Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu xử lý nước thải nhiễm dầu bằng phương pháp tuyển nổi và bùn hoạt tính

Chuyên khảo Xử lý nước thải nhiễm dầu bằng tuyển nổi và bùn hoạt tính phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực

• Tác giả: Lại Nguyễn Hồng Quế
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Phú
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Thực Nghiệm Xử Lý Nước Thải Nhiễm Dầu Bằng Tuyển Nổi Và Bùn Hoạt Tính
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
• Tính cấp thiết của đề tài
• Tổng quan tình hình nghiên cứu đã qua
• Mục đích nghiên cứu
• Nhiệm vụ nghiên cứu
• Giới hạn của đề tài
• Ý nghĩa của đề tài
• Phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp luận
• Phương pháp cụ thể
• Phương pháp thu thập và tổng hợp dữ liệu
• Phương pháp chuyên gia
• Phương pháp thực nghiệm
• Phương pháp thống kê, xử lý số liệu, so sánh
• Phương pháp phân tích hóa, lý của nước
• Các kết quả đạt được của đề tài
• Cấu trúc của Luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU
• 1.1. Tổng quan về nước thải nhiễm dầu
• 1.1.1. Giới thiệu sơ lược về dầu mỏ và ô nhiễm dầu mỏ
• 1.1.2. Các nguồn nước thải nhiễm dầu
• 1.1.3. Những tác động của ô nhiễm dầu đến môi trường
• 1.2. Các phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu
• 1.3. Một số công trình xử lý nước thải nhiễm dầu
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG QUÁ TRÌNH TUYỂN NỔI VÀ BÙN HOẠT TÍNH
• 2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình tuyển nổi
• 2.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình bùn hoạt tính
• 2.3. Phương tiện thực nghiệm
• 2.3.1. Địa điểm thí nghiệm
• 2.3.2. Thiết bị và dụng cụ
• 2.3.3. Hóa chất sử dụng
• 2.4. Phương pháp thực nghiệm
• 2.4.1. Mô hình thực nghiệm
• 2.4.2. Các thông số tính toán
• 2.4.3. Tiến trình thực nghiệm
• 2.5. Phương pháp phân tích mẫu
• 2.5.1. Phương pháp phân tích pH
• 2.5.2. Phương pháp phân tích SS
• 2.5.3. Phương pháp phân tích BOD5
• 2.5.4. Phương pháp phân tích COD
• 2.5.5. Phương pháp phân tích dầu khoáng
• 2.6. Vận hành mô hình thực nghiệm
• 2.6.1. Mô hình cơ học
• 2.6.2. Mô hình sinh học
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích nước đầu vào của hệ thống
• 3.2. Kết quả phân tích nước đầu ra của hệ thống
• 3.2.1. Kết quả phân tích nước thải sau quá trình xử lý tuyển nổi
• 3.2.2. Kết quả phân tích nước thải sau quá trình xử lý sinh học
• 3.3. Tổng hợp kết quả sau 2 quá trình xử lý
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Tiếng Anh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu xử lý nước thải nhiễm dầu

Nước thải nhiễm dầu là một vấn đề nghiêm trọng trong ngành công nghiệp hiện nay. Việc xử lý nước thải này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng các phương pháp như tuyển nổi và bùn hoạt tính để xử lý hiệu quả nước thải nhiễm dầu.

1.1. Đặc điểm và nguồn gốc nước thải nhiễm dầu

Nước thải nhiễm dầu thường xuất phát từ các hoạt động công nghiệp như chế biến dầu mỏ, sản xuất hóa chất và các hoạt động giao thông. Đặc điểm của loại nước thải này là chứa nhiều hợp chất hữu cơ độc hại, có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

1.2. Tác động của ô nhiễm dầu đến môi trường

Ô nhiễm dầu có thể dẫn đến sự chết của các sinh vật dưới nước, làm giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Các chất độc hại trong dầu có thể tích tụ trong chuỗi thức ăn, gây hại cho sức khỏe con người.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý nước thải nhiễm dầu

Xử lý nước thải nhiễm dầu gặp nhiều thách thức do tính chất phức tạp của dầu và các hợp chất đi kèm. Các phương pháp truyền thống thường không đạt hiệu quả cao, đòi hỏi phải có những giải pháp mới và hiệu quả hơn.

2.1. Những khó khăn trong quá trình xử lý

Một trong những khó khăn lớn nhất là sự tồn tại lâu dài của dầu trong môi trường nước. Dầu có thể tạo thành lớp màng trên bề mặt nước, ngăn cản quá trình trao đổi khí và làm giảm khả năng xử lý của các vi sinh vật.

2.2. Chi phí và hiệu quả của các phương pháp hiện tại

Các phương pháp xử lý hiện tại như bể tách dầu thường tốn kém và không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn dầu khỏi nước thải. Do đó, cần nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới tiết kiệm hơn.

III. Phương pháp tuyển nổi trong xử lý nước thải nhiễm dầu

Phương pháp tuyển nổi là một trong những giải pháp hiệu quả để tách dầu ra khỏi nước thải. Quá trình này sử dụng bọt khí để mang theo các hạt dầu nổi lên bề mặt, từ đó dễ dàng loại bỏ.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên lý chênh lệch khối lượng riêng giữa dầu và nước. Bọt khí được tạo ra sẽ bám vào các hạt dầu, giúp chúng nổi lên và được thu gom dễ dàng.

3.2. Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi

Phương pháp này có nhiều ưu điểm như hiệu quả cao trong việc loại bỏ dầu, thời gian xử lý ngắn và chi phí vận hành thấp. Nó cũng có thể được áp dụng cho nhiều loại nước thải khác nhau.

IV. Ứng dụng bùn hoạt tính trong xử lý nước thải nhiễm dầu

Bùn hoạt tính là một phương pháp sinh học hiệu quả trong việc xử lý nước thải nhiễm dầu. Nó sử dụng vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải.

4.1. Cơ chế hoạt động của bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính hoạt động bằng cách cung cấp oxy cho vi sinh vật, giúp chúng phát triển và phân hủy các chất hữu cơ. Quá trình này diễn ra qua nhiều giai đoạn, từ tăng trưởng đến phân hủy.

4.2. Hiệu quả xử lý của bùn hoạt tính

Nghiên cứu cho thấy bùn hoạt tính có thể đạt hiệu quả xử lý lên đến 86.08% trong việc loại bỏ dầu khỏi nước thải. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của phương pháp này trong xử lý nước thải công nghiệp.

V. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự kết hợp giữa tuyển nổi và bùn hoạt tính mang lại hiệu quả cao trong xử lý nước thải nhiễm dầu. Các mô hình thực nghiệm đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này.

5.1. Kết quả thực nghiệm từ mô hình xử lý

Các thí nghiệm cho thấy sau khi áp dụng phương pháp tuyển nổi và bùn hoạt tính, nồng độ dầu trong nước thải giảm đáng kể, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng nước thải.

5.2. Ứng dụng trong thực tiễn

Phương pháp này đã được áp dụng tại một số nhà máy chế biến dầu, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước thải công nghiệp.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai trong xử lý nước thải

Nghiên cứu về xử lý nước thải nhiễm dầu bằng tuyển nổi và bùn hoạt tính đã chỉ ra rằng đây là những phương pháp hiệu quả và khả thi. Tương lai cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí.

6.1. Tương lai của công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các phương pháp mới, giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu tác động đến môi trường.

6.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần có thêm nhiều nghiên cứu về các chủng vi sinh vật khác nhau để tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải, từ đó đảm bảo chất lượng nước thải theo tiêu chuẩn quy định.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Năng lượng từ dầu mỏ hiện đóng góp khoảng 64% tổng nhu cầu năng lượng sử dụng trên toàn cầu, giữ vai trò huyết mạch trong nền kinh tế nhưng đồng thời cũng là nguồn phát sinh chất thải nguy hại nghiêm trọng. Dầu mỏ có tính chất vật lý đặc trưng là chất lỏng sánh, nhẹ hơn nước, khó tan và có tốc độ oxy hóa tự nhiên cực kỳ chậm, có thể tồn tại tích tụ trong môi trường sinh thái lên đến 50 năm. Khi xâm nhập vào nguồn nước, chỉ cần nồng độ dầu khoáng vượt mức 0,2 mg/L đã làm phát sinh mùi hôi khó chịu, làm nước mất hoàn toàn khả năng sử dụng cho sinh hoạt; trong khi đó, nước thải phát sinh từ công đoạn súc rửa bồn chứa định kỳ 1 đến 2 năm một lần tại các kho xăng dầu có thể đạt nồng độ ô nhiễm hydrocacbon lên tới hàng chục ngàn ppm (tương đương trên 10.000 mg/L).

Vấn đề nghiên cứu cốt lõi được đặt ra là tìm kiếm một quy trình công nghệ vừa tối ưu về chi phí đầu tư, vừa đạt hiệu suất phân tách cao đối với nguồn nước thải nhiễm dầu phức tạp vốn chứa đồng thời dầu tự do, dầu nhũ tương và cặn lơ lửng. Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu thực nghiệm mô hình kết hợp giữa quá trình cơ học tuyển nổi và quá trình sinh học bùn hoạt tính hiếu khí, phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng bao gồm COD, BOD5, SS, pH và dầu khoáng, đồng thời xác định các thông số động học sinh học làm cơ sở thiết kế.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trong khung thời gian từ ngày 15/02/2017 đến ngày 15/08/2017 tại phòng thí nghiệm chuyên ngành môi trường ở Thành phố Hồ Chí Minh. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc giảm thiểu tải lượng chất ô nhiễm hữu cơ với hiệu suất xử lý COD đạt trên 86,08%, đưa các thông số xả thải về ngưỡng an toàn theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, góp phần ngăn ngừa suy thoái hệ sinh thái thủy sinh và giảm chi phí xử lý hóa chất cho doanh nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai nền tảng lý thuyết công nghệ môi trường chủ đạo:

Thứ nhất là lý thuyết phân tách thủy động lực học của quá trình tuyển nổi. Quá trình này ứng dụng nguyên lý chênh lệch khối lượng riêng giữa các pha lỏng và hạt cặn/váng dầu. Thông qua việc sục dòng bọt khí mịn vào pha lỏng, các bọt khí sẽ va chạm, bám dính vào hạt cặn lơ lửng và giọt dầu, làm giảm trọng lượng riêng tổng hợp của tổ hợp hạt - khí xuống nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, từ đó gia tốc tốc độ nổi lên bề mặt để thu gom bằng thanh gạt hoặc ống quay.

Thứ hai là lý thuyết chuyển hóa sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính lơ lửng (phát hiện từ năm 1913 bởi Edward Ardern và W.T. Lockett). Hệ vi sinh vật dị dưỡng sử dụng hydrocacbon và chất hữu cơ hòa tan làm nguồn cơ chất carbon và năng lượng để tổng hợp sinh khối mới và khoáng hóa thành CO2 và H2O. Quá trình sinh trưởng của vi khuẩn trong hệ thống bùn hoạt tính trải qua 4 pha kinh điển: pha tiềm tàng (lag phase), pha tăng trưởng cấp số nhân (log phase), pha ổn định sinh khối và pha suy vong tự phân hủy nội sinh. Động học phản ứng được mô tả thông qua mô hình Monod cải tiến, xác định các hằng số động học cơ bản như hệ số sản lượng sinh khối tối đa ($Y$), hệ số phân hủy nội sinh ($k_d$), hằng số bán tốc độ ($K_s$) và tốc độ khoáng hóa tối đa của một đơn vị sinh khối ($k$).

Các khái niệm kỹ thuật chính chi phối mô hình bao gồm: Nhu cầu oxy hóa học (COD), Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong hỗn dịch (MLSS), Chỉ số thể tích lắng của bùn (SVI) và Tỷ số tải trọng hữu cơ trên sinh khối (F/M).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm thu thập trực tiếp từ chuỗi vận hành mô hình liên tục. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 5 đợt thí nghiệm tuyển nổi đối chứng và 10 kịch bản vận hành bùn hoạt tính tương ứng với 5 mức thời gian lưu nước (24 giờ, 12 giờ, 6 giờ, 4 giờ và 2 giờ) ở cả hai trạng thái tĩnh và động. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu tổ hợp (composite sampling) tại các điểm: đầu vào hệ thống, sau ngăn tuyển nổi và đầu ra sau bể lắng sinh học, bảo đảm tính đại diện cao về mặt thủy lực.

Các phương pháp phân tích hóa lý tiêu chuẩn được lựa chọn vì tính chính xác và tương thích tuyệt đối với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và phương pháp Standard Methods:

• Độ pH được đo trực tiếp bằng máy đo điện cực thủy tinh cầm tay đã hiệu chuẩn ở dung dịch đệm pH 4,0 và 7,0.
• Chỉ tiêu SS được xác định bằng phương pháp sấy khô màng lọc sợi thủy tinh ở nhiệt độ 105°C đến khối lượng không đổi.
• Chỉ tiêu BOD5 được xác định bằng phương pháp ủ mẫu 5 ngày ở nhiệt độ ổn định 20°C và đo oxy hòa tan trước - sau ủ.
• Chỉ tiêu COD được phân tích bằng phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử với dung dịch Kali Dicromat ($K_2Cr_2O_7$) trong môi trường axit mạnh đun hoàn lưu.
• Dầu khoáng được trích ly bằng dung môi hữu cơ và xác định hàm lượng bằng phương pháp cân/đo quang phổ.

Toàn bộ tiến trình thực nghiệm diễn ra liên tục trong 6 tháng (từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2017), cho phép đánh giá đầy đủ tính ổn định sinh học của bùn hoạt tính.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã thu được các phát hiện định lượng then chốt về hiệu quả xử lý:

Thứ nhất, giai đoạn tiền xử lý bằng cơ học và tuyển nổi chứng minh năng lực vượt trội trong việc loại bỏ váng dầu tự do và cặn thô. Việc ứng dụng thiết bị thu gom dầu bằng ống quay kết hợp sục khí phân tán giúp giảm thiểu từ 70% đến hơn 80% lượng dầu khoáng dạng nổi và giảm khoảng 50% đến 65% hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), tạo tiền đề bảo vệ hệ vi sinh vật hiếu khí ở công đoạn sau khỏi hiện tượng nghẹt khí và ức chế độc chất.

Thứ hai, ở giai đoạn sinh học bùn hoạt tính, hiệu suất phân hủy chất hữu cơ đạt mức tối ưu tại mốc thời gian lưu nước (HRT) bằng 6 giờ với tải trọng hữu cơ danh định bằng 1. Tại chế độ vận hành này, hiệu suất xử lý COD ghi nhận giá trị đỉnh đạt 86,08%, nồng độ COD và BOD5 trong nước sau lắng giảm sâu, đáp ứng yêu cầu xả thải quy chuẩn.

Thứ ba, nghiên cứu xác lập rõ nét ảnh hưởng của thời gian lưu nước đến hiệu suất làm sạch. Khi thời gian lưu nước rút ngắn từ 24 giờ xuống 12 giờ và 6 giờ, hiệu suất xử lý COD duy trì ổn định trong khoảng 80,00% đến 86,08%. Tuy nhiên, khi tiếp tục giảm thời gian lưu nước xuống mức 4 giờ và 2 giờ, hiệu suất xử lý sụt giảm nhanh chóng xuống dưới mức 75%, do tốc độ tiếp xúc và chuyển hóa cơ chất của vi sinh vật không kịp bù đắp vận tốc dòng chảy.

Thứ tư, nghiên cứu đã tính toán thành công bộ thông số động học của hệ bùn hoạt tính xử lý nước thải nhiễm dầu thông qua các đường hồi quy tuyến tính: xác định được hệ số phân hủy nội sinh $k_d$, hệ số sản lượng sinh khối $Y$, hằng số nửa bão hòa $K_s$ và tốc độ phản ứng cực đại $k$ với hệ số tương quan tuyến tính $R^2$ đạt độ tin cậy cao trên 0,90.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm hiệu suất khi vận hành ở thời gian lưu 2 giờ đến 4 giờ là do tải trọng hữu cơ vượt quá khả năng oxy hóa sinh hóa của quần thể bùn trong bể, dẫn đến hiện tượng trôi bùn mịn và tăng chỉ số SVI. Khi dữ liệu được biểu diễn trực quan trên các đồ thị phân bố nồng độ COD theo thời gian lưu nước, đồ thị đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định $k_d$ - $Y$ và biểu đồ tương quan giữa nồng độ chất rắn lơ lửng trong hỗn dịch (MLSS) với hiệu suất phân hủy, xu hướng biến thiên thể hiện sự tương thích hoàn toàn với quy luật động học Monod.

So với các giải pháp truyền thống như lắng trọng lực API thông thường (vốn chỉ đạt hiệu quả tách dầu khoảng 40% đến 55%) hoặc sử dụng thực vật thủy sinh (cho hiệu suất COD dao động từ 48% ở bèo tấm đến 82,6% ở lục bình nhưng đòi hỏi diện tích mặt bằng rất lớn), mô hình kết hợp tuyển nổi và bùn hoạt tính cho thấy tính vượt trội rõ rệt: thời gian xử lý rút ngắn từ vài ngày xuống còn 6 giờ, diện tích xây dựng thu hẹp đáng kể và loại bỏ triệt để nguy cơ tái ô nhiễm từ xác thực vật phân hủy.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao:

1. Chuẩn hóa thông số vận hành hệ thống thực tế: Thiết lập thời gian lưu nước (HRT) tại bể phản ứng bùn hoạt tính hiếu khí cố định ở mức 6 đến 8 giờ, duy trì nồng độ bùn hoạt tính MLSS trong khoảng 2.500 đến 3.500 mg/L và tải trọng thể tích quanh mức 1,0 kg COD/m³.ngày. Target metric: Bảo đảm hiệu suất khử COD luôn đạt tối thiểu 85%, nồng độ dầu khoáng tổng sau xử lý đạt dưới 5 mg/L theo QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B). Timeline: Áp dụng ngay trong vòng 1 tháng đầu hiệu chỉnh hệ thống. Chủ thể: Đội ngũ kỹ sư vận hành trạm xử lý nước thải.

2. Tối ưu hóa công đoạn tuyển nổi và thu gom dầu sơ bộ: Lắp đặt hệ thống tuyển nổi áp lực DAF kết hợp ống quay gạt dầu tự động tại các kho xăng dầu để hạ nồng độ dầu khoáng đầu vào dưới ngưỡng 100 mg/L trước khi sang công đoạn sinh học. Target metric: Giảm tối thiểu 75% lượng dầu nổi tự do và giảm 50% cặn SS đầu vào. Timeline: Thực hiện trong 3 đến 6 tháng theo kế hoạch cải tạo công nghệ. Chủ thể: Ban quản lý kỹ thuật nhà máy và tổng kho xăng dầu.

3. Bổ sung chế phẩm vi sinh chuyên biệt phân giải hydrocacbon: Phối hợp nuôi cấy tăng cường các chủng vi khuẩn bản địa ưa nhiệt và xạ khuẩn đã được phân lập có hoạt tính phân giải chuỗi alkane, paraffin và hợp chất thơm. Target metric: Rút ngắn thời gian thích nghi của bùn hoạt tính từ 14 ngày xuống dưới 5 ngày, tăng hiệu suất xử lý dầu khó tan thêm 10%. Timeline: Nghiên cứu ứng dụng định kỳ trong 6 tháng. Chủ thể: Bộ phận R&D phối hợp cùng các viện nghiên cứu chuyên ngành.

4. Tăng cường kiểm soát và giám sát tự động: Lắp đặt hệ thống cảm biến đo online các chỉ tiêu pH, DO (oxy hòa tan duy trì từ 2,0 đến 4,0 mg/L) và lưu lượng kế tự động tại bể Aerotank. Target metric: Cắt giảm 15% điện năng sục khí và ngăn ngừa 100% sự cố sốc tải chất độc hữu cơ. Timeline: Triển khai trong vòng 1 năm. Chủ thể: Doanh nghiệp quản lý hạ tầng khu công nghiệp và kho vận xăng dầu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:

• Kỹ sư thiết kế và tư vấn công nghệ môi trường: Có thể khai thác trực tiếp các thông số động học thực nghiệm ($Y$, $k_d$, $K_s$, $k$) và thông số thủy lực (HRT 6 giờ, tỷ số F/M) để tính toán chính xác kích thước bể tuyển nổi DAF, bể Aerotank và bể lắng thứ cấp cho các công trình xử lý nước thải tại kho xăng dầu, trạm trung chuyển nhiên liệu và nhà máy lọc dầu.
• Cán bộ quản lý kỹ thuật, an toàn môi trường tại các doanh nghiệp xăng dầu: Ứng dụng quy trình vận hành từng bước của mô hình để kiểm soát chất lượng nước thải súc rửa bồn chứa, xử lý nước mưa nhiễm dầu chảy tràn, hạn chế tối đa nguy cơ bị xử phạt hành chính theo Luật Bảo vệ môi trường.
• Giảng viên, học viên sau đại học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường: Sử dụng công trình như một tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mô hình pilot, phương pháp xử lý số liệu hồi quy tuyến tính và kỹ thuật nuôi cấy thích nghi bùn vi sinh trong môi trường nước thải chứa độc chất hydrocacbon.
• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Tham khảo cơ sở dữ liệu thực nghiệm về mức độ phát thải và khả năng làm sạch của công nghệ để thẩm định các báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM), cấp giấy phép môi trường và xây dựng quy chuẩn kỹ thuật chuyên ngành phù hợp với thực tiễn sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống kết hợp tuyển nổi và bùn hoạt tính xử lý được những dạng dầu nào trong nước thải? Trong thực tế, nước thải nhiễm dầu chứa 4 dạng tồn tại chính gồm dầu tự do, nhũ tương cơ học, nhũ tương hóa học và dầu hòa tan. Quá trình tuyển nổi loại bỏ hiệu quả trên 80% màng dầu tự do và nhũ tương cơ học có kích thước hạt từ vài chục micromet. Tiếp đó, hệ vi sinh vật bùn hoạt tính sẽ tiếp tục phân hủy triệt để dạng nhũ tương hóa học và các hợp chất hydrocacbon hòa tan mà phương pháp cơ học không thể xử lý.

Tại sao thời gian lưu nước 6 giờ lại cho hiệu quả xử lý COD cao nhất (86,08%)? Tại thời gian lưu nước 6 giờ với tải trọng danh định bằng 1, tỷ lệ giữa cơ chất hữu cơ và sinh khối vi sinh vật (F/M) đạt trạng thái cân bằng động tối ưu. Hệ vi sinh vật hiếu khí duy trì hoạt động trong pha tăng trưởng ổn định, đủ thời gian để hấp thụ và bẻ gãy các mạch carbon phức tạp mà không làm tiêu hao quá mức năng lượng tự phân hủy nội sinh như khi lưu nước 24 giờ, đồng thời không bị trôi sinh khối như ở mức lưu 2 giờ.

Nồng độ dầu khoáng bao nhiêu trong nước thải sẽ bắt đầu ức chế hệ vi sinh bùn hoạt tính? Theo các báo cáo chuyên ngành, khi hàm lượng dầu khoáng tự do vượt quá mức 50 đến 100 mg/L, lớp váng dầu sẽ bao bọc các bông bùn hoạt tính, ngăn cản quá trình khuếch tán oxy hòa tan vào tế bào và làm chết vi sinh vật. Do đó, công đoạn tuyển nổi phía trước đóng vai trò bảo vệ sống còn, giúp hạ nồng độ dầu đầu vào bể sinh học xuống dưới ngưỡng an toàn (thường dưới 30 mg/L).

Chi phí vận hành của mô hình kết hợp này có tối ưu hơn phương pháp hóa học không? Phương pháp kết hợp tuyển nổi và sinh học giúp tiết kiệm khoảng 40% đến 60% chi phí hóa chất keo tụ, tạo bông bậc cao và xử lý bùn thải nguy hại phát sinh. Hệ thống chủ yếu sử dụng năng lượng điện cấp khí cho tuyển nổi và vi sinh vật, hạn chế tối đa việc châm hóa chất đắt tiền, đồng thời tạo ra lượng bùn thải hữu cơ dễ xử lý hơn nhiều so với bùn hóa lý.

Nước xả cặn từ súc rửa bồn chứa xăng dầu phát sinh với tần suất và đặc tính như thế nào? Tại các kho xăng dầu, công tác súc rửa bồn chứa diễn ra định kỳ 1 đến 2 năm một lần. Nước thải từ công đoạn này có mức độ ô nhiễm cao nhất trong toàn bộ cơ sở, nồng độ dầu khoáng và cặn vô cơ có thể lên đến hàng chục ngàn ppm (trên 10.000 mg/L), bắt buộc phải trải qua công đoạn tách dầu sơ bộ và tuyển nổi trước khi đưa vào hệ thống xử lý tập trung.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả vượt trội của mô hình kết hợp tuyển nổi cơ học và bùn hoạt tính hiếu khí trong xử lý nước thải nhiễm dầu, đạt hiệu suất khử COD cực đại 86,08% tại thời gian lưu nước 6 giờ.
• Giai đoạn tiền xử lý bằng tuyển nổi đóng vai trò then chốt, loại bỏ trên 70% lượng dầu váng nổi và chất rắn lơ lửng, tạo điều kiện thuận lợi cho bùn hoạt tính phân hủy sinh học.
• Nghiên cứu đã xác lập thành công hệ thống thông số động học sinh học chuẩn xác ($Y$, $k_d$, $K_s$, $k$), cung cấp công cụ tính toán tin cậy cho thiết kế kỹ thuật công trình.
• Đề tài mở ra định hướng nghiên cứu tiếp theo: Triển khai thử nghiệm mô hình pilot ngoài hiện trường với công suất 10 đến 50 m³/ngày trong vòng 12 tháng tới nhằm tối ưu hóa chế độ cấp khí và đánh giá độ bền của hệ vi sinh vật bản địa.
• Các doanh nghiệp kho cảng, trạm bảo dưỡng xăng dầu và nhà máy lọc hóa dầu nên sớm tiếp cận, áp dụng công nghệ kết hợp này để nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường và tối ưu hóa chi phí đầu tư dài hạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Từ khi được phát hiện đến nay, dầu mỏ đã và đang là nguồn nguyên liệu vô cùng quý giá của mỗi quốc gia nói riêng và toàn nhân loại nói chung. Ngày nay sản phẩm của dầu mỏ đang có mặt trong hầu hết các lĩnh vực đời sống sinh hoạt hằng ngày của con người cũng như trong các ngành công nghiệp. Chúng là nguồn nguyên liệu và nhiên liệu không thể thiếu được trong một xã hội công nghiệp, phục vụ đắc lực cho việc phát triển kinh tế xã hội.

Chính tầm quan trọng nêu trên mà dầu mỏ đóng một vai trò hết sức đặc biệt trong sự phát triển kinh tế, công nghiệp của mỗi quốc gia. Do đó, tất cả các quốc gia trên thế giới đều xây dựng cho mình một nền công nghiệp dầu khí. Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào trình độ phát triển của ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ. Việt Nam là một trong các quốc gia có tiềm năng về dầu khí.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp chế biến dầu khí thế giới, nước ta đang có những bước tiến mạnh mẽ trong ngành công nghiệp này. Tuy nhiên, việc khai thác, chế biến, vận chuyển, sử dụng dầu mỏ và các loại sản phẩm dầu mỏ cũng gây nhiều tác hại, đặc biệt là ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng môi trường. Các hiện tượng tràn dầu, rò rỉ khí, dầu gây nên tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường như làm hủy hoại hệ sinh thái động thực vật và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người. Vì vậy vấn đề bảo vệ môi trường khỏi các chất ô nhiễm dầu đã trở thành một trong những vấn đề được xã hội quan tâm.

Vấn đề xử lý nước thải nhiễm dầu từ các nhà máy lọc dầu và các kho chứa xăng dầu là rất cấp thiết trong giai đoạn hiện nay. Để giải quyết vấn đề này, nhiều nhà khoa học, nhà chuyên môn đã nghiên cứu ra nhiều công nghệ, nhiều phương pháp, trong đó phương pháp cơ học kết hợp sinh học cho hiệu quả cao trong xử lý nước thải nhiễm dầu. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến, chi phí không quá cao. Qua những lý do đó với đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải nhiễm dầu bằng 2 phương pháp tuyển nổi và bùn hoạt tính” sẽ là câu trả lời góp phần giải quyết thỏa đáng cho những vấn đề trên.

Tổng quan tình hình nghiên cứu đã qua Vấn đề ô nhiễm dầu và xử lý dầu tràn, nước thải nhiễm dầu đã được quan tâm giải quyết ở hầu hết các quốc gia trên thế giới đặc biệt là ở các quốc gia có ngành công nghiệp dầu khí phát triển như: Mỹ, Nhật Bản, Mexico, … Phòng Vi sinh vật môi trường - Viện Công nghệ Môi trường (Viện KH - CN Việt Nam) đã tiến hành phân lập và tuyển chọn được 30 chủng xạ khuẩn và 20 chủng vi khuẩn ưa nhiệt, có ưu điểm là có tác dụng phân chủy mạnh các chất hữu cơ trong nước thải. Tất cả các chủng vi sinh vật tuyển chọn dùng để sản xuất các chế phẩm vi sinh vật đều đã được nghiên cứu kỹ các đặc điểm sinh học để khẳng định chúng không độc hại cho con người, vật nuôi và môi trường. [24] Tính đến nay, TP. Hồ Chí Minh đã có 3 – 5 nhà máy tái chế dầu thải có công suất bình quân 40 – 50 tấn/ ngày với công nghệ chưng cất và lọc.

Tuy nhiên, thực chất chỉ có khoảng 2 công ty thực hiện theo cam kết. Các cơ sở còn lại hoạt động trong các khu dân cư không có giấy phép chưa thể thống kê được. Ngoài ra, tất cả các thiết bị chưng cất đều chế tạo thô sơ, công suất lớn nhưng chất lượng sản phẩm kém. Về quản lý Nhà nước, hiện các cơ sở sản xuất phát sinh dầu thải và các nhà máy tái chế, xử lý chất thải nhiễm dầu được quản lý bằng hệ thống Chứng từ quản lý chất thải và phải báo cáo định kỳ 2 năm một lần với số lần kiểm tra tương ứng.

Tuy nhiên, hiện số lượng cán bộ và trang thiết bị kiểm tra rất hạn chế, việc quản lý các cơ sở sản xuất “chui” là rất khó khăn khi các cơ sở này di chuyển liên tục. Ở Việt Nam, nhiều công trình nghiên cứu và phát minh ra các thiết bị xử lý nước thải nhiễm dầu đã được thực hiện như: Các nhà khoa học của Viện Kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường (VITTEP) đã xây dựng thành công giải pháp kỹ thuật xử lý nước nhiễm dầu cho Xí nghiệp Đầu máy Đà Nẵng bằng phương pháp xây dựng bể điều hòa với các tấm nhựa xếp song song để tách dầu mỡ. Theo phương án của VITTEP, lượng nước thải bao gồm dầu, mỡ, hóa chất tẩy 3 rửa, xỉ than, nước bẩn đã qua sử dụng trong quá trình làm sạch các chi tiết máy được gom vào một bể điều hòa. Bể này có các ngăn tách riêng cặn đất cát, sau đó chuyển tiếp nước thải sang ngăn điều hòa.

Ở đây, nước thải được bơm đến bộ phận làm nhiệm vụ tách dầu với các tấm nhựa xếp song song để tách các hạt dầu nổi trên bề mặt nước. Tiếp đó, nước thải được lưu thông qua lớp vật liệu polymer để các hạt dầu nhỏ hơn được hấp phụ. Sau khi tách hết dầu, lượng nước này được dẫn về bể phân hủy cặn. Đây là bể nằm trong hệ thống xử lý trung tâm, có nhiệm vụ thu gom cả nước thải sản xuất lẫn nước thải sinh hoạt của toàn bộ xí nghiệp.

Nước thải tại đây được bơm tiếp vào một bể có hệ thống sục khí, rồi chuyển sang bể lắng và cuối cùng mới vào đến bể khử trùng. Dung dịch Chlorine được bơm vào bể và đóng vai trò làm sạch nước thải nhiễm bẩn. Đối với lượng nước mưa để tránh khả năng mang lẫn theo một lượng dầu mỡ rơi rớt. Trước khi thoát ra hệ cống chung, toàn bộ nước mưa được thu gom về một mối và phải đi qua một “bẫy dầu” là một hố thu có thiết bị bơm dầu thải.

Dầu sẽ được giữ lại và được bơm định kỳ vào thùng chứa, chỉ có nước mưa sạch mới thoát đi. Định kỳ mỗi năm một lần sẽ thực hiện hút lượng bùn, rác ở bể phân hủy cặn và được đem chôn lấp. Còn lượng dầu thải được thu gom chứa trong các thùng phuy để tái sử dụng. Qua ứng dụng hệ thống xử lý nước thải của VITTEP, nguồn nước thải của xí nghiệp đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B (QCVN 24:2009/BTNMT).

[15] Hệ thống công nghệ xử lý nước thải nhiễm xăng dầu của Tổng kho M90 thuộc Cục Xăng dầu, Tổng cục Hậu cần do Viện Công nghệ mới thuộc Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng nghiên cứu lắp đặt. Hệ thống ứng dụng công nghệ khí - sinh học vào xử lý. Đây là công nghệ mới đã được ứng dụng ở nhiều cơ sở trong nước và quân đội. Hệ thống bao gồm các bể phân ly tách dầu, bể kết hợp làm thoáng, tháp lọc sinh học hiếu khí, màng đệm vi sinh, máy bơm nén khí, bơm nước thải, bơm bùn, bể lắng, bể hấp phụ… Công nghệ xử lý bằng khí - sinh học để xử lý nước thải nhiễm xăng dầu ở Tổng 4 kho M90 đạt hiệu suất từ 95 % đến 98 %.

Nước thải sau xử lý đạt Quy chuẩn của Bộ Tài nguyên và Môi trường đối với nguồn nước loại B quy định tại QCVN 24/2009/BTNMT. [15]  Công ty Xăng dầu B12 (Tổng Công ty Xăng dầu Việt Nam) đã phối hợp với Viện Công nghệ Sinh học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) thực hiện công trình "Ứng dụng công nghệ phân hủy sinh học xử lý nước thải nhiễm dầu", sử dụng vi khuẩn phân lập có sẵn trong nước thải, không tạo ra sản phẩm phụ độc hại sau quá trình xử lý và bảo đảm nước thải đạt tiêu chuẩn loại B trước khi xả ra ngoài. Công nghệ này đang được ứng dụng tại 5 kho xăng dầu của Công ty, chi phí xử lý thấp. Nếu công nghệ phân hủy sinh học được triển khai ra tất cả kho xăng dầu trong cả nước, sẽ tạo sự an toàn và giảm chi phí vài trăm tỷ đồng so với các phương pháp xử lý khác.

Với đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nước nhiễm dầu của thực vật nổi: lục bình, bèo tấm”, đề tài đã chứng minh được thực vật nổi lục bình và bèo tấm có khả năng xử lý dầu với hiệu quả cao. Hiệu quả xử lý nước thải nhiễm dầu của lục bình thông qua các chỉ tiêu COD, BOD5, SS lần lượt là 82.6 %, 83 %, 63 % cao hơn hẳn so với bèo tấm là 48. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu của mô hình kết hợp tuyển nổi khối và bùn hoạt tính. Từ đó đề ra phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu có hiệu quả.

Nội dung nghiên cứu a. Thu thập tài liệu có liên quan đến đối tượng nghiên cứu: dầu mỏ, nước thải nhiễm dầu, bùn hoạt tính. Chạy mô hình thí nghiệm nhằm khảo sát khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu (mô hình tuyển nổi và mô hình bùn hoạt tính). Phân tích các thông số đầu vào và đầu ra mô hình xử lý (SS, COD, BOD, pH, dầu khoáng) từ đó xác định hiệu quả xử lý của mô hình.

Xác định thông số động học của quá trình bùn hoạt tính. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu a. Thời gian thực hiện đề tài từ ngày 15/02/2017 đến 15/8/2017. Đề tài tập trung nghiên cứu xác định các thông số động học của quá trình bùn hoạt tính xử lý nước thải nhiễm dầu.

Phân tích được một số chỉ tiêu chính trong nước thải như COD, BOD, SS, pH, dầu khoáng, … nên chưa đánh giá hết hiệu quả xử lý của mô hình. Đề tài thực hiện trên quy mô phòng thí nghiệm, cơ sở vật chất còn thiếu thốn. Ý nghĩa của đề tài Đề tài góp phần đề xuất một phương pháp hiệu quả trong việc xử lý nước thải nhiễm dầu trong các kho chứa xăng dầu, trạm sửa chữa và rửa xe máy, ô tô và nhà máy lọc dầu đó là áp dụng phương pháp kết hợp cả tuyển nổi và sinh học. Mặc dù trong phương pháp này quá trình xử lý bằng sinh học tốn nhiều thời gian nhưng đây là phương pháp mang lại hiệu quả cao về tính kinh tế lẫn tính kỹ thuật, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước, cải thiện chất lượng môi trường sống.

Phương pháp nghiên cứu 6.