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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Nguyễn Anh Đức ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC 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 TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Nguyễn Anh Đức ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY CỐC HÓA - CÔNG TY CỔ PHẦN GANG THÉP THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN KIỀU BĂNG TÂM Hà Nội - 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 11 1.1 Khái quát chung than cốc 11 1.1.1 Than cốc 11 1.1.2 Các tính chất 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 than cốc 13 1.2 Tổng quan nƣớc thải luyện than cốc biện pháp xử lý nƣớc thải luyện than cốc 13 1.2.1 Đặc trưng nước thải luyện than cốc 13 1.2.2 Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol nhà máy luyện cốc 16 1.2.3 Một số hệ thống xử lý nước thải chứa phenol sử dụng giới .20 1.2.4 Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol sử dụng VN 22 1.2.5 Phương pháp xử lý nước thải Nhà máy cốc hoá Thái Nguyên 25 1.2.5.1 Nguyên tắc xử lý 25 1.2.5.2 Lưu trình cơng nghệ .25 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Đối tƣợng 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 thời gian tiến hành 27 2.2 Nội dung nghiên cứu .27 2.3 Phƣơng 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 bảo quản mẫu 28 2.3.3 Các 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 Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 30 3.1 Mô tả quy trình cơng nghệ sản xuất nhà máy Cốc hố 30 3.1.1 Loại hình sản xuât 30 3.1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất 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 nƣớc thải nhà máy Cốc hoá 37 3.2.1 Nguồn gốc thành phần nước thải 37 3.2.1.1 Nguồn phát sinh nước thải chứa phenol .37 3.2.1.2 Thành phần nước thải 37 3.2.2 Mô tả sơ hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá 38 3.2.2.1 Các hạng mục cơng 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 Nhà máy Cốc hóa .42 3.3.1 Khối xử lý học (xử lý vật lý) 42 3.3.1.1 Hiện trạng cơng trình đơn vị khối xử lý học 42 3.3.1.2 Đánh giá khả xử lý 44 3.3.2 Khối xử lý sinh học 45 3.3.2.1 Hiện trạng cơng trình đơn vị khối xử lý sinh học 45 3.3.2.2 Đánh giá khả xử lý 46 3.3.3 Khối xử lý lắng bậc kết hợp keo tụ xử lý bùn 48 3.3.3.1 Hiện trạng cơng trình đơn vị khối xử lý bậc .48 3.3.3.2 Đánh giá khả xử lý 49 3.4 Đề xuất phƣơng án nâng cao hiệu xử lý nƣớc thải nhà máy Cốc hố - Cơng 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 đề xuất 53 3.4.2 Đề xuất phương án thiết kế bổ sung cơng trình đơn vị 56 3.4.2.1 Khối xử lý 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 kết hợp keo tụ 63 3.4.2.5 xử lý bùn, cặn lắng (bể chứa bùn loãng thiết bị ép bùn) .64 3.4.3 Phương án nâng cao hiệu xử lý 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 NƢỚC NGOÀI 70 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tiêu chuẩn nƣớc thải sau xử lý trạm xử lý phenol - xyanua 17 Bảng 3.1 Kết phân tích nƣớc thải trƣớc và sau qua khối xử lý 36 học Bảng 3.2 Kết phân tích nƣớc thải trƣớc và sau qua xử lý bể 39 Aeroten Bảng 3.3 Kết phân tích nƣớc thải sau qua xử lý sinh học và sau xử 41 lý lắng keo tụ bậc kết hợp keo tụ Bảng 3.4 Hiệu suất hệ thống xử lý nƣớc thải chứa phenol Nhà máy 42 cốc hóa Bảng 3.5 Lựa chọn thông số đầu vào lấy theo cơng trình tƣơng tự 48 Bảng 3.6 Bảng thơng số đầu vào yêu cầu chất lƣợng nƣớc đầu bể Oxi 51 hóa bậc cao Bảng 3.7 Bảng thơng số đầu vào yêu cầu chất lƣợng nƣớc đầu bể xục khí 52 xử lý Amoni Bảng 3.8 Bảng thơng số đầu vào yêu cầu chất lƣợng nƣớc đầu bể 53 Aeroten Bảng 3.9 Bảng thông số đầu vào yêu cầu chất lƣợng nƣớc đầu bể keo tụ 55 lắng Bảng 3.10 Bảng tổng hợp yêu cầu sử dụng dung tích bể 56 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ mô tả hệ thống hai pha 13 Hình 3.1 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất nhà máy Cốc Hóa 24 Hình 3.2 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất kèm theo dòng thải phân xƣởng cốc 25 Hình 3.3 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất kèm theo dịng thải phân xƣởng hóa 27 Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải chứa phenol nhà máy Cốc hóa 31 Hình 3.5 Bể điều hịa nhà Máy 35 Hình 3.6 Bể lắng cặn, tách dầu mỡ Nhà máy 35 Hình 3.7 Bể Aeroten nhà Máy 38 Hình 3.8 Bể lắng bậc hai nhà máy 40 Hình 3.9 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nƣớc 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 hố học CH1: Hóa chất định lƣợng cho bể điều chỉnh pH CH2: Hóa chất định lƣợng cho bể oxy hóa bậc cao HC3: Hóa chất định lƣợng cho bể Aeroten HC4: Hóa chất định lƣợng cho bể lắng keo tụ bậc DO: Oxy hoà tan EPA: Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ OXH: Oxy hóa TCCP: Tiêu chuẩn cho phép QCVN: Quy chuẩn Việt Nam UASB: Bể xử lý sinh học dòng chảy ngƣợc VSV: Vi sinh vật MỞ ĐẦU Việt Nam đƣờng phát triển và hội nhập, phát triển kinh tế xã hội diễn mạnh mẽ, mang lại nhiều lợi ích cho kinh tế và nâng cao đời sống cho ngƣời dân Tuy nhiên, ngoài lợi ích kinh tế - xã hợi đạt đƣợc tình trạng nhiễm mơi trƣờng mặt trái hoạt động gây mức báo đợng Mơi trƣờng nói chung và mơi trƣờng nƣớc nói riêng bị nhiễm trầm trọng, đe doạ tới sức khỏe và chất lƣợng cuộc sống ngƣời dân nhiều địa phƣơng Thái Nguyên là mợt tỉnh trung du miền núi phía Bắc có tiềm phát triển kinh tế mạnh mẽ, việc hình thành và phát triển khu cơng nghiệp, cụm công nghiệp trở thành một mạnh kinh tế khu vực phía Bắc nhƣ: khu cơng nghiệp Sông Công, cụm công nghiệp Điềm Thụy, khu công nghiệp Lƣu Xá Gang thép Thái Nguyên,… Nhƣng đời và hoạt đợng nhiều nhà máy xí nghiệp khu vực làm cho môi trƣờng ngày càng trở lên xấu và nhiều vùng bị ô nhiễm trầm trọng Nhà máy Cốc hố tḥc Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên - phƣờng Cam Giá, thành phố Thái Nguyên đƣợc Trung Quốc viện trợ giúp đỡ thiết kế và xây dựng vào năm đầu thập niên 60, là mợt Nhà máy góp phần khơng nhỏ tiến trình phát triển kinh tế xã hội tỉnh, tạo công ăn việc làm cho ngƣời dân địa phƣơng Nhà máy Cốc hoá là doanh nghiệp sản xuất cốc luyện kim, chất lƣợng sản phẩm theo Tiêu chuẩn Quản lý chất lƣợng Quốc tế ISO 9001:2000 Nhiệm vụ nhà máy là tiếp nhận, bảo quản, phối liệu than mỡ sản xuất cốc để cung cấp cho q trình sản xuất gang lị cao Cơng ty Ngoài ra, nhà máy cịn có mợt hệ thống hoàn chỉnh công nghệ và thiết bị thu hồi, chế biến sản phẩm hoá học q trình tinh luyện cốc, tạo thành hàng hố cung cấp cho kinh tế quốc dân nhƣ: khí cốc sạch, dầu phòng mục, Naptalen tạp, Naptalen tinh, nhựa đƣờng và sản xuất thép cán nóng… Tuy nhiên, trọng phát triển kinh tế một khoảng thời gian dài Nhà máy và gây ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng khu vực Nhà máy không nằm ngoài danh sách đơn vị gây ô nhiễm môi trƣờng địa bàn tỉnh Thái Nguyên Đặc thù nhiễm Nhà máy Cốc hóa là nƣớc thải và khí, bụi thải phát sinh từ cơng đoạn sản xuất Trong đó, đặc biệt là nƣớc thải chứa phenol nhà máy Nƣớc thải chứa phenol Nhà máy phát sinh từ công đoạn dập cốc, chƣng cất dầu cốc, khu vực kho hoá chất, thiết bị chứa dầu, trình làm mát thiết bị, nƣớc làm lạnh khí cốc, nƣớc từ hệ thống lọc bụi Cyclon, Nƣớc thải phenol có chứa hàm lƣợng lớn chất độc tố cao Nguồn nƣớc này phát sinh khoảng 40 - 45 m3/ngày, đạt cơng suất theo thiết kế lên đến 70 m3/ngày đêm, lƣợng nƣớc này dao động phụ thuộc vào sản lƣợng cốc nhà máy Toàn bộ lƣợng nƣớc thải chứa phenol đƣợc đƣa vào hệ thống xử lý nƣớc thải cũ xây dựng năm 1997 - 1998 Khi nƣớc thải chứa phenol chƣa đƣợc xử lý đảm bảo tiêu chuẩn chứa hàm lƣợng lớn phenol và hợp chất hữu khác, việc sử dụng làm nƣớc dập cốc làm gia tăng nguy gây ô nhiễm môi trƣờng toàn bộ lƣợng khí thải phát sinh lớn q trình dập cốc khơng đƣợc thu gom xử lý triệt để Vì vậy, việc đánh giá và đƣa phƣơng án nâng cao hiệu hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy Cốc hóa là vấn đề đáng đƣợc quan tâm nhằm góp phần khắc phục mợt cách tối ƣu việc xử lý nƣớc thải nhằm đáp ứng hiệu sản xuất nhƣ đảm bảo chất lƣợng xả thải nhà máy Xuất phát từ vấn đề trên, tiến hành thực đề tài" Đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao hiệu hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hố Cơng ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên" với nội dung nghiên cứu bao gồm mô tả quy trình sản xuất nhà máy Cốc hóa, mô tả hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy Cốc hố - Cơng ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên, đánh giá hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy Cốc hoá và đề xuất biện pháp nhằm nâng cao hiệu xử lý nƣớc thải nhà máy Cốc hố - Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên Nhằm đạt đƣợc mục đích đánh giá đƣợc hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy Cốc hoá và đƣa phƣơng án nâng cao hiệu hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy Cốc hóa - Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên 10 đƣợc bổ sung chất keo tụ trợ lắng (HC4) sau nƣớc thải sau xử lý đƣa đến bể chứa nƣớc dập cốc Rác thu gom đƣợc song chắn rác xử lý đảm bảo vệ sinh theo nội quy nhà máy f Xử lý bùn, cặn lắng Cặn lắng từ bể lắng cặn tách dầu mỡ và bùn lắng từ bể lắng cấp đƣa vào xử lý bùn cặn để giảm thể tích sau đƣợc xử lý theo quy định Nƣớc sinh sau trình lọc ép bùn đƣợc dẫn trở lại bể thu gom bơm chuyển bậc 3.4.2 Đề xuất phương án thiết kế bổ sung cơng trình đơn vị Do phƣơng án đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải chứa phenol Nhà máy Cốc hóa đƣợc đƣa dựa hệ thống xử lý nƣớc thải cũ nên một số bể xử lý cũ đƣợc giữ nguyên nhƣ thiết kế ban đầu Căn theo kết đánh giá hiệu xử lý nƣớc thải qua khối xử lý phần trên, phƣơng án nhằm nâng cao hiệu khối xử lý đƣợc đề xuất nhƣ sau: 3.4.2.1 Khối xử lý học Bảng 3.5 Lựa chọn thông số đầu vào lấy theo cơng trình tương tự Thơng số STT Lƣu lƣợng (Q) pH COD TSS NH4-N Phenol CNDầu mỡ Đơn vị Đầu vào m3/ng.đ (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 70 6,5 - 8,5 2250 500 950 1000 150 - 175 950 a Bể chứa điều hịa - Thể tích bể điều hịa lƣu lƣợng: Với lƣu lƣợng nƣớc thải phát sinh tối đa theo thiết kế đạt trung bình 70 m3/ngày đêm, Thể tích bể điều hịa lƣu lƣợng: V = Q.t = 70 x 20/24 = 58,3 m3 Trong đó: Q là lƣu lƣợng nƣớc Q= 70 m3/ng.đ 56 t là thời gian lƣu t =20h; Lựa chọn chiều cao an toàn bể 0,5m đảm bảo mực nƣớc thải không tràn bể; Tổng thể tích bể: 60 m3 Nhƣ vậy, bể chứa điều hịa cũ chƣa đảm bảo thể tích chứa và điều hòa với lƣu lƣợng Q = 70 m3/ngày Do đề xuất tăng kích thƣớc thiết kế bể: + Kích thƣớc bể: Dài x Rợng x Cao =6 m x 3,2 m x 3,2 m; b Giải pháp nâng cao hiệu xử lý dầu mỡ, cặn lắng huyền phù * Bể lắng cặn, tách dầu mỡ huyền phù Đề xuất giữ nguyên kích thƣớc thiết kế bể lắng tách dầu mỡ + Kích thƣớc bể: Dài x Rộng x Cao=3,6m x 2,6m x 2,8m + Tổng thể tích: 26,2 m3 Bể lắng tách dầu mỡ có vai trị đặc biệt quan trọng việc lắng tách dầu mỡ và huyền phù khối xử lý học Theo kết đánh giá hiệu xử lý khối học phần cho thấy, nƣớc thải chứa phenol sau qua khối xử lý học, hàm lƣợng dầu mỡ chƣa đƣợc xử lý hiệu (92,58%, giá trị giảm từ 259,5 mg/l xuống 18,75mg/l), nhiên yêu cầu kỹ thuật nƣớc thải đầu vào bể Aeroten thông số dầu mỡ cần