Nghiên cứu ứng dụng sợi composit polyme zeolite xử lý nước thải công nghiệp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.91 MB, 80 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
LÊ THỊ HƯƠNG
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SỢI COMPOSIT POLYME-ZEOLITE
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC
Hà Nội – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
LÊ THỊ HƯƠNG
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SỢI COMPOSIT POLYME-ZEOLITE
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa học
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Phạm Thanh Huyền
Hà Nội – 2019
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: LÊ THỊ HƯƠNG
Đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng sợi composit polyme – zeolite xử lý
nước thải công nghiệp”
Chuyên ngành: Kỹ thuật lọc hóa dầu
Mã số SV: CA170303
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác
giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 23/11/2019 với
các nội dung sau:
1. Chỉnh sửa lại hình thức của luận văn, đánh lại số trang và trích dẫn đầy đủ
tài liệu tham khảo.
2. Rút ngắn phần tổng quan và tập trung vào cơng đoạn xử lý cần thay thế đó
là cơng đoạn xử lý nước thải bằng công nghệ đông tụ keo tụ tuyển nổi.
Ngày 27 tháng 11 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
LỜI CAM KẾT
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả
được đưa ra trong luận án là trung thực, được các đồng giả cho phép sử dụng và chưa
từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Hà Nội, tháng 10 năm 2019
HỌC VIÊN
Lê Thị Hương
i
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS. Phạm Thanh Huyền – Viện kỹ
thuật hóa học, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã dành rất nhiều thời gian và tâm
huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.
Nhân đây, em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cơ trong Viện Kỹ thuật
Hóa học, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; các anh chị đồng nghiệp tại cơng ty lọc hóa
dầu Nghi Sơn, các anh chị em cùng phịng thí nghiệm nghiên cứu khoa học của bộ mơn
Cơng nghệ Hữu cơ Hóa dầu đã tạo điều kiện giúp đỡ em học tập, nghiên cứu để hoàn
thành tốt luận văn tốt nghiệp thạc sĩ.
Đồng thời em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, và các em trong gia đình,
những người bạn đã ủng hộ tinh thần em rất nhiều, giúp em có động lực để cố gắng học
tập và luôn luôn trau dồi những kiến thức bổ ích.
Hà nội, ngày 24 tháng 10 năm 2019
HỌC VIÊN
Lê Thị Hương
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM KẾT ........................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................ ii
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... vii
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................................3
1.1 Giới thiệu chung ...........................................................................................................3
1.1.1 Quy chuẩn quốc gia về nước thải cơng nghiệp ................................................. 3
1.1.2 Đặc tính đầu ra của dòng nước thải tại nhà máy lọc dầu ................................... 5
1.1.3 Tóm tắt quy trình xử lý nước thải tại nhà máy lọc dầu ..................................... 6
1.2 Lựa chọn phương pháp hấp phụ và vật liệu hấp phụ ...................................................15
1.2.1 Các phương pháp xử lý dầu thải trong nước hiện nay..................................... 15
1.2.2 Lựa chọn phương pháp hấp phụ trong xử lý nước thải nhiễm dầu (xử lý thứ
cấp) ........................................................................................................................ 18
1.2.3 Vật liệu hấp phụ dầu trong nước thải ............................................................. 21
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .................................................................................................30
2.1 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng của vật liệu ...................................................30
2.1.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscopy) ... 30
2.1.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (Phương pháp XRD).......................................... 31
2.1.3 Phương pháp tính toán dung lượng hấp phụ cực đại ....................................... 32
2.1.4 Phương pháp xác định diện tích bề mặt .......................................................... 33
2.2 Phương pháp xác định hàm lượng dầu trong nước ASTM D7066 ...............................34
a) Phạm vi áp dụng ................................................................................................. 34
b) Thiết bị............................................................................................................... 35
c) Hóa chất ............................................................................................................. 36
d) Dựng đường chuẩn ............................................................................................. 37
f) Quy trình đo........................................................................................................ 39
k) Tính tốn: ........................................................................................................... 40
2.3 Quy trình tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng .. 41
2.3.1 Chuẩn bị mẫu: ............................................................................................... 41
2.3.2 Quy trình hấp phụ: ......................................................................................... 42
iii
2.3.3 Các bước tiến hành phân tích hàm lượng dầu trong mẫu nước thải trước và sau
khi hấp phụ: ............................................................................................................ 43
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................................44
3.1 Nghiên cứu các tính chất đặc trưng của vật liệu polyme-zeolite compozit dạng sợi ..... 44
3.1.1 Nghiên cứu đặc trưng vật liệu bằng phương pháp SEM ................................. 44
3.1.2 Nghiên cứu đặc trưng vật liệu bằng phương pháp hấp phụ vật lý Nitơ. .......... 45
3.1.3 Nghiên cứu đặc trưng vật liệu bằng phương pháp XRD ................................. 45
3.2 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu composit ...........................................46
3.2.1. Kết quả dựng đường chuẩn trên máy phân tích hàm lượng dầu trong nước
(ASTM D7066). ..................................................................................................... 46
3.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu Composit trên mẫu mô phỏng. ........ 48
3.2.3 Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đối với mẫu thực .............................. 55
3.3 Bài toán kinh tế khi lựa chọn sợi composit polyme – zeolite .......................................60
3.3.1 Tính tốn khối lượng vật liệu composit và so sánh với vật liệu Polyme A dạng
lỏng. ....................................................................................................................... 60
3.3.2 Lựa chọn điều kiện làm việc tối ưu cho quá trình xử lý nước thải sử dụng vật
liệu hấp phụ composit. ............................................................................................ 62
3.4 Đánh giá khả năng tái sử dụng vật liệu sợi composit polyme-zeolite sau khi hấp phụ
dầu trong nước thải. ..................................................................................................................64
KẾT LUẬN ..............................................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................................67
iv
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Gía trị C của các thơng số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp ................ 3
Bảng 2: Đặc tính đầu ra của dịng nước thải tại nhà máy lọc dầu ............................. 5
Bảng 3: So sánh các phương pháp hấp xử lý nước thải nhiễm dầu ......................... 19
Bảng 4: Kết quả đo diện tích bề mặt riêng BET của vật liệu .................................. 45
Bảng 5: Cài đặt thông số cho máy khi tiến hành dựng chuẩn ................................. 46
Bảng 6: Cài đặt thơng số cho q trình check chuẩn và đo mẫu ............................. 47
Bảng 7: Kết quả kiểm tra chuẩn 25 mg/L .............................................................. 47
Bảng 8: Ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ dầu của vật
liệu ................................................................................................................................ 48
Bảng 9: Số liệu tính tốn dung lượng hấp phụ cực đại ........................................... 50
Bảng 10: So sánh khả năng hấp phụ dầu của vật liệu composit polyme-zeolite với
vật liệu hấp phụ tự nhiên làm từ bèo tây, lõi ngô, xơ dừa và rơm. .................................. 51
Bảng 11: Ảnh hưởng của hàm lượng dầu trong nước đến khả năng hấp phụ của vật
liệu ................................................................................................................................ 51
Bảng 12: So sánh khả năng hấp phụ dầu của sợi composit và sợi PES ................... 52
Bảng 13: So sánh khả năng hấp phụ dầu của sợi composit và vật liệu AAC .......... 54
Bảng 14: Số liệu khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu theo thời gian với mẫu thực
...................................................................................................................................... 55
Bảng 15: Đặc trưng dòng nước thải đầu vào bể cân bằng ...................................... 56
Bảng 16: QCQG về hàm lượng dầu mỡ trong nước sinh hoạt (A) và nước thải công
nghiệp (B) ..................................................................................................................... 56
Bảng 17: số liệu tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ ở các giá trị pH khác nhau . 59
Bảng 18: So sánh bài toán kinh tế giữa vật liệu mới và vật liệu cũ......................... 61
Bảng 19: Điều kiện làm việc tối ưu khi sử dụng vật liệu hấp phụ composite ......... 62
Bảng 20: Khảo sát khả năng tái sinh vật liệu composit polyme-zeolite bằng phương
pháp dùng lực nén ép. .................................................................................................... 64
v
DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy lọc dầu .................................................................6
Hình 2: Sơ đồ hệ thống xử lý bùn thải tại nhà máy lọc dầu Nghi Sơn ..........................................7
Hình 3: Sơ đồ cụm thiết bị tách API ............................................................................................8
Hình 4: Sơ đồ cụm tách CPI ......................................................................................................10
Hình 5: Sơ đồ cụm xử lý FFU ...................................................................................................11
Hình 6: Sơ đồ cụm xử lý sinh học .............................................................................................13
Hình 7: Cụm xử lý oxy hóa tam cấp ..........................................................................................14
Hình 8: Sơ đồ xử lý lý hóa tam cấp ...........................................................................................15
Hình 9: Cấu trúc hình học của mordenite zeolite .......................................................................23
Hình 10: Sơ đồ tạo cấu trúc rợi rỗng cho vật liệu polyme-zeolite ...............................................25
Hình 11: Cấu tạo của sàng spinneret ..........................................................................................25
Hình 12: A. Vật liệu polyme có các lỗ trống micro, B. Vật liệu bắt đầu hấp phụ dầu, C. Vật liệu
hấp phụ dầu và trương lên [], [], [].............................................................................................27
Hình 13: Sơ đồ mơ tả cơ chế hấp phụ dầu của các vật liệu có cấu trúc dạng sợi .........................28
Hình 14: Nhiễu xạ kế tia X ........................................................................................................31
Hình 15: Dạng đồ thị đường thẳng BET ....................................................................................34
Hình 16: Thiết bị đo hàm lượng dầu trong nước OCMA-500 .....................................................36
Hình 17: Sơ đồ đường đi của mẫu khi phân tích bằng máy OCMA 500 .....................................36
Hình 18: Điểm lấy mẫu nước thải nhiễm dầu .............................................................................41
Hình 19: Hình ảnh SEM của vật liệu PES..................................................................................44
Hình 20: Hình ảnh SEM của vật liệu compozit PES-zeolite. ......................................................45
Hình 21: giản đồ XRD của sợi composit polyme-zeolite và của mẫu so sánh trong....................46
Hình 22: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến khả năng hấp phụ dầu của sợi composit
.................................................................................................................................................49
Hình 23: Sự phụ thuộc giữa Ce/qe vào Ce .................................................................................50
Hình 24: Ảnh hưởng của hàm lượng dầu trong nước đến khả năng hấp phụ của vật liệu ............52
Hình 25: Mơ phỏng q trình hấp phụ dầu trong nước bằng vật liệu AAC .................................54
Hình 26: Khảo sát sự phụ thuộc của nồng độ sau khi hấp phụ theo thời gian. ............................57
Hình 27: Mơ phỏng cơ chế hấp phụ dầu trong nước của sợi composit........................................59
Hình 28: Khảo sát sự ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật liệu................................60
Hình 29: Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải hiện này tại các nhà máy lọc dầu .............................63
Hình 30: Sơ đồ thiết kế công nghệ xử lý nước thải sử dụng sợi compozit ..................................63
Hình 31: Khảo sát khả năng tái sinh của vật liệu composit polyme-zeolite bằng phương pháp
dùng lực nén ép. ........................................................................................................................65
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Tiếng Anh
COC
Continually Oil Contaminated
CPI
Corrugated Plate Interceptor
FFU
Tiếng Việt
Nhiễm dầu liên tục
Thiết bị tách nước nhiễm dầu – cặn gồm
nhiều tấm chặn.
Flocculation Floatation Package
Unit
Cụm thiết bị keo tụ tuyển nổi
FFB
First Flush Basin
Bồn nước thải đầu tiên
AAC
Autoclaved Aerated Concrete
Gạch bê tơng khí chưng áp
CSW
Clean Surface or Storm Water
Nước sạch bề mặt hoặc nước mưa bão
AOC
Accidently
Oil
Contaminated
Surface Water
Nước bề mặt nhiễm dầu
SEM
Scanning Electron Microscope
Kính hiển vi điện tử quét
XRD
X-Ray Difaction
Phương pháp nhiễu xạ Rơn Ghen
vii
LỜI MỞ ĐẦU
Thế giới đang phải đối mặt với ô nhiễm mơi trường nói chung và vấn đề ơ nhiễm
mơi trường nước nói riêng với lượng phát thải ngày một gia tăng và ngày càng trở nên
trầm trọng hơn; Đặc biệt là các nguồn thải từ các ngành công nghiệp nặng như: dầu khí,
năng lượng hạt nhân, cơng nghiệp chế biến giấy, công nghệ tuyển quặng, công nghiệp
sản xuất sắt, thép, công nghiệp dệt-nhuộm. Các ngày công nghiệp này phát thải ra rất
nhiều các hợp chất độc hại như các kim loại nặng Pd2+, Cd2+, Ni2+, Cu2+, Cr3+, Pb2+,[1] …
các hợp chất hữu cơ phenol, benzene, xylene, các hợp chất chứa nitơ, lưu huỳnh, các hợp
chất gốc hydrocacbon như dầu, mỡ nhờn, các hợp chất phóng xạ như Cs [2]. Do đặc tính
khó phân hủy tự nhiên của các hợp chất này mà chúng gây ra một số ảnh hưởng nghiêm
trọng đến sức khỏe con người cũng như các sinh vật sống trên Trái đất. Những căn bệnh
nguy hiểm như ung thư, nhiễm độc gan, thận, gây đột biến gen, vơ sinh có thể xảy ra khi
sinh vật tiếp xúc với các nguồn thải này. Trong số đó, nguồn nước thải nhiễm dầu đến từ
các nhà máy lọc dầu chiếm tỷ lệ cao.
Các phương pháp xử lý được đưa ra tại các nhà máy lọc dầu có thể bao gồm: đông
tụ, keo tụ, tuyển nổi, hấp thụ, hấp phụ, phương pháp sinh học, điện hóa, trao đổi ion [1].
Tuy nhiên phương pháp hấp phụ và vật liệu hấp phụ đang thu hút được sự quan tâm rất
lớn do phương pháp này có rất nhiều ưu điểm như: dễ chế tạo, giá thành rẻ, thân thiện với
môi trường, không phát sinh chất thải thứ cấp, có khả năng xử lý triệt để các chất gây ô
nhiễm. Để xử lý dầu trong nước thải ở ngưỡng nồng độ thấp mang lại hiệu quả cao, các
nhà khoa học đã nghiên cứu được rất nhiều vật liệu hấp phụ bao gồm: than hoạt tính, vật
liệu các bon mao quản trung bình, các polyme dạng lỏng và dạng tấm…Tuy nhiên các vật
liệu này cũng có nhiều nhược điểm: than hoạt tính có giá thành rẻ nhưng khó thu hồi, khó
tái sinh; polyme dạng lỏng thì khó tái sinh, tốn nhiều vật liệu; polyme dạng tấm hoặc
dạng hạt thì gây tổn thất áp suất lớn, tiêu tốn chi phí năng lượng. Để khắc phục những
nhược điểm trêm thì một loại vật liệu mới có cấu tạo dạng sợi là composit polyme-zeolite
đã được tổng hợp và nghiên cứu ứng dụng. Trong đó một hướng đi hứa hẹn là vật liệu sợi
composit PES-zeolite từ giáo sư Takaomi Kobayashi của ĐH Công nghệ Nagaoka, Nhật
bản [3]. Vật liệu này được tổng hợp bằng công nghệ đông tụ đảo pha tạo dạng sợi kết hợp
1
zeolite với polyethersulfone (PES). Do có cấu tạo dạng sợi nên khi sử dụng làm vật liệu
hấp phụ sẽ gây tổn thất áp suất rất nhỏ, dễ chế tạo, dễ vận chuyển và có khả năng tái sinh.
Các ứng dụng của vật liệu này trong việc xử lý các kim loại nặng (Pd2+, Cd2+, Ni2+, Cu2+),
chất phóng xạ Cs đã được nghiên cứu bởi giáo sư Takaomi Kobayashi và các cộng sự đã
dành được nhiều giải thưởng khoa học ở Nhật Bản.
Việc lựa chọn và nghiên cứu ứng dụng của vật liệu trên để tiến hành xử lý nước thải
nhiễm dầu tại đầu vào thiết bị cân bằng ở nhà máy lọc dầu Nghi Sơn để nghiên cứu ảnh
hưởng pH dòng thải đến hiệu suất xử lý nước nhiễm dầu nhằm lựa chọn được môi trường
làm việc tối ưu cho hệ thống xử lý, tính tốn dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu
composit polyme – zeolite để góp phần ước tính được tiêu hao vật liệu trong quá trình xử
lý nước có ý nghĩa thực tiễn rất lớn.
Do vậy luận văn này tập trung "nghiên cứu ứng dụng sợi composit polyme – zeolite
xử lý nước thải công nghiệp” nhằm đáp ứng được tính cấp bách của hiện trạng ô nhiễm
môi trường.
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp
QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải cơng nghiệp.
Có hiệu lực thi hành từ ngày 15 tháng 02 năm 2012 như sau: Quy chuẩn này quy định giá
trị tối đa Cmax cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả ra
nguồn tiếp nhận nước thải.
Cmax = C*Kq*Kf
Áp dụng đối với nhà máy lọc dầu thì:
Kq = 1.3 (xả thải ra vùng ven biển khơng dùng cho mục đích bảo vệ thủy sinh, thể
thao hoặc giải trí dưới nước)
Kf = 0.9 (Áp dụng đối với lưu lượng nguồn thải > 5.000 m3/24 giờ).
Bảng 1: Gía trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp
STT
Đơn vị
Thông số
Giá trị C
A
B
C
40
40
1
Nhiệt độ
2
Màu
Pt/Co
50
150
3
pH
-
6 đến 9
5,5 đến 9
4
BOD5(20oC)
mg/l
30
50
5
COD
mg/l
75
150
6
Chất rắn lơ lửng
mg/l
50
100
7
Asen
mg/l
0,05
0,1
8
Thủy ngân
mg/l
0,005
0,01
9
Chì
mg/l
0,1
0,5
10
Cadimi
mg/l
0,05
0,1
11
Crom (IV)
mg/l
0,05
0,1
12
Crom (III)
mg/l
0,2
1
13
Đồng
mg/l
2
2
o
3
14
Kẽm
mg/l
3
3
15
Niken
mg/l
0,2
0,5
16
Mangan
mg/l
0,5
1
17
Sắt
mg/l
1
5
18
Mangan
mg/l
0,5
1
19
Tổng cyanua
mg/l
0,07
0,1
20
Tổng phenol
mg/l
0,1
0,5
21
Tổng dầu mỡ khống
mg/l
5
10
22
Sunfua
mg/l
0,2
0,5
23
Florua
mg/l
5
10
24
Amoni tính theo N
mg/l
5
10
25
Tổng nitơ
mg/l
20
40
mg/l
500
1000
mg/l
1
2
mg/l
0,05
0,1
mg/l
0,3
1
Clorua (không áp dụng khi
26
xả vào nguồn nước mặn,
nước lợ)
27
28
29
Clo dư
Tổng hóa chất bảo vệ thực
vật clo hữu cơ
Tổng hóa chất bảo vệ thực
vật phốt pho hữu cơ
30
Tổng PCB
mg/l
0,003
0,01
31
Coliform
Vi khuẩn/100ml
3000
5000
32
Tổng hoạt độ phóng xạ anpha
Bq/l
0,1
0,1
33
Tổng hoạt độ phóng xạ bê ta
Bq/l
1,0
1,0
Cột A Bảng 1 quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
Cột B Bảng 1 quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả vào nguồn nước khơng dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
4
1.1.2 Đặc tính đầu ra của dịng nước thải tại nhà máy lọc dầu
Căn cứ vào QCVN về xả thải công nghiệp, Nhà máy lọc dầu thiết kế dây chuyền xử
lý nước thải đảm bảo các thông số kỹ thuật áp dụng cho dòng nước thải đầu ra như sau:
Bảng 2: Đặc tính đầu ra của dịng nước thải tại nhà máy lọc dầu
STT
Thông số
Đơn vị
Giá trị
1
COD
mg/l
72
2
BOD
mg/l
25
3
TSS
mg/l
30
4
Free oil
mg/l
1,0
5
T-N
mg/l
10
6
T-P
mg/l
2
7
Phenols
mg/l
0,29
8
Cianua
mg/l
0,09
9
Benzen
mg/l
0,05
10
Sulfua
mg/l
0.45
11
Nhiệt độ
o
C
5
35
1.1.3 Tóm tắt quy trình xử lý nước thải tại nhà máy lọc dầu
Hình 1: Hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy lọc dầu
Nước thải COC từ các nguồn: nước thải loại muối trong dầu thô (Desalter Wash
Water), tháp hấp thụ nước chua (Sour Water Stripper), nước thải không nhiễm dầu, nước
thải từ thiết bị tách nước trong dầu thô (AIP Oil Separation).
Nước thải COC được chuyển qua hệ thống cân bằng dầu nước, sau đó được dẫn trực
tiếp qua thiết bị CPI cùng với dòng nước thải từ FFB.
Sau khi được tách các tạp chất cơ học ở thiết bị CPI, nước thải sẽ được đưa qua hệ
thống tuyển nổi. Tại đây, phần lớn dầu thải được tách ra. Rồi nước thải được tiếp tục đưa
qua công đoạn xử lý sinh học cùng với lượng nước thải sinh hoạt. Tiếp theo đó là cơng
đoạn oxy hóa tam cấp, sinh hóa tam cấp. Cuối cùng sẽ được thải ra biển.
Trong quá trình xử lý nước thải COC, các tạp chất cơ học sẽ tích tụ lại và hình
thành lớp bùn. Tại phân xưởng xử lý nước thải, bùn được xử lý thông qua các công nghệ
khác nhau. Bùn từ công đoạn cân bằng dầu-nước, CPI và FFU được gom sang bồn chứa
để chuẩn bị cho công đoạn xử lý bùn bằng phương pháp ly tâm.
6
Hình 2: Sơ đồ hệ thống xử lý bùn thải tại nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
1.1.3.1 Quá trình xử lý nước thải sơ cấp
Công đoạn tách dầu bằng phương pháp API
Thiết bị tách dầu API (190-A-101) là để tách dầu nồng độ cao từ nước thải nhiễm
dầu (nước thải từ khu vực bồn bể chứa dầu, từ đáy của các bể chứa dầu thơ). API có sức
chứa 200m3/h, chủ yếu xử lý nước thải từ hai bể chứa dầu thô (80m3/h) và các nguồn
nước thải ra do mưa.
Nước thải nhiễm dầu từ khu vực bồn bể đưa vào bể API (190-A-101-S01A/B) qua
một thiết bị tách (splitter: 190-A-101-SU01). Tại bể API, dầu sẽ được tuyển nổi dựa vào
sự khác nhau của khối lượng riêng giữa dầu và nước. Dầu và bùn sẽ được tách ra bởi các
thanh gạn (skimmer) và được chuyển qua bể chứa dầu API (API skimmed oil sump: 190A-101-SU04).
7
Hình 3: Sơ đồ cụm thiết bị tách API
Nguồn nước thải nhiễm dầu COC từ khu vực bồn bể sẽ đưa vào bể tách API. Cụm
thiết bị tách API bao gồm: bể chứa nước thải nhiễm dầu, bơm nước thải API, bể chứa dầu
thải, bơm dầu thải, bể chứa nước thải sau khi được xử lý bởi API và bơm nước thải sau
khi đã được xử lý. Nước thải nhiễm dầu sau khi đươc xử lý bởi API sẽ dược bơm qua ống
gia nhiệt COC và dầu thải sau khi gom được sẽ đưa vào hệ thống dầu slop.
1.1.3.2 Các quá trình xử lý nước thải thứ cấp
a) Quá trình cân bằng nước thải nhiễm dầu
Các nguồn nước thải bao gồm nước thải từ thiết bị tách ba pha, nước thải từ rảnh
cống thoát nước, từ hệ thống bể chứa thu gom nước thải nhiễm dầu, từ nguồn nước thải
sau khi được xử lý bằng API sẽ được gom vào bể cân bằng nước thải. Cũng như kiềm
thải sau khi đã được trung hịa, dầu/bọt từ IGF (q trình tuyển nổi khí cảm ứng). Dầu
được tách ra khỏi nước thải bằng cơ cấu tách dầu nước chuyên dụng (skimmer), sau đó
dầu được gom vào bể chứa dầu thải qua bơm dầu của bể cân bằng còn nước thải sẽ được
đưa qua thiết bị tách dầu nước CPI (Corrugate Plate Interceptor).
8
Các bể cân bằng dầu nước có dung tích làm việc là 4900m3. Bể được trang bị hai
máy trộn để hỗ trợ tách dầu và nước. Đó là một thiết kế mái nổi với bọt phun cho mục
đích chữa cháy. Một bể được trang bị bộ tách dầu nổi để loại bỏ phần dầu thải từ đỉnh bể.
Và trên mỗi bể được cài đặt thiết bị đo dung tích chất lỏng trong bể (đặt tại vị trí cách 2m
tính từ mức chất lỏng cao nhất của bể) để theo dõi mực chất lỏng trong bể và để kiểm tra
quá trình xử lý hóa học. Việc xử lý và tách dầu ra khỏi nước thải phụ thuộc vào thành
phần hóa học, nhiệt độ và thời gian lưu chính xác. Dầu thải thu gom được ở gần với đỉnh
sẽ tinh khiết hơn so với lớp nhũ tương ở bề mặt dòng nước thải. Nước thải ở đáy bể cân
bằng sẽ sạch và chứa ít dầu hơn.
Nước thải COC từ bể chứa COC sẽ được bơm qua các ống gia nhiệt nước thải COC
vào bể cân bằng.
b) CPI (Corrogate Plate Intercepter – Thiết bị chặn kiểu tấm gợn sóng)
Cụm thiết bị tách dầu CPI tiếp tục tách tạp chất cơ học và dầu trong nước thải và
dầu sẽ tiếp tục được xử lý thêm ở cụm phân tách dầu nước bằng phương pháp tuyển nổi
(Tuyển nổi phân tán khơng khí hịa tan – DAF: dissolved air flotation). Dầu thu gom
được ở công đoạn này sẽ được đưa đến bể chứa dầu thải còn dầu bùn thải cũng được thu
gom lại để xử lý.
9
Hình 4: Sơ đồ cụm tách CPI
Nguyên lý của CPI là dựa vào sự khác ở khối lượng riêng giữa dầu/nước/tạp chất cơ
học, chúng sẽ phân tách thành hai pha. Pha có khối lượng riêng cao hơn sẽ lắng xuống
cịn pha có khối lượng riêng thấp hơn sẽ nổi lên trên bề mặt dung dịch. Trong cụm thiết
bị CPI, hiệu quả tách phụ thuộc vào sự khác nhau giữa khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt
độ, sự xáo động và độ sạch của dịng nước thải.
Với mục tiêu khơng làm phá vỡ các giọt dầu một cách không cần thiết, nước thải
nhiễm dầu được đưa vào hệ thống CPI theo nguyên lý trọng lượng (chảy tự do không cần
dùng bơm). Nước thải chảy vào thiết bị CPI thông qua khoang đầu vào có chức năng kép
là bẫy cát. Một vách ngăn hai rãnh làm cho nước đến chảy đều và đồng bộ đến lối vào
của gói tấm gợn sóng. Tại các tấm gợn sóng các giọt dầu bị chặn lại và kết lại thành các
giọt lớn. Các giọt dầu này sẽ nhanh chóng di chuyển lên trên bề mặt dịng nước thải và sẽ
10
hình thành một lớp nổi phía trên cùng. Dầu được tách thông qua ống tách dầu (skim).
c) FFU (Flocculation Floatation Unit – Công đoạn tuyển nổi keo tụ)
FFU là cụm thiết bị được thiết kế để xử lý nước thải sau khi đã được xử lý ở CPI và
có cơng suất là 700 m3/giờ. Cụm thiết bị này bao gồm một bể trộn nhanh, một bể tuyển
nổi, một bình bão hịa DAF, một máy nén khơng khí DAF và một bơm tuần hồn DAF.
Hình 5: Sơ đồ cụm xử lý FFU
11
Từ cụm thiết bị DAF sẽ có 2 dịng: một dịng nước thải khơng nhiễm dầu sẽ được
đưa qua cụm xử lý sinh học và một dòng nổi FFU sẽ được đưa qua cụm xử lý bùn thải
bằng phương pháp li tâm.
Nước thải sau khi loại dầu ở CPI sẽ đi vào khoang đầu tiên của cụm FFU. Tại đây,
nước thải sẽ được trộn với chất đông tụ và kiềm. Hỗn hợp này sẽ được trộn kỹ để đảm
bảo hóa chất tiếp xúc tốt với tạp chất cơ học. Sau đó, hỗn hợp này sẽ đi sang bể thứ 2
thơng qua rảnh ở phía dưới vách ngăn. Tại bể tuyển nổi này, hỗn hợp nước thải sẽ được
trộn với hóa chất polyme. Hỗn hợp nước thải trong khoang thứ 2 này chỉ được khuấy nhẹ
bởi vì sự khuấy trộn mạnh sẽ làm đứt mạch polyme làm cản trở quá trình keo tụ. Hỗn hợp
đầu ra sẽ được đưa qua cụm thiết bị DAF để xử lý tiếp.
Chất đông tụ được thêm vào q trình FFU để cần bằng điện tích của các hạt lơ
lửng trong nước thải làm cho các hạt kết tụ lại với nhau. Khi chúng co cụm lại, chúng sẽ
trôi nhanh hơn. Chất keo tụ cũng làm tăng độ bền cho các hạt kết tụ để chúng khơng bị
vỡ vụn trong q trình khuấy trộn. Qúa trình này tiêu tốn chất đông tụ là: 460 L/giờ.
Kiềm (NaOH) được thêm vào để điều chỉnh pH của quá trình. Tiêu tốn NaOH là:
460L/h.
Polyme cũng được sử dụng trong quá trình xử lý nước thải FFU. Polyme làm tăng
khả năng kết dính các phân tử dầu lại với nhau, thúc đẩy quá trình di chuyển của các giọt
dầu nổi lên bề mặt vì khi hàm lượng dầu trong nước thải thấp, các giọt dầu phân bố cách
xa nhau, khi polyme được kích hoạt trong nước, chúng trở thành nhiều nhánh, mạch dài
được liên kết chéo. Mạng lưới này có khả năng liên kết các giọt dầu ở xa nhau và kết hợp
chúng lại với nhau. Tiêu tốn polyme 1057 L/giờ.
Tuyển nổi khơng khí hịa tan trong FFU là xử lý các tạp chất lơ lửng như dầu và
chất rắn mịn. Nước thải bão hịa khơng khí sẽ được bơm tuần hồn từ đáy của DAF.
Khơng khí sẽ được nén lên áp suất yêu cầu và sau đó được thổi vào hỗn hợp nước thải.
Khơng khí được giải phóng sẽ tạo thành các bong bóng bỏ bám vào các vật chất lơ lửng
làm cho vật chất lơ lửng nổi lên trên mặt nước và vật chất lơ lửng này sẽ được loại bỏ
bằng thiết bị thu gom chuyên dụng Skimming.
12
d) Công đoạn xử lý sinh học
Cụm xử lý sinh học nhận nước thải không nhiễm dầu từ cụm xử lý FFU, bùn thải từ
các bể gạn bùn tam cấp, nước thải từ khu vực cầu cảng. Ngoài ra, cụm xử lý sinh học còn
thu gom nước thải từ khu vực văn phịng, khu hành chính, căng tin (chủ yếu là nước thải
sinh hoạt).
Hình 6: Sơ đồ cụm xử lý sinh học
Dòng thải sẽ đi vào bể chia dòng (splitter box) và sẽ được chia thành 2 dòng đi vào
hai bể hiếu khí. Ở các bể hiếu khí, người ta thêm vào NaOH hoặc axit sulfuric để điều
13
chỉnh pH của dịng thải.
Bể hiếu khí sẽ được chia thành hai khoang: một khoang hiếu khí và một khoang
thiếu khí. Tại khoang thiếu khí, q trình phân hủy các hợp chất nitrat thành khí nitơ xảy
ra nhờ vi khuẩn denitrification. Và NH3 sẽ bị oxi hóa tạo thành NO2 nhờ vi khuẩn
nitrication trong bể hiếu khí. Khơng khí được sục liên tục vào hệ thống qua bộ phân phối
khí.
Bể hiếu khí có dung tích là 7875 m3.
e) Các quy trình xử lý nước thải tam cấp
• Cụm xử lý oxy hóa tam cấp
Cụm oxy hóa tam cấp được thiết kế để xử lý được hợp chất không bị phá hủy có
trong nước thải như phenol, cyanua, benzene … bằng cách oxy hóa bởi ozon được tạo ra
từ cụm thiết bị sản xuất ozon. Cụm xử lý tam cấp có cơng suất là 700 m3/giờ. Nước thải
cũng có thể đến từ cụm xử lý sinh học hoặc từ các ống gia nhiệt phụ trợ ETP.
Hình 7: Cụm xử lý oxy hóa tam cấp
• Cụm xử lý lý hóa tam cấp
Xử lý tam cấp hai giai đoạn được yêu cầu để xử lý nước thải đạt được các tiêu
14
chuẩn xả thải nghiêm ngặt. Xử lý lý hóa giai đoạn đầu sử dụng chất đông tụ và bột các
bon hoạt tính để loại bỏ một phần đáng kể COD cịn lại (COD – nhu cầu oxy hóa học).
Bùn sinh ra sẽ được tách bởi thiết bị gạn trước khi đưa qua cơng đoạn xử lý bùn thải.
Ozon hóa nước thải cặn là rất cần thiết để oxy hóa lượng chất thải COD còn lại để đảm
bảo tiêu chuẩn xả thải.
Hình 8: Sơ đồ xử lý lý hóa tam cấp
1.2 Lựa chọn phương pháp hấp phụ và vật liệu hấp phụ
1.2.1 Các phương pháp xử lý dầu thải trong nước hiện nay
Có rất nhiều phương pháp để xử lý dầu trong nước thải công nghiệp, tùy thuộc vào
nồng độ dầu trong nước thải, tuy thuộc vào từng giai đoạn xử lý, tùy thuộc vào cơ sở vật
chất (diện tích mặt bằng) và tùy thuộc vào điều kiện kinh tế cũng như tiêu chuẩn đầu ra
của nước thải công nghiệp. Một số phương pháp phổ biến nhất đang được áp dụng để xử
lý hàm lượng dầu ở ngưỡng nồng độ thấp (<150 ppmw) bao gồm: keo tụ tuyển nổi, lọc
15
