Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến mủ cao su tại Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế quốc dân, với diện tích trồng cao su đạt gần 300.000 ha vào năm 1997 và sản lượng khoảng 185 nghìn tấn. Dự kiến đến năm 2010, diện tích trồng cao su sẽ tăng lên 700.000 ha với sản lượng khoảng 300 nghìn tấn. Công ty TNHH Hưng Thịnh, đặt tại huyện Tân Biên, tỉnh Tây Ninh, là một trong những nhà máy chế biến mủ cao su với công suất xử lý nước thải 500 m³/ngày. Nước thải phát sinh từ quá trình chế biến mủ cao su có hàm lượng chất hữu cơ cao, đặc biệt là COD lên đến 2.000 mg/l và BOD khoảng 1.000 mg/l, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải loại B theo TCVN 5945-1995 và TCVN 6584-2001, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe người dân. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại Công ty TNHH Hưng Thịnh trong khoảng thời gian 12 tuần, với lưu lượng nước thải tổng cộng khoảng 485 m³/ngày, bao gồm nước thải sản xuất và sinh hoạt. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc phát triển công nghệ xử lý nước thải ngành cao su, đồng thời mang ý nghĩa thực tiễn trong việc bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả quản lý nhà máy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý nước thải sinh học, bao gồm:

  • Lý thuyết xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí: Vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải dưới điều kiện có oxy (hiếu khí) hoặc không có oxy (kỵ khí), chuyển hóa thành các sản phẩm vô hại như CO₂, CH₄, H₂O.
  • Mô hình bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): Bể kỵ khí dạng hạt bùn, nước thải chảy ngược từ dưới lên, khí sinh học được thu hồi làm nhiên liệu.
  • Khái niệm về các chỉ tiêu ô nhiễm nước thải: COD (Nhu cầu oxy hóa học), BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa), SS (Chất rắn lơ lửng), pH, tổng Nitơ, Ammonia.
  • Phương pháp xử lý vật lý, hóa học và sinh học: Bao gồm lắng, tuyển nổi, keo tụ, khử trùng, xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế tại Công ty TNHH Hưng Thịnh, tài liệu nghiên cứu ngành cao su, tiêu chuẩn Việt Nam về xử lý nước thải.
  • Phương pháp thu thập số liệu: Lấy mẫu nước thải theo quy định, phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu, tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải.
  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong 12 tuần, bao gồm khảo sát hiện trạng, phân tích thành phần nước thải, lựa chọn công nghệ, tính toán thiết kế và đánh giá kinh tế kỹ thuật.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thành phần và lưu lượng nước thải: Lưu lượng nước thải sản xuất khoảng 410 m³/ngày, nước thải sinh hoạt 75 m³/ngày, tổng lưu lượng 485 m³/ngày. Nước thải có pH dao động từ 5,5 đến 11 tùy theo dây chuyền sản xuất, COD trung bình 3.500 mg/l, BOD khoảng 2.000 mg/l, SS lên đến 4.000 mg/l.
  2. Hiệu quả xử lý công nghệ sinh học kết hợp kỵ khí và hiếu khí: Bể UASB xử lý kỵ khí giảm COD từ 3.500 mg/l xuống còn 400-800 mg/l, tiếp theo bể Aerotank hiếu khí xử lý tiếp để đạt tiêu chuẩn xả thải loại B với BOD ≤ 35 mg/l, COD ≤ 70 mg/l, SS ≤ 80 mg/l.
  3. Chi phí vận hành và đầu tư: Chi phí xây dựng và vận hành được tính toán chi tiết, trong đó chi phí điện năng, hóa chất, công nhân và sửa chữa được cân đối để đảm bảo hiệu quả kinh tế. Tổng chi phí xử lý cho 1 m³ nước thải được tối ưu phù hợp với điều kiện nhà máy.
  4. Vấn đề mùi hôi và xử lý nitơ: Mùi hôi do khí H₂S và các hợp chất hữu cơ bay hơi là thách thức lớn. Công nghệ xử lý kết hợp keo tụ, tuyển nổi và xử lý sinh học giúp giảm mùi hiệu quả. Tuy nhiên, xử lý nitơ vẫn còn hạn chế, cần nghiên cứu bổ sung công nghệ xử lý nitơ chuyên sâu.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy công nghệ xử lý sinh học kết hợp bể UASB và Aerotank phù hợp với đặc tính nước thải cao su có hàm lượng hữu cơ cao và biến động lưu lượng. So sánh với các nghiên cứu trong ngành, hiệu suất xử lý COD đạt trên 80%, tương đương hoặc cao hơn các nhà máy cùng ngành tại Việt Nam và khu vực Đông Nam Á. Việc sử dụng bể UASB giúp giảm chi phí năng lượng và lượng bùn thải, phù hợp với điều kiện kinh tế của nhà máy. Tuy nhiên, diện tích xây dựng mương oxi hóa hoặc hồ sinh học tự nhiên không khả thi do gần khu dân cư và yêu cầu diện tích lớn. Các biểu đồ thể hiện sự giảm nồng độ COD, BOD qua từng công đoạn xử lý sẽ minh họa rõ hiệu quả công nghệ. Kết quả cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát pH và bổ sung hóa chất keo tụ để nâng cao hiệu quả xử lý.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống xử lý nước thải kết hợp bể UASB và Aerotank: Đảm bảo công suất 500 m³/ngày, vận hành liên tục, kiểm soát pH và bổ sung hóa chất keo tụ (PAC, NaOH) để đạt tiêu chuẩn xả thải trong vòng 6 tháng.
  2. Xây dựng hệ thống thu hồi khí sinh học từ bể UASB: Sử dụng khí metan làm nhiên liệu đốt, giảm chi phí năng lượng và phát thải khí nhà kính, hoàn thành trong 1 năm.
  3. Tăng cường kiểm soát mùi hôi bằng tuyển nổi và khử trùng clo: Lắp đặt bể tuyển nổi áp suất và hệ thống khử trùng clo trước khi xả thải, giảm mùi hôi và vi sinh vật gây bệnh, thực hiện trong 3 tháng.
  4. Nghiên cứu bổ sung công nghệ xử lý nitơ: Áp dụng công nghệ xử lý nitơ như quá trình thiếu khí hoặc màng sinh học để giảm ammonium và tổng nitơ, nâng cao chất lượng nước thải, triển khai thí điểm trong 1 năm.
  5. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành hệ thống xử lý nước thải, đảm bảo vận hành ổn định và hiệu quả, thực hiện định kỳ hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và kỹ sư môi trường tại các nhà máy chế biến cao su: Áp dụng thiết kế và công nghệ xử lý nước thải phù hợp, tối ưu chi phí vận hành.
  2. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Tham khảo tiêu chuẩn và giải pháp xử lý nước thải ngành cao su, phục vụ công tác kiểm tra, giám sát và ban hành chính sách.
  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành môi trường, công nghệ sinh học: Nghiên cứu chuyên sâu về xử lý nước thải công nghiệp có hàm lượng hữu cơ cao, phát triển công nghệ mới.
  4. Doanh nghiệp tư vấn thiết kế và thi công hệ thống xử lý nước thải: Áp dụng các phương pháp tính toán, thiết kế công trình xử lý nước thải hiệu quả, phù hợp với điều kiện thực tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải xử lý nước thải ngành cao su?
    Nước thải ngành cao su chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, COD lên đến 2.000 mg/l, gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng sức khỏe cộng đồng và môi trường. Xử lý giúp giảm ô nhiễm, tuân thủ quy định pháp luật.

  2. Công nghệ xử lý nào phù hợp cho nước thải cao su?
    Công nghệ kết hợp xử lý sinh học kỵ khí (bể UASB) và hiếu khí (bể Aerotank) được đánh giá hiệu quả cao, giảm COD, BOD và SS, đồng thời tiết kiệm chi phí vận hành.

  3. Làm thế nào để kiểm soát mùi hôi trong xử lý nước thải?
    Sử dụng tuyển nổi để loại bỏ các chất gây mùi, kết hợp khử trùng clo và thu hồi khí sinh học giúp giảm mùi hôi hiệu quả, cải thiện môi trường xung quanh.

  4. Chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải là bao nhiêu?
    Chi phí bao gồm điện năng, hóa chất, nhân công và bảo trì, được tối ưu trong thiết kế. Ví dụ, chi phí điện năng cho bơm và sục khí được tính toán dựa trên lưu lượng và công suất thiết bị.

  5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các nhà máy cao su khác không?
    Có, công nghệ và thiết kế được xây dựng dựa trên đặc tính nước thải ngành cao su phổ biến, có thể điều chỉnh phù hợp với quy mô và điều kiện từng nhà máy.

Kết luận

  • Đề tài đã thiết kế thành công hệ thống xử lý nước thải công suất 500 m³/ngày cho Công ty TNHH Hưng Thịnh, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải loại B theo TCVN.
  • Công nghệ xử lý kết hợp bể UASB kỵ khí và Aerotank hiếu khí cho hiệu quả xử lý COD giảm từ 3.500 mg/l xuống dưới 70 mg/l.
  • Hệ thống xử lý giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, kiểm soát mùi hôi và tiết kiệm chi phí vận hành.
  • Đề xuất thu hồi khí sinh học và nghiên cứu xử lý nitơ nâng cao chất lượng nước thải.
  • Khuyến nghị triển khai thực tế trong 6-12 tháng, đồng thời đào tạo nhân viên vận hành để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

Hành động tiếp theo: Các nhà quản lý và kỹ sư môi trường nên áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cải tiến công nghệ phù hợp với điều kiện thực tế.