Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao su bằng phương pháp hoá lý sinh học kết hợp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.35 MB, 188 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
DƯƠNG VĂN NAM
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ – SINH HỌC KẾT HỢP
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
HÀ NỘI – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
DƯƠNG VĂN NAM
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ – SINH HỌC KẾT HỢP
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 9 52 03 20
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Phan Đỗ Hùng
2. PGS. TS. Nguyễn Hoài Châu
HÀ NỘI – 2019
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao su
bằng phương pháp hóa lý – sinh học kết hợp” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn
khoa học của TS. Phan Đỗ Hùng và PGS. TS. Nguyễn Hoài Châu.
Những kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chính xác. Một phần kết
quả đã được công bố trên các tạp chí chuyên ngành và được sự đồng ý sử dụng số
liệu của các đồng tác giả.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 24 tháng 9 năm 2019
Nghiên cứu sinh
Dương Văn Nam
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phan Đỗ Hùng và PGS. TS. Nguyễn Hoài Châu
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Xin chân thành cảm ơn các tập thể: Học viện Khoa học và Công nghệ (GUST),
Viện Công nghệ môi trường (IET), Viện Khoa học vật liệu (IMS) – Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST), Khoa Công nghệ môi trường – GUST,
Phòng Công nghệ xử lý nước – IET, Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh – Công ty
TNHH MTV Cao su Hà Tĩnh, đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt
quá trình thực hiện luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân, đồng
nghiệp và bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và ủng hộ cho tôi hoàn thành luận án.
Nghiên cứu sinh
Dương Văn Nam
iii
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. ix
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................x
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................4
1.1. Tổng quan ngành công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên (CSTN) ....................... 4
1.1.1. Hiện trạng phát triển ngành CSTN của Việt Nam ................................................. 4
1.1.2. Thành phần và tính chất mủ CSTN ........................................................................ 5
1.1.3. Công nghệ chế biến mủ CSTN ............................................................................... 5
1.2. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN ............................................................................. 6
1.2.1. Nguồn gốc và lượng phát sinh nước thải ............................................................... 6
1.2.2. Đặc trưng nước thải ................................................................................................. 6
1.2.3. Đặc trưng nước thải nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh ........................................ 7
1.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải chế biến CSTN............................................. 10
1.3.1. Ngoài nước .............................................................................................................10
1.3.2. Trong nước .............................................................................................................11
1.4. Một số phương pháp xử lý nước thải liên quan đến đề tài luận án........................ 17
1.4.1. Phương pháp sinh học kỵ khí ................................................................................17
1.4.1.1. Quá trình phân hủy kỵ khí...........................................................................17
1.4.1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ EGSB ..................................23
1.4.2. Phương pháp kết tủa Magie Amoni Photphat (MAP) .........................................26
1.4.2.1. Giới thiệu chung về amoni và photphat .....................................................26
1.4.2.2. Tình hình nghiên cứu thu hồi amoni và photphat bằng kết tủa MAP ......31
1.4.3. Phương pháp sinh học hiếu khí, thiếu khí ............................................................34
1.4.3.1. Quá trình phân hủy hiếu khí, thiếu khí .......................................................34
1.4.3.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng SBR........................................................40
1.5. Những tồn tại trong xử lý nước thải chế biến CSTN tại Việt Nam ................... 46
1.5.1. Những tồn tại trong XLNT tại các nhà máy chế biến CSTN ở Việt Nam ...........46
iv
1.5.2. Những tồn tại trong nghiên cứu xử lý nước thải chế biến CSTN tại Việt Nam 46
1.6. Định hướng nghiên cứu ................................................................................................. 47
CHƯƠNG 2. XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ VÀ THU HỒI NĂNG LƯỢNG BẰNG
THIẾT BỊ EGSB .....................................................................................................48
Mở đầu..................................................................................................................................... 48
2.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 49
2.1.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu ..............................................................49
2.1.1.1. Nước thải ......................................................................................................49
2.1.1.2. Bùn giống .....................................................................................................50
2.1.1.3. Hóa chất........................................................................................................50
2.1.1.4. Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................51
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................51
2.1.2.1. Phương pháp thực nghiệm ..........................................................................51
2.1.2.2. Phương pháp phân tích ................................................................................54
2.2. Kết quả và thảo luận ...................................................................................................... 55
2.2.1. Giai đoạn khởi động ..............................................................................................55
2.2.1.1. Sự thay đổi pH trong giai đoạn khởi động .................................................55
2.2.1.2. Sự phát triển bùn hạt....................................................................................57
2.2.1.3. Sự thay đổi COD trong giai đoạn khởi động .............................................60
2.2.2. Giai đoạn vận hành ổn định ..................................................................................64
2.2.2.1. Sự thay đổi pH trong giai đoạn vận hành ổn định .....................................64
2.2.2.2. Hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn vận hành ổn định ...........................64
2.2.2.3. Sự thay đổi nồng độ N–amoni ....................................................................69
2.2.2.4. Hiệu quả sinh khí biogas .............................................................................70
Kết luận chương 2: ................................................................................................................ 74
CHƯƠNG 3. XỬ LÝ THU HỒI CHẤT DINH DƯỠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP
KẾT TỦA MAP ..................................................................................................................... 75
Mở đầu..................................................................................................................................... 75
3.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 77
3.1.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu ..............................................................77
v
3.1.1.1. Nước thải ......................................................................................................77
3.1.1.2. Hóa chất........................................................................................................77
3.1.1.3. Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................77
3.1.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................78
3.1.2.1. Phương pháp thực nghiệm ..........................................................................78
3.1.2.2. Phương pháp phân tích ................................................................................78
3.2. Kết quả và thảo luận ...................................................................................................... 79
3.2.1. Thu hồi MAP khi không bổ sung magie và photphat .........................................79
3.2.1.1. Ảnh hưởng của pH ......................................................................................79
3.2.1.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ............................................................83
3.2.2. Thu hồi MAP có bổ sung magie ...........................................................................84
3.2.3. Thu hồi MAP có bổ sung đồng thời magie và photphat .....................................87
3.2.3.1. Hiệu quả thu hồi MAP ................................................................................87
3.2.3.2. Đánh giá sản phẩm MAP thu được ............................................................91
Kết luận chương 3: ................................................................................................................ 96
CHƯƠNG 4. XỬ LÝ ĐỒNG THỜI CHẤT HỮU CƠ VÀ NITƠ BẰNG THIẾT
BỊ SBR CẢI TIẾN ...................................................................................................97
Mở đầu..................................................................................................................................... 97
4.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 98
4.1.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu ..............................................................98
4.1.1.1. Nước thải ......................................................................................................98
4.1.1.2. Bùn giống .....................................................................................................98
4.1.1.3. Hóa chất........................................................................................................98
4.1.1.4. Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................98
4.1.2. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................100
4.1.2.1. Phương pháp thực nghiệm ........................................................................100
4.1.2.2. Phương pháp phân tích ..............................................................................102
4.2. Kết quả và thảo luận .................................................................................................... 103
4.2.1. Sự thay đổi DO trong chu trình xử lý .................................................................103
4.2.2. Ảnh hưởng của tải trọng COD, nitơ ...................................................................104
4.2.2.1. Ảnh hưởng của tải trọng COD đến hiệu suất xử lý COD .......................104
vi
4.2.2.2. Ảnh hưởng của tải trọng N–amoni đến hiệu suất xử lý N–amoni..........105
4.2.2.3. Ảnh hưởng của tải trọng TN đến hiệu suất xử lý TN..............................108
4.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN ............................................................................110
4.2.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý COD .......................110
4.2.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý N–amoni ................110
4.2.3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý TN ..........................111
Kết luận chương 4: .............................................................................................................. 116
CHƯƠNG 5. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO
SU THIÊN NHIÊN ................................................................................................117
5.1. Sơ đồ công nghệ đề xuất .............................................................................................. 117
5.2. Tính toán cân bằng vật chất của hệ thống................................................................ 118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................121
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ...........................................123
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................124
PHỤ LỤC .............................................................................................................. - 1 -
vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AF
Thiết bị lọc kỵ khí (Anaerobic Filter)
ASBR
Thiết bị phản ứng thiếu khí từng mẻ luân phiên
(Anoxic Sequencing Batch Reactor)
BOD
Nhu cầu oxy sinh hóa (Biological Oxygen Demand)
BR
Thiết bị xử lý dạng vách ngăn (Baffled Reactor)
BTNMT
Bộ Tài nguyên và Môi trường
CL
Cao su cô đặc (Concentrated Latex)
COD
Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)
CSTN
Cao su thiên nhiên
DHS
Giá thể mút xốp treo dòng chảy xuôi
(Downflow Hanging Sponge)
DO
Oxy hòa tan (Dissolved oxygen)
DRC
Hàm lượng cao su khô (Dry Rubber Content)
EDX
Phổ tán sắc năng lượng tia X
(Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy)
EGSB
Đệm bùn hạt mở rộng (Expanded Granular Sludge Bed)
FBR
Thiết bị phản ứng tầng đệm bùn lỏng giả (Fluidized Bed Reactor)
FOG
Chất béo, dầu mỡ (Fats, Oil, Grease)
HRT
Thời gian lưu nước (Hydraulic Retention Time)
IC
Tuần hoàn nội (Internal Circulation)
MAP
Magie Amoni Photphat
MBBR
Thiết bị với giá thể vi sinh chuyển động (Moving Bed Biofilm Reactor)
MBR
Thiết bị sinh học – màng (Membrane Bioreactor)
MLSS
Nồng độ sinh khối lơ lửng (Mixed Liquor Suspended Solid)
MLVSS
Nồng độ sinh khối lơ lửng bay hơi
(Mixed Liquor Volatile Suspended Solid)
OLR
Tải trọng hữu cơ (Organic Loading Rate)
PAOs
Vi sinh vật tích tụ polyphotphat
(Polyphosphate-Accumulating Organism)
QCVN
Quy chuẩn Việt Nam
viii
RSS
Cao su tờ xông khói (Ribbed Smoked Sheets)
SBAR
Thiết bị phản ứng khí nâng từng mẻ luân phiên
(Sequencing Batch Airlift Reactor)
SBR
Thiết bị phản ứng theo mẻ luân phiên (Sequencing Batch Reactor)
SEM
Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
SMEWW Các phương pháp chuẩn phân tích nước và nước thải
(Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater)
SS
Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid)
STF
Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt qua lớp mút xốp
(Sponge – based strickling filter)
STR
Cao su tiêu chuẩn của Thái Lan (Standard Thai Rubber)
SVI
Chỉ số thể tích bùn (Sludge Volume Index)
TAN
Tổng amoni nitơ (Total Ammonia Nitrogen)
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
TN
Tổng nitơ (Total Nitrogen)
TOC
Tổng cacbon hữu cơ (Total Organic Carbon)
TP
Tổng photpho (Total Phosphorus)
TSS
Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)
UASB
Đệm bùn kỵ khí dòng hướng lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
ULV
Tốc độ dâng nước (Upflow Liquid Velocity)
VFA
Axits béo dễ bay hơi (Volatile fatty acid)
VSS
Chất rắn lơ lửng bay hơi (Volatile Suspended Solid)
VSV
Vi sinh vật
XLNT
Xử lý nước thải
ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần (%) hóa học của mủ CSTN .....................................................5
Bảng 1.2. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN tại Thái Lan, Malaysia và Việt Nam 7
Bảng 1.3. Đặc tính nước thải của Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh ........................9
Bảng 1.4. Hợp chất photpho và khả năng chuyển hóa ..............................................31
Bảng 2.1. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn khởi động thiết bị EGSB...................53
Bảng 2.2. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị EGSB .......53
Bảng 2.3. Đặc điểm bùn kỵ khí của thiết bị EGSB trong quá trình khởi động.........60
Bảng 2.4. Tổng hợp các điều kiện thí nghiệm và kết quả khởi động thiết bị EGSB 63
Bảng 2.5. Tổng hợp kết quả nghiên cứu XLNT chế biến CSTN bằng thiết bị EGSB
trong giai đoạn vận hành ổn định ..............................................................................73
Bảng 3.1: Nồng độ một số thành phần ô nhiễm trong nước thải chế biến CSTN sau
xử lý kỵ khí bằng thiết bị EGSB ...............................................................................77
Bảng 3.2. Khả năng loại bỏ P, N, Mg ở các pH khác nhau khi không bổ sung magie
và photphat ................................................................................................................79
Bảng 3.3. Tỷ lệ % khối lượng các nguyên tố trong kết tủa khi không bổ sung magie ..82
Bảng 3.4. Nồng độ trong nước thải và lượng magie bổ sung ...................................84
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Mg2+ : PO43- đến hiệu suất loại bỏ P, N ...........85
Bảng 3.6. Lượng magie, photphat bổ sung và nồng độ sau bổ sung ........................88
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Mg2+ : NH4+ : PO43- đến hiệu suất loại bỏ P, N88
Bảng 3.8. Tổng hợp kết quả nghiên cứu thu hồi MAP trong nước thải chế biến CSTN . 92
Bảng 3.9. Một số kết quả nghiên cứu xử lý Amoni và Photphat bằng kết tủa MAP 93
Bảng 4.1. Chế độ hoạt động của các thiết bị SBR cải tiến......................................101
Bảng 4.2. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn khởi động thiết bị SBR cải tiến.......102
Bảng 4.3. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị SBR cải tiến 102
Bảng 4.4: Một số kết quả nghiên cứu xử lý hữu cơ và nitơ trên thiết bị SBR và các
thiết bị nitrat hóa và khử nitrat đồng thời khác .......................................................114
Bảng 5.1: Thông số nước thải đầu vào và kết quả tính toán đầu ra ........................119
x
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Diện tích và sản lượng CSTN Việt Nam, năm 2000 – 2016 ......................4
Hình 1.2. Sản lượng CSTN của Việt Nam và một số nước năm 2016 .......................4
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ chế biến mủ CSTN ..........................................................6
Hình 1.4. Khảo sát, lấy mẫu nước thải chế biến CSTN ..............................................8
Hình 1.5. Sơ đồ phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ .............................................17
Hình 1.6. Tình hình áp dụng công nghệ UASB và EGSB trên thế giới giai đoạn 1984
– 2007 ........................................................................................................................24
Hình 1.7. Tỷ lệ của N-NH3 trong tổng amoni theo điều kiện nhiệt độ và pH ..........29
Hình 1.8. Chuyển hóa các hợp chất nitơ trong xử lý sinh học ..................................37
Hình 1.9. Chu kỳ hoạt động của thiết bị SBR ...........................................................41
Hình 1.10. Sơ đồ tổng thể các nội dung nghiên cứu của luận án ..............................47
Hình 2.1. Nước thải nghiên cứu thực nghiệm xử lý bằng thiết bị EGSB .................49
Hình 2.2. Lấy mẫu nước thải nghiên cứu thực nghiệm.............................................50
Hình 2.3. Hệ thiết bị thí nghiệm EGSB ....................................................................51
Hình 2.4. Sự thay đổi giá trị pH trong giai đoạn khởi động thiết bị EGSB ..............55
Hình 2.5. Bùn hạt của thiết bị EGSB trong quá trình khởi động ..............................57
Hình 2.6. Sự thay đổi COD trong giai đoạn khởi động thiết bị EGSB .....................61
Hình 2.7. Sự thay đổi pH trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị EGSB .............64
Hình 2.8. Hiệu suất xử lý COD của thiết bị EGSB trong giai đoạn vận hành ổn định ..65
Hình 2.9. Hiệu suất xử lý COD của thiết bị EGSB ở các chế độ OLR khác nhau trong
giai đoạn vận hành ổn định .......................................................................................66
Hình 2.10. Tốc độ xử lý COD của thiết bị EGSB ở các chế độ OLR khác nhau trong
giai đoạn vận hành ổn định .......................................................................................67
Hình 2.11. Ảnh hưởng của ULV đến hiệu suất xử lý COD của thiết bị EGSB ........68
Hình 2.12. Sự thay đổi N–amoni trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị EGSB .69
Hình 2.13. Lượng khí sinh ra trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị EGSB.......70
Hình 2.14. Ảnh hưởng của tốc độ dâng nước đến hệ số chuyển hóa khí..................71
Hình 3.1. Thiết bị Jar-Test thí nghiệm thu hồi MAP ................................................77
Hình 3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất loại bỏ N–amoni, COD và khối lượng kết
tủa khi không bổ sung nguồn magie và photphat......................................................81
Hình 3.3. Ảnh SEM của tinh thể MAP tại pH 9,5 (a) và pH 11 (b) .........................82
xi
Hình 3.4. Phổ EDX của kết tủa thu được ứng với pH 9,5 (a) và pH 11 (b)..............82
Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất loại bỏ P–photphat, N–
amoni, magie và COD ...............................................................................................83
Hình 3.6. Hiệu suất loại bỏ COD, N–amoni và khối lượng kết tủa khi bổ sung magie 85
Hình 3.7. Sự thay đổi nồng độ các thành phần P, N, Mg trong nước thải sau xử lý
trong trường hợp bổ sung magie ...............................................................................86
Hình 3.8. Hiệu suất loại bỏ các thành phần P, N khi bổ sung magie ........................87
Hình 3.9. Hiệu suất loại bỏ COD và khối lượng kết tủa thu hồi khi bổ sung magie và
photphat .....................................................................................................................90
Hình 3.10. Hiệu suất loại bỏ P–photphat và N–amoni theo lượng magie bổ sung ...90
Hình 3.11. Hiệu suất loại bỏ P–photphat và N–amoni theo lượng magie bổ sung ...91
Hình 3.12. Kết tủa MAP thu được (a) và ảnh SEM của MAP (b) tại tỷ lệ Mg2+ : NH4+
: PO43- 1,4 : 1,0 : 1,0 ..................................................................................................92
Hình 4.1. Hệ thiết bị SBR cải tiến .............................................................................99
Hình 4.2. Chu trình làm việc của các thiết bị SBR cải tiến ....................................100
Hình 4.3. Sự thay đổi DO trong các thiết bị SBR cải tiến trong một mẻ xử lý ......103
Hình 4.4. Hiệu suất xử lý COD ở các chế độ khác nhau của các thiết bị SBR cải tiến.. 104
Hình 4.5. Quan hệ giữa tải trọng và hiệu suất xử lý COD của thiết bị SBR cải tiến ...104
Hình 4.6. Quan hệ giữa tốc độ xử lý và tải trọng COD của các thiết bị SBR cải tiến .105
Hình 4.7. Hiệu suất xử lý N-amoni ở các chế độ của các thiết bị SBR cải tiến .....106
Hình 4.8. Quan hệ giữa tải trọng và hiệu suất xử lý N–amoni ...............................106
của các thiết bị SBR cải tiến ...................................................................................106
Hình 4.9. Quan hệ giữa tốc độ xử lý và tải trọng N–amoni ....................................107
Hình 4.10. Hiệu quả xử lý TN ở các chế độ khác nhau ..........................................108
Hình 4.11. Quan hệ giữa tải trọng và hiệu suất xử lý TN .......................................109
Hình 4.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý COD .....................110
Hình 4.14. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý N–amoni ...............111
Hình 4.15. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý TN ........................112
Hình 4.16. Nồng độ N-nitrat và TN theo tỉ lệ COD/TN ........................................114
Hình 5.1. Sơ đồ công nghệ đề xuất cho hệ thống xử lý nước chế biến CSTN .......117
Hình 5.2. Kết quả tính toán cân bằng vật chất của hệ thống ...................................120
1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của luận án
Việt Nam là một trong ba nước dẫn đầu thế giới về xuất khẩu cao su thiên
nhiên (CSTN). Sản lượng CSTN năm 2016 của nước ta đạt trên 1 triệu tấn, đứng thứ
3 thế giới, sau Thái Lan và Indonesia [1]. Mỗi năm ngành công nghiệp chế biến CSTN
Việt Nam phát thải trên 25 triệu m3 nước thải. Nước thải chế biến CSTN là một trong
những loại nước thải có mức độ ô nhiễm rất cao bởi các thành phần hữu cơ, nitơ,
photpho và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) [2-4].
Hiện nay, công nghệ xử lý nước thải (XLNT) đang được áp dụng trong ngành
chế biến CSTN ở nước ta chủ yếu kết hợp một số trong các quá trình: tách gạn mủ,
tuyển nổi, kỵ khí UASB (đệm bùn kỵ khí dòng hướng lên), mương oxy hóa, bể sục
khí, hồ tảo, hồ sinh học. Theo Nguyễn Ngọc Bích (2011), Nguyen Nhu Hien và Luong
Thanh Thao (2012), các hệ thống XLNT của các nhà máy chế biến CSTN vẫn bộc lộ
nhiều hạn chế như: hiệu quả xử lý chưa cao, các chỉ tiêu BOD, COD, N-amoni, TN
và TSS trong nước thải sau xử lý ở nhiều nhà máy vẫn cao hơn quy chuẩn cho phép
nhiều lần [4-5].
Mặc dù chế biến CSTN được đánh giá là một trong năm ngành công nghiệp điển
hình phát sinh nước thải có tải lượng chất bẩn cao (dệt nhuộm, chế biến mủ cao su, sản
xuất giấy, sản xuất cồn rượu và nước rỉ rác) [6], nhưng tại Việt Nam đến nay có rất ít
nghiên cứu XLNT chế biến CSTN. Một số nghiên cứu trước đây tập trung vào việc kết
hợp thiết bị kỵ khí sử dụng giá thể xơ dừa hoặc UASB với các hồ sinh học [7, 8], nghiên
cứu tạo bùn hạt trong thiết bị UASB để nâng cao hiệu suất xử lý COD [9]. Đến nay,
chưa có nghiên cứu nào theo định hướng xử lý nước thải kết hợp thu hồi đồng thời
năng lượng và các thành phần dinh dưỡng (N, P) trong nước thải chế biến CSTN nhằm
nâng cao hiệu suất xử lý đồng thời các chất hữu cơ, nitơ và photpho; thu hồi năng lượng
và các thành phần hữu ích để giảm chi phí xử lý.
Từ những lý do trên, đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao
su bằng phương pháp hóa lý – sinh học kết hợp” được thực hiện nhằm nghiên cứu
xây dựng công nghệ XLNT chế biến CSTN giải quyết đồng thời các vấn đề: (1) Thu
hồi năng lượng (khí biogas chứa CH4) làm nhiên liệu; (2) Thu hồi đồng thời nitơ và
photpho trong nước thải chế biến CSTN làm phân bón cho nông nghiệp; (3) Cải tiến thiết
2
bị và kết hợp các phương pháp hóa lý – sinh học nhằm nâng cao tải trọng và hiệu quả xử
lý đồng thời các chất hữu cơ và dinh dưỡng N, P trong nước thải chế biến CSTN.
Mục tiêu của đề tài luận án
Nghiên cứu xây dựng công nghệ XLNT chế biến CSTN theo hướng thu hồi các
chất dinh dưỡng và năng lượng bằng các phương pháp hóa lý – sinh học kết hợp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Đối tượng nghiên cứu: Nước thải chế biến CSTN của Nhà máy chế biến cao su
Hà Tĩnh tại xã Hà Linh, huyện Hương Khê, tỉnh Hà Tĩnh;
– Phạm vị, địa điểm nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí
nghiệm tại Viện Công nghệ môi trường.
Nội dung nghiên cứu của đề tài
1) Tổng quan về XLNT chế biến CSTN;
2) Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ trong nước thải chế biến CSTN và thu hồi
năng lượng (khí biogas chứa CH4) bằng thiết bị đệm bùn hạt mở rộng (EGSB);
3) Nghiên cứu xử lý và thu hồi đồng thời nitơ và photpho trong nước thải chế biến
CSTN bằng phương pháp kết tủa Magie Ammoni Photphat (MAP);
4) Nghiên cứu xử lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến
CSTN sau xử lý kỵ khí trên thiết bị phản ứng theo mẻ luân phiên (SBR) cải tiến;
5) Đề xuất công nghệ XLNT chế biến CSTN theo hướng thu hồi các chất dinh dưỡng
và năng lượng bằng các phương pháp hóa lý – sinh học kết hợp.
Những đóng góp mới của luận án
1) Tạo bùn hạt thành công và đánh giá được khả năng ứng dụng, các điều kiện
công nghệ thích hợp, cũng như khả năng thu hồi năng lượng (khí biogas) của
thiết bị EGSB trong xử lý nước thải chế biến CSTN. Thiết bị EGSB hoạt động
ổn định trong khoảng tải trọng 7-20 kg COD/m3ngày, hiệu suất xử lý COD
trung bình trên 80%.
2) Đánh giá được khả năng và xác định được các điều kiện công nghệ thích hợp
của phương pháp kết tủa MAP trong xử lý và thu hồi đồng thời nitơ và photpho
trong nước thải chế biến CSTN. Khi bổ sung đồng thời cả nguồn magie và
photphat, hiệu suất loại bỏ N-NH4+, COD và khối lượng kết tủa thu hồi lần lượt
là 80,9%, 34,8% và 4,85 g/L nước thải.
3
3) Phát triển thành công thiết bị phản ứng theo mẻ luân phiên (SBR) cải tiến có
khả năng xử lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến CSTN
với qui trình vận hành được đơn giản hóa và có khả năng tiết kiệm năng lượng
cao. Hiệu quả xử lý của thiết bị SBR cải tiến được nâng cao rõ rệt so với thiết
bị SBR thông thường. Hiệu suất xử lý COD, N-NH4+ và tổng nitơ (TN) trung
bình là 97%, gần 100% và 94-97% trong khoảng tải trọng COD, N-NH4+ và TN
tương ứng là 0,9-1,6 kg COD/m3ngày, 0,11-0,21 kg N-NH4+/m3ngày và 0,160,31 kg TN/m3ngày.
4) Đề xuất được quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến cao su thiên nhiên
theo hướng thu hồi các chất dinh dưỡng, năng lượng bằng các phương pháp hóa
lý–sinh học kết hợp. Giá trị các thông số COD, N-NH4+ và TN trong nước thải
sau xử lý đạt QCVN 01-MT: 2015/BTNMT.
4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan ngành công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên (CSTN)
Cây cao su (tên quốc tế là Hevea brasiliensis) do Columbus tìm thấy ở Châu
Mỹ trong khoảng năm 1493 – 1496 và xâm nhập vào Châu Á trong khoảng năm 1876
– 1898. Thời tiết, thổ nhưỡng và những điều kiện khác ở Châu Á, đặc biệt là khu vực
Đông Nam Á rất thích hợp với loại cây này. Chính vì vậy, các nước Thái Lan,
Indonesia, Việt Nam, Malaysia, Ấn Độ và Trung Quốc có sản lượng khai thác và thị
phần xuất khẩu CSTN lớn nhất Thế Giới [10].
1.1.1. Hiện trạng phát triển ngành CSTN của Việt Nam
Cây cao su được trồng đầu tiên tại Việt Nam năm 1877 và phát triển đến nay
tại hầu hết các khu vực trong cả nước, trong đó diện tích trồng cao su lớn nhất là khu
vực Đông Nam Bộ và Tây Nguyên [1, 10]. Diện tích và sản lượng CSTN của Việt
Nam được thể hiện trong các Hình 1.1 và Hình 1.2 [1]:
Tấn, ha
1.000 tấn
Năm
Nước
Hình 1.1. Diện tích và sản lượng CSTN
Hình 1.2. Sản lượng CSTN của Việt Nam và
Việt Nam, năm 2000 – 2016
một số nước năm 2016
Từ năm 2000 đến nay, diện tích, năng suất và sản lượng CSTN của nước ta
không ngừng tăng lên. Đến năm 2016, Việt Nam đứng thứ 3 thế giới về sản lượng
CSTN (1,032 triệu tấn) và đứng đầu thế giới về năng suất vườn cây cao su (1,688
tấn/ha). Tuy nhiên, cùng với xu hướng chung của thế giới, giá cao su xuất khẩu của
nước ta biến động mạnh, năm 2011 sau khi đạt đỉnh, khoảng 4.000 USD/tấn, đã giảm
mạnh xuống còn khoảng 1.400 USD/tấn vào năm 2015 và ổn định tại mức giá này
đến nay. Việc giảm giá mạnh này đã tác động rất lớn đến hoạt động khai thác và sản
xuất CSTN của nước ta [1].
5
1.1.2. Thành phần và tính chất mủ CSTN
Latex là mủ cao su ở trạng thái phân tán nằm lơ lửng trong dung dịch chứa
nhiều chất vô cơ và hữu cơ. Mủ cao su là hỗn hợp các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong
dung dịch gọi là nhũ thanh hoặc serium. Hạt cao su hình cầu, đường kính < 0,5 µm
chuyển động hỗn loạn trong dung dịch. Trong 1g mủ cao su có khoảng 7,4.10 12 hạt
cao su được bao quanh bởi các protein giữ cho latex ở trạng thái ổn định. Thành phần
hóa học của mủ CSTN được thể hiện trong Bảng 1.1 [10, 11].
Bảng 1.1. Thành phần (%) hóa học của mủ CSTN
TT
Thành phần
Hàm lượng
Thành phần
Hàm lượng
1
Cao su
30 – 40
4
Axits béo và dẫn xuất
1–2
2
Nước
52 – 70
5
Glucid và heterosid
1
3
Protein
2–3
6
Khoáng chất
0,3 – 0,7
TT
Quá trình biến đổi trong mủ cao su gồm hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Các vi sinh
vật (VSV) có sẵn trong mủ cao su (xuất hiện và xâm nhập vào ngay sau khi mủ cao
su chảy ra khỏi cây) tương tác với các thành phần phi cao su trong mủ cao su làm cho
mủ cao su có tính axít; Giai đoạn 2: Quá trình thủy phân các lipids trong mủ cao su
giải phóng các ion âm axít. Những ion âm này được hấp phụ lên bề mặt của những
hạt cao su thay chỗ của màng protein và tương tác với các ion kim loại Mg và Ca có
sẵn trong mủ cao su để hình thành các xà phòng kim loại không tan, kéo các hạt cao
su lại với nhau, dẫn đến độ nhớt của mủ cao su tăng lên. Các enzym phân huỷ protein
làm cho những hạt cao su lộ ra và tiếp xúc trực tiếp với nhau hình thành những hạt
cao su lớn hơn, gây ra sự đông tụ. Do đó, trong bảo quản phải bổ sung NH 3 để tăng
pH ngăn cản sự đông tụ, ngược lại khi đánh đông phải bổ sung axít tạo điều kiện quá
trình đông tụ xảy ra.
1.1.3. Công nghệ chế biến mủ CSTN
Trong chế biến cao su, mủ cao su sẽ được khuấy trộn đều trong một bồn chứa,
pha loãng với nước sạch và để lắng trong một thời gian. Mủ cao su sau khi pha loãng
được chuyển sang các mương đánh đông và cho thêm axit vào. Dưới tác dụng của
axit, mủ cao su đông lại thành một khối tách khỏi phần dung dịch còn lại gọi là serum.
Các khối cao su sau đó được gia công bằng nhiều loại thiết bị cơ học khác để cho ra
các hạt cốm có kích thước khoảng 3 – 5 mm. Các hạt cốm tiếp tục được làm khô bằng
6
các thiết bị sấy và cuối cùng được ép lại thành khối bằng các máy ép. Nhìn chung sơ
đồ công nghệ chế biến CSTN được thể hiện như Hình 1.3.
Mủ tạp
NH3
Li tâm
Mủ nước
Mủ skim
Ngâm rửa
CH3COOH
Nước
Đánh đông
Kéo/cán
Nước thải
Máy cắt
Nước
Nước
Sàng rung
Sấy
Ép
Latex
60% cao
su
NH3
Thành phẩm
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ chế biến mủ CSTN
1.2. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN
1.2.1. Nguồn gốc và lượng phát sinh nước thải
Trong chế biến CSTN, nước thải phát sinh chủ yếu từ các công đoạn khuấy trộn,
đánh đông mủ cao su và vệ sinh bồn chứa, mương đánh đông, thiết bị, nhà xưởng.
Theo Viện nghiên cứu cao su Việt Nam, lượng nước thải phát sinh trung bình
trong chế biến CSTN tại nước ta khoảng 25m3 nước thải/tấn sản phẩm, trong khi đó
mức này tại Thái Lan là 5,2 – 13,4 m3 nước thải/tấn sản phẩm [12].
1.2.2. Đặc trưng nước thải
Thành phần và đặc tính của nước thải tại mỗi công đoạn chế biến CSTN thường
khác nhau. Nước thải trong quá trình vận chuyển, tồn trữ mủ cao su có pH và N–NH3
cao do sử dụng amoniac để bảo quản chống đông tụ. Tại các công đoạn khác, do sử dụng
axít làm chất đông tụ cùng với sự phân huỷ sinh học lipid và photpho lipid tạo thành các
axít béo bay hơi, nước thải thường có độ pH thấp. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN
tại Thái Lan, Malaysia, và Việt Nam như trong Bảng 1.2 [4, 7, 13].
7
Bảng 1.2. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN tại Thái Lan, Malaysia và Việt Nam
TT
Thông số
Đơn vị
Thái Lan, Malaysia
Việt Nam
1
pH
-
3,7 – 5,5
4,98 – 5,24
2
BOD
mg/L
1.500 – 7.000
4.859 – 13.820
3
COD
mg/L
3.500 – 14.000
5.015 – 26.914
4
SS
mg/L
200 – 700
273 – 2.220
5
TN
mg/L
200 – 1.800
285 – 1.043
6
SO42-
mg/L
500 – 2.000
450 – 1.306
7
P–PO43-
mg/L
-
420 – 450
1.2.3. Đặc trưng nước thải nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh
Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh, xã Hà Linh, huyện Hương Khê, tỉnh Hà
Tĩnh, có công suất thiết kế 4.500 tấn sản phẩm/năm. Tổng lượng nước thải hiện nay
của Nhà máy khoảng 220 m3/ngày. Nhà máy đã xây dựng và vận hành hệ thống
XLNT với công suất thiết kế 500 m3/ngày nhằm đáp ứng nhu cầu XLNT hiện tại và
đảm bảo công suất xử lý khi nhà máy hoạt động đủ công suất thiết kế [14].
Nước thải của nhà máy phát sinh chủ yếu từ công đoạn đánh đông mủ cao su,
cán ép sản phẩm và vệ sinh thiết bị, nhà xưởng. Nước thải công đoạn đánh đông mủ
cao su còn chứa nhiều hạt cao su chưa đông tụ, các loại axit, đường, lipit và protein.
Nồng độ các chất trong nước thải chế biến CSTN phụ thuộc nhiều vào các yếu tố
như: mùa vụ sản xuất; khoảng cách vận chuyển mủ từ nơi cạo mủ về nhà máy; kỹ
thuật đánh đông và vận hành các thiết bị của công nhân; điều kiện và khả năng đảo
trộn trong đánh đông; lượng nước sử dụng trong các công đoạn.
Kết quả khảo sát, lấy mẫu và phân tích mẫu nước thải (Hình 1.4 và Bảng 1.3)
của Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh (nước thải tại bể chứa nước thải chung của nhà
máy), cho thấy, nước thải trước xử lý của nhà máy có pH thấp, mức độ ô nhiễm rất
cao, chủ yếu là TSS, BOD, COD và TN.
Các chất ô nhiễm khác như phốt pho, magie, canxi... trong nước thải chế biến
mủ cao su phát sinh từ trong mủ CSTN. Nồng độ photpho khoảng 2,0 – 4,2 mg P2O5/g
cao su trong trích khô phần vàng mủ cao su và 16 – 28 mg P2O5/g cao su trong trích
khô phần trắng (pha cao su bị phân tán) [10].
8
Hình 1.4. Khảo sát, lấy mẫu nước thải chế biến CSTN
Như vậy, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải trước khi xử lý của Nhà
máy chế biến cao su Hà Tĩnh đều cao hơn nhiều tiêu chuẩn cho phép. So sánh với
nước thải của một số nhà máy chế biến CSTN khác cho thấy:
– Nồng độ COD và TN trong nước thải chung của một số nhà máy chế biến cao
su khu vực Đông Nam Bộ cao hơn trong nước thải chung của Nhà máy chế biến cao
su Hà Tĩnh lần lượt là 1,5 – 3,5 lần và 1,3 – 2,5 lần [4]. Tương tự, nồng độ COD trong
nước thải khâu đánh đông của Nhà máy chế biến cao su Thanh Hóa cũng cao hơn của
Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh khoảng 1,2 – 1,5 lần [9].
– Tỷ lệ BOD/COD trong nước thải của một số nhà máy chế biến cao su như Lộc
Hiệp, Tân Biên, Vên Vên, Bố La và Thanh Hóa tương tự nhau, trong khoảng 0,53 –
0,63, tại Nhà máy chế biến cao su Xuân Lập, Tân Lập và Quản Lợi lần lượt là 0,73,
0,41, và 0,32. Trong khi tỷ lệ BOD/COD trong nước thải của Nhà máy chế biến cao su
Hà Tĩnh tương đối cao, trong khoảng 0,51 – 0,78 [4, 9].
– Tỷ lệ N-NH4+/TN trong nước thải của các nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh
tương đối ổn định, khoảng 0,56 – 0,68. Tỷ lệ này phụ thuộc vào lượng NH3 sử dụng
để chống đông trong quá trình thu gom và vận chuyển mủ cao su, cụ thể tại các nhà
máy chế biến cao su Thanh Hóa; Lộc Hiệp; Quan Lợi; Tân Lập; Tân Biên; Vên Vên;
Bố La; và Xuân Lập lần lượt là: 0,33 – 0,6; 0,55; 0,47; 0,42; 0,78; 0,43; 0,7; và 0,8
[4, 9].
– Nước thải của Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh có nồng độ chất ô nhiễm hữu
cơ và TN thấp, tỷ lệ N-NH4+/TN ổn định hơn các nhà máy khác do nhà máy chủ yếu
sử dụng nguồn cung cấp mủ cao su trên địa bàn huyện Hương Khê, Hà Tĩnh nên
khoảng cách từ khu vực cạo mủ về Nhà máy không xa, do đó ít phải sử dụng chất
chống đông NH3 và khi đánh đông lượng axit acetic sử dụng cũng ít hơn.
9
Bảng 1.3. Đặc tính nước thải của Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh
TT
Thông số
Đơn vị
Kết quả
QCVN
Tháng 3/2012
Tháng 10/2013
Tháng 8/2016
Tháng 11/2016
Tháng 4/2017
-
4,8 – 5,2
4,8 – 5,0
5,5 – 5,8
4,4 – 4,5
5,2 – 5,4
6 – 9*
BOD5
mg/L
4.050 – 4.379
3.830 – 3.924
4.550 – 4.743
3.960 – 4.172
3.890 – 4.066
50*
2
COD
mg/L
5.320 – 5.550
6.860 – 7.650
6350 – 6.540
7.120 – 7.450
6.020 – 6.256
250*
3
TSS
mg/L
765 – 850
864 – 945
920 – 1025
965 – 895
980 – 1.126
100*
4
PO43-P
mg/L
106 – 120
86 – 100
125 – 140
95 – 107
165 – 189
-
5
TP
mg/L
185 – 192
205 – 215
175 – 182
130 – 136
208 – 240
6**
6
NH4+N
mg/L
145 – 160
128 – 135
195 – 220
152 – 163
215 – 249
60*
7
TN
mg/L
240 – 250
235 – 242
316 – 365
208 – 238
355 – 398
80*
8
Mg
mg/L
35 – 42
45 – 56
42 – 50
34 – 38
52 – 65
-
9
Ca
mg/L
10 – 15
12 – 20
15 – 18
10 – 16
18 – 22
-
1
pH
Ghi chú: * - QCVN 01-MT:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sơ chế CSTN; ** - QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc
gia về nước thải công nghiệp.
10
1.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải chế biến CSTN
1.3.1. Ngoài nước
Trên thế giới, nhiều nước đã nghiên cứu các biện pháp XLNT chế biến cao su
từ rất sớm, nhưng bắt đầu được áp dụng rộng rãi trong thực tế từ những năm 2000,
các nghiên cứu và ứng dụng thực tế chủ yếu tập trung vào các quá trình kỵ khí, hiếu
khí, công nghệ sử dụng thực vật, hồ sinh học, hồ nuôi tảo và một số quá trình hóa lý
– hóa học.
V. Thongnuekhang và U. Puetpaiboon (2004) đã nghiên cứu sử dụng thực vật
để XLNT chế biến CSTN. Giá trị các thông số đầu vào bao gồm TN, NH3-N, Org–
N, BOD và SO42- đối với thí nghiệm có cây bìm bìm, thảm cỏ nhiệt đới và thiết bị
kiểm soát (không có thực vật) lần lượt là 41,0014,06 mg/L, 35,7914,15 mg/L,
5,222,23 mg/L, 6211 mg/L và 482243 mg/L; 33,0513,79 mg/L, 28,0513,17
mg/L, 5,002,60 mg/L, 658 mg/L và 471194 mg/L; 10,034,72 mg/L, 7,164,04
mg/L, 2,881,14mg/L, 377 mg/L và 30871 mg/L. Các thí nghiệm được thực hiện
ở quy mô pilot. Hiệu suất xử lý đối với các chỉ tiêu TN, NH3-N, Org–N, BOD và
SO42- lần lượt như sau: đối với thảm cỏ nhiệt đới là 92%, 97%, 61%, 88%, và 52%;
đối với bìm bìm là 75%, 80%, 43%, 41% và 30%; đối với hệ không có thực vật là
74%, 80%, 41%, 31%, và 28%. Kết quả cho thấy, khi xử lý với thảm cỏ nhiệt đới cho
kết quả tốt nhất đối với tất cả các chỉ tiêu trong nước thải. Trong khi đó, hiệu suất xử
lý khi sử dụng cây bìm bìm và khi không có một loại thực vật nào khác nhau không
đáng kể [15].
J. Anotai và các cộng sự (2007) đã kết hợp phương pháp hóa học và sinh học
để XLNT chế biến mủ CSTN với nồng độ Zn và COD lần lượt là 816 mg/L và 20.862
mg/L. Đầu tiên sử dụng kết tủa sunphua để xử lý Zn, hàm lượng Zn trong nước thải
sau xử lý nhỏ hơn 2 mg/L. Nước thải sau đó được kết hợp xử lý bằng phương pháp
lọc kỵ khí và bùn hoạt tính. Công đoạn lọc kỵ khí cho hiệu suất xử lý COD đạt 92%
tại mức tải trọng 11,8 kg COD/m3·ngày với hệ số chuyển hóa khí là 0,32 L/g COD
chuyển hóa. Cuối cùng nước thải được xử lý bằng công nghệ bùn hoạt tính cho hiệu
suất xử lý COD, BOD lần lượt đạt 96,6% và 99,4%. Giá trị COD và BOD trong nước
thải đầu ra lần lượt là 71 và 11 mg/L [16].
11
I. O. Asia, và E. E. Akporhono (2007) đã nghiên cứu sử dụng phương pháp
keo tụ để xử lý nước thải chế biến cao su. Giá trị BOD và COD nước thải đầu vào lần
lượt là 2.610 và 3.142 mg/L. Hiệu suất xử lý BOD đạt 98 – 98,9%, COD đạt 97 –
99%, phốt pho đạt 90 – 93%, nồng độ TN, N–NH3 và N–NO3 có giảm nhưng không
đáng kể [17].
M. Mohammadi và các cộng sự (2010) đã tổng hợp các công nghệ XLNT đang
được áp dụng tại Malaysia. Kết quả cho thấy các biện pháp thông dụng nhất là hồ sinh
học với hơn 500 nhà máy chế biến CSTN hoặc dầu cọ đang áp dụng. Trước các hồ sinh
học thường được bố trí kết hợp các bẫy cao su và công đoạn trung hòa axit – bazơ.
Biện pháp xử lý sinh học kết hợp kị khí và hiếu khí rất phù hợp với các nhà máy có
diện tích nhỏ và đang được sử dụng rộng rãi tại Batang, Kali, Malaysia cho hiệu quả
cao, mỗi ngày sản sinh 8.000 m3 khí sinh học. Với giá trị COD đầu vào khoảng 18.219
mg/L, công nghệ lọc sinh học kỵ khí cho hiệu suất xử lý COD đạt 92% tại mức OLR
11,8 kg COD/m3·ngày [13].
N. Z. R. Anwar và các cộng sự (2013) đã nghiên cứu XLNT chế biến cao su
bằng thiết bị phản ứng kỵ khí theo mẻ (ASBR). Nước thải đầu vào có giá trị BOD,
COD, độ đục và TSS lần lượt là 587 mg/L, 1.377 mg/L, 657 NTU và 465 mg/L. Nghiên
cứu này tập trung đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ VSV/khối lượng nước thải theo 4 tỷ lệ:
1: 100; 1: 500; 1: 1000; 1: 2000. Kết quả nghiên cứu cho thấy: với tỷ lệ VSV/nước thải
là 1: 1000 (tỷ lệ tối ưu) hiệu quả xử lý BOD, COD, độ đục, và TSS lần lượt đạt 62%,
60%, 62%, và 84%. Giá trị các thông số BOD, COD, độ đục và TSS trong nước thải
sau xử lý lần lượt là 226 mg/L, 557 mg/l, BOD5, 255 NTU và 75 mg/l. Trong nghiên
cứu này không đề cập đến mức OLR và các chất ô nhiễm trong nước thải sau xử lý còn
khá cao [18].
1.3.2. Trong nước
Hiện nay, ở nước ta các công nghệ chủ yếu được áp dụng để XLNT chế biến
CSTN là kết hợp một số trong các quá trình: tách gạn mủ, tuyển nổi, UASB, mương
oxy hóa, bể sục khí, lọc sinh học hiếu khí, hồ tảo, hồ ổn định. Đến nay, đã có một số
nghiên cứu XLNT chế biến CSTN, cụ thể như sau:
Nguyễn Trung Việt (1999) đã tập trung nghiên cứu và đánh giá tính khả thi của
hệ thống UASB nhằm XLNT chế biến CSTN phù hợp với điều kiện Việt Nam. Kết
quả cho thấy, hệ thống xử lý kỵ khí tốc độ cao, đặc biệt thiết bị UASB là phương án
12
thích hợp để XLNT chế biến CSTN. Ở pH 7,0 –7,4 và tải trọng 0,2g COD/gVSS/ngày,
protein phân huỷ hoàn toàn hơn ở pH 4,8; sự phân huỷ protein xảy ra không hoàn toàn
do sự có mặt của các protein bền vững như hevein. Trong quá trình phân huỷ protein,
có thể làm giảm pH xuống dưới 5 do việc tạo thành axít béo bay hơi (VFA) trong điều
kiện nghèo dinh dưỡng. Giá trị pH nhỏ hơn 6,0 ảnh hưởng đến tốc độ phân huỷ kỵ khí,
tuy nhiên kết quả theo dõi thí nghiệm ở pH 5,0 VSV metan hóa vẫn có thể phát triển
và hồi phục lại ở điều kiện tốt bằng cách chuyển acetate thành methane và bicarbonate
làm tăng khả năng đệm của hệ thống kỵ khí. Thiết bị UASB có thể hoạt động ổn định
với OLR lên đến 15 – 20 kg COD/m3·ngày, HRT trong khoảng 2 – 6h, tốc độ dâng
nước (Upflow Liquid Velocity, ULV) là 0,4 m/h. Hiệu quả xử lý có thể đạt 79,8 –
87,9%, tương ứng với tải trọng thuỷ lực 7,3 – 9,1 m3/m3, chiều cao lớp bùn trong thiết
bị UASB cuối giai đoạn thí nghiệm là 12 – 15 cm. Bùn có khả năng đệm để điều chỉnh
giá trị pH đầu vào, sự phục hồi bùn do pH thấp cần khoảng 2 – 3 ngày sau khi sử dụng
nước thải có pH 6,0 – 6,2. Vấn đề pH có thể giải quyết bằng cách tuần hoàn dòng thải
và điều chỉnh pH dòng vào. Trong nghiên cứu này chưa thấy đề cập đến hiệu quả xử
lý nitơ [7].
Nguyễn Ngọc Bích (2003), đã nghiên cứu xây dựng công nghệ XLNT thích
hợp cho ngành chế biến CSTN Việt Nam với công nghệ đề xuất là: Bể điều hoà – Bể
gạn mủ – Bể kỵ khí xơ dừa – Bể tảo cao tải – Bể lục bình. Xơ dừa ở dạng sợi được
kết lại làm giá thể cho VSV phát triển nhằm tăng nồng độ vi sinh trong bể kỵ khí do
đó nâng cao hiệu suất XLNT, tảo và lục bình xử lý chất dinh dưỡng và khử mùi. Với
hàm lượng COD, BOD và TN dòng vào lần lượt là 6.131 mg/L, 4.006 mg/L và 273
mg/L, hiệu suất xử lý COD, BOD, TN, SS của bể kỵ khí xơ dừa ở điều kiện HRT 2
ngày lần lượt là: 94,1%, 95,0%; 19,4%, 84,3%. Hiệu suất xử lý COD, BOD, TN và
SS của bể tảo cao tải lần lượt là: 11,0%; 69,5%; 74,2%; và 38,3%. Trong khi đó, hiệu
suất xử lý COD, BOD, TN của bể lục bình lần lượt là 75,5%; 52,5%; 80,9%. Hàm
lượng COD, BOD, TN, N-NH3 và SS trong nước thải sau xử lý của cả hệ thống lần
lượt là 65 mg/L; 29 mg/L; 9,4 mg/L; 1,8 mg/L; và 37 mg/L [8].
Nguyễn Ngọc Bích (2011) đã nghiên cứu áp dụng công nghệ hồ tảo trong hệ
thống XLNT tại 5 nhà máy cao su: Thuận Phú, Ngọc Hồi, Krông Buk, Lộc Hiệp và
Xưởng Cao su tờ Lai Khê. Tổng thời gian lưu nước của hệ thống là 21 ngày, trong
đó công đoạn xử lý kỵ khí và gạn mủ là 7 ngày, công đoạn xử lý bằng bể tảo là 9 ngày
