Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao su bằng phương pháp hóa lý sinh học kết hợp

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. MỞ ĐẦU

2. TỔNG QUAN NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN CAO SU THIÊN NHIÊN (CSTN)

2.1. Hiện trạng phát triển ngành CSTN của Việt Nam

2.2. Thành phần và tính chất mủ CSTN

2.3. Công nghệ chế biến mủ CSTN

2.4. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN

2.4.1. Nguồn gốc và lượng phát sinh nước thải

2.4.2. Đặc trưng nước thải

2.4.3. Đặc trưng nước thải nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh

2.5. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải chế biến CSTN

2.5.1. Một số phương pháp xử lý nước thải liên quan đến đề tài luận án

2.5.2. Phương pháp sinh học kỵ khí

2.5.2.1. Quá trình phân hủy kỵ khí

2.5.2.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ EGSB

2.5.3. Phương pháp kết tủa Magie Amoni Photphat (MAP)

2.5.3.1. Giới thiệu chung về amoni và photphat

2.5.3.2. Tình hình nghiên cứu thu hồi amoni và photphat bằng kết tủa MAP

2.5.4. Phương pháp sinh học hiếu khí, thiếu khí

2.5.4.1. Quá trình phân hủy hiếu khí, thiếu khí

2.5.4.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng SBR

2.5.5. Những tồn tại trong xử lý nước thải chế biến CSTN tại Việt Nam

2.5.5.1. Những tồn tại trong XLNT tại các nhà máy chế biến CSTN ở Việt Nam

2.5.5.2. Những tồn tại trong nghiên cứu xử lý nước thải chế biến CSTN tại Việt Nam

3. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

4. XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ VÀ THU HỒI NĂNG LƯỢNG BẰNG THIẾT BỊ EGSB

4.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

4.1.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu

4.1.2. Thiết bị thí nghiệm

4.1.3. Phương pháp nghiên cứu

4.1.4. Phương pháp thực nghiệm

4.1.5. Phương pháp phân tích

4.2. Kết quả và thảo luận

4.2.1. Giai đoạn khởi động

4.2.1.1. Sự thay đổi pH trong giai đoạn khởi động

4.2.1.2. Sự phát triển bùn hạt

4.2.1.3. Sự thay đổi COD trong giai đoạn khởi động

4.2.2. Giai đoạn vận hành ổn định

4.2.2.1. Sự thay đổi pH trong giai đoạn vận hành ổn định

4.2.2.2. Hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn vận hành ổn định

4.2.2.3. Sự thay đổi nồng độ N–amoni

4.2.2.4. Hiệu quả sinh khí biogas

4.3. Kết luận chương 2

5. XỬ LÝ THU HỒI CHẤT DINH DƯỠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA MAP

5.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

5.1.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu

5.1.2. Thiết bị thí nghiệm

5.1.3. Phương pháp nghiên cứu

5.1.4. Phương pháp thực nghiệm

5.1.5. Phương pháp phân tích

5.2. Kết quả và thảo luận

5.2.1. Thu hồi MAP khi không bổ sung magie và photphat

5.2.1.1. Ảnh hưởng của pH

5.2.1.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

5.2.2. Thu hồi MAP có bổ sung magie

5.2.3. Thu hồi MAP có bổ sung đồng thời magie và photphat

5.2.4. Hiệu quả thu hồi MAP

5.2.5. Đánh giá sản phẩm MAP thu được

5.3. Kết luận chương 3

6. XỬ LÝ ĐỒNG THỜI CHẤT HỮU CƠ VÀ NITƠ BẰNG THIẾT BỊ SBR CẢI TIẾN

6.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

6.1.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu

6.1.2. Thiết bị thí nghiệm

6.1.3. Phương pháp nghiên cứu

6.1.4. Phương pháp thực nghiệm

6.1.5. Phương pháp phân tích

6.2. Kết quả và thảo luận

6.2.1. Sự thay đổi DO trong chu trình xử lý

6.2.2. Ảnh hưởng của tải trọng COD, nitơ

6.2.3. Ảnh hưởng của tải trọng COD đến hiệu suất xử lý COD

6.2.4. Ảnh hưởng của tải trọng N–amoni đến hiệu suất xử lý N–amoni

6.2.5. Ảnh hưởng của tải trọng TN đến hiệu suất xử lý TN

6.2.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN

6.2.6.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý COD

6.2.6.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý N–amoni

6.2.6.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý TN

6.3. Kết luận chương 4

7. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU THIÊN NHIÊN

7.1. Sơ đồ công nghệ đề xuất

7.2. Tính toán cân bằng vật chất của hệ thống

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Xử lý nước thải chế biến cao su

Xử lý nước thải chế biến cao su là một vấn đề cấp thiết trong ngành công nghiệp cao su tại Việt Nam. Nước thải từ quá trình chế biến cao su chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, nitơ, photpho và chất rắn lơ lửng (TSS), gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các phương pháp xử lý truyền thống như kỵ khí UASB, mương oxy hóa, và hồ sinh học thường không đạt hiệu quả cao, dẫn đến việc các chỉ tiêu BOD, COD, N-amoni, và TN vượt quá quy chuẩn cho phép. Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao su bằng phương pháp hóa lý sinh học kết hợp nhằm giải quyết đồng thời các vấn đề thu hồi năng lượng, dinh dưỡng, và nâng cao hiệu suất xử lý.

1.1. Đặc trưng nước thải chế biến cao su

Nước thải chế biến cao su có đặc trưng ô nhiễm cao với hàm lượng COD, BOD, N-amoni, và TSS vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Các thành phần chính bao gồm chất hữu cơ, nitơ, photpho, và chất rắn lơ lửng. Nguồn gốc nước thải chủ yếu từ quá trình rửa mủ, tách gạn, và các công đoạn chế biến khác. Nước thải cao su cần được xử lý triệt để để đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường và tuân thủ các quy chuẩn về chất lượng nước thải công nghiệp.

1.2. Công nghệ xử lý nước thải hiện tại

Các công nghệ xử lý nước thải chế biến cao su hiện nay chủ yếu kết hợp các phương pháp kỵ khí, hiếu khí, và hồ sinh học. Tuy nhiên, các hệ thống này thường gặp hạn chế về hiệu suất xử lý, đặc biệt là với các chỉ tiêu COD, N-amoni, và TN. Công nghệ xử lý cần được cải tiến để đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe về môi trường, đồng thời tận dụng các nguồn tài nguyên có thể thu hồi từ nước thải.

II. Phương pháp hóa lý sinh học kết hợp

Phương pháp hóa lý sinh học kết hợp là một hướng tiếp cận mới trong xử lý nước thải chế biến cao su, nhằm nâng cao hiệu suất xử lý và thu hồi các nguồn tài nguyên. Phương pháp này kết hợp giữa xử lý hóa lý và xử lý sinh học, tận dụng ưu điểm của cả hai phương pháp để xử lý triệt để các chất ô nhiễm. Kết hợp hóa lý sinh học không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn thu hồi năng lượng (khí biogas) và các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) từ nước thải.

2.1. Xử lý sinh học kỵ khí

Xử lý sinh học kỵ khí được áp dụng để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải và thu hồi khí biogas. Thiết bị EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) được sử dụng để tăng hiệu suất xử lý COD và ổn định quá trình phân hủy kỵ khí. Kết quả nghiên cứu cho thấy, thiết bị EGSB hoạt động ổn định với hiệu suất xử lý COD trung bình trên 80%, đồng thời thu hồi được lượng khí biogas đáng kể.

2.2. Kết tủa Magie Amoni Photphat MAP

Kết tủa MAP là phương pháp hóa lý được sử dụng để thu hồi đồng thời nitơ và photpho từ nước thải chế biến cao su. Phương pháp này dựa trên phản ứng giữa magie, amoni, và photphat để tạo thành kết tủa MAP, có thể sử dụng làm phân bón. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi bổ sung đồng thời magie và photphat, hiệu suất loại bỏ N-NH4+ đạt 80,9%, và khối lượng kết tủa thu hồi là 4,85 g/L nước thải.

III. Ứng dụng và đề xuất công nghệ

Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao su bằng phương pháp hóa lý sinh học kết hợp đã đề xuất một quy trình công nghệ hiệu quả, bao gồm các bước xử lý kỵ khí, kết tủa MAP, và xử lý hiếu khí. Quy trình này không chỉ đảm bảo hiệu suất xử lý cao mà còn thu hồi được các nguồn tài nguyên từ nước thải. Công nghệ xử lý đề xuất đáp ứng được các tiêu chuẩn về chất lượng nước thải công nghiệp, đồng thời mang lại lợi ích kinh tế và môi trường.

3.1. Thiết bị SBR cải tiến

Thiết bị SBR (Sequencing Batch Reactor) cải tiến được phát triển để xử lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến cao su. Thiết bị này có quy trình vận hành đơn giản và tiết kiệm năng lượng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu suất xử lý COD, N-NH4+, và TN của thiết bị SBR cải tiến lần lượt đạt 97%, gần 100%, và 94-97%, đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng nước thải.

3.2. Đề xuất quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ đề xuất bao gồm các bước: xử lý kỵ khí bằng thiết bị EGSB, kết tủa MAP để thu hồi nitơ và photpho, và xử lý hiếu khí bằng thiết bị SBR cải tiến. Quy trình này đảm bảo hiệu suất xử lý cao, đồng thời thu hồi được năng lượng và các chất dinh dưỡng từ nước thải chế biến cao su.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao su bằng phương pháp hóa lý sinh học kết hợp