4. Phƣơng pháp nghiên cứu
3.3.1. Lựa chọn hệ thống xử lý
a. Căn cứ lựa chọn hệ thống xử lý
Theo đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng do nƣớc thải chế biến mủ cao su cho thấy; nƣớc thải tại các cơ sở chế biến mủ cao su trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa sau khi qua hệ thống xử lý hiện có có pH thấp, trong khoảng 5,2 - 6; trong nƣớc thải còn chứa một lƣợng lớn protein hòa tan, axit (dùng trong quá trình đánh đông), và N-NH3 (dùng trong quá trình kháng đông). Hàm lƣợng amoni, COD trong nƣớc thải khá cao. Đây là nguồn gây ô nhiễm nguồn nƣớc mặt, nƣớc ngầm và không khí khu vực nếu không thực hiện giải pháp triệt để.
Sau đây sẽ chọn cơ sở chế biến cao su thuộc Công ty TNHH MTV Thống nhất Thanh Hóa để thiết kế cải tạo hệ thống xử lý nƣớc thải.
Tuy nhiên, hiện trạng nhà máy nhìn chung có diện tích xây dựng hẹp, không còn quỹ đất để mở rộng hay áp dựng các biện pháp xử lý theo công nghệ hồ. Do đó, công nghệ xử lý đƣợc lựa chọn phải đáp ứng các tiêu trí sau:
- Nƣớc thải ra môi trƣờng tiếp nhận phải đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên - QCVN 01:2008/BTNMT (cột B).
- Công nghệ xử lý nƣớc chế biến mủ cao su đƣợc lựa chọn trên cơ sở tiết kiệm, hệ thống đơn giản; tận dụng đƣợc các công trình hiện có của nhà máy.
- Chi phí đầu tƣ; vận hành thử nghiệm thấp;
- Có tính linh động cao, không tốn nhiều diện tích, có tính thẩm mỹ, phù hợp quy mô, cảnh quan và quỹ đất của nông trƣờng.
b. Hiện trạng công trình xử lý nƣớc thải của cơ sở * Về công nghệ áp dụng:
Công ty TNHH MTV Thống nhất Thanh Hóa hiện đang áp dụng công nghệ xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp kỵ khí kết hợp bãi lọc sinh học và hồ tùy nghi (Theo Hình 2.4). Theo sơ đồ công nghệ mô tả tại Hình 2.4, nƣớc thải sản xuất từ các nguồn phát sinh khác nhau trong phân xƣởng chế biến đƣợc thu gom bằng mƣơng hở về bể gạn mủ, nƣớc thải sau đó đƣợc đƣa sang bể kỵ khí, thời gian lƣu nƣớc trong bể là 3,5 ngày. Tại đây các vi sinh vật ở dạng kỵ khí sẽ phân huỷ các chất hữu cơ có trong nƣớc thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản (CO,CH4, H2S, NH3 …). Bùn hoạt tính sinh ra trong bể kỵ khí sẽ đƣợc lắng trong bể lắng. Tếp theo nƣớc thải đƣợc đƣa sang mƣơng lọc sinh học để xử lý thông qua các quá trình sinh học nhƣ: hiếu khí, kỵ khí, quá trình hấp thụ chất dinh dƣỡng của thực vật (trúc, cỏ). Nƣớc thải sau đó đƣợc dẫn sang hồ tuỳ nghi có thả bèo tây trƣớc khi thải vào môi trƣờng tiếp nhận. Bùn thải phát sinh từ các công đoạn xử lý nêu trên định kỳ đƣợc hút về bể nén bùn, bùn nén sau đó có thể đƣợc sử dụng để ƣơm trồng cây cao su.
Hiện nay để tăng tốc độ xử lý vi sinh trong các bể và để khử mùi hôi thối, Công ty có sử dụng chế phẩm sinh học Enchoice Solutions đƣa vào dòng nƣớc thải tại các khâu xử lý. Sử dụng Enchoice Solutions hoà trực tiếp vào dòng nƣớc thải với liều lƣợng khoảng 40ml/ngày; phun khử mùi trong quá trình xử lý nƣớc thải với lƣợng sử dụng khoảng 150ml/ngày.
* Công suất xử lý: Hệ thống xử lý đƣợc xây dựng với công suất 64 m3
/ngày.đêm.
Theo hồ sơ Hoàn công Công trình xử lý nƣớc thải cho cơ sở chế biến mủ cao su thuộc Công ty TNHH MTV Thống nhất Thanh Hóa do Công ty CP Trevinco lập năm 2008. Kích thƣớc và kết cấu công trình hiện có nhƣ sau:
- Hệ thống bể gạn mủ, chứa bùn, bể lắng và yếm khí: Hệ thống bể đƣợc thiết kế theo nguyên lý hợp khối, gồm các ngăn bể riêng biệt với số lƣợng bể và thể tích nhƣ sau:
+ 01 bể gạn mủ, thể tích bể V = 8 m3, kích thƣớc RxDxC = 2x2x2m; + 01 bể chứa bùn, thể tích bể V = 8 m3, kích thƣớc RxDxC = 2x2x2m; + 01 bể lắng, thể tích bể V = 16 m3, kích thƣớc RxDxC = 2x4x2m;
+ Bể yếm khí gồm 14 ngăn; thể tích mỗi ngăn V = 16 m3, kích thƣớc mỗi ngăn RxDxC = 2x4x2m;
- Kết cấu toàn khối bể:
+ Bê tông cấp độ bền chịu nén (mác 200)
+ Lót móng bằng BTCT đá 4x6 mác 100, dày 10cm. + Thành bể xây gạch đặc mác 75#, vữa xi măng mác 50. + Thành bể xây theo quy tắc 3 dọc 1 ngang.
+ Trát thành và đáy bể bằng VXM cát vàng mác 75, dày 25mm.
- Mƣơng lọc sinh học: Chiều dài mƣơng thực tế hiện nay khoảng 65m, đáy mƣơng rộng 2m, thành mƣơng rộng 3m và sâu 1,0m. Thành đƣợc xây bằng đá hộc vữa xi măng mác 75#. Kết cấu đáy từ dƣới lên trên nhƣ sau:
+ Nền đất đằm chặt.
+ Bê tông đá 1x2, VXM 200#, dày 10cm. + Lớp lọc dƣới, đá 6x8, dày 40cm.
+ Lớp lọc trên đá 4x6, dày 40cm. + Đất trồng cây, dày 30cm
- Hồ tuỳ nghi: Thể tích hồ khoảng 1.600 m3, hồ đƣợc xây dựng để ổn định và xử lý dòng nƣớc thải sau khi qua hệ thống xử lý yếm khí và mƣơng lọc sinh học. Kích thƣớc hồ: RxDxC = 40x20x2m
+ Kết cấu đáy hồ: Nền đất đầm K = 0,9;
+ Taluy hồ đắp đất, K = 0,9; Độ dốc mái taluy bằng 1,15.
b. Lựa chọn công nghệ
Công nghệ lựa chọn tập trung giải quyết các vấn đề còn tồn tại sau:
- Tách mủ cao su cuốn theo nƣớc thải đồng thời đuổi amoni bằng phƣơng pháp tuyển nổi áp lực.
- Xử lý triệt để BOD, COD, NH4+ theo công nghệ AAO - Anaerobic (Yếm khí) – Anoxic (Thiếu khí) – Oxic (Hiếu khí). Đây thực chất là quy trình xử lý sinh học liên tục ứng dụng hệ vi sinh Yếm khí (Anaerobic), Thiếu khí (Anoxic), Hiếu khí (Oxic)để xử lý chất thải. Lý thuyết của quá trình xử lý nhƣ sau:
+ Quá trình Yếm khí (Anaerobic): Trong các bể Yếm khí xảy ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan và các chất dạng keo trong nƣớc thải với sự tham gia của hệ vi sinh vật yếm khí. Trong quá trình sinh trƣởng và phát triển, vi sinh vật yếm khí sẽ hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan có trong nƣớc thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành các hợp chất ở dạng khí. Bọt khí sinh ra bám vào các hạt bùn cặn. Các hạt bùn cặn này nổi lên trên làm xáo trộn, gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Hỗn hợp khí sinh ra thƣờng đƣợc gọi là khí sinh học hay biogas, có thành phần nhƣ sau: Methane (CH4): 55 - 65%; Carbon dioxide (CO2): 35 - 45%; Nitrogen (N2): 0 – 3%; Hydrogen (H2): 0 – 1% và Hydrogen Sulphide (H2S): 0 – 1%. Do nhiệt trị của khí sinh học khoảng 4500 – 6000 Kcal/m3 nên lƣợng khí sinh ra từ quá trình yếm khí sẽ đƣợc tận thu cấp cho lò hơi phục vụ sản xuất.
+ Quá trình Thiếu khí (Anoxic): Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và P thông qua quá trình Nitrat hóa, khử Nitrat và
(1) - Quá trình Nitrat hóa: Là quá trình oxy hóa sinh hóa nitơ của các muối amon đầu tiên thành nitrit và sau đó thành nitrat trong điều kiện thích hợp. Vi khuẩn tham gia quá trình nitrat hóa gồm có 2 nhóm: Nhóm vi khuẩn nitrit (Nitrosomonas) sẽ oxy hóa amoniac thành nitrit hoàn thành giai đoạn thứ nhất; nhóm vi khuẩn nitrat (Nitrobacter) sẽ oxy hóa nitrit thành nitrat, hoàn thành giai đoạn thứ hai. Các phản ứng đƣợc biễu thị qua các phƣơng trình sau:
2NH3 + O2 2HNO2 + 2H2O + Q 2HNO2 + O2 2HNO3 + Q
(2) - Quá trình khử nitrat: Là quá trình tách oxy khỏi nitrit, nitrat dƣới tác dụng của các vi khuẩn yếm khí (vi khuẩn khử nitrat điển hình nhƣ Pseudomonas denitrficans, Micrococcus denitrificans…). Oxy đƣợc tách ra từ nitrit và nitrat đƣợc dùng lại để oxy hóa các chất hữu cơ.
C6H12O6 + 4NO3
- 6CO2 + 6H2O + 2N2 + Q
(3) - Quá trình Photphorit hóa: Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ đƣợc hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhƣng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.
+ Quá trình Oxic (Hiếu khí): Đây là bể xử lý sử dụng chủng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất thải. Trong bể này, các vi sinh vật (còn gọi là bùn hoạt tính) tồn tại ở dạng lơ lửng sẽ hấp thụ Oxy và chất hữu cơ (chất ô nhiễm) và sử dụng chất dinh dƣỡng là Nitơ & Photpho để tổng hợp tế bào mới, CO2, H2O và giải phóng năng lƣợng. Ngoài quá trình tổng hợp tế bào mới, tồn tại phản ứng phân hủy nội sinh (Các tế bào vinh sinh vật già sẽ tự phân hủy) làm giảm số lƣợng bùn hoạt tính. Tuy nhiên quá trình tổng hợp tế bào mới vẫn chiếm ƣu thế do trong bể duy trì các điều kiện tối ƣu vì vậy số lƣợng tế
bào mới tạo thành nhiều hơn tế bào bị phân hủy và tạo thành bùn dƣ cần phải đƣợc thải bỏ định kỳ. Các phản ứng chính xảy ra trong bể hiếu khí nhƣ:
Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ:
Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + năng lƣợng Quá trình tổng hợp tế bào mới:
Chất hữu cơ + O2 + NH3 Tế bào vi sinh vật + CO2 + H2O + năng lƣợng Quá trình phân hủy nội sinh:
C5H7O2N + O2 CO2 + H2O + NH3 + Energy
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và công trình xử lý hiện có của Công ty TNHH MTV Thống nhất Thanh Hóa, đề tại áp dụng công nghệ tiền xử lý nƣớc thải cao su bằng phƣơng pháp tuyển nổi, kết hợp công nghệ AAO. Công nghệ lựa chọn đƣợc thể hiện trên hình 3.5.
c. Thuyết minh dây chuyền công nghệ
Nƣớc thải từ khu sản xuất qua song chắn rác đi vào hố thu gom. Tại đây, nƣớc thải đƣợc bơm chìm vận chuyển lên thiết bị tuyển nổi để tách mủ thừa bằng hệ thống gạt bọt tự động. Cao su nổi và bùn chìm từ thiết bị tuyển nổi đƣợc thu về bể gạn bã để tách nƣớc và bã thải. Nƣớc sau thiết bị tuyển nổi đƣợc đƣa vào bể yếm khí gồm nhiều ngăn. Tại bể yếm khí bố trí một bơm bùn tuần hoàn từ ngăn cuối cùng về ngăn đầu tiên của bể yếm khí để tăng quá trình đảo trộn và phân hủy các chất hữu cơ. Nƣớc ra sau bể yếm khí đi vào bể thiếu khí thực hiện quá trình Nitrat hóa, khử Nitrat và Photphoril, đây là quá trình loại bỏ ammoni chính của hệ thống. Sau đó, nƣớc thải đƣợc dẫn vào bể hiếu khí là quá trình oxy hóa triệt để các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học bởi hệ vi sinh vật hiếu khí. Hỗn hợp bùn và nƣớc sau bể hiếu khí đƣợc chảy vào bể lắng để tách bùn và nƣớc. Một phần nƣớc thải sau bể hiếu khí đƣợc bơm tuần hoàn về bể thiếu khí nhằm tăng hiệu suất xử lý chất hữu cơ và khử Nitrat. Nƣớc sau xử lí tiếp tục đƣợc xử lý bằng mƣơng sinh học và hồ tùy nghi hiện có trƣớc khi xả vào môi trƣờng tiếp nhận. Bùn trong bể lắng đƣợc một bơm bùn bơm ngƣợc trở về 2 bể hiếu khí, thiếu khí theo tỷ lệ thích hợp và một phần bùn dƣ đƣợc bơm về bể yếm khí để phân hủy bùn. Việc bơm bùn ngƣợc trở về bể hiếu khí để duy trì nồng độ sinh khối hay nói cách khác là nồng độ vi sinh vật trong hệ thống. Sau quá trình hiếu khí, quá trình nitrat tiếp tục xảy ra, việc tuần hoàn lại bể thiếu khí sẽ làm tăng quá trình khử nitrat, loại bỏ nito trong nƣớc thải.
d. Xác định công suất và hiệu suất xử lý
Hiệu quả xử lý đƣợc xác định trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Hiệu quả xử lý của hệ thống
TT Chỉ tiêu Đơn vị Nƣớc thải đầu vào hệ thống Nƣớc thải sau xử lý QCVN 01:2008/BTNMT C (cột B) Cmax 1 Q m3/ngày 64 64 - -
TT Chỉ tiêu Đơn vị Nƣớc thải đầu vào hệ thống Nƣớc thải sau xử lý QCVN 01:2008/BTNMT 2 pH mg/l 5,7 - 6 6,0 – 9,0 6,0 – 9,0 6,0 – 9,0 3 BOD5 mg/l 2.750 < 4,5 50 49,5 4 COD mg/l 6.550 < 247,5 250 247,5 5 TSS mg/l 850 < 99 100 99 6 TKN mg/l 130 < 4, 95 5 4,95 7 Tổng P mg/l 30 < 6 - - 3.3.2. Tính toán công nghệ (1) - Bể gom
Dùng để thu gom và điều hòa chất lƣợng và lƣu lƣợng nƣớc thải trƣớc khi vào hệ thống xử lý tập trung. Do thời gian hoạt động của xƣởng chế biến mủ không liên tục, sản xuất theo mẻ, thời gian sản xuất mỗi mẻ từ 2 - 3h.
Vì vậy việc tận dụng lại bể gom hiện nay của công trình xử lý là hoàn toàn phù hợp, đảm bảo các tiêu chí đề ra.
- Lƣu lƣợng nƣớc thải vào hệ thống Q = 64 m3/ngày.đêm = 2,7 m3 /h. - Thời gian lƣu nƣớc trong bể: T = V/Q = 8/2,7 3 h.
(2) - Bể tuyển nổi
Do trong nƣớc thải chế biến mủ cao su còn chứa khoảng 0,1% - 1% lƣợng mủ cao su chƣa đông tụ. Đây là chất khó bị phân hủy trong thiên nhiên và gây ra những rắc rối cho quá trình xử lý nƣớc thải nhƣ: đóng vón, gây tắc nghẽn đƣờng ống, kẹt bơm... Do đó để hạn giải quyết vấn đề trên đồng thời nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống, nƣớc thải đƣợc bơm lên bể tuyển nổi để tách các hạt cao su lơ lửng kéo theo nƣớc thải.
Để giải quyết những vƣớng mắc trên, nƣớc thải từ bể gom sẽ đƣợc đƣa qua bể tuyển nổi bằng không khí (sục khí ở áp suất khí quyển) và không có tuần hoàn. Phƣơng pháp tuyển nổi dự trên nguyên tắc các phần tử cao su trong nƣớc thải có khả năng tự lắng kém, nhƣng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nƣớc. Sau đó
bọt khí cùng các phần tử cao su dính bắm đƣợc tách khỏi nƣớc bằng cơ cấu gạt tự động.
* Xác định kích thƣớc bể tuyển nổi
- Áp suất yêu cầu cho côt áp lực (P)
+ Hiệu suất của quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lƣợng bọt khí. Kích thƣớc tối ƣu của chúng nằm trong khoảng 15 m đến 30 m. Để đạt đƣợc điều kiện nhƣ vậy thì nƣớc cần đạt độ bão hòa không khí lớn nhất, hay nói cách khác nƣớc cần chứa một lƣợng lớn không khí [8].
+ Điều kiện tốt nhất để tách các hạt trong quá trình tuyển nổi là khi tỷ số giữa lƣợng pha khí và pha rắn Gk/Gr = 0,03 ÷ 0,1. Đối với quá trình tuyển nổi không có tuần hoàn và trong trƣờng hợp tất cả các dòng nƣớc thải đƣợc bão hòa không khí thì tỷ số Gk/Gr đƣợc xác định nhƣ sau [8]. Gr Gk = 1.3b(f.P -1) Cr Trong đó:
+ Gk/Gr: Tỷ số giữa lƣợng không khí và khối lƣợng hạt rắn, ml không khí/mg chất rắn, chọn tỷ số Gk/Gr = 0,03 ml/mg.
+ f: Độ bão hòa của không khí trong nƣớc ở áp suất P, f = 0,5 ÷ 0,8, chọn f = 0,5. + b: Độ hòa tan của không khí trong nƣớc ở áp suất khí quyển, ml/l. Độ hòa tan của không khí trong nƣớc phụ thuộc vào nhiệt độ của nƣớc, theo [8] thì ở nhiệt độ trung bình t = 27oC, giá trị b = 16,4 ml/l.
+ Cr: Nồng độ chất rắn trong nƣớc thải, mg/l. Theo Bảng 3.1 thì Cr = 850 mg/l. + P: áp suất tuyệt đối, tại đó nƣớc đƣợc bão hòa bằng không khí, at
Nhƣ vậy để đạt hiệu suất tuyển nổi lớn nhất thì áp suất yêu cầu cho côt áp lực tối thiểu đƣợc xác định theo biểu thức sau:
P = 4,4 at.
- Thể tích cột áp lực (V): V = Qxt (m3), Trong đó + Q: Lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 2,7 m3/h.
+ t: Thời gian lƣu nƣớc trong bình áp lực t = 3 - 5 phút [6], chọn t = 5phút.