II.2.1. Thực trạng ô nhiễm nguồn nước thải công nghiệp
- Hiện nay tình trạng ơ nhiễm do nước thải cơng nghiệp ở nước ta đang ở mức báo động, Theo nguồn tin của Bộ Tài Nguyên Môi Trường (BTNMT) tổng lượng nước thải xả ra từ các khu cơng nghiệp trên tồn quốc dạt khoảng 3000000 m3/ 1 ngày đêm, trong đó có tới 70% nước xả thải trực tiếp ra kênh rạch, ao hồ mà chưa trải qua quá trình xử lý của một hệ thống xử lý nước thải nào.
- Ơ nhiễm do nước thải cơng nghiệp ảnh hưởng tới nhiều mặt của xã hội, điển hình như:
• Ảnh hưởng đến mơi trường: nước thải làm ô nhiểm các nguồn nước, làm biến đỗi tính chất của nguồn nước, làm các sinh vật sống trong nước do q trình hấp thụ các hóa chất độc hại trong nước thải sẽ gây ra hậu quả như chết hàng loạt, đột biến gen, …
• Ảnh hưởng đến kinh tế: Thu nhập của người dân từ sản xuất nông nghiệp như trồng trọt, nuôi thủy hải sản, … cũng bị giảm sút ảnh hưởng trực tiếp đến thu nhập, gây thiệt hại to lớn về kinh tế, ảnh hưởng đến công việc làm, gây hậu qủa nghiêm trọng đến đời sống xã hội cũng như đời sống kinh tế.
• Ảnh hưởng đến sức khỏe: Người dân sống gần ở những khu vực bị ô nhiễm môi trường dể dàng bị các loại bệnh như ung thu, đột biến, bị các bệnh liên quan đến truyền nhiễm, hơ hấp, phổi, …
II.2.2 Đặc tính nước thải cơng nghiệp
- Do nước được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau trong q trình sản xuất như làm nguội sản phẩm, làm mát máy, vận chuyển nguyên liệu, làm dung mơi, các q trình giặt, làm sạch khí, v.v ... nên nước thải công nghiệp bị ô nhiễm bởi nguyên liệu rơi vãi , các hóa chất tham gia sản xuất. Nước thải cơng nghiệp có thể chứa chất tan, các chất không tan, các chất vô cơ, các chất hữu cơ. Nước thải cơng nghiệp có thể
Nhóm 6 – Cơng nghệ xử lý nước thải (129118)
mang tính kiềm hoặc axit, khơng màu hoặc có màu và có thể chứa dầu mỡ cũng như các chất độc.
- Các thông số đặc trưng cho nước thải công nghiệp bao gồm nhiệt độ, mùi vị, màu sắc, độ đục; các chất ô nhiễm khơng tan như các chất có khả năng lắng được, chất rắn lơ lửng và các chất nổi như dầu, mỡ; các chất tan như các muối vô cơ, các hợp chất hữu cơ tan trong nước, axit, kiềm. Có những loại muối tan như muối sunfat, muối clorua khơng có khả năng phân hủy sinh học.
• Các chất hữu cơ: đặc trưng bởi các thơng số BOD và COD
• Tổng cacbon hữu cơ TOC: tổng hợp các chất hữu cơ có chứa cacbon • Cacbon hữu cơ hịa tan DOC
• Các độc tố: nước thải chứa các kim loại nặng như thủy ngân, đồng, cadmi.
- Đặc tính nước thải được xác định qua đo đạc, lấy mẫu phân tích. Đặc tính nước thải cho phép đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải và là những thông số cần thiết để lựa chọn phương pháp xử lí và thiết kế tính tốn các thiết bị xử lí.
Nhóm 6 – Cơng nghệ xử lý nước thải (129118)
Nhóm 6 – Cơng nghệ xử lý nước thải (129118)
Hình 2.7.Tính chất đặc trưng của nước thải một số ngành cơng nghiệp
II.2.3 Xử lí nước thải cơng nghiệp
- Đề xuất phương án xử lí với từng thành phần nước thải
Nhóm 6 – Cơng nghệ xử lý nước thải (129118)
Hình 2.9.Tiêu chuẩn về quy chuẩn quốc gia của nước thải công nghiệp
- Các phương pháp xử lí nước thải cơng nghiệp
Phương pháp xử lí cơ học
• Dùng để loại bỏ những chất có kích thước và tỉ trọng lớn.
• Có thể xử lí nước thải mạ crom, nước thải xi mạ kẽm, nước thải lị hơi, xử lí nước thải cơng nghiệp sản xuất giấy,... và tất cả các nguồn phát sinh nước thải chứa kim loại nặng khác
Phương pháp xử lí hóa lí
• Bản chất chính là áp dùng các q trình hóa học và vật lí nhằm loại bỏ bớt các thành phần chất ô nhiễm mà không sử dụng được bằng bể lắng
• Cơng nghệ nổi trội nhất của phương pháp này là:
Công nghệ keo tụ tạo bơng: Thích hợp xử lí nước thải mực in, xử lí nước thải sơn, dệt nhuộm. Nước thải nhiễm dầu cũng có thể áp dụng.
Nhóm 6 – Cơng nghệ xử lý nước thải (129118)
Cơng nghệ trích ly pha lỏng: Áp dụng cho các loại nước thải công nghiệp thường chứa các loại ion kim loại, phenol, axit hữu cơ, dầu. Vì chi phí tốn kém nên khi chất bẩn chạm mốc 3-4g/l mới dùng.
Phương pháp xử lí hóa học
• Dùng để xử lí nước thải ngành xi mạ kẽm, mạ crom, đồng ...., xử lí nước thải dệt nhuộm, xà phịng, xử lí nước thải mực in, xử lí nước thải trạm trộn bê tơng và xử lí amoni trong nước thải cơng nghiệp các ngành sản xuất khác.
• Có thể xử lí các loại nước thải nhiễm, chứa nhiều tạp chất, chất bẩn, có nồng độ axit cao.
• Thường được triển khai theo hai phương án là Oxy hóa khử và Trung hịa
Phương pháp xử lí sinh học
• Phù hợp khi xử lí amoni trong nước thải cơng nghiệp, xử lí nước thải cơng nghiệp chế biến café, nước thải mì ăn liền, nước thải nhà máy sữa, xử lí nước thải nhà máy bia Heineken, Tiger,... Tựu chung lại, các loại nước thải từ ngành sản xuất công nghiệp chứa thành phần chất hữu cơ đều có thể dùng phương pháp này.
• Đây là phương pháp đem lại hiệu quả cao nhất khi áp dụng với các chất hữu cơ ở dạng dung dịch, keo và huyền phù vì đây đều là nguồn thức ăn của vi sinh vật
- Cơng nghệ xử lí nước thải điển hình trong cơng nghiệp
Hình 2.10.Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải điển hình trong cơng nghiệp - Thuyết minh cơng nghệ:
• Bể thu gom, tách mỡ: nước thải công nghiệp từ các nguồn phát sinh được dẫn về cụm bể thu gom. Bể này có chức năng tiếp nhận trung chuyển nước thải, tách dầu mỡ ra khỏi dịng nước thải. Qua đó giúp nâng cao hiệu quả làm việc và tuổi thọ của các thiết bị trong hệ thống xử lý. Rác, dầu mỡ sẽ được người vận hành thu gom định
Nhóm 6 – Cơng nghệ xử lý nước thải (129118)
kì. Nước thải trong bể thu gom sẽ tiếp tục được đưa sang bể phản ứng hóa lý (keo tụ - tạo bơng).
• Bể keo tụ, tạo bông: tại bể keo tụ, tạo bơng: nhờ tác dụng của hóa chất trợ lắng và keo tụ, các chất ô nhiễm như các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, các cặn bẩn, hay ion kim loại... chúng sẽ kết dính với nhau tạo thành các bơng bùn. Bơng bùn được hình thành sẽ lớn dần lên và lắng xuống đáy, phần nước trong hơn sẽ được tự chảy qua máng thu răng cưa đưa về bể điều hịa.
• Bể điều hịa: bể điều hịa có nhiệm vụ điều hịa lưu lượng và nồng độ nước thải, tạo chế độ làm việc ổn định và liên tục cho các cơng trình xử lý, tránh hiện tượng hệ thống xử lý bị quá tải. Nước thải trong bể điều hịa được sục khí liên tục từ máy thổi khí và hệ thống phân phối khí nhằm tránh hiện tượng yếm khí cũng như lắng cặn dưới đáy bể. Nước thải sau bể điều hòa được bơm qua bể thiếu khí.
• Bể thiếu khí: bằng việc sử dụng các chủng vi sinh vật bám dính dạng thiếu khí trên giá thể lọc sinh học. Bể thiếu khí có chức năng xử lý nitrat (trong nước thải dịng vào và dịng tuần hồn lại từ bể hồi lưu), thủy phân các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất hữu cơ đơn giản, xử lý một phần các hợp chất hữu cơ thành CO2, H2O, CH4, H2S, sinh khối mới ... Hàm lượng BOD giảm đáng kể sau khi qua bể này. Nước sau khi qua Bể xử lý thiếu khí được đưa sang Bể hiếu khí để thực hiện q trình xử lý hiếu khí.
• Bể hiếu khí : tại Bể hiếu khí, Oxy được cung cấp vào bể thơng qua bộ khuếch tán khí, hệ vi sinh vật hiếu khí sẽ sử dụng oxy để phân hủy phần lớn các hợp chất hữu cơ có trong nước thải. Hệ vi sinh vật hiếu khí dính bám trên hạt mang (giá thể), tạo thành lớp đệm vi sinh chuyển động xáo trộn trong nước thải làm tăng khả năng tiếp xúc giữa vi sinh vật với chất hữu cơ, do đó hiệu quả xử lý của quá trình này cao gấp nhiều lần so với phương án sử dụng bùn hoạt tính truyền thống.
• Kết quả của sự phân hủy các chất hữu cơ bởi hệ vi sinh vật hiếu khí là tạo ra các chất vô cơ đơn giản như CO2, H2O, NO3- …, và sinh khối mới.Nước sau khi qua Bể hiếu khí tiếp tục được luân chuyển sang Bể hồi lưu.
• Bể hồi lưu: nước thải sau khi qua bể hiếu khí vẫn cịn có thành phần nitrat cao (do q trình oxy hố amoni tạo thành), cần được xử lý nhờ hệ vi sinh vật thiếu khí. Nước thải từ bể hiếu khí chảy sang bể hồi lưu. Tại đây đặt bơm hồi lưu nước thải đưa một phần nước thải về bể thiếu khí, giúp xử lý hiệu quả nitrat.
• Nước từ bể hồi lưu tự chảy sang bể lắng cơ học.
• Bể lắng cơ học: bể lắng cơ học có chức năng tạo thời gian lưu cần thiết để dưới tác dụng của trọng lực bùn cặn cịn sót lại trong nước thải sẽ lắng xuống đáy bể, nước sau lắng được đưa sang bể khử trùng để loại bỏ vi sinh vật trong nước thải.
• Bùn cặn thu được tại đáy bể lắng định kỳ được bơm về bể chứa bùn nhờ bơm bùn đặt chìm.
Nhóm 6 – Cơng nghệ xử lý nước thải (129118)
• Bể chứa bùn: bể chứa bùn có nhiệm vụ lắng và chứa cặn (hay cịn gọi là sinh khối) hình thành từ q trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước thải từ bể xử lý sinh học. Thời gian chứa bùn của bể được thiết kế trong khoảng thời gian từ khoảng 2-3 năm. Ngoài ra, mơi trường trong Bể chứa bùn được duy trì trong điều kiện thiếu khí. Điều này giúp loại bỏ Nitrat trong nước tuần hoàn bơm từ bể lắng cơ học về. Nước từ bể chứa bùn được đưa về bể điều hoà, để tiếp tục được xử lý.
• Bể khử trùng: bể này có chức năng loại bỏ các loại vi sinh vật gây bệnh ra khỏi nước thải bằng hóa chất khử trùng trước khi xả thải.
II.2.4. Minh họa: Xử lý nước thải cho ngành cơng nghiệp gỗ
II.2.4.1. Đặc tính nước thải
Ngun liệu để sản xuất ván gỗ, giấy chủ yếu là bột gỗ. Để thu được bột gỗ, cần trải qua rất nhiều công đoạn như nghiền, xay, tẩy trắng, sơn, mạ, chống mốc,… Tất cả cá quy trình đều cần một lượng lớn nước cũng như hố chất để chế biến. Do đó ngành cơng nghiệp chế biến gỗ, giấy thải ra môi trường một lượng lớn nước thải chứa các thành phần độc hại như:
+) Lignin
+) Hợp chất thơm +) Axit nhựa, axit béo
+) Tannin và các dẫn xuất của chúng +) Lưu huỳnh
+) Chất rắn lơ lửng
+) Halogenua hữu cơ có thể hấp phụ (AOX) +) BOD5, COD
+) Độ pH cao
Nhóm 6 – Cơng nghệ xử lý nước thải (129118)
Qua q trình tìm hiểu, chúng em có thu thập được thơng tin về đặc tính nước thải đầu vào của nhà máy sản xuất gỗ ván của công ty Arian Wood Factory ở Iran. Thông tin được cho như ở bảng dưới:
STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Hình 2.12. Bảng đặc tính nước thải thơ của nhà máy sản xuất gỗ Arian Wood Factory
Mẫu nước thải trên của ngành công nghiệp gỗ được lấy từ Nhà máy Gỗ Arian, cách Rasht 15 km, hoạt động từ năm 2015, với sản lượng nước thải khoảng 700 m3/ngày. Các mẫu được đặt thủ công trong các hộp nhựa (20 L), được bảo quản trong phịng thí nghiệm ở 4°C cho đến khi phân tích.
II.2.4.2. Phương pháp xử lý
Ở đây, nhà máy Arian đã sử dụng phương pháp hoá lý để xử lý nước thải. Cụ thể quá trình xử lý được chia ra thành các giai đoạn sau.
Giai đoạn 1: Đông tụ - keo tụ: Sử dụng các hợp chất có tính dễ phân giải ion trong nước, tạo ra các chất keo, dính với mục đích bám, dính lấy các thành phần chất thải lơ lửng tạo thành các chất rắn lơ lửng có kích thước lớn và bùn để dễ dàng lọc và loại bỏ. Đồng thời các chất đơng tụ, keo tụ cịn phản ứng để làm giảm một số thành phần chất hố học có trong nước thải. Các chất thường được sử dụng đó là: Canxi hidroxit (Ca(OH)2), các muối phèn của nhơm như Nhơm sunphat (Al2(SO4)3), Nhơm
Nhóm 6 – Công nghệ xử lý nước thải (129118)
clorid (AlCl3), phèn sắt như Sắt (III) clorid (FeCl3), hay polyme như Polyaluminum Clorid (PAC), Polyacrylamid (PAM),….
Trong một bài nghiên cứu có so sánh hiệu quả loại bỏ các thành phần COD, chất rắn lơ lửng của các chất đông tụ như PAC, FeCl3, Al2(SO4)3. Kết quả cho thấy PAC có hiệu quả cao nhất trong quá trình đơng tụ, keo tụ loại bỏ chất thải. PAC làm giảm 84,1% COD và loại bỏ độ đục lên đến 82,0%.
Hình 2.13. Hiệu quả loại bỏ COD và độ đục của PAC, FeCl3, Al2(SO4)3
Trong đó:
+) a, b: Ảnh hưởng của nồng độ chất đông tụ đối với việc giảm COD, độ đục. điều kiện thí nghiệm: liều lượng chất đông tụ (200–800mg/L), khuấy 120rpm/5phút, thời gian lắng (30 phút).
+) c, d: Ảnh hưởng của pH đến việc giảm COD, độ đục.
điều kiện thí nghiệm: liều lượng chất đơng tụ (400mg/L), khuấy 120rpm/5phút, thời gian lắng (30 phút), pH (2–10)
Giai đoạn 2: Gạn lọc: Sau khi các chất đông tụ, keo tụ phản ứng sẽ tạo ra một lượng lớn chất rắn lơ lửng và bùn. Trong giai đoạn này, bùn được lắng, gạn lọc qua các bể lắng, lọc và đưa ra ngoài để xử lý riêng.
Giai đoạn 3: Oxi hoá: Xử dụng các chất oxi hoá mạnh như Clo (Cl2), Ozon (O3), Hidro Peoxide (H2O2),.. để loại bỏ các chất thải trong nước như phenol, các hợp chất lưu huỳnh, chất nhuộm, xyanua, andehit,… Ở trong bài nghiên cứu sử dụng quá trình Fenton: là hỗn hợp của Hidro Peoxide (H2O2) kết hợp với sắt đen (thường là sắt
Nhóm 6 – Cơng nghệ xử lý nước thải (129118)
(II) sunfat, FeSO4) để oxy hóa các chất gây ơ nhiễm hoặc nước thải. Fenton được sử dụng để xử lý nước thải đen và phân hủy lignin. Tỷ lệ loại bỏ lignin, các hợp chất thơm, và COD lên đến hơn 90%. Bằng cách sử phương pháp phản ứng bề mặt kết hợp thiết kế tổ hợp trung tâm RSM-CCD để dụng tối ưu hố q trình Fenton, thu được kết quả:
Độ đục và COD được loại bỏ tối đa lần lượt là 94,1% và 72,5% trong điều kiện tối ưu ([Fe2+] = 250 mg/L, [H2O2] = 500 mg/L, pH = 3,5, thời gian 60 phút).
Hình 2.14. Các trường hợp thí nghiệm theo phương pháp RMS-CCD
Ngồi 3 giai đoạn trên ta có thể thêm giai đoạn xử lý sinh học, sử dụng các quá trình hiếu khí, kị khí để loại bỏ các thành phần hữu cơ cũng như chất thải còn lại, tối ưu kết quả xử lý nước thải cho nhà máy.
II.2.4.3. Kết quả đạt được
Hình 2.15.Bảng kết quả xử lý nước thải bằng phương pháp đông tụ, keo tụ của nhà máy sản xuất gỗ Arian Wood Factory (Iran)
Nhóm 6 – Cơng nghệ xử lý nước thải (129118)
Sử dụng phương pháp Fenton kết hợp với đông tụ, keo tụ đã làm giảm các thành phần trong nước thải 1 cách đáng kể. Kết quả thu được đều nằm trong giá trị cho phép. Chỉ số COD giảm 95,6%, BOD5 giảm 96,1%, độ màu và độ đục giảm gần như 100%, các hợp chất của Nito và photpho, các gốc nitrat, phtophat được loại bỏ, cịn lại khơng đáng kể.
II.2.4.4: Sơ đồ P&ID và SCADA
Dưới đây là sơ đồ P&ID và SCADA của một nhà máy sản xuất gỗ khác cũng sử dụng phương pháp đông tụ, keo tụ kết hợp với phương pháp sinh học.
Hình 2.16. Sơ đồ P&ID
Giải thích lưu đồ:
+) Ban đầu, nước thải sẽ được đưa vào bể chứa. Các cảm biến mức S400, S401,