Nghiên Cứu Tối Ưu Quy Trình Xử Lý Nước Thải Chế Biến Mủ Cao Su Bằng Phương Pháp Sinh Học

Nước thải phát sinh từ hai nguồn chính: nước thải sinh hoạt và nước thải từ phân xưởng sản xuất. Nước thải sinh hoạt chứa cặn bã, chất hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh. Nước thải từ phân xưởng sản xuất, đặc biệt là từ các mương đánh đông và máy cắt ép, có nồng độ ô nhiễm cao với các thành phần COD, Ammonium và Photpho, độ pH thấp. Hàm lượng N-NH3 cao do sử dụng chất đông tụ trong quá trình thu hoạch và chế biến mủ li tâm. Nước thải này thường có mùi hôi đặc trưng.

Thành phần nước thải phụ thuộc vào các thành phần có trong mủ cao su, hóa chất và chất độn sử dụng trong quá trình sản xuất. Nước thải từ công đoạn vận chuyển và tồn trữ mủ thường có pH và N-NH3 cao do sử dụng amoni để chống đông tụ. Các công đoạn khác thường có độ pH thấp do sử dụng axit làm đông tụ và sự phân hủy sinh học lipid. Nước thải chế biến mủ cao su tự nhiên có tính chất ô nhiễm nặng, chủ yếu là chất ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dưỡng. Các chỉ tiêu như pH, BOD, COD, SS, TN, TP thường vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần.

Hiện tại, Việt Nam có khoảng 500 doanh nghiệp chế biến mủ cao su, nhưng chỉ khoảng 10% số doanh nghiệp xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường. Các doanh nghiệp còn lại chưa có hệ thống xử lý hoặc hệ thống xử lý nước thải sản xuất không đạt chuẩn cho phép (Theo Báo cáo môi trường Việt Nam, Bộ Tài nguyên & Môi trường). Các công nghệ phổ biến bao gồm UASB kết hợp với ao kỵ khí và tùy chọn, hệ thống DAF kết hợp với ao sục khí, và các bể sinh học.

Dây chuyền công nghệ và hệ thống thiết bị đang được áp dụng tại một số nước Đông Nam Á cho thấy hiệu quả xử lý tương đối tốt, nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn xử lý nước thải của nước sở tại. Tuy nhiên khi áp dụng các công nghệ này tại Việt Nam cho thấy phần lớn các hệ thống xử lý này không đạt yêu cầu. Các hệ thống bể lắng không có nắp đậy làm mùi hôi bốc lên rất khó chịu (đặc biệt vào những ngày trời nắng). Các chỉ tiêu như pH, BOD, COD, SS, TN, TP đều vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần.

Bể SBR đã được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong xử lý nước thải do có các ưu điểm: có thể xử lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ; công nghệ linh hoạt, có thể thay đổi chế độ vận hành phù hợp với tính chất khác nhau của nhiều loại nước thải; và không cần bể lắng cuối. Với mục đích vừa nâng cao hiệu quả xử lý cùng lúc các chất hữu cơ và nitơ, đồng thời vừa đơn giản hóa qui trình vận hành.

Đối với SBR thông thường, để nâng cao khả năng xử lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ cần phải thực hiện nhiều chu trình phản ứng thiếu - hiếu khí luân phiên, kết hợp với áp dụng chế độ cấp nước thải nhiều lần vào giai đoạn đầu của mỗi chu trình thiếu khí – hiếu khí. Nghiên cứu này tập trung vào việc cải tiến và tối ưu hóa thiết bị SBR để có thể đồng thời thực hiện các quá trình hiếu khí và thiếu khí, tức là để có thể xử lý đồng thời các hợp chất nitơ cùng lúc với xử lý các chất hữu cơ trong nước thải chế biến CSTN chỉ trong một giai đoạn phản ứng duy nhất.

Việc theo dõi và kiểm soát sự thay đổi DO (Dissolved Oxygen - Oxy hòa tan) trong quá trình xử lý SBR là rất quan trọng. DO ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của vi sinh vật hiếu khí và thiếu khí, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD và nitơ. Nghiên cứu này sẽ khảo sát sự biến động của DO trong các giai đoạn khác nhau của chu trình SBR để tối ưu hóa điều kiện hoạt động cho vi sinh vật.

Tải lượng COD, N-amoni và TN là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý của hệ thống SBR. Nghiên cứu sẽ đánh giá mối quan hệ giữa tải lượng các chất ô nhiễm này và hiệu quả loại bỏ chúng trong quá trình xử lý. Kết quả này sẽ giúp xác định tải lượng tối ưu để đạt được hiệu suất xử lý cao nhất và tránh tình trạng quá tải hệ thống.

Tỷ lệ COD/TN có thể ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ (COD) trong bể SBR. Nghiên cứu sẽ xác định xem tỷ lệ COD/TN nào là tối ưu để vi sinh vật có thể phân hủy COD một cách hiệu quả nhất, đồng thời đảm bảo sự cân bằng dinh dưỡng cho vi sinh vật.

Quá trình loại bỏ nitơ (TN) trong bể SBR phụ thuộc vào sự cân bằng giữa các quá trình nitrat hóa và khử nitrat. Tỷ lệ COD/TN có thể ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu quả của cả hai quá trình này. Nghiên cứu sẽ tìm ra tỷ lệ COD/TN tối ưu để thúc đẩy quá trình khử nitrat và loại bỏ TN một cách hiệu quả nhất.

Nghiên cứu sẽ đánh giá toàn diện hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học SBR theo mẻ với hệ cải tiến quy mô phòng thí nghiệm. Các chỉ tiêu như COD, BOD, TN, TSS và pH sẽ được theo dõi và đánh giá để xác định mức độ đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải.

Công nghệ SBR cải tiến có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng rộng rãi tại các nhà máy chế biến mủ cao su ở Việt Nam và các nước khác. Việc tối ưu hóa quy trình xử lý và giảm chi phí vận hành sẽ giúp công nghệ này trở nên cạnh tranh hơn so với các phương pháp xử lý nước thải truyền thống.