Nghiên cứu nhằm đưa ra phương án và quy trình xử lý sinh học góp phần làm giảm mức độ độc hại của chất thải, đồng thời tạo ra lượng chất thải không gây ô nhiễm môi trường theo tiêu chuẩn xả thải (QCVN 01: 2008) cho nước thải đạt loại B và TCVN 6584-2001.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H 130 NỘI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỂ USAB XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO NH MÁY CHẾ BIẾN MỦ MỦ CAO SU Nguyễn Xuân Trinh1, Nguyễn Vân Anh Trường Đại học Thủ đô Hà Nội Tóm tắt tắt: Cơng nghiệp chế biến cao su ngành công nghiệp đem lại nguồn thu lớn cho ngân sách quốc gia, nhiên q trình sản xuất nhà máy, tạo nhiều chất thải độc hại (khí độc, nước thải, chất rắn…) tác động xấu đến môi trường ảnh hưởng lớn tới sức khỏe, đời sống sinh hoạt người dân Nghiên cứu nhằm đưa phương án quy trình xử lý sinh học góp phần làm giảm mức độ độc hại chất thải, đồng thời tạo lượng chất thải không gây ô nhiễm môi trường theo tiêu chuẩn xả thải (QCVN 01: 2008) cho nước thải đạt loại B TCVN 6584-2001 Từ khóa: khóa Xử lý; sinh học, nước thải, cao su, chế biến ĐẶT VẤN ĐỀ Ở nước ta ngành công nghiệp chế biến mủ cao su ngành công nghiệp hàng đầu có tiềm phát triển vơ lớn… Hiện nay, để chế biến hết lượng số mủ cao su thu hoạch nâng cấp xây dựng nhiều tỉnh nước, chủ yếu tập trung tỉnh Đơng Nam Bộ Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước Những năm gần đây, cao su trở thành mặt hàng xuất chiến lược mang lại hàng trăm triệu USD cho đất nước, giải công ăn việc làm cho hàng ngàn công nhân làm việc nhà máy hàng trăm ngàn công nhân làm việc nông trường cao su Tuy nhiên tăng trưởng kinh tế điều kiện cần không bền vững không kết hợp yếu tố môi trường – xã hội Ước tính hàng năm ngành chế biến mủ cao su thải khoảng triệu m3 nước thải Lượng nước thải có nồng độ chất hữu dễ bị phân hủy cao acetic, đường, protein, chất béo… Hàm lượng COD đạt đến 2.500 – 35.000 mg/l, BOD từ 1.500 – 12.000 mg/l xả nguồn tiếp nhận mà chưa xử lý hoàn toàn ảnh hưởng trầm trọng đến thủy sinh vật nước Ngồi vấn đề mùi phát sinh chất hữu bị phân hủy kỵ khí tạo thành mercaptan H2S tác động mạnh tới mơi trường khơng khí khu vực xung quanh gây nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh Nhận ngày 12.3.2017; chỉnh sửa, gửi phản biện duyệt đăng ngày 20.3.2017 Liên hệ tác giả: Nguyễn Xuân Trinh; Email: nxtrinh@daihocthudo.edu.vn TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 14/2017 131 hưởng khơng nhỏ tới sức khỏe, đời sống sinh hoạt người dân Xuất phát từ vấn đề cấp bách đó, tiến hành nghiên cứu đánh giá đưa phương án khả thi cho việc xử lý lượng nước thải chế biến mủ cao su nhà máy sản xuất đạt tiêu chuẩn xả thải (QCVN 01: 2008) cho nước thải đạt loại B TCVN 6584-2001 Đây vấn đề cấp bách Đảng, Nhà nước cấp quyền địa phương quan tâm THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG ÁN NGHIÊN CỨU 2.1 Đánh giá thành phần nước thải mủ cao su 2.1.1 Thành phần tính chất nước thải chế biến mủ cao su Bảng 2.1: Thành phần hóa học nước thải chế biến cao su (mg/l) Chỉ tiêu Khối từ mủ đông (mg/l) N hữu 8,1 NH3 – N 40,6 NO3 –N Vết NO2 – N KPHN PO4 – P 12,3 Al Vết SO4 2- 10,3 Ca 4,1 Cu Vết Fe 2,3 K 48 Mg 8,8 Mn Vết Zn KPHN Nhận xét kết trên: Hai thành phần quan trọng ảnh hưởng đến hiệu xử ký: hàm lượng muối SO42-và Ca2+ Khi hàm lượng thành phần cao giảm hiệu xử lý Nguyên nhân: − Trong nước thải cao su, qua giai đoạn phân hủy kỵ khí: SO42- →H2SO3 + H2S − Trong giai đoạn hiếu khí, để oxy hóa phân tử SO32- thành SO42- cần phân tử oxy Điều giảm hiệu xử lý bể sinh học hiếu khí TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H 132 NỘI − Hàm lượng muối hòa tan Ca2+ cao, tạo thành lớp màng chắn không cho vận chuyển chất dinh dưỡng đến tế bào vi sinh vật 2.1.2 Đánh giá mức độ ô nhiễm nhà máy chế biến cao su Hiện nay, trạng ô nhiễm môi trường nhà máy sơ chế cao su vấn đề bách cần giải kịp thời − Nước thải sơ chế cao su, sau thời gian tồn trữ vào khoảng – ngày, xảy tượng phân hủy, oxy hố ảnh hưởng xấu đến mơi trường − Nước thải nguồn gây ô nhiễm trầm trọng nguồn nước màu, nước đục, đen ngôm, ván lợn cợn, bốc mùi hôi thối nồng đặc − Hàm lượng chất hữu cao, tiêu huỷ dưỡng khí cho trình tự huỷ, thêm vào cao su đơng tụ ván lên bề mặt ngăn cản oxy hoà tan dẫn đến hàm lượng DO bé, làm chết thuỷ sinh vật, hạn chế phát triển thực vật, vị trí nước tù độ nhiễm bẩn biểu rõ rệt − Tại nguồn tiếp nhận nước thải, q trình lên men yếm khí sinh mùi lan toả khắp vùng, gây khó thở, mêt mỏi cho dân cư, nước nguồn bị nhiễm bẩn sử dụng cho sinh hoạt 2.2 Phương pháp Sinh học xử lý nước thải − Hoàn thiện thiết kế vận hành bể USAB − Tính tốn xử lý theo phương pháp sinh học KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần nước thải đầu vào Lưu lượng nước thải cần xử lý 1500m3/ngày đêm Nước thải sau xử lý phải đạt theo QCVN 01:2008 nước thải công nghiệp để thải môi trường Bảng 3.1: Thành phần nước thải đầu vào Thông số Đầu vào Đơn vị QCVN 01:2008 Lưu lượng trung bình (Qtb) 1500 m /ngày đêm - Tổng rắn lơ lửng (SS) 1600 mg/l 100 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) 7000 mg/l 50 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 10000 mg/l 80 Nồng độ Nitơ tổng (Ntổng) 160 mg/l 30 Nồng độ Photpho tổng (Ptổng) 90 mg/l pH 5,6 - 6–9 TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 14/2017 133 3.2 Sơ đồ công nghệ Chú thích: NƯỚC THẢI Nước thải Song chắn rác Rác Vận chuyển Rác Bể chứa mủ thu hồi Bể thu gom Bùn Khí Bể khuấy trộn Bể tách mủ Nước bùn tuần hồn Bể keo tụ tạo bơng Bể lắng Bùn thải Máy thu khí methan Bể UASB Bùn tuần hồn Máy thổi khí Bể Aerotank Bể chứa bùn Bể lắng Bể nén bùn Hồ tùy nghi Hồ hồn thiện MƠI TRƯỜNG Máy ép bùn TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H 134 NỘI 3.3 Thuyết minh dây chuyền cơng nghệ Nước thải q trình sản xuất nhà máy thu gom qua hệ thống mương thu gom có đặt song chắn rác dẫn đến bể thu gom để tránh làm hư hại bơm cơng trình phía sau… Tại nước thải bơm lên bể tách mủ, nước thải nhà máy chế biến cao su có hàm lượng mủ cao su lớn trước tiên cần cho qua bể gạn mủ đến bể gom để loại bỏ phần mủ cao su chất dạng lơ lửng Do thời gian lưu nước thải bể tách mủ dài nên có khả điều hịa nồng độ chất nhiễm có nước thải (thay cho bể điều hịa), bể nồng độ chất rắn lơ lửng giảm nhiều Nước thải đưa qua bể keo tụ - tạo bơng, mục tiêu q trình keo tụ đưa hoá chất vào trạng thái phân tán mối trường nước phản ứng xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp xúc tốt chúng với phần tử tham gia phản ứng Việc thực cách khuấy trộn để tạo dòng chảy rối nước Các cặn lơ lửng gắn kết với nhau, nước thải đưa qua bể lắng ngang bùn đưa bể nén bùn Tiếp sau nước thải tiếp tục bơm qua bể kị khí (bể UASB) Tại bể UASB, trình phân huỷ chất hữu xảy nhờ hệ vi sinh vật kị khí Do đó, nồng độ BOD chứa nước thải giảm xuống, nhằm tạo điều kiện cho bể Aerotank hoạt động hiệu Ở bể sinh khí mêtan thu lại máy thu khí Nước thải từ bể UASB tự chảy vào bể xử lý sinh học hiếu khí (bể Aerotank) Tại nước thải bổ sung thêm lượng bùn vi sinh tuần hoàn từ bể lắng 2, nước thải xảy tượng phân hủy chất hữu vi sinh vật hiếu khí Đồng thời lượng khơng khí cấp vào bể thơng qua hệ thống phân phối khí đặt đáy bể, nhằm tăng hiệu xử lý 3.4 Hoàn thiện thiết kế vận hành bể USAB 3.4.1 Chức Là cơng trình xử lý sinh học bước đầu hệ thống xử lý nước thải, tác nhân gây nhiễm phân hủy vi sinh vật điều kiện kị khí Sự chuyển hóa sinh học xảy theo hướng sau: − Chuyển hóa chất hữu thành khí sinh học sản phẩm hữu đơn giản khác − Giảm phần N,P vi sinh vật sử dụng để xây dựng tế bào 3.4.2 Phễu thu khí cặn Vách nghiêng 450 - 600, chọn 600 Chiều cao phễu thu khí 1,5 – m, chọn 1,5 m TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 14/2017 135 Đáy phễu thu khí có chiều dài cạnh đơn nguyên m, chiều rộng chọn m Vậy phần diện tích bề mặt khe hở phễu thu khí là: Akhi A Trong đó: = A − Ap A = × − (2 × × 2) × 100 = 20% 5× A: diện tích bề mặt Akhí: diện tích khe hở phễu thu khí Ap: diện tích đáy phễu thu khí Akhí/A: theo tiêu chuẩn từ 15 – 20% Đoạn nhơ hướng dịng có chắn dịng khí đặt theo hình chữ U, bên đặt tấm, đặt song song nghiêng góc 600 Các có khe hở chiếm 15 – 20% diện tích bể Fkhe = 0,15 × F= 0,15×104,2=15,63 (m2) Trong ngăn có khe: Fkhe = 15, 63 = 3,9 (m2) Khoảng cách khe: L= Fkhe 3, = = 0,98(m) 4 Diện tích chụp thu khí: Fchụp= F – Fkhe = 15,63 – 3,9 = 11,79 m2 Chọn Fchụp=12 m2 Kích thước chụp thu khí: 3,5×3,5 Chiều cao thiết bị thu khí: HG = Fchup × tg 60 = 3, = 1m 3.4.3 Lượng bùn nuôi cấy, bùn dư sinh khối hình thành ngày Tính lượng bùn ni cấy ban đầu cho vào bể: Mb= Css × vr Css × vr = TSS TSS Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn bể phân hủy kỵ khí từ q trình xử lý nước thải sinh hoạt cho vào bể với hàm lượng 30 kgSS/m3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H 136 NỘI Thể tích ngăn phản ứng bể UASB là: Vr = Q × Co 1500 × 3519, 75 = = 660m3 LCOD ×1000 Lượng bùn phân hủy kỵ khí cho vào ban đầu TS = 5% Lượng bùn nuôi cấy Mb = Trong đó: Css × vr 30 × 660 = = 396000kg = 396 (tấn) 0, 05 TS Css: hỗn hợp bùn bể Vr: thể tích ngăn phản ứng TS: hàm lượng chất rắn bùn nuôi cấy ban đầu 3.4.4 Hàm lượng BOD, COD sau xử lý kỵ khí BODra = (1 - EBOD) × BODv = (1- 0,75)×2463,35 = 615,83 mg/l Lượng bùn sinh bể 0,05 – 0,1 gVSS/COD loại bỏ Vậy khối lượng bùn sinh khối hình thành ngày: Mbùn = 0, 05 × Q × (CODv − CODr ) 0, 05 ×1500 × (3519, 75 − 600) = = 162,1 kgVS/ngày + (0, 015 × 90) ×1000 + (0, 015 × 90) ×1000 Khối lượng bùn sinh ngày là: Mbùn = 162,1 kgVSS/ngày 1m3 bùn tương đương 260 kgSS Vậy lưu lượng bùn sinh ngày vbùn = M bun ρ = 162,1 = 0, 623 m3/ngày 260 Lượng bùn sinh tháng: 0,623 × 30 = 18,69 m3/tháng Chiều cao bùn tháng: Hbùn = vbun F = 18, 69 = 0, 2m 104, Chọn thời gian xả bùn tháng xả lần Vậy thể tích bùn cần xả 18,69 m3 Chọn thời gian xả bùn 45 phút Vậy lưu lượng xả là: Qbùn = 18, 69 = 93, 45m3 / h = 0,026m3/s 0, Bố trí ống thu bùn, vận tốc bùn ống 0,5m/s Diện tích ống xả cặn: Fbùn = Qbun 0, 026 = = 0, 017 m × vong × 0,5 TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 14/2017 137 Đường kính ống thu bùn: Dbùn = × Fbun × 0, 017 = = 0, 04m π × vong 3,14 × 0, Chọn ống PVC có đường kính 40 mm Lượng chất rắn từ bùn dư: MSS= Vbùn×30 = 0,623×30=18,69 kgSS/ngày Hàm lượng SS qua UASB giảm 75% → SSra = 122,6×(1-0,25) = 91,95 mg/l 3.4.5 Tính tốn lượng khí COD mol CH4: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 1mol 2×32gO2 hay 64gO2/mol CH4 Ở đktc (O C, atm) thể tích mol CH4 22,4 lít → 22,4 l/64gCOD = 0,35 l/gCOD Ở điều kiện (300, atm) thể tích mol CH4 là: V= Trong đó: nRT ρ = 1× 0, 082057 × 303 = 25l n = mol R = 0,082057 atm l.g/mol 0K T = 273 + 30 = 303 0K ρ = 1atm → Vậy điều kiện (300,1atm) thể tích mol CH4 0,3906 l/gCOD Vận tốc khí ống từ 10 – 15 m/s Ta chọn 10 m/s Vậy đường kính ống dẫn khí là: Dkhí = × Qkhi ×1460 = = 0, 046m 24 × 3600 × π × vkhi 24 × 3600 × 3,14 ×10 Đường kính ống HDPE có đường kính 46 mm để thu khí Lượng khí CH4 sinh khoảng 0,35 m3/kgCOD loại bỏ VCH = 0, 35 × (CODv − CODr ) ×1000 ×10−3 = 0,35 × (3519, 75 − 600) × 1000 × 10−3 = 1022 m3/ngày Lượng khí sinh loại bỏ kg COD 0.5 m3 Vkhí = 0, × (CODv − CODr ) ×10−3 ×1000 = 0, × (3519, 75 − 600) × 1000 × 10−3 = 1460 m3/ngày TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H 138 NỘI KẾT LUẬN Nước thải chế biến mủ cao su loại nước thải có nồng độ chất ô nhiễm cao thuộc loại bậc nước thải cơng nghiệp Do u cầu cơng nghệ có khả xử lý đến giới hạn cho phép phải đáp ứng yêu cầu chi phí bình qn thấp, cộng với chi phí quản lý vận hành không cao điều dễ dàng thực Hệ thống xử lý đề xuất với trình học (bể lắng cát, bể điều hịa thổi khí nén ), q trình sinh học kị khí (sử dụng bể UASB) xử lý triệt để hệ thống hồ tùy nghi, đáp ứng yêu cầu đặt TÀI LIỆU THAM KHẢO Báo cáo môi trường Quốc gia, (2009), Môi trường Khu Công nghiệp Việt Nam, Bộ Tài nguyên Môi trường Trịnh Xuân Lai, Đồng Minh Thu (1998), Xử lý nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trịnh Xuân Lai (1988), Cấp nước xử lý nước, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trịnh Xn Lai (2000), Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, Nxb Xây Dựng, Hà Nội Trần Hiếu Nhuệ (1988), Thoát nước xử lý nước thải xí nghiệp cơng nghiệp, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Xuân Nguyên (2003), Nước thải công nghệ xử lý nước thải, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội S.C Bhatia Enviromental Polution and control in Chemical process Industries Rodionov А.I., КLushin V.N., Sister V.G (2007), Quy trình cơng nghệ bảo vệ môi trường, Nxb Каlugа Кolesnhikov V.А., Ilin V.I, (2004), Xử lý nước thải công nghiệp phương pháp sinh học hóa, Giáo trình giảng dạy, Đại học Cơng nghệ Hóa học Mendeleev, Moscow DESIGNING THE USAB WASTEWATER TREATMENT SYSTEM FOR RUBBER PROCESSING FACTORY Abstract: Abstract The rubber processing industry has been a major source of revenue to the national budget However, it is considered that there are large amount of toxic waste (toxic gas, water solids, so on) which generated in the manufacturing process negative affect to the environment and strongly impact to people's health and ecosystem This paper proposed the bio-treatment system method and process that contributes to the reduction of the toxic level of rubber processing wastewater and reached the standard (QCVN 01 for wastewater category B and TCVN 6584-2001) Keywords: Keywords Treatment, biology, wastewater, rubber, processing ... bách đó, tiến hành nghiên cứu đánh giá đưa phương án khả thi cho việc xử lý lượng nước thải chế biến mủ cao su nhà máy sản xuất đạt tiêu chuẩn xả thải (QCVN 01: 2008) cho nước thải đạt loại B TCVN... bách Đảng, Nhà nước cấp quyền địa phương quan tâm THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG ÁN NGHIÊN CỨU 2.1 Đánh giá thành phần nước thải mủ cao su 2.1.1 Thành phần tính chất nước thải chế biến mủ cao su Bảng 2.1:... 2.1.2 Đánh giá mức độ ô nhiễm nhà máy chế biến cao su Hiện nay, trạng ô nhiễm môi trường nhà máy sơ chế cao su vấn đề bách cần giải kịp thời − Nước thải sơ chế cao su, sau thời gian tồn trữ vào