Đánh giá khả năng xử lý nước thải công nghiệp bằng hệ thống chưng cất chân không (JIAN 3R)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học
Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh và đặc biệt là Khoa Môi trường
và Tài Nguyên đã tạo điều kiện học tập để sinh viên chúng em có cơ hội trau dồi kiến
thức, làm hành trang vững bước cho chúng em trong thời gian ra trường. Chúng em cũng
xin cảm ơn các thầy cô là giáo viên trong khoa, trong trường đã tận tình truyền đạt kiến
thức, chỉ bảo chúng em trong suốt những năm học vừa qua.
Đồng thời lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin thay mặt nhóm gửi lời cảm ơn đến
Thầy Bùi Xuân Thành là giảng viên hướng dẫn cũng là người đã dẫn dắt tụi em trong đề
tài luận văn. Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, gợi ý đề tài và giúp đỡ chúng em cả về kiến
thức lẫn thiết bị để thực hiện tốt nhất đề tài luận văn của chúng em. Đồng thời chúng em
xin cảm ơn anh chị nghiên cứu viên trong nhóm của thầy Thành đã tận tình giúp đỡ cũng
như chỉ bảo tụi em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Trong quá trình làm luận văn, vì chưa có kinh nghiệm thực tế và kĩ năng chuyên
môn cao nên không tránh khỏi những sai sót. Em kính mong nhận được sự góp ý, nhận
xét từ Quý Thầy Cô để em có thể rút ra kinh nghiệm và kiến thức áp dụng một cách hiệu
quả trong tương lai.
Sau cùng, chúng em xin kính chúc Quý Thầy cô nhiều sức khỏe, luôn thành công
trong công việc.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Tăng Thâu
Huỳnh Lê Ngọc Tuấn

Page 1


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
TÓM TẮT

Ngày nay có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải công nghiệp nhưng để xử lý
được những nước thải có nồng độ cao còn gặp rất nhiều hạn chế về khả năng và cách xử
lý, năng lượng tiêu thụ và chi phí đầu tư. Là một phần công nghệ chưng cất nhưng công
nghệ chưng cất chân không sẽ tiết kiệm năng lượng và có khả năng xử lý tốt hơn so với
công nghệ chưng cất thông thường hiện nay. Nguyên cứu này nhằm đánh giá khả năng
thu hồi nước, hiệu quả xử lý và năng lượng tiêu thụ của hệ thống chưng cất chân không
JIAN – 3R. Mô hình nghiên cứu với lưu lượng 20-25 L/ngày, hệ thống hoạt động dưới áp
suất chân không là -81kPa, nhiệt độ chưng cất 55°C và mẫu có pH > 5. Kết quả thực hiện
khả năng thu hồi nước 93.63% và trung bình cứ 2 phút thu hồi được 0.67 kg nước. Khả
năng xử lý COD, TP, TN, NH4, dầu mỡ và kim loại lần lượt đạt 87.95%, 98.71%,
93.92%, 83.78%, 99.7% và 99,98%. Khả năng tiêu hao năng lượng và lượng nước sử
dụng lần lượt là 1591kWh/ tấn và 14.71m3/tấn. Ngoài ra, nghiên cứu này còn cho thấy
chất dễ bay hơi ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ chưng chất chân không.

Nguyễn Tăng Thâu
Huỳnh Lê Ngọc Tuấn

Page 2


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC

Nguyễn Tăng Thâu
Huỳnh Lê Ngọc Tuấn

Page 3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
COD

Nhu cầu ôxy hóa học

TN

Tổng nitơ

TP

Tổng photpho

NH4

Amonia

KCN

Khu công nghiệp

KCNC

Khu công nghiệp cao

CCN

Cụm công nghiệp

XLNTTT

Xử lý nước thải tập trung

Nguyễn Tăng Thâu
Huỳnh Lê Ngọc Tuấn

Page 4


DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1.

Đặt vấn đề

Theo Sabrina Gravel và cộng sự, (2019) đã nêu ra ngành tái chế điện tử không nhất
thiết là nền công nghiệp xanh (Bakhiyi và cộng sự., 2018 ; Cheneval và cộng sự., 2016 ;
Schulte và cộng sự., 2010 ). Nhiều chất độc hại tiềm tàng được tìm thấy trong chất thải
điện tử, chẳng hạn như kim loại nặng và các nguyên tố khác, silica tinh thể, chất hóa
dẻo và chất chống cháy (FRs) (Ceballos et al., 2014 ). Chất thải có nguồn gốc từ thiết bị
điện và điện tử (nghĩa là chất thải điện tử) gây ra các vấn đề nghiêm trọng cho môi
trường địa lý. Sự không đồng nhất và phức tạp của chất thải điện tử, có chứa chất độc hại
và độc hại, rất khó phân hủy và được phân loại là vật liệu nguy hiểm
Theo nghiên cứu của Sana Khan và cộng sự, (2013) đã chỉ ra ngành công nghiệp dệt
may đã sử dụng nhiều hóa chất trong nước thải dệt nhuộm thì thuốc nhuộm gây ra các

vấn đề ô nhiễm do trong nước thải có chứa Hydrosulfide là chất ngăn chặn sự đi qua của
ánh sáng qua cơ nước, giảm oxi từ đó gây bất lợi cho hệ sinh thái nước. Khoảng 40%
chất màu được sử dụng có chứa clo hữu cơ, một chất gây ung thư. Kim loại nặng hiện
diện trong nước thải công nghiệp dệt may không bị phân hủy sinh học, do đó tích lũy
trong cơ thể dẫn đến các triệu chứng bệnh khác nhau.
Nước có nồng độ chất ô nhiễm cao gây nguy hại đến môi trường ngày càng gia tăng
do xự phát thải của khu công nghiệp ngày càng nhiều. Điều đó dẫn đến sự thiếu hụt
nguồn nước cho các hoạt động xã hôi, sản xuất từ đó nguồn tài nguyên nước ngày càng
khan hiếm và thiếu hụt. Nhiều loại nước thải khó xử lý bằng các phương pháp khác như
nước thải thuộc da chứa nhiều nồng độ Crom (Cr3+ = 5000 mg/l và nhiều muối vô cơ
khác), nước thải xi mạ (Ni = 85 mg/l, Cr = 100 mg/l,Cu = 200 mg/l) và nhiều loại nước
thải ô nhiễm khác nhưng mà vẫn chưa có công nghệ để xử lý một cách triệt để các chất ô
nhiễm nặng trên. Ở nhiều quốc gia đang phát triển, hơn 70% chất thải công nghiệp chưa
qua xử lý được xả vào nguồn nước và gây ô nhiễm nguồn nước cấp (WWAP, 2009).
Nước thải công nghiệp có thể chứa một loạt các chất gây ô nhiễm. Một số nguồn lớn nhất
của chất thải công nghiệp độc hại bao gồm khai thác mỏ, nhà máy bột giấy, thuộc da, các
nhà máy đường và sản xuất dược phẩm.


Do đó đề tài nghiên cứu “ Đánh giá khả năng xử lý nước thải công nghiệp bằng hệ
thống chưng cất chân không (JIAN - 3R) ” được đề xuất nhằm đáp ứng những vấn đề
được đặt ra là vừa xử lý các loại chất thải nồng độ cao do nhà máy phát sinh trong quá
trình hoạt động mà khó xử lý bằng phương pháp khác hiện nay, vừa thu hồi nguồn tài
nghiên nước từ chất thải công nghiệp nhờ vậy có thể tái sử dụng nguồn nước xả thải cũng
như đồng thời tiếp kiệm được kinh phí trong quá trình xử lý.
Mục tiêu nghiên cứu

1.2.

Các mục tiêu đề ra của đề tài bao gồm:

-

1.3.

Đánh giá khả năng xử lý nước thải công nghiệp nồng độ cao theo phương pháp
chưng cất chân không của hệ thống JIAN – 3R.
Đánh giá khả năng thu hồi nước từ nước thải công nghiệp của hệ thống JIAN –
3R.
Đánh giá hiệu quả sử dụng nước và năng lượng trong quá trình xử lý từ đó đưa
ra kết luận về kinh tế khi áp dụng trong thực tế
Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành trên mô hình pilot của hệ thống JIAN – 3R được đặt tại
khuôn viên nhà thi đấu của trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Dĩ An,
Bình Dương. Hệ thống xử lý 31 mẫu chất thải công nghiệp thuộc nhiều lĩnh vực trong
cuộc sống đã được nhóm thử nghiệm như mẫu nước thải thủy sản có nồng độ COD =
194500 mg/l; mẫu nước thải Niken có nồng độ TP = 60000 mg/l, TN = 11000 mg/l, Ni =
4800 mg/l và các loại nước thải có nồng độ chất ô nhiễm cao khác. Các mẫu này được lấy
từ các khu chế xuất, nhà máy xử lý nước thải, công ty sản xuất cũng như nhà máy xử lý
nước tập trung khu công nghiệp tại các tỉnh thành của Việt Nam.
Nước thải đậm đặc như nước thải thuộc da, rỉ rác, xi mạ, thủy sản, dầu nhớt, mỡ của
nhà máy, khu công nghiệp, khu chế xuất được xử lý. Nước thu hồi sau hệ thống được
phân tích và đánh giá chất lượng dựa trên các thông số phân tích bao gồm: pH, COD,
TSS, NH4+, NO2-, NO3-, TP, TN, độ ẩm.


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.

Tổng quan về nước thải công nghiệp.

2.1.1. Định nghĩa nước thải ngành công nghiệp.

Nước thải công nghiệp là nước thải từ các quy trình công nghệ, bao gồm nước thải
từ các quy trình công nghệ, từ các thiết bị vận hành sản xuất, nước chảy tràn bề mặt từ
các quy trình công nghệ và khu tập kết nguyên vật liệu và các hoạt động phụ bao gồm
như nước thải từ khu vực vệ sinh thiết bị và dung cụ, phòng thí nghiệm và xưởng bảo
dưỡng. Một số ngành công nghiệp phát thải nồng độ COD trong nước thải tới hàng ngàn
hoặc thậm chí chục ngàn, trong khi nước thải đô thị nói chung chỉ hơn vài trăm. Khả
năng phân hủy sinh học nước thải công nghiệp khó hơn hẳn so với nước thải đô thị. Kim
loại nặng và nồng độ độc hại thường có số lượng lớn hơn nước thải đô thị, điều này đã
làm tăng sự khó khăn trong việc xử lý nước thải công nghiệp. Một số chất ô nhiễm trong
nước thải công nghiệp có thể gây ra bởi nhiều lý do khác nhau. Các chất ô nhiễm có thể
là nguyên liệu thô cho quá trình sản xuất hoặc tạp chất trong nguyên liệu thô của quá
trình sản xuất. Sau đó, quy trình sản xuất các sản phẩm phụ và tiền xử lý hoặc xử lý
nước. Các chất gây hại chính trong nước thải công nghiệp, phần vùng theo các nhóm của
nó, Bảng 2.1. (Wang và Ren 2004)
Bảng 2. 1: Các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải công nghiệp
No.
1

Chất gây hại
Acid

2

Kiềm

3

Hg và các hợp chất của nó

4

Cd và các hợp chất của nó

5

Cr và các hợp chất của nó

6

As và các hợp chất của nó

Nguồn gốc chính nước thải
Hóa chất, khai thác, thép, luyện kim màu,
máy móc, công nghiệp mạ điện
Chất hóa học, xút, giấy, in ấn và
nhuộm, da, công nghiệp mạ điện và nhà
máy lọc dầu, … vv
Clo-kiềm, chất nổ, thuốc trừ sâu, hóa
chất, dụng cụ, mạ điện, tinh chế thủy ngân, …
vv
Khai thác kim loại, luyện kim, mạ điện,
hóa chất, gia công kim loại, pin, … vv
Khai thác, luyện kim, mạ điện, hóa chất,
kim loại
gia công, pin, chuyên ngành thủy tinh, …
v.v.
Chế biến quặng, dược phẩm, luyện kim,
hóa chất, sơn, thuốc trừ sâu, phân bón và công

7

Phonel

8

CN

9

Pb và các hợp chất của nó

10

Dầu

11

S

12

Clo tự do

13
14

Organic phosphorus, organic

Chlorine
Polychlorinated biphenyls (PCBs)

15

Chất phóng xạ

nghiệp khác
Than cốc, khí than, lọc dầu, nhựa tổng
hợp, hóa chất, thuốc nhuộm, dược phẩm và các
ngành công nghiệp khác
Than cốc, khí than, mạ điện, làm sạch
kim loại, tổng hợp acrylic, acrylonitril, công
nghiệp tinh chế và ngành công nghiệp vàng, …
vv
Luyện kim, hóa chất, thuốc trừ sâu, nổ
xăng, sơn chì, công nghiệp men
Lọc dầu, máy móc, chế biến thực phẩm,
dầu, chế biến khí thiên nhiên.
Hóa chất, da, gas, luyện cốc, nhuộm, lọc
dầu, công nghiệp chế biến dầu khí, vv
Sản xuất giấy, tẩy trắng dệt, công nghiệp
hóa chất, …vv
Thuốc trừ sâu, công nghiệp hóa chất, …
vv
Điện, nhựa, chất bôi trơn và công nghiệp
khác
Công nghiệp hạt nhân, phòng thí nghiệm
đồng vị phóng xạ, bệnh viện và sản xuất vũ khí
khác

Nhiều loại chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp và nồng độ biến động lớn do
nhiều loại sản phẩm công nghiệp và quy trình sản xuất khác nhau. Các chất ô nhiễm khác
nhau có bản chất khác nhau và nồng độ cũng khác nhau. Các chất ô nhiễm rất độc hại và
nguy hiểm. Nước thải bị ô nhiễm bởi axit và kiềm gây khó chịu, ăn mòn và các hợp chất
hữu cơ chứa oxy như andehit, axeton, ete là chất khử và nó có thể tiêu thụ oxy hòa tan
trong nước. Nước thải công nghiệp chứa nhiều nito, photpho, kali và các chất dinh dưỡng
khác và có thể thúc đẩy cho sự phát triển của tao tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan trong
nước dẫn đến ô nhiễm nước. Chất lơ lửng trong nước thải công nghiệp cao lên tới 3000
mg/L gấp 10 gần so với nước thải đô thị và nồng độ biến động lớn do nhiều loại sản
phẩm công nghiệp và quá trình sản xuất khác nhau. (Shui, 2012).

Bảng 2. 2: Đặc điểm ô nhiễm một số nước thải công nghiệp điển hình
Ngành
công nghiệp

pH

TS
S
(mg
/L)

COD
(mg/L)

TN
(mg
/L)

TP
(m
g/L)

Nguồn


Bia

5.7
±0.5

Sữa

950
±450

6.4
±0.5

Thủy

11,100±
2700

335

898±400

±219

6-7

sản cá

200

dầu
-4
Thuộc

Chen, 2016

13

Tocchi,2013

-

Najafpour,2006

±14
410

±89
185

35369

-

0

14
3

700

13381

295

0

3.9

oliu

26±

9000

26
±19

17

0

Đồ ăn,
3.5

nước uống
±9.7
Chế
4.9
biến thịt
-8.1

180
±100

17.
3

936

17700

365

75

104

3640

257

16

100

-23,300

40000

600

36

24,

31,300

-

-

450

10,000

112

<1

53

4.8

-1010
7.6

da

RodriguezChueca,2016
Jensen,2015
FerrerPolonio,2014
Jayakaran,2014

0

Giấy và
bột giấy

3.9
-8.2

Dệt
nhuộm

-

Pokhrel
Viraraghvan,
2004

and

Sharma,2007

500

Than

-

cốc

0

Nhà
máy đường

-

0
350

10,000

Maranon,2008,
Zhao,2009
Guven,2009

2.1.2. Phân loại nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp được phân loại theo các ngành nghề công nghiệp phát sinh
ra loại nước thải đó, nước thải có thể phân loại theo các chất ô nhiễm trong nước theo các
quá trình như sau bảng sau.
Bảng 2. 3: Phân loại nước thải công nghiệp theo phương pháp xử lý (Shui, 2012)
STT

1

Chất ô nhiễm
Dầu mỡ và chất rắn lơ lửng: cát, các oxit và
hydroyt kim loại, sợ, mũ cao su.

2

Các chất hữu cơ hòa tan hay ở dạng nhũ. Ví
dụ thuộc nhuộm, hoạt động bề mặt trong chất giặt,
phenol và dẫn xuất, các hợp chất khác có chứa
nhóm chức dạng nitrat, nitrit và clorua.
Các ion kim loại.

3
4

CN, Cr, S2.

Phương pháp xử lý
Cơ học có thể kết hợp
hoặc không kết tủa với phương
pháp kết tủa tạo bông ( lọc, lắng,
tuyển nổi).
Phương pháp hấp phụ.

Phương pháp kết tủa bằng
cách thay đổi pH và sử dụng kết
tủa bằng muối sunphit.
Xử lý bằng phương pháp

5
6

Muối axit và bazo mạnh, chất hữu cơ ion hóa
( trao đổi ion) và không ion hóa ( thẩm thấu ngược).
Đường, phenol, và một số chất hữu cơ dễ
phân hủy khác.

hóa học: oxy hóa khử
Xử lý bằng trao đổi ion
hoặc thẩm thấu ngược.
Các phương pháp sinh
học: hiệu khí, yếu khí tự nhiên.

Một số loại nước thải công nghiệp thường gặp khó khăn trong quá trình xử lý như
nước thải cà phê, bia, đường, cao su, xi mạ, sản xuất giấy…
2.1.3. Tình hình ô nhiễm nước thải nồng độ cao của khu công nghiệp ảnh

hưởng đến môi trường.
Các hợp chất hữu cơ và các kim loại nặng phát sinh từ các quá trình công nghiệp
hiện đại, nếu thải ra ngoài môi trường, có thể gây tác động đến sức khoẻ con người và các
thảm hoạ môi trường. Ngành công nghiệp phải có trách nhiệm đảm bảo nước thải được
xả ra nằm trong tiêu chuẩn cho phép và chấp nhận chi phí cho việc xử lý nước thải đạt
tiêu chuẩn.
Báo cáo “Tổng cục Môi trường”, tính đến tháng 7/2018, cả nước có 228/283 khu
công nghiệp ( KCN) đang hoạt động có các hệ thống XLNTTT của các KCN xử lý
khoảng 71% lượng nước thải phát sinh. Trong số này, đã có 121 KCN đầu tư lắp đặt thiết
bị quan trắc nước thải tự động, liên tục đạt tỷ lệ trên 42%. Cả nước hiện có 587/1143

CCN được quy hoạch đã đi vào hoạt động, trong đó có 55 CCN có hệ thống xử lý nước
thải tập trung chiếm 9,7%.
Sở TN & MT Hà Nội, 2016 Tính đến tháng 6/2016, Hà Nội có 10/10 KCN, 13/43
CCN đang hoạt động có Trạm XLNT đã vận hành, 8/43 CCN đang đầu tư xây dưng trạm
XLNT và 5/43 CCN đang chuẩn bị đầu tư xây dưng trạm XLNT. Tổng công suất thiết kế
của các Trạm XLNT đang hoạt động đạt 30.550 m3.ngày.đêm, tuy nhiên công xuất xử lý
thực tế trung bình chỉ khoảng 65%.
Nhược điểm:
XLNT ở nhiều nơi tốn hóa chất, không tối ưu. Việc sử dụng hóa chất không đúng
liều lượng làm các hoạt động xử lý không những không xử lý mà còn gây nên rủi ro càng
cao khi các nhà máy bất ngờ xả các chất độc hại hay một lượng lớn chất bẩn vào hệ thống
thoát nước mà không xử lý sơ bộ.
Ở nhiều nơi, chủ đầu tư và đơn vị quản lý vận hành các trạm XLNT tìm cách giảm
tối đa chi phí vận hành như giảm chi phí năng lượng, hóa chất vận hành, giảm số mẫu


phân tích, tránh vận hành bơm và máy thổi khí vào các giờ cao điểm, không bổ sung hóa
chất (N, P, polymers, Clo…) như quy trình yêu cầu.
Bảng 2. 4: Một số công nghệ xử lý nước thải được nghiên cứu và phát triển nhằm xử lý các
chất ô nhiễm.
Công nghệ
Oxy hóa không
khí ướt xúc tác.

Mẫu nước thải
Nước thải nhũ
hóa
Nước thải TNT
Nước thải hóa
học.

Keo tụ điện hóa

Nước thải xi mạ

Plasma

Nước thải dầu ô
liu

2.2.

Hiệu quả
Loại bỏ 86,4%
CODCr tại 220°C và 86%
CODCr tại 220°, 1.2 MPa
O2

Nguồn
Mingming Luan
và cộng sự , 2012

Hiệu quả xử lý
99,9% đối với tất cả
kim loại tại mật độ
dòng điện = 9,4
mA/cm2, t = 30 phút ở
pH = 5
Nồng độ COD
của dầu ô liu giảm

94.42%.

Hiền và cộng sư,
2016

Ibrahimoglu
Yilmazoglu, 2018

và

Tái sử dụng nước thải công nghiệp
2.2.1 Trên thế giới

Tái sử dụng nước trong sản xuất công nghiệp bắt đầu tại Mỹ vào những năm 1940:
nước thải sau xử lý được khử trùng và sử dụng trong dây chuyền sản xuất thép. Tại Thủy
Điển, từ năm 1930 đến năm 1970, tổng lưu lượng tái sử dụng nước tăng từ 5-6 lần. Ở
Isreal, nước thải công nghiệp được thu gom vào các hệ thống xử lý nước thải, hơn 80%
lượng nước thải của các hộ gia đình được tái sử dụng, đạt tới 400 triệu m 3 nước/năm;
khoảng ½ lượng nước dùng để tưới tiêu là nước thải đã qua tái sử dụng.

Tại Nhật Bản, do hạn chế về nước nên ứng dụng tái sử dụng nước từ rất sớm,
nhờ vậy, năm 1995 đã có 89,6% dân số tại các thành phố lớn hơn 50.000 dân được sử
dụng nước sạch. Ở Singapore, năm 2003 đã xử lý và cung cấp nguồn nước tái sử dụng
với chất lượng khá cao (đáp ứng tiêu chuẩn sử dụng cho ăn uống), cấp trực tiếp cho
ngành công nghiệp, các trung tâm thương mại và tòa nhà. Trung Quốc đã đạt được tỉ lệ
56 % tái sử dụng nước trên tổng số 82 thành phố lớn ( 1989) và tỷ lệ tái sử dụng cao nhất
đạt 93%.

Hình 2. 1: Tình hình tái sử dụng nước toàn cầu ( EPA,2012)

Hình 2. 2: Tỷ lệ hướng nghiên cứu về xử lý nước thải công nghiệp theo chỉ số phân loại
sáng chế quốc tế IPC (Thomson Innovation)
2.2.2 Ở Việt Nam

Về phía các nhà khoa học Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu về tái sử dụng nước
thải và đạt được một số kết quả đáng khích lệ: tác giả Trà Văn Tùng và cộng sự (2011) đã
thực hiện đề tài nghiên cứu trên quy mô pilot, về ứng dụng màng lọc (MBR) và hệ thống
bùn hoạt tính, kết hợp siêu lọc để tái sử dụng nước thải công nghiệp trên địa bàn TP.
HCM. Kết quả cho thấy, hiệu suất loại COD của mô hình MBR và bùn hoạt tính kết hợp
siêu lọc lần lượt là 85,33% và 84,05%. Nguyễn Xuân Hoàn và cộng sự (2012) đã tiến
hành nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ lọc màng nano, cho thấy
hiệu suất loại bỏ màu và muối lần lượt là 93% và 60%.


2.3.

Xử lý nước thải bằng phương pháp chưng cất.

Chưng cất là quá trình dựa trên nhiệt độ sôi khác nhau của các chất lỏng tham gia
nhằm tách các chất lỏng có áp suất hơi khác nhau tại cùng một nhiệt độ. Nếu đưa năng
lượng vào hệ thống, vì có áp suất hơi khác nhau nên chất có áp suất hơi cao hơn (nhiệt độ
sôi thấp hơn) bốc hơi nhiều hơn các chất khác. Vì thế mà nồng độ của chất có nhiệt độ sôi
thấp hơn trong phần cất cao hơn là ở trong hỗn hợp ban đầu.
Bảng 2. 5: Tóm tắt các phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp chưng cất chân
không (R. Saidur và cộng sự, 2011).
Phương pháp
Chưng
cất
một giai đoạn.

Nguyên lý
Làm nóng bằng cách cho hơi
nước đi qua bổ trao đổi nhiệt cho đến
khi đạt nhiệt độ sôi. Hơi nước sẽ trao
đổi nhiệt qua ống và ngưng tụ lại

Chưng cất đa
hiệu ứng.

Hơi nước được đun sôi tại thiết
bị đầu tiên rồi từng tự qua các thiết bị
tiếp theo. Đến thiết bị cuối thì nước
bay hơi được ngưng tụ lại
Chưng cất đa hiệu ứng là quá
trình đun nóng và đun sôi xảy ra trong
cùng một bình. Nước được làm nóng
bên ngoài buồng sôi, nơi nó được tạo
ra để bay hơi bằng cách giảm áp suất.
Nước được làm nóng trước
trong một bộ trao đổi nhiệt ngang
bằng. Sau đó, nước bên trong các ống
của thiết bị sẽ bay hơi và thu hồi bởi
một máy nén cơ bên ngoài.

Chưng
cất
nhiều giai đoạn.

Chưng cất nén

hơi.

2.4.

Ứng dụng
Các ngành công nghiệp này
là chế biến khí tự nhiên , sản xuất hóa
dầu , chế biến nhựa than , sản xuất
rượu , tách khí
hóa
lỏng , sản
xuất dung môi hydrocarbon.
Thường được sử dụng để khử
mặn nước biển.
Phương pháp này thường áp
dụng để tách các chất thành phần của
tinh dầu.
Chưng cất hơi nước được sử
dụng trong việc cô lập các loại tinh
dầu, sử dụng rộng rãi trong các nhà
máy lọc dầu và nhà máy hóa dầu.

Chưng cất chân không.
2.1.1. Khái niệm và nguyên lý.

Chưng cất chân không là phương pháp chưng cất tương tự như chưng cất thông
thường khác ngoại trừ nó hoạt động ở áp suất rất thấp. Phương pháp chưng cất này cho
phép hỗn hợp sôi ở nhiệt độ thấp hơn và do đó trách bị biến động bởi nhiệt. Nguyên lý
làm việc của quá trình chưng cất chân không là quá trình diễn ra dưới áp suất khí quyển
và trong chân không được gọi là chưng cất chân không. Áp suất thấp cho phép hóa hơi ở

nhiệt độ thấp ví dụ ở nhiệt độ 1atm, nhiệt độ sôi của nước là 212˚F (100˚C) trong khi đó
ở chân không 27 Hg, nó sôi ở nhiệt độ 135˚F (57˚C). Do đó, quá trình chưng cất chân
không không ảnh hưởng đến sự phân hủy nhiệt, phân hủy chất lỏng, chất phụ gia của nó


mà hơn thế nữa, việc làm nóng và làm mát đều cần ít năng lượng hơn và giúp nó tiết
kiệm năng lượng. (King và cộng sự, 1980).
Bảng 2. 6: Điểm khác nhau giữa chưng cất và chưng cất chân không
Chưng cất
Định nghĩa
Chưng cất là một kỹ thuật được sử dụng
để tách các thành phần khác nhâu được thực
hiện dưới áp suất khí quyển
Áp lực
Chưng cất sử dụng áp suất gần giống áp
suất khí quyển ( khoảng 1,2 – 1,5 atm)
Học thuyết
Chưng cất được sử dụng để tách phần sôi
thấp của hỗn hợp
Phân số
Chưng cất tách phần nhẹ của hỗn hợp

Chưng cất chân không
Chưng cất chân không là một kỹ thuật được sử
dụng để tách các thành phần hỗn hợp ở áp suất giảm.
Chưng cất chân không sử dụng điều kiện áp suất
rất thấp
Chưng cất chân không cho phép tách các thành
phần dễ dàng bằng cách hạ thấp điểm sôi
Chưng cất chân không tách phần nặng của hỗn

hợp

Sự giảm của các thành phần chính
Chưng cất không ảnh hưởng đến sự giảm
xuống của các thành phần

Chưng cất chân không cho phép các thành phần
được tách ra mà không bị phân hủy bởi nhiệt ( vì môt số
thành phần bị phân hủy ở nhiệt độ )

2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất chân không

Ảnh hưởng của pH đến quá trình chưng cất chân không
Theo nghiên cứu của Long Yan và các cộng sự, (2014) thì ảnh hưởng của các giá trị
pH đến chất lượng nước ngưng tụ được nghiên cứu trong quá trinh chưng cất chân không
ở p = -0.085 Mpa và thời gian hoạt động là 50 phút. Theo kết quả cho thấy việc loại nỏ
COD và TDS đều tăng đáng kể khi tăng giá trị pH. Khi pH ban đầu = 11, cả 2 tăng nhẹ và
có xu hướng ổn định sau đó.
Ảnh hưởng của áp suất đến quá trình chưng cất chân không
Theo nghiên cứu của Wei.M và các cộng sự, (2010) thì trong nước thải nhà máy
sản xuất than cốc giá trị COD = 7045mg/L và NH3-N = 408mg/L cho lần lượt qua hệ
thống chưng cất chân không ở áp suất -90Kpa, -85Kpa, -75Kpa, -63Kpa thí nghiệm cho
thấy các giá trị COD và NH3-N đều tăng giảm khác nhau ở áp suất từ -90Kpa đến –
63Kpa và giá trị EC giảm rất đáng kể so với giá trị ban đầu 17110μS/cm riêng CN hoàn
toàn không phát hiện trong mọi điều kiện.


Sau đó cố định áp suất – 85Kpa cho qua thiết bị ngưng tụ ở 30 phút và 180 phút cho
thấy chưng cất chân không loại bỏ chất ô nhiễm hưu cơ khí kéo dài thời gian chưng cất
giá trị NH3-N < 25mg/L đáp ưng tiêu chuẩn xã thải ở Trung Quốc.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chưng cất chân không
Cũng theo nghiên cứu của Wei.M và các cộng sự, (2010) thì vẫn tiếp tục đối với thí
nghiệm mục nghiên cứu tiếp theo về hiệu suất xử lý quá trình chưng cất chân không ở áp
suất -85Kpa và ∆T ở lần lượt 7, 9 , 11 , 13°C thu được giá trị COD giảm dầm từ 7 -13°C
nhưng giảm đáng kể ở ∆T lần lượt 11,13°C, việc loại bỏ COD tối ưu ở nhiệt ở p =
-85Kpa và nhiệt độ ∆T = 11°C có giá trị 980mg/L.
2.1.3. Hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm của một số loại nước thải bằng công

nghệ chưng cất chân không.
Bảng 2. 7: Hiệu quả loại bỏ các loại nước thải bằng công nghệ chưng cất chân không
Điều kiện

Mẫu nước thải

Hiệu quả

Nguồn

tham

khảo
-95kPa và chất
xúc tác NaOH
0.02mPa
-85Kpa và chất
xúc tác NaOH
93±1kPa
và
nhiệt độ chưng cất
43±2°C và có xúc tác

NaOH
-85Kpa và nhiệt
độ chưng cất 55°C

Nước thải nhà
máy lọc dầu
Nước thải công
nghiệp sản xuất sắt thép
Nước thải nhà
máy lọc dầu
Nước thải nhà
máy giấy
Nước thải nhà
máy than cốc

Loại bỏ COD
99%
Loại bỏ COD >
80 %
Loại bỏ COD >
99%
Loại bỏ COD
99,66%
Loại bỏ COD
99,7% và loại bỏ NH3
gần 100%

Yan và các cộng
sự, 2010
Qiang và các

cộng sự, 2010
Yan và các cộng
sự, 2014
Li và các cộng
sự, 2010
Mao và
cộng sự 2010

các

Ưu và nhược điểm của công nghệ chưng cất chân không.
Bảng 2. 8: Bảng so sánh ưu và nhược điểm của công nghệ chưng cất chân không
Ưu điểm của công nghệ chưng cất chân

Nhược điểm của công nghệ chưng cất


không
Xử lý các loại chất thải có nồng độ ô nhiễm
cao. Giảm lượng chất cô đặc do đó giảm chi phí
xử lý đến mức thấp nhất.

chân không
Không thể loại bỏ mọi chất thải vì các chất
có điểm sôi rất thấp, dễ cháy nổ, chi phí xử lý
cao,dễ bị ảnh hưởng môi trường

Nhận xét
Có rất nhiều công nghệ chưng cất khác nhau với nhiều thiết bị nhằm đáp ứng cho
việc phục vụ các mục đích khác nhau trong công nghiệp. Tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn

chế trong quá trình sử dụng như nhông tương thích với các nguồn nhiệt ở nhiệt độ cao
hơn do các vấn đề mở rộng trong quá trình bay hơi, khó giảm quy mô xuống kích thước
nhỏ do độ phức tạp và số lượng lớn các bộ phận cần thiết, chi phí sử dụng, tính kinh tế
vẫn còn hạn chế. Chính vì vậy mà hệ thống xử lý JIAN – 3R với các thiết bị đơn giản
nhằm giúp các hoạt động xử lý một cách hiệu quả, tiếp kiệm kinh tế đồng thời khắc phục
hạn chế của các công nghệ khác.


Vận hành đánh giá

Khả năng thu hồi nước từ nước thải công nghiệp
Nội dung
Khả năng xử lý nước thải công nghiệp nồng độ cao của hệ thống
Hiệu quả sử dụng  nước và năng lượng từ đó kếtnghiên
luận kinh
tế và áp dụng trong thực tế
cứu
Nước thu hồi

JIAN – 3R
Chất thải cô đặc

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Nội dung nghiên cứu

3.2. Mô hình nghiên cứu.
3.2.1. Mô hình nghiên cứu.

Hình 3. 1: Nội dung nghiên cứu

Nước t
đ


Hệ thống JIAN – 3R được phát triển công nghệ và lắp ráp bởi công ty
Kyowakiden (Nhật Bản). Là công ty thiết kế, sản xuất, lắp đặt, bảo trì các hệ thống điện,
hệ thống thông tun, máy móc, kỹ thuật liên quan đến hệ thống xử lý môi trường.
Hệ thống JIAN – 3R là một thiết bị để tách chất lỏng rắn trong khi cô đặc nước
thải trong môi trường chân không; thiết bị áp dụng nguyên lý chưng cất, khử nước, cô
đặc hoặc làm khô và hóa rắn nhầm làm nước được tách và thu hồi được thành một thành
phần nước đã được xử lý các chất ô nhiễm khác nhau. Do đó, tải trọng giảm và nó có thể
được xử lý dễ dàng ngay cả khi nó chảy đến cơ sở xử lý nước thải hiện có. Ngoài ra các
chất thải công nghiệp hòa tan trong nước được thu gom và nước được thu hồi và tái sử
dụng từ đó giảm khối lượng và giảm chi phí chất thải công nghiệp bằng cách lấy dư
lượng chưng cất của
Chữ 3R trong hệ thống JIAN – 3R là viết tắt của 3 chữ Recycle, Reuse và Reduce,
công nghệ được phát triển nhằm thu hồi các vật có giá trị từ chất thải đồng thời sử dụng
hiệu quả các nguồn lực hạn chế, thu hồi nước từ nước thải và tái sử dụng nước sau thu
hồi cũng như giảm chi phí xử lý chất thải công nghiệp thông qua việc giảm khối lượng
chất thải.
Hệ thống JIAN – 3R pilot thử nghiệm có kích thước: Chiều dài x chiều rộng x
chiều cao là 1205m x 150m x 1849m. Khối lượng của máy là 930 kg với công suất mà
máy thực hiện là 20 – 25 L nước thải / giờ. Đồng thời hệ thống còn có nhiều loại hệ thống
với công suất khác nhau nhằm đáp ứng với thực tế thị trường sử dụng.

3.2.2. Sơ đồ công nghệ.


Hình 3. 2: Sơ đồ công nghệ hệ thống JIAN – 3R xử lý chất thải bằng phương pháp chưng
cất.

Nước thải nồng độ cao trước khi cho vào hệ thống cần thỏa mãn các điều kiện
mà hệ thống JIAN – 3R cho phép xử lý. Hơi nóng từ lò hơi đi qua một van giảm áp để
giảm nhiệt độ và áp suất trước khi đi vào máy. Máy có một lớp vỏ bọc giảm nhiệt
được bọc xung quanh khoang chính, hơi nóng được đưa vào bên trong sẽ làm nóng
khoang chính lên tới nhiệt độ 50oC – 60oC và trong khoang máy sẽ được đưa về áp
suất chân không (-81 kPa) nhờ bơm chân không. Từ đó nước trong chất thải sẽ được
cung cấp nhiệt và bốc hơi bay lên qua một khoang gồm các lớp bông lọc nhằm ngăn
các chất cặn bẩn nhỏ bị lôi cuốn cùng hơi nước, sau đó hơi nước sẽ được giải nhiệt,
ngưng tụ và thu hồi tại bình ngưng tụ, đồng thời phần cặn rắn cô đặc lại sẽ được lấy ra
qua cổng xả của buồng chưng cất.


3.2.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống JIAN – 3R:

Điều kiện vận hành của mô hình thí nghiệm.
Áp suất lò hơi cung cấp.
Đảm bảo áp suất lò hơi Phơi có áp suất từ 4 – 6 Bar nhằm đảm bảo đủ áp suất hơi
để cung cấp cho quá trình chưng cất trong buồng máy chính của hệ thống.
Ưu điểm của hệ thống JIAN – 3R.
Hệ thống JIAN – 3R này không phát ra khí độc, mùi cũng như tiếng ồn trong quá
trình vận hành bởi vì hệ thống làm việc trong môi trường khép kín. Từ đó không gây ảnh
hưởng đến xung quanh trong quá trình vận hành, có khả năng làm giảm đáng kể khối
lượng chất thải công nghiệp sau quá trình xử lý, khả năng loại bỏ chất ô nhiễm tốt nhờ
vậy mà hệ thống thực hiện xử lý với chi phí thấp.
Máy có thể hoạt động tự động với 2 chế độ "Hoạt động theo mẻ" hoặc "Hoạt động
liên tục", có nhiều công suất vận hành khác nhau (từ 25 l/h đến 1250 l/h) để dễ dàng vận
hàng tùy vào nhu cầu mà công ty hoặc danh nghiệp cần sử dụng, hoạt động tốt đối với
các mẫu chất thải hỗn hợp có nồng độ cao mà không bị ảnh hưởng bởi tính chất cũng như
thành phần từ đó hiệu suất xử lý và thu hồi đạt tối ưu. Do hệ thống sử dụng chủ yếu bằng

hơi nóng nên chi phí hoạt động của hệ thống và bảo dưỡng thấp; thời gian hệ thống hoạt
động lâu dài (10 – 20 năm); tiếp kiệm năng lượng, thích hợp cho việc xử lý các chất thải
nguy hại nồng độ cao trước khi thải ra môi trường.
Tuy nhiên không phải tất cả các loại nước thải đều có thể xử lí được bằng công
nghệ này, công nghệ này chỉ tiếp kiệm khi xử lý các chất thải có nồng độ cao còn các chất
thải nồng độ vừa và thấp thì khá tiếp kiệm.Chính vì vậy cần phải xác định loại chất thải
có khả năng xử lý bằng hệ thống JIAN – 3R.
Đo pH và cân mẫu nước đầu vào

Kiểm tra điều kiện vận hành của hệ thống

Áp suất lò hơi 4 – 6 Bar.

Hình 3. 3: Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Khi đó áp suất trong buồng chưng cất (-81 kPa)
Cho mẫu vào vận hành
 


Cánh khuấy đảo trộn đều chất thải trong máy
 

Hơi nước được tách ra và bay hơi
Nhiệt độ trong buồng chưng cất 50 - 60C
 
 

Chất thải được cô đặc lạiHơi nước đi qua bộ lọc nhằm giữ cặn lại
 

 

Hơi nước được giải nhiệt và ngưng tụ
 

Chi
tiết
mô
hệNước
thống
chânthu
không
3R ).
ngưngcất
tụ được
hồi vàJIAN
thải ra –ngoài
Chất
thải
sauchính
cô đặc(được
thu được
hồichưng
 

 

Bảng 3. 1: Bảng chi tiết thiết bị của hệ thống JIAN – 3R

Thiết bị

Thân máy JIAN – 3R.

Công dụng
Chứa cánh khuấy, thực hiện quá trình chưng cất chân không.

Tủ điện điều khiển hệ
thống.

Tủ điện cung cấp điện và điều hành hệ thống vận hành.

Bể trao đổi nước cho bơm
chân không.
Thiết bị ngưng tụ.

Trao đổi nhiệt độ với môi trường từ đó ngưng tụ nước.
Ngưng tụ hơi nước từ đó nước giảm nhiệt độ và chuyển thành
thể lỏng.

Trục khuấy của máy.

Động cơ quay cánh khuấy trong buồng chưng cất.

Cửa nạp liệu.
Bơm chân không.

Cửa để đưa chất thải dạng lỏng vào buồng chưng cất.
Loại bỏ các chất khí, hơi nước ra khỏi buồng nhằm tạo ra một
môi trường chân không hoặc gần chân không, từ đó tạo không gian áp
suất thấp hơn áp suất khí quyển.

3.2.4. Thiết bị phụ trợ cho hệ thống JIAN – 3R.

Bảng 3. 2: Bảng các thiết bị phụ trợ của hệ thống JIAN – 3R
Thiết bị
Lò hơi.

Công dụng
Cung cấp nhiệt lò hơi cho quá trình hoạt động của máy JIAN
– 3R.

Máy bơm lò hơi.
Tháp giải nhiệt.
Bơm cho tháp giải nhiệt.

Máy bơm giúp cung cấp nước vào lò hơi.
Dùng để trao đổi nhiệt độ của dòng nước bằng ra ngoài môi
trường.
Cấp nước cho tháp giải nhiệt.


Máy nén khí (VA-51).

Cung cấp áp suất nhằm tự động đóng mở các van trong thiết
bị.

Cân mẫu.
Tấm lọc.

Cân khối lượng mẫu nước và chất rắn trước và sau xử lý.
Giữ lại cặn lơ lửng khi bị dòng khí hơi lôi cuốn theo.

Chi tiết đặc điểm, hình ảnh, công dụng về hệ thống JIAN – 3R và các thiết bị phụ trợ được
trình bày kĩ càng ở bảng hình ảnh chi tiết và thiết bị phụ trợ hệ thống JIAN – 3R từ trang 49 đến
55 phụ lục

3.3. Phương pháp nghiên cứu.


Phươn

3.3.1.

g pháp vận hành.


Hình 3. 4: Sơ đồ vận hành hệ thống

Đặc điểm mẫu vận hành.
Sau đây nhóm lập bảng danh sách và liệt kê các mẫu nước nhóm đã thực hiện bàng hệ
thống JIAN – 3R. Nhóm thể hiện tính chất, đặc điểm, nơi lấy mẫu mà nhóm đã lấy trong
suốt quá trình thực hiện nghiên cứu
pH của mẫu thực hiện.