Tìm hiểu hệ thiết bị phản ứng cao áp dạng màng, ứng dụng cho xử lý phenol có trong nước thải
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.48 MB, 108 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Tìm hiểu hệ thiết bị phản ứng cao áp dạng màng, ứng
dụng cho xử lý phenol có trong nước thải
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Tấn
Lớp: Lọc hóa dầu B – K53
Hà Nội, Tháng 6 - 2013
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Tìm hiểu hệ thiết bị phản ứng cao áp dạng màng, ứng dụng cho
xử lý phenol có trong nước thải
Giáo viên hướng dẫn Giáo viên phản biện
Chữ ký Chữ ký
TS. Lê Đình Chiển TS. Bùi Thị Lệ Thủy
Hà Nội, Tháng 6 - 2013
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
LỜI CẢM ƠN
Tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này tại Trường Đại học Mỏ Địa Chất Hà
Nội.
Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lê Đình Chiển, giảng viên bộ môn
Lọc hóa dầu trường Đại học Mỏ Địa Chất. Người đã hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình
và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi học tập, nghiên cứu để hoàn thành Đồ án tốt
nghiệp này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo phụ trách phòng thí
nghiệm Bộ môn Lọc – Hóa dầu, trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi lên nghiên cứu và tìm hiểu về hệ thiết bị phản ứng cao áp dạng
màng.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Lọc – Hóa dầu
cũng như các thầy cô giáo trong Khoa Dầu khí đã dạy dỗ, giáo dục tôi trưởng
thành về mọi mặt trong suốt 5 năm học. Cảm ơn các bạn bè cùng lớp về sự chia sẻ,
giúp đỡ, những tình cảm chân thành tốt đẹp và sự đồng hành của các bạn trong
thời gian qua.
Tôi xin cảm ơn những tác giả đi trước, những người đã đặt nền móng cho
việc tìm hiểu và nghiên cứu khoa học của tôi, giúp cho tôi hoàn thành đồ án tốt
nghiệp của mình một cách thuận lợi hơn.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đối với cha, mẹ thân
yêu và gia đình đã luôn nuôi dưỡng và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi được học
tập và trưởng thành như ngày hôm nay.
Hà Nội, ngày 08 tháng 5 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Xuân Tấn
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
MỤC LỤC
!
"#$%!
&'()*+'),-./-/'(/01
2$345674#89:35;<
2$345674#89:37=>?@44A
B@44C@9D4EFEG7FH#5I47J&K?@9L49:
M>MN#@:I:M@9L4B567O#DP
B@449D7DQ2#=7F#=Q&9:>MN#R=7#PFS#
R
"B@44B@2#&9:>MN#S#R=3
!B@44547T42&9:>MN#37=>?@44>D7I7UV
$WRM@9L4B4UV567P"
XYUZB4BBU?M9[4@9L475$9\49:3
@44]9D4^6#_PS`=!
Xab>MN#!
X4#VcU4UV567d>MN#@44X
X"eMN#fC=>gIfC=QP4<
"0c#h#INi@j9:M
&kl/mnoYYoYpq^r-s'!
Y9D4BNi@jDt1
Y9D4B@g41
Y9D4B@t1
"uv#w<
!Y9D4B@Px4A
Y9D4BNi@jRIR`@A
Y9D4B$#4wA
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
Y9D4ByWP z
"Y9D4BPNVR"
!Y9D4Byi"
XY9D4B$PJP"
1Y9D4B "
<Y9D4B#VvJ""
AY9D4BG7#49L"!
zY9D4B2Rt"!
Y9D4B CP"X
"Y9D4B>t"1
"&{'|mn}e~+(pq^r-s'•/Y€•^"A
"B=4WP@75$9\4I>Sy‚WP49\"z
"s9[42>Iƒ"z
"s9[42=4Iƒ"z
""s9[4>Sy‚WP49\!
"4#8BMWP@!
"4#8Ec!
"4#8U3P!
""=>?4cS#I5442Ni@jYWP@!
""pi@jWP@IBLC„49D4B254!"
""pi@jWP@C„49D4BPNR2R!1
"""pi@jWP@C„49D4B >iQ 4CPP3Z!z
""!pi@jWP@$P49:M5442C„4P…PX
""Xpi@jWP@C„49D4B@t>tX"
""1pi@j9:MSWP@C„45442CbP3ZXX
""<pi@jWP@C„42?4/eu†‡Pˆ/W$PCe@#Q4Wu@yW‰X1
""Api@jWP@C„42?4C;MS4>tI74X<
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
""zpi@jWP@C„45442PNRy54yG7†Š/•‰Xz
!&{'|mn+(•p'‹/uŒK+K•1
!p%BŽ#B$•PNRy54y1
!p%B84v1
!p%BQ;v1
!K7@P3Ž#j1
!•Ny7@P31!
!=>?5442BQ 4Ž#B$•PNRy54yvNi@j9:M1!
!5442•7$P1!
!5442ŠWPN11
!"5442mW$W1<
!!5442KWPN1z
!X5442•NV‘W<
!15442uVW$^P$PN<
!<5442PePPy#Cy4y#<!
!A5442•>y4><!
X&{'|mn('’u“Ys•/•oY]*”<1
•7v#I2C;MS4PBQ3474<1
#3P2C;<1
C;MS4PB<1
"4W$7<1
!2?4 $L<z
X=>?9D4B9N%B@cC7a?4W$7A
XY9D4B&^::@:I:>E3PO43P#VvI;
•Y//–Y/–Y_Y—A
XY9D4B&^::@:I:>E3PO43P3˜•Y//–Y€'_
Y†‰—A
X"Y9D4B"&^::@:I:>E3PO43P3˜•Y†‰–Y€'— A
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
X!Y9D4B!&^7CVD–yfI:Ž#B$•yiC„4[PA
XXY9D4BX&G7PI:Ž#B$•yiC„4[PA"
14#VcgIƒ2C;MS4PBQ3474A"
1^ga74W$7A"
1K[=42C;MS4PBQ3474A!
1"g2AX
1!^V7™#>MG7A1
1Xg2$P4š$34yGA1
114#VcgŽ#B$•#Vv$cCCa74W$7A1
B4BE$342C;A<
K’^›m”K'’“Az
”'^'(/Ks•z
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
STT Số hình vẽ Tên hình vẽ Trang
01 Hình 0.1 Ô nhiễm nguồn nước trên sông Tô Lịch 01
02 Hình 0.2 Phạm vi ứng dụng của các quy trình công nghệ vào
trong quá trình xử lý nước thải
02
03 Hình 1.1 Biểu đồ cơ cấu tổng lượng nước thải theo loại hình
xả thải của lưu vực sông Cầu và lưu vực sông Nhuệ
- Đáy
06
04 Hình 1.2 Biểu đồ diễn biến hàm lượng BOD
5
trung bình tại
một số sông, hồ, kênh rạch nội thị giai đoạn 2005 –
09
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
2009
05 Hình 1.3 Biểu đồ lưu lượng nước thải sản xuất của một số
làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm, chăn
nuôi và giết mổ
10
06 Hình 1.4 Biểu đồ hàm lượng COD, BOD
5
và SS trong nước
thải một số cơ sở làng nghề dệt nhuộm, ươm tơ, dệt
vải
12
07 Hình 1.5 Biểu đồ thể hiện hàm lượng một số thông số ô
nhiễm trong nước thải sản xuất làng nghề tái chế
giấy
13
08 Hình 1.6 Biểu đồ hàm lượng COD, BOD
5
, SS và độ màu
trong nước thải sản xuất sơn mài và mây tre đan
14
09 Hình 1.7 Quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn, dong 18
10 Hình 1.8 Cân bằng vật chất trong chế biến tinh bột dong 18
11 Hình 1.9 Cân bằng vật chất trong chế biến tinh bột sắn 19
12 Hình 2.1 Thiết bị tạo bông bởi khuấy cơ khí 31
13 Hình 2.2 Thiết bị tuyển nổi, khí sinh ra do phản ứng hóa học 34
14 Hình 3.1 Mô hình thực nghiện quá trình loại phenol theo
O.Abdelwahab
45
15 Hình 3.2 Mô hình thực nghiệm của quá trình oxi hóa điện
hóa các chất hữu cơ
49
16 Hình 3.3 Hướng phản ứng của ozon trong dung dịch nước 52
17 Hình 3.4 Sơ đồ quá trình oxi hóa phenol dưới tác dụng của
ozon
53
18 Hình 3.5 Sơ đồ quy trình lọc sinh học 54
19 Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính 55
20 Hình 3.7 Sơ đồ mô hình công nghệ thiết bị phản ứng sinh học
màng ngoài
58
21 Hình 3.8 Sơ đồ mô hình công nghệ thiết bị phản ứng sinh học
màng ngập
58
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
22 Hình 3.9 Sơ đồ chuyển hóa phenol trong quá trình CWAO 60
23 Hình 4.1 Sơ đồ quy trình công nghệ Zimpro 66
24 Hình 4.2 Sơ đồ quy trình công nghệ Wetox 67
25 Hình 4.3 Sơ đồ công nghệ thiết bị Vertech 69
26 Hình 4.4 Sơ đồ hệ thống công nghệ Kenox 70
27 Hình 4.5 Sơ đồ hệ thống công nghệ Oxyjet 72
28 Hình 4.6 Sơ đồ hệ thống công nghệ Bayer Loprox 73
29 Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị phản ứng 77
30 Hình 5.2 Một số loại màng của Inocermic và Pall Exekia 79
31 Hình 5.3 Cấu trúc của màng 4 lớp và 3 lớp 79
32 Hình 5.4 Mô hình quá trình đưa xúc tác lên bề mặt ống
ceramic
80
33 Hình 5.5 Biểu đồ các phương pháp đưa xúc tác lên bề mặt
màng: 1- phương pháp 1; 2- phương pháp 2; 3-
phương pháp 3; 4- phương pháp 4; 5- phương pháp
5
82
34 Hình 5.6 Mặt bích đáy thiết bị phản ứng với ống màng
ceramic
83
35 Hình 5.7 Sơ đồ nguyên tắc thiết kế hệ thống thiết bị phản ứng
cao áp dạng màng
84
36 Hình 5.8 Sơ đồ quá trình chuyển chất và tiếp xúc pha trên bề
mặt màng ceramic
86
37 Hình 5.9 Vết gỉ tại một số ốc vít 87
38 Hình 5.10 Biến dạng đầu nối với bô điều chỉnh của bộ điều
khiển lưu lượng
87
39 Hình 5.11 Vị trí thiếu bộ đo và điều chỉnh lưu lượng dòng oxi 88
40 Hình 5.12 Vị trí thiếu chi tiết nối xuống thiết bị phản ứng và
van lấy mẫu
88
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN
STT Số hiệu bảng Tên bảng Trang
01 Bảng 1.1 Ước tính lưu lượng và thải lượng các chất ô
nhiễm trong nước thải sinh hoạt đô thị qua các
năm
08
02 Bảng 1.2 Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của
một số làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm
11
03 Bảng 1.3 Hiệu suất nguyên liệu của một số hoạt động sản
xuất
16
04 Bảng 1.4 Tổng thải trung bình năm của làng nghề qua các
hoạt động sản xuất và sinh hoạt
17
05 Bảng 1.5 Tổng lượng nước thải và bã thải từ sản xuất tinh
bột
20
06 Bảng 1.6 Tổng lượng nước thải từ chế biến nông sản làng
nghề Dương Liễu (2008)
21
07 Bảng 1.7 Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước
thải công nghiệp
22,
23
08 Bảng 2.1 Các phương pháp xử lý nước thải 25
09 Bảng 2.2 Xử lý nước thải bậc 1 26
10 Bảng 3.1 Mức độ phát thải phenol trong một số ngành công
nghiệp
43
11 Bảng 4.1 Thông số về quá tình oxi hóa không khí sử dụng
xúc tác kim loại quý
63
12 Bảng 4.2 Thông số về quá tình oxi hóa không khí sử dụng 65
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
xúc oxit kim loại
13 Bảng 4.3 Những thông số đặc trưng của một vài công nghệ
áp dụng quy trình oxi khóa không khí ẩm trong
công nghiệp
75
14 Bảng 5.1 Một vài đặc điểm về cấu trúc của một số loại
màng
78
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN
KCN: Khu công nghiệp
DO: Dissolved Oxygen (lượng oxi hòa tan cần thiết cho sự hô hấp cần thiết của các
sinh vật nước
BOD: Biochemical Oxygen Demand (nhu cầu oxi sinh hóa, lượng oxi cần thiết để
vi sinh vật oxi hóa các hợp chất hữu cơ)
BOD
5
: Nhu cầu oxi sinh hóa tại thời điểm 5 ngày
COD: Chemical Oxygen Demand (nhu cầu oxi hóa học, lượng oxi cần thiết cho quá
trình oxi hóa hóa học các hợp chất hữu cơ trong nước thành CO
2
và H
2
O)
TSS: Total Suspended Soild (tổng lượng chất rắng lơ lửng)
SS: Suspended Soild (chất rắn lơ lửng)
TCCP: Tiêu chuẩn cho phép
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
HTX: Hợp tác xã
CBNSTP: Chế biến nông sản thực phẩm
SX: Sản xuất
RTR: Rác thải rắn
TB: Tinh bột
GDP: Gross Domestic Product (tổng sản phẩm quốc nội)
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
PCB: Polyclobiphenyl
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam
BTNMT: Bộ tài nguyên môi trường
NTSX TB: Nước thải sản xuất trung bình
UABS: Upflow Anaerobic Sludge Blanket
EPA: Enviroment Protection Agency (cơ quan bảo vệ môi trường)
LC
50
: Lethal Concentration (nồng độ gây chết trung bình, nồng độ của các hóa chất
trong thử nghiệm làm gây chết 50% động vật thử nghiệm trong thời gian xác định)
EC
50
: Effective Concentration (nồng độ tiếp xúc, nồng độ tác dụng tối đa)
TOC: Total Organic Carbon (tổng lượng các bon hữu cơ)
MBR: Memberane Bioreactor (thiết bị phản ứng màng sinh học)
WAO: Wet Air Oxidation (quá trình oxi hóa không khí ẩm)
CWAO: Catalytic Air Oxidation (quá trình oxi hóa không khí ẩm có xúc tác)
TNHH: Trách nhiệm hữu hạn
PAA: Poly Acrylic Axit
PAH: Poly Allyamin Hydrocloride
PEI: Poly Ethylenimine
Pt-NP: Platin – Nanoparticle Flims
SVTH: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B - K53
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
0.1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong xu thế đổi mới và hội nhập, những năm qua đất nước ta đã tạo ra được
những xung lực mới cho quá trình phát triển, đã đạt được nhiều thành tựu kinh tế -
xã hội quan trọng, vượt qua tác động của suy thoái toàn cầu và duy trì được tỷ lệ
tăng trưởng kinh tế hàng năm cao, bình quân 7,2 %/năm, bảo đảm an sinh xã hội.
Tuy nhiên, nước ta vẫn đang phải đối mặt với nhiều thách thức, trong đó có vấn đề
suy thoái môi trường gay gắt và nhiều hậu quả của biến đổi khí hậu khôn lường. Ô
nhiễm môi trường tại các đô thị, khu công nghiệp, làng nghề, các lưu vực sông trên
cả nước và nhiều vấn đề môi trường bức xúc khác đã trở thành những vấn đề nóng
và là mối quan tâm của toàn xã hội.
Hình 0.1: Ô nhiễm nguồn nước trên sông Tô Lịch [10]
Hiện nay, vấn đề xử lý nước thải luôn là bài toán gây đau đầu cho các doanh
nghiệp sản xuất trong nước, cho các nhà quản lý môi trường. Xử lý nước thải ở Việt
Nam đang là một vấn đề thời sự nóng hổi mà nước ta đang phải đối mặt trong thời
kỳ phát triển hiện đại hóa, công nghiệp hóa. Đa số nước thải sinh hoạt, nước thải
làng nghề cũng như nước thải công nghiệp của các nhà máy, công ty không được xử
lý hoặc xử lý chưa triệt để, cho nên lượng nước bị ô nhiễm các hóa chất, có chứa
các chất gây ô nhiễm và lượng nước này được xả trực tiếp vào môi trường, gây ô
nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt, nước ngầm, tác động xấu đến điều kiện vệ
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
1
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
sinh và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng động xã hội. Chính vì vậy, mà việc
nghiên cứu, tìm hiểu và ứng dụng các quy trình công nghệ vào trong quá trình xử lý
nước thải là hết sức cần thiết, nó sẽ góp phần vào công cuộc cải tiến công nghệ
trong xử lý nước thải và nâng cao chất lượng nguồn nước.
Ngày nay, đã có rất nhiều công nghệ được áp dụng vào trong quá trình xử lý
nước thải trên thế giới và ở Việt Nam nhưng hầu hết các loại công nghệ đó vẫn còn
mang đậm những tính chất đặc thù riêng, khả năng và quy mô áp dụng còn nhiều
hạn chế. Mỗi công nghệ mang tính đặc trưng của dòng nước thải có chứa những
chất thải nhất định, do đó sẽ gặp hạn chế trong việc xử lý những chất thải khác,
ngoài ra nó còn phụ thuộc vào đặc trưng ô nhiễm, cũng như là các thông số ô nhiễm
của nguồn nước thải nên việc lựa chọn một quy trình công nghệ xử lý cho dòng
nước thải là rất khó khăn, tốn kém và hiệu quả cho quy trình xử lý không cao. Quy
trình công nghệ xử lý bằng phương pháp sinh học, hấp phụ đang gặp phải những
mặt hạn chế trong việc áp dụng cho những dòng chất thải có nồng độ chất gây ô
nhiễm, độ độc cao và là quy trình tốn nhiều thời gia xử lý. Đối với những quy trình
công nghệ sử dụng phương pháp Lý – Hóa thì nó có khả năng xử lý tốt đối với
những dòng có độ độc và nồng độ chất gây ô nhiễm cao nhưng hiệu quả xử lý thấp,
không thể xử lý triệt để chất gây ô nhiễm. Chính vì vậy, chúng ta cần phải mở rộng
nghiên cứu và tìm hiểu về những phương pháp cũng như các công nghệ mới trên thế
giới để cải tiến và nâng cao quy mô áp dụng, hạn chế những nhược điểm yếu kém
của công nghệ. Phân bổ phạm vi ứng dụng của các quy trình công nghệ được thể
hiện trên hình 0.2:
TOC: Tổng lượng cacbon hữu cơ
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
2
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
Hình 0.2: Phạm vi ứng dụng của các quy trình công nghệ vào trong quá trình xử lý
nước thải [4]
Một trong những công nghệ được nghiên cứu và bước đầu được áp dụng
trong xử lý nước thải từ những năm 1950, đó là công nghệ oxi hóa không khí. Đây
là công nghệ thân thiện với môi trường, do không sử dụng những tác nhân có chứa
những chất gây ô nhiễm với đầu vào là nguồn nước ô nhiễm và không khí sau một
thời gian xử lý sẽ cho ta nguồn nước có mức độ ô nhiễm thấp (90 – 95% lượng chất
gây ô nhiễm đã được loại bỏ chỉ sau khoảng 1 – 2 giờ tiến hành xử lý) [51, 52, 54,
55]. Ngoài ra, công nghệ còn áp dụng được rộng rãi cho các loại chất gây ô nhiễm
khác nhau, không phụ thuộc vào đặc trưng của nguồn thải và xử lý được nguồn
nước thải có nồng độ chất gây ô nhiễm cao (hàng nghìn mg/l). Nhưng hiện nay,
công nghệ này vẫn đang không ngừng được nghiên cứu, nâng cấp và cải tiến để góp
phần nâng cao hơn nữa hiệu quả xử lý và điều kiện vận hành của công nghệ. Một
trong những hướng nghiên cứu và nâng cấp công nghệ đó là sự kết hợp giữa màng
ceramic và công nghệ oxi hóa không khí có sử dụng xúc tác để được hệ thiết bị
phản ứng dạng màng [57, 58, 59, 60]. Dưới tác dụng của màng ceramic, nó sẽ góp
phần làm tăng khả năng tiếp xúc giữa những phân tử oxi với những chất gây ô
nhiễm, do đó sẽ làm cho khả năng oxi hóa của các chất gây ô nhiễm cao hơn so với
công nghệ oxi hóa không khí thông thường. Mặc khác, do trong quá trình này còn
được tăng cường thêm chất xúc tác nên nó sẽ góp phần thúc đẩy tốc độ phản ứng,
tốc độ oxi hóa của các chất gây ô nhiễm diễn ra nhanh hơn. Chính vì vậy, nó sẽ góp
phần làm giảm thời gian quá trình cũng như điều kiện hoạt động của công nghệ oxi
hóa không khí thông thường.
Do trong nguồn nước thải có chứa rất nhiều hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm
khác nhau, nó có khả năng phân hủy và xử lý khác nhau. Chính vì vậy, mà ta cần
chọn ra một chất đặc trưng và đại diện cho khả năng xử lý của chúng trong nguồn
nước thải để nghiên cứu và tìm hiểu. Do những đặc trưng về mức độ hoạt động hóa
học, khả năng phân hủy, khả năng tác động đến môi trường và mức độ tác động trực
tiếp đến sức khỏe con người nên phenol đã được chọn làm chất đại diện cho các
hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm.
Do những yêu cầu cấp bách trong việc xử lý và bảo vệ môi trường hiện nay,
đặc biệt là bảo vệ môi trường nước, tôi đã lựa chọn đề tài: “Tìm hiểu hệ thiết bị
phản ứng cao áp dạng màng, ứng dụng cho xử lý phenol có trong nước thải”
làm đề tài tốt nghiệp.
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
3
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
0.2. Mục đích của đề tài
Do yêu cầu về việc đưa hệ thiết bị phản ứng cao áp dạng màng vào hoạt động
phục vụ cho quá trình nghiên cứu tại phòng thí nghiệm vẫn gặp một số khó khăn
nhất định nên đề tài của tôi sẽ dừng lại ở nội dung tìm hiểu. Với một đề tài tìm hiểu
này thì mục đích chính là:
- Tìm hiểu về hệ thiết bị phản ứng cao áp dạng màng: Cấu tạo, nguyên tắc
hoạt động, nguyên tắc của quá trình phản ứng diễn ra trong hệ;
- Tìm hiểu về hiện trạng môi trường nước tại nước ta, quy trình công nghệ
xử lý nước thải;
- Tìm hiểu về một số loại công nghệ xử lý nước thải chứa phenol;
- Tìm hiểu về công nghệ oxi hóa không khí ẩm.
0.3. Cấu trúc của đề tài
Với đề tài này tôi sẽ tiến hành sắp xếp và bố trí cấu trúc như sau:
- Chương 1: Tìm hiểu về hiện trạng môi trường nước ở nước ta. Trong
chương này tôi tập trung đi vào phân tích đánh giá hiện trạng môi trường nước tại
các khu đô thị và làng nghề của nước ta hiện nay. Đặc biệt là làng nghề sản xuất
tinh bột Dương Liễu ở Hoài Đức, Hà Nội;
- Chương 2: Tìm hiểu tổng quan về công nghệ xử lý nước thải. Trong chương
này tôi sẽ đi vào tìm hiểu quy trình công nghệ trong xử lý nước thải, các thông số
đánh giá chất lượng nước và yêu cầu về nước thải ra nguồn tiếp nhận;
- Chương 3: Tìm hiểu về một số công nghệ xử lý nước thải chứa phenol.
Trong chương này tôi sẽ tìm hiểu về những tác động của phenol đến môi trường và
sức khỏe của con người và một số công nghệ xử lý nước thải chứa phenol hiện nay;
- Chương 4: Tìm hiểu về công nghệ oxi hóa không khí. Trong chương này tôi
tập trung đi vào tìm hiểu về xúc tác cũng như một số công nghệ oxi hóa không khí
trong công nghệ xử lý nước thải hiện nay;
- Chương 5: Tìm hiểu về hệ thiết bị phản ứng cao áp dạng màng trong phòng
thí nghiệm bộ môn Lọc Hóa dầu, trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội. Trong
chương này tôi sẽ tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đánh giá hiện trạng
của hệ thống thiết bị;
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
4
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
- Kết luận và kiến nghị, trong phần này tôi sẽ nêu lên một số nội dung và kết
quả đã đạt được trong đồ án. Ngoài ra tôi cũng đưa ra một số đề xuất về vấn đề xử
lý nước thải ở nước ta, cũng như việc đưa hệ thiết bị phản ứng cao áp dạng màng
vào hoạt động phục vu cho nghiên cứu tại phòng thí nghiệm bộ môn Lọc Hóa dầu,
trường Đại học Mỏ - Địa chất
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
5
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
CHƯƠNG 1: HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA NƯỚC
TA HIỆN NAY
Hiện nay, hầu hết nước thải sinh hoạt từ các hộ dân, nước thải tại các nhà
máy, khu công nghiệp (KCN), bệnh viện, làng nghề, khu chăn nuôi gia súc, gia cầm
ở đô thị đều xả trực tiếp ra cống rãnh, sông ngòi mà không qua bất kỳ khâu xử lý
nào. Nước thải bao gồm các loại chất hóa học, hữu cơ, kiềm, các hợp chất phenol
vô cùng độc hại mang mầm mống dịch bệnh lan tỏa ra hệ thống sông ngòi. Hệ
thống sông ngòi, hồ ao ở gần những đô thị lớn đều bị ô nhiễm, nilông, giấy, rác thải,
xác động vật, dập dềnh trôi nổi làm tắc nghẽn dòng sông. Theo các nhà khoa học,
cứ 1 m
3
nước thải lan tỏa làm ô nhiễm 40 – 60 m
3
nước sạch [1]. Nếu không có biện
pháp ngăn chặn, xử lý kịp thời nước thải sẽ gây ô nhiễm môi trường sống, lãng phí
nguồn nước mặt, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người.
Cơ cấu tổng lượng nước thải theo loại hình xả của lưu vực sông Cầu và sông
Nhuệ - Đáy được thế hiện trên biểu đồ sau:
Lưu vực sông Cầu Lưu vực sông Nhuệ - Đáy
Hình 1.1: Biểu đồ cơ cấu tổng lượng nước thải theo loại hình xả thải của lưu vực
sông Cầu và lưu vực sông Nhuệ - Đáy [2]
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
6
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
1.1. Hiện trạng ô nhiễm nguồn nước tại đô thị
Tại các đô thị lớn, hệ thống thoát nước dùng cho thoát nước mưa, nước thải
sinh hoạt, công nghiệp. Do hệ thống thoát nước không đảm bảo, cứ vào mùa mưa
lại bị ngập lụt, nước bẩn tràn lên đường phố, chảy vào các hộ gia đình gây ảnh
hưởng đến sức khỏe và môi trường sống của người dân. Các thành phố lớn đa phần
là chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung. Hầu hết sông ngòi trong cả nước tiếp
nhận nước thải sinh hoạt từ các đô thị khu dân cư, nhà hàng, nước thải của các cơ sở
y tế, cơ sở công ngiệp và tiểu thủ công nghiệp quy mô nhỏ, chưa được xử lý đạt
tiêu chuẩn cho phép đổ vào. Hiện nay, việc đầu tư và áp dụng các công nghệ xử lý
nước thải chưa đáp ứng được yêu cầu bảo vệ môi trường. 70 % các khu công nghiệp
không có hệ thống xử lý nước thải tập trung hoặc một số cơ sở sản xuất có xử lý
nước thải nhưng không đạt tiêu chuẩn môi trường cho phép [1]. Dựa vào số liệu
thống kê kiểm tra các cơ sở sản xuất hóa chất trên toàn quốc cho thấy, chỉ có 12 %
các cơ sở xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường [1].
Khu vực thành phố Hà Nội với hơn 2,7 triệu dân, tổng lượng nước thải của
thành phố khoảng hơn 500000 m
3
/ngày đêm, trong đó lượng nước thải sinh hoạt
khoảng 400000 m
3
, nước thải công nghiệp 85000 – 90000 m
3
. Hà Nội có 5 khu
công nghiệp tập trung, 13 cụm công nghiệp vừa và nhỏ, với KCN Bắc Thăng Long,
Sài Đồng có trạm xử lý nước thải. Nước thải qua hệ thống cống mương đô thị chảy
ra bốn con sông nối nhau: Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét, Kim Ngưu theo dòng sông
Châu Giang chảy vào sông Nhuệ - Đáy, hồ Yên Sở ra các tỉnh lân cận. Những sông
này có nước bị ô nhiễm nghiêm trọng do các chất hóa học, hữu cơ. Hàm lượng oxy
hòa tan (DO) ở hầu hết các điểm đo trên các sông Nhuệ, Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ và
Sét dao động từ 1,6 – 5 mg/l, trong đó DO ở sông Lừ, Kim Ngưu và Tô Lịch đều có
giá trị thấp hơn 2 mg/l. Trên 99 % các điểm quan trắc chất lượng nước mặt trên lưu
vực sông Nhuệ - Đáy có hàm lượng các chất hữu cơ không đảm bảo tiêu chuẩn đối
với nguồn nước sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt [1].
Số liệu ước tính lưu lượng và thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải
sinh hoạt đô thị qua các năm được thể hiện trên bảng 1.1.
Tại thành phố Việt Trì, nước thải công nghiệp cũng trực tiếp đổ thẳng vào
sông Hồng không qua xử lý làm cho hàm lượng kim loại nặng, các chất hữu cơ đặc
biệt là hợp chất phenol được clo hóa, nhu cầu oxy sinh học (BOD), nhu cầu oxy hóa
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
7
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
học (COD) rất cao. Sông Hồng “tiếp nhận” gần 100000 m
3
/ngày đêm nước thải của
thành phố Việt Trì, trong đó nguồn từ công nghiệp chiếm 30 % [1].
Ở thành phố Hồ Chí Minh, lượng nước thải công nghiệp xả ra môi trường
hơn 40000 m
3
/ngày đêm. Theo sở tài nguyên và môi trường TP. Hồ Chí Minh, trong
số 12 KCN trên địa bàn, mới có KCN Lê Minh Xuân, Tân Tạo có hệ thống xử lý
nước thải, còn lại các KCN khác với khoảng 30000 m
3
/ngày đêm thải ra sông ngòi,
kênh rạch. Thành phố với gần 5 triệu dân, tổng lượng nước thải sinh hoạt khoảng
600000 m
3
/ngày đêm, chỉ 60 % được xử lý sơ bộ [1]. Nước thải xả trược tiếp ra các
kênh Nhiêu Lộc, kênh Tân Hòa lan tỏa đi các sông Sài Gòn – Đồng Nai, Nhà Bè,
Chợ Đêm, song Tranh, Hiện nay lưu vực trên sông Sài Gòn – Đồng Nai bị ô
nhiễm trên diện rộng với mức độ tăng dần từ thượng lưu đến hạ lưu, chủ yếu là ô
nhiễm hữu cơ, vi sinh vật và bị axit hóa, một số khu vực hạ lưu bị ô nhiễm nặng.
Qua các kết quả phân tích chất lượng nước năm 2006 cho thấy, chất lượng nước tại
các trạm đầu nguồn sông Sài Gòn – Đồng Nai bị ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là ô
nhiễm dầu và vi sinh.
Bảng 1.1: Ước tính lưu lượng và thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải
sinh hoạt đô thị qua các năm [2]
Năm
Lưu lượng nước thải sinh
hoạt đô thị (m
3
/ngày)
Tổng thải lượng các chất (kg/ngày)
TSS BOD COD
2006 1823408 2450250 1128234 2131108
2007 1871912 2525382 1158246 2187797
2008 1938664 2605080 1199548 2265814
2009 2032000 2730500 1257300 2374900
Diễn biến hàm lượng BOD
5
trung bình tại một số sông, hồ, kênh rạch nội thị
giai đoạn 2005 – 2009 được thể hiện trên biểu đồ hình 1.2.
1.2. Hiện trạng ô nhiễm nguồn nước tại một số làng nghề
Các hoạt động của làng nghề đã và đang làm suy thoái môi trường, đặc biệt
là môi trường nước. Ô nhiễm môi trường tại làng nghề là dạng ô nhiễm phân tán
trong phạm vi một khu vực và mang nét đặc thù của hoạt động sản xuất theo ngành
nghề và loại hình sản phẩm. Trong môi trường nước, ô nhiễm chất hữu cơ tại các
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
8
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm, chăn nuôi và giết mổ là loại hình sản
xuất có nhu cầu nước rất lớn và nước thải có độ nhiễm chất hữu cơ rất cao, nhất là
sản xuất tinh bột từ sắn và dong giềng. Ô nhiễm chất vô cơ tại các làng nghề dệt
nhuộm, tái chế giấy tạo ra nước thải có hàm lượng cặn lớn; tại các làng nghề chế
biến, trong nước thải mạ và tái chế kim loại có hàm lượng kim loại nặng độc hại
vượt tiêu chuẩn cho phép (TCCP) hàng chục lần.
Hình 1.2: Biểu đồ diễn biến hàm lượng BOD
5
trung bình tại một số sông, hồ,
kênh rạch nội thị giai đoạn 2005 – 2009 [2]
Vấn đề môi trường mà các làng nghề đang phải đối mặt không chỉ giới hạn ở
trong phạm vi các làng nghề mà còn ảnh hưởng đến người dân ở vùng lân cận. Theo
Báo cáo môi trường quốc gia năm 2008 [5] với chủ đề "Môi trường làng nghề Việt
Nam", hiện nay “hầu hết các làng nghề ở Việt Nam đều bị ô nhiễm môi trường (trừ
các làng nghề không sản xuất hoặc dùng các nguyên liêu không gây ô nhiễm như
thêu, may ). Chất lượng môi trường tại hầu hết các làng nghề đều không đạt tiêu
chuẩn khiến người lao động phải tiếp xúc với các nguy cơ gây hại cho sức khỏe,
trong đó 95 % là từ bụi; 85,9 % từ nhiệt và 59,6 % từ hóa chất. Kết quả khảo sát 52
làng nghề cho thấy, 46 % làng nghề có môi trường bị ô nhiễm nặng ở cả 3 dạng; 27
% ô nhiễm vừa và 27 % ô nhiễm nhẹ”.
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
9
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
Ở nước ta, các làng nghề chưa có hệ thống xử lý nước thải công nghiệp,
nước thải được đổ trực tiếp ra hệ thống kênh rạch chung hoặc ra sông. Nguyên nhân
gây ô nhiễm nước chủ yếu là quá trình xử lý công nghiệp như: chế biến lương thực
thực phẩm, mây tre, dệt, in, nung nấu kim loại, tẩy giấy và nhuộm… Thường thì
nước thải ra bị nhiễm màu nặng và gây ra hiện tượng đổi màu đối với dòng sông
nhận nước thải, có mùi rất khó chịu. Hơn nữa là sự vượt quá TCCP đối với các hàm
lượng BOD, COD, SS, và coliform, các kim loại nặng… ở cả nước mặt và nước
ngầm, làm chết các sinh vật thủy sinh và chứa các mầm bệnh nguy hại cho con người.
1.2.1. Các làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm, chăn nuôi và giết mổ:
Khối lượng nước thải sản xuất lớn với thải lượng các chất ô nhiễm hữu cơ
cao
Khối lượng nước thải các làng nghề thuộc nhóm này rất lớn, có nơi lên tới
7000 m
3
/ngày (hình 1.3), thường không được xử lý đã xả trực tiếp vào môi trường.
Hình 1.3: Biểu đồ lưu lượng nước thải sản xuất của một số làng nghề chế biến
lương thực, thực phẩm, chăn nuôi và giết mổ [3]
Thải lượng các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sản xuất của các làng
nghề này cũng khá cao. Các số liệu cho thấy trong nhóm này, các làng nghề tinh bột
có thải lượng các chất ô nhiễm lớn nhất (bảng 1.2)
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
10
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
1.2.2. Các làng nghề ươm tơ dệt nhuộm, thuộc da: Nước sản xuất có độ màu
cao, chứa nhiều hóa chất
Trong nhóm làng nghề này, dệt nhuộm là loại hình có nhu cầu hóa chất rất
lớn gồm thuốc nhuộm các loại, xút, axit. Khoảng 85 – 90 % lượng hóa chất này hòa
tan trong nước thải. Do đó, nước thải dệt nhuộm chứa nhiều hóa chất và có độ màu
rất cao. Độ màu có thể lên tới 13000 Pt-Co. Độ pH biến động lớn phụ thuộc vào
loại thuốc nhuộm được sử dụng.
Các làng nghề dệt nhuộm và ươm tơ cũng có khối lượng nước thải khá cao
(200 – 1000 m
3
/ngày) và hầu hết không được xử lý trước khi xả thải vào môi
trường.
Bảng 1.2: Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của một số làng nghề
chế biến lương thực, thực phẩm [3]
Làng nghề
Sản phẩm
(tấn/năm)
COD BOD
5
SS
tấn/năm tấn/năm tấn/năm
Bún Phú Đô 10200 76,90 53,14 9,38
Bún Vũ Hội 3100 22,26 15,3 2,76
Bún bánh Ninh
Hồng
4380 15,08 10,42 1,84
Rượu Tân Độ 450000 lít 2250 13,01 11,55
Tinh bột
Dương Liễu
52000 13050 934,4 2133
Theo các kết quả khảo sát, nước thải của các làng nghề dệt nhuộm, ươm tơ
đều giàu chất hữu cơ: Hàm lượng COD, BOD
5
gấp 2 – 15 lần TCVN (hình 1.4).
Ngoài ra, nước thải có hàm lượng SS, tổng N và tổng P khá cao. Đặc biệt là
Coliform vượt TCVN hàng nghìn lần.
1.2.3. Các làng nghề tái chế phế liệu: Nước sản xuất chứa nhiều hóa chất độc
hại
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
11
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
Tái chế kim loại: Các ngành gia công cơ khí, đúc mạ, tái chế và chế tác kim
loại có lượng nước thải không lớn, nhưng lại chứa nhiều chất độc hại như kim loại
nặng (Zn, Fe, Cr, Ni, ), dầu mỡ công nghiệp. Quá trình mạ bạc còn tạo ra muối Hg,
xyanua, oxit kim loại, và các tạp chất khác. Đặc biệt, quá trình rửa bình ắc quy và
nấu chì còn gây phát sinh nước thải chứa một lượng lớn chì. Nước thải của một số
làng nghề có hàm lượng các kim loại nặng như Cr
6+
, Zn
2+
, Pb
2+
lớn hơn từ 1,5 đến
10 lần TCVN [3].
Tái chế giấy: Nước thải công đoạn ngâm, tẩy, nghiền trong tái chế giấy
chiếm khoảng 50 % tổng lượng thải, chứa nhiều hóa chất như xút, nước giaven,
phèn, nhựa thông, phẩm màu, xơ sợi. Nước thải thường chứa nhiều bột giấy, lượng
cặn có thể lên tới 300 – 600 mg/l [3].
Hình 1.4: Biểu đồ hàm lượng COD, BOD
5
và SS trong nước thải một số cơ sở
làng nghề dệt nhuộm, ươm tơ, dệt vải [3]
Trong đó: N1- Nước thải cơ sở ươm tơ hộ ông Nguyễn Một, Đông Yên, Duy
Xuyên, Quảng Nam (1); N2 – Nước thải cơ sở ươm tơ hộ ông Đoàn Giáp, Đông
Yên, Duy Xuyên, Quảng nam (1); N3 - Nước thải cơ sở ươm tơ hộ ông Đoàn Giáp,
Đông Yên, Duy Xuyên, Quảng nam (2); N4 – Nước thải HTX dệt may Duy Trinh,
làng nghề ươm tơ dệt vải Phú Bông Thi Lai, Quảng Nam (2); N5 – Nước thải cơ sở
ươm tơ hộ ông Thắng, Cổ Chất, Nam Định (1); N6 – Nước thải cơ sở Doanh nghiệp
Đại Hòa, Nam Cao, Thái Bình (1); N7 – Nước thải tổng hợp từ các cơ sở dệt
nhuộm Thái Phương, Thái Bình (1); N8 – Nước thải sau tẩy khăn làng nghề
Phương la, Hà Nội (1).
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
12
Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất
Làng nghề tái chế giấy Dương Ổ và Phú Lâm (Bắc Ninh) là hai làng nghề có
quy mô sản xuất lớn. Tổng khối lượng nước thải lên tới 3500 m
3
/ngày. Hàng ngày
đã thải vào nguồn nước mặt khoảng 1450 – 3000 kg COD và 3000 kg bột giấy [3].
Các kết quả khảo sát cho thấy nước thải sản xuất giấy tại các làng nghề có COD,
BOD
5
, SS vượt TCVN từ 1,5 – 15 lần (hình 1.5).
Hình 1.5: Biểu đồ thể hiện hàm lượng một số thông số ô nhiễm trong nước thải sản
xuất làng nghề tái chế giấy [3]
Trong đó: N1 – Nước thải xeo giấy, làng nghề Dương Ồ, Bắc Ninh; N2 –
Nước thải ngâm tấy, cơ sở Phú Gia, Phú Lâm, Bắc Ninh; N3 – Nước rửa nguyên
liệu cơ sở ông Quyết, Trung Văn, Hà Nội; N4 – Nước thải máy nguyên liệu cơ sở
Long Trúc – Triều Khúc, Hà Nội; N5 – Nước thải máy nguyên liệu cơ sở ông
Luyện, Minh Khai, Hưng Yên.
1.2.4. Các làng nghề thủ công mỹ nghệ: Nước sản xuất tại một số làng nghề sơn
mài và mây tre đan có thải lượng các chất gây ô nhiễm cao
Làng nghề sơn mài và mây tre đan có lượng nước thải không lớn, chỉ khoảng
2 – 5 m
3
/ngày/cơ sở, nhưng nước thải chứa hàm lượng chất ô nhiễm cao.
Nước thải sản xuất sơn mài chứa bụi mài nhỏ mịn làm tăng hàm lượng cặn.
Nước thải từ quá trình nhuộm và những bóng sản phẩm mây tre đan chứa nhiều chất
gây ô nhiễm như dung môi, dầu bóng, polyme hữu cơ, dư lượng các chất nhuộm,
Hàm lượng COD và BOD
5
trong nước thải của các làng nghề này thường vượt
TCVN từ 2 – 5 lần và từ 5,5 – 8,5 lần (hình 1.6).
SV: Nguyễn Xuân Tấn Lớp: Lọc hóa dầu B K-53
13
