Xử lý nước thải chế biến cao su hóa lý sinh học - Luận án Tiến sĩ - Dương Văn Nam

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. 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. 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. 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.

Tổng quan ngành công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên (CSTN). Hiện trạng phát triển ngành CSTN của Việt Nam. Thành phần và tính chất mủ CSTN. Công nghệ chế biến mủ CSTN.

Đặc trưng nước thải chế biến CSTN. Nguồn gốc và lượng phát sinh nước thải. Đặc trưng nước thải. Đặc trưng nước thải nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh.

Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải chế biến CSTN. Một số phương pháp xử lý nước thải liên quan đến đề tài luận án. Phương pháp sinh học kỵ khí. Quá trình phân hủy kỵ khí.

Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ EGSB. Phương pháp kết tủa Magie Amoni Photphat (MAP). Giới thiệu chung về amoni và photphat. Tình hình nghiên cứu thu hồi amoni và photphat bằng kết tủa MAP.

Phương pháp sinh học hiếu khí, thiếu khí. Quá trình phân hủy hiếu khí, thiếu khí. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng SBR. Những tồn tại trong xử lý nước thải chế biến CSTN tại Việt Nam.

Những tồn tại trong XLNT tại các nhà máy chế biến CSTN ở Việt Nam. Những tồn tại trong nghiên cứu xử lý nước thải chế biến CSTN tại Việt Nam 46 1. Định hướng nghiên cứu. XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ VÀ THU HỒI NĂNG LƯỢNG BẰNG THIẾT BỊ EGSB.

Vật liệu và phương pháp nghiên cứu. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu. Thiết bị thí nghiệm. Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp thực nghiệm. Phương pháp phân tích. Kết quả và thảo luận. Giai đoạn khởi động.

Sự thay đổi pH trong giai đoạn khởi động. Sự phát triển bùn hạt. Sự thay đổi COD trong giai đoạn khởi động. Giai đoạn vận hành ổn định.

Sự thay đổi pH trong giai đoạn vận hành ổn định. Hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn vận hành ổn định. Sự thay đổi nồng độ N–amoni. Hiệu quả sinh khí biogas .70 Kết luận chương 2:.

XỬ LÝ THU HỒI CHẤT DINH DƯỠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA MAP. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu. Thiết bị thí nghiệm.

Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thực nghiệm. Phương pháp phân tích. Kết quả và thảo luận.

Thu hồi MAP khi không bổ sung magie và photphat. Ảnh hưởng của pH. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Thu hồi MAP có bổ sung magie.

Thu hồi MAP có bổ sung đồng thời magie và photphat. Hiệu quả thu hồi MAP. Đánh giá sản phẩm MAP thu được .91 Kết luận chương 3:. XỬ LÝ ĐỒNG THỜI CHẤT HỮU CƠ VÀ NITƠ BẰNG THIẾT BỊ SBR CẢI TIẾN.

Vật liệu và phương pháp nghiên cứu. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu. Thiết bị thí nghiệm. Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp thực nghiệm. Phương pháp phân tích. Kết quả và thảo luận. Sự thay đổi DO trong chu trình xử lý.

Ảnh hưởng của tải trọng COD, nitơ. Ảnh hưởng của tải trọng COD đến hiệu suất xử lý COD. Ảnh hưởng của tải trọng N–amoni đến hiệu suất xử lý N–amoni. Ảnh hưởng của tải trọng TN đến hiệu suất xử lý TN.

Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý COD. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý N–amoni. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý TN .111 Kết luận chương 4:.

ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU THIÊN NHIÊN. Sơ đồ công nghệ đề xuất. 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.

- 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. Thành phần (%) hóa học của mủ CSTN. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN tại Thái Lan, Malaysia và Việt Nam 7 Bảng 1. Đặc tính nước thải của Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh.

Hợp chất photpho và khả năng chuyển hóa. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn khởi động thiết bị EGSB. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị EGSB. Đặc điểm bùn kỵ khí của thiết bị EGSB trong quá trình khởi động.

Tổng hợp các điều kiện thí nghiệm và kết quả khởi động thiết bị EGSB 63 Bảng 2. Tổng hợp kết quả nghiên cứu XLNT chế biến CSTN bằng thiết bị EGSB trong giai đoạn vận hành ổn định .1: Nồng độ một số thành phần ô nhiễm trong nước thải chế biến CSTN sau xử lý kỵ khí bằng thiết bị EGSB. Khả năng loại bỏ P, N, Mg ở các pH khác nhau khi không bổ sung magie và photphat. Tỷ lệ % khối lượng các nguyên tố trong kết tủa khi không bổ sung magie.

Nồng độ trong nước thải và lượng magie bổ sung. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Mg2+ : PO43- đến hiệu suất loại bỏ P, N. Lượng magie, photphat bổ sung và nồng độ sau bổ sung. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Mg2+ : NH4+ : PO43- đến hiệu suất loại bỏ P, N88 Bảng 3.

Tổng hợp kết quả nghiên cứu thu hồi MAP trong nước thải chế biến CSTN. Một số kết quả nghiên cứu xử lý Amoni và Photphat bằng kết tủa MAP 93 Bảng 4. Chế độ hoạt động của các thiết bị SBR cải tiến. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn khởi động thiết bị SBR cải tiến.

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 .1: Thông số nước thải đầu vào và kết quả tính toán đầu ra .119 x DANH MỤC HÌNH Hình 1. Diện tích và sản lượng CSTN Việt Nam, năm 2000 – 2016 .