CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên Hiện nay Việt Nam là quốc gia xuất khẩu cao su lớn thứ ba thế giới. Trong năm 2021 diện tích trồng cây cao su của Việt Nam là 938,8 ngàn ha với sản lượng thu hoạch mủ cao su đạt 1,26 triệu tấn, đem về giá trị gần 3,3 tỷ USD, tăng 11,7% về lượng và tăng 37,5% về giá trị so với năm 2020 [1]. Tuy nhiên bên cạnh lợi ích về kinh tế, tạo công ăn việc làm cho người lao động, thì ngành sản xuất cao su đang phải đối mặt với các vấn đề về ô nhiễm môi trường do lượng nước thải ra lớn, gây mùi khó chịu và ảnh hưởng đến sức khỏe con người [2].
Nguồn gốc phát sinh nước thải sơ chế mủ cao su Nước thải của quá trình sơ chế cao su thiên nhiên được phát sinh từ các quy trình sơ chế mủ cao su thiên nhiên thành nhiều sản phẩm như cao su crepe, cao su khối, cao su tờ và latex cô đặc [3].1 trình bày quy trình sản xuất cao su khối và mủ ly tâm. Nguồn gốc nước thải sơ chế mủ cao su [2][3] Từ hình 1.1 ta thấy nguồn phát sinh nước thải cao su phụ thuộc vào công nghệ sơ chế mủ cao su. Mủ cao su sau khi thu hoạch sẽ được bổ sung dung dịch amoniac với hàm lượng từ 0,003% đến 0,1% để tránh sự oxi hóa và chống đông làm giảm chất lượng mủ nước [4]. Sau đó, mủ nước được bổ sung axit acetic hoặc axit formic để tạo mủ khối bằng cách đánh đông.
Nước thải của quá trình này phát sinh chủ yếu ở các khâu đánh đông, cán băm, cán tạo tờ, cắt và nước rửa bồn chứa. Nước thải từ bồn khuấy trộn chứa một ít hạt cao su chủ yếu là do mủ cao su sau khi đông tụ thành mảng lớn còn sót lại các hạt cao su đông tụ nhưng chưa kết 6 lại được. Nước thải từ mương đông tụ chứa phần lớn là serum có hàm lượng ô nhiễm cao nhất. Nước thải từ các công đoạn khác có bản chất tương tự trong mương đông tụ nhưng loãng hơn [3].
Để sản xuất một tấn thành phẩm mủ ly tâm, cao su khối (từ mủ tươi) và cao su cốm (từ mủ tạp và mủ skim) phát sinh ra lượng lớn nước thải tương ứng khoảng 18, 25 và 30 m3 [2]. Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su Nước thải sơ chế mủ cao su có hàm lượng N – NH4+ cao do sử dụng amoniac trong quá trình chống đông; pH thấp (5 – 5,5) do phải dủng axit formic hoặc axit acetic trong quá trình đánh đông. Đặc tính nước thải sơ cao su thiên nhiên từ một số quy trình công nghệ sơ chế cao su thiên nhiên được trình bày trong bảng 1. Đặc tính nước thải sơ chế cao su thiên nhiên QCVN 01- Nước thải từ các quy trình sơ chế MT:2015/BTNMT [5] Thông Cao su ly Cao su tờ Cao su khối số Cột A Cột B tâm [2] [6] [7] pH 8,1 – 9,4 5,0 – 5,9 4,6 – 5,2 6–9 6–9 75 (a) 200 (a) COD 7590 – 26920 5140 – 15070 16390 – 28940 100 (b) 250 (b) BOD 7590 – 13820 3430 – 9430 8990 – 15120 30 50 SS 470 – 2220 93 – 525 870 – 2020 50 100 40 (a) 60 (a) TN 450 – 1310 80 – 160 630 – 800 50 (b) 80 (b) 10 (a) 40 (a) N-NH4+ 290 – 1040 45 – 110 210 – 420 15 (b) 60 (b) Đơn vị: mg/L trừ pH (a) Dành cho cơ sở mới (b) Dành cho cơ sở đang hoạt động Cột A: nước thải được phép xả ra nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
7 Cột B: nước thải được phép xả ra nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.1 chỉ ra nước thải sơ chế mủ cao su có hàm lượng COD, BOD, TN, SS rất cao, vượt quá quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải sơ chế cao su thiên nhiên QCVN 01-MT:2015/BTNMT [5]. Chỉ số pH của nước thải sơ chế cao su phụ thuộc vào công nghệ sản xuất từng loại cao su. Sản xuất cao su ly tâm (không gộp nước thải từ quy trình đánh đông mủ skim) thường có hàm lượng N – NH4+ rất cao trong khoảng từ 290 đến 1040 mg/L và pH từ 8,1 – 9,4 do mủ cao su được bổ sung thêm amoniac để chống đông. Mặt khác, nước thải từ quá trình sản xuất cao su tờ có pH từ 5,0 – 5,9 do axit trong quá trình đánh đông [4].
Hàm lượng chất rắn lơ lửng SS (hạt cao su dư), hàm lượng ô nhiễm hữu cơ, hàm lượng nitơ tổng chủ yếu là amoniac để bảo quản mủ. Nước thải sơ chế cao su không chứa nitơ dạng nitrat và nitrit [8]. Hàm lượng amon trong nước thải có thể chiếm đến 90 – 97% tổng nitơ. Amon tồn tại ở 2 dạng là dạng ion (NH4+) và dạng tự do (NH3), sự phân bố hai dạng này phụ thuộc vào pH và nhiệt độ [8].
Amoniac được coi là một trong những chất gây ô nhiễm trong môi trường nước không chỉ vì tính chất độc hại cao của nó mà còn vì sự phổ biến của nó trong các hệ thống nước bề mặt [9]. Amon tồn tại trong nước với hàm lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép có thể chuyển hóa thành các chất gây ung thư và các bệnh nguy hiểm khác. Amon gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp: Làm giảm hiệu quả khử trùng nước, giảm khả năng tác dụng của Clo và làm giảm chất lượng nguồn nước [10]. Không chỉ vậy, hàm lượng amon trong nước cao dưới tác động của vi khuẩn nitrit hóa và nitrat hóa rất dễ tạo thành các dạng nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-).
Theo quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT hàm lượng nitrit cho phép là dưới ngưỡng 3 mg/L [11]. Nitrit ở nồng độ cao có thể chuyển hóa thành các dạng hóa học có thể gây ung thư cho con người. Nitrit có tác dụng oxi hóa Hemoglobin trong hồng cầu để hình thành Methemoglobin không có khả năng vận chuyển oxi, dẫn đến hiện tượng thiếu oxi trong máu, cơ thể thiếu oxi sẽ bị choáng váng và có thể bị ngất đi khi đang làm việc hay hoạt động khác. Trường hợp nhiễm độc trầm trọng nếu không được cứu chữa kịp thời dẫn đến nguy cơ tử vong cao [12].
Nitrat (NO3-) không gây độc, nhưng nó có thể chuyển hoá thành nitrit và gây ra tác hại cho sức khoẻ. Tuy nhiên, ở nồng độ nitrat rất cao 220 mg/L sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng của sinh vật làm ngưng trệ trao đổi chất và chức năng nội tiết suy giảm [13]. Nitrat ở hàm lượng cao làm cá thiếu oxy và cá bị ngộ độc, 8 màu sắc nhợt nhạt, co giật và tử vong, làm tôm bị cụt râu, tổn thương đến gan, tụy làm giảm quá trình hấp thụ và chuyển hóa năng lượng [14]. Chính vì vậy việc xử lý nước thải sơ chế mủ cao su là một vấn đề cấp thiết cần thực hiện trước khi thải ra môi trường.
Quá trình xử lý nước thải cao su Mặc dù ngành sản xuất cao su thiên nhiên đã tồn tại từ lâu nhưng các nghiên cứu về xử lý nước thải của ngành này chỉ bắt đầu vào năm 1957 [15]. Đến nay có rất nhiều quy trình công nghệ xử lý nước thải sơ chế mủ cao su đã được nghiên cứu, cải tiến và áp dụng. Xử lý cơ học Xử lý cơ học đóng vai trò quan trọng trong quá trình loại bỏ cao su dư làm giảm hàm lượng các chất gây ô nhiễm và giảm sự tắc nghẽn khi vận hành hệ thống. Việc thu hồi cao su đông tụ trong nước thải trước khi xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là một công đoạn hết sức cần thiết trong các nhà máy chế biến cao su.
Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý mủ cao su như: Bẫy cao su, bể gạn mủ, hệ thống bể gạn mủ - bể ổn định - bể thổi khí - bể keo tụ - bể tuyển nổi [2]. Các phương pháp xử lý chất hữu cơ Cho đến nay, đã có rất nhiều quy trình công nghệ xử lý nước thải sơ chế mủ cao su đã được nghiên cứu, cải tiến và áp dụng. Công nghệ hồ kỵ khí đang được áp dụng rộng rãi do dễ vận hành, không tiêu tốn năng lượng và hiệu suất xử lý COD cao. Hiệu suất xử lý COD với nước thải cao su ly tâm và cao su khối lần lượt là 96 % [16] và 90 % [17].
Tuy nhiên, công nghệ này cần diện tích xây dựng lớn, khó kiểm soát quá trình xử lý và thời gian lưu dài khoảng 90 ngày. Mặc khác, công nghệ này gây ra mùi và phát thải khí metan, amoniac trực tiếp vào khí quyển. Các công nghệ hiếu khí cũng được nghiên cứu và áp dụng như: Đĩa quay sinh học, mương oxy hoá. Mặc dù hiệu suất xử lý BOD của mương oxy hóa là 96 % [18] và đĩa quay sinh học đạt 90 % [19] nhưng chi phí về năng lượng và bảo trì lớn kèm theo sự phát thải khí nhà kính CO2.
Các công nghệ nêu trên cho hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao nhưng thời gian lưu quá dài dẫn đến quá tải khi nhà máy tăng công suất. Chính vì vậy, những năm gần đây việc nghiên cứu áp dụng các thiết bị xử lý tốc độ cao đang được quan tâm [20]. Hệ thống UASB là một giải pháp giúp giảm chi phí vận hành đồng thời có thể thu hồi năng lượng từ khí metan. Hệ thống UASB có chức năng 9 chính là xử lý các chất hữu cơ và thu hồi năng lượng dưới dạng khí sinh học [21].
Ưu điểm chính của công nghệ này là: Sử dụng ít diện tích, chi phí vận hành thấp, không phát sinh mùi và có thể thu hồi năng lượng từ khí metan [22]. Tuy nhiên, lượng amon trong nước thải sau khi xử lý UASB còn vượt quá QCVN 01- MT:2015/BTNMT khi thải ra môi trường. Vì vậy, cần xử lý nitơ trước khi thải ra môi trường. Các phương pháp xử lý ô nhiễm nitơ 1.
Phương pháp hóa lý a) Clo hóa Phương pháp clo hóa dựa trên nguyên tắc hàm lượng clo thêm vào nước thải tỷ lệ với hàm lượng amon tương ứng 8:1 và thường cho dư để phản ứng xảy ra hoàn toàn. clo trong nước tạo thành hypoclorit, axit này kết hợp với NH4+ tạo thành cloramin ở nhiệt độ thường.