Tài liệu Xử lý nước thải nhà máy chế biến mũ cao su

u ---------- ĐỒ ÁN Đề Tài: XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN MŨ CAO SU Trang 1 u Trang 2 u MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề.............................................................................................................7 1.2. Mục tiêu đồ án......................................................................................................8 1.3. Nội dung đồ án.....................................................................................................8 1.4. Phương pháp đồ án..............................................................................................8 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 2.1. Sơ lược về công nghệ chế biến mủ cao su (mủ cốm)..........................................9 2.1.1. Thành phần và cấu tạo của nguyên liệu...................................................10 2.1.2. Quy trình chế biến mủ cao su...................................................................10 2.2. Thành phần và tính chất của nước thải chế biến mủ cao su...........................14 2.2.1. Thành phần nước thải...............................................................................14 2.2.2. Tính chất đặc trưng của nước thải...........................................................14 2.3. Đánh giá về mức độ ô nhiễm môi trường của nhà máy chế biến cao su........16 2.3.1 Các nguồn gây ô nhiễm từ nhà máy...............................................................16 2.3.2 Đánh giá mức độ ô nhiễm của nhà máy chế biến cao su...............................17 2.4. Các phương pháp xử lý nước thải....................................................................17 2.4.1. Phương pháp cơ học..................................................................................19 2.4.2. Phương pháp hóa học và hóa lý................................................................21 2.4.3. Phương pháp sinh học...............................................................................22 Trang 3 u CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG 3.1. Thành phần nước thải đầu vào.........................................................................25 3.2. Đề xuất phương án xử lý...................................................................................25 3.2.1. Cơ sở để lựa chọn phương án xử lý..........................................................25 3.2.2. Sơ đồ công nghệ.........................................................................................26 3.2.3. Thuyết minh dây chuyền công nghệ.........................................................27 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 4.1 Song chắn rác......................................................................................................28 4.2 Hố thu gom..........................................................................................................30 4.3 Bể tách mủ...........................................................................................................32 4.4 Bể keo tụ, tạo bông..............................................................................................34 4.5 Bể lắng.................................................................................................................37 4.6 Bể UASB..............................................................................................................41 4.7 Bể Aerotank.........................................................................................................50 4.8 Bể lắng 2.............................................................................................................58 4.9 Bể trộn................................................................................................................61 4.10 Bể chứa bùn.....................................................................................................64 4.11 Bể nén bùn........................................................................................................64 4.12 Máy ép bùn.......................................................................................................67 4.13 Hồ hoàn thiện...................................................................................................68 4.14 Hồ tùy nghi.......................................................................................................69 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trang 4 u 5.1. Kết luận..............................................................................................................69 5.2. Kiến nghị............................................................................................................. 69 Tài liệu tham khảo....................................................................................................71 Trang 5 u DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD: Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa, mgO2/l. COD: Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học, mgO 2/l. DO: Dissolved Oxygen – Oxy hòa tan, mgO2/l. TS: Chất rắn tổng cộng UASB: Uflow Anaerobic Sludge Blanket SCR: Song chắn rác QCVN: Quy chuẩn Việt Nam TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam Trang 6 u DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hóa học của mủ cao su Bảng 2.2: Thành phần hóa học của nước thải cao su Bảng 2.3: Các phương pháp xử lý nước thải cao su Bảng 3.1: Thành phần nước thải đầu vào Bảng 4.1: Thông số thiết kế song chắn rác Bảng 4.2: Thông số thiết kế hố thu Bảng 4.3: Thông số thiết kế bể tách mủ Bảng 4.4: Thông số thiết kế bể keo tụ tạo bông Bảng 4.5: Thông số thiết kế bể lắng ngang Bảng 4.6: Thông số thiết kế UASB Bảng 4.7: Thông số thiết kế Aerotank Bảng 4.8: Thông số thiết kế lắng 2 Bảng 4.9: Thông số thiết kế bể trộn và cánh khuấy tuabin Bảng 4.10: Thông số thiết kế bể nén bùn Bảng 4.11: Thông số thiết kế bể chứa bùn Trang 7 u DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ chế biến mủ cốm Hình 2.2: Song chắn rác thủ công Hình 2.3: Bể lắng ngang Hình 2.4: Bể lắng 2 Hình 2.5: Bể kết tủa tạo bông Hình 2.6: Bể aerotank Hình 4.1: Bể khuấy trộn Trang 8 u CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Môi trường và những vấn đề liên quan đến môi trường là đề tài được bàn luận một cách sâu sắc trong kế hoạch phát triển bền vững của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Trái đất – ngôi nhà chung của chúng ta đang bị đe dọa bởi sự suy thoái và cạn kiệt dần nguồn tài nguyên, nguồn gốc của mọi sự biến đổi về môi trường trên thế giới ngày nay là do các hoạt động kinh tế - xã hội. Các hoạt động này, một mặt đã cải thiện chất lượng cuộc sống con người và môi trường, mặt khác đem lại hàng loạt các vấn đề như: khan hiếm, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm và suy thoái chất lượng môi trường khắp nơi trên thế giới. Ngành công nghiệp chế biến mủ cao su là một trong những ngành công nghiệp hàng đầu của nước ta và tiềm năng phát triển của ngành này vô cùng lớn. Theo xu hướng phát triển chung của thế giới thì nhu cầu tiêu thụ cao su ngày càng tăng. Cao su được sử dụng hầu hết trong những lĩnh vực từ nhu cầu sinh hoạt hằng ngày đến nhu cầu nhiên liệu công nghiệp và xuất khẩu. Ngoài tiềm năng công nghiệp, cây cao su còn có tác dụng phủ xanh đất trống, đồi trọc, bảo vệ tài nguyên đất tránh rửa trôi, xói mòn, tạo môi trường không khí trong lành… Hiện nay, để chế biến hết lượng số mủ cao su thu hoạch được nâng cấp và xây dựng mới tại nhiều tỉnh phía Nam, chủ yếu tập trung ở các tỉnh Đông Nam Bộ như Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước. Những năm gần đây, cao su trở thành một trong những mặt hàng xuất khẩu chiến lược mang lại hàng trăm triệu USD cho đất nước, giải quyết công ăn việc làm cho hàng ngàn công nhân làm việc trong nhà máy và hàng trăm ngàn công nhân làm việc trong các nông trường cao su. Tuy nhiên tăng trưởng kinh tế chỉ là điều kiện cần và sẽ không bền vững nếu không kết hợp yếu tố môi trường – xã hội. Ở nước ta, ước tính hàng năm ngành chế biến mủ cao su thải ra khoảng 5 triệu m 3 nước thải. Lượng nước thải này có nồng độ các chất hữu cơ dễ bị phân hủy rất cao như acetic, đường, protein, chất béo… Hàm lượng COD đạt đến 2.500 – 35.000 mg/l, BOD từ 1.500 – 12.000 mg/l được xả ra nguồn tiếp nhận mà chưa được xử lý hoàn toàn ảnh hưởng trầm trọng đến thủy sinh vật trong nước. Ngoài ra vấn đề mùi hôi phát sinh do chất hữu cơ bị phân hủy kỵ khí tạo thành mercaptan và H 2S ảnh hưởng môi trường không khí khu vực xung quanh. Do đó vấn đề đánh giá và đưa ra phương án khả thi cho việc xử lý lượng nước thải chế biến mủ cao su được nhà nước và chính quyền địa phương quan tâm một cách đầy đủ. Trang 9 u 1.2 Mục tiêu của đồ án Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su (mủ cốm) với yêu cầu đặt ra nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải (QCVN 01: 2008) cho nước thải đạt loại B và TCVN 6584-2001. 1.3 Nội dung của đồ án • Tổng quan về công nghệ sản xuất, khả năng gây ô nhiễm môi trường và phương pháp xử lý trong ngành chế biến mủ cao su. • Lựa chọn công nghệ, tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống xử lý nước thải cao su công suất 1500 m3/ngày đêm. • Khai toán chi phí công trình xây dựng hệ thống xử lý. 1.4 Phương pháp nghiên cứu • Thu thập số liệu, tài liệu liên quan, phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước. • Phương pháp lựa chọn  Tổng hợp số liệu  Phân tích khả thi  Tính toán kinh tế Trang 10 u CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN MỦ CAO SU (MỦ CỐM) 2.1. Sơ lược về công nghệ chế biến mủ cao su (mủ cốm) 2.1.1. Thành phần hóa học và cấu tạo của nguyên liệu Cây cao su (có tên quốc tế là Hevea brasiliensis) được tìm thấy ở Mỹ, rừng mưa Amazon bởi Columbus trong khoảng năm 1493 – 1496. Brazil là quốc gia xuất khẩu cao su đầu tiên vào thế kỷ thứ 19 (Webrsre and Baulkwill, 1989). Mủ từ cây cao su Hevea brasiliensis là một huyền phù thể keo, chứa khoảng 35% cao su. Cao su này là một Hydrocacbon có cấu tạo hóa học là 1,4 – sis – polyisopren, có mặt trong mủ cao su dưới dạng các hạt nhỏ được bao phủ bởi một lớp các phospholipid và protein. Kích thước các hạt nằm trong khoảng 0,02µm đến 0,2µm.Nước chiếm khoảng 60% trong mủ cao su và khoảng 5% còn lại là những thành phần khác của mủ, gồm có khoảng 0,7% là chất khoáng và khoảng 4,3% là chất thải 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 có đường kính d < 0,5 µm chuyển động hỗn loạn (chuyển động Brown) trong dung dịch. Thông thường 1 gram mủ có khoảng 7,4.10 12 hạt cao su, bao quanh các hạt này là các protein giữ cho latex ở trạng thái ổn định. Thành phần hóa học của latex: Phân tử cơ bản của cao su là isoprene polymer (cis-1,4-polyisoprene[C5H8]n) có khối lượng phân tử 105 – 107. Nó được tổng hợp từ cây bằng một quá trình phức tạp của carbonhydrate. Cấu trúc hóa học của cao su tự nhiên (cis-1,4-polyisoprene): CH2C = CHCH2 – CH2C = CHCH2 = CH2C = CHCH2 CH3 CH3 Trang 11 CH3 u Bảng 2.1: Thành phần hóa học của mủ cao su Thành phần Phần trăm (%) Cao su 35 – 40%. Protein 2% Quebrachilol 1%. Xà phòng, acid béo 1% Chất vô cơ 0,5%. Nước 50 – 60%. 2.1.2. Quy trình chế biến mủ cao su Phương pháp chế biến mủ cốm Trang 12 u Trong công nghệ này, mủ nước từ vườn cây sau khi được đánh đông bằng  acid và mủ đông vườn cây được đưa vào dây chuyền máy sơ chế để đạt  kết quả sau cùng là các hạt cao su có kích thước trung bình 3 mm trước khi  đưa vào lò sấy. Cao su sau khi sấy được đóng thành bành có trọng lượng  33,3 kg hay 35 kg tùy theo yêu cầu của khách hàng. Phương pháp này cũng  được sử dụng để chế biến cao su cốm từ mủ đông phát sinh từ mủ skim. Trang 13 u Muû nöôùc vöôøn caây Nöôùc pha loaõng Axít foocmic/ acetic Muû ñoâng vöôøn caây/ muû tôø Nöôùc röûa Boàn nhaän muû Röûa Möông ñaùnh ñoâng Serum/ röûa Caùn crep soá 1 Nöôùc thaûi Caùn crep soá 2 Nöôùc thaûi Caùn crep soá 3 Nöôùc thaûi Maùy caùn caét Nöôùc thaûi Boàn ngaâm röûa Maùy baêm buùa Loø saáy Ñoùng baønh/ ñoùng goùi Hình 2.1: Sơ đồ chế biến mủ cốm Trang 14 Khí thaûi Nöôùc hoãn hôïp cuûa nhaø maùy u • Công đoạn xử lý nguyên liệu: mủ mới thu hoạch được chống đông bằng ammonia, sau đó được đưa về xả vào bể chứa, trộn đều bằng máy khuấy. Tiếp theo mủ nước được dẫn vào các mương đánh đông bằng các máng dẫn bằng inox, ở đây mủ được làm đông nhờ axit acetic 5%. • Công đoạn gia công cơ học: mủ đông trong các mương đánh đông được đưa qua máy cán, máy kéo, máy cán tạo tờ, máy cắt băm cốm để cuối công đoạn tạo ra các hạt cao su cốm sau đó sẽ được rửa sạch trong hồ chứa mủ. • Công đoạn sấy: nhờ hệ thống bơm thổi rửa và hệ thống phân phối mủ tự động có sàn rung để làm ráo nước và tạo độ xốp cho mủ, sau đó mủ được cho vào xe đẩy để đưa vào lò sấy ở nhiệt độ 110 – 120 0C trong khoảng 90 phút thì mủ chín và vận chuyển ra khỏi lò sấy. Trang 15 u • Công đoạn hoàn thiện sản phẩm: mủ được quạt nguội, đem cân và ép bánh với kích thước và trọng lượng theo tiêu chuẩn TCVN 3769 – 83 (33,3 kg mỗi bánh). Các bánh cao su được bọc bằng bao PE và đưa vào kho trữ sản phẩm. Hóa chất cho vào theo từng công đoạn mà chủ yếu là khâu đánh đông, khâu trộn hóa chất: • NH3 chống đông và khử khuẩn. • Ở khâu trộn hóa chất thì tùy theo từng mùa, từng loại sản phẩm mà chủng loại, thành phần, liều lượng cho vào thay đổi khác nhau, nhưng chủ yếu là: Na 2S2O3 Trang 16 u để chống oxi hóa, HNS giúp ổn định độ nhớt, Pepsin TMD nhằm cắt mạch phân tử. Ngoài ra còn có Metabbisulfatnatri, Phenol, Canxiclorua… • Ở khâu đánh đông: CH3 – COOH, NaHS … 2.2. Thành phần và tính chất của nước thải chế biến mủ cao su 2.2.1. Thành phần nước thải Trong chế biến cao su cốm, nước thải sinh ra ở các công đoạn khuấy trộn, làm đông và gia công cơ học. Nước thải ra từ bồn khuấy trộn là nước rửa bồn và dụng cụ, là loại nước thải chứa nồng độ chất ô nhiễm thấp với ít mủ cao su. • Còn nước thải từ các mương đông tụ chứa một lượng lớn chất hữu cơ, có pH thấp vì phần lớn là serum được tách ra khỏi mủ trong quá trình đông tụ và có châm axit. • Nước thải từ công đoạn gia công cơ học cũng chứa các chất ô nhiễm tương tự nhưng ở nồng độ thấp hơn , có nguồn gốc từ nước rửa được phun vào khối cao su trong quá trình gia công cơ học để loại bỏ tiếp tục serum, axit và các chất bẩn. • 2.2.2. Tính chất đặc trưng của nước thải Trong quá tình chế biến mủ cao su, nhất là khâu đánh đông mủ (quy trình chế biến mủ nước) các nhà máy chế biến mủ cao su thài ra một lượng lớn nước thải khoảng từ 600-1.800 m3 cho mỗi nhà máy với tiêu chuẩn sử dụng nước 20-30 m3/tấn DRC. Lượng nước thải này có nồng độ các chất hữu cơ dễ bị phân hủy rất cao như acid acetic, đường, protein, chất béo... Hàm lượng COD đạt đến 2.500-35.000 mg/l, BOD từ 1.500-12.000 mg/ đã làm hầu hết các nguồn nước, tuy thực vật có thể phát triển, nhưng hầu hết các loại động vật nước đều không thể tồn tại. Bên cạnh việc gây ô nhiễm các nguồn nước (nước ngầm và nước mặt), các chất hữu cơ trong nước thải bị phân hủy kỵ khí tạo thành H2S và mercaptan là những hợp chtấ không những không gây độc và ô nhiễm môi trường mà chúng còn là nguyên nhân gây mùi hôi thối, ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường và khu dân cư khu vực. Trang 17 u Bảng 2.2: Thành phần hóa học của nước thải chế biến cao su (mg/l) Chỉ tiêu Khối từ mủ đông (mg/l) N hữu cơ 8,1 NH3 – N 40,6 NO3 –N Vết NO2 – N KPHN PO4 – P 12,3 Al Vết SO42- 10,3 Ca 4,1 Cu Vết Fe 2,3 K 48 Mg 8,8 Mn Vết Zn KPHN Trang 18 u (Nguồn: Bộ môn chế biến, viện nghiên cứu cao su Việt Nam) Nhận xét kết quả trên: Hai thành phần quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử ký: hàm lượng muối SO 42- và Ca2+. Khi hàm lượng 2 thành phần trên cao giảm hiệu quả xử lý. Nguyên nhân: o Trong nước thải cao su, khi qua giai đoạn phân hủy kỵ khí SO42 H2SO3 + H2S o Trong giai đoạn hiếu khí, để oxy hóa một phân tử SO32- thành SO42- cần 2 phân tử oxy. Điều này giảm hiệu quả xử lý trong bể sinh học hiếu khí. o Hàm lượng muối hòa tan Ca2+ cao, tạo thành lớp màng chắn không cho sự vận chuyển chất dinh dưỡng đến tế bào vi sinh vật. 2.3. Đánh giá về mức độ ô nhiễm môi trường của nhà máy chế biến cao su. 2.3.1 Các nguồn gây ô nhiễm từ nhà máy:  Ô nhiễm nước: Nước thải sinh hoạt: được thải ra từ quá trình giặt giũ, tắm rửa, vệ sinh của công nhân ở nhà máy. Nước thải công nghiệp: được thải ra từ các khâu sản xuất như đánh đông, cán, vắt, ép…  Ô nhiễm không khí: Ô nhiễm mùi: Mùi trong nước thải thường gây ra bởi các khí được sản sinh trong quá trình phân huỷ vật chất hữu cơ. Mùi rõ rệt nhất rong nước thải bị phân huỷ kỵ khí thường là mùi cùa H2S, vốn là kết quả hoạt động của các vi khuẩn khử sunfat. Ngoài ra H2S củng là kết quả của sự phân huỷ cả kỵ khí lẫn hiếu khí các axit amin có chứa lưu huỳnh ở tạng thái khử. Các axit béo bay hơi (VFA) là sản phẩm của sự phân huỷ do vi sinh vật, chủ yếu là trong điều kiện kỵ khí, các lipid và phospholipid có trong chất ô nhiễm hữu cơ. Đây là những axit hữu cơ mạch thẳng chứa các nguyên tử cacbon và 1một nhóm caboncyl. Công thức tổng quát của các axít này là CnH2n+1COOH với số nguyên tử C từ 6 trở xuống. Các VAF có số nguyên tử C từ 4 đến 6 (butyric, valeric, caproic) có mùi tanh hôi. Các amin và các chất hữu cơ chứa lưu huỳnh như các sunphua và mercaptan cũng có mùi đặc biệt khó chịu thường gặp trong nước thải chứa chất ô nhiễm hữu cơ. Trang 19 u Khí thải từ buồng sấy: Do có sử dụng một lượng axit trong quá trình đánh đông, hơn nữa lại được sấy ở nhiệt độ 110 – 11000C, một lượng hơi khí độc hại sẽ phát sinh trong quá trình này. Thành phần chủ yếu là hơi axít và các loại hydrocacbon. Các khí thải khác: Khí thải từ các phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu tới các cơ sở sản xuất, phương tiện xếp dỡ và vận chuyển nội bộ trong cơ sở. Khi hoạt động như vậy, các phương tiện vận tải với phương tiện tiêu thụ chủ yếu là xăng và dầu diezel sẽ thải ra môi trường một lượng khói thải chứa các chất ô nhiễm không khí. Thành phần khí thải chủ yếu là COx, NOx, SOx, cacbuahydro, aldehyde, bụi và quan trọng hơn cả là chì nếu các phương tiện này có sử dụng nguyên liệu pha chì.  Chất thải rắn: Ở nhà máy chất thải rắn phát sinh trong quá trình hoạt động gồm có: Rác sinh hoạt sinh ra do hoạt động sinh hoạt của công nhân trong nhà máy bao gồm: thực phẩm, rau quả dư thừa, bọc nilon, giấy, lon, chai. Chất thải rắn sinh ra do quá trình sản xuất bao gồm các loại mủ cao su phế thải, các loại bao bì chứa hoá chất, phụ gia. Ngoài ra còn có các chất thải rắn là cắn bùn đất được cô đặc lại ở các hố ga và từ hệ thống xử lý nước. 2.3.2 Đánh giá mức độ ô nhiễm của nhà máy chế biến cao su. Hiện nay, hiện trạng ô nhiễm môi trường tại các nhà máy sơ chế cao su đang là vấn đề bức bách cần giải quyết kịp thời. Nước thải sơ chế cao su, sau thời gian tồn trữ vào khoảng 2 – 3 ngày, xảy ra hiện tượng phân huỷ, oxy hoá ảnh hưởng xấu đến môi trường. - Nước thải ra nguồn gây ô nhiễm trầm trọng đối với nguồn nước màu, nước đục, đen ngôm, nổi ván lợn cợn, bốc mùi hôi thối nồng đặc. - Hàm lượng chất hữu cơ khá cao, tiêu huỷ dưỡng khí cho quá trình tự huỷ, thêm vào đó cao su đông tụ nổi ván lên bề mặt ngăn cản oxy hoà tan dẫn đến hàm lượng DO rất bé, làm chết thuỷ sinh vật, hạn chế sự phát triển thực vật, nhất là ở những vị trí nước tù độ nhiễm bẩn còn biểu hiện rõ rệt. - Tại nguồn tiếp nhận nước thải, do quá trình lên men yếm khí sinh ra các mùi hôi lan toả khắp vùng, gây khó thở, mêt mỏi cho dân cư, nước nguồn bị nhiễm bẩn không thể sử dụng cho sinh hoạt. - 2.4. Các phương pháp xử lý nước thải Mục đích của xử lý nước thải: Trang 20