Đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải nhà máy cốc hóa công ty cổ phần gang thép thái nguyên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN

-----------------------

Nguyễn Anh Đức

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA
HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY CỐC HÓA - CÔNG TY
CỔ PHẦN GANG THÉP THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN

-----------------------

Nguyễn Anh Đức

ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA
HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY CỐC HÓA - CÔNG TY
CỔ PHẦN GANG THÉP THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN KIỀU BĂNG TÂM

Hà Nội - 2012

2


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................3
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................11
1.1. Khái quát chung về than cốc ...........................................................................11
1.1.1. Than cốc .........................................................................................................11
1.1.2. Các tính chất của than cốc ............................................................................12
1.1.2.1. Tính chất vật lý .............................................................................................12
1.1.2.2. Tính chất hóa lý ............................................................................................12
1.1.3. Ứng dụng của than cốc ..................................................................................13
1.2. Tổng quan về nƣớc thải luyện than cốc và các biện pháp xử lý
nƣớc thải luyện than cốc .........................................................................................13
1.2.1. Đặc trưng về nước thải luyện than cốc .........................................................13
1.2.2. Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol của các nhà máy
luyện cốc ...................................................................................................................16
1.2.3. Một số hệ thống xử lý nước thải chứa phenol đã được sử dụng
trên thế giới ...............................................................................................................20
1.2.4. Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol đã được sử dụng tại VN ................22
1.2.5. Phương pháp xử lý nước thải của Nhà máy cốc hoá Thái Nguyên ..................25
1.2.5.1. Nguyên tắc xử lý ...........................................................................................25
1.2.5.2. Lưu trình công nghệ .....................................................................................25
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................27

2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................27
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................27
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................27
2.1.3. Địa điểm và thời gian tiến hành ....................................................................27
2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................27
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................28
2.3.1. Các phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu, số liệu ................28
2.3.2. Phương pháp quan trắc lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu ................28
2.3.3. Các chỉ tiêu theo dõi .......................................................................................29
2.3.4. Phương pháp phân tích mẫu .........................................................................29
2.3.5. Phương pháp phân tích, tổng hợp xử lí số liệu ............................................29
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................................30
3.1. Mô tả quy trình công nghệ sản xuất của nhà máy Cốc hoá .........................30
3.1.1. Loại hình sản xuât .........................................................................................30

3


3.1.2. Quy trình công nghệ sản xuất của nhà máy Cốc hóa ..................................30
3.1.2.1. Phân xưởng Cốc ...........................................................................................33
3.1.2.2. Phân xưởng Hóa ..........................................................................................35
3.2. Mô tả hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy Cốc hoá ........................................37
3.2.1. Nguồn gốc và thành phần nước thải.............................................................37
3.2.1.1 Nguồn phát sinh nước thải chứa phenol .......................................................37
3.2.1.2. Thành phần của nước thải ...........................................................................37
3.2.2. Mô tả sơ bộ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy Cốc hoá ......................38
3.2.2.1. Các hạng mục công trình .............................................................................40
3.2.2.2. Nguyên tắc xử lý ..........................................................................................41
3.2.2.3. Quy trình xử lý .............................................................................................41
3.2.2.4. Các thiết bị chủ yếu ......................................................................................42

3.3. Đánh giá hệ thống xử lý nước thải chứa phenol của Nhà máy Cốc
hóa .............................................................................................................................42
3.3.1. Khối xử lý cơ học (xử lý vật lý) ......................................................................42
3.3.1.1. Hiện trạng các công trình đơn vị của khối xử lý cơ học ..............................42
3.3.1.2. Đánh giá khả năng xử lý ..............................................................................44
3.3.2. Khối xử lý sinh học ........................................................................................45
3.3.2.1. Hiện trạng công trình đơn vị khối xử lý sinh học ........................................45
3.3.2.2. Đánh giá khả năng xử lý ..............................................................................46
3.3.3. Khối xử lý lắng bậc 2 kết hợp keo tụ và xử lý bùn ......................................48
3.3.3.1. Hiện trạng công trình đơn vị khối xử lý bậc 2 .............................................48
3.3.3.2. Đánh giá khả năng xử lý ..............................................................................49
3.4. Đề xuất phƣơng án nâng cao hiệu quả xử lý nƣớc thải của nhà
máy Cốc hoá - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên ..................................51
3.4.1. Đề xuất phương án công nghệ .....................................................................51
3.4.1.1. Lựa chọn công nghệ .....................................................................................51
3.4.1.2. Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải được đề xuất .................................53
3.4.2. Đề xuất phương án thiết kế bổ sung các công trình đơn vị .........................56
3.4.2.1. Khối xử lý cơ học .........................................................................................56
3.4.2.2. Khối xử lý hóa lý ( bể điều hòa, điều chỉnh pH nước thải) ..........................58
3.4.2.3. Khối xử lý sinh học (Aeroten) .....................................................................61
3.4.2.4. Khối xử lý lắng bậc 2 kết hợp keo tụ ............................................................63
3.4.2.5. xử lý bùn, cặn lắng (bể chứa bùn loãng và thiết bị ép bùn).........................64
3.4.3. Phương án nâng cao hiệu quả xử lý trong thao tác vận hành hệ
thống xử lý nước thải ...............................................................................................65

4


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................67
Kết luận .....................................................................................................................67

Kiến nghị ..................................................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................69
A/TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT ....................................................................................69
B/TÀI LIỆU TIẾNG NƢỚC NGOÀI....................................................................70

5


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn nƣớc thải sau xử lý tại trạm xử lý phenol - xyanua

17

Bảng 3.1. Kết quả phân tích nƣớc thải trƣớc và sau khi qua khối xử lý cơ

36

học
Bảng 3.2. Kết quả phân tích nƣớc thải trƣớc và sau khi qua xử lý tại bể

39

Aeroten
Bảng 3.3. Kết quả phân tích nƣớc thải sau khi qua xử lý sinh học và sau xử

41

lý lắng keo tụ bậc 2 kết hợp keo tụ
Bảng 3.4. Hiệu suất của hệ thống xử lý nƣớc thải chứa phenol của Nhà máy

42

cốc hóa

Bảng 3.5. Lựa chọn thông số đầu vào lấy theo công trình tƣơng tự

48

Bảng 3.6. Bảng thông số đầu vào yêu cầu chất lƣợng nƣớc đầu ra bể Oxi

51

hóa bậc cao
Bảng 3.7. Bảng thông số đầu vào yêu cầu chất lƣợng nƣớc đầu ra bể xục khí 52
xử lý Amoni
Bảng 3.8. Bảng thông số đầu vào yêu cầu chất lƣợng nƣớc đầu ra bể

53

Aeroten

Bảng 3.9. Bảng thông số đầu vào yêu cầu chất lƣợng nƣớc đầu ra bể keo tụ 55
lắng
Bảng 3.10. Bảng tổng hợp yêu cầu sử dụng dung tích bể

6

56

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ mô tả hệ thống hai pha

13

Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất của nhà máy Cốc Hóa

24

Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất kèm theo dòng thải của phân xƣởng cốc

25

Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất kèm theo dòng thải của phân xƣởng hóa

27

Hình 3.4. Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải chứa phenol hiện tại của nhà máy Cốc
hóa

31

Hình 3.5. Bể điều hòa hiện tại của nhà Máy

35

Hình 3.6. Bể lắng cặn, tách dầu mỡ hiện tại của Nhà máy

35

Hình 3.7. Bể Aeroten hiện tại của nhà Máy

38

Hình 3.8. Bể lắng bậc hai hiện tại của nhà máy

40

Hình 3.9. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải Nhà máy cốc hóa đề xuất bổ sung

44

7


DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

BOD: Nhu cầu oxy sinh hoá
COD: Nhu cầu oxy hoá học
CH1: Hóa chất định lƣợng cho bể điều chỉnh pH
CH2: Hóa chất định lƣợng cho bể oxy hóa bậc cao
HC3: Hóa chất định lƣợng cho bể Aeroten
HC4: Hóa chất định lƣợng cho bể lắng keo tụ bậc 2
DO: Oxy hoà tan
EPA: Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ
OXH: Oxy hóa
TCCP: Tiêu chuẩn cho phép
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam
UASB: Bể xử lý sinh học dòng chảy ngƣợc
VSV: Vi sinh vật

8


MỞ ĐẦU
Việt Nam đang trên con đƣờng phát triển và hội nhập, sự phát triển kinh tế xã hội
đang diễn ra rất mạnh mẽ, mang lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế và nâng cao đời sống
cho ngƣời dân. Tuy nhiên, ngoài những lợi ích kinh tế - xã hội đã đạt đƣợc thì tình
trạng ô nhiễm môi trƣờng do mặt trái của những hoạt động trên đã gây ra ở mức báo
động. Môi trƣờng nói chung và môi trƣờng nƣớc nói riêng đang bị ô nhiễm trầm trọng,
đe doạ tới sức khỏe và chất lƣợng cuộc sống của ngƣời dân ở nhiều địa phƣơng.
Thái Nguyên là một tỉnh trung du miền núi phía Bắc có tiềm năng phát triển
kinh tế mạnh mẽ, trong đó việc hình thành và phát triển các khu công nghiệp, cụm
công nghiệp đang trở thành một thế mạnh kinh tế trong khu vực phía Bắc nhƣ: khu
công nghiệp Sông Công, cụm công nghiệp Điềm Thụy, khu công nghiệp Lƣu Xá Gang thép Thái Nguyên,… Nhƣng sự ra đời và hoạt động của nhiều nhà máy xí
nghiệp trong khu vực đã làm cho môi trƣờng ngày càng trở lên xấu đi và nhiều vùng
bị ô nhiễm trầm trọng.
Nhà máy Cốc hoá thuộc Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên - phƣờng
Cam Giá, thành phố Thái Nguyên đƣợc Trung Quốc viện trợ giúp đỡ thiết kế và xây
dựng vào những năm đầu của thập niên 60, đây là một trong những Nhà máy góp
phần không nhỏ trong tiến trình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh, tạo công ăn việc
làm cho ngƣời dân địa phƣơng. Nhà máy Cốc hoá là doanh nghiệp sản xuất cốc
luyện kim, chất lƣợng sản phẩm theo Tiêu chuẩn Quản lý chất lƣợng Quốc tế ISO
9001:2000. Nhiệm vụ chính của nhà máy là tiếp nhận, bảo quản, phối liệu than mỡ
sản xuất cốc để cung cấp cho quá trình sản xuất gang lò cao của Công ty. Ngoài ra,
nhà máy còn có một hệ thống hoàn chỉnh về công nghệ và thiết bị thu hồi, chế biến
các sản phẩm hoá học trong quá trình tinh luyện cốc, tạo thành hàng hoá cung cấp
cho nền kinh tế quốc dân nhƣ: khí cốc sạch, dầu phòng mục, Naptalen tạp, Naptalen
tinh, nhựa đƣờng và sản xuất thép cán nóng… Tuy nhiên, sự chú trọng phát triển
kinh tế trong một khoảng thời gian dài của Nhà máy đã và đang gây ảnh hƣởng xấu

đến môi trƣờng khu vực do vậy Nhà máy cũng không nằm ngoài danh sách những
đơn vị gây ô nhiễm môi trƣờng trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.

9


Đặc thù ô nhiễm của Nhà máy Cốc hóa là nƣớc thải và khí, bụi thải phát sinh
từ các công đoạn sản xuất. Trong đó, đặc biệt là nƣớc thải chứa phenol của nhà
máy. Nƣớc thải chứa phenol của Nhà máy phát sinh từ công đoạn dập cốc, chƣng
cất dầu cốc, khu vực kho hoá chất, thiết bị chứa dầu, quá trình làm mát thiết bị,
nƣớc làm lạnh khí cốc, nƣớc từ hệ thống lọc bụi Cyclon,... Nƣớc thải phenol có
chứa hàm lƣợng lớn các chất độc tố cao. Nguồn nƣớc này hiện nay phát sinh
khoảng 40 - 45 m3/ngày, khi đạt công suất theo thiết kế có thể lên đến 70 m3/ngày
đêm, lƣợng nƣớc này dao động phụ thuộc vào sản lƣợng cốc của nhà máy. Toàn bộ
lƣợng nƣớc thải chứa phenol đƣợc đƣa vào hệ thống xử lý nƣớc thải đã cũ xây dựng
năm 1997 - 1998.
Khi nƣớc thải chứa phenol chƣa đƣợc xử lý đảm bảo các tiêu chuẩn sẽ chứa
hàm lƣợng rất lớn phenol và các hợp chất hữu cơ khác, việc sử dụng làm nƣớc dập
cốc sẽ làm gia tăng nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng khi toàn bộ lƣợng khí thải phát
sinh rất lớn trong quá trình dập cốc không đƣợc thu gom xử lý triệt để. Vì vậy, việc
đánh giá và đƣa ra phƣơng án nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nƣớc thải của
Nhà máy Cốc hóa đang là vấn đề đáng đƣợc quan tâm nhằm góp phần khắc phục
một cách tối ƣu nhất trong việc xử lý nƣớc thải nhằm đáp ứng hiệu quả trong sản
xuất cũng nhƣ đảm bảo chất lƣợng xả thải của nhà máy.
Xuất phát từ vấn đề trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài" Đánh giá và đề xuất
giải pháp nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên" với các nội dung nghiên cứu bao gồm
mô tả quy trình sản xuất của nhà máy Cốc hóa, mô tả hệ thống xử lý nƣớc thải của
nhà máy Cốc hoá - Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên, đánh giá hệ thống xử lý
nƣớc thải của nhà máy Cốc hoá và đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả
xử lý nƣớc thải của nhà máy Cốc hoá - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên.

Nhằm đạt đƣợc mục đích đánh giá đƣợc hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy Cốc
hoá và đƣa ra phƣơng án nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nƣớc thải của Nhà
máy Cốc hóa - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên.

10


Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái quát chung về than cốc
1.1.1. Than cốc
Than cốc là sản phẩm của việc chƣng than mỡ (loại than chứa ít S và ít tro)
trong các lò xây kín ở điều kiện yếm khí có nhiệt độ trên 1.0000C, sau khi đã mất
hết chất bay hơi. Do tính chất và đặc điểm của các loại than làm cốc và do cách
chƣng nên than cốc có nhiều loại phẩm chất khác nhau: phồng hay chắc, xốp hay
đặc, cứng nhiều hay ít, nhẹ hay nặng, nứt nẻ nhiều hay ít, màu đen mờ, màu bạc hay
xám sáng. Khi gõ có tiếng kêu kim khí thanh hay trầm, hạt to hay nhỏ, thành phần
hoá học chứa tro và S nhiều hay ít.
Quá trình luyện than cốc đƣợc tiến hành nhƣ sau: Than sạch đƣợc nghiền nhỏ,
không to quá 3mm và cũng không vụn nhƣ bột, cỡ hạt càng nhỏ đều càng ít hao hụt,
phẩm chất cốc càng tăng thêm. Cho than vào các ngăn lò luỵên (thƣờng mỗi lò có từ
70 - 150 ngăn), chiều dài mỗi ngăn 10 - 12m, cao >4m, rộng 0,5m - 0,55m, các
ngăn lò xây liền với nhau thành hàng dọc. Mỗi ngăn lò có hai cửa hai đầu: một đầu
để chất liệu và một đầu để đƣa máy vào đẩy cốc ra. Cũng có loại lò đƣợc chất liệu ở
phía trên vòm ngăn. Các ngăn lò đã đƣợc nung đỏ hồng trƣớc khi chất than vào, lúc
chất than nhiệt độ của lò giảm xuống rồi đƣợc nâng lên do một phần khí của than
thoát ra và cháy, lửa truyền đi khắp xung quanh các tƣờng ngăn lò. Nhiệt độ làm
việc là 1000 - 12000C. Các khí thể ở các ngăn thoát ra đƣợc tâp trung dẫn đến một
bộ phận thu hồi. Quá trình điều chế cốc kéo dài từ 28 - 38 giờ hay hơn tuỳ theo loại
than và kiểu lò. Khi khí than hết chất bốc và cháy, quá trình cốc hoá kết thúc [16].

Do khí thể trong than thoát ra, để lại những lỗ rỗng li ty trong cấu tạo của cốc
làm cho cốc xốp và do chất nhựa trong than dƣới nhiệt độ nung đƣợc tiết ra làm cho
các hạt dính kết lại với nhau thành cốc. Cốc lúc ra khỏi ngăn lò còn đỏ hồng, kết
thành những khối đƣợc chuyển ngay đến bộ phận dập tắt lửa bằng nƣớc tƣới. Sau
đó đƣợc chở đến máy cắt, sàng và phân loại các cỡ hạt.
Mỗi tấn than tuỳ theo loại kiểu luyện ta thu đƣợc 650 - 750kg cốc, trên 300m3
khí than [16].

11


1.1.2. Các tính chất của than cốc
1.1.2.1. Tính chất vật lý
Than cốc là sản phẩm cứng và xốp có màu xám, tính theo hàm lƣợng thì than
cốc chứa khoảng 96 - 98% C, phần còn lại là H2, S, N2, O2. Độ xốp đạt 49 - 53%, tỷ
trọng riêng khoảng 1,80 - 1,95 g/cm³, tỷ trọng biểu kiến khoảng 1g/cm³, còn tỷ
trọng khi ở dạng rời là khoảng 400 - 500 kg/m³, độ tro 9-12%, tỷ lệ các chất dễ bay
hơi khoảng 1%. Độ ẩm tƣơng đối khoảng 2-4% và không lớn hơn 0,5% khối lƣợng.
Giới hạn sức bền khi bị nén là 15 - 25 MPa, khi bị cắt (đặc trƣng cho tính bền vững
đối với sự cắt) 6-12 MPa, năng suất tỏa nhiệt 29 - 30 MJ/kg [16].
1.1.2.2. Tính chất hóa lý
Trên 900°С, than cốc dễ dàng phục hồi khí cacbonic (СО2) theo phản ứng sau:
С + СО2 = 2СО
Ở nhiệt độ khoảng 1.000°С, tốc độ của phản ứng (khả năng phản ứng tiêu
chuẩn của than cốc) tính trên 1g than cốc là 0,1 - 0,2 ml СО2 trên 1 giây, năng
lƣợng tỏa ra là 140 - 200 kJ/mol. Tốc độ phản ứng với О2 (tức phản ứng cháy của
than cốc) theo phƣơng trình: С + О2 = СО2 là cao hơn một cách đáng kể so với phản
ứng cùng СО2, và ở mức khoảng 500°С thì gần 0,1 ml О2 trên 1 giây, năng suất tỏa
nhiệt khoảng 100-140 kJ/mol [16].
Các thuộc tính hóa lý của than cốc đƣợc xác định bởi cấu trúc của nó, do cấu

trúc của nó rất gần với cấu trúc lớp lục giác của graphít. Cấu trúc của than cốc đƣợc
đặc trƣng bởi sự sắp xếp không hoàn hảo: các phần riêng rẽ (các lớp) đƣợc liên kết
bởi lực Van de Waals đã chiếm giữ một số các vị trí có khả năng (ví dụ, xếp chồng
lên nhau). Bên cạnh các nguyên tử cacbon trong lƣới không gian của than cốc (đặc
biệt trong các phần ngoại biên của nó) có thể phân bổ các nguyên tử dị thƣờng nhƣ
lƣu huỳnh, nitơ, ôxy.
Cấu trúc và tính chất của than cốc phụ thuộc vào thành phần của mẻ than đá
cũng nhƣ nhiệt độ và tốc độ đốt nóng mẻ than này. Với sự tăng lên của hàm lƣợng
khí than đá và các thành phần khác, đƣợc đặc trƣng bởi mức độ biến đổi thấp thì
nhiệt độ cốc hóa bị giảm xuống và sự giảm đi của các thành phần đó trong nhiệt độ

12


này, khả năng phản ứng và khả năng cháy của than cốc nhận đƣợc cuối cùng là tăng
lên do khi tăng hàm lƣợng của khí than đá trong mẻ than thì độ bền và độ tạo cục
trung bình của than cốc giảm xuống, độ xốp của nó tăng lên. Sự tăng cao nhiệt độ
cốc hóa cũng có khả năng tăng độ xốp của than cốc. Khi tăng thời gian cốc hóa và
giảm tốc độ đốt nóng thì độ xốp của than cốc cũng đƣợc tăng lên.
1.1.3. Ứng dụng của than cốc
Than cốc đƣợc sử dụng để nung chảy gang (cốc lò cao) cũng nhƣ làm nhiên
liệu không khói chất lƣợng cao, làm chất khử trong các công nghệ luyện kim từ
quặng sắt, các chất làm tơi trong phối liệu. Than cốc cũng đƣợc sử dụng nhƣ là
nhiên liệu trong sản xuất gang đúc hay các mục đích sử dụng thông thƣờng, trong
công nghiệp hóa chất và luyện các hợp kim của sắt (các dạng cốc đặc biệt). Cốc lò
cao cần phải có kích thƣớc các cục không nhỏ hơn 25mm với số lƣợng các cục cốc
nhỏ hơn 25mm và lớn hơn 80mm không vƣợt quá 3%. Than cốc sử dụng để đúc
gang theo kích thƣớc không đƣợc nhỏ hơn than cốc lò cao, các cục cốc trong trƣờng
hợp này có kích thƣớc không nhỏ hơn 25mm. Sự khác biệt chính giữa cốc lò cao và
cốc đúc là hàm lƣợng lƣu huỳnh nhỏ hơn, nó không đƣợc vƣợt quá 1% (trong cốc lò

cao có thể tới 2%). Trong công nghiệp luyện các hợp kim của sắt ngƣời ta sử dụng
các cục than cốc nhỏ (ví dụ, các cục kích thƣớc 10 - 25mm), trong trƣờng hợp này
thì ngƣời ta cần tốc độ phản ứng nhanh chứ không phải hàm lƣợng các tạp chất có
trong than cốc. Các yêu cầu đối với độ bền vững của than cốc thông thƣờng là
không quá nghiêm ngặt so với cốc lò cao hay cốc đúc. Trong mọi loại hình sản xuất
than cốc thì loại nguyên liệu đƣợc ƣa chuộng là các loại than có độ xốp cao, ít tro và
chứa ít lƣu huỳnh. Sản lƣợng than cốc sản xuất trên thế giới khoảng trên 400 triệu
tấn/năm [16].
1.2. Tổng quan về nƣớc thải luyện than cốc và các biện pháp xử lý nƣớc thải
luyện than cốc
1.2.1. Đặc trưng về nước thải luyện than cốc
Nƣớc thải từ các xƣởng luyện cốc trong thành phần thƣờng có hàm lƣợng
cao các chất ô nhiễm nguy hại, đặc biệt trong đó có chứa phenol.

13


Nƣớc thải chứa phenol phát sinh từ nhiều công đoạn trong quá trình luyện
than cốc nhƣ: nƣớc thải dập cốc, chƣng cất dầu cốc, khu vực kho hoá chất, thiết bị
chứa dầu, quá trình làm mát thiết bị, nƣớc làm lạnh khí cốc, nƣớc từ hệ thống lọc
bụi Cyclon,... Thành phần chủ yếu của nƣớc thải luyện cốc là: Dầu mỡ, chất rắn lơ
lửng, chất hữu cơ hòa tan, các đồng đẳng phenol và phenol với hàm lƣợng cao gấp
nhiều lần so với tiêu chuẩn môi trƣờng và không ổn định [10].
Với đặc trƣng và hàm lƣợng lớn phenol trong nƣớc thải nhƣ vậy sẽ làm gia
tăng nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời khi trực tiếp chịu tác
động từ các khu vực sản xuất luyện than cốc và sản phẩm cốc hóa. Hiện tại chƣa có
công bố đầy đủ về ô nhiễm phenol trong môi trƣờng nƣớc nói chung và các dòng
thải công nghiệp luyện than cốc nói riêng. Tuy nhiên các khảo sát sơ bộ cho thấy
tình trạng ô nhiễm phenol và các hợp chất chứa phenol trong nƣớc thải rất cao do sử
dụng phenol và các dẫn xuất phenol trong các quá trình sản xuất than cốc trong

công nghiệp luyện thép.
1.2.1.1. Đặc điểm và tính chất của phenol
Phenol là một chất không màu hoặc màu trắng khi nó ở dạng tinh khiết, ở
dạng này thì phenol là các tinh thể rắn. Tuy nhiên thông thƣờng nó tồn tại ở dạng
lỏng. Ngƣỡng ngửi mùi của phenol đối với ngƣời là 0,04 ppm. Ở nồng độ này
phenol có mùi hơi cay, ngọt. Ngoài ra, phenol rất dễ cháy.
Phenol có các đặc trƣng nhƣ sau:
- Phenol (acid cacbolic) có công thức phân tử: C6H5OH
- Khối lƣợng phân tử: 94,11 g/mol
- Khối lƣợng riêng: 1,06 g/cm3
- Nhiệt độ tan chảy: 43oC, nhiệt độ sôi: 182oC
- Khả năng hoà tan trong nƣớc (ở 20oC): 70g/l
- Các dung môi hoà tan đƣợc phenol: etanol, ete, cloroform…[4].
Phenol là một chất hoá học chủ yếu do con ngƣời tạo ra, mặc dù nó đƣợc tìm
thấy trong các hợp chất hữu cơ phân huỷ. Nó đƣợc tìm thấy đầu tiên khi chƣng cất
than đá vào năm 1834 và có tên là acid cacbolic. Cho đến trƣớc chiến tranh thế giới

14


thứ nhất, chƣng cất than đá gần nhƣ là cách duy nhất để tạo ra phenol. Tuy nhiên
hiện nay ngƣời ta đã tìm ra nhiều phản ứng để tổng hợp tạo ra phenol bằng phƣơng
pháp hoá học.
1.2.1.2. Những tác động của phenol đến môi trường và sức khỏe con người
Phenol và các dẫn xuất của phenol, đặc biệt là các dẫn xuất dạng clo phenol
đƣợc xếp vào các loại hợp chất gây ô nhiễm khó phân giải, thời gian tồn dƣ của các
loại chất này có thể kéo dài nhiều năm. Giống nhƣ các hợp chất có chứa vòng thơm,
phenol cũng đƣợc xem là loại chất ô nhiễm mang tính trơ cao.
Hàm lƣợng phenol trong nƣớc thải đạt 10 mg/l sẽ làm cho cá ở sông ngòi bị
chết. Đối với trồng trọt nếu hàm lƣợng phenol trong nƣớc đạt 50 mg/l thì quả của

cây sẽ không ăn đƣợc nhƣng cây vẫn sống. Nếu hàm lƣợng phenol trong nƣớc quá
cao sẽ làm chết cây.
Phenol có thể thâm nhập vào cơ thể con ngƣời thông qua việc hô hấp và tiếp
xúc với da, mắt, màng nhầy của ngƣời. Phenol đƣợc xem là chất cực độc với con
ngƣời nếu đi vào cơ thể ngƣời thông qua đƣờng miệng. Khi ăn phải những chất có
hàm lƣợng phenol cao sẽ dẫn đến hiện tƣợng chết ngƣời với những triệu chứng nhƣ
co giật, không có khả năng kiểm soát, hôn mê dẫn tới rối loạn hô hấp, máu trong cơ
thể thay đổi dẫn đến hiện tƣợng tụt huyết áp. Phenol còn làm ảnh hƣởng tới gan,
thận và cả tim của ngƣời nhiễm độc. Những điều đó đã đƣợc chứng minh khi ngƣời
ta làm thí nghiệm LD50 (LD50 là đại lƣợng biểu thị chất độc ít nhất có khả năng gây
tử vong 50% lƣợng súc vật bị nhiễm độc. Thƣờng đƣợc biểu thị bằng mg hoặc
g/1kg thể trọng) khi làm thí nghiệm với chuột và thỏ [2].
- Những ảnh hƣởng lâu dài của phenol: nhiều thí nghiệm đã chỉ ra sự liên quan
về sự đau bắp thịt, sƣng gan của con ngƣời khi tiếp xúc với phenol lâu ngày. Phenol
còn gây bỏng cho da, làm rối loạn nhịp tim. Giới hạn tối đa cho phép phenol trong
cơ thể là 0,6 mg/kg trọng lƣợng cơ thể [2].
Hiện nay chƣa có nghiên cứu nào về sự ảnh hƣởng của phenol ở nồng độ thấp
đối với sự phát triển của cơ thể, tuy nhiên nhiều nhà khoa học cho rằng tiếp xúc

15


thƣờng xuyên với phenol có thể dẫn đến sự phát triển một cách chậm trễ, gây ra sự
biến đổi dị thƣờng ở thế hệ sau, tăng tỉ lệ đẻ non ở một ngƣời mang thai.
- Khả năng gây ung thƣ của phenol: hiện nay chƣa có một nghiên cứu cụ thể
nào chỉ ra rằng phenol có khả năng gây ra ung thƣ ở ngƣời. Tuy nhiên, các kết quả
nghiên cứu trên động vật khi cho chúng ăn thƣờng xuyên thức ăn có chứa phenol, ở
hàm lƣợng cho phép chỉ ra rằng động vật đó xuất hiện các khối u hoặc một chất gây
bệnh ung thƣ da ở chuột. EPA (Environmental Protection Agency) đã xét phenol
vào nhóm D, nhóm có khả năng gây bệnh ung thƣ ở ngƣời do chƣa có các số liệu

liên quan tới hiệu ứng gây ung thƣ trong ngƣời và động vật.
1.2.2. Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol của các nhà máy luyện cốc
Ngành luyện cốc sau những năm trầm lặng ở giai đoạn 1970-1990 là giai đoạn
phát triển rất sôi động, đặc biệt là ở các nƣớc Đông Á (Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài
Loan...) phục vụ cho công nghiệp luyện gang, thép và các sản phẩm phụ triết tách từ
quá trình luyện than cốc. Chính vì nhu cầu sử dụng lớn nhƣ vậy, ngành luyện than
cốc đóng vai trò quan trọng trong tiến trình phát triển ngành thép trên thế giới. Tuy
nhiên, đi đôi với lợi ích kinh tế là các tác động tiêu cực đến môi trƣờng, trong đó
vấn đề nƣớc thải phát sinh từ quá trình luyện than cốc xả thải ra môi trƣờng gây ô
nhiễm nghiêm trọng các nguồn tiếp nhận, đòi hỏi những Nhà máy này phải đầu tƣ
hệ thống xử lý nƣớc thải.
Giải pháp xử lý nƣớc thải ngành luyện than cốc hiện nay chủ yếu theo nguyên
lý cơ bản trong công nghệ xử lý nƣớc thải công nghiệp nói chung. Trong đó,
phƣơng án xử lý nƣớc thải chứa phenol bằng phƣơng pháp xử lý sinh học đƣợc ứng
dụng rộng rãi.
Thực chất của biện pháp sinh học để xử lý nƣớc thải là sử dụng khả năng
sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bền hữu cơ trong nƣớc thải.
Chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dƣỡng
và tạo năng lƣợng.
Căn cứ vào tính chất hoạt động của vi sinh vật có thể chia phƣơng pháp xử
lý sinh học ra thành 3 nhóm phƣơng pháp:

16


- Phƣơng pháp hiếu khí.
- Phƣơng pháp kỵ khí.
- Phƣơng pháp thiếu khí.
1.2.2.1. Các phương pháp hiếu khí
Đây là kỹ thuật đƣợc sử dụng rộng rãi để xử lý nƣớc thải đô thị và công

nghiệp. Theo cách này, nƣớc thải đƣợc đƣa ra bộ phận chắn rác, loại rác, chất rắn
đƣợc lắng, bùn đƣợc tiêu hủy và làm khô.
Phƣơng pháp hiếu khí dựa trên các nguyên tắc do các vi sinh vật phân hủy
các chất hữu cơ trong điều kiện có oxi hòa tan.
Chất hữu cơ + O2

Vi sinh vật

H2O + CO2 + NH3 + ...

Trong điều kiện hiếu khí NH4 cũng bị loại nhờ quá trình nitrat hóa của vi
Vi sinh
vật

sinh vật tự dƣỡng.
NH4 + O2

NO-3 + 2H+ + H2O + Q

Kỹ thuật sinh học hiếu khí thƣờng chia thành hai loại chính:
- Kỹ thuật lọc sinh học: dựa trên khả năng sinh trƣởng dính bám của vi sinh vật;
- Kỹ thuật bùn hoạt tính: dựa trên khả năng sinh trƣởng lơ lửng của vi sinh vật.
a. Kỹ thuật lọc sinh học
Kỹ thuật lọc sinh học dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật, bao gồm
các vi sinh vật yếm khí, hiếu khí (chủ yếu là vi khuẩn) tạo thành một lớp màng vi
sinh vật bám trên các vật liệu cố định, chúng oxy hóa các chất hữu cơ có trong nƣớc
thải. Lớp màng này thƣờng dày từ 0,1 - 0,4 mm. Các chất hữu cơ trƣớc hết bị phân
hủy bởi vi sinh vật hiếu khí. Sau khi thấm sâu vào lớp màng các chất thải sẽ đƣợc
phân hủy bởi vi sinh vật yếm khí bên trong lớp màng vi sinh vật. Do sinh trƣởng
của vi sinh vật các màng này có thể dày lên và bong ra theo dòng nƣớc. Hoặc khi

các chất hữu cơ có trong nƣớc thải cạn kiệt vi sinh vật ở trong lớp màng sẽ chuyển
sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị nƣớc cuốn theo.
Hiện tƣợng này gọi là hiện tƣợng tróc màng. Lớp màng mới sẽ xuất hiện do sự kết
dính của các vi sinh vật có trong nƣớc thải. Chất mang đƣợc sử dụng thƣờng là các

17


vật liệu nhƣ: nhựa tổng hợp, polime,… Trong thực tế ngƣời ta thiết kế nhiều loại
chất mang với hình dạng khác nhau với mục đích làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt
riêng và độ thông thoáng.
Kỹ thuật xử lý dạng này có ƣu điểm chiếm ít diện tích nhà xƣởng vì vậy thích
hợp cho các nhà máy có diện tích vừa phải, đồng thời thiết bị dễ tự động hóa. Kỹ
thuật này dựa trên hoạt động của quần thể vi sinh vật tập trung ở màng sinh học nên
tồn tại cả 3 loại vi sinh vật là hiếu khí, yếm khí và tùy tiện vì vậy có khả năng đạt
hiệu suất cao với các nguồn thải chứa phenol có mức độ ô nhiễm thấp.
Tuy vậy, kỹ thuật này có nhiều nhƣợc điểm: chi phí thiết bị cao chỉ xử lý đạt
hiệu quả khi nƣớc thải đầu vào có độ ô nhiễm nhỏ, độ ổn định của thiết bị phụ thuộc
nhiều vào tốc độ của dòng chảy, nếu tốc độ dòng chảy quá lớn sẽ gây hiện tƣợng
rửa trôi màng vi sinh vật, thông khí kém, tải trọng nhỏ.
b. Kỹ thuật bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính là hệ keo vô định hình, khi pH = 4 - 9 thì nó có điện tích âm.
Thành phần bùn hoạt tính của hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy than cốc có công
thức C97H199O53N28S2, của nhà máy nitơ C90H167O24N28S8, và của nƣớc thải đô thị là
C54H212O82N8S7.
Chất khô của bùn hoạt tính chứa 70 - 90% hữu cơ và 10 - 30% vô cơ. Chất
nền trong bùn hoạt tính có thể đến 90% là phần chất rắn của rêu tảo và các phần rắn
khác nhau [12].
Trong kỹ thuật bùn hoạt tính nƣớc thải cần đƣợc đƣa vào một bể hiếu khí (bể
Aeroten) và đƣợc khuấy trộn với bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là một tập hợp gồm

nhiều vi sinh vật và các hạt có kích thƣớc khác nhau có khả năng ổn định chất hữu
cơ hiếu khí gồm: nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh,... Một số chủng
loại chủ yếu vi sinh vật trong bùn nhƣ Nitrosomonas, Actinomyces, Microccus,
Bacterium, Pseudomnas,… Nguồn dinh dƣỡng cho vi sinh vật là những chất bẩn có
trong nƣớc thải. Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng nhất trong việc phân hủy những

18


hợp chất có trong nƣớc thải và là thành phần cấu tạo chủ yếu củ bùn hoạt tính, hàm
lƣợng vi khuẩn chiếm 95 % sinh khối của bùn.
Để cung cấp oxy cho VSV, bùn hoạt tính bằng cách khuấy trộn đều hỗn hợp,
ngƣời ta sử dụng thiết bị khuấy trộn bằng không khí nén. Sau khi ra khỏi bể aeroten
hỗn hợp nƣớc - bùn đƣợc đƣa qua bể lắng, tại đây bùn hoạt tính lắng xuống. Nƣớc
sạch sau khi đƣợc khử trùng sẽ đƣợc xả ra sông hồ. Bùn hoạt tính lắng xuống phần
lớn đƣợc tuần hoàn lại bể aeroten để giữ cho nồng độ bùn trong bể ở mức ổn định.
Ƣu điểm của kỹ thuật bùn hoạt tính:
- Đơn giản, dẽ vận hành, hiệu suất xử lý cao, ít tốn kém về kinh tế, diện tích xử lý ít.
- Hệ thống hoạt động liên tục nên nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ trong bể sẽ
không quá lớn và vậy sẽ không gây sốc cho hệ VSV trong bùn hoạt tính.
Nhƣợc điểm của kỹ thuật bùn hoạt tính:
- Hàm lƣợng bùn hoạt tính tăng lên nhiều nên phải tốn chi phí xử lý bùn cặn.
- Chỉ xử lý đạt hiệu quả cao ở các loại nƣớc thải có nồng độ ô nhiễm COD<100mg/l.
1.2.2.2. Các phương pháp kỵ khí
Phƣơng pháp xử lý kỵ khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ có trong phần cặn
của nƣớc thải bằng VSV tùy nghi và VSV kỵ khí. Trong đó ƣu thế là VSV kỵ khí.
Quá trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu cơ thƣờng xẩy ra 2 quá trình lên men axit
và lên men metan.
- Lên men acid thủy phân và chuyển hóa các sản phẩm thủy phân (nhƣ acid
béo, đƣờng) thành các acid và rƣợu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí cacbonic.

- Lên men metan: Phân hủy các chất hữu cơ thành metan (CH4) và khí
cacbonic (CO2). Việc lên men metan nhạy cảm với sự thay đổi pH, pH tối ƣu cho
quá trình từ 6,8 - 7,4.
1.2.2.3. Các phương pháp thiếu khí (anoxic)
Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan việc khử nitrit hóa sẽ xảy ra. Oxy đƣợc
giải phóng từ nitrat sẽ oxy hóa chất hữu cơ và nitơ sẽ đƣợc tạo thành.

19


NO3O2

Vi sinh

Chất hữu cơ

NO2- + O2
N2 + CO2 + H2O

Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt tính sự khử nitrit hóa sẽ xảy ra khi
không tiếp tục thông khí. Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần và việc
giải phóng oxy từ nitrit sẽ xảy ra. Theo nguyên tắc trên, phƣơng pháp thiếu khí (khử
nitrit hóa) đƣợc sử dụng để loại nitơ ra khỏi nƣớc thải [9].
1.2.3. Một số hệ thống xử lý nước thải chứa phenol đã được sử dụng trên thế giới
1.2.3.1. Hệ thống tháp tiếp xúc lỏng - khí
Để nâng cao hiệu suất hòa tan oxy trong không khí vào môi trƣờng, ngƣời ta
thiết kế và xây dựng thiết bị phụ trợ là tháp tiếp xúc lỏng - khí nhiều giai đoạn với các
đĩa lỗ. Trong tháp tạo ra sự chuyển động hỗn loạn cao của nƣớc và khí, do đó gia tăng
sự tiếp xúc giữa pha oxy không khí và môi trƣờng lỏng. Đối với thiết bị này, năng
lƣợng đầu đòi hỏi ít hơn so với năng lƣợng đầu vào của các thiết bị sục khí hay khuấy

trộn. Khi nuôi chủng candida tropicalis trên hệ thống có thiết bị khuấy trộn cơ học thì
sẽ tạo thành một lớp màng tế bào nấm men bám trên bề mặt và thành hệ thống, do
vậy nồng độ tế bào huyền phù trong môi trƣờng sẽ nhỏ hơn so với tính toán. Hệ thống
tiếp xúc lỏng khí ra đời đã khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm trên, tạo ra điều kiện lý
tƣởng cho quá trình khuếch tán của oxy không khí vào môi trƣờng, làm tăng hiệu quả
phân giải phenol của VSV, rút ngắn thời gian xử lý. Tuy nhiên, hệ thống khá cồng
kềnh, vận hành tƣơng đối phức tạp, khó gia công lắp đặt [2].
1.2.3.2. Xử lý phenol trên thiết bị hai pha lỏng - lỏng
Nhƣợc điểm của các hệ thống lọc sinh học trong khi vận hành nhƣ hiện tƣợng
va đập thủy lực trong khi vận hành có thể làm rửa trôi đi một phần sinh khối VSV
đã đƣợc có định trên các màng sinh học, do đó ảnh hƣởng đến hiệu xuất của quá
trình xử lý. Mặt khác do quá trình xử lý dựa trên nguyên tắc hiếu khí nên yêu cầu về
nồng độ oxy hòa tan đòi hỏi rất lớn nếu chúng ta sử dụng điều kiện khuếch tán đối
lƣu thông thƣờng thì hiệu suất của quá trình chuyển khối giũa pha lỏng và pha khí
diễn ra rất chậm. Chính vì vậy mà thiết bị hai pha dùng để xử lý các chất thải hữu
cơ đã khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm trên của các hệ thống xử lý thông thƣờng.

20


Trong hệ thống thiết bị này, pha hữu cơ đƣợc dùng để loại bỏ chọn lọc các sản
phẩm cuối ức chế ra khỏi pha lỏng khi nó đƣợc sinh ra.
Ngoài ra thiết bị này còn hội tụ đƣợc một số ƣu điểm cho phép nâng cao hiệu
suất trong hệ thống do sự vắng mặt của các chất kìm hãm đến các vi sinh vật phân
giải. Chính vì vậy nồng độ chất thải đầu vào của hệ thống này có thể ở nồng độ cao
mà không cần qua giai đoạn hòa tan trƣớc. Thiết bị này không những dùng để xử lý
các chất hữu cơ khó phân giải nhƣ phenol mà còn có thể phân giải các hợp chất hữu
cơ mang độc tính cao. Nhìn chung hệ thống phân giải hai pha đã đƣợc khảo sát
nghiên cứu vận hành xử lý nƣớc thải nhiễm phenol với nồng độ đầu vào rất cao [2].

Pha hữu cơ
Tế bào
Pha lỏng

Khuấy từ

Hình 1.1. Sơ đồ mô tả hệ thống hai pha
1.2.3.3. Hệ thống UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
Nguyên tắc sử dụng sinh vật yếm khí để phân giải phenol trong nƣớc thải.
Trong quá trình xử lý yếm khí UASB, nƣớc thải đƣợc đổ đầy vào bể phản ứng,
chảy qua một lớp đệm sinh học. Khi nƣớc thải tiếp xúc với lớp đệm thì quá trình
phân giải diễn ra. Các khí biogas đƣợc tạo ra và thoát lên trên và làm tuần hoàn
nƣớc thải, điều đó giúp cho hình thành và duy trì đệm sinh học. Khí biogas thu ở
phía trên qua một thiết bị hình vòm, nƣớc thải đã đƣợc xử lý đƣợc đƣa qua khoang
lắng, ở đó các chất rắn bị lắng xuống tạo thành bùn và nƣớc ở phía trên bị tách ra.
Phần bùn có thể đƣợc hồi lƣu lại bể UASB. Để giữ cho đệm bùn trong hệ thống treo
thì vận tốc chảy ngƣợc lên là 6 - 9m/h.

21


Hệ thống UASB ra đời khắc phục đƣợc xử lý của hệ thống tự hoại hay biogas
đó là pH môi trƣờng luôn giảm. Trong hệ thống UASB ngƣời ta phân vùng pH để
thích ứng cho từng hệ vi sinh vật. Hiện nay, hệ thống UASB đang đƣợc ứng dụng
rộng rãi để xử lý các nguồn nƣớc thải chứa nhiều các loại hợp chất hữu cơ có bản
chất là protein, đồng thời nghiên cứu gần đây đã khảo sát khả năng xử lý của hệ
thống này trên đối tƣợng cơ chất là các hợp chất thơm chẳng hạn nhƣ bezoate, do
vậy điều này thể hiện tính khả thi trong quá trình loại bỏ phenol trong hệ thống này.
Năm 1995, Henbert H.P và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu khả năng phân giải
phenol trong hệ thống UASB kết quả cho thấy: Với nƣớc thải có COD = 6000mg/l.

ngày tỷ lệ tuần hoàn 1:1 thì 97% phenol đã đƣợc loại bỏ tại điều kiện nhiệt độ t = 36
- 370C, pH = 6,8 - 7,5 và thời gian lƣu nƣớc thải là 12h. Trên các đệm khí trong các
thiết bị UASB đƣợc cố định bởi các hệ vi sinh vật gồm các loài sau: Syntrophus
buswelii, Acetrophic methanothrix, Methanobrevibacter,…[2].
- Ƣu điểm: có thể xử lý nƣớc thải có chỉ số BOD, COD đầu vào cao, không
tốn năng lƣợng cho việc khuấy trộn và sục khí nhƣ một hệ thống hiếu khí, đồng thời
khí biogas thu đƣợc có thể sử dụng làm chất đốt.
- Nhƣợc điểm: không xử lý đƣợc triệt để (hiệu suất sử lý chƣa cao), tốn diện
tích nhà xƣởng, thƣờng với một dòng nƣớc thải có độ ô nhiễm cao thì ngƣời ta
thƣờng dùng bể UASB để xử lý trƣớc sau đó tiếp tục xử lý bằng hệ thống hiếu khí
để xử lý triệt để hơn.
1.2.4. Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol đã được sử dụng tại Việt Nam
1.2.4.1. Các nghiên cứu ứng dụng cộng nghệ xử lý nước thải chứa phenol tại Việt Nam
Tại Việt Nam chƣa có hệ thống riêng để xử lý nƣớc thải chứa phenol. Tuy
nhiên đứng trƣớc tình hình ô nhiễm phenol ngày càng tăng, việc tìm kiếm và nghiên
cứu các khả năng phân hủy phenol đã thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu
khoa học trong lĩnh vực công nghệ môi trƣờng. Các chủng VSV chủ yếu có khả
năng phân giải phenol trong các khu vực ô nhiễm là các VSV dị dƣỡng hóa năng
(chemo- organotrophic), có khả năng sử dụng chất ô nhiễm làm nguồn các bon và
nguồn năng lƣợng. Một số ít các VSV có thể thực hiện trao đổi trực tiếp các chất
bền vững nhƣ phenol nhƣng phổ biến hơn là các VSV phân giải phenol nhờ sự đồng

22


trao đổi chất của một phức hợp các VSV. Một VSV đơn lẻ không có đƣợc hệ
enzyme đầy đủ để phân giải mọi chất ô nhiễm cùng có mặt trong môi trƣờng. Trong
khi đó tập hợp các VSV trong tự nhiên lại có khả năng phân giải hỗn hợp rất lớn các
chất gây ô nhiễm ngay cả các chất rất khó bị phân hủy do sự đa dạng thông tin di
truyền trong hỗn hợp chủng. Hơn nữa, việc xử lý phenol có trong nƣớc thải yêu cầu

VSV phải tồn tại và hoạt động hiệu quả trong một hệ sinh thái khác xa với điều kiện
môi trƣờng thuần khiết của phòng thí nghiệm. Việc phân tách các chủng rồi đƣa
chúng đơn lẻ trở lại tự nhiên cần có giai đoạn thích ứng và cần giải quyết các vấn đề
cạnh tranh sinh thái phức tạp.
Phenol có thể bị phân hủy trong điều kiện yếm khí và hiếu khí. Tuy nhiên
việc phân giải hoàn toàn đối với hầu hết các chất ô nhiễm chỉ có thể thực hiện trong
điều kiện hiếu khí, hệ VSV trong phòng thí nghiệm không có khả năng phân giải
yếm khí phenol cũng nhƣ một số dẫn xuất của chúng trong khi việc phân giải hiếu
khí có thể hoàn tất trong vòng 30 ngày [2].
1.2.4.2. Quy trình công nghệ xử lý nước thải chứa phenol của các nhà máy luyện
than cốc được ứng dụng tại Việt Nam hiện nay
a. Giai đoạn tiền xử lý (xử lý cơ học)
Nƣớc thải đƣợc bơm vào bể tách dầu trọng lực. Phần nƣớc ô nhiễm còn lại
trong nhà máy cốc sẽ đƣợc đƣa vào một bể khác có chứa nƣớc ô nhiễm phenol, sau
đó cũng đƣợc bơm vào bể tách dầu bằng trọng lực. Từ bể tách dầu trọng lực nƣớc sẽ
đi vào hệ thống tuyển nổi khí để tách phần lớn dầu trong nƣớc thải, công đoạn này
tạo điều kiện cho các công đoạn xử lý sinh hóa tiếp theo. Dầu tách ra từ hệ thống sẽ
đƣợc thu gom và tái sử dụng. Trong trƣờng hợp khu xử lý sinh hóa có sự cố thì
nƣớc từ bể tách dầu sẽ đƣợc đƣa vào bể điều hòa. Sau khi hệ thống đƣợc phục hồi
và hoạt động bình thƣờng thì nƣớc đó sẽ tự chảy vào bể khác hấp thụ dung dịch
phenol khác, sau đó lại đƣợc bơm trở lại bể tách dầu để tiến hành xử lý [16].
b. Xử lý sinh hóa
Nƣớc thải sau khi tách dầu sẽ cùng nƣớc hồi lƣu từ bể lắng 2 bơm chuyển
đến bể kỵ khí. Quá trình Khử N2 tiến hành trong bể kỵ khí thông qua phản ứng khử

23


hydrat của VSV (phân tách khí N2 từ gốc NO2- và NO3- trong nƣớc ô nhiễm). Kết
quả là khí N2 sẽ thoát ra không khí.

Nƣớc từ bể kỵ khí nhờ trọng lực sẽ tự chảy vào bể hiếu khí. Một lƣợng nƣớc
thải của hệ thống nƣớc tuần hoàn và bùn hoạt tính cũng đƣợc bổ sung vào bể hiếu
khí. Ở bể hiếu khí, thông qua hoạt động của VSV để loại bỏ phenol, cyanua và các
chất hữu cơ có độc tính cao khác trong nƣớc thải, đồng thời qua phản ứng nitrat hóa
chuyển NH4+ trong nƣớc thải thành NO2- và NO3-.
Nƣớc thải từ bể hiếu khí nhờ trọng lực sẽ tự chảy vào bể lắng 2. Nƣớc trong
bể lắng 2 đƣợc tách bùn, từ đây một phần nƣớc sẽ dẫn sang bể nƣớc hồi lƣu (để
bơm lên bể kỵ khí) phần còn lại đƣợc bơm đến bể đông kết. Phần bùn lắng ở đáy
của bể lắng 2 đƣợc dẫn vào bể bùn hoạt tính và đƣa trở lại bể hiếu khí thông qua
bơm. Phần bùn thừa đƣợc chuyển đến thiết bị lọc bùn để tiến hành cô đặc bùn [16].
c. Xử lý hóa lý (giai đoạn kết tụ)
Giai đoạn này sử dụng phƣơng pháp hóa học và hóa lý để giảm hàm lƣợng
các chất lơ lửng và COD trong nƣớc ra của bể lắng 2 (thực hiện 3 quá trình: thêm
hóa chất, phản ứng và phân tách bùn).
Nƣớc sau khi xử lý ở bể lắng 2 đƣợc bơm vào bể phản ứng hỗn hợp. Trong bể
này sẽ thêm chất keo tụ (để tạo phản ứng kết bông) và chất trợ lắng (tăng cƣờng quá
trình lắng xuống đáy bể). Sau quá trình lắng nƣớc của bể lắng đƣợc dẫn sang bể
chứa nƣớc tái sử dụng để cung cấp cho quá trình luyện cốc và làm nguội cốc bằng
phƣơng pháp ƣớt.
d. Xử lý bùn cặn thừa
Bùn (chứa tỉ lệ nƣớc là 97~98%) sau khi cô đặc đƣợc bơm đến thiết bị tách
nƣớc. Bùn thu đƣợc sẽ ép thành bánh và chuyển tới bãi than để trộn vào than luyện cốc.
Để đảm bảo hệ thống xử lý hoạt động bình thƣờng, trạm xử lý nƣớc thải của
các nhà máy cốc trang bị các dụng cụ kiểm tra thiết yếu để đo lƣu lƣợng, áp lực,
nhiệt độ, oxy hòa tan v.v.., đồng thời trang bị phòng để tiến hành phân tích hóa
nghiệm định kỳ chất lƣợng nƣớc thải trƣớc và sau xử lý [16].

24

Bảng 2.1. Tiêu chuẩn nước thải sau xử lý tại trạm xử lý phenol - xyanua
TT

Chỉ tiêu chất lƣợng nƣớc

1
2
3
4
5
6
7

Độ pH
Các chất lơ lửng (SS)
Phenol
Xyanua
COD
Dầu mỡ
Amoniac

Đơn
vị
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

Nồng
độ
6-9
70
0,5
0,05
95
4
10

QCVN
24:2009/BTNMT
5,5 -9
100
0,5
0,1
100
5
10

1.2.5. Phương pháp xử lý nước thải của Nhà máy cốc hoá Thái Nguyên
Nƣớc thải của nhà máy Cốc hóa Thái Nguyên phát sinh chủ yếu từ nƣớc thải
có chứa phenol. Nguồn nƣớc này có khoảng 70 m3/ngày, lƣợng nƣớc này dao động
phụ thuộc vào sản lƣợng cốc của nhà máy. Hiện tại, nguồn nƣớc này đƣợc đƣa vào
hệ thống xử lý nƣớc thải chứa phenol, nƣớc thải sau xử lý đƣợc tái sử dụng để dập cốc.
Phƣơng án xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học kết hợp hóa lý, sơ đồ
công nghệ chi tiết xử lý nƣớc thải với quy trình luân chuyển của dòng nƣớc thải, khí
nén, bùn cặn cũng nhƣ hóa chất.
1.2.5.1. Nguyên tắc xử lý
Nƣớc thải tập trung ở bể chứa, lắng tách sơ bộ dầu cốc và đƣa vào khử CNbằng phƣơng pháp kết tủa hoá học. Tiếp tục tách một phần dầu mỡ và các chất lơ

lửng bằng phƣơng pháp keo tụ - lắng trọng lƣợng. Sau đó khử các hợp chất hữu cơ
bằng bùn hoạt tính. Cuối cùng là giai đoạn tách triệt để các tạp chất lơ lửng bằng
phƣơng pháp kết tụ keo lắng. Nƣớc thải sau khi đã đƣợc xử lý phenol đƣợc bơm đi
dập cốc.
1.2.5.2. Lưu trình công nghệ
Nƣớc thải chứa phenol sau khi đƣợc tách sơ bộ dầu mỡ, đƣợc bơm vào bể
điều hoà, từ bể chứa điều hoà bơm vào thiết bị phản ứng keo tụ. Ở đây, điều chỉnh
lƣợng hoá chất 1 (CH1) từ thùng chứa và thiết bị khống chế pH trong nƣớc thải và
khử CN-.

25