Nước thải nhiễm dầu chứa thành phần chính là dầu khoáng, ngoài ra còn rác, cặn lắng, đất sét,.. Chúng phát sinh chủ yếu từ các quá trình sau: súc rửa, làm mát bồn chứa, vệ sinh máy móc, thiết bị, rơi rãi xăng dầu xuống nguồn nước, xảy ra sự cố...Nếu không có biện pháp xử lý sẽ gây nên tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường như làm huỷ hoại hệ sinh thái động thực vật và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người. Nồng độ ô nhiễm đặc trưng của nước thải nhiễm dầu thể hiện cụ thể qua bảng 1.5:
Bảng 1.5: Thông số cơ bản của nước thải nhiễm dầu của tổng kho B xăng dầu Petrolimex khu vực 2
STT Thông số Đơn vị Giá trị QCVN29:2010/BTNMT, cột B 1 BOD5 (200C) mg/l 175 50 2 COD mg/l 200 100 3 Chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 150 100 4 Dầu mỡ khoáng mg/l 250 15 5 Coliform MPN 6000 5000
1.9.1.1 Quy trình xử lý nước thải nhiễm dầu
Hình 1.10: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải nhiễm dầu
1.9.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ
Nước nhiễm dầu theo hệ thống thu gom chảy vào bể điều hòa. Tại đây lớp dầu thô trên mặt nước được thiết bị vớt tách dầu loại ra khỏi nước và được đưa tới bể chứa dầu. Hoá chất Hoá chất Bể chứa dầu Bể chứa dầu Bể chứa bùn Bể chứa bùn Xử lý định kỳ Xử lý định kỳ
Nước thải vào
Nước thải vào
Bể điều hoà
Bể điều hoà
Bể tách dầu cải tiến
Bể tách dầu cải tiến
Bể phản ứng, keo tụ tạo bông Bể phản ứng, keo tụ tạo bông Bể trung gian Bể trung gian Bể lọc áp lực Bể lọc áp lực Nano dạng khô Nano dạng khô Nguồn tiếp nhận Nguồn tiếp nhận
Nước thải sau khi tách dầu được bơm lên bể phản ứng. Hóa chất keo tụ và hóa chất hiệu chỉnh môi trường được châm vào bể với liều lượng nhất định và được kiểm soát chặt chẽ bằng máy pH. Dưới tác dụng của hệ thống cánh khuấy với tốc độ lớn được lắp đặt trong bể, hóa chất keo tụ và hóa chất hiệu chỉnh môi trường được hòa trộn nhanh và đều vào trong nước thải. Trong điều kiện môi trường thuận lợi cho quá trình keo tụ, hóa chất keo tụ và những chất ô nhiễm trong nước thải tiếp xúc, tương tác với nhau, hình thành các bông cặn nhỏ li ti trên khắp diện tích và thể tích bể. Hỗn hợp nước thải này tự chảy qua bể keo tụ tạo bông.
Tại bể keo tụ tạo bông, hóa chất keo tụ được châm vào bể với liều lượng nhất định. Dưới tác dụng của hóa chất này và hệ thống motor cánh khuấy với tốc độ chậm, các bông cặn li ti từ bể phản ứng sẽ chuyển động, va chạm, dính kết và hình thành nên những bông cặn tại bể keo tụ tạo bông có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần bông cặn ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng ở bể tách dầu thô cải tiến. Hỗn hợp nước và bông cặn hữu dụng tự chảy sang bể tách dầu thô cải tiến. Bể tách dầu thô cải tiến được thiết kế với những tấm vách nghiêng để loại bỏ những thành phần cặn thô, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi để các hạt dầu nổi lên trên mặt nước. Dầu này được loại khỏi nước thải bằng thiết bị tách dầu tự động. Phần cặn dầu thô này cũng được dẫn về bể chứa dầu. Phần cặn lắng xuống đáy bể được bơm về bể chứa bùn. Nước sau bể tách dầu thô cải tiến tự chảy vào bể trung gian. Đây là nơi trung chuyển nước giữa bể tách dầu thô cải tiến và công trình xử lý dầu
Phần lớn dầu thô, chất rắn lơ lũng, BOD, COD,... được loại ra khỏi nước thải sau khi qua bể điều hòa, bể phản ứng, bể keo tụ tạo bông, bể tách dầu thô cải tiến. Phần còn lại được xử lý tại bể lọc áp lực và bể nano dạng khô.
Nước được bơm từ bể trung gian qua lớp vật liệu lọc áp lực . Cặn lơ lửng được giữ lại trên lớp vật liệu lọc, nước đi ra khỏi bể lọc áp lực đi vào bể nano dạng khô để tách phần dầu và cặn còn sót lại trong nước thải. Vi sinh được loại ra khỏi nước tại bể này. Đây là công nghệ khử trùng không dùng hóa chất.
Nước sau khi qua bể nano đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định của pháp luật. Bùn cặn từ bể điều hòa và bể tách dầu thô cải tiến được đưa về bể chứa bùn và được cơ quan chức năng thu gom và xử lý định kỳ.
1.9.2 Xử lý bằng vải lọc dầu SOS
Là biện pháp xử lý tại chỗ bằng vải lọc dầu SOS-1. Vải lọc dầu SOS – 1 được sản xuất từ 100% sợi tái chế của ngành công nghiệp dệt với đặc tính đặc biệt. Vải có khả năng lọc sạch dầu kể cả váng dầu rất mỏng lẫn trong nước thải bất kể nước ngọc hay nước mặn với lưu tốc lớn. Khả năng lọc dầu không bị ảnh hưởng ngay khi vải ngập trong nước, dầu bị hút vào sẽ đẩy nước ra khỏi sợi vải và chiếm chỗ.
SOS – 1 có khả năng hút lượng dầu gấp 20 lần trọng lượng bản thân, cao hơn so với vật liệu thấm dầu phổ biến bằng polypropylene và vượt xa loại vật liệu này ở đặc tính có thể cho nước chảy qua với vận tốc lớn. Sản phẩm này mang lại hiệu quả kinh tế cao do vải sử dụng được nhiều lần.
Vải lọc dầu SOS – 1 sử dụng rất đơn giản, cho nước nhiễm dầu chảy qua vải. Vải lọc dầu được sử dụng với nhiều kiểu cách hình dạng khác nhau:
Dạng túi lọc bịt vào đầu ống ra của vòi bơm nước thải
Dạng túi lọc hình trụ hoặc lập phương trùm bên ngoài khung kim loại với kích thước vừa lọt vào giữa các vách ngăn đáy tàu nơi đặt bơm hút
Dạng thả nổi tự do trong khoang nước đáy tàu
Khi vải ngấm no dầu, tách dầu ra bằng phương pháp cơ học ( vắt ly tâm, ép,..), làm sạch bằng cách giặt thông thường và sử dụng lại. Vải có khả năng lọc sạch váng dầu
trong 4 lần sử dụng, sau đó sử dụng như vật liệu thấm dầu thả nổi trong nước đáy tàu. Sau thời gian dài sử dụng và chịu tác động bởi việc vắt tách giặt, vải trở nên rách nát.
Dưới đây là kết quả phân tích mẫu nước thải nhiễm dầu tại Công ty kỹ thuật máy bay Nội Bài trước và sau khi lọc bởi vải lọc dầu SOS – 1
Bảng 1.6: Kết quả phân tích mẫu nước thải nhiễm dầu xử lý bằng vải lọc SOS-1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mẫu
Tổng hàm lượng dầu trong nước thải
trước khi lọc (mg/l) Số lớp vải lọc SOS -1 Tổng hàm lượng dầu trong nước thải
sau khi lọc (mg/l)
Tiêu chuẩn nước thải công
nghiệp TCVN 29: 2010 (mg/l) 1 24,1 3 2,0 5,0 2 12,5 2 3,0 5,0 3 11,6 1 3,0 5,0 4 485 1 4,0 5,0
( Nguồn Công ty kỹ thuật máy bay Nội Bài)
1.9.3 Xử lý nước thải nhiễm dầu bằng công nghệ tuyển nổi
1.9.3.1 Khái niệm và nguyên tắc của quá trình tuyển nổi [14]
Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất ( ở dạng rắn hoặc dạng lỏng ) phân tán không tan tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt.
Trong xử lý nước thải về nguyên tắc, tuyển nổi thường sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ hơn hoặc nhẹ, lắng chậm, trong một thời gian được gom bằng bộ phận vớt bọt.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các khí đó sẽ kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bong bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
Trong trường hợp cần tách các hạt rắn kỵ nước khi bong bóng khí dính chặt vào chúng sẽ tạo thành một đường bao là biên giới của pha rắn-lỏng-khí giới hạn diện tích dính của bọt khí. Đường tiếp tuyến với mặt bọt khí tại điểm tiếp xúc và bề mặt của hạt rắn tạo thành một góc θ.
Khả năng tạo thành tổ hợp tuyển nổi của các hạt – bọt khí, vận tốc của quá trình, độ bền vững của mối dính kết và thời gian tồn tại của tổ hợp trên phụ thuộc vào bản chất hạt, vào đặc tính tác dụng tương hỗ của các tác nhân với bề mặt hạt và và khả năng thấm ướt của bề mặt năng lượng tạo thành tổ hợp bọt khí – hạt bằng.
A = σ (1- cosθ) (1.5) Trong đó:
σ: là sức căng bề mặt của nước trên biên giới với khí.
Đối với hạt thấm ướt tốt θ ->0, cos θ->1, do đó sự bền vững của kết dính là nhỏ nhất, ngược lại đối với hạt không thấm nước độ bền vững đó là lớn nhất.
Xác suất kết dính của hạt với bóng khí phụ thuộc vào độ thấm ướt của hạt. Độ thấm ướt đó được đặc trưng bởi đại lượng góc biên θ. Góc biên thấm ướt càng cao và độ bền vững của mối kết dính trên bề mặt càng lớn.
1.9.3.2 Các phương pháp tuyển nổi
Trong xử lý nước thải, người ta phân biệt các phương pháp tuyển nổi như sau: - Tuyển nổi bằng việc tách không khí từ dung dịch
- Tuyển nổi phân tán không khí bằng phương pháp cơ học
- Tuyển nổi bằng cách cấp không khí qua đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp - Tuyển nổi điện và tuyển nổi hóa học.
- Qúa trình thực hiện liên tục có phạm vi ứng dụng rộng rãi - Vốn đầu tư chi phí vận hành không lớn
- Thiết bị đơn giản
- Có độ lựa chọn tách các tạp chất
- Tốc độ tuyển nổi cao hơn quá trình lắng
1.9.3.4 Ứng dụng của phương pháp tuyển nổi
Phương pháp tuyển nổi được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải của nhiều ngành công nghiệp như chế biến dầu mỏ, sợi tổng hợp, giấy, da, chế tạo máy, thực phẩm hóa chất…
1.9.4 Xử lý nước thải nhiễm dầu bằng công nghệ sinh học [17]
Ứng dụng công nghệ sinh học vào kỹ thuật môi trường đã và đang là một hướng nghiên cứu rất được quan tâm phát triển và ngày càng có nhiều ứng dụng thiết thực với ưu điểm là thân thiện với môi trường. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chẳng hạn Kho K99 của tổng cục hậu cần là kho đầu mối trử lượng lớn, lưu lượng tiếp nhận, cấp phát hàng trăm nghìn tấn xăng dầu mỗi năm. Hơn nữa kho còn pha chế xăng A90 để cấp phát cho các đơn vị quân đoàn. Số lượng xăng dầu lớn nên số lượng nước thải nhiễm dầu cũng đáng kể. Phải xử lý an toàn để đảm bảo môi trường cho kho và khu vực xung quanh. Từ năm 2001 kho K99 được đầu tư công nghệ xử lý nước thải nhiễm dầu đồng bộ trong đó có bể xử lý sinh học.
Quy trình xử lý bao gồm:
Bơm nước từ bể thu váng lên tháp, để lắng 24 giờ, sau đó mở van cho nước xuống các bể từ 1 đến 4, khi nước vào đầy các bể, cách mặt từ 15 cm đến 20 cm đóng van xả, cho chế phẩm sinh học dạng viên vào các bể chứa ngâm xử lý từ 7 đến 10 ngày. Sau đó chuyển tải nước xử lý lần một qua các bể còn lại với mức nước đầy. Tiếp tục rắc các chế phẩm sinh học để xử lý. Tiếp đó, sử dụng các thiết bị khuấy, sục khí tại các bể, thời gian sục liên tục 36 giờ, cứ 6 giờ nghỉ khoảng 30 phút. Sau 24 giờ tiếp tục bổ sung vào các bể các chế phẩm sinh học. Kết thúc quá trình sục khí, mở van
xả nước ra bể xử lý sinh học lần cuối, nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường.
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.1 Phương pháp lấy mẫu
- Mẫu nhũ tương dầu/nước được lấy từ nguồn nước thải nhà máy dầu nhờn BP – Castrol, Petrolimex, Vilube, AP Sài Gòn Petro, Nikko, PV Oil tại các bể lắng, sau khi đã lọc gạn lớp váng dầu lần 1 ( lọc bằng bông thủy tinh) thì xác định hàm lượng dầu trong nước còn lại.
- Mẫu nhũ tương dầu trong nước của dầu nhờn thành phẩm Helix HX5 15W40 của hãng Shell được pha với nước với tỷ lệ khác nhau và khuấy sau đó tiến hành để ổn định xác định lại hàm lượng dầu trong nước.
Bảng 2.1: Hàm lượng dầu trong mẫu pha với các thể tích khác nhau
Tên mẫu 1 2 3 4 5 6
Hàm lượng dầu
(mg/l) 10 -50 50-100 100-200 200-300 300-400 400 -500 Hàm lượng dầu
trong mẫu nước khi để ổn định 30 ngày (mg/l)
20,4 78,3 158,8 265,5 356,9 451,2
( Nguồn bằng thực nghiệm pha trong phòng thí nghiệm)
Trước khi quy hoạch hóa thực nghiệm tiến hành khảo sát thăm dò từng yếu tố như nồng độ chất keo tụ, thòi gian khuấy, tốc độ khuấy ảnh hưởng đến hiệu xuất loại bỏ dầu trong nước của nhũ tương dầu/nước.
2.1.3 Phương pháp phân tích dầu tại phòng thí nghiệm
Mẫu sau khi keo tụ phá nhũ tương dầu/nước bằng phèn nhôm và C-300 để ổn định khoảng 15 phút. Sau đó cho vào phiễu chiết tách lấy lớp váng dầu phía trên. Phần nước sau khi chiết cho vào phiễu chiết cho vào thêm 20 ml dung môi Petroleum ether có nhiệt độ sôi từ 30 đến 600C lắc đều. Chiết lấy phần dung môi chứa dầu vào một bình tam giác 250ml. Đem chưng tách dung môi Petroleum ether ở nhiệt độ 60 đến 700C cho đến khi phần dung môi bay ra hết. Đem bình tam giác chứa dầu cho vào tủ sấy, sấy ở nhiệt độ 1000C để nước và dung môi còn lại bay hết, để nguội rồi cho vào bình hút ẩm khoảng 15 phút, rồi đem cân trên cân phân tích với độ chính xác 10-4 (gam) ta được khối lượng g2 ( gam).
Lượng dầu trong nước được tính theo công thức sau:
Trong đó
g1: Khối lượng bình trước khi chưng (g) g2: Khối lượng bình có dầu sau khi chưng (g) V: Thể tích mẫu đem phân tích (ml)
m: Khối lượng dầu trong nước (mg/l)
2.1.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm
Qua thực nghiệm xác định hàm lượng dầu ở các tổng kho chứa xăng dầu, các nhà máy sản xuất dầu nhờn tại TP.HCM hàm lượng dầu nằm trong khoảng 86 -310
mg/l. Do lượng dầu tồn tại trong nước tại các tổng kho, nhà máy dầu nhờn thay đổi nên các giá trị hàm lượng dầu trong nước xác định là những giá trị trung bình. Sau khi khảo sát thăm dò các yếu tố như nồng độ, tốc độ khuấy, thời gian khuấy ta tiến hành:
Hàm lượng dầu trong nước từ 10 -200 mg/l mã hóa theo bảng 2.2 Hàm lượng dầu trong nước từ 200 -500 mg/l mã hóa theo bảng 2.3 Đối với hàm lượng dầu
Ta tiến hành đặt các biến như sau: Z1: Là biến nồng độ (ppm)
Z2: Là biến thời gian khuấy ( giây) Z3: Là biến tốc độ (vòng/phút) Mã hóa các biến theo công thức
= (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đó:
=
=
xj = 0 khi Zj =
xj = -1 khi Zj = Zmin
Mẫu 1 hàm lượng dầu nằm trong khoảng 10 -50 mg/l, mẫu 2 hàm lượng dầu nằm trong khoảng 50 – 100 mg/l mẫu 3 hàm lượng dầu nằm trong khoảng 100 -200 mg/l sau khi mã hóa ta được bảng sau:
Bảng 2.2 : Bảng mã hóa khi hàm lượng dầu nằm trong khoảng 10-200 mg/l
Yếu tố Nồng độ hóa chất (ppm)
Thời gian khuấy ( giây) Tốc độ khuấy ( vòng/phút) Đặt biến Z1 Z2 Z3 Giá trị gốc 15 75 600 Cận trên 24 120 1000 Cận dưới 6 30 200 9 45 400
Mẫu 4, mẫu 5, mẫu 6 sau khi mã hóa ta được bảng như sau:
Bảng 2.3 : Bảng mã hóa khi hàm lượng dầu nằm trong khoảng 200 - 500 mg/l
Yếu tố Nồng độ hóa chất (ppm)
Thời gian khuấy ( giây)
Tốc độ khuấy ( vòng/phút)
Giá trị gốc 30 75 600
Cận trên 48 120 1000
Cận dưới 12 30 200
18 45 400
2.1.5 Phương pháp kế hoạch hóa thực nghiệm [9,10,11]
Thông thường các bài toán công nghệ đặt ra là các bài toán tối ưu. Do vậy việc tiến hành thực nghiệm phải được tổ chức theo một kế hoạch định trước sao cho có