MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Nước thải chế biến cao su thiên nhiên (CSTN) được xem là một trong những loại nước thải có mức độ ô nhiễm rất cao bởi các thành phần BOD, COD, tổng nitơ (TN) và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) với giá trị tương ứng có thể lên tới 7.220 mg/L [1] Tại Việt Nam, mặc dù phần lớn các công ty, nhà máy chế biến hiện nay đều áp dụng các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến như phương pháp hóa lý hay phương pháp sinh học sử dụng vi sinh xử lý nước thải cao su… Song, bên cạnh đó vẫn có không ít các doanh nghiệp xử lý nước thải chưa thật sự hiệu quả. Điều này đã khiến nguồn nước tại ao/hồ lân cận bị ô nhiễm. Hình 1: Hoạt độn tại cơ s sơ ch m cao su c a n t T MT Thanh Đ c th n Quản Bình xã hĩa Thắng gây ô nhiễm m i trường ( theo báo môi trường Hà Nội năm 2018) Bằng phương pháp sinh học đã có nhiều công nghệ xử lý nước thải đang được áp dụng, trong đó chủ yếu kết hợp một số trong các quá trình: tách gạn mủ, tuyển nổi, xử lý kị khí UASB, mương oxy hóa, bể sục khí, lọc sinh học hiếu khí, hồ tảo, hồ ổn định. Tuy nhiên, theo điều tra của các tác giả Nguyen Nhu Hien và Luong Thanh Thao (2012)[1], các hệ thống xử lý nước thải ở các nhà máy chế biến CSTN LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 khu vực Đông Nam Bộ vẫn bộc lộ nhiều hạn chế như hiệu quả xử lý chưa cao; COD, BOD, TN và TSS trong nước thải sau xử lý ở nhiều nhà máy vẫn còn cao hơn quy chuẩn xả thải cho phép.
Công nghệ chủ yếu hiện nay được áp dụng để xử lý các thành phần nitơ trong nước thải của các nhà máy chế biến CSTN là mương oxy hóa, hồ tảo hay hồ tự nhiên, tuy nhiên hiệu quả xử lý chưa cao, khó có khả năng xử lý triệt để các thành phần nitơ, hơn nữa cần thời gian xử lý dài và mặt bằng xây dựng lớn. Thiết bị phản ứng theo mẻ SBR (Sequencing Batch Reactor) 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 [3,4]. Tuy nhiên, 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 [3,5,6]. 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, đề tài “ hiên c u tối ưu qu trình xử lý nước thải ch bi n m cao su bằn phươn pháp sinh học cải ti n qu m phòn thí n hiệm ” được thực hiện nhằm 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.
Mục tiêu nghiên cứu Cải tiến hệ sinh học SBR truyền thống giúp tối ưu quy trình xử lý nước thải sản xuất mủ cao su ở quy mô phòng thí nghiệm Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Nghiên cứu khảo sát sự thay đổi DO trong chu trình xử lý. Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của tải lượng COD, N-amoni và TN đến hiệu suất xử lý COD, N-amoni và TN. Nội dung 3: Nghiên cứu Ảnh hưởng của tỉ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 COD, N-amoni và TN ở các chế độ khác nhau. Nội dung 4: Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học SBR theo mẻ với hệ cải tiến quy mô phòng thí nghiệm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 CHƢƠNG 1.
SƠ LƢỢC VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN MỦ CAO SU VÀ NƢỚC THẢI 1. Công nghệ chế biến mủ cao su 1. Sơ đồ c n n hệ Sơ đồ công nghệ khái quát bao gồm số lượng thiết bị và hóa chất để chế biến và sản xuất cao su tự nhiên như sau: Hình 1.1: Minh họa sơ đồ công nghệ ch bi n m cao su tại nhà máy cao su Hà Tĩnh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 Về công đoạn xử lý nguyên liệu đầu vào: mủ mới thu hoạch được sử dụng ammonia để chống đông và đưa về bể chứa. Tiếp theo, mủ nước được dẫn vào các mương đánh đông bằng các máng dẫn inox, ở đây mủ được làm đông nhờ axit loãng, thông thường là axit acetic 5%.
Mƣơng đánh đông (Hình ảnh mang tính minh họa) Tiếp đến công đoạn gia công cơ học: mủ đông trong các mương đánh đông được đưa qua máy cán, máy kéo, máy cán tạo tờ, máy cắt băm cốm để tạo ra các hạt cao su cốm sau đó sẽ được rửa sạch trong hồ chứa mủ. Máy cán, máy ép (Hình ảnh mang tính minh họa) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Công đoạn sấy: nhờ hệ thống bơm thổi rửa và hệ thống phân phối mủ tự động có sàn rung để làm ráo nước và tạo độ xốp cho mủ, sau đó mủ được cho vào xe đẩy để đưa vào lò sấy ở nhiệt độ 110 – 120 0C trong khoảng 90 phút thì mủ chín và vận chuyển ra khỏi lò sấy. Các bánh cao su được bọc bằng bao PE và đưa vào kho trữ sản phẩm. Phươn pháp ch bi n m cao su Sản phẩm của công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên có thể được chia làm 2 loại: cao su khô và cao su lỏng.
- Cao su khô là những loại có sản phẩm rắn là cao su khối, cao su tờ, cao su crepe… - Cao su lỏng là những loại cao su ở dạngh lỏng như mủ cao su cô đặc có hàm lượng cao su khoảng 60%. Loại này được chế biến chủ yếu bằng phương pháp ly tâm nên nó có tên thường gọi là cao su ly tâm. Quá trình chế biến cao su ly tâm cũng cho ra một sản phẩm phụ là mủ Skim chứa khoảng 5% cao su. Trong chế biến cao su khối, mủ cao su nước (latex) tiếp nhận tại nhà máy sẽ được khuấy trộn đều trong một bồn chứa, pha loãng với nước sạch và để lắng trong LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 một thời gian.
Latex sau khi pha loãng và để lắng được chuyển sang các mương đánh đông và cho axit vào (thường dùng là axit acetic). Dưới tác dụng của axit, mủ cao su đông lại thành một khối tách khỏi phần dung dịch còn lại gọi là serum. Các khối cao su sau đó tiếp tục được gia công bằng nhiều loại thiết bị cơ học khác để cho ra các hạt cốm có kích thước khoảng 3 – 5 mm. Các hạt cốm sau đó tiếp tục được làm khô bằng các thiết bị sấy và cuối cùng các hạt cốm sau khi sấy sẽ được ép lại thành khối bằng các máy ép.
uồn ốc phát sinh nước thải Nước thải ngành chế biến cao su chủ yếu gồm 2 nguồn chính như sau: - Nước thải sinh hoạt thải ra (nguồn phụ): Từ khu vực văn phòng, bếp ăn tập thể, hay từ các khu nhà vệ sinh,… Đặc điểm của nước thải tại các khu vực này thường chứa nhiều thành phần cặn bã (TSS), các chất hữu cơ (BOD/COD), chất dinh dưỡng (N,P) và hàng loạt vi sinh gây bệnh. - Nước thải từ phân xưởng sản xuất mủ cốm (nguồn chính), bao gồm: nước thải từ các mương đánh đông, máy cắt, ép,… Và nước thải từ phân xưởng mủ tạp, bao gồm: nước thải bể ngâm mủ tạp, nước thải từ máy cán, máy cắt,… Đặc điểm của nước thải tại các khu vực này có nồng độ ô nhiễm rất cao do chứa các thành phần COD, Ammonium và Photpho, độ pH thấp. Hàm lượng N-NH3 trong nước thải cao su chủ yếu là do việc sử dụng chất đông tụ trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ, đặc biệt là trong chế biến mủ li tâm. Bên cạnh đó, hàm lượng Photpho trong nước thải rất cao.
Chính vì thế, nước thải của mủ cao su có mùi hôi. Trong chế biến cao su khô, nguồn gốc nước thải phát sinh từ các công đoạn như: khuấy trộn, đánh đông mủ và gia công cơ học. Trong đó, nước có nồng độ chất thải ô nhiễm cao nhất là nước Serum. Hệ thống bể lắng không có nắp đậy làm mùi hôi bốc lên rất khó chịu (đặc biệt vào những ngày trời nắng).
Đặc trưn về thành phần nước thải Trong chế biến cao su tự nhiên, thành phần nước thải phụ thuộc chủ yếu vào các thành phần có trong mủ cao su do trong các công đoạn sản xuất, bổ sung các LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 loại hóa chất cũng như chất độn, ngoại trừ amoni và axit lần lượt bổ sung trong các công đoạn bảo quản, vận chuyển và công đoạn làm đông tụ sản phẩm. Tùy theo các công đoạn sản xuất, thành phần và đặc tính của nước thải tại mỗi công đoạn sẽ khác nhau. Nước thải rơi vãi, phát sinh trong quá trình vận chuyển và tồn trữ mủ thường có pH và N-NH3 cao là do sử dụng amoni để chống đông tụ, dễ bảo quản. Trong khi đó, trong các công đoạn khác nước thải thường có độ pH thấp do sử dụng axít làm đông tụ và kết hợp với sự phân huỷ sinh học lipid và photpholipid trong khi tồn trữ nguyên liệu tạo thành các axít béo bay hơi.
Như vậy nước thải chế biến mủ cao su tự nhiên có tính chất ô nhiễm nặng, chủ yếu thuộc 2 loại: Chất ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dưỡng. Tại nước ta, nước thải chế biến cao su tự nhiên là một trong những loại nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm vượt rất cao so với quy chuẩn xả thải. Theo Nguyễn Trung Việt (1999) [7] “Sustainable Treatment of Rubber Latex Processing Wastewater, The UASB-System combined with Aerobic Post-Treatment”, PhD- Thesis, Wageningen University, Netherland thì nước thải chế biến cao su tự nhiên có thể có hàm lượng COD lên đến 9.