Tài liệu Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải nhà máy chế biến cao su ya chim, thành phố kon tum

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TRẦN THỊ TUYẾT TRINH KHÓA: 2009 – 2011 NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN CAO SU YA CHIM, THÀNH PHỐ KON TUM Chuyên ngành: Cấp thoát nước đô thị Mã số: 60.58.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRẦN THANH SƠN Hà Nội, năm 2011 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Khoa đào tạo sau đại học, khoa đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong công tác học tập và nghiên cứu tại trường. Xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Kỹ Thuật Hạ Tầng và Môi Trường Đô Thị, bộ môn Cấp Thoát Nước đã giúp tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Đặc biệt, xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn trực tiếp tôi là TS. Trần Thanh Sơn, người đã tận tình hướng dẫn, giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Xây Dựng số 3, khoa Kỹ thuật Đô thị cùng các thầy cô giáo trong nhà trường và các đồng nghiệp đã luôn động viên và tạo điều kiện cho tôi trong thời gian theo học và hoàn thành luận văn. Và cuối cùng, xin cảm ơn bố, mẹ cùng anh trai, gia đình và họ hàng đã luôn động viên và giúp tôi có thêm nghị lực để theo học và hoàn thành luận văn này. Tác giả LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Tác giả Trần Thị Tuyết Trinh MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng, biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị PHẦN MỘT MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1 2. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của luận văn ....................................................... 1 3. Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu ......................................................... 2 4. Kết cấu luận văn ................................................................................................ 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH CHẾ BIẾN CAO SU VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI – NHÀ MÁY CHẾ BIẾN CAO SU YA CHIM, THÀNH PHỐ KON TUM 1.1. Cao su thiên nhiên – Nguồn gốc nước thải chế biến cao su ............................. 3 1.1.1. Thành phần và tính chất của cao su thiên nhiên ........................................ 3 1.1.2. Phương pháp chế biến và nguồn gốc nước thải ......................................... 5 1.2. Thành phần và tính chất nước thải ngành chế biến cao su ............................... 6 1.3. Các công nghệ xử lý nước thải cao su trên thế giới ......................................... 7 1.4. Các công nghệ xử lý nước thải cao su hiện có tại Việt Nam ........................... 9 1.5. Đánh giá các công nghệ xử lý nước thải sản xuất cao su hiện có ...................12 1.6. Giới thiệu công ty cao su Kon Tum – nhà máy chế biến cao su Ya Chim ......14 1.6.1. Công ty cao su Kon Tum – nhà máy chế biến cao su Ya Chim ................14 1.6.2. Dây chuyền sản xuất cao su của nhà máy chế biến cao su Yachim ..........15 1.6.3. Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải nhà máy chế biến cao su Yachim .................................................................................................................19 1.6.4. Đánh giá tình trạng làm việc của hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy chế biến cao su Yachim.........................................................................................21 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU 2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí trong điều kiện nhân tạo ...............24 2.1.1. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................24 2.1.2. Mô tả quá trình sinh học kỵ khí ...............................................................25 2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng ..............................................................................26 2.1.4. Thông số thiết kế các công trình xử lý kị khí ...........................................26 2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí trong điều kiện nhân tạo............30 2.2.1. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................30 2.2.2. Mô tả quá trình sinh học hiếu khí ............................................................31 2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng ..............................................................................32 2.2.4. Thông số thiết kế các công trình xử lý hiếu khí .......................................33 2.3. Xử lý nước bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên ..................41 2.3.1. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................41 2.3.2. Thông số thiết kế các công trình ứng dụng .............................................42 CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CAO SU NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI CAO SU YACHIM 3.1. Các căn cứ đề xuất – yêu cầu dây chuyền công nghệ .....................................46 3.1.1. Các căn cứ lựa chọn ................................................................................46 3.1.2. Yêu cầu dây chuyền công nghệ ...............................................................46 3.2. Đề xuất công nghệ xử lý tổng quát ................................................................48 3.3. So sánh đánh giá khả năng nâng cao hiệu quả xử lý của công nghệ lựa chọn .50 3.3.1. So sánh đánh giá hiệu quả xử lý kỵ khí và hiếu khí riêng biệt đối với nước thải nhà máy chế biến cao su Ya Chim .........................................................50 3.3.2. Đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình kỵ khí – hiếu khí kết hợp..............52 3.3.3. Đánh giá lựa chọn các công trình xử lý kỵ khí .........................................53 3.4. Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý chi tiết ...........................................................57 3.5. Tính toán các công trình đơn vị sơ đồ lựa chọn.............................................60 3.6. Tính toán kinh tế ...........................................................................................70 PHẦN BA KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận............................................................................................................81 2. Kiến nghị .........................................................................................................82 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Cụm từ viết tắt ABR Bể kỵ khí có vách ngăn AFR Bể lọc kỵ khí bám dính cố định BOD Nhu cầu oxy sinh hóa COD Nhu cầu oxy hóa học MLSS Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng FBR Bể kỵ khí có lớp đệm giãn HRT Thời gian lưu nước SBR Bể aeroten hoạt động theo mẻ SRT Thời gian lưu bùn SS Chất rắn lơ lửng TSS Tổng chất rắn UASB Bể kỵ khí có lớp cặn lơ lửng XLNT Xử lý nước thải DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số hiệu Tên bảng, biểu Bảng 1.1. Thành phần hóa học và vật lý của cao su Việt Nam Bảng 1.2 Thành phần ô nhiễm của nước thải ngành chế biến cao su Việt Trang 4 7 Nam Bảng 1.3. Một số công nghệ xử lý nước thải chế biến cao su tại Đông 8 Nam Á Bảng 1.4. Những công nghệ xử lý nước thải đang được ứng dụng trong 10 ngành chế biến cao su Việt Nam Bảng 1.5. Một số công nghệ xử lý nước thải hiện có tại các nhà máy chế 10 biến cao su tại Việt Nam Bảng 1.6. Hiệu suất xử lý của các công nghệ đang được ứng dụng 13 Bảng 1.7. Dây chuyền sản xuất của nhà máy chế biến cao su Ya Chim 18 Bảng 1.8. Lưu lượng và đặc tính dòng thải 19 Bảng 1.9. Thành phần tính chất nước thải nhà máy chế biến cao su Ya 19 Chim Bảng 1.10. Chất lượng nước thải sau khi xử lý 21 Bảng 1.11. Thống kê các công trình đơn vị 21 Bảng 2.1. Tải trọng hữu cơ của bể UASB bùn hạt và bùn bông ở các 28 hàm lượng COD vào và tỉ lệ chất không tan khác nhau Bảng 2.2. Các thông số thiết kế cho bể UASB 29 Bảng 2.3. Giá trị điển hình của các thông số thiết kế bể Aerotan 36 Bảng 3.1. Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa 47 cho phép Bảng 3.2. So sánh quá trình xử lý kỵ khí và hiếu khí 50 Bảng 3.3. Thông số thiết kế của bể UASB đối với các loại nước thải khác 53 nhau Bảng 3.4. Số liệu kết quả vận hành bể ABR – Anaerobic baffled reactor 54 – Bể kỵ khí có vách ngăn Bảng 3.5. Số liệu kết quả vận hành bể lọc kỵ khí có dòng chảy từ dưới 55 lên – Upflow attached growth anaerobic reactor Bảng 3.6. Số liệu kết quả vận hành bể lọc kỵ khí dòng nước đi từ trên 56 xuống Bảng 3.7. Giá trị của các hằng số thực nghiệm và thời gian lưu nước cần thiết nhằm đảm bảo hiệu suất xử lý COD đạt trên 80% đối 56 với các hệ thống kỵ khí khác nhau ( nhiệt độ > 20oC) Bảng 3.8. Tổng hợp thông số thiết kế của bể UASB 63 Bảng 3.9. Bố trính chiều cao các công trình đơn vị 69 Bảng 3.10. Chi phí xây dựng và thiết bị các công trình đơn vị 70 Bảng 3.11. Tính toán kinh phí xây dựng và thiết bị xây mới theo định mức 72 dự toán Bảng 3.12. Thống kê hiện trạng xây dựng và thiết bị nhà máy xử lý nước 73 thải cao su Ya Chim Bảng 3.13. Thống kê chi phí xây dựng và thiết bị hiện trạng trạm xử lý 76 nước thải cao su Ya Chim Bảng 3.14. Chi phí xây dựng và thiết bị hiện trạng tính theo định mức dự 78 toán trạm xử lý nước thải cao su Ya chim Bảng 3.15. Thống kê các chi phí khác 79 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Hình 1.1. Tên sơ đồ, đồ thị Dây chuyền chế biến cao su cốm từ cao su nước Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy chế biến cao su Trang 17 20 Yachim Hình 3.1. Biểu đồ quan hệ tỉ lệ chi phí xử lý và hàm lượng BOD đầu vào 53 Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ lựa chọn 58 1 PHẦN MỘT MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài Chế biến cao su thiên nhiên là một loại hoạt động sản xuất có khả năng gây ô nhiễm nước rất cao. Tính đến cuối năm 2001, sản lượng chế biến của các nhà máy thuộc Tổng công ty Cao su Việt Nam là vào khoảng 250.000 tấn/năm, và của các nhà máy ngoài Tổng công ty là vào khoảng 80.000 tấn/năm. Với sản lượng đó, ngành chế biến cao su Việt Nam hằng năm thải vào môi trường khoảng mười triệu mét khối nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dưỡng thuộc loại rất cao. Khối lượng nước thải này đang tăng lên hằng năm và dự kiến sẽ còn tăng trong những năm sắp tới, theo sự phát triển của diện tích trồng cao su ngoài quốc doanh. Hệ thống xử lý nước thải (XLNT) đầu tiên của ngành cao su được xây dựng vào năm 1990. Cho đến nay, trên tổng số hơn 33 nhà máy chế biến cao su thuộc Tổng công ty Cao su Việt Nam trên toàn quốc, chỉ mới có 23 nhà máy đã có hệ thống XLNT, với tổng kinh phí đầu tư trên 50 tỷ đồng. Tuy vậy, hiện nay, tất cả các nhà máy đều có chất lượng nước thải sau xử lý không đạt tiêu chuẩn xả vào môi trường. Bên cạnh vấn đề chất lượng nước thải thấp, mùi hôi tại các hệ thống XLNT trong ngành cao su hiện nay là mối quan tâm lớn nhất trong công tác xử lý nước thải. Mùi hôi là nội dung chủ yếu của mọi khiếu nại của nhân dân trong vùng lân cận các nhà máy chế biến. 2. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của luận văn Nếu xem xét đặc tính của nước thải chế biến cao su, có thể thấy rằng chất lượng nước thải sau xử lý hiện nay thấp không phải là do thiếu công nghệ. Các công nghệ XLNT hiện hành trên thế giới, như đã được chào hàng bởi các công ty nước ngoài và một số đơn vị trong nước, hoàn toàn có thể cho ra chất lượng nước thải sau xử lý đạt yêu cầu. Vấn đề là việc áp dụng các công nghệ XLNT đó còn gặp một số 2 vấn đề về thiết kế, quản lý, vận hành và đòi hỏi chi phí quá cao so với khả năng của ngành cao su Việt Nam. Nước thải chế biến cao su chứa một hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dưỡng cao. Đối với một loại nước thải như vậy, phương pháp xử lý thích hợp nhất là xử lý sinh học gồm hai công đoạn nối tiếp nhau: kỵ khí và hiếu khí. Hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ cao không phải là đặc trưng riêng chỉ nước thải ngành chế biến cao su mới có, cho nên nhận định trên còn áp dụng cho nhiều loại nước thải khác. Vì thế, ý nghĩa khoa học của luận văn là xây dựng được một bước cải tiến cơ bản trong công nghệ XLNT sinh học xử lý nước thải chế biến cao su đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. 3. Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đề tài được nghiên cứu nhằm mục đích cải tiến công nghệ XLNT nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước của nhà máy chế biến cao su Ya Chim. Đối tượng nghiên cứu : nhà máy xử lý nước thải chế biến cao su Ya Chim Phạm vi nghiên cứu: xây dựng cơ sở lý thuyết và sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải cao su. 4. Kết cấu luận văn Luận văn gồm ba phần Phần một : MỞ ĐẦU Phần hai : NỘI DUNG LUẬN VĂN Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH CHẾ BIẾN CAO SU VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU Chương 3: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CAO SU – NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI CAO SU YACHIM Phần ba : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ THÔNG BÁO Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội. Email: [email protected] TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 81 PHẦN BA KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Ngành chế biến cao su Việt Nam đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước thông qua việc xuất khẩu sau khi chế biến các loại mủ cao su. Bên cạnh đó, nước thải của các nhà máy chế biến mủ cao su, với khối lượng khoảng mười triệu mét khối mỗi năm, đang gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cộng đồng. Nhiều công nghệ xử lý nước thải cũng đã được áp dụng và đã góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tuy nhiên vẫn tồn nhiều vấn đề trong quá trình xử lý như hiệu quả xử lý chưa cao, ô nhiễm mùi nặng, quản lý vận hành kém. Luận văn đã đề ra được một công nghệ điển hình để xử lý nước thải chế biến cao su gồm hai giai đoạn cơ bản: xử lý sinh học kỵ khí với lớp bùn lơ lửng và xử lý sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính. Công nghệ này đơn giản, hiệu quả xử lý cao, các công trình đơn vị phong phú và khả thi trong điều kiện Việt Nam. Hiệu quả xử lý bằng phương pháp sinh học kỵ khí cao, ngoài ra bể kỵ khí đặt trước bể hiếu khí còn tăng hiệu quả làm việc cho bể hiếu khí tiếp theo, đồng thời bể kỵ khí còn có khả năng xử lý Nitơ hiệu quả hơn bể hiếu khí, đối với nước thải chế biến cao su ngoài nồng độ hữu cơ cao còn có một hàm lượng lớn Nitơ hình thành trong quá trình bảo quản và chế biến. Sử dụng bể kỵ khí trước công trình xử lý hiếu khí cũng góp một phần giảm mùi hôi cho trạm xử lý. 82 2. Kiến nghị Luận văn không những đã xây dựng được một hệ thống công nghệ hoàn thiện xử lý nước thải nhà máy chế biến cao su thiên nhiên Yachim mà còn đề công nghệ điển hình để xử lý nước thải cao su và các nguồn nước thải ô nhiễm hữu cơ cao như nước thải nhà máy chế biến thủy sản, nhà máy bia, công nghiệp đường…tuy nhiên với mỗi loại nước thải có một số tính chất khác nhau và công suất khác nhau nhưng công nghệ chung vẫn là quá trình xử lý kỵ khí – hiếu khí kết hợp. Việc quản lý vận hành bể UASB ở nước ta còn một số điểm hạn chế vì vậy cần được nghiên cứu thêm không những trên qui mô pilot mà triển khai ngoài thực tế. 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Lều Thọ Bách, D.Xanhtoulis, Wang Chengduan, Hans Brix (2010), “Xử lý nước thải chi phí thấp”, NXB Xây Dựng, tr 38 – 159. 2. Nguyễn Ngọc Bích (2003), “Luận án Tiến sĩ kỹ thuật – Nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý nước thải ngành chế biến cao su Việt Nam”, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, Viện môi trường và tài nguyên. 3. Bộ tài nguyên môi trường (2008), “QCVN 01:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên”. 4. Trần Đức Hạ (2006), “Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô vừa và nhỏ”, NXB Khoa Học và Kỹ thuật Hà Nội 5. Hoàng Huệ, “Xử lý nước thải”, NXB Xây Dựng Hà Nội, 1996. 6. Trịnh Xuân Lai(2000), “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải”, NXB Xây Dựng Hà Nội. 7. Nguyễn Văn Phước (2007), “Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học”, NXB Xây Dựng, Hà Nội. 8. Nguyễn Hữu Trí (2004), “Khoa Học Kỹ Thuật Công Nghệ Cao Su Thiên Nhiên”, Nhà Xuất bản Trẻ. 9. Lâm Minh Triết( chủ biên), Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2006), “Xử lý nước thải Đô Thị và Công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình”, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh. 10. Công ty ứng dụng Kỹ Thuật và Sản Xuất-TECAPRO, Tài liệu phương án giảm thiểu ô nhiễm và công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su, TpHCM, 2000. Tiếng Anh 11. Ampai Kumlanghan, Proespichaya Kanatharana, Punnee Asawatreratanakul, Bo Mattiasson, Panote Thavarungkul (2008), “Microbial BOD sensor for monitoring treatment of wastewater from a rubber latex industry”, www.sciencedirect.com. 12. Arundel, John (2000), “Sewage and Industrial Effluent Treatment”, Blackwell Publishing Ltd. 84 13. Dr.Kriengsak Udomsinrot, Wastewater Engineering Design, Mitrnara Printing, 1993. 14. Enrique J. La Motta, Eudomar Silva, Adriana Bustillos, Harold Padrón, and Jackeline Luque, april 2007, “Combined Anaerobic/Aerobic Secondary Municipal Wastewater Treatment: Pilot-Plant Demonstrationof the UASB/Aerobic Solids Contact System” 15. Metcalf & Eddy (1991), ‘Waste water engineeringTreating, Disposal, Reuse”, McGraw-Hill. 16. NG Wun Jern – National University of Singapore (2006), “Industrial Wastewater Treatment”, Imperial College Press. 17. Nicholas P. Cheremisinoff, Ph.D (1996), “Biotechnology for waste and wastewater treatment”, Noyes Publications, Westwood, New jersey, U.S.A. 18. Robert A. Corbitt (seond edition, 2004), “Standard of environmental engineering”, Mc Gaw Hill. 19. Sergey Kalyuzhnyi, Marina Gladchenko and Andrey Epov, Department of Chemical Enzymology, Chemistry Faculty, Moscow State University, Moscow, Russia, “Combined anaerobic-aerobic treatment of landfill leachates under mesophilic, submesophilic and psychrophilic conditions”. 20. Terence P. Driscoll chủ biên (2008), industrial wastewater management, treatment, and disposal, Mc graw hill. 21. Udo Wiesmann, In Su Choi, Eva-Maria Dombrowski (2007) Fundamentals of Biological Wastewater Treatment 22. W.W. Eckenfelder, J.B Patocxka và G.W. Pulliam. “Anaerobic versus Aerobic treatment in the U.S.A”, A Ware Incorporate, 277 French Landing, Nashville, TN 3228, U.S.A. 23. Willie Driessen, Peter Yspeert, Yolanda Yspeert, Tom , May 24-26, 2000, Cartegena de Indias, Colombia “Compact combined anaerobic and aerobic process for the treatment of industrial” 24. Các trang Wed nước ngoài và tạp chí khác.