Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
52
Với hỗn hợp Fe2+/Ca2+ tận thu đến 98,6% photpho của mẫu bùn và 95,3% photpho của mẫu tro. Với tác nhân là Ca2+ ở pH = 10,5 – 11 tận thu được 90,6% photpho của mẫu tro và 92,1% photpho của mẫu bùn. Với tác nhân là Fe2+ tại pH =8 tận thu được 73,1% photpho của mẫu tro và 77,5% photpho của mẫu bùn. Như vậy khi tận thu photpho trong mẫu tro và bùn với các tác nhân sau khi thay đổi pH về giá trị tối ưu đạt hiệu quả rất cao khoảng 70-90%.
3.4.3.5. Khối lượng sản phẩm kết tủa trong tận thu P từ bùn thải Bảng 3.3. Khối lượng sản phẩm kết tủa trong tận thu P
Khối lượng sản phẩm thu được sau khi tận thu P từ bùn thải được tính trên một đơn vị nguyên liệu và dạng sản phẩm kết tủa được thể hiện trong bảng 3.3.
Như vậy, với môi trường pH từ 10,5 – 11 và tác nhân là Ca2+
thì khối lượng sản phẩm kết tủa (dạng Ca10(PO4)6(OH)2) để tận thu P đạt cao nhất tương ứng với 24,68 mg sản phẩm/g tro và 416,38 mg sản phẩm/l bùn. P tận thu ở dạng Ca10(PO4)6(OH)2 là nguyên liệu đầu vào phù hợp để sản xuất phân bón hoặc cho ngành cơng nghiệp P.
3.4.4. Kết quả tính tốn chi phí tận thu P từ bùn thải
Khi tro hóa trong phịng thí nghiệm, sử dụng lị nung ở 5000C trong 1h với cơng suất lị nung là 3000W (tối đa là 0,5 kg/mẻ), dùng 3 số điện/mẻ, chi phí tro hóa
Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
53
bằng điện sản xuất (giờ cao điểm) là: 5.586 đồng. Như vậy, để nung 1kg bùn thì chi phí điện là 11.172 đồng (1)
.
Bảng 3.4. Bảng tính tốn sơ bộ chi phí hóa chất tận thu P từ bùn thải
Mẫu Tác nhân Điều kiện pH
H2SO4 1M NaOH 1M FeSO4 Ca(OH)2 Chi phí (đ) Giá hóa chất 3000 đ/l 5000 đ/l 7000 đ/kg 4500 đ/kg Bùn (1 lít) FeSO4 1,0 - 2 Lượng 5 lít 0 3019,2 mg 0 15.021,11 Chi phí 15000 0 2,11 0 8 - 8,5 Lượng 5 lít 1,16 lít 3019,2 0 20.802,11 Chi phí 15000 5800 2,11 0 Ca(OH)2 1,0 - 2 Lượng 5 lít 0 0 1469,8mg 15.006,61 Chi phí 15000 0 0 6,61 10,5 - 11 Lượng 5 lít 2,76 lít 0 1632,2mg 28.806,61 Chi phí 15000 13800 0 6,61 Hỗn hợp 1,0 - 2 Lượng 5 lít 0 2012,8mg 979,9mg 15.018,5 Chi phí 15000 0 14,09 4,41 8 - 8,5 Lượng 5 lít 1,16 lít 2012,8mg 979,9mg 20.818,5 Chi phí 15000 5800 14,09 4,41 Tro (1kg) FeSO4 1,0 - 2 Lượng 50 lít 0 47,28 g 0 150.330,96 Chi phí 150000 0 330,96 0 8 - 8,5 Lượng 50 lít 10,4 lít 47,28 g 0 202.330,96 Chi phí 150000 52000 330,96 0 Ca(OH)2 1,0 - 2 Lượng 50 lít 0 0 23,02g 150.103,59 Chi phí 150000 0 0 103,59 10,5 - 11 Lượng 50 lít 16,6 lít 0 25,57 233.115,07 Chi phí 150000 83000 0 115,07 Hỗn hợp 1,0 - 2 Lượng 50 lít 0 31,52g 15,35g 150.289,72 Chi phí 150000 0 220,64 69,08 8- 8,5 Lượng 50 lít 10,4 lít 31,52g 15,35g 202.289,72 Chi phí 150000 52000 220,64 69,08
Bảng so sánh chi phí hóa chất cho một số giải pháp tận thu P từ mẫu tro và bùn tính cho 1 kg sản phẩm tận thu được chỉ ra ở bảng sau:
Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
54
Bảng 3.5. So sánh chi phí hóa chất của một số giải pháp tận thu P từ mẫu tro và bùn (tính cho 1 kg sản phẩm ở dạng hợp chất muối phốt phát của Ca và Fe)
Điều kiện pH Tác nhân Sản phẩm Khối lƣợng tro (kg) Chi phí hóa chất (đ) Thể tích bùn (L) Chi phí hóa chất (đ) 10,5-11 Ca2+ Ca10(PO4)6(OH)2 40,5 94.411 2400 691.359 8-8,5 Fe2+ Fe(PO4)2 161 325.753 7400 1.539.356 8-8,5 Hỗn hợp FePO4 112 226.564 6150 1.280.338 1-2 Ca2+ Ca3(PO4)2 442,5 664.208 23300 3.496.540 Fe2+ Fe(PO4)2 1004 1.509.323 33600 5.047.093 Hỗn hợp FePO4 313,5 471.158 15700 2.357.905
Như bảng so sánh chi phí (hóa chất) kinh tế của mẫu bùn và tro thì ta thấy việc tận thu P từ tro có chi phí thấp hơn hẳn so với tận thu từ bùn, trong đó tác nhân là Ca2+ có chi phí thấp nhất (94.411 đồng/1kg sản phẩm) (2).
Từ (1) và (2) cho thấy chi phí điện năng và hóa chất khi tận thu 1kg sản phẩm (Ca10(PO4)6(OH)2) là khoảng 105.583 đồng/1kg sản phẩm. Sản phẩm tận thu từ tác nhân là Ca2+ được sử dụng làm phân bón trong khi sản phẩm tận thu từ các tác nhân là Fe2+ hay hỗn hợp Fe2+/ Ca2+ là các muối phôtphat sắt đến nay chưa được sử dụng cho mục đích nào.
Tuy nhiên khi triển khai ở quy mơ cơng nghiệp thì giá thành của sản phẩm cơ bản chỉ bằng 60% giá thành trong phịng thí nghiệm, tương đương 63.349 đồng/1kg sản phẩm.
3.5. Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải giàu P có thu hồi
Qua việc phân tích, đánh giá dịng photpho trong nước thải, kết quả khỏa sát xử lý và thu hồi P trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu có thể đề xuất sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải có thu hồi P như sau:
Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
55
Hình 3.18. Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải và đề xuất giải pháp tận thu P từ bùn thải Thuyết minh quy trình
Nước thải được keo tụ nhằm trung hịa điện tích hạt keo, làm các hạt keo co cụm lại với nhau và có khả năng lắng được bằng trọng lực, nhưng khi cho quá nhiều chất keo tụ thì những hạt keo sau khi trung hịa về điện sẽ hấp phụ thêm chất keo tụ mang điện, khi đó sẽ có hiện tượng đổi dấu điện tích bề mặt của hạt keo, các hạt keo sau khi mang điện cùng dấu sẽ đẩy nhau ra làm phá vỡ bông cặn và hệ keo tái xuất hiện. Đồng thời q trình keo tụ cịn làm giảm một phần photpho do tạo ra kết tủa phôtphat với Al3+:
PO43- + Al3+ AlPO4
Ngoài ra cặn lơ lửng của nước thải này chủ yếu là thành phần hữu cơ như tinh bột, xác vi sinh vật. Do vậy khi giảm hàm lượng cặn lơ lững cũng giảm được một phần COD.
Chất keo tụ được dùng hiện nay gồm phèn đơn (nhôm sunfat – Al2(SO4)3.18H2O) và poly nhôm clorua (PAC – [Al2(OH)nCl6-n]m ):
Phèn đơn: Là loại chất keo tụ được dùng phổ biến ở Việt Nam, khi dùng phèn đơn làm chất keo tụ sẽ xảy ra phản ứng thủy phân:
Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO42-
Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
56
Như vậy khi sử dụng phèn đơn sẽ tạo ra ion H+ tạo phản ứng với các chất hòa tan trong nước đặc biệt là các ion bicacbonat:
HCO3- + H+ ↔ H2O + CO2
Do vậy, khi sử dụng phèn đơn sẽ tiêu thụ một phần độ kiềm làm giảm pH của nước, ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình keo tụ đồng thời tốn chi phí thay đổi pH sau khi keo tụ để phù hợp với điều kiện cho các cơng đoạn xử lý phía sau. Khi sử dụng phèn đơn tạo ra ion SO42- rất độc với vi sinh nên khơng thích hợp cho hệ xử lý sinh học phía sau. Ngồi ra, khi sử dụng phèn đơn thì thời gian để thủy phân và trung hịa điện tích của hạt keo chỉ tính bằng micro giây và giây nên Al3+ chưa kịp thực hiện chức năng đã kết tủa hết thành Al(OH)3 do vậy chi phí hóa chất lớn hơn thực tế cần dùng và chi phí xử lý bùn lớn đồng thời có thể hàm lượng Al3+ vượt quá tiêu chuẩn.
PAC: là polime vô cơ chứa các thành phần là nhôm, oxy, hydroxyl và clorua, có phân tử lượng 7000-35000 có độ dài của mạch tới 350A0. Do trong quá trình sản xuất PAC đã được trung hòa với kiềm nên khả năng sinh axit thấp, mạch phân tử của PAC dài nên quá trình keo tụ xảy ra nhanh. Khi sử dụng PAC q trình hịa tan sẽ tạo các hạt polime Al13 với điện tích vượt trội do vậy các hạt polime này có khả năng trung hịa điện tích hạt keo và khả năng keo tụ mạnh. Ngoài ra, khi sử dụng PAC tốc độ thủy phân cũng chậm hơn phèn đơn nên giảm được chi phí sử dụng hóa chất và giảm khối lượng bùn đồng thời khơng có nguy cơ nhiễm ion Al3+. Vùng pH hoạt động tối ưu của PAC rộng nên việc áp dụng PAC dễ thực hiện hơn.
Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Qua quá trình điều tra, nghiên cứu hiện trạng mơi trường cũng như phân tích dịng photpho và đặc tính nước thải làng nghề chế biến tinh bột sắn tại Dương Liễu – Hồi Đức – Hà Nội có thể đưa ra một số kết luận sau:
Áp dụng mơ hình phân tích dịng vật chất được chứng minh là thích hợp để mơ phỏng các tác động, dòng di chuyển của photpho trên địa bàn làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu nói chung và dịng photpho trong nước thải làng nghề nói riêng mặc. Sử dụng mơ hình cho phép xác định các thơng số nhất định mà cụ thể ở đây là photpho. Điều này không chỉ tăng cường hiệu quả thiết kế phương án xử lý nước thải mà đồng thời giúp tối ưu hóa việc tính tốn, đo lường dịng photpho trong nước thải.
Dòng di chuyển của photpho ở làng nghề Dương Liễu chủ yếu qua các đối tượng chính sau đây: Thị trường, nước ngầm, quá trình chế biến tinh bột sắn, sinh hoạt hộ gia đình, bãi chơn lấp chất thải rắn, cống thải.
Lưu lượng nước thải sản xuất ở làng nghề Dương Liễu trung bình khoảng 1.200 m3/ngày. Khối lượng photpho có trong nước thải là khoảng 47.330 kg/năm. Tổng khối lượng nước phục vụ sinh hoạt cho toàn xã khoảng 640 – 768 m3/ngày. Khối lượng photpho có trong nước thải sinh hoạt khoảng 5.888 kg/năm.
Hệ thống tiêu thốt là kênh Tiêu và kênh Đan Hồi không đáp ứng kịp nhu cầu trong những tháng niên vụ dẫn đến tình trạng ứ đọng, gây ô nhiễm, là mầm mống gây nên các dịch bệnh ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người dân đặc biệt gây ra những bệnh về mắt, da.
Hầu hết các chỉ tiêu của hai loại nước thải chính trong q trình sản xuất là nước rửa củ và nước bột đen đều vượt giới hạn cho phép của QCVN 24:2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp: chỉ tiêu COD của nước bột đen cao gấp 173 lần so với quy chuẩn, Pts của nước bột đen cao gấp 40 lần so với quy chuẩn, chỉ tiêu SS của nước rửa cao gấp 47 lần so với quy chuẩn.
Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
58
Hiệu quả xử lý P trong nước thải sau khi keo tụ đạt tới 74% (nước bột đen) và 65% (nước rửa), do vậy phần lớn P trong nước thải sản xuất tinh bột sắn đã được chuyển vào bùn.
Hiệu quả tận thu P trong bùn từ các tác nhân như Ca2+, Fe2+ hay hỗn hợp Fe2+/ Ca2+ là rất cao từ 10 – 40% ở điều kiện pH thấp (1-2) và 73 – 98% ở pH tối ưu cho mỗi tác nhân (pH từ 8 đến 11).
So sánh chi phí hóa chất và tính thực tiễn của sản phẩm tận thu P thì việc tận thu P từ mẫu tro với tác nhân là Ca2+ có chi phí thấp nhất so với các tác nhân là Fe2+ và hỗn hợp Fe2+/ Ca2+(khoảng 63.000 đồng/1kg sản phẩm). Sản phẩm sau khi tận thu (Canxi photphat) là nguyên liệu cho ngành công nghiệp P và sản xuất phân bón.
Kiến nghị
Đối với một nước đang phát triển như Việt Nam, việc tiếp tục nghiên cứu và sử dụng mơ hình phân tích dịng vật chất (MFA) là một hướng đi thích hợp nhằm phát hiện sớm các vấn đề môi trường và kịp thời đề xuất các giải pháp.
Hiệu quả của phương pháp keo tụ trong xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn là rất cao (65 - 74 %) nên được áp dụng trong thực tế. Tuy nhiên, quá trình xử lý chưa được triệt để, chỉ xử lý được một phần chất ô nhiễm do vậy sau khi xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ cần kết hợp với phương pháp sinh học hoặc oxi hóa cấp tiến để đảm bảo xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.
Hóa chất keo tụ được sử dụng là PAC khả thi về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế. Tuy nhiên để tăng hiệu quả lắng nên nghiên cứu hiệu quả keo tụ khi sử dụng thêm chất trợ lắng như PAA.
Quá trình tận thu P trong bùn từ quá trình xử lý nước thải đạt hiệu quả cao, trong đó với tác nhân Ca2+ có chi phí thấp nhất, giảm chi phí xử lý bùn và có tính ứng dụng cao nên có thể ứng dụng để thiết kế hệ thống tận thu P trong bùn thải từ quá trình xử lý nước thải giàu P.
Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
59
Quá trình tận thu P trong bùn với tác nhân Fe2+ hay hỗn hợp Fe2+/Ca2+ tạo ra các muối phơtphat sắt có chi phí khơng cao nhưng hiện nay chưa được ứng dụng. Do vậy cần mở rộng các nghiên cứu ứng dụng muối sắt phôtphat.
Xét về hiệu quả kinh tế, kết quả khảo sát, tính tốn sơ bộ chi phí tận thu P trong Luận văn này khá cao. Tuy nhiên đây là hướng đi mới, trong tương lai cần tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xử lý nước thải theo hướng thu hồi photpho vào thực tiễn nhằm góp phần giải quyết bài toán kinh tế - môi trường.
Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
60
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
1. Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn cục chế biến nông lâm sản và nghề muối (2001), Chế biến tinh bột sắn, dong riềng quy mơ hộ gia đình, Hà Nội.
2. CEETIA ĐH xây dựng, 2007, đề tài KC 08-09.2005, Hà Nội.
3. Đỗ Khắc Uẩn, Đặng Kim Chi (2008), Tình trạng khan hiếm Photpho và sự cần thiết của việc tái sử dụng nguồn thải chứa photpho, Hà Nội.
4. Đặng Kim Chi (2005), Đề tài KC 08-09: Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng các chính sách và biện pháp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường ở các làng nghề Việt Nam, Đại học Bách khoa Hà Nội.
5. Đặng Kim Chi (2005), Tài liệu hướng dẫn áp dụng các giải pháp cải thiện môi
trường cho làng nghề chế biến nông sản thực phẩm, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.
6. Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ, Phốtpho, Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và công nghệ, Hà Nội.
7. Nguyễn Thị Kim Thái (2001), Xử lý nước thải tinh bột sắn băng phương pháp sinh
học kỵ khí trong điều kiện khí hậu Việt Nam, Đại học Xây dựng Hà Nội.
8. Trường đại học Bách khoa Hà Nội, Trung tâm sản xuất sạch hơn, 2009 Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn ngành sản xuất tinh bột sắn, Hà Nội.
Tiếng Anh
9. Brunner & Rechberger (2004), Practical Handbook of Material Flow Analysis,
Lewis Publishers.
10. C. W. Randall (2003). Potential societal and economic impacts of wastewater nutrient removal and recycling. Wat. Sci. Technol. Vol. 48, No. 1, 11 - 17.
11. Huynh Ngoc Phương Mai (2006), Integrated Treatment of Tapioca Processing Industrial Wastewater Based on Environmental Bio-Technology, Van Lang
University, Viet Nam.
12. Institute of Environmental Engineering, RWTH Aachen University, Germany (2002- 2004), Phosphorus recovery from waste water and sewage sludge.
13. J. D. Lee (28. 7. 2001), “Biological nutrient removal Tech. concept & design”,
Workshop on wastewater treatment, Hanoi.
14. H. Bode, R. Klopp (2001), Nutrient removal in the river bank of Ruhr - a German case study, “Wat. Sci. Technol. Vol. 44”, No. 1, 14 - 24.
Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
61
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. SƠ ĐỒ ĐỊNH TÍNH, ĐỊNH LƢỢNG PHOTPHO LIÊN QUAN ĐẾN HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN
Ở LÀNG NGHỀ DƢƠNG LIỄU
Trần Bá Thạch Luận văn tốt nghiệp
62
Phụ lục 2. QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP (QCVN 24/2009-BTNMT)
1. QUY ĐỊNH CHUNG 1.1. Phạm vi điều chỉnh
Quy chuẩn này quy định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận.