Giới thiệu dự án
Sản xuất than cốc là mắt xích nguyên liệu sống còn trong chuỗi luyện kim gang - thép toàn cầu với sản lượng vượt 400 triệu tấn/năm. Tại Việt Nam, Nhà máy Cốc hóa thuộc Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên (TISCO) đóng vai trò nòng cốt với công suất thiết kế 150.000 tấn cốc/năm. Tuy nhiên, quy trình nhiệt phân than mỡ ở nhiệt độ cao (950°C – 1050°C) trong điều kiện yếm khí làm phát sinh lượng lớn nước thải công nghiệp phức tạp, chứa nồng độ đậm đặc các hợp chất hữu cơ vòng thơm và độc chất vô cơ.
Khí cốc & Dầu cốc thô Than cốc nóng
[Chưng cất phân đoạn] [Tháp dập cốc]
1. Vấn đề thực tiễn và Pain Points
Nước thải sinh ra từ các tháp chưng cất dầu cốc thô, bồn tách bã nhựa và thùng chứa dầu cốc có đặc tính cực kỳ độc hại với các thách thức chính:
- Độc tính sinh học cao: Nồng độ Phenol thô ban đầu đạt $15,26 \text{ mg/L}$ (vượt hơn 30,5 lần quy chuẩn), COD đạt $971,16 \text{ mg/L}$, BOD5 đạt $408,14 \text{ mg/L}$, gây ức chế và làm chết hầu hết các chủng vi sinh vật thông thường.
- Tải lượng hợp chất Nitơ lớn: Hàm lượng Amoni ($\text{NH}_4^+ \text{-N}$) lên tới $361,22 \text{ mg/L}$, tỷ lệ $\text{BOD}_5:\text{N}:\text{P}$ mất cân bằng nghiêm trọng làm giảm hiệu suất của các công trình bùn hoạt tính truyền thống.
- Tính kiềm cao: Giá trị pH đầu vào ở mức $9,4$, đòi hỏi quá trình trung hòa nghiêm ngặt để bảo vệ sinh khối vi sinh vật.
- Tác động tích lũy môi trường: Xả thải trực tiếp ra lưu vực sông Cầu và suối Cam Giá sẽ hủy hoại hệ sinh thái thủy sinh, đe dọa trực tiếp đến sức khỏe của hàng vạn người dân trong khu vực lưu vực Gang thép Lưu Xá.
2. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể
- Khảo sát toàn diện dây chuyền công nghệ nhiệt phân than mỡ và chu trình thu hồi sản phẩm hóa tại Nhà máy Cốc hóa TISCO.
- Đánh giá chất lượng nước thải sản xuất đầu vào và đầu ra dựa trên hệ thống chỉ tiêu hóa lý tiêu chuẩn.
- Kiểm chứng hiệu suất phân hủy Phenol, COD, BOD5, TSS, Amoni của hệ thống xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank (dung tích xử lý thực tế $76 - 77 \text{ m}^3/\text{ngày}$).
- Đánh giá tính khả thi kỹ thuật của mô hình tuần hoàn $100%$ nước thải sau xử lý phục vụ công đoạn dập than cốc nóng.
- Đề xuất giải pháp tối ưu hóa thông số vận hành nhằm đảm bảo nước thải đầu ra đạt chuẩn QCVN 52:2013/BTNMT (Cột A/B về nước thải sản xuất thép).
3. Giải pháp tiếp cận và Kết quả định lượng kỳ vọng
Đề tài áp dụng giải pháp tích hợp Hóa lý sơ bộ (Tách dầu mỡ + Keo tụ trung hòa) + Sinh học hiếu khí liên tục (Aerotank) + Lắng phân ly bùn hoạt tính + Tuần hoàn chu trình kín.
| Thông số mục tiêu |
Nước thải đầu vào |
Kỳ vọng sau xử lý |
Quy chuẩn QCVN 52:2013/BTNMT |
| pH |
$9,4$ |
$6,5 - 7,5$ |
$5,5 - 9,0$ |
| Phenol tổng |
$15,26 \text{ mg/L}$ |
$< 0,001 \text{ mg/L}$ |
$0,5 \text{ mg/L}$ |
| COD |
$971,16 \text{ mg/L}$ |
$< 15 \text{ mg/L}$ |
$150 \text{ mg/L}$ |
| $\text{BOD}_5$ |
$408,14 \text{ mg/L}$ |
$< 4 \text{ mg/L}$ |
$50 \text{ mg/L}$ |
| TSS |
$398,50 \text{ mg/L}$ |
$\le 72,8 \text{ mg/L}$ |
$100 \text{ mg/L}$ |
| $\text{NH}_4^+ \text{-N}$ |
$361,22 \text{ mg/L}$ |
$< 2,0 \text{ mg/L}$ |
Không quy định cụ thể |
4. Phạm vi và Giới hạn nghiên cứu
- Phạm vi đối tượng: Trạm xử lý nước thải chứa Phenol công suất $76 - 77 \text{ m}^3/\text{ngày}$ thuộc Phân xưởng Hóa - Nhà máy Cốc hóa TISCO (lưu lượng thải thực tế dao động $40 - 45 \text{ m}^3/\text{ngày}$).
- Thời gian thực nghiệm: Thu thập, lấy mẫu và phân tích đợt IV năm 2017 (các mốc 13/10/2017 và 18/10/2017).
- Giới hạn: Tập trung đánh giá động học xử lý dòng thải chứa hợp chất hữu cơ bay hơi và kim loại nặng; không nghiên cứu chi tiết bùn thải nguy hại phát sinh từ đáy lò chưng luyện gián đoạn.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
Nghiên cứu so sánh công nghệ xử lý nước thải chứa Phenol hiện hành trong ngành công nghiệp luyện cốc:
| Tiêu chí |
Oxy hóa bậc cao (Fenton/Ozone) |
Đốt nhiệt cao áp (Thermal Incineration) |
Vi sinh hiếu khí Aerotank tuần hoàn (Lựa chọn) |
| Hiệu quả xử lý Phenol |
Rất cao ($> 98%$) |
Tuyệt đối ($99,99%$) |
Rất cao ($> 99,9%$) khi vi sinh thích nghi |
| Chi phí đầu tư ban đầu |
Rất lớn (Hóa chất tinh khiết, ozone generator) |
Cực lớn (Buồng đốt chịu nhiệt, tiêu hao nhiên liệu) |
Trung bình (Bể bê tông cốt thép, máy thổi khí) |
| Chi phí vận hành |
Đắt ($120.000 - 180.000 \text{ VNĐ/m}^3$) |
Rất đắt do tốn năng lượng đốt |
Rẻ ($15.000 - 25.000 \text{ VNĐ/m}^3$) |
| Chất thải thứ cấp |
Tạo khối lượng bùn Fe(OH)3 lớn |
Khí thải độc hại ($\text{NO}_x, \text{SO}_x, \text{Dioxin}$) |
Bùn vi sinh hữu cơ có thể ép làm phụ gia than bánh |
| Khả năng tái sử dụng |
Phải khử muối và điều chỉnh pH |
Nước bị bốc hơi hoàn toàn |
Tái tuần hoàn $100%$ làm nước dập cốc |
Phân tích yêu cầu chức năng (MoSCoW Prioritization)
- Must have: Giảm Phenol $< 0,5 \text{ mg/L}$, COD $< 150 \text{ mg/L}$, trung hòa pH về ngưỡng an toàn ($6,5 - 8,5$), tách triệt để váng dầu mỡ nổi.
- Should have: Tuần hoàn khép kín $100%$ dòng nước sau lắng đứng về tháp dập cốc, ép khô bùn hoạt tính bằng máy ép khung bản.
- Could have: Cảm biến đo DO, pH online tự động điều khiển biến tần máy nén khí.
- Won't have: Hệ thống khử khoáng màng thẩm thấu ngược (RO) do chi phí màng cao và tắc nghẽn màng bởi hợp chất vòng thơm.
Thiết kế hệ thống kỹ thuật
1. Kích thước và thông số thiết bị công nghệ
- Bể điều hòa: Kích thước $8000 \times 1560 \times 3200 \text{ mm}$ ($V \approx 40 \text{ m}^3$), kết cấu móng bê tông tường gạch, lưu trữ và đồng hóa nồng độ dòng thải độc hại từ phân xưởng hóa.
- Bể lắng cặn, tách dầu mỡ: Kích thước $3600 \times 2600 \times 2800 \text{ mm}$ ($V \approx 26,2 \text{ m}^3$), trang bị vách ngăn hướng dòng, cửa tràn thu dầu mỡ bề mặt và rốn thu bùn nặng đáy.
- Bể Aerotank sinh học: Kích thước $12000 \times 4400 \times 4300 \text{ mm}$ ($V \approx 227 \text{ m}^3$), trang bị hệ thống đĩa phân phối khí bọt mịn, máy nén khí công suất $56 \text{ m}^3/\text{h}$, áp suất làm việc $0,7 \text{ at}$, động cơ $5,5 \text{ kW}$ ($1450 \text{ vòng/phút}$). Bơm nước thải cấp vào bể lưu lượng $Q = 6 - 8 \text{ m}^3/\text{h}$, cột áp $H = 25 \text{ m}$, công suất $1,5 \text{ kW}$.
- Bể lắng đứng phân ly bùn: Chiều cao công tác $h = 4,5 \text{ m}$, cấu trúc bê tông cốt thép, thu bùn hoạt tính lắng đáy bằng bơm hồi lưu $Q = 9 \text{ m}^3/\text{h}$ ($3 \text{ kW}$) và máng răng cưa thu nước trong bề mặt.
- Hệ thống xử lý bùn thải: Máy ép bùn khung bản 25 bản ép gang đúc kích thước $470 \times 470 \text{ mm}$, ép bùn thành bánh khô chuyển giao chôn lấp/phối trộn than đốt đúng quy định.
2. Tiêu chuẩn và phương pháp phân tích áp dụng
- Đo pH tại hiện trường: Thiết bị đo điện cực thủy tinh theo TCVN 6492:2011.
- Nhu cầu oxy sinh học ($\text{BOD}_5$): Nuôi cấy pha loãng 5 ngày ở $20^\circ\text{C}$ theo TCVN 6001:2008.
- Nhu cầu oxy hóa học (COD): Phương pháp chuẩn độ ngược Kali dicromat trong môi trường axit theo TCVN 4565:1998.
- Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Phương pháp sấy khô ở $103 - 105^\circ\text{C}$ dùng giấy lọc sợi thủy tinh theo TCVN 6625:2000.
- Định lượng $\text{NH}_4^+ \text{-N}$: Phương pháp so màu quang phổ xây dựng đường chuẩn theo TCVN 5988:1995.
- Định lượng $\text{PO}_4^{3-} \text{-P}$: Phương pháp trắc phổ Amoni Molipdat theo TCVN 6202:2008.
Phương pháp nghiên cứu và Đảm bảo chất lượng (QA/QC)
Quy trình nghiên cứu được tổ chức chặt chẽ theo 4 giai đoạn chuẩn mực khoa học môi trường:
- Quy trình lấy mẫu: Sử dụng máy bơm chuyên dụng hút trực tiếp vào bình nhựa Polyethylene (PE) đã ngâm rửa vô trùng bằng dung dịch $\text{HNO}_3 \text{ 1M}$ và tráng nước cất 3 lần. Mẫu được bảo quản lạnh ở $4^\circ\text{C}$ và chuyển ngay về Trung tâm Quan trắc Môi trường tỉnh Thái Nguyên trong vòng 24 giờ.
- Kế hoạch kiểm soát rủi ro: Định kỳ đo DO trong bể Aerotank nhằm duy trì nồng độ oxy hòa tan $\text{DO} \ge 2,0 \text{ mg/L}$, ngăn chặn hiện tượng bùn trồi, sốc tải độc chất Phenol làm chết quần thể vi sinh vật bản địa.
Thực thi và Kết quả thực nghiệm
Động học quá trình phân hủy sinh học và Cơ chế phản ứng
Cơ chế phân giải Phenol và hợp chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính hiếu khí diễn ra qua hai pha kế tiếp:
$$\text{C}_6\text{H}_5\text{OH} + 7\text{O}_2 \xrightarrow{\text{Vi khuẩn hiếu khí}} 6\text{CO}_2 + 3\text{H}_2\text{O} + \Delta H + \text{Tế bào mới}$$
$$\text{Chất hữu cơ} + \text{O}_2 + \text{NH}_3 + \text{PO}_4^{3-} \xrightarrow{\text{Bùn hoạt tính}} \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{Tế bào vi sinh vật}$$
Quá trình chuyển hóa Amoni diễn ra qua chu trình Nitrat hóa 2 bước:
$$2\text{NH}_4^+ + 3\text{O}_2 \xrightarrow{\textit{Nitrosomonas}} 2\text{NO}_2^- + 4\text{H}^+ + 2\text{H}_2\text{O}$$
$$2\text{NO}_2^- + \text{O}_2 \xrightarrow{\textit{Nitrobacter}} 2\text{NO}_3^-$$
Thuật toán tính toán hiệu suất khử ô nhiễm và tải nồng độ được biểu diễn như sau:
def calculate_treatment_efficiency(c_inlet: float, c_outlet: float) -> dict:
"""
Tính toán hiệu suất loại bỏ và đánh giá tuân thủ quy chuẩn xả thải.
Tham số:
c_inlet (float): Nồng độ chất ô nhiễm đầu vào (mg/L)
c_outlet (float): Nồng độ chất ô nhiễm đầu ra (mg/L)
Trả về:
dict: Hiệu suất loại bỏ (%) và độ suy giảm nồng độ
"""
if c_inlet <= 0:
raise ValueError("Nồng độ đầu vào phải lớn hơn 0")
efficiency = ((c_inlet - c_outlet) / c_inlet) * 100.0
reduction_factor = c_inlet / c_outlet if c_outlet > 0 else float('inf')
return {
"removal_efficiency_percent": round(efficiency, 2),
"reduction_factor": round(reduction_factor, 2)
}
# Dữ liệu phân tích thực nghiệm tại Nhà máy Cốc hóa TISCO (18/10/2017)
phenol_kinetics = calculate_treatment_efficiency(c_inlet=15.26, c_outlet=0.001)
cod_kinetics = calculate_treatment_efficiency(c_inlet=971.16, c_outlet=15.0)
bod_kinetics = calculate_treatment_efficiency(c_inlet=408.14, c_outlet=4.0)
nh4_kinetics = calculate_treatment_efficiency(c_inlet=361.22, c_outlet=1.27)
Kết quả đo đạc phân tích và Đánh giá hiệu suất
Dữ liệu quan trắc phân tích độc lập từ Trung tâm Quan trắc Môi trường tỉnh Thái Nguyên (Đợt IV/2017) chứng minh tính hiệu quả vượt trội của quy trình xử lý:
| STT |
Thông số ô nhiễm |
Đơn vị |
Nước thải trước xử lý ($B_1$) |
Nước thải sau xử lý ($B_2$) |
QCVN 52:2013/BTNMT |
Hiệu suất loại bỏ ($%$) |
Đánh giá tuân thủ |
| 1 |
pH |
- |
$9,4$ |
$6,5$ |
$5,5 - 9,0$ |
Điều chỉnh $30,85%$ |
Đạt chuẩn (Trung tính) |
| 2 |
$\text{BOD}_5$ |
$\text{mg/L}$ |
$408,14$ |
$< 4,0$ |
$50$ |
$99,01%$ |
Đạt chuẩn (Thấp hơn 12,5 lần) |
| 3 |
COD |
$\text{mg/L}$ |
$971,16$ |
$< 15,0$ |
$150$ |
$98,45%$ |
Đạt chuẩn (Thấp hơn 10,0 lần) |
| 4 |
TSS |
$\text{mg/L}$ |
$398,50$ |
$72,8$ |
$100$ |
$81,73%$ |
Đạt chuẩn (Thấp hơn 1,37 lần) |
| 5 |
Phenol tổng |
$\text{mg/L}$ |
$15,26$ |
$< 0,001$ |
$0,5$ |
$99,99%$ |
Đạt chuẩn (Thấp hơn 500 lần) |
| 6 |
$\text{NH}_4^+ \text{-N}$ |
$\text{mg/L}$ |
$361,22$ |
$1,27$ |
- |
$99,65%$ |
Tuyệt hảo |
| 7 |
$\text{PO}_4^{3-} \text{-P}$ |
$\text{mg/L}$ |
$85,27$ |
$0,20$ |
- |
$99,76%$ |
Tuyệt hảo |
| 8 |
Dầu mỡ khoáng |
$\text{mg/L}$ |
$28,40$ |
$< 0,30$ |
$10,0$ |
$98,94%$ |
Đạt chuẩn (Rất an toàn) |
| 9 |
Xyanua ($\text{CN}^-$) |
$\text{mg/L}$ |
$1,85$ |
$< 0,01$ |
$0,5$ |
$99,46%$ |
Đạt chuẩn |
| 10 |
Cadimi (Cd) |
$\text{mg/L}$ |
$0,008$ |
$< 0,0005$ |
$0,1$ |
$> 93,7%$ |
Đạt chuẩn |
| 11 |
Thủy ngân (Hg) |
$\text{mg/L}$ |
$0,002$ |
$< 0,0005$ |
$0,01$ |
$> 75,0%$ |
Đạt chuẩn |
Hiệu suất loại bỏ các chỉ tiêu ô nhiễm chính (%):
Phenol: [==================================================] 99.99%
NH4+-N: [==================================================] 99.65%
PO43-P: [==================================================] 99.76%
BOD5: [================================================= ] 99.01%
COD: [================================================= ] 98.45%
TSS: [======================================== ] 81.73%
Đổi mới và Đóng góp kỹ thuật
- Mô hình tuần hoàn không xả thải (Zero Liquid Discharge - ZLD) trong dập cốc: Toàn bộ $40 - 45 \text{ m}^3/\text{ngày}$ nước thải sau khi làm sạch Phenol không xả ra nguồn tiếp nhận tự nhiên mà được dẫn hoàn toàn về bể dập than cốc nóng ($950 - 1050^\circ\text{C}$). Nước bốc hơi mang nhiệt lượng và lượng tro cặn dư được giữ lại trong cấu trúc bánh cốc, loại trừ hoàn toàn nguy cơ xả trộm hay rò rỉ hóa chất ra môi trường ngoài.
- Khả năng thuần hóa sinh khối vi sinh thích nghi tải lượng Phenol siêu cao: Bùn hoạt tính trong bể Aerotank được nuôi cấy và thích nghi từng bước, giúp hệ enzyme nội bào thích ứng với tải lượng Phenol $> 15 \text{ mg/L}$ và COD xấp xỉ $1000 \text{ mg/L}$ mà không bị phá vỡ cấu trúc bông bùn.
- Hiệu quả kinh tế tuần hoàn tài nguyên: Tiết kiệm hàng chục nghìn mét khối nước sạch khai thác từ sông Cầu mỗi năm nhờ chu trình tái sinh nước dập cốc, giảm trực tiếp thuế bảo vệ môi trường đối với nước thải công nghiệp luyện kim theo Nghị định số 67/2003/NĐ-CP và Nghị định số 04/2007/NĐ-CP.
Ứng dụng thực tế và Triển khai
Kịch bản triển khai trong nhà máy luyện kim
- Giai đoạn tiền xử lý: Nước thải từ tháp chưng luyện gián đoạn đi qua bẫy dầu mỡ cơ học, giảm nồng độ hydrocarbon thơm không tan xuống $< 10 \text{ mg/L}$ trước khi vào bể điều hòa nhằm tránh làm nghẹt đĩa thổi khí.
- Giai đoạn sinh học trung tâm: Nước được duy trì thời gian lưu nước ($\text{HRT}$) từ $24 - 36 \text{ giờ}$ trong Aerotank, duy trì nồng độ bùn hoạt tính $\text{MLSS} = 3000 - 4500 \text{ mg/L}$ và hệ số tải $\text{F/M} = 0,15 - 0,25 \text{ kg BOD}_5/\text{kg MLSS}\cdot\text{ngày}$.
- Giai đoạn tuần hoàn dập cốc: Nước sau lắng đứng tự chảy về bể ngầm dung tích $100 \text{ m}^3$, máy bơm áp lực cao đưa nước lên tháp dập cốc phun sương làm nguội than cốc đỏ rực từ các lò luyện buồng kín.
Hiệu quả tài chính và Lợi ích môi trường
- Giảm chi phí khai thác nước mặt: Tái sử dụng $16.000 \text{ m}^3\text{ nước/năm}$, tiết kiệm tương đương $160 - 240 \text{ triệu VNĐ/năm}$ chi phí mua nước thô và tiền cấp quyền khai thác tài nguyên nước.
- Miễn trừ phí bảo vệ môi trường: Nhờ mô hình tuần hoàn $100%$ không phát thải ra ngoài nguồn tiếp nhận công cộng suối Cam Giá, doanh nghiệp tiết kiệm tối đa phí xả thải nguy hại theo quy định của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
Hạn chế và Hướng phát triển
1. Hạn chế kỹ thuật hiện hữu
- Quần thể bùn hoạt tính rất nhạy cảm với biến động nhiệt độ; khi thời tiết mùa đông miền Bắc xuống dưới $15^\circ\text{C}$, hoạt tính enzyme của vi khuẩn suy giảm từ $20 - 30%$.
- Thiếu hệ thống quan trắc tự động liên tục (Online Continuous Monitoring) cho các chỉ tiêu Phenol, COD, DO và pH dẫn đến việc điều chỉnh sục khí đôi khi bị chậm trễ so với các đợt sốc tải từ phân xưởng chưng cất dầu.
2. Định hướng nâng cấp công nghệ
- Ứng dụng màng sinh học MBR (Membrane Bioreactor): Thay thế bể lắng đứng bằng module màng sợi rỗng màng vi lọc/siêu lọc (MF/UF) nhằm tăng nồng độ $\text{MLSS}$ lên $8000 - 10000 \text{ mg/L}$, rút ngắn thể tích công trình và loại bỏ triệt để huyền phù than mịn.
- Tích hợp quy trình Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation): Tối ưu hóa khâu xử lý Amoni nồng độ cao trong điều kiện kỵ khí tự dưỡng mà không cần bổ sung nguồn cơ chất Cacbon tốn kém.
- Chuyển đổi số và IoT giám sát trạm xử lý: Lắp đặt hệ thống cảm biến quang học kết nối SCADA/PLC tự động hóa toàn diện quá trình châm hóa chất keo tụ và điều khiển lưu lượng khí nén theo chỉ số oxy hòa tan thực tế.
Đối tượng hưởng lợi
[Doanh nghiệp Thép] [Kỹ sư & Sinh viên] [Cơ quan Quản lý]
- ZLD: Tuần hoàn 100% - Sổ tay vận hành Aerotank - Mô hình điểm luyện kim
- Tiết kiệm chi phí nước thô - Dữ liệu động học Phenol - Kiểm soát ô nhiễm bền vững
- Sinh viên & Học viên chuyên ngành Môi trường: Tài liệu tham khảo thực tế về các phản ứng sinh học phân hủy chất độc hữu cơ khó phân hủy sinh học (Recalcitrant Organics), phương pháp lấy mẫu chuẩn TCVN và quy trình phân tích nước thải công nghiệp nặng.
- Kỹ sư vận hành công trình môi trường: Nắm bắt chính xác các thông số công nghệ (kích thước bể, công suất máy thổi khí $5,5 \text{ kW}$, lưu lượng bơm bùn $9 \text{ m}^3/\text{h}$, áp lực máy ép bùn khung bản) phục vụ bảo dưỡng và nâng cấp trạm xử lý nước thải luyện kim.
- Doanh nghiệp luyện gang thép và sản xuất cốc: Cung cấp mô hình tham chiếu đã được kiểm chứng thực tế nhằm nâng cao tỷ lệ kinh tế tuần hoàn nước, giải quyết bài toán xung đột môi trường tại các khu công nghiệp luyện thép cũ.
- Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Nguồn số liệu tin cậy phục vụ công tác thanh tra, thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và cấp giấy phép môi trường cho ngành sản xuất than cốc tại Việt Nam.
Câu hỏi thường gặp
1. Nước thải sau xử lý còn nồng độ Phenol độc hại có làm giảm chất lượng than cốc khi dùng dập cốc?
Không. Kết quả phân tích cho thấy nồng độ Phenol sau xử lý đạt dưới $0,001 \text{ mg/L}$ (thấp hơn 500 lần ngưỡng cho phép của QCVN 52:2013/BTNMT). Khi phun vào bánh than cốc ở nhiệt độ $1000^\circ\text{C}$, lượng vết hữu cơ còn lại bị nhiệt phân hoàn toàn thành các chất khí đơn giản ($\text{CO}_2, \text{H}_2\text{O}$), hoàn toàn không ảnh hưởng đến độ bền cơ học và hàm lượng cacbon cố định của than cốc luyện kim.
2. Chi phí đầu tư và điện năng vận hành hệ thống vi sinh xử lý Phenol là bao nhiêu?
Hệ thống tận dụng các bể chứa bê tông cốt thép hiện hữu với tổng công suất động cơ chính khoảng $10 - 12 \text{ kW}$ (bơm cấp nước $1,5 \text{ kW}$, máy nén khí $5,5 \text{ kW}$, bơm bùn $3 \text{ kW}$). Mức tiêu thụ điện năng trung bình chỉ từ $2,5 - 3,5 \text{ kWh}$ cho mỗi mét khối nước thải, thấp hơn $80%$ so với phương pháp oxy hóa hóa học Fenton nâng cao.
3. Làm thế nào để bùn hoạt tính không bị chết khi nhà máy xả đột biến nồng độ Phenol cao?
Bể điều hòa dung tích $40 \text{ m}^3$ đóng vai trò vùng đệm làm loãng và đồng nhất nồng độ chất thải từ xưởng chưng cất dầu cốc. Đồng thời, bùn hoạt tính được duy trì tỷ lệ tuần hoàn từ $50 - 100%$ từ bể lắng đứng nhằm giữ mật độ sinh khối ổn định, hạn chế tối đa nguy cơ sốc độc tố đối với tế bào vi khuẩn.
4. Bùn thải sau máy ép lọc khung bản được quản lý và xử lý như thế nào?
Bùn sau khi ép qua máy ép khung bản 25 bản gang đúc đạt độ ẩm $< 75%$. Bùn này chứa cặn than mịn và sinh khối hữu cơ, được thu gom định kỳ và phối trộn với than cám để làm nguyên liệu đốt cho lò hơi công nghiệp theo đúng quy định quản lý chất thải công nghiệp thông thường và chất thải nguy hại.
5. Hệ thống này có khả năng tích hợp nâng công suất lên gấp đôi khi nhà máy mở rộng giai đoạn II không?
Hoàn toàn khả thi. Nhờ cấu trúc module hóa, khi mở rộng công suất nhà máy, trạm xử lý có thể nâng cấp bằng cách bổ sung giá thể vi sinh di động (công nghệ MBBR) vào bể Aerotank hiện hữu để tăng mật độ vi sinh bám dính mà không cần xây dựng thêm thể tích bể bê tông mới.
Kết luận
Đề tài nghiên cứu khoa học của tác giả Trần Thành Đạt dưới sự hướng dẫn của PGS. Đỗ Thị Lan đã giải quyết trọn vẹn bài toán hóc búa về ô nhiễm nước thải đặc thù của Nhà máy Cốc hóa – Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên.
Hệ thống kết hợp giữa tiền xử lý hóa lý và xử lý sinh học bùn hoạt tính Aerotank đã chứng minh tính hiệu quả vượt bậc: loại bỏ $99,99%$ Phenol (từ $15,26 \text{ mg/L}$ xuống $< 0,001 \text{ mg/L}$), $98,45%$ COD (từ $971,16 \text{ mg/L}$ xuống $< 15 \text{ mg/L}$), $99,01%$ $\text{BOD}_5$ và chuyển hóa hơn $99,6%$ Amoni, đưa tất cả các thông số xả thải về sâu dưới giới hạn nghiêm ngặt của quy chuẩn quốc gia QCVN 52:2013/BTNMT.
KẾT QUẢ XỬ LÝ TOÀN DIỆN
PHENOL COD BOD5 TUẦN HOÀN
99.99% 98.45% 99.01% 100%
[ < 0.001 mg/L ] [ < 15.0 mg/L ] [ < 4.0 mg/L ] [ Khép kín ZLD ]
Mô hình tuần hoàn $100%$ nước sau xử lý phục vụ tháp dập cốc không chỉ bảo vệ an toàn sinh thái lưu vực sông Cầu mà còn là minh chứng điển hình cho mô hình kinh tế tuần hoàn bền vững trong ngành công nghiệp nặng luyện kim tại Việt Nam. Doanh nghiệp và kỹ sư quan tâm có thể áp dụng các thông số tính toán này để chuẩn hóa quy trình xử lý nước thải cho đơn vị của mình.
