5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬLÝ NƯỚCTHẢI CAOSU
2.2.1. Phương pháp cơ học
Nước thải cao su được dẫn vào hệ thống qua song chắn rác trước tiên. Tại đây, các thành phần có kích thước lớn: lá cây, bao nilon, rác… được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống, kênh dẫn. Song chắn rác đươc làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc 45 – 60o nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75– 85o nếu làm sạch bằng máy. Vận tốc qua song chắn rác giới hạn trong khoảng 0,6 – 1 m/s. Vận tốc cực tiểu 0,4 m/s, vận tốc cực đại dao động 0,75 – 1 m/s.
Lưới lọc
Lưới lọc mủcao su được đặt trên khung đỡ. Mỗi mắt lưới có kích thước: 0,5mm– 1mm (Lâm Minh Triết, 1978). Nước thải được lọc qua mặt ngoài hoặc mặt trong của lưới. Những chất thải được giữ lại trên mặt lưới được xói rửa bằng những tia nước mạnh và chảy vào máng thoát nước. Khung của lưới lọc nước thải cao su thường có đường kính 1200-3000 mm. Công suất 100 - 200m3/h.
Bểlắng
Nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải hoặc cặn được tao ra từ quá trình keo tụ tao bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng 2). Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ1,5–2,5 giờ.
2.2.2. Phương pháp hóa học và hóa lý
Trung hòa
Nước thải cao su có chứa các acid vô cơ cần được trung hòađưa về pH khoảng 6,5 đến 8,5 trước khi xửlý ở công đoạn tiếp theo. Để trung hòa nứơc thải chứa axít có thể sử dụng: NaOH, KOH, Na2CO3, đômômít (CaCO3.MgCO3),…Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước và chi phí hóa chất sửdụng.
Keo tụ
Trong nước thải cao su, một phần các hạt tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1-10 µm. Các hạt này không nổi cũng không tách do đó tương đối khó tách loại. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vander Waals giữa các hạt. Sự va chạm do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Những chất keo tụ
thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như: Al2(SO4)3, NaAlO2, FeCl3,… Vớicác điều kiện thủy động học, những bông đó sẽlắng xuống đáy bể ởdạng cặn. Khi dùng các muối sắt sẽtạo thành sắt hiđroxit không hòa tan:
2FeCl3 + 3Ca(OH)2⟶3CaCl2 + 2Fe(OH)3 (2.1)
Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2⟶3CaSO4 + 2Fe(OH)3 (2.2)
Hiệu suất đông tụ cho nước thải cao su tốt nhất khi pH từ 4-8,5 (Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thuỳ Dương, 2003). Để tạo các bông lớn và dễ lắng người dùng các chất trợ đông tụ, phổbiến nhất là poliacryamit (CH2CHONH2)2(Trần Văn Nhân, Ngô ThịNga, 2002).Chất trợ đông tụ vô cơ loại anion là natri silicat hoạt tính và nhiều chất khác.Đa số chất bẩn hữu cơ, vô cơ dạng cơ trong nước thải cao su có điện tích âm nên nếu dùng chất trợ đông tụ cation sẽ không cần keo tụ sơ bộ trước đó nữa. Liều lượng chất trợ đông tụ được dùng vào khoảng 1mg/l – 5mg/l. Thời gian cần thiết để nước thải cao su tiếp xúc với hóa chất cho tới khi bắt đầu lắng dao động khoảng 20 phút - 60 phút.
2.2.3. Phương pháp sinh học
2.2.3.1. Phương pháp xử lý sinh học kỵ khí
Sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí cho nước thải cao su. Quá trình phân hủy kỵkhí các chất hữu cơ là quá trình phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phảnứng trung gian, có thểbiểu diễn đơn giản như sau:
Chất hữu cơ (Vi sinh vật)→ CH4+ CO2 + H2+ NH3+ H2S + Tếbào mới (2.3) Quá trình này xảy ra qua 4 giai đoạn: Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử; Giai đoạn 2: Acid hóa; Giai đoạn 3: Acetate hóa; Giai đoạn 4: Methanne hóa. Quá trình xửlý kỵkhí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic contact Process), quá trìnhxử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB).UASB: có đặc diểm sau: cả ba quá trình, phân hủy– lắng bùn – tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình; tạo thành các loại bùn hạt có mật độvi sinh vật rất cao và tốc độlắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.
2.2.3.2. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí
Sửdụng nhóm vi sinh vật hiếu khí để xửlý nước thải cao su, quá trình này hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình xử lý hiếu khí nước thải cao su gồm ba giai đoạn sau:
Oxy hóa các chất hữu cơ: CxHyOz+ O2 → CO2+ H2O +△H (2.4)
Tổng hợp tếbào mới:CxHyOz+ NH3+ O2; (2.5)
Tếbào vi khuẩn + CO2+ H2O + C5H7NO2-△H (2.6)
Phân hủy nội bào:C5H7NO2+ O2→ 5CO2+ 2H2O + NH3±△H (2.7)
Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí trong ngành cao su thường dùng hai loại phổbiến là: bể Aerotank, mương oxi hóa tuần hoàn.
BểAerotank
Nước thải cao su sau khi qua bể lắng có chứa các chất hữu cơ hòa tan và chất lơ lửng đi vào bể phản ứng hiếu khí. Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp phụtừ nước thải và là nơi cư trú đểphát triển của vô sốvi khuần và vi sinh vật sống khác. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không tan và thành tế bào mới. Khi sử dụng bể Aerotank thì nước thải trước khi vào bể Aerotank thỏa mãn:
o Hàm lượng BOD không vượt quá 1000mg/L
o Chất rắn lơ lửng (SS) không vượt quá 150mg/L
o Hàm lượng dầu mỏkhông quá 25mg/L
o pH từ 6,5 đến 9
o Nhiệt độtrong khoảng 6ºC đến 35ºC Mương oxy hóa tuần hoàn
Có thểxử lí nước thải với nồng độBOD từ1000mg/L – 5000mg/L và đối với nước thải sinh hoạt thì không cần qua lắng mà chỉcần cho qua song chắn rác.Mương oxy hóa tuần hoàn có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn,đáy và bờ được gia cố, chiều sâu công tác từ 0,7m-1m, tốc độ chuyển động của nước trong mương không nhỏ hơn 0,3 m/s,làm thoáng cơ học (máy khuấy trộn nằm ngang).Do tính đơn giản nên mương oxy hóa tuần hoàn có nhiều khả năng áp dụng rộng rãi để xử lí nước thải sinh hoạt hoặc công nghiệp.
2.2.3.3. Phương pháp hồ sinh học
Quá trình oxy hoá các chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu khí. Người ta phân biệt loại hồnày thành hai nhóm: Hồlàm thoáng tựnhiên và hồlàm thoáng nhân tạo.
Hồ làm thoáng tự nhiên: Oxy cung cấp cho quá trình oxy hoá chủ yếu là do sự khuếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của các thực vật nước (rong, tảo,…). Để đảm bảo cho ánh sang có thể xuyên qua, chiều sâu của hồ phải bé khoảng 30 – 40 cm. Sức chứa tiêu chuẩn lấy theo BOD khoảng 250-300 kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước trong hồkhoảng 3–12 ngày.
Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo.Nguồn oxy cung cấp cho quá trình sinh hoá là nhờ các thiết bị như bơm khí nén hoặc làm thoáng cơ học.Vìđược tiếp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2m đến 4,5m. Sức chứa tiêu chuẩn khoảng 400kg/(ha.ngày). Thời gian lưu nước khoảng từ 1 ngày đến 3 ngày.
Hồsinh học kỵkhí
Nước thải cao su chứa các chất hữu cơ rất lớn nên hồkỵkhí có vai trò phân huỷcác chất hữu cơ thành các sản phẩm cuối cùng ởdạng khí, chủ yếu là CH4, CO2 và các sản phẩm trung gian sinh mùi như H2S, axit hữu cơ,…Các tiêu chuẩn vận hành bình thường để hồ kỵ khí đạt hiệu suất khử BOD được 75% là: tải trọng chất hữu cơ bằng 320g BOD/m3.ngđ, thời gian lưu nước tối thiểu là 4 ngày và hồ làm việcởnhiệt độ nước 25oC. Đểduy trìđiều kiện kỵkhí và giữ ấm cho hồtrong mùa đông thì chiều sâu phải lớn, thường 2,4m-3,6m.
Hồsinh học hiếu - kỵkhí (hồtuỳtiện)
Hồ tuỳ tiện là loại hồ thường gặp trong điều kiện tự nhiên và được áp dụng vào ngành cao su. Trong hồxảy ra hai quá trình song song: quá trình oxy hoá hiếu khí chất hữu cơ và quá trình phân huỷmêtan cặn lắng. Hồnày theo chiều sâu có thể chia 3 vùng: Lớp trên hiếu khí, lớp giữa thiếu khí, lớp dưới kỵ khí. Hàm lượng oxy hoà tan vào ban ngày nhiều hơn ban đêm. Do sự xâm nhập của oxy hoà tan chỉ có hiệu quả ở độsâu 1m. Quá trình phân huỷkỵkhí lớp bùn đáy hồlàm giảm tải trọng hữu cơ trong hồ và sinh ra các sản phẩm lên men trong nước.Chiều sâu của hồ ảnh hưởng đến sự xáo trộn, quá trình oxy hoá và phân huỷtrong hồ. Chiều sâu của hồ tuỳtiện thường khoảng 0,9–1,5m. (Hoàng Huệ, 1996).
Theo nghiên cứu của Viện Nghiên cứu cao su Việt Nam năm 2010, các công nghệ hiện xửlý nước thải ngành cao su hiện nay ở Việt Nam hầu hết đều chưa đạt
vềtiêu chuẩn xảthải, thậm chí lượng thải cao hơn rất nhiều, đặc biệt là COD, BOD và N-NH3.
Bảng 2.4: Lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải chế biến mủ cao su theo từng dây chuyền sản xuất
Chỉtiêu Nước thải mủly tâm Nước thải mủ nước Nước thải mủtạp Nước thải cống chung Lưu lượng (m3/tấn DRC) 15–20 25–30 35–40 - pH 9–11 5–6 5–6 5–6 BOD (mg/l) 1.500–12.000 1.500–5.500 400–500 2.500–4000 COD (mg/l) 3.500–35.000 2.500- 6.000 520–650 3.500–5.000 SS (mg/l) 400–600 220–6.000 4.000–8.000 500–5.000
(Nguồn: Thống kê từTrung tâm công nghệ môi trường–ECO, 2012)
Bảng2.5: Hiệu suất xử lý của các công nghệ xử lý nước thải cao su được ứng dụng tại Việt Nam
Thiết bị/
công nghệ Đốitượng
Giá trịtrung bình HRT Ngày Tải trọng (kg COD/ m3/ngày) Hiệu suất xửlý COD (%) Hiệu suất xửlý tổngnitơ (%) Bểsục khí Thô/đã xửlý kỵkhí hay hiếu khí 14 1,7 54 52 Hồ ổnđịnh Thô 28 1,2 72 60
Bểtuyển nổi Thô 2h 2,6 34 -
BểUASB Thô 6h 8,4 70 11
Bểthổi khí Thô 3,2 2,8 44 45
Bểluân phiên Đã qua kỵkhí 14h 2,8 33 16
Bểlọc sinh học Đã qua hiếu khí - 3,6 25 22
(Nguồn: Bộmôn Chếbiến, Viện Nghiên cứu cao su Việt Nam, 2012)
Tóm lại, trong chương 2 tác giảtổng quan vềnguồn gốc phát sinh nước thải ngành cao su, các phương pháp xử lý nước thải cao su.Nước thải cao su chủ yếu
sinh ra từ công đoạn khuấy trộn, đánh đông, gia công cơ học.Có ba phương pháp chung đểxửlý nước thải cao su là: phương pháp cơ học, hoá học và hoá lý, phương pháp sinh học. Từcác kiến thức tổng quan về nước thải cao su, tác giả đã tiến hành điều tra ngẫu nhiên tại 21 nhà máy có hệ thống xử lý nước thảiđang hoạt động ở Tây Ninh để khảo sát tổng thểcác nhà máy và trọng tâm vềquy trình công nghệxử lý nước thải cao su. Thông qua kết quả điều tra được tại các nhà máy, tác giả tiến hành phân chia các nhà máy thành từng nhóm công nghệ để đánh giá hiện trạng.Cụ thể được trình bàyở chương 3.
CHƯƠNG 3
ĐÁNH GIÁ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
TẠI CÁC NHÀ MÁY CAO SU ĐƯỢC ĐIỀU TRA
Như trình bày ở chương 1, toàn tỉnh Tây Ninh hiện có 26 nhà máy cao su, trong đó đang hoạt động là 23 nhà máy (ba nhà máy ngưng hoạt động làPhú Hưng, Hào Hải, Hiệp Trường). Trong số 23 nhà máy còn đang hoạt động thì có 21 nhà máy có hệthống xử lý nước thải (02 nhà máy chưa có hệ thống xửlý là Hưng Phát và Kim Huỳnh). Do đó, tác giả điều tra trên 21 nhà máy cao su (chiếm tỷlệ80,7%). Trong quá trìnhđiều tra có 09 nhà máy cho phép xét nghiệm mẫu nước thải vào và ra để gửi mẫu xét nghiệm chiếm tỷ lệ 34,6% so với tổng số 26 nhà máy tại Tây Ninh.
3.1. PHÂN LOẠI QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Qua kết quả điều tra thực tếtại các nhà máy, tác giả phân loại quy trình công nghệ chung của các nhà máy cao su tại Tây Ninh như sau:
Bảng 3.1:Công nghệ xử lý nước thải cao su tại Tây Ninh
Loại Tên công nghệ Mô tảcông nghệ
Loại I
Hệthống kỵkhí kết hợp hoá lý
Gạn mủ- Điều hoà - Hoá lý - Aerotank - Lắng - Khử trùng. Loại II Hệthống kỵkhí kết hợp hiếu khí Gạn mủ- kỵkhí–lắng –hiếu khí - lắng–khửtrùng. Loại III
Công nghệtiên tiến AAO kết hợp hoá lý
Lắng cát- Gạn mủ- Điều hoà - Tuyển nổi - Lắng - Kỵ khí - Hiếu khí - Lắng 2 - Khửtrùng
(Nguồn: Tác giảphân loại, 2013)
3.1.1. Giải thích quy trình công nghệ
Công nghệLoại I:
Nước thải được đi qua bể gạn mủ, tại đây xảy ra quá trình lắng, những bông cặn lắng xuống tạo bùn sẽ được hút bằng máy bơm đến bểchứa bùn, mủ trong nước thải sẽnổi trung bình sau 72 giờ và được vớt để tái sử dụng. Sau đó nước thải qua bể điều hoà kết hợp kỵ khí, tại đây lưu lượng nước thải được giữ ở mứcổn định và có thể thêm hoá chất nếu pH không đạt.Tiếp theo, nước thải đi đến bể Aerotank,
đây là bểhiếu khí bùn hoạt tính có nhiệm vụxửlý trung bình 36% BOD, 30% COD bằng cách đưa nước thải đi từ đáy bể thổi qua lớp bùn hoạt tính trong bể tạo môi trường hiếu khí cho vi sinh vật xử lý chất hữu cơ. Sau đó, nước thải qua bể lắng đứngtheo phương pháp trọng lực, phần nước trong sẽchảy qua bểkhửtrùng.
Theo kết quả điều tra, có 04 nhà máy sửdụng công nghê loại I (chiếm 15,4% tổng số nhà máy tại Tây Ninh), trong đó có 2 nhà máy có bể gạn mủ quá nhỏ, đường ống hẹp nên bị ứ mủkhông hoạt động tốt (chiếm 50% tổng sốnhà máy loại I) gây tắt nghẽn hệthống ngay từ đầu. Nguyên nhân là cuối vụ, nhà máy không vớt mủnổi trên bểgạn mủkịp thời.Có 01 nhà máy trong nhóm (chiếm 25%) có bể hoá lý nhưng không hoạt động.Có 02 nhà máy sử dụng lắng hoá lý dạng trọng lực (chiếm 50%) và 02 nhà máy sử dụng lắng hoá lý vừa trọng lực vừa ly tâm (chiếm 50%).
Công nghệLoại II:
Giống loại I, nước thải cao su cũng đi qua bể gạn mủ và bể kỵ khí kết hợp điều hoà. Sau đó nước thải đi qua các bể lắng hiếu khí liên tiếp, phần nước trong chảy sang bểkhửtrùng.
Theo kết quả điều tra, có 11 nhà máy sử dụng công nghệ loại II (chiếm 42,3% tổng số nhà máy tại Tây Ninh). Trong đó, 08 nhà máy không sử dụng hệ thống khử trùng (chiếm 72,7% số nhà máy loại II) mà chỉ lắng. Trong số tám nhà máy không khử trùng có 05 nhà máy thải trực tiếp ra môi trường, 03 nhà máy còn lại cho nước thải chạy vòng quanh khuôn viên nhà máy gây mùi hôi lớn. Có 7 nhà máy sử dụng lắng trọng lực (chiếm 63,6%) và 4 nhà máy sử dụng lắng lamen (chiếm 36,4%).
Công nghệLoại III:
Khác với công nghê Loại I và II, nước thải đầu tiên sẽ đi qua hệ thống lắng cát kết hợp gạn mủ để loại bỏ phần cát bẩn, sau đó nước thải đi qua bể gạn mủvà qua bể điều hoà kết hợp kỵ khí.Sau đó, nước thải qua hệthống tuyển nổi và lắng, tại đây liên tiếp diễn ra quá trình keo tụ, tạo bông vì bể được châm hoá chất. Hiện nay có 75% số nhà máy được điều tra sửdụng phèn nhôm và 25% còn lại sửdụng PAC đểkeo tụ trong các giai đoạn hoá lý. 100% các nhà máyđều sửdụng polymer đểtạo bông. Sau khi qua bểtuyển nổi và lắng, nước thải tiếp tục qua bểkỵkhí và hiếu khí
để khử BOD, COD và sau đó qua bể lắng thiếu khí khử N, P, nước trong chảy qua bểkhửtrùng.
Theo kết quả điều tra, có 06 nhà máy sử dụng công nghệ loại III (chiếm 23,07% tổng số nhà máy tại Tây Ninh). Trong đó, có 02 nhà máy chỉ sửdụng một bểlắng sau hệthống tuyển nổi (chiếm 33% tổng sốnhà máy trong nhóm) mà không dùng bểlắng thứhai sau bểhiếu khí.Có 03 nhà máy bỏ bể lắng cát đầu tiên (chiếm 50%). Có 02 nhà máy sử dụng lắng lamen và lắng ly tâm (chiếm 33,3%), 02 nhà máy sửdụng lắng trọng lực và lắng ly tâm (chiếm 33,3%).