Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, các khu công nghiệp tại Việt Nam phát triển nhanh chóng theo mô hình đa ngành nhằm thu hút vốn đầu tư và lấp đầy diện tích đất cho thuê. Tuy nhiên, việc phát triển nóng nhưng chưa chú trọng thỏa đáng đến công tác bảo vệ môi trường đã dẫn đến nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng, đe dọa hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng xung quanh. Trong số các ngành công nghiệp phụ trợ, ngành in ấn và sản xuất bao bì phát sinh nguồn nước thải chứa nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy, dung môi, độ màu cao và hóa chất từ mực in. Trước thực tế đó, đề tài "Tìm hiểu vận hành hệ thống xử lý nước thải Công ty in và sản xuất bao bì Goldsun, Khu công nghiệp Quế Võ, Bắc Ninh" được thực hiện nhằm đánh giá và làm rõ quy trình công nghệ xử lý nước thải thực tế tại doanh nghiệp.
Văn bản xác định rõ 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm:
- Tìm hiểu rõ về quy trình vận hành hệ thống xử lý nước thải của nhà máy.
- Tìm hiểu về quy trình công nghệ xử lý tại trạm và so sánh với các mô hình công nghệ xử lý nước thải khác.
- Đưa ra các biện pháp xử lý kỹ thuật khi gặp các sự cố về máy móc thiết bị và các biến động môi trường.
- Đưa ra các kiến nghị nhằm nâng cao hiệu quả quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải của công ty.
Về phạm vi và đối tượng nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Toàn bộ trạm xử lý nước thải tập trung của Công ty Cổ phần In và Bao bì Goldsun Quế Võ (diện tích khu xử lý $10 \times 20\text{ m}$).
- Phạm vi không gian: Lô H12, Khu công nghiệp Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh.
- Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ tháng 02 năm 2018 đến tháng 05 năm 2019.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý luận dựa trên các khái niệm chuyên ngành môi trường quy định tại Luật Bảo vệ môi trường năm 2014 (thành phần môi trường, ô nhiễm môi trường, suy thoái môi trường, sự cố môi trường, quy chuẩn kỹ thuật môi trường, quan trắc môi trường và đánh giá tác động môi trường). Đồng thời, tác giả phân tích bản chất hóa lý của mực in công nghiệp (gồm chất liên kết chiếm 55–75%, hạt pích-măng, dầu lanh chứa 4,5–6% axit béo không no, dầu khoáng naphthenic, nhựa alkyd) và tác động tiêu cực của nước thải công nghiệp đến môi trường nước mặt, nước ngầm và đất.
Khung pháp lý được áp dụng để đối chiếu bao gồm:
- Luật Bảo vệ môi trường 2014 (Luật số 55/2014/QH13);
- Luật Tài nguyên nước 2012 (Luật số 17/2012/QH13);
- Nghị định số 43/2015/NĐ-CP và Nghị định số 155/2016/NĐ-CP về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực bảo vệ môi trường;
- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B);
- QCVN 08:2008/BTNMT, QCVN 09:2008/BTNMT, TCVN 6772:2000, TCVN 6980:2001/6981:2001;
- Thông tư số 35/2015/TT-BTNMT và Thông tư liên tịch số 106/2007/TTLT/BTC-BTNMT.
Về mặt công nghệ, tác giả tổng quan 4 mô hình xử lý nước thải tiên tiến trên thế giới gồm công nghệ AAO ($A^2O$), màng sinh học giá thể lơ lửng MBBR, màng lọc sinh học MBR và công nghệ hóa lý kết hợp sinh học; cùng 3 hệ thống thực tế tại Việt Nam (hệ thống xử lý nước thải in ấn bao bì Sunggongvina, công nghệ xử lý nước thải sản xuất bao bì giấy và công nghệ xử lý nước thải sản xuất bao bì nhựa).
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng:
- Phương pháp thu thập, phân tích số liệu thứ cấp: Thu thập hồ sơ thiết kế, thuyết minh kỹ thuật, sơ đồ công nghệ và nhật ký vận hành trạm xử lý nước thải của Công ty Goldsun.
- Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến của các kỹ sư thiết kế, kỹ sư vận hành và nhân viên môi trường thuộc Công ty Goldsun và Công ty TNHH Dịch vụ Tư vấn Công nghệ Môi trường Eteach.
- Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát trực tiếp cấu tạo, cụm bể, đường ống và trực tiếp tham gia vận hành máy móc, thiết bị tại hiện trường.
- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm Microsoft Word và Microsoft Excel để xử lý, đối chiếu các thông số kỹ thuật.
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Mở đầu
Phần này trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ thực trạng ô nhiễm tại các khu công nghiệp tập trung. Tác giả xác định 4 mục tiêu nghiên cứu chính, nêu bật ý nghĩa thực tiễn đối với việc củng cố kỹ năng nghề nghiệp của sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường và đóng góp ý kiến cải thiện công tác vận hành hệ thống tại nhà máy in bao bì Goldsun.
Phần 2: Tổng quan tài liệu
Chương 2 tổng hợp các khái niệm nền tảng về khoa học môi trường, phân tích cấu tạo hóa học của mực in (chất liên kết, dầu lanh, dầu khoáng, nhựa) và tác hại của nước thải chứa dung môi, kim loại nặng, COD/BOD cao. Tác giả liệt kê chi tiết các văn bản pháp luật, tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật hiện hành. Bên cạnh đó, chương này phân tích ưu - nhược điểm của các công nghệ xử lý nước thải trên thế giới ($A^2O$, MBBR, MBR, Hóa lý + Sinh học) và khảo sát thực tế 3 quy trình công nghệ xử lý nước thải ngành bao bì tại Việt Nam.
Phần 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Nội dung chương 3 xác định đối tượng nghiên cứu là hệ thống xử lý nước thải tại Lô H12 KCN Quế Võ, Bắc Ninh trong giai đoạn từ tháng 02/2018 đến tháng 05/2019. Tác giả làm rõ 5 nội dung công việc cần thực hiện và 4 phương pháp tiếp cận nghiên cứu (thu thập số liệu thứ cấp, lấy ý kiến chuyên gia, khảo sát thực địa và thống kê số liệu).
Phần 4: Kết quả nghiên cứu
Đây là chương trọng tâm của khóa luận, phản ánh chi tiết về công ty và hệ thống xử lý nước thải:
- Tổng quan doanh nghiệp: Công ty Goldsun là nhà sản xuất bao bì, vỏ hộp điện thoại và sách hướng dẫn sử dụng cho Tập đoàn Samsung (vendor cấp 1), quy mô khoảng 1.200 cán bộ công nhân viên.
- Đặc trưng nguồn thải: Nước thải được tách thành 2 dòng riêng biệt:
- Nước thải sản xuất (mực in): Lưu lượng ước tính $10\text{ m}^3/\text{ngày}$, chứa nhiều dung môi hữu cơ, độ màu và chất rắn lơ lửng.
- Nước thải sinh hoạt: Lưu lượng ước tính $120\text{ m}^3/\text{ngày}$, phát sinh từ nhà ăn, nhà vệ sinh, có hàm lượng chất hữu cơ, N, P và vi sinh vật cao.
- Lưu lượng tính toán toàn hệ thống: Trung bình ngày $130\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$, trung bình giờ $5,4\text{ m}^3/\text{h}$, lớn nhất giờ $13\text{ m}^3/\text{h}$.
| STT |
Chỉ tiêu ô nhiễm |
Đơn vị |
Nước thải sinh hoạt đầu vào |
Nước thải sau xử lý (QCVN 40:2011/BTNMT, Cột B) |
| 1 |
pH |
- |
4 – 10 |
5,5 – 9 |
| 2 |
COD |
mg/L |
512 |
150 |
| 3 |
$\text{BOD}_5$ |
mg/L |
362 |
50 |
| 4 |
Chất rắn lơ lửng (SS/TSS) |
mg/L |
150 |
100 |
| 5 |
Độ màu |
Pt/Co |
- |
150 |
| 6 |
Nitrat ($\text{NO}_3^-$) |
mg/L |
51 |
- |
| 7 |
Photphat |
mg/L |
14 |
- |
| 8 |
Clo dư |
mg/L |
2 |
- |
| 9 |
Tổng Coliform |
MPN/100mL |
$10^6$ |
- |
- Hóa chất sử dụng trong xử lý: Axit sulfuric ($H_2SO_4$ 32%), Natri hydroxyt ($NaOH$ 32%), chất keo tụ PAC ($\text{Al}_2\text{O}_3$), chất trợ keo tụ Polymer Cation (pha $2\text{ kg}/\text{m}^3$ bằng thiết bị tự động PM01), Natri hypoclorit ($NaOCl$ 10% châm với liều lượng $0,05\text{ L}/\text{m}^3$).
- Quy trình công nghệ:
- Nước thải mực in ($10\text{ m}^3/\text{ngày}$) $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa mực in $\rightarrow$ Bể phản ứng tạo bông (châm PAC, Polymer) $\rightarrow$ Bể lắng 1 (bùn đưa về bể chứa bùn) $\rightarrow$ Nước trong chuyển sang Bể điều hòa chung.
- Nước thải sinh hoạt ($120\text{ m}^3/\text{ngày}$) $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa chung (hòa trộn cùng dòng thải mực in sau lắng 1) $\rightarrow$ Bể thiếu khí (Anoxic - khử nitrat và oxy hóa chất hữu cơ) $\rightarrow$ Bể hiếu khí (Aerotank/SBR phân hủy chất hữu cơ hiếu khí) $\rightarrow$ Bể lắng 2 (lắng bùn sinh học) $\rightarrow$ Bể khử trùng (tiếp xúc $NaOCl$) $\rightarrow$ Cột lọc áp lực (chứa sỏi đỡ, cát thạch anh, than hoạt tính) $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận đạt QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
- Bùn thải từ bể lắng 1, 2 $\rightarrow$ Bể chứa bùn $\rightarrow$ Máy ép bùn (độ ẩm bánh bùn đạt 20–40% chất rắn).
| Hạng mục công trình |
Vật liệu |
Số lượng |
Kích thước / Thể tích |
Thời gian lưu |
| Bể thu gom mực in |
Bê tông cốt thép (BTCT) |
1 |
$1,3\text{ m}^3$ |
- |
| Bể thu gom sinh hoạt |
BTCT |
1 |
$1,24\text{ m}^3$ |
- |
| Bể điều hòa mực in |
BTCT |
1 |
$1,54\text{ m}^3$ |
- |
| Bể điều hòa sinh hoạt & sản xuất |
BTCT |
1 |
$68\text{ m}^3$ |
5,2 h |
| Bể phản ứng tạo bông |
BTCT |
1 |
$1 \times 1 \times 2,0\text{ m}$ ($2\text{ m}^3$) |
1 h |
| Bể keo tụ |
BTCT |
1 |
$1 \times 1 \times 2,0\text{ m}$ ($2\text{ m}^3$) |
1 h |
| Bể lắng 1 |
BTCT |
1 |
$1,76\text{ m}^3$ |
20 – 24 h |
| Bể Anoxic (thiếu khí) |
BTCT |
1 |
$6,7\text{ m}^3$ |
- |
| Bể Aerotank 1 (hiếu khí) |
BTCT |
1 |
$102\text{ m}^3$ |
20 – 24 h |
| Bể lắng 2 |
BTCT |
1 |
$2,5\text{ m}^3$ |
- |
| Bể khử trùng |
BTCT |
1 |
$2,4\text{ m}^3$ |
2 h |
| Bể chứa bùn |
BTCT |
1 |
$0,3\text{ m}^3$ |
24 – 48 h |
| Nhà điều hành |
Gạch |
1 |
- |
- |
- Quy trình vận hành và kiểm soát: Hệ thống vận hành ở 2 chế độ: tự động (qua PLC và SCADA) và bằng tay. Hướng dẫn kiểm tra máy bơm chìm, máy khuấy, bơm định lượng hóa chất, máy thổi khí, 18 đĩa phân phối khí thô Jäger D270 (Đức) ở bể điều hòa, 40 đĩa phân phối khí tinh Jäger D270 ở bể hiếu khí, cột lọc composite ($D1400 \times H2200\text{ mm}$), hệ thống đo pH, DO, TSS online. Các thông số kiểm soát gồm: tỷ lệ dinh dưỡng $\text{BOD}:\text{N}:\text{P} = 100:5:1$, duy trì pH bể hiếu khí trong khoảng 6,5–8,5 và bể kỵ khí trong khoảng 6,7–7,0.
Phần 5: Kết luận và kiến nghị
Tác giả tổng kết hiệu quả xử lý của trạm, khẳng định công nghệ kết hợp hóa lý và sinh học là phù hợp với đặc thù nước thải in bao bì, đồng thời đưa ra các đề xuất về bảo trì thiết bị và quản lý vận hành định kỳ.
Kết quả và đóng góp
Khóa luận đã hệ thống hóa toàn bộ hồ sơ kỹ thuật và thực tiễn vận hành trạm xử lý nước thải công suất $130\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$ tại Công ty Cổ phần In và Bao bì Goldsun Quế Võ:
- Kết quả xử lý chất lượng nước: Hệ thống xử lý triệt để hai dòng thải riêng biệt. Nước thải mực in có nồng độ chất ô nhiễm cao được tách màu và loại bỏ chất rắn lơ lửng sơ bộ qua cụm keo tụ - tạo bông (dùng PAC và Polymer) kết hợp bể lắng 1, trước khi hòa trộn vào dòng nước thải sinh hoạt để xử lý sinh học qua bể Anoxic ($6,7\text{ m}^3$) và bể Aerotank ($102\text{ m}^3$). Nước đầu ra qua khử trùng $NaOCl$ và lọc áp lực đạt các giới hạn theo QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) ($\text{pH } 5,5–9$; $\text{COD} \le 150\text{ mg/L}$; $\text{BOD}_5 \le 50\text{ mg/L}$; $\text{SS} \le 100\text{ mg/L}$; Độ màu $\le 150\text{ Pt/Co}$).
- Giải pháp và quy trình kiểm soát: Thiết lập quy trình kiểm tra chi tiết các thiết bị cơ điện trước và sau vận hành (16 hạng mục thiết bị gồm bơm P01, máy khuấy chìm SM01, bơm định lượng DP, đĩa khí Jäger D270, bộ đo sensor online), duy trì kiểm soát thông số tải trọng và tỷ lệ dinh dưỡng vi sinh $\text{BOD}:\text{N}:\text{P} = 100:5:1$.
- Đóng góp của nghiên cứu: Cung cấp tài liệu mô tả chi tiết, trực quan về thông số xây dựng, thiết bị cơ khí, hóa chất pha chế và sổ tay xử lý sự cố thực tế cho một trạm xử lý nước thải nhà máy bao bì in ấn trong khu công nghiệp.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Khóa luận được thực hiện trong khuôn khổ đợt thực tập tốt nghiệp với các giới hạn cụ thể:
- Hạn chế: Số liệu chất lượng nước đầu vào chủ yếu dựa trên số liệu thứ cấp và hồ sơ thiết kế công trình tương tự năm 2017–2018; chưa có chuỗi số liệu quan trắc thực nghiệm tự đo đạc liên tục qua các mùa sản xuất khác nhau để đánh giá dao động tải lượng ô nhiễm khi nhà máy thay đổi sản lượng in ấn.
- Hướng mở rộng: Cần tiếp tục theo dõi, ghi chép nhật ký vận hành dài hạn; nghiên cứu tối ưu hóa liều lượng châm PAC và Polymer Cation nhằm giảm chi phí hóa chất và khối lượng bùn thải phát sinh; khảo sát đánh giá độ bền của giá thể sinh học và đĩa phân phối khí sau thời gian dài tiếp xúc với nước thải chứa cặn mực in.
Giá trị tham khảo
Báo cáo khóa luận có giá trị tham khảo thực tiễn cao đối với:
- Sinh viên ngành Môi trường: Sinh viên các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo về quy trình tính toán công nghệ, thuyết minh cấu tạo công trình và lập quy trình vận hành trạm xử lý nước thải công nghiệp kết hợp hóa lý - sinh học.
- Kỹ sư và cán bộ quản lý vận hành: Cung cấp bảng danh mục kiểm tra máy móc thiết bị, thông số kỹ thuật (thời gian lưu, kích thước bể, công suất thiết bị đĩa khí, cột lọc áp lực) và các chỉ dẫn pha chế hóa chất ($H_2SO_4$, $NaOH$, PAC, Polymer, $NaOCl$) ứng dụng trực tiếp tại các nhà máy in ấn, sản xuất bao bì giấy và carton.
Câu hỏi thường gặp
1. Lưu lượng và thành phần các dòng nước thải phát sinh tại Công ty Goldsun Quế Võ là bao nhiêu?
Nước thải tại nhà máy gồm 2 dòng chính với tổng lưu lượng trung bình là $130\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$ (trung bình giờ $5,4\text{ m}^3/\text{h}$, giờ cao điểm $13\text{ m}^3/\text{h}$):
- Dòng nước thải mực in: Lưu lượng khoảng $10\text{ m}^3/\text{ngày}$, phát sinh từ công đoạn rửa thiết bị, máy móc, khung bản in, chứa dung môi hữu cơ, độ màu và chất rắn lơ lửng cao.
- Dòng nước thải sinh hoạt: Lưu lượng khoảng $120\text{ m}^3/\text{ngày}$, phát sinh từ sinh hoạt của khoảng 1.200 cán bộ công nhân viên, có $\text{BOD}_5 = 362\text{ mg/L}$, $\text{COD} = 512\text{ mg/L}$, $\text{SS} = 150\text{ mg/L}$, $\text{NO}_3^- = 51\text{ mg/L}$, $\text{Photphat} = 14\text{ mg/L}$ và Coliform $10^6\text{ MPN/100mL}$.
2. Nước thải mực in được xử lý sơ bộ qua những công đoạn và hóa chất nào trước khi hòa trộn vào dòng nước thải sinh hoạt?
Nước thải mực in được thu gom riêng vào bể gom ($1,3\text{ m}^3$), bơm qua bể điều hòa mực in ($1,54\text{ m}^3$), sau đó đưa vào bể phản ứng tạo bông ($2\text{ m}^3$, lưu 1 giờ) và bể keo tụ ($2\text{ m}^3$, lưu 1 giờ). Tại đây, hóa chất keo tụ PAC ($\text{Al}_2\text{O}_3$) và chất trợ lắng Polymer Cation (pha $2\text{ kg}/\text{m}^3$) được châm vào và khuấy trộn để kết dính cặn mực. Hỗn hợp sau đó qua bể lắng 1 ($1,76\text{ m}^3$, lưu 20–24 giờ) để tách bùn cặn; phần nước trong mới tự chảy sang bể điều hòa chung ($68\text{ m}^3$).
3. Khối công trình xử lý sinh học của hệ thống gồm những bể nào và kích thước ra sao?
Khối xử lý sinh học gồm 2 công trình chính:
- Bể thiếu khí (Anoxic): Thể tích $6,7\text{ m}^3$, có lắp máy khuấy chìm, thực hiện quá trình phản nitrat hóa và khử photpho.
- Bể hiếu khí (Aerotank 1): Thể tích $102\text{ m}^3$, thời gian lưu nước từ 20–24 giờ, trang bị 40 đĩa phân phối khí tinh Jäger D270 (nhập khẩu từ Đức) để cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu cơ.
4. Quy chuẩn kỹ thuật áp dụng cho chất lượng nước thải sau xử lý của nhà máy là gì?
Nước thải sau khi qua bể lắng 2, bể khử trùng (bổ sung $NaOCl$ 10% với định mức $0,05\text{ L}/\text{m}^3$) và cột lọc áp lực composite ($D1400 \times H2200\text{ mm}$) phải đảm bảo đạt QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Phương Đông đã mô tả đầy đủ quy trình công nghệ và thực tế vận hành hệ thống xử lý nước thải công suất $130\text{ m}^3/\text{ngày.đêm}$ tại Công ty In và Sản xuất Bao bì Goldsun (KCN Quế Võ, Bắc Ninh). Báo cáo đã phân tích chi tiết giải pháp kết hợp phương pháp hóa lý keo tụ - tạo bông cho dòng thải mực in và phương pháp sinh học thiếu khí - hiếu khí cho dòng thải tổng hợp. Toàn bộ các thông số kích thước bể, thiết bị cơ điện, định mức hóa chất và quy trình kiểm soát đã được tổng hợp mạch lạc, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật xả thải theo QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B). Đây là tài liệu thực tập có giá trị tham khảo thiết thực cho công tác đào tạo chuyên ngành môi trường và vận hành trạm xử lý nước thải ngành bao bì in ấn.
