nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý nước thải ngành chế biến cao su việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN



NGUYỄN NGỌC BÍCH

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NGÀNH CHẾ BIẾN CAO SU VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH –2003


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN



NGUYỄN NGỌC BÍCH

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NGÀNH CHẾ BIẾN CAO SU VIỆT NAM
Chuyên ngành: Công nghệ Nước và Nước thải
Mã số: 2.10.10

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. GS. TS. Lâm Minh Triết
2. GS. TSKH. Lê Huy Bá

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH –2003


MỤC LỤC

Trang

Lời cảm tạ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

i

Lời cam đoan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ii

Danh sách các bảng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

iii

Danh sách các hình ảnh và biểu đồ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

iv

Bảng chữ viết tắt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

v

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.1. Tính cấp thiết của đề tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.2. Ý nghóa thực tiễn và khoa học của luận án . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.3. Mục đích của luận án . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.4. Đối tượng của luận án . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.5. Phạm vi nghiên cứu của luận án . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.6. Kết cấu của luận án . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC

THẢI NGÀNH CHẾ BIẾN CAO SU VIỆT NAM VÀ TÌNH HÌNH
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRÊN THẾ GIỚI . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.1. Sơ lược về công nghệ chế biến cao su và nguồn gốc nước thải của nó . . . . . . .

9

2.1.1. Thành phần hóa học của nguyên liệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.1.2. Phương pháp chế biến và nguồn gốc nước thải . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

2.2. Đặc tính của nước thải ngành chế biến cao su . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.2.1. Thành phần của nước thải ngành chế biến cao su . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.2.2. Đặc tính ô nhiễm của nước thải ngành chế biến cao su . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

2.3. Tình hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải trong ngành chế biến cao su
Việt Nam và hai vấn đề tồn tại của nó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

2.3.1. Những công nghệ xử lý nước thải đang được ứng dụng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

2.3.2. Tóm tắt hiệu quả xử lý nước thải của các công nghệ đang được ứng dụng . . . . .

18

2.3.3. Hai vấn đề tồn tại trong xử lý nước thải chế biến cao su: xử lý nitơ và xử lý
mùi hôi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

2.4. Tình hình nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải trên thế giới có liên quan
đến hai vấn đề xử lý nitơ và xử lý mùi hôi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.4.1. Tình hình nghiên cứu xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học . . .

22

2.4.1.1. Bản chất của các giải pháp xử lý ni tơ bằng sinh học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.4.1.2. Con đường chuyển hóa thứ nhất: nitrat hóa và khử nitrat . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

2.4.1.2. Con đường chuyển hóa thứ hai: đồng hóa nitơ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

2.4.2. Tình hình nghiên cứu xử lý mùi hôi trong nước thải . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

2.4.2.1. Bản chất mùi hôi trong nước thải . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

2.4.2.2. Xử lý chất gây mùi hôi trong không khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44

2.4.2.3. Xử lý chất gây mùi hôi trong nước . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

2.4.3. Những công nghệ đã được nghiên cứu trên thế giới để xử lý nước thải ngành
chế biến cao su . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

2.5. Tóm tắt tổng quan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

57

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
VÀ THỰC NGHIỆM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

59

3.1. Nội dung và phương pháp nghiên cứu lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

59

3.1.1. Xây dựng cơ sở lý luận của hệ thống xử lý nitơ trong nước thải . . . . . . . . . . . . . .

59

3.1.1.1. Biện luận về tính khả thi của việc ứng dụng xơ dừa trong bể xử lý sinh
học kỵ khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

59

3.1.1.2.Xác đònh đặc tính sinh trưởng của tảo trong nước thải chế biến cao su bằng
thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62


3.1.2. Xây dựng và kiểm chứng giả thuyết về xử lý mùi hôi bằng tảo Chlorella . . . . . .

66

3.1.2.1. Tìm hiểu về tính ion hóa của các chất gây mùi hôi trong nước thải chế biến
cao su . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

66

3.1.2.2. Tìm hiểu về tính chất đặc biệt trong sự quang hợp của tảo Chlorella . . . . . . . .

69

3.1.2.3. Lập giả thuyết về khả năng khống chế sự bay hơi của H2S nhờ sự quang hợp
của tảo Chlorella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70

3.1.2.4. Kiểm chứng giả thuyết bằng thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

71

3.1.3. Xây dựng phương trình động học cho các quá trình xử lý . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

72

3.1.3.1. Thiết lập phương trình động học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

72

3.1.3.2. Điều chỉnh phương trình động học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

3.1.3.3. Vận hành, quan trắc và xửû lý số liệu để kiểm nghiệm phương trình động học. .

78

3.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

80

3.2.1. Thiết kế mô hình pilot hệ thống công nghệ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

80

3.2.1.1. Thiết kế bể kỵ khí xơ dừa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

80

3.2.1.2. Thiết kế bể tảo cao tải . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

83

3.2.1.3. Thiết kế toàn hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

84

3.2.2. Vận hành, quan trắc và xửû lý số liệu để đánh giá hiệu quả xử lý . . . . . . . . . . . . .

85

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

88

4.1. Kết quả nghiên cứu lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

88

4.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ nước thải đối với tốc độ sinh trưởng của tảo . . . . . . . . .

88

4.1.2. Khả năng đồng hóa nitơ của tảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

90

4.1.3. Ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng đối với tốc độ sinh trưởng của tảo . . . . . . .

92

4.1.4. Ảnh hưởng của sự quang hợp của tảo đối với các yếu tố môi trường . . . . . . . . .

93

4.1.4.1. Ảnh hưởng của sự quang hợp của tảo đối với độ kiềm . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

93

4.1.4.1. Ảnh hưởng của sự quang hợp của tảo đối với ôxy hòa tan . . . . . . . . . . . . . . . .

94


4.1.4.1. Ảnh hưởng của sự quang hợp của tảo đối với pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

95

4.1.5.Các phương trình động học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

96

4.1.5.1. Phương trình động học cho bể kỵ khí xơ dừa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

96

4.1.5.2. Phương trình động học cho bể tảo cao tải . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

97

4.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

99

4.2.1. Hiệu quả xử lý nitơ của mô hình hệ thống công nghệ mới . . . . . . . . . . . . . . . . . .

99

4.2.1.1. Công đoạn xử lý sinh học kỵ khí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

99

4.2.1.2. Công đoạn xử lý quang hợp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

101

4.2.2. Hiệu quả khống chế mùi hôi của mô hình hệ thống công nghệ mới . . . . . . . . . .

103

4.2.2.1. Hiệu quả khống chế đối với chất gây mùi ammonia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

103

4.2.2.2. Hiệu quả khống chế đối với chất gây mùi VFA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

104

4.2.2.3. Hiệu quả khống chế đối với chất gây mùi H2S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

105

4.2.2.4. Hiệu quả khống chế đối với mùi hôi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

108

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

109

5.1. Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

109

5.2. Kiến nghò . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

110

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

111

TÀI LIỆU THAM KHẢO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

113

PHỤ LỤC


i

LỜI CẢM TẠ
Tác giả chân thành cảm tạ:
-GS. T.S. Lâm Minh Triết, Viện Môi trường và Tài nguyên thuộc Đại học Quốc gia
Thành phố Hồ Chí Minh, vì đã tận tính hướng dẫn xây dựng nội dung luận án.
-GS. TSKH. Lê Huy Bá, Viện Môi trường và Tài nguyên thuộc Đại học Quốc gia
Thành phố Hồ Chí Minh, vì đã quan tâm động viên và đóng góp nhiều ý kiến quý
báu để sửa chữa nội dung và hình thức luận án.
-GS. TS. Mohamad Ismail Yaziz, Phân khoa Môi trường Đại học Putra Malaysia,
TS. Zaid Bin Isa, Bộ môn Chế biến và Xử lý Nước thải Viện Nghiên cứu Cao su
Malaysia, GS. TS. Hector Mario Poggi-Varaldo, Hội đồng Biên tập tạp chí Journal

of Waste Management & Resource Recovery (UK) và tạp chí Pollution Prevention
(UK), GS. TS. Mitsumasa Okada, Biên tập viên khu vực châu Á và Đông Thái Bình
Dương của tạp chí Water Research (UK), vì đã cung cấp nhiều thông tin quý báu
giúp cho việc đònh hướng đề tài được đúng đắn.
-Viện trưởng Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam Mai Văn Sơn, vì đã quan tâm giúp
đỡ, khuyến khích, cung cấp kinh phí và tạo điều kiện thuận lợi trong học tập và
nghiên cứu.
-Lãnh đạo Tổng công ty Cao su Việt Nam, vì đã cung cấp phần lớn nguồn kinh phí
cần thiết cho việc thực hiện đề tài.
Tác giả cũng chân thành biết ơn KS. Trần Thò Thu Nga, KS. Nguyễn Thanh
Bình thuộc Bộ môn Chế biến Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam, KS. Đỗ Chu
Trinh thuộc Ban Quản lý Kỹ thuật Tổng công ty Cao su Việt Nam, KS. Bùi Như
Phượng thuộc Viện Môi trường và Tài nguyên, vì đã cộng tác thực hiện hoặc trợ
giúp thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tác giả xin nhân cơ hội này để bày tỏ lòng biết ơn đối với Cha,
Mẹ, Vợ, Anh Em và bạn bè đồng nghiệp của mình vì đã động viên, an ủi trong
những lúc gian nan, cũng như đã nâng đỡ về tinh thần và vật chất trong suốt thời
gian thực hiện luận án.
Tác giả luận án
Nguyễn Ngọc Bích


ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu mà tôi đã trực tiếp tiến hành và
tổ chức thực hiện, dưới sự hướng dẫn của GS. TS. Lâm Minh Triết và GS. TSKH.
Lê Huy Bá, tại Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ
Chí Minh và Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam. Công trình được tiến hành với sự

cộng tác thực hiện của các cán bộ nghiên cứu và nhân viên kỹ thuật của Bộ môn
Chế biến và các bộ môn khác thuộc Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, do tôi thu thập và đúc kết.

Tác giả luận án

Nguyễn Ngọc Bích


iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1

Các phương án xử lý mùi hôi tại nhà máy Cua Pari

3

Bảng 2.1

Thành phần chất hữu cơ phi cao su trong mủ

10

Bảng 2.2

Thành phần hóa học của nước thải ngành chế biến cao su

13

Bảng 2.3

Đặc tính ô nhiễm của nước thải ngành chế biến cao su

14

Bảng 2.4

Những công nghệ xử lý nước thải đang được ứng dụng

16

Bảng 2.5

Hiệu suất xử lý của các công nghệ đang được ứng dụng

19

Bảng 2.6

Chất lượng tổng quát của nước thải chế biến cao su sau xử lý

21

Bảng 2.7

Một số chất gây mùi hôi thường gặp trong nước thải

43

Bảng 2.8

Tóm tắt quá trình trao đổi chất tổng quát

44

Bảng 2.9

Các phương pháp khống chế mùi trong không khí

45

Bảng 4.1

Hiệu quả xử lý nước thải của công đoạn sinh học kỵ khí

100

Bảng 4.2

Hiệu quả xử lý nước thải của công đoạn quang hợp

102

Bảng 4.3

Hàm lượng sulphide và sulphate trong bể tảo cao tải

106

Bảng 4.4

Kết quả phân tích ngưỡng mùi

108


iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ
Trang
Hình 2.1

Chu trình nitơ

23

Hình 3.1

Sơ đồ nguyên lý bể phân hủy kỵ khí dùng xơ dừa

80

Hình 3.2

Khối xơ dừa

82

Hình 3.3

Khối xơ dừa bố trí trong lòng bể kỵ khí

83

Hình 3.4

Mô hình bể tảo cao tải

84

Hình 3.5

Sơ đồ nguyên lý mô hình hệ thống công nghệ

85

Hình 4.1

Sinh trưởng của tảo ở các nồng độ nước thải khác nhau

88

Hình 4.2

Tương quan giữa hàm lượng chlorophyll a và VSS trong nước thải

89

Hình 4.3

Tương quan giữa mật độ tế bào tảo và VSS trong nước thải

90

Hình 4.4

Biến thiên TKN trong nước thải

91

Hình 4.5

Biến thiên ammonia trong nước thải

91

Hình 4.6

Ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng đối với sinh trưởng của tảo

92

Hình 4.7

Biến thiên độ kiềm trong nước thải

94

Hình 4.8

Biến thiên DO trong nước thải

95

Hình 4.9

Biến thiên pH trong nước thải

96

Hình 4.10 Đồ thò động học của bể kỵ khí xơ dừa đối với COD

97

Hình 4.11 Đồ thò động học của bể tảo cao tải đối với nitơ dạng ammonia

98

Hình 4.12 So sánh hàm lượng ammonia trong nước thải đang xử lý

103

Hình 4.13 So sánh hàm lượng VFA trong nước thải đang xử lý

104

Hình 4.14 So sánh hàm lượng sulphide trong nước thải đang xử lý

107


v

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

AN

Ammoniacal Nitrogen

ANOVA

Analysis of Variance

APHA

American Public Health Association

BOD

Biochemical Oxygen Demand

COD

Chemical Oxygen Demand

CTCS

Công ty Cao su

CV

Coefficient of Variation

DO

Dissolved Oxygen

mg/L

miligam/lít (lít được ký hiệu là L thay vì l để tránh nhầm với số 1, theo
thông lệ của một số ấn phẩm quốc tế trong chuyên ngành Nước và
Nước thải)

MLVSS

Mixed Liquor Volatile Suspended Solids

NTx

Nghiệm thức x

TKN

Total Kjeldahl Nitrogen

TSS

Total Suspended Solids

VFA

Volatile Fatty Acid

VSS

Volatile Suspended Solids

XLNT

Xử lý nước thải


1

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Chế biến cao su thiên nhiên là một loại hoạt động sản xuất có khả năng gây
ô nhiễm nước rất lớn. Tính đến cuối năm 2001, sản lượng chế biến của các nhà máy
thuộc Tổng công ty Cao su Việt Nam là vào khoảng 250.000 tấn/năm, và của các
nhà máy ngoài Tổng công ty là vào khoảng 80.000 tấn/năm. Với sản lượng đó,
ngành chế biến cao su Việt Nam hằng năm thải vào môi trường khoảng mười triệu
mét khối nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dưỡng thuộc
loại rất cao. Khối lượng nước thải này đang tăng lên hằng năm và dự kiến sẽ còn
tăng trong những năm sắp tới, theo sự phát triển của diện tích trồng cao su ngoài

quốc doanh. Hệ thống xử lý nước thải (XLNT) đầu tiên của ngành cao su được xây
dựng vào năm 1990. Cho đến nay, trên tổng số 33 nhà máy chế biến cao su thuộc
Tổng công ty Cao su Việt Nam trên toàn quốc, chỉ mới có 23 nhà máy đã có hệ
thống XLNT, với tổng kinh phí đầu tư trên 50 tỷ đồng. Tuy vậy, hiện nay, tất cả các
nhà máy đều có chất lượng nước thải sau xử lý không đạt tiêu chuẩn xả vào môi
trường. Cũng vì lý do này mà Tổng công ty chưa tiếp tục đầu tư xây dựng hệ thống
XLNT cho các nhà máy còn lại.

Bên cạnh vấn đề chất lượng nước thải thấp, mùi hôi tại các hệ thống XLNT
trong ngành cao su hiện nay là mối quan tâm lớn nhất của những người có trách


2

nhiệm trong công tác xử lý nước thải. Mùi hôi là nội dung chủ yếu của mọi khiếu
nại của nhân dân trong vùng lân cận các nhà máy chế biến, và có khả năng dẫn
đến việc phải đóng cửa hoặc di dời nhà máy. Hầu hết các hệ thống XLNT chế biến
cao su hiện nay đều gây mùi hôi nghiêm trọng.

Trong thập kỷ 1990, ngành cao su Việt Nam đã có nhiều cố gắng trong công
tác XLNT, nhưng chưa đạt kết quả khả quan. Nhiều đơn vò trong nước và ngoài
nước đã tham gia thiết kế và thi công các hệ thống XLNT. Nhiều đơn vò khác đã
chào hàng các công nghệ XLNT cũng như các loại chế phẩm hóa học và sinh học
sử dụng trong XLNT, nhưng cho đến nay vẫn chưa có thử nghiệm thành công, hoặc
không áp dụng được vì giá cao.

Điển hình cho những cố gắng của xã hội để giải quyết vấn nạn mùi hôi trong
XLNTc
hế
bi

ế
nc
a
os
ul
a
ø
hộ
it
ha
û
okhoahọ
cc
huyê
nđề
“Xử
l
ý
mù
ihô
inga
ø
nhc
hế
bi
ế
nmủ
c
a
os

u”đa
õ
đượ
ct
i
ế
nha
ø
nht
a
ï
iBì
nhDươngva
ø
oc
uố
ina
ê
m 1999(
Sở
KH-CNMT Bình Dương, 1999). Hội nghò này có mặt các nhà sản xuất, các nhà quản lý môi
trường, và các nhà khoa học. Sáu phương án xử lý mùi hôi đã được các nhà khoa
học đề xuất cho hệ thống XLNT của nhà máy chế biến Cua Pari thuộc công ty cao
su Phước Hoà. Hệ thống này có lưu lượng 800 m3/ngày, sử dụng công nghệ Hồ, dây
chuyền công nghệ gồm: bể gạn mủ, bể lắng cát, hồ ổn đònh, các hồ yếm khí, các bể
sục khí, hồ lắng và hồ hoàn tất. Chủ yếu vì lý do chi phí lắp đặt hoặc/và chi phí vận
hành, cả 6 phương án đều chưa được chấp nhận (Bảng 1.1).


3

Bảng 1.1. Các phương án xử lý mùi hôi tại nhà máy Cua Pari

TT

TÓM TẮT PHƯƠNG ÁN

ĐỀ XUẤT BỞI

DỰ TOÁN (đ)

Trung tâm Nghiên cứu
1

Thay đổi công nghệ thành UASB + Ứng dụng Công nghệ
Bể Thổi khí + Hồ Sinh học

và Quản lý Môi trườøng

4.418.473.515

–ĐH Văn Lang
Thay đổi công nghệ thành Bể lọc
2

Yếm khí + Bể Sục khí + Bể Lắng
Hoá học + Hồ Hoàn tất

Viện Sinh học Nhiệt
đới –Trung tâm Khoa

học Tự nhiên và Công

1.771.200.000

nghệ Quốc gia

Thay đổi công nghệ thành Bể Trung tâm Bảo vệ Môi
3

EGSB + Bể Sục khí + Hồ Ổn đònh trường –Viện Kỹ thuật
và lắp đặt hệ thống thu gom, khử Nhiệt đới và Bảo vệ
mùi và đốt khí

1.444.973.640

Môi trường

Tăng cường sục khí, lắp đặt hệ Viện Môi trường Tài
4

thống thu gom khí và xử lý khí nguyên
bằng phương pháp hấp phụ

–

1.555.050.000

ĐHQGTP.HCM
Trung tâm Công nghệ

5

Trang bò hệ thống sục khí cho các
hồ và đậy kín mặt hồ kỵ khí

Môi trường –Công ty
Ứng dụng kỹ thuật và
Sản xuất TECAPRO

-


4

Trang bò hệ thống sục khí cho các
6

hồ, đậy kín mặt hồ kỵ khí, dùng
vôi để nâng pH, bổ sung chế phẩm
sinh học

Trung tâm Công nghệ
Môi trường – Trung

1.200.000.000

tâm Kỹ thuật Nhiệt đới

(Nguồn: Sở KH-CN-MT Bình Dương, 1999).

Vấn đề xử lý mùi hôi tại hệ thống XLNT nhà máy Cua Pari cũng là vấn đề
chung trong ngành cao su. Cũng nằm trong những cố gắng của ngành nhằm giải
quyết vấn đề mùi hôi gây ra bởi những hệ thống XLNT, đầu năm 2001 tại Công ty
Cao su Bà Ròa thuộc tổng công ty Cao su Việt Nam đã diễn ra một hội nghò chuyên
đề về xử lý nước thải. Các báo cáo tại hội nghò này cho thấy việc sử dụng thử chế
phẩm hóa học MZ chống mùi hôi tại các hệ thống XLNT ở các nhà máy Hòa Bình
và Xà Bang sơ bộ cho thấy khả năng khử mùi hôi, tuy nhiên việc này làm tăng
COD và BOD của nước thải (Công ty Cao su Bà Ròa, 2001). Chế phẩm sinh học EM
cũng đã được áp dụng thử tại Công ty Cao su Bà Ròa và bước đầu cho thấy khả
năng giảm mùi hôi, nhưng lượng sinh khối EM cần được bổ sung thường xuyên quá
lớn. Dù chưa có thử nghiệm chính thức, tính khả thi của việc sử dụng các chế phẩm
hóa học và sinh học nói trên để chống mùi hôi là thấp cả về kinh tế lẫn kỹ thuật.

Lãnh đạo ngành cao su Việt Nam, cũng như lãnh đạo các công ty cao su trực
thuộc, tại các hội thảo, hội nghò đã nhiều lần lên tiếng kêu gọi sự đóng góp của các
nhà khoa học, các chuyên gia trong nước và nước ngoài vào lãnh vực XLNT ngành
chế biến cao su. Mong muốn của họ là có một công nghệ có thể xử lý nước thải chế
biến cao su đạt yêu cầu, đồng thời không gây ra mùi hôi trong quá trình xử lý.


5

Thêm vào đó, giá thành xử lý nước thải mà ngành cao su Việt Nam có thể chấp
nhận được là dưới 50.000 đ/tấn sản phẩm (khoảng dưới 1.700 đ/m3 nước thải). Cho
đến nay, yêu cầu bức xúc này vẫn chưa được giải quyết.

1.2. Ý nghóa thực tiễn và khoa học của luận án

1.2.1. Ý nghóa thực tiễn

Nếu xem xét đặc tính của nước thải chế biến cao su, có thể thấy rằng chất
lượng nước thải sau xử lý hiện nay thấp không phải là do thiếu công nghệ. Các
công nghệ XLNT hiện hành trên thế giới, như đã được chào hàng bởi các công ty
nước ngoài và một số đơn vò trong nước, hoàn toàn có thể cho ra chất lượng nước
thải sau xử lý đạt yêu cầu (đối với hầu hết các nhà máy, chất lượng yêu cầu là cột
B, TCVN 5945-1995). Vấn đề là việc áp dụng các công nghệ XLNT đó đòi hỏi chi
phí quá cao so với khả năng của ngành cao su Việt Nam.

Xét hiện tượng mùi hôi phát ra từ các hệ thống XLNT chế biến cao su, thì có
thể thấy rằng công nghệ XLNT hiện thời không thể khống chế được hiện tượng
này. Muốn làm việc đó, thì phải lắp đặt các hệ thống riêng nhằm mục đích xử lý
các khí có mùi hôi (như một số đề nghò trong Bảng 1.1), và như vậy là làm tăng chi
phí xử lý nước thải.

Vì thế ý nghóa thực tiễn của luận án là xây dựng một công nghệ XLNT có khả
năng khống chế sự phát sinh mùi hôi trong quá trình xử lý, giải quyết hai vấn đề


6

mấu chốt nêu trên, góp phần đem khả năng bảo vệ môi trường lại gần tầm tay của
các nhà sản xuất cao su Việt Nam.

1.2.2. Ý nghóa khoa học

Nước thải chế biến cao su chứa một hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ và chất
dinh dưỡng cao. Đối với một loại nước thải như vậy, phương pháp xử lý thích hợp
nhất là xử lý sinh học gồm hai công đoạn nối tiếp nhau: kỵ khí và hiếu khí. Các
công nghệ XLNT hiện hành đều có thể làm được điều đó. Tuy nhiên, về bản chất,
quá trình phân hủy sinh học, dù kỵ khí hay hiếu khí, các chất ô nhiễm hữu cơ như

các protein, lipid, phospholipid tất yếu sẽ có khả năng giải phóng các hợp chất bay
hơi có mùi khó chòu. Sự làm kín chỉ có thể áp dụng được cho các bể kỵ khí. Đối với
các bể hiếu khí, dù có tăng công suất sục khí đến đâu thì nhờ vào sự ôxy hóa cũng
chỉ hạn chế được một phần mùi hôi. Điều này có nguyên nhân từ bản chất của sự
sục khí, đó là tăng cường sự tiếp xúc giữa không khí và chất lỏng, để tạo điều kiện
cho không khí hòa tan vào chất lỏng nhờ sự chênh lệch áp suất riêng của không khí
ở trong khí quyển và ở trong chất lỏng đó (theo đònh luật Henry về nồng độ của khí
hòa tan). Do đó, trong khi tạo điều kiện cho không khí khuếch tán vào chất lỏng, sự
sục khí cũng sẽ tạo điều kiện cho các chất khí có mùi hôi, hòa tan trong chất lỏng
đó, khuếch tán vào khí quyển, cũng theo đònh luật Henry. Hàm lượng chất ô nhiễm
hữu cơ cao không phải là đặc trưng riêng chỉ nước thải ngành chế biến cao su mới
có, cho nên nhận đònh trên còn áp dụng cho nhiều loại nước thải khác.


7

Vì thế, ý nghóa khoa học của luận án là xây dựng được một bước cải tiến cơ
bản trong công nghệ XLNT sinh học hiếu khí, đề ra được một cơ sở lý thuyết về sự
khống chế bằng sinh học sự bay hơi của một số chất có mùi hôi trong quá trình xử
lý sinh học hiếu khí, đóng góp vào lý thuyết chuyên ngành công nghệ Nước và
Nước thải.

1.3. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

Đề tài được thực hiện nhằm mục đích xây dựng một công nghệ XLNT mới.
Đối tượng của nó là nước thải ngành chế biến cao su thiên nhiên Việt Nam. Phạm
vi nghiên cứu công nghệ này là xây dựng cơ sở lý thuyết, kiểm nghiệm trong phòng
thí nghiệm và triển khai công nghệ ở quy mô pilot.

1.4. Kết cấu của luận án

Luận án được trình bày thành 5 chương:
-Chương I: Giới thiệu.
-Chương II: Tổng quan về Hiện trạng Công nghệ Xử lý Nước thải
Ngành Chế biến Cao su Việt Nam và Tình hình Nghiên cứu Công nghệ trên Thế
giới.
-Chương III: Nội dung và Phương pháp Nghiên cứu Lý thuyết và Thực
nghiệm.
-Chương IV: Kết quả và Thảo luận.
-Chương V: Kết luận và Kiến nghò.


9

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NGÀNH CHẾ BIẾN CAO SU VIỆT NAM
VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRÊN THẾ GIỚI
2.1. Sơ lược về công nghệ chế biến cao su và nguồn gốc nước thải của nó

2.1.1. Thành phần hóa học của nguyên liệu

Mủ từ cây cao su Hevea brasiliensis là một huyền phù thể keo, chứa khoảng
35% cao su. Cao su này là một hrôcacbon có cấu tạo hóa học là 1,4-cispolyisoprene, có mặt trong mủ cao su dưới dạng các hạt nhỏ được bao phủ bởi một
lớp các phospholipid và protein. Kích thước các hạt này nằm trong khoảng 0,02 m
đến 0,2 m. Nước chiếm khoảng 60% trong mủ cao su, và khoảng 5% còn lại là
những thành phần khác của mủ, gồm có khoảng 0,7% là chất khoáng và khoảng
4,3% là chất hữu cơ.

Bằng phương pháp ly tâm siêu tốc, người ta đã tách được mủ cao su ra thành

4 phần: (1) lớp kem chứa các hạt cao su được gọi là pha cao su, (2) các hạt chứa sắc
tố được gọi là các phức Frey-Wyssling, (3) hai chất dòch được gọi là serum C và
serum B, và (4) phần còn lại dưới đáy ống nghiệm, được gọi là thành phần đáy
(bottom fraction). Sự phân tích các phần kể trên bằng các phương pháp sắc ký và
khối phổ cho đến nay đã làm rõ được thành phần của những chất hữu cơ trong mủ
cao su (Bảng 2.1), được gọi là chất hữu cơ phi cao su (non-rubber organic
substances). Phần lớn các chất này sẽ có mặt trong nước thải.


10

Bảng 2.1. Thành phần chất hữu cơ phi cao su trong mủ
Pha cao su

Các phức

Các serum

Frey-Wyssling

Thành phần đáy

Protein (0,26%)

Caroteinoid

Protein (0,46%)

Protein (0,28%)

Phospholidpid (0,5%)

Plastochromanol

Cyclitoid (0,5%)

Cyclitoid (0,25%)

Glycolipid

Phospholipid

Đường sucrose (0,2%)

Đường sucrose (0,7%)

Sắc tố

Glycolipid

Glutathione (0,01%)

Phospholipid (0,05%)

Sterol ester

Axit amin tự do (0,08%)

Glycolipid

Ester của axit béo

Cysteine (0,01%)

Sắc tố

Sáp thực vật

Các axit hữu cơ khác

Sterol ester

Triglyceride (0,38%)

Các base gốc nitơ (0,04%)

Ester của axit béo

Sterol (0,11%)

Axit ribonucleic

Sáp thực vật

Axit béo tự do (0,07%)

Axit deoxyribonucleic

Triglyceride (0,02%)

Tocotrienol

Mononucleotide

Sterol

Hợp chất phenol (0,06%)

Axit ascorbic (0,02%)

Axit béo tự do (0,05%)

Diglyceride

Tocotrienol

Monoglyceride

Các hợp chất phenol

Rượu

Diglyceride

Axit béo furanoid

Monoglyceride
Rượu
Trigoneline
Ergothioneine

Plantoquinone
Ubiquinone

(Nguồn: Sethuraj và Matthews, 1992 [144])
Chú thích: Các giá trò trong ngoặc đơn biểu thò hàm lượng tính theo trọng lượng mủ
cao su tươi. Các thành phần không kèm theo giá trò trong ngoặc đơn có hàm lượng
không đáng kể.


11

2.1.2. Phương pháp chế biến và nguồn gốc nước thải

Một cách tổng quát, sản phẩm của công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên
có thể được chia làm 2 loại: cao su khô và cao su lỏng. Cao su khô là các sản phẩm
dưới dạng rắn như cao su khối, cao su tờ, cao su crepe, v.v. Cao su lỏng là các sản
phẩm dưới dạng mủ cao su cô đặc để có hàm lượng cao su chừng 60%, do phương
pháp chế biến chủ yếu là phương pháp ly tâm nên cao su lỏng cũng thường được
gọi là mủ ly tâm. Quá trình chế biến mủ ly tâm cũng cho ra một phụ phẩm là mủ
skim, có chứa chừng 5% cao su.

Trong chế biến cao su khối, mủ cao su tiếp nhận tại nhà máy được khuấy
trộn đều trong một bồn chứa, rồi được pha loãng rồi để lắng trong một thời gian.
Mủ cao su đã pha loãng sau đó được chuyển sang các mương và được cho thêm axit
(axit formic hay axit acetic). Dưới tác dụng của axit, mủ cao su đông lại thành khối
tách khỏi phần dung dòch còn lại (gọi là serum). Các khối cao su sau đó được gia
công bằng nhiều loại máy khác nhau để tạo thành các hạt cốm có kích thước chừng
3 –5 mm. Các thiết bò sấy sẽ làm khô các hạt cốm, và sau đó máy nén sẽ nén các
hạt đã khô lại thành khối.

Các sản phẩm cao su khô khác như cao su tờ và cao su crepe cũng trải qua
quá trình chế biến tương tự như trên, ngoại trừ sự tạo hạt. Các thành phẩm tờ và
crepe này có dạng tấm mỏng.


12

Trong chế biến cao su khô, nước thải sinh ra ở các công đoạn khuấy trộn,
làm đông và gia công cơ học. Thải ra từ bồn khuấy trộn là nước rửa bồn và dụng cụ,
nước này chứa một ít mủ cao su. Nước thải từ các mương đông tụ là quan trọng nhất
vì nó chứa phần lớn là serum được tách ra khỏi mủ trong quá trình đông tụ. Nước
thải từ công đoạn gia công cơ cũng có bản chất tương tự nhưng loãng hơn, đây là
nước rửa được phun vào các khối cao su trong quá trình gia công cơ để tiếp tục loại
bỏ serum cũng như các chất bẩn.

Trong sản xuất mủ cao su ly tâm, mủ cao su sau khi khuấy trộn được đưa vào
các nồi ly tâm quay với tốc độ chừng 7000 vòng/phút. Với tốc độ này, lực ly tâm đủ
lớn để tách các hạt cao su ra khỏi serum, dựa vào sự khác biệt về trọng lượng riêng
của chúng. Sau khi mủ cao su được cô đặc đã được tách ra, chất lỏng còn lại là
serum, vẫn còn chứa khoảng 5% cao su, sẽ được làm đông bằng sulphuric axit để
chế biến thành cao su khối với một quy trình tương tự như cao su khối thông thường.
Chế biến mủ ly tâm cũng tạo nên 3 nguồn nước thải: nước rửa máy móc và các bồn
chứa, serum từ mương đông tụ mủ skim, và nước rửa từ các máy gia công cơ. Trong
số này serum của mủ skim là có hàm lượng chất ô nhiễm cao nhất.

Sản xuất một tấn thành phẩm (quy theo trọng lượng khô) cao su khối, cao su
tờ và mủ ly tâm thải ra tương ứng khoảng 30, 25 và 18 m3 nước thải.

2.2. Đặc tính của nước thải ngành chế biến cao su

2.2.1. Thành phần của nước thải ngành chế biến cao su


13

Bảng 2.2. Thành phần hóa học của nước thải ngành chế biến cao su (mg/L)
Chủng loại sản phẩm
Chỉ tiêu

Khối từ mủ tươi

Khối từ mủ

Cao su tờ

Mủ ly tâm

đông
N hữu cơ

20,2

8,1

40,4

139

NH3-N

75,5

40,6

110

426

NO3-N

Vết

Vết

Vết

Vết

NO2-N

KPHĐ

KPHĐ

KPHĐ

KPHĐ

PO4-P

26,6

12,3

38

48

Al

Vết

Vết

Vết

Vết

SO42-

22,1

10,3

24,2

35

Ca

2,7

4,1

4,7

7,1

Cu

Vết

Vết

Vết

3,2

Fe

2,3

2,3

2,6

3,6

K

42,5

48

45

61

Mg

11,7

8,8

15,1

25,9

Mn

Vết

Vết

Vết

Vết

Zn

KPHĐ

KPHĐ

KPHĐ

KPHĐ

(Nguồn: Bộ môn Chế biến, Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam)

Từ Bảng 2.2 có thể rút ra những nhận xét dưới đây về nước thải ngành chế
biến cao su:


14

-Không có khác biệt về số lượng các chất hóa học giữa các loại nước thải từ
các dây chuyền sản xuất các loại sản phẩm khác nhau. Các loại nước thải này khác
nhau chủ yếu về hàm lượng các chất đó.
-Ngoài chất ô nhiễm hữu cơ, nước thải còn chứa N, P và K cùng với một số
khoáng vi lượng, trong đó đáng kể nhất là N ở dạng amôni với hàm lượng trong
khoảng 40-400 mg/L.

2.2.2. Đặc tính ô nhiễm của nước thải ngành chế biến cao su

Bảng 2.3. Đặc tính ô nhiễm của nước thải ngành chế biến cao su (mg/L)

Chủng loại sản phẩm
Chỉ tiêu

Khối từ

Khối từ mủ

Cao su

mủ tươi

đông

tờ

COD

3540

2720

4350

6212

BOD

2020

1594

2514

4010

Tổng Nitơ (TKN)

95

48

150

565

Nitơ amôni (AN)

75

40

110

426

Tổng Chất rắn Lơ lửng (TSS)

114

67

80

122

PH

5.2

5.9

5.1

4.2

(Nguồn: Bộ môn Chế biến, Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam)

Mủ ly tâm


15

Nước thải chế biến cao su có pH trong khoảng 4,2 –5,2 do việc sử dụng axit
để làm đông tụ mủ cao su. Đối với mủ skim đôi khi nước thải có pH thấp hơn nhiều
(đến pH = 1). Đối với cao su khối được chế biến từ nguyên liệu đông tụ tự nhiên thì
nước thải có pH cao hơn (khoảng pH = 6) và tính axit của nó chủ yếu là do các axit
béo bay hơi, kết quả của sự phân hủy sinh học các lipid và phospholipid xảy ra
trong khi tồn trữ nguyên liệu.

Hơn 90% chất rắn trong nước thải cao su là chất rắn bay hơi, chứng tỏ bản
chất hữu cơ của chúng. Phần lớn chất rắn này ở dạng hòa tan, còn ở dạng lơ lửng
chủ yếu chỉ có những hạt cao su còn sót lại.

Hàm lượng nitơ hữu cơ thường không cao lắm và có nguồn gốc từ các protein
trong mủ cao su, trong khi hàm lượng nitơ dạng amôni là rất cao, do việc sử dụng
amôni để chống đông tụ trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ cao
su.

Tóm lại, nước thải chế biến cao su thuộc loại có tính chất gây ô nhiễm nặng.
Những chất gây ô nhiễm mà nó chứa thuộc 2 loại: chất ô nhiễm hữu cơ và chất dinh
dưỡng.

2.3. Tình hình ứng dụng công nghệ xử lý nước thải trong ngành chế biến cao su
Việt Nam
2.3.1. Những công nghệ xử lý nước thải đang được ứng dụng