hồ Bùn hoạt tính lắng xuống phần lớn được tuần hoàn lại bể aeroten để giữ cho nồng độ bùn trong bể ở mức ổn định

Ưu điểm của kỹ thuật bùn hoạt tính:

- Đơn giản, dẽ vận hành, hiệu suất xử lý cao, ít tốn kém về kinh tế, diện tích xử lý ít

- Hệ thống hoạt động liên tục nên nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ trong bể sẽ không quá lớn và vậy sẽ không gây sốc cho hệ VSV trong bùn hoạt tính

Nhược điểm của kỹ thuật bùn hoạt tính:

- Hàm lượng bùn hoạt tính tăng lên nhiều nên phải tốn chi phí xử lý bùn cặn

- Chỉ xử lý đạt hiệu quả cao ở các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm COD<100mg/l

1.2.2.2 Các phương pháp kỵ khí

Phương pháp xử lý kỵ khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ có trong phần cặn của nước thải bằng VSV tùy nghi và VSV kỵ khí Trong đó ưu thế là VSV kỵ khí Quá trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu cơ thường xẩy ra 2 quá trình lên men axit và lên men metan

- Lên men acid thủy phân và chuyển hóa các sản phẩm thủy phân (như acid béo, đường) thành các acid và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí cacbonic

- Lên men metan: Phân hủy các chất hữu cơ thành metan (CH4) và khí cacbonic (CO2) Việc lên men metan nhạy cảm với sự thay đổi pH, pH tối ưu cho quá trình từ 6,8 - 7,4

1.2.2.3 Các phương pháp thiếu khí (anoxic)

Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan việc khử nitrit hóa sẽ xảy ra Oxy được

giải phóng từ nitrat sẽ oxy hóa chất hữu cơ và nitơ sẽ được tạo thành

NO3- Vi sinh NO2- + O2

O2 Chất hữu cơ N2 + CO2 + H2O Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt tính sự khử nitrit hóa sẽ xảy ra khi không tiếp tục thông khí Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần và việc giải phóng oxy từ nitrit sẽ xảy ra Theo nguyên tắc trên, phương pháp thiếu khí (khử nitrit hóa) được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải [9]

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

1.2.3.1 Hệ thống tháp tiếp xúc lỏng - khí

Để nâng cao hiệu suất hòa tan oxy trong không khí vào môi trường, người ta thiết kế và xây dựng thiết bị phụ trợ là tháp tiếp xúc lỏng - khí nhiều giai đoạn với các đĩa lỗ Trong tháp tạo ra sự chuyển động hỗn loạn cao của nước và khí, do đó gia tăng

sự tiếp xúc giữa pha oxy không khí và môi trường lỏng Đối với thiết bị này, năng lượng đầu đòi hỏi ít hơn so với năng lượng đầu vào của các thiết bị sục khí hay khuấy trộn Khi nuôi chủng candida tropicalis trên hệ thống có thiết bị khuấy trộn cơ học thì

sẽ tạo thành một lớp màng tế bào nấm men bám trên bề mặt và thành hệ thống, do vậy nồng độ tế bào huyền phù trong môi trường sẽ nhỏ hơn so với tính toán Hệ thống tiếp xúc lỏng khí ra đời đã khắc phục được các nhược điểm trên, tạo ra điều kiện lý tưởng cho quá trình khuếch tán của oxy không khí vào môi trường, làm tăng hiệu quả phân giải phenol của VSV, rút ngắn thời gian xử lý Tuy nhiên, hệ thống khá cồng kềnh, vận hành tương đối phức tạp, khó gia công lắp đặt [2]

1.2.3.2 Xử lý phenol trên thiết bị hai pha lỏng - lỏng

Nhược điểm của các hệ thống lọc sinh học trong khi vận hành như hiện tượng

va đập thủy lực trong khi vận hành có thể làm rửa trôi đi một phần sinh khối VSV

đã được có định trên các màng sinh học, do đó ảnh hưởng đến hiệu xuất của quá trình xử lý Mặt khác do quá trình xử lý dựa trên nguyên tắc hiếu khí nên yêu cầu về nồng độ oxy hòa tan đòi hỏi rất lớn nếu chúng ta sử dụng điều kiện khuếch tán đối lưu thông thường thì hiệu suất của quá trình chuyển khối giũa pha lỏng và pha khí diễn ra rất chậm Chính vì vậy mà thiết bị hai pha dùng để xử lý các chất thải hữu

cơ đã khắc phục được các nhược điểm trên của các hệ thống xử lý thông thường

Trong hệ thống thiết bị này, pha hữu cơ được dùng để loại bỏ chọn lọc các sản phẩm cuối ức chế ra khỏi pha lỏng khi nó được sinh ra

Ngoài ra thiết bị này còn hội tụ được một số ưu điểm cho phép nâng cao hiệu suất trong hệ thống do sự vắng mặt của các chất kìm hãm đến các vi sinh vật phân giải Chính vì vậy nồng độ chất thải đầu vào của hệ thống này có thể ở nồng độ cao mà không cần qua giai đoạn hòa tan trước Thiết bị này không những dùng để xử lý các chất hữu cơ khó phân giải như phenol mà còn có thể phân giải các hợp chất hữu

cơ mang độc tính cao Nhìn chung hệ thống phân giải hai pha đã được khảo sát nghiên cứu vận hành xử lý nước thải nhiễm phenol với nồng độ đầu vào rất cao [2]

Hình 1.1 Sơ đồ mô tả hệ thống hai pha 1.2.3.3 Hệ thống UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

Nguyên tắc sử dụng sinh vật yếm khí để phân giải phenol trong nước thải Trong quá trình xử lý yếm khí UASB, nước thải được đổ đầy vào bể phản ứng, chảy qua một lớp đệm sinh học Khi nước thải tiếp xúc với lớp đệm thì quá trình phân giải diễn ra Các khí biogas được tạo ra và thoát lên trên và làm tuần hoàn nước thải, điều đó giúp cho hình thành và duy trì đệm sinh học Khí biogas thu ở phía trên qua một thiết bị hình vòm, nước thải đã được xử lý được đưa qua khoang lắng, ở đó các chất rắn bị lắng xuống tạo thành bùn và nước ở phía trên bị tách ra Phần bùn có thể được hồi lưu lại bể UASB Để giữ cho đệm bùn trong hệ thống treo thì vận tốc chảy ngược lên là 6 - 9m/h

Pha lỏng

Pha hữu cơ

Tế bào

Khuấy từ

Hệ thống UASB ra đời khắc phục được xử lý của hệ thống tự hoại hay biogas

đó là pH môi trường luôn giảm Trong hệ thống UASB người ta phân vùng pH để thích ứng cho từng hệ vi sinh vật Hiện nay, hệ thống UASB đang được ứng dụng rộng rãi để xử lý các nguồn nước thải chứa nhiều các loại hợp chất hữu cơ có bản chất là protein, đồng thời nghiên cứu gần đây đã khảo sát khả năng xử lý của hệ thống này trên đối tượng cơ chất là các hợp chất thơm chẳng hạn như bezoate, do vậy điều này thể hiện tính khả thi trong quá trình loại bỏ phenol trong hệ thống này Năm 1995, Henbert H.P và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu khả năng phân giải phenol trong hệ thống UASB kết quả cho thấy: Với nước thải có COD = 6000mg/l ngày tỷ lệ tuần hoàn 1:1 thì 97% phenol đã được loại bỏ tại điều kiện nhiệt độ t = 36

- 370C, pH = 6,8 - 7,5 và thời gian lưu nước thải là 12h Trên các đệm khí trong các thiết bị UASB được cố định bởi các hệ vi sinh vật gồm các loài sau: Syntrophus buswelii, Acetrophic methanothrix, Methanobrevibacter,…[2]

- Ưu điểm: có thể xử lý nước thải có chỉ số BOD, COD đầu vào cao, không tốn năng lượng cho việc khuấy trộn và sục khí như một hệ thống hiếu khí, đồng thời khí biogas thu được có thể sử dụng làm chất đốt

- Nhược điểm: không xử lý được triệt để (hiệu suất sử lý chưa cao), tốn diện tích nhà xưởng, thường với một dòng nước thải có độ ô nhiễm cao thì người ta thường dùng bể UASB để xử lý trước sau đó tiếp tục xử lý bằng hệ thống hiếu khí

để xử lý triệt để hơn

1.2.4 Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol đã được sử dụng tại Việt Nam

1.2.4.1 Các nghiên cứu ứng dụng cộng nghệ xử lý nước thải chứa phenol tại Việt Nam

Tại Việt Nam chưa có hệ thống riêng để xử lý nước thải chứa phenol Tuy nhiên đứng trước tình hình ô nhiễm phenol ngày càng tăng, việc tìm kiếm và nghiên cứu các khả năng phân hủy phenol đã thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực công nghệ môi trường Các chủng VSV chủ yếu có khả năng phân giải phenol trong các khu vực ô nhiễm là các VSV dị dưỡng hóa năng (chemo- organotrophic), có khả năng sử dụng chất ô nhiễm làm nguồn các bon và nguồn năng lượng Một số ít các VSV có thể thực hiện trao đổi trực tiếp các chất bền vững như phenol nhưng phổ biến hơn là các VSV phân giải phenol nhờ sự đồng

trao đổi chất của một phức hợp các VSV Một VSV đơn lẻ không có được hệ enzyme đầy đủ để phân giải mọi chất ô nhiễm cùng có mặt trong môi trường Trong khi đó tập hợp các VSV trong tự nhiên lại có khả năng phân giải hỗn hợp rất lớn các chất gây ô nhiễm ngay cả các chất rất khó bị phân hủy do sự đa dạng thông tin di truyền trong hỗn hợp chủng Hơn nữa, việc xử lý phenol có trong nước thải yêu cầu VSV phải tồn tại và hoạt động hiệu quả trong một hệ sinh thái khác xa với điều kiện môi trường thuần khiết của phòng thí nghiệm Việc phân tách các chủng rồi đưa chúng đơn lẻ trở lại tự nhiên cần có giai đoạn thích ứng và cần giải quyết các vấn đề cạnh tranh sinh thái phức tạp

Phenol có thể bị phân hủy trong điều kiện yếm khí và hiếu khí Tuy nhiên việc phân giải hoàn toàn đối với hầu hết các chất ô nhiễm chỉ có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí, hệ VSV trong phòng thí nghiệm không có khả năng phân giải yếm khí phenol cũng như một số dẫn xuất của chúng trong khi việc phân giải hiếu khí có thể hoàn tất trong vòng 30 ngày [2]

1.2.4.2 Quy trình công nghệ xử lý nước thải chứa phenol của các nhà máy luyện than cốc được ứng dụng tại Việt Nam hiện nay

a Giai đoạn tiền xử lý (xử lý cơ học)

Nước thải được bơm vào bể tách dầu trọng lực Phần nước ô nhiễm còn lại trong nhà máy cốc sẽ được đưa vào một bể khác có chứa nước ô nhiễm phenol, sau

đó cũng được bơm vào bể tách dầu bằng trọng lực Từ bể tách dầu trọng lực nước sẽ

đi vào hệ thống tuyển nổi khí để tách phần lớn dầu trong nước thải, công đoạn này tạo điều kiện cho các công đoạn xử lý sinh hóa tiếp theo Dầu tách ra từ hệ thống sẽ được thu gom và tái sử dụng Trong trường hợp khu xử lý sinh hóa có sự cố thì nước từ bể tách dầu sẽ được đưa vào bể điều hòa Sau khi hệ thống được phục hồi và hoạt động bình thường thì nước đó sẽ tự chảy vào bể khác hấp thụ dung dịch phenol khác, sau đó lại được bơm trở lại bể tách dầu để tiến hành xử lý [16]

b Xử lý sinh hóa

Nước thải sau khi tách dầu sẽ cùng nước hồi lưu từ bể lắng 2 bơm chuyển đến bể kỵ khí Quá trình Khử N2 tiến hành trong bể kỵ khí thông qua phản ứng khử

hydrat của VSV (phân tách khí N2 từ gốc NO2- và NO3- trong nước ô nhiễm) Kết quả là khí N2 sẽ thoát ra không khí

Nước từ bể kỵ khí nhờ trọng lực sẽ tự chảy vào bể hiếu khí Một lượng nước thải của hệ thống nước tuần hoàn và bùn hoạt tính cũng được bổ sung vào bể hiếu khí Ở bể hiếu khí, thông qua hoạt động của VSV để loại bỏ phenol, cyanua và các chất hữu cơ có độc tính cao khác trong nước thải, đồng thời qua phản ứng nitrat hóa chuyển NH4+ trong nước thải thành NO2- và NO3-

Nước thải từ bể hiếu khí nhờ trọng lực sẽ tự chảy vào bể lắng 2 Nước trong

bể lắng 2 được tách bùn, từ đây một phần nước sẽ dẫn sang bể nước hồi lưu (để bơm lên bể kỵ khí) phần còn lại được bơm đến bể đông kết Phần bùn lắng ở đáy của bể lắng 2 được dẫn vào bể bùn hoạt tính và đưa trở lại bể hiếu khí thông qua bơm Phần bùn thừa được chuyển đến thiết bị lọc bùn để tiến hành cô đặc bùn [16]

c Xử lý hóa lý (giai đoạn kết tụ)

Giai đoạn này sử dụng phương pháp hóa học và hóa lý để giảm hàm lượng các chất lơ lửng và COD trong nước ra của bể lắng 2 (thực hiện 3 quá trình: thêm hóa chất, phản ứng và phân tách bùn)

Nước sau khi xử lý ở bể lắng 2 được bơm vào bể phản ứng hỗn hợp Trong bể này sẽ thêm chất keo tụ (để tạo phản ứng kết bông) và chất trợ lắng (tăng cường quá trình lắng xuống đáy bể) Sau quá trình lắng nước của bể lắng được dẫn sang bể chứa nước tái sử dụng để cung cấp cho quá trình luyện cốc và làm nguội cốc bằng phương pháp ướt

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn nước thải sau xử lý tại trạm xử lý phenol - xyanua

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

Nước thải của nhà máy Cốc hóa Thái Nguyên phát sinh chủ yếu từ nước thải

có chứa phenol Nguồn nước này có khoảng 70 m3/ngày, lượng nước này dao động phụ thuộc vào sản lượng cốc của nhà máy Hiện tại, nguồn nước này được đưa vào

hệ thống xử lý nước thải chứa phenol, nước thải sau xử lý được tái sử dụng để dập cốc

Phương án xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kết hợp hóa lý, sơ đồ công nghệ chi tiết xử lý nước thải với quy trình luân chuyển của dòng nước thải, khí nén, bùn cặn cũng như hóa chất

1.2.5.1 Nguyên tắc xử lý

Nước thải tập trung ở bể chứa, lắng tách sơ bộ dầu cốc và đưa vào khử CNbằng phương pháp kết tủa hoá học Tiếp tục tách một phần dầu mỡ và các chất lơ lửng bằng phương pháp keo tụ - lắng trọng lượng Sau đó khử các hợp chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính Cuối cùng là giai đoạn tách triệt để các tạp chất lơ lửng bằng phương pháp kết tụ keo lắng Nước thải sau khi đã được xử lý phenol được bơm đi dập cốc

-1.2.5.2 Lưu trình công nghệ

Nước thải chứa phenol sau khi được tách sơ bộ dầu mỡ, được bơm vào bể điều hoà, từ bể chứa điều hoà bơm vào thiết bị phản ứng keo tụ Ở đây, điều chỉnh lượng hoá chất 1 (CH1) từ thùng chứa và thiết bị khống chế pH trong nước thải và khử CN-

Tiếp tục nước thải được đưa vào bể lắng tách dầu mỡ huyền phù, phần cặn lắng xuống đáy được tháo vào hố ga Nước thải sau đó được tách hết dầu mỡ và đưa vào bể AEROTEN

Tại bể AEROTEN, được máy nén không khí cấp không khí vào bể qua hệ thống phối khí, sục khí cung cấp oxy (O2) cho quá trình phân huỷ hợp chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính Hoá chất 2 (CH2) từ thùng định lượng chảy vào bể AEROTEN theo định lượng

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

Bể chứa bùn loãng tập trung từ hố ga, bể lắng bậc 2, bể lắng keo tụ chảy về được bơm đưa vào máy ép bùn Phần bùn và cặn đó ép thành bánh được đưa về nơi quy định, còn phần nước sau ép được đưa về bể chứa nước đem dập cốc [10]

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

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

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

- Các thông tin chung về nhà máy Cốc hóa

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

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

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

xử lý nước thải của nhà máy Cốc hóa

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu

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

2.1.3 Địa điểm và thời gian tiến hành

- Địa điểm nghiên cứu: Nhà máy Cốc hoá - Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên, phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên

- Thời gian tiến hành: Từ tháng 3/2009 đến tháng 3/2011

2.2 Nội dung nghiên cứu

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

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

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

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

2.3 Phương pháp nghiên cứu

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

- Phương pháp liệt kê: Chỉ ra đầy đủ số liệu, dẫn chứng để minh chứng nghiên cứu khả năng xử lý của hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá - Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên

- Phương pháp thu thập tài liệu: Thu thập các thông tin về các vấn đề liên quan tới đề tài, nghiên cứu tất cả các tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu, các quy định, các tiêu chuẩn môi trường cho các mục đích khác nhau

- Phương pháp kế thừa số liệu: Sử dụng, kế thừa lại một số tài liệu đã được nghiên cứu và công nhận

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

Áp dụng các Tiêu chuẩn lấy mẫu hiện hành, việc lấy mẫu đảm bảo các yêu cầu cơ bản đặc tính mẫu, tính chất mẫu không thay đổi

- Áp dụng theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5992 : 1995, Chất lượng nước- lấy mẫu - Hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu

- Áp dụng theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5999 : 1995, Chất lượng nước lấy mẫu- Hướng dẫn lấy nước thải

- Áp dụng theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5993 - 1995 (ISO 5667- 3), Hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu

+ Bảo quản mẫu với một số thông số nghiên cứu

Độ axit hoặc độ kiềm nên đo tại chỗ lấy mẫu, hoặc có thể bảo quản 20

C - 50C

BOD (nhu cầu oxy sinh hoá) bảo quản 20C - 50C và nơi tối

COD (nhu cầu oxy hoá học) bảo quản bằng cách axit hoá cho tới pH <2 bằng

H2SO4, làm lạnh từ từ ở nhiệt độ 20

C - 50C và bảo quản nơi tối

Phenol bảo quản bằng cách ức chế hoá sinh bằng CuSO4 và axit hoá bằng

H3PO4 đến pH < 2

+ Số lượng mẫu nghiên cứu: 04 mẫu; Ký hiệu: NT- CH – 1,2,3,4

+ Vị trí lấy mẫu: Tại các bể trong các công đoạn của hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hóa

2.3.3 Các chỉ tiêu theo dõi

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

2.3.4 Phương pháp phân tích mẫu

Phân tích tại Trung tâm Quan trắc và Công nghệ môi trường - Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên các chỉ tiêu Các phương pháp phân tích đối với các chỉ tiêu theo dõi như sau:

- pH bằng phương pháp TCVN 6492: 1999

- TSS bằng phương pháp SMEWW 2540 D – 2005

- Amoni NH4-Nbằng phương pháp SMEWW 4500-NH3.

- Dầu mỡ bằng phương pháp SMEWW 5520

- BOD5 bằng phương pháp SMEWW 5210 B - 2005

- COD bằng phương pháp SMEWW 5220 D - 2005

- CN- bằng phương pháp SMEWW 4500-CN

- Phenol bằng phương pháp SMEWW 5530 C

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

- Phân tích quy trình công nghệ xử lý của hệ thống xử lý nước thải chứa phenol của Nhà máy Cốc hóa

- Từ các số liệu, tài liệu thu thập được lựa chọn một cách chi tiết, xử lý kết quả

có độ tin cậy cao để đưa vào minh chứng cho đề tài

- Xử lý số liệu trên phần mềm Word, Excel

- Phân tích số liệu, so sánh với các tiêu chuẩn về chất lượng nước, so sánh hiệu quả xử lý nước thải chứa phenol của các bể xử lý trong hệ thống

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

3.1.1 Loại hình sản xuât

- Sản xuất cốc luyện kim từ than mỡ cung cấp cho quá trình luyện gang trong

lò cao Với sản lượng cốc đạt 125.000 - 140.000 tấn/năm

- Khí sạch: 50 triệu m3/năm

- Dầu cốc: + Bitum: 620 tấn/năm

+ Dầu phòng mục: 1166,3 tấn/năm + Dầu phòng mục sạch: 931 tấn/năm + Nhựa đường: 2600 tấn/năm

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

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

Phối liệu than trên tháp có các chỉ tiêu kỹ thuật và cỡ hạt theo yêu cầu, từ trên tháp than được tháo xuống các phễu của xe rót và qua cân định lượng theo quy định

Xe rót than chạy trên đỉnh lò, nạp than vào buồng than hóa Khi rót, xe tống đưa cần dàn than vào để dàn cho mặt than trong buồng than hóa được bằng phẳng Sau đó, đậy miệng rót than vào và đóng kín cửa Hai bên của một buồng than hóa

có 2 buồng đốt cung cấp nhiệt Trong buồng đốt, khí cốc nghịch và không khí đã được sấy nóng tham gia phản ứng cháy, tỏa nhiệt cung cấp cho quá trình than hóa thành cốc Khí cốc thuận phát sinh trong quá trình luyện cốc được hạ nhiệt sơ bộ tại ống tập khí, sau đó được dẫn vào đường ống để qua bộ phận phân ly lỏng khí Tại bộ phận phân ly pha lỏng chảy về bể lắng cơ giới, pha khí qua tháp làm lạnh sơ Khí ra khỏi tháp làm lạnh về quạt gió để gia nhiệt lò cốc, lò nung phôi phân xưởng cán, khu vực thiêu kết nhà máy luyện gang, khu vực nấu luyện nhà máy luyện thép Chất lỏng chảy về bể cơ giới gồm dầu cốc và hỗn hợp nước NH3, dầu cốc nặng hơn sẽ lắng xuống đáy bể còn nước NH3 sẽ được bơm tuần hoàn để hạ nhiệt khí cốc thuận ở ống tập khí

Dầu cốc tại bể lắng cơ giới định kỳ 2 ngày tháo 1 lần xuống bể ngầm, rồi bơm lên thùng chứa dầu cốc khu quạt gió Tại đây, dầu cốc được gia nhiệt bằng hơi nước trong vòng 48 giờ để thoát nước, sau đó được bơm sang thùng chứa Tại đây, dầu cốc tiếp tục được lắng và gia nhiệt cho tới khi hàm lượng nước trong dầu cốc đạt yêu cầu thì bơm lên nồi chưng Gia nhiệt cho nồi chưng đến nhiệt độ 1600 thì bắt đầu lấy sản phẩm

Các loại dầu nhẹ, naphtalen, dầu trung gian, dầu tẩy đều đi qua tháp chưng xuống trao đổi nhiệt, làm lạnh và chảy về thùng lường Khi mỗi giai đoạn sản phẩm đầy thùng hoặc trong quá trình chuyển các giai đoạn thì mở van để cho dầu chảy về thùng chứa tương ứng

Sau khi chưng dầu cốc ta tách được sản phẩm sau:

Hầm than Kho trộn

Mâm trộn Nghiền trộn

Tháp than

Xe rót cân

Bể lắng

cơ giới Dầu cốc dầu cốc Chưng

Vón than Đưa vào than nguyên liệu

Xuất sang gang

Bãi chứa cốc vụn

Đưa vào sản xuất

Dầu náp

ta len Dầu trung gian Dầu tẩy

Dầu nhẹ

Dầu Ăngtraxen

Dầu sạch sản phẩm

Phần nặng của dầu PM+dầu thải

Bã an traxen

Xuất kho

SP nhựa rải đường

Lắng

Dầu phòng mục

Đưa vào than nguyên liệu

Chưng tinh

Náp ta len tinh

Náptalen thăng hoa

Sản phẩm nhập kho

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất của nhà máy Cốc Hóa

Chưn

g

Nơi tiêu thụ khác

Khí cốc sạch

3.1.2.1 Phân xưởng Cốc

a Sơ đồ công nghệ

Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất kèm theo dòng thải của phân xưởng cốc

Các sản phẩm hóa

b Lưu trình công nghệ

Phân xưởng cốc làm nhiệm vụ luyện than thành cốc trong điều kiện không có không khí tham gia Than từ tháp than (điểm kết thúc của phân xưởng than) được lấy vào xe rót Trên xe rót than có 3 phễu rót tương ứng với 3 lỗ nạp than của buồng than hóa Xe rót chạy trên mặt lò cốc để nạp than vào buồng than hóa Lượng than nạp vào mỗi buồng than hóa là 7,6 tấn Nhiên liệu dùng cho buồng đốt là khí cốc Không khí cấp cho quá trình cháy trong buồng đốt được đốt nóng ở buồng tích nhiệt (buồng tích nhiệt nằm ở dưới buồng đốt), lưu lượng không khí phụ thuộc độ mở của gió và sức hút đường khói Khi nhiệt độ của trung tâm bánh cốc đạt 950 - 1050oC thì hai cửa lò của buồng than hóa được mở ra, sau đó cốc được tống ra khỏi buồng than hóa bằng một thiết bị chuyên dụng gọi là cần tống Cần tống đặt trên xe tống Cốc tống ra được hứng vào xe chuyên dụng gọi là xe dập cốc, sau đó xe dập cốc nóng đỏ chạy vào tháp dập bằng nước, nước để dập cốc là nước thải đã qua xử lý bằng vi sinh vật Thời gian tống cốc và xe dập di chuyển đến tháp dập cốc bình quân 30 - 40 giây/buồng Nước trong bể được hệ thống bơm lên dàn phun để dập cốc được nhanh và đều Nước khi phun vào cốc nóng đỏ 1 phần chuyển thành hơi bay lên qua một số chụp hút xả ra ngoài môi trường, phần nước thải sau dập cốc được chảy vào hệ thống xử lý nước thải chứa phenol

Sau khi dập xong, cốc đang nóng được đổ xuống bến cốc làm nguội tự nhiên Khi cốc nguội người ta vận chuyển cốc theo băng tải lên lầu sàng Đầu tiên, cốc qua

hệ thống sàng 15 x 15 để tách cốc vụn có kích cỡ 0 -15 mm, dòng cốc tiếp tục qua lầu sàng 60 x 60 để tách tiếp cốc cỡ hạt từ 15- 60 mm Lượng cốc còn lại vào kho riêng Tùy từng mục đích sử dụng khác nhau người ta vận chuyển cốc đến các nơi tiêu dùng trong Công ty

Trong quá trình nhiệt phân than làm đứt các liên kết C - C tạo ra hơi và khí đơn giản như: CO2, H2O, CH4, CmHn, H2, NH3, HCN, …Hơi và khí này được hút ra khỏi buồng than hóa bằng quạt hút khí than thông qua ống hút thượng thăng, ống cong, ống cầu và ống tập khí, khí than được làm lạnh trực tiếp bằng nước NH3 hạ nhiệt độ khí than từ 700oC xuống còn 85 - 95oC Sau đó khí than và dầu cốc, hơi nước được đưa đi xử lý ở bên phân xưởng hóa [15]

3.1.2.2 Phân xưởng Hóa

a Sơ đồ công nghệ

Dầu tẩy Dầu trung gian

Nước ngưng

Vị trí lẫy mẫu nước thải

Nước ngưng

Vị trí lẫy mẫu nước thải

Vón than

Làm lạnh gián tiếp

Nước

Nước Thải

Quạt hút

Thiết bị khử mùi

Khí than sạch

Gia nhiệt

Thùng lắng

Thiết bị trao đổi nhiệt

Chưng

Phân ly khí lỏng

Nước thải

Nước thải

Không khí

Khí thải, nhiệt qua ống khói

Bi tum, nhựa đường

Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất kèm theo dòng thải của phân xưởng hóa