DEVELOPMENT OF AN APPROPRIATE TREATMENT SYSTEM FOR NATURAL RUBBER PROCESSING WASTEWATER

Luận văn thạc sĩ về công nghệ xử lý nước thải chế biến cao su thiên nhiên. Nghiên cứu giải pháp xử lý hiệu quả, thân thiện môi trường cho ngành cao su.

• Tác giả: Takahiro Watari
• Người hướng dẫn: Nguyễn Minh Tân
• Trường học: Hanoi University of Science and Technology
• Chuyên ngành: Chemical Engineering
• Đề tài: Development of an appropriate treatment for industrial rubber industrial wastewater treatment
• Loại tài liệu: Dissertation
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGMENT
• DECLARATION
• 1. CONTENTS
• 2. Current Problem and its solution
• 3. State of the art
• 3.1. Natural rubber
• 3.2. Natural rubber processing process
• 3.3. Natural rubber processing wastewater
• 3.4. Current treatment technology for natural rubber processing wastewater
• 3.4.1. Biological aerobic and anaerobic pond
• 3.4.2. Upflow anaerobic sludge blanket reactor
• 3.4.3. Anaerobic baffled reactor
• 3.4.4. Activated sludge process
• 3.4.5. Swim bed tank
• 3.4.6. Down flow hanging sponge reactor
• 3.4.7. Dissolved air floatation
• 3.4.9. Combination of treatment systems for natural rubber processing wastewater
• 3.5. Industrial wastewater treatment process
• 3.5.1. Characteristics of anaerobic wastewater treatment and the degradation pathway of anaerobic digestion
• 3.5.2. Anaerobic industrial wastewater treatment technology
• 3.5.3. Characteristics of aerobic wastewater treatment and the degradation
• 3.5.4. Greenhouse gas emissions from the wastewater treatment system
• 3.6. Material and methods
• 3.6.1. Greenhouse gases collection and analysis
• 3.6.2. Laboratory UASB-DHS system
• 3.6.2.1. System description and operational conditions
• 3.6.3. Laboratory scale ABR system
• 3.6.3.1. Raw natural rubber processing wastewater
• 3.6.3.2. System description and operational conditions
• 3.6.4. Pilot UASB-DHS system
• 3.6.4.1. Potential of hydrogen
• 3.6.4.3. Oxidation-reduction potential
• 3.6.4.4. Chemical oxygen demand
• 3.6.4.5. Biochemical oxygen demand
• 3.6.4.8. Ammonia, nitrite, and nitrate
• 3.6.4.9. Volatile fatty acid
• 3.6.4.10. Biogas production and composition
• 3.7. Results and Discussions
• 3.7.1. Characterization of a current wastewater treatment system
• 3.7.2. Development concept of a laboratory scale UASB-DHS system for natural rubber processing wastewater treatment
• 3.7.3. Development concept of a laboratory scale ABR experiment
• 3.7.3.1. Process performance of ABR
• 3.7.3.2. Determinates profiles inside the ABR
• 3.7.4. Development concept of a pilot scale UASB-DHS system experiment for treatment of natural rubber processing wastewater
• 3.7.4.2. Nitrogen removal and greenhouse gas emissions
• 3.7.4.3. Performance comparison of ABR-UASB-DHS system and existing treatment system
• 3.7.5. Design for full-scale UASB-DHS system for natural rubber processing wastewater in Vietnam
• 3.7.5.1. Reactor design for natural rubber processing wastewater
• 3.7.5.1.1. Pre-treatment process for UASB reactor
• 3.7.5.2. Calculation of Energy consumption and generation for the operation of the UASB-DHS system
• 3.7.5.2.1. Energy consumption of UASB-DHS system
• 3.7.5.2.2. Energy production of UASB-DHS system
• 4. Recommendation for future study

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Xử Lý Nước Thải Cao Su Hiện Trạng Giải Pháp

Ngành công nghiệp cao su thiên nhiên đóng vai trò quan trọng ở các nước Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam, quốc gia đứng thứ 3 về sản lượng. Tuy nhiên, quá trình chế biến cao su thiên nhiên lại thải ra một lượng lớn nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Các nhà máy thường sử dụng hệ thống hồ sinh học kỵ khí-hiếu khí kết hợp để xử lý nước thải, nhưng hiệu quả chưa cao, đòi hỏi diện tích lớn, chi phí vận hành cao và chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn nước thải cao su ngày càng khắt khe. Cần có những nghiên cứu xử lý nước thải cao su để tìm ra các công nghệ xử lý nước thải cao su thiên nhiên tiên tiến hơn.

1.1. Tầm Quan Trọng của Ngành Cao Su và Vấn Đề Ô Nhiễm Nước Thải Cao Su

Cao su thiên nhiên là nguyên liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, quá trình sản xuất tạo ra nước thải chế biến cao su chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, nitơ và các chất ô nhiễm khác. Theo tài liệu, Việt Nam thải ra 25 m3 nước thải cho mỗi tấn cao su RSS được sản xuất. Việc xả thải nước thải chưa qua xử lý gây ra ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Vì vậy, cần có các biện pháp xử lý nước thải cao su hiệu quả.

1.2. Hiện Trạng Xử Lý Nước Thải Ngành Cao Su Ưu và Nhược Điểm

Các hệ thống xử lý nước thải cao su hiện tại, như hồ sinh học kỵ khí-hiếu khí, có ưu điểm là chi phí đầu tư ban đầu thấp và dễ vận hành. Tuy nhiên, chúng đòi hỏi diện tích lớn, thời gian lưu nước dài và hiệu quả xử lý chưa cao, đặc biệt là đối với các chất dinh dưỡng. Ngoài ra, chi phí vận hành (đặc biệt cho sục khí bề mặt) cũng cao. Theo nghiên cứu, các hệ thống này chỉ đạt hiệu suất loại bỏ COD từ 65-90%.

II. Thách Thức Trong Xử Lý Nước Thải Cao Su Thiên Nhiên Cần Giải Quyết

Mặc dù các hệ thống hiện tại có thể giảm COD, nhưng vẫn tồn tại những thách thức. Nước thải sau xử lý vẫn chưa đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải. Sự hiện diện của các hạt cao su trong nước thải có thể ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình sinh học. Ngoài ra, việc phát thải khí nhà kính (GHG) từ các hồ kỵ khí gây ra tác động xấu đến môi trường. Cần phải có các giải pháp để cải thiện hiệu quả xử lý nước thải, giảm thiểu phát thải GHG và thu hồi năng lượng từ nước thải cao su.

2.1. Ảnh Hưởng của Hạt Cao Su Đến Quá Trình Xử Lý Nước Thải

Các hạt cao su còn sót lại trong nước thải có thể gây cản trở quá trình xử lý sinh học kỵ khí. Chúng có thể làm tắc nghẽn hệ thống, giảm hiệu quả phân hủy chất hữu cơ và ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật. Do đó, cần có hệ thống tiền xử lý để loại bỏ các hạt cao su này trước khi đưa vào các công đoạn xử lý tiếp theo.

2.2. Phát Thải Khí Nhà Kính Từ Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Kỵ Khí

Các hồ kỵ khí thường phát thải một lượng lớn khí metan (CH4), một loại khí nhà kính có tiềm năng làm nóng toàn cầu cao hơn nhiều so với CO2. Việc đo lường và giảm thiểu phát thải GHG từ các hệ thống xử lý nước thải là rất quan trọng để bảo vệ môi trường. Nghiên cứu cần tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình xử lý để giảm phát thải CH4 và thu hồi biogas để sử dụng làm năng lượng.

2.3. Yêu Cầu Tiêu Chuẩn Nước Thải Cao Su Vượt Qua Thách Thức

Các tiêu chuẩn xả thải nước thải cao su ngày càng khắt khe, đòi hỏi các hệ thống xử lý phải đạt hiệu quả cao hơn. Việc đáp ứng các tiêu chuẩn này là cần thiết để bảo vệ môi trường và đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành cao su. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc phát triển các công nghệ có thể loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm và đáp ứng các yêu cầu pháp lý.

III. Xử Lý Nước Thải Cao Su Phương Pháp UASB DHS Giải Pháp Tiềm Năng

Hệ thống UASB-DHS (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - Downflow Hanging Sponge) là một giải pháp xử lý nước thải đầy hứa hẹn. UASB có khả năng xử lý hiệu quả chất hữu cơ với OLR cao và thu hồi năng lượng dưới dạng metan. DHS được sử dụng như một bước xử lý hiếu khí sau UASB để loại bỏ chất hữu cơ còn sót lại và các chất dinh dưỡng. Hệ thống này có chi phí vận hành thấp và có thể giúp giảm thiểu phát thải GHG so với các hệ thống truyền thống. Các nghiên cứu đã chỉ ra tiềm năng ứng dụng của hệ thống UASB-DHS trong xử lý nước thải cao su.

3.1. Ưu Điểm Của Công Nghệ Xử Lý UASB Trong Xử Lý Nước Thải Cao Su

UASB có khả năng xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao, chịu được tải lượng hữu cơ cao (OLR), và có khả năng thu hồi năng lượng dưới dạng biogas. UASB cũng có chi phí vận hành thấp so với các hệ thống hiếu khí truyền thống. Tuy nhiên, UASB có thể bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các hạt cao su, do đó cần có tiền xử lý.

3.2. Vai Trò Của DHS Trong Hệ Thống Xử Lý Nước Thải UASB DHS

DHS là một hệ thống xử lý hiếu khí hiệu quả để loại bỏ chất hữu cơ còn sót lại và các chất dinh dưỡng như nitơ sau quá trình xử lý kỵ khí UASB. DHS có cấu trúc đơn giản, chi phí vận hành thấp và có khả năng loại bỏ chất ô nhiễm cao. Nghiên cứu cho thấy UASB-DHS đã được áp dụng thành công trong xử lý nhiều loại nước thải công nghiệp khác nhau.

3.3. Tiềm Năng Giảm Phát Thải GHG Với Hệ Thống Xử Lý Nước Thải UASB DHS

Hệ thống UASB-DHS có tiềm năng giảm phát thải GHG so với các hệ thống xử lý nước thải truyền thống. UASB thu hồi metan, một loại khí nhà kính mạnh, để sử dụng làm năng lượng. DHS cũng có thể giúp giảm phát thải N2O, một loại khí nhà kính khác, thông qua quá trình nitrat hóa và khử nitrat. Việc đánh giá chi tiết về lượng GHG phát thải từ UASB-DHS là rất quan trọng để so sánh với các hệ thống khác.

IV. Nghiên Cứu Phát Triển Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Cao Su ABR UASB DHS

Nghiên cứu đã tập trung vào việc phát triển hệ thống ABR (Anaerobic Baffled Reactor) - UASB-DHS để xử lý nước thải cao su. ABR được sử dụng như một bước tiền xử lý để loại bỏ các hạt cao su và giảm tải lượng hữu cơ trước khi đưa vào UASB. Nghiên cứu đã được thực hiện ở cả quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Kết quả cho thấy hệ thống ABR-UASB-DHS có khả năng xử lý nước thải cao su hiệu quả và ổn định.

4.1. Vai Trò Của ABR Trong Tiền Xử Lý Nước Thải Cao Su Trước UASB

ABR là một hệ thống kỵ khí có cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và có khả năng loại bỏ các chất rắn lơ lửng và giảm tải lượng hữu cơ trong nước thải. ABR có thể giúp bảo vệ UASB khỏi bị tắc nghẽn bởi các hạt cao su và cải thiện hiệu quả xử lý tổng thể của hệ thống. Nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả của ABR trong việc loại bỏ các hạt cao su và giảm COD trước khi đưa nước thải vào UASB.

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý Nước Thải Của Hệ Thống ABR UASB DHS

Nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot để đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống ABR-UASB-DHS. Các thông số như COD, BOD, TSS, TN, và phát thải GHG đã được đo lường để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Kết quả cho thấy hệ thống ABR-UASB-DHS có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm và giảm phát thải GHG so với các hệ thống truyền thống.

V. Thiết Kế Vận Hành Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Cao Su UASB DHS Thực Tế

Dựa trên kết quả nghiên cứu, có thể thiết kế và vận hành hệ thống UASB-DHS quy mô đầy đủ cho các nhà máy chế biến cao su thiên nhiên tại Việt Nam. Việc thiết kế cần xem xét các yếu tố như lưu lượng nước thải, nồng độ chất ô nhiễm và các tiêu chuẩn xả thải hiện hành. Việc vận hành cần được thực hiện đúng cách để đảm bảo hiệu quả xử lý tối ưu và giảm thiểu chi phí. Cần có các hướng dẫn cụ thể về thiết kế và vận hành hệ thống UASB-DHS cho các nhà máy cao su.

5.1. Tính Toán Thiết Kế Reactor UASB Cho Xử Lý Nước Thải Cao Su

Việc tính toán thiết kế reactor UASB cần dựa trên các thông số như tải lượng hữu cơ, lưu lượng nước thải và tốc độ dòng chảy. Cần xác định thể tích reactor, thời gian lưu nước và các thông số vận hành khác để đảm bảo hiệu quả xử lý tối ưu. Cần có các mô hình toán học để hỗ trợ quá trình thiết kế reactor UASB.

5.2. Tính Toán Năng Lượng Tiêu Thụ Sản Xuất Của Hệ Thống UASB DHS

Cần tính toán năng lượng tiêu thụ cho các hoạt động như bơm, sục khí và vận hành thiết bị. Đồng thời, cần tính toán năng lượng sản xuất từ biogas thu hồi từ UASB. Việc so sánh năng lượng tiêu thụ và sản xuất sẽ giúp đánh giá tính kinh tế của hệ thống UASB-DHS. Mục tiêu là thiết kế hệ thống có khả năng tự cung cấp năng lượng hoặc thậm chí tạo ra năng lượng dư thừa.

VI. Xử Lý Nước Thải Cao Su Thiên Nhiên Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Tương Lai

Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc tối ưu hóa hệ thống UASB-DHS, cải thiện hiệu quả loại bỏ nitơ và phốt pho, và giảm thiểu phát thải GHG. Cần nghiên cứu các vật liệu lọc mới cho DHS để tăng cường hiệu quả xử lý. Ngoài ra, cần nghiên cứu các phương pháp xử lý bùn thải cao su một cách bền vững. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến như nano và màng lọc cũng có thể mang lại những đột phá trong xử lý nước thải cao su.

6.1. Tối Ưu Hóa Quá Trình Xử Lý Sinh Học Để Giảm Phát Thải GHG

Nghiên cứu cần tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số vận hành của UASB và DHS để giảm phát thải CH4 và N2O. Cần nghiên cứu các phương pháp để ức chế quá trình tạo metan và tăng cường quá trình khử nitrat. Việc sử dụng các phụ gia hoặc vi sinh vật đặc biệt cũng có thể giúp giảm phát thải GHG.

6.2. Phát Triển Vật Liệu Lọc Mới Cho DHS Để Tăng Hiệu Quả Xử Lý

Nghiên cứu cần tập trung vào việc phát triển các vật liệu lọc mới cho DHS có diện tích bề mặt lớn, khả năng bám dính vi sinh vật tốt và khả năng loại bỏ chất ô nhiễm cao. Các vật liệu như than hoạt tính, zeolit và vật liệu nano có tiềm năng ứng dụng trong DHS. Việc thử nghiệm các vật liệu lọc khác nhau sẽ giúp tìm ra vật liệu phù hợp nhất cho xử lý nước thải cao su.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Takahiro Watari DEVELOPMENT OF AN APPROPRIATE TREATMENT SYSTEM FOR NATURAL RUBBER PROCESSING WASTEWATER TREATMENT CHEMICAL ENGINEERING DISSERTATION Hanoi – 2022 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Takahiro Watari DEVELOPMENT OF AN APPROPRIATE TREATMENT SYSTEM FOR NATURAL RUBBER PROCESSING WASTEWATER TREATMENT Major: CHEMICAL ENGINEERING Code No.: NCS16091 CHEMICAL ENGINEERING DISSERTATION SUPERVISORS: 1. Nguyen Minh Tan 2. Takashi Yamaguchi Hanoi – 2022 ACKNOWLEDGMENT Firstly, I would like to thank the Professors and Staff in the Ph. program, the officers in the Department of Education, Hanoi University of Science and Technology.

Thank you for all the guidance and support you have made for me while I have fulfilled the dissertation. Working with colleagues in the Department of Chemical Engineering has been a privilege. I would like to thank you from the bottom of my heart for your constant encouragement. Finally, I am so glad to have a supervisor like Assoc.

Nguyen Minh Tan. Ever since I have started to work under your supervision, I have learned a lot which really helps me to become a better person. Thank you! You are the best supervisor ever. I hope to receive some words of encouragement and full support from the readers in order to make my Ph.

Hanoi, …/…/… Author of the dissertation Takahiro Watari i DECLARATION I hereby certify that the dissertation "Development of an appropriate treatment for industrial rubber industrial wastewater treatment" is my own research project. The data and results stated in the doctoral dissertation are honest. I hereby declare that the information cited in the doctoral dissertation has been fully originated. Hanoi,…/…/… ON BEHALF OF SUPERVISORS Author Assoc.

Nguyen Minh Tan Takahiro Watari ii CONTENTS ACKNOWLEDGMENT. iii FIGURE LIST. iv TABLE LIST. 2 Current Problem and its solution.

State of the art .1 Natural rubber processing process .2 Natural rubber processing wastewater. Current treatment technology for natural rubber processing wastewater .1 Biological aerobic and anaerobic pond .2 Upflow anaerobic sludge blanket reactor.3 Anaerobic baffled reactor .4 Activated sludge process .5 Swim bed tank .6 Down flow hanging sponge reactor .7 Dissolved air floatation .9 Combination of treatment systems for natural rubber processing wastewater .3 Industrial wastewater treatment process .1 Characteristics of anaerobic wastewater treatment and the degradation pathway of anaerobic digestion .2 Anaerobic industrial wastewater treatment technology .3 Characteristics of aerobic wastewater treatment and the degradation .4 Greenhouse gas emissions from the wastewater treatment system. Material and methods .1 Greenhouse gases collection and analysis .2 Laboratory UASB-DHS system .2 System description and operational conditions .3 Laboratory scale ABR system .1 Raw natural rubber processing wastewater .2 System description and operational conditions .4 Pilot UASB-DHS system .1 Potential of hydrogen .3 Oxidation-reduction potential .4 Chemical oxygen demand .5 Biochemical oxygen demand .8 Ammonia, nitrite, and nitrate .9 Volatile fatty acid .10 Biogas production and composition. Results and Discussions .1 Characterization of a current wastewater treatment system .2 Development concept of a laboratory scale UASB-DHS system for natural rubber processing wastewater treatment .3 Development concept of a laboratory scale ABR experiment .1 Process performance of ABR .2 Determinates profiles inside the ABR .4 Development concept of a pilot scale UASB-DHS system experiment for treatment of natural rubber processing wastewater .2 Nitrogen removal and greenhouse gas emissions .3 Performance comparison of ABR-UASB-DHS system and existing treatment system.5 Design for full-scale UASB-DHS system for natural rubber processing wastewater in Vietnam .1 Reactor design for natural rubber processing wastewater .1 Pre-treatment process for UASB reactor .2 Calculation of Energy consumption and generation for the operation of the UASB-DHS system .1 Energy consumption of UASB-DHS system .2 Energy production of UASB-DHS system.

80 Recommendation for future study. 91 v FIGURE LIST Figure 1.1 Top natural rubber produced countries over the world in 2014 [3].2 Natural rubber harvested area and production in Vietnam [2] .3 Natural rubber production area in Vietnam [2].4 Natural rubber manufacturing process [5].5 Schematic diagram of coagulation process [5] .6 Full-scale biological pond in Vietnam.7 Schematic diagram of UASB reactor.8 Various reactor configurations of ABR [16] .9 Basic water flow in conventional activated sludge.10 Principle of downflow hanging sponge reactor and full-scale DHS in India.11 Development history from DHS G1 to DHS G6 [30].12 Anaerobic digestion scheme of organic compounds.13 Aerobic biological degradation pathway.1 Schematic diagram of open-type anaerobic system.2 Gas sampling system used in this study.3 (A) Thanh Hoa Rubber Factory, (B) Coagulation process in natural rubber sheet producing process.4 Schematic diagram of the baffled reactor (BR), upflow anaerobic sludge blanket (UASB), and downflow hanging sponge (DHS) combined system.5 Protocol for preparation of natural rubber processing wastewater iv following actual factory methods.6 Schematic diagram of anaerobic baffled reactor.7 Schematic and photo of the pilot scale ABR-UASB-ST-DHS system.1 Biogas composition of compartments 28, 33, and 56.2 Methane gas emission rate and COD concentration of each compartment.3 COD mass balance in the OAS .4 Nitrous oxide rate and ammonia concentration in each compartment.5 Composition of emitted GHGs from near the influent part, the center part, and the effluent part of the OAS.6 Time course of pH and temperature during the operation periods.7 Time course of (a) total COD, (b) soluble COD, (c) TSS, (d) VSS, and (e) TN during the operation periods.8 COD mass balance of the influent, BR effluent, and UASB effluent.9 Time course of (A) Total COD and (B) TSS concentrations through phase 1 to phase 3 .10 Soluble COD, acetate, and propionate concentrations in ABR on (A) 103 day and (B) 199 day .11 Accumulation of rubber particular in feed pipe and photo of wastewaters.12 Time course of (A) Total COD removal efficiency and organic loading rate of UASB reactor, (B) Total BOD removal efficiency.13 (A) Total nitrogen and (B) ammonia removal efficiency of the total system and DHS reactor during phase 1 to phase 4. 91 v TABLE LIST Table 1.1 Characteristics of natural rubber processing wastewater in Vietnam.2 National technical regulation on the effluent of natural rubber processing industry in Vietnam.3 Type of treatment process applied in Vietnam [4].4 Application of UASB reactor for natural rubber processing wastewater treatment.5 Comparison of technologies used for natural rubber processing wastewater treatment.6 Benefits of the anaerobic treatment process.7 Application of anaerobic technology to industrial wastewater [33].8 Global warming potential of GHG.1 Water quality of natural rubber processing wastewater obtained from a natural rubber sheet producing factory in Thanh Hoa Province.2 Summary of the initial operational conditions for the two operating phases.3 Operational conditions for anaerobic baffled reactor.4 Initial operational conditions through phases 1 to 4.1 Present treatment system flow of a local natural rubber processing factory.2 Water quality in each sampling point at a local natural rubber processing wastewater in Vietnam.3 Summary of process performance of the treatment system.4 Summary of the process parameters of the system during entire experimental period.5 Biogas production and compositions of the UASB reactor.6 Nitrogen concentrations (mg-N·L-1) in the proposed system.7 Characteristics of natural rubber processing wastewater in Thailand, Malaysia, and Vietnam.8 Process performance of the existing treatment system for treating natural rubber processing wastewater.9 Water quality of natural rubber processing wastewater for simulation. 75 vii Abbreviations words list ABR Aerobic baffled reactor BOD Biochemical oxygen demand CL Concentrated latex COD Chemical oxygen demand DAF Dissolved air flotation DHS Downflow hanging sponge DO Dissolved oxygen GC Gas chromatograph GHG Greenhouse gas GRABBA Granular-bed anaerobic baffled reactor GSS Gas-liquid-solids separation GWP Global warming potential HRT Hydraulic retention times MBR Membrane bioreactor OAS Open-type anaerobic system OLR Organic loading rate ORP Oxidation-reduction potential pH Potential of hydrogen PVC Polyvinyl chloride RSS Ribbed smoked sheet SRB Sulfate-reducing bacteria ST Settling tank SVR Standard Vietnamese Rubber TN Total nitrogen TSR Technically specified rubber TSS Total suspended solids UASB Upflow anaerobic sludge blanket VFA Volatile fatty acids VSS Volatile suspended solids viii Introduction Natural rubber is one of the most valuable agricultural products in Southeast Asian countries.

Vietnam is the 3rd largest natural rubber-producing country, and natural rubber production in Vietnam is increasing each year. However, the natural rubber industry discharges large amounts of wastewater containing high concentrations of organic compounds, nitrogen, and other contaminants from several manufacturing processes such as coagulation, centrifugation, lamination, washing, and drying. The natural rubber processing factories in Southeast Asian countries commonly use a combined anaerobic-aerobic lagoon system for treating natural rubber processing wastewater because of the low installation costs. The existing treatment systems have been demonstrated to achieve a high chemical oxygen demand (COD) removal efficiency of 65 to 90% with easy operational methods.

However, they require a large area for the lagoon, high operating costs (especially for surface aeration), and long hydraulic retention times (HRTs). However, the effluent water quality of these existing treatment systems needs to be improved to conform to the established discharge standards. An upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor is one of the most promising systems for the treatment of different types of industrial wastewater because of its high organic loading rate (OLR), low operational costs, and energy recovery in the form of methane. Previous studies have reported the application of the UASB reactor for the treatment of natural rubber processing wastewater.

However, it was determined that natural rubber particles remaining in the wastewater had a negative effect on the anaerobic biological process. Therefore, the development of a pre-treatment system to remove the remaining natural rubber particles is essential. Moreover, when a UASB reactor is used to treat high-strength industrial wastewater, the effluent still contains high concentrations of organic compounds and nutrients. Thus, an aerobic treatment system is typically applied as a post-treatment to remove residual organic matter and meet effluent standards.

A downflow hanging sponge (DHS) reactor is one of the most effective aerobic 1 treatment systems applied as a post-treatment with the UASB reactor to treat different types of industrial wastewater. Objective Current wastewater treatment systems used to treat natural rubber processing wastewater in Vietnam consume a large amount of electrical energy and have a large negative impact on the environment. In this study, we characterized the process performance (e., water quality and biogas emission) of the current wastewater treatment system and developed an energy-recovery type advanced wastewater treatment system to reduce greenhouse gas (GHG) emissions and improve the effluent quality resulting from the treatment of natural rubber processing wastewater. Tasks (Scientific and practical meanings) 1) Characterization of the current wastewater treatment system used to treat natural rubber processing wastewater in Vietnam To investigate the current situation of natural rubber processing wastewater treatment in Vietnam, field, and journal paper surveys were conducted.

Moreover, GHG emissions from an existing anaerobic lagoon were measured to determine the environmental impact on global warming. 2) Development of an energy-recovery type wastewater treatment system The UASB-DHS system has been applied to treat domestic sewage and several types of wastewater. In addition, the UASB-DHS system was successfully applied in Thailand to treat natural rubber processing wastewater, which contained a high concentration of sulfuric acid. In this study, we examined the application of the UASB-DHS system for treating natural rubber processing wastewater in Vietnam and evaluated its process performance at the laboratory scale and in a pilot-scale experiment.

2 3) Establishment of an optimal treatment system for natural rubber processing wastewater treatment in Vietnam Following these results, we established an optimal treatment system for natural rubber processing wastewater treatment in Vietnam. The discharge amount of industrial wastewater in Vietnam is expected to increase each year. A conventional activated sludge process is usually applied to treat industrial wastewater in developed countries, but the installation, operation, and maintenance of this type of system is very expensive. The UASB-DHS system we developed is known to be an energy-recovery and energy-saving wastewater treatment system and has been applied to several types of wastewater.

If the application of the UASB-DHS system to natural rubber processing wastewater in Vietnam is successful, it could reduce operational costs and GHG emissions and improve the effluent quality.