TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ĐỖ THỊ DUYÊN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC SINH HỌC – MÀNG (Membrane Biorector) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: HÓA CÔNG NGHỆ - MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Th.S PHẠM THỊ HẢI THỊNH Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các Thầy giáo, Cô giáo, gia đình, bạn bè cùng sự nỗ lực của bản thân, sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ phương lọc sinh học – màng(Membrane bioreactor)” đã đƣợc hoàn thành. Trƣớc hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Cô giáo – Th.S. Phạm Thị hải Thịnh đã dành thời gian đọc bản thảo, bổ sung và đóng góp nhiều kinh nghiệm quý báu cho đề tài. Em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các Thầy giáo, Cô giáo khoa Hóa Học - Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã nhiệt tình giảng dạy trong suốt thời gian em học tập tại trƣờng. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các anh, chị tại viện Công nghệ Môi trƣờng - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Đồng thời gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên, khích lệ em trong quá trình thực hiện khóa luận. Trong quá trình nghiên cứu và làm đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy giáo, Cô giáo và các bạn để đề tài đƣợc hoàn thiện và mang lại hiệu quả cao hơn. Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2014 Sinh viên Đỗ Thị Duyên LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ lọc sinh học màng (Membrane bioreactor)” đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn của Cô giáo – Th.S. Phạm Thị Hải Thịnh. Tôi xin cam đoan những kết quả trong khóa luận là kết quả nghiên cứu của bản thân, không trùng với kết quả nghiên cứu của tác giả khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Sinh viên thực hiện Đỗ Thị Duyên CÁC TỪ VIẾT TẮT COD : Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học. BOD : Biochemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hóa. DO : Dissolved Oxygen - Oxi hòa tan. TSS : Total Suspended Solid – Tổng chất rắn lơ lửng. MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid – Tổng lƣợng sinh khối. UASB : Upflow anearobic sludge blanket - bể xử lý sinh học dòng chảy ngƣợc qua tầng bùn kỵ khí. SBR : Sequencing Batch Reactor - Bể phản ứng theo mẻ. VSV : Vi sinh vật. CSTN : Cao su thiên nhiên ANRPC : Hiệp hội các nƣớc sản xuất cao su tự nhiên MBR : Membrane Biorector - lọc sinh học - màng. TTNC : Trung tâm nghiên cứu. QCVN : Quy chuẩn Việt Nam. TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu chung về tình hình sản xuất cao su thế giới và Việt Nam 3 1.1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cao su thế giới 3 1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cao su ở Việt Nam 5 1.2. Nguồn gốc, thành phần và tính chất nƣớc thải ngành chế biến mủ cao su 8 1.2.1. Nguồn gốc 8 1.2.2. Đặc tính nƣớc thải cao su 9 1.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải cao su ở trong và nƣớc ngoài 11 1.3.1. Các công nghệ xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su ở nƣớc ngoài 11 1.3.2. Công nghệ xử lý nƣớc thải cao su trong nƣớc 13 1.3.3.Tình trạng kỹ thuật tại hệ thống xử lý nƣớc thải ngành cao su 15 1.4. Một số phƣơng pháp đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su 15 1.4.1. Phƣơng pháp cơ học 15 1.4.2. Phƣơng pháp hóa học và hóa lý 16 1.4.3. Phƣơng pháp sinh học 17 1.5. Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất Nitơ trong nƣớc thải 18 1.5.1. Quá trình Nitrat hóa 18 1.5.2. Quá trình khử Nitrat 20 1.6. Giới thiệu về phƣơng pháp lọc sinh học – màng (Membrane Bioreactor) 22 1.6.1. Phƣơng pháp lọc sinh học – màng (Membrane Bioreactor) 22 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1. Đối tƣợng và mục đích nghiên cứu 25 2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu 25 2.1.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu 29 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 29 2.2.1. Phƣơng pháp khảo sát hiện trƣờng 30 2.2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm 30 2.2.3. Phƣơng pháp phân tích 30 2.2.4. Phƣơng pháp thu thập và xử lý số liệu 31 2.2.5. Phƣơng pháp tính toán 31 CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1. Các chế độ thí nghiệm 33 3.1.1. Thay đổi chu kỳ sục khí - ngừng sục khí của hệ lọc sinh học – màng 33 3.1.2. Ảnh hƣởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý 34 3.1.3. Ảnh hƣởng của tải trọng COD, T-N đến hiệu quả xử lý COD, nitơ của hệ thống 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 1. Kết luận 42 2. Kiến nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC 46 DANH MỤC CÁC BẢNG, CÁC HÌNH Bảng 1.1. Các thông số ô nhiễm đặc trƣng của nƣớc thải chế biến mủ cao su Bảng 1.2. Hệ thống xử lý nƣớc thải của các nƣớc Đông Nam Á Bảng 1.3. Nồng độ NH 4 + và NO 2 - gây ức chế nitrobacter Bảng 2.1 Đặc trƣng nƣớc thải của nhà máy chế biến mủ cao su Hà Tĩnh Hình 1.1: Sản lƣợng cao su các quốc gia trên thế giới (nghìn tấn) Hình 1.2. Thị phần sản xuất cao su tự nhiên trên thế giới (%) Hình 1.3. Tiêu thụ cao su tự nhiên của các nƣớc, năm 2011 (Ngàn tấn) Hình 1.4: Diện tích trồng cây cao su phân theo vùng miền (%) Hình 1.5. Diện tích và sản lƣợng cao su cả nƣớc qua các năm Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ xử lý hiện nƣớc thải tại Malaysia Hình1.7 . Cấu trúc 1 hạt bùn hoạt tính chứa vùng thiếu khí và hiếu khí Hình 2.1: Màng lọc MBR dùng cho thí nghiệm Hình 2.2 : Hệ thống thí nghiệm MBR Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của các chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý N-NH 4 + Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến sự chuyển hóa N-NO 3 - Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến sự chuyển hóa N-NO 2 - Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý T-N Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng tải trọng COD đến hiệu suất xử lý COD Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng tải trọng T –N đến hiệu quả xử lý T - N. 1 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Phát triển bền vững kinh tế - xã hội - môi trƣờng là mục tiêu hƣớng tới của hầu hết các quốc gia hiện nay. Trong đó vấn đề môi trƣờng và những vấn đề liên quan đến môi trƣờng là đề tài đƣợc bàn luận một cách sâu sắc trong kế hoạch phát triển bền vững của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Ô nhiễm môi trƣờng ngày càng trở nên vấn đề toàn cầu. Ở nƣớc ta, trƣớc đây ô nhiễm môi trƣờng chủ yếu xảy ra ở một số khu vực nhƣ đô thị đông dân cƣ, một vài nơi khai thác khoáng sản… Nhƣng hiện nay ô nhiễm xảy ra phổ biến ở mọi nơi và trên mọi môi trƣờng đất, nƣớc, không khí. Ngành công nghiệp chế biến mủ cao su là một trong những ngành công nghiệp hàng đầu của nƣớc ta và tiềm năng phát triển của ngành này vô cùng to lớn. Theo xu hƣớng phát triển chung của thế giới thì nhu cầu tiêu thụ cao su ngày càng tăng. Cao su đƣợc sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực từ nhu cầu sinh hoạt hằng ngày đến nhu cầu nhiên liệu công nghiệp và xuất khẩu. Tính đến năm 1997 diện tích cây cao su ở nƣớc ta đạt gần 300.000 ha, sản lƣợng 185.000 tấn. Theo quy hoạch tổng thể với nguồn vốn vay ngân hàng thế giới đến năm 2010 diện tích cây cao su sẽ đạt tới 700.000 ha, sản lƣợng khoảng 300.000 tấn. Ở nƣớc ta, ƣớc tính hàng năm ngành chế biến mủ cao su thải ra khoảng 5 triệu m 3 nƣớc thải. Lƣợng nƣớc thải này có nồng độ các chất hữu cơ dễ bị phân hủy rất cao nhƣ acid acetic, đƣờng, protein, chất béo hàm lƣợng COD đạt đến 2.500 – 35.000 mg/L, BOD từ 1.500 – 12.000 mg/L đƣợc xảy ra nguồn tiếp nhận mà chƣa đƣợc xử lý hoàn toàn ảnh hƣởng trầm trọng đến thủy sinh vật trong nƣớc. Ngoài ra vấn đề mùi hôi phát sinh do các chất hữu cơ bị phân hủy kỵ khí tạo thành mercaptan và H 2 S ảnh hƣởng môi trƣờng không khí khu vực xung quanh. Do đó vấn đề đánh giá và đƣa ra phƣơng án 2 khả thi cho việc xử lý lƣợng nƣớc thải chế biến mủ cao su đƣợc nhà nƣớc và chính quyền địa phƣơng quan tâm một cách đầy đủ. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và những yêu cầu về chất lƣợng môi trƣờng, đƣợc sự nhất trí của Ban Chủ Nhiệm Khoa Hóa Học,Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Hà Nội 2, dƣới sự hƣớng dẫn của Th.s Phạm Thị Hải Thịnh, em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ lọc sinh học màng (Membrane bioreactor)” với mục đích xử lý xử lý đƣợc đồng thời chất hữu cơ và nitơ trong nƣớc thải chế biến mủ cao su sau xử lý yếm khí. Từ đó đƣa ra chế độ sục khí và khoảng tải lƣợng phù hợp nhất cho hệ lọc sinh học màng để xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su. Bài báo cáo tốt nghiệp của em về: “Nghiên cứu việc xử lý nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ lọc sinh học màng (Membrane bioreator)” gồm những nội dung chủ yếu sau: CHƢƠNG I. TỔNG QUAN CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về tình hình sản xuất cao su thế giới và Việt Nam 1.1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cao su thế giới Ngành cao su thế giới đƣợc chia thành 2 nhóm bao gồm cao su tự nhiên và cao su nhân tạo. Cao su tự nhiên có thành phần chính là mủ cao su đƣợc chiết xuất từ cây cao su, trong khi cao su nhân tạo có nguồn gốc từ dầu mỏ. Hiện nay, nhu cầu tiêu thụ cao su tự nhiên chiếm khoảng 40 - 45% tổng nhu cầu cao su toàn thế giới. Kể từ năm 2010, sản lƣợng cao su tự nhiên (CSTN) thế giới hàng năm đã vƣợt 10 triệu tấn/năm, chiếm trên 40% tổng lƣợng cao su sử dụng. Sản lƣợng CSTN của các nƣớc trong Hiệp hội các nƣớc sản xuất cao su tự nhiên (ANRPC) tăng hàng năm, đóng góp khoảng 92-94% sản lƣợng CSTN toàn thế giới. [7] Nguồn: Monthly Bulletin Sep 2010, ANRPC Hình 1.1: Sản lƣợng cao su các quốc gia trên thế giới (nghìn tấn) [...]... rất cao - Nồng độ BOD, COD thấp hơn nƣớc thải từ dây chuyền chế biến mủ nƣớc 1.3 Công nghệ xử lý nƣớc thải cao su ở trong và nƣớc ngoài 1.3.1 Các công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su ở nước ngoài Các hệ thống xử lý nƣớc thải đƣợc sử dụng rộng rãi để xử lý nƣớc thải nhà máy cao su ở Malaysia, Indonexia 11 Bảng 1.2 Hệ thống xử lý nước thải của các nước Đông Nam Á Tên nhà máy Chủng loại sơ chế Công. .. thống lọc sinh học - màng xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su  Nội dung nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí tới hiệu su t loại COD, Nitơ - Nghiên cứu ảnh hƣởng của tải lƣợng COD, tải lƣợng T-N đến hiệu su t xử lý COD, T-N 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu Đây là đề tài nghiên cứu xử lý đồng thời các thành phần hữu cơ và nitơ trong nƣớc thải chế biến mủ cao su bằng. .. Bioreactor) Công nghệ MBR (Membrane Bioreactor, lọc sinh học - màng) là công nghệ xử lý nƣớc thải kết hợp quá trình lọc màng (nhƣ vi lọc hay siêu lọc, chủ yếu là màng polymer) với quá trình sinh học sinh trƣởng lơ lửng 1.6.1.1 Cấu tạo hệ lọc sinh học - màng Thiết bị lọc sinh học là thiết bị đƣợc bố trí đệm và cơ cấu phân phối nƣớc thải cũng nhƣ không khí Trong thiết bị lọc sinh học - màng nƣớc thải đƣợc lọc. .. tiếp nhận Nơi tiếp nhận Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ xử lý hiện nước thải tại Malaysia 1.3.2 Công nghệ xử lý nước thải cao su trong nước Trên thế giới hiện nay, Việt Nam đứng hàng thứ ba về sản xuất cao su Trƣớc 1994, vấn đề xử lý nƣớc thải cho các nhà máy chế biến mủ cao su chƣa đƣợc chú ý Sau khi nhà nƣớc ban hành Tiêu chuẩn môi trƣờng đối với các loại nƣớc thải công nghiệp (TCVN 5945-1995), cùng với... độ lọc theo thời gian vận hành - Giá thành màng lọc trƣớc đây còn cao 24 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng và mục đích nghiên cứu 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu - Đối tƣợng nƣớc thải đƣợc chọn là: Nƣớc thải đƣợc lấy tại cống xả nƣớc thải chung của nhà máy chế biến mủ cao su Hà Tĩnh, xã Hà Linh, huyện Hƣơng Khê, tỉnh Hà Tĩnh Công su t chế biến mủ 750 tấn/năm Nƣớc thải đƣợc xử lý. .. khí thƣờng có công su t thấp hơn nhiều so với công su t thiết kế và không làm việc 24/24 giờ - Chất lƣợng nƣớc thải sau khi xử lý của hệ thống chƣa đạt tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật * Công nghệ chƣa phù hợp: Đặc điểm này thể hiện ở một số công nghệ xử lý nƣớc thải đƣợc áp dụng không bao gồm công đoạn xử lý kỵ khí đối với chất thải ô nhiễm chất hữu cơ cao còn nếu xử lý sinh học hoàn toàn bằng phƣơng pháp... chế biến mủ cao su tại Việt Nam Tuy nhiên, khuyến cáo này chƣa có tính khả quan vì : - Ở Malaysia các nhà máy chế biến mủ cao su thƣờng không nằm trong khu vực dân cƣ, ngƣợc lại tại Việt Nam, có nhà máy sẽ có dân cƣ sống ở xung quanh Do đó, không thể áp dụng công nghệ xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su dạng hồ xử lý sinh học liên hoàn (kị khí, tùy nghi, ) đƣợc Việc áp dụng công nghệ xử lý này sẽ không... quá trình chế biến mủ cao su, nƣớc thải phát sinh chủ yếu từ các công đoạn sản xuất sau : * Dây chuyền chế biến mủ ly tâm: Nƣớc thải phát sinh từ quá trình ly tâm mủ, rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà xƣởng * Dây chuyền chế biến mủ nƣớc: Nƣớc thải phát sinh từ khâu đánh đông, từ quá trình cán băm, cán tạo tờ, băm cốm Ngoài ra nƣớc thải còn phát sinh do quá trình rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà... chuyền chế biến mủ tạp: Đây là dây chuyền sản xuất tiêu hao nƣớc nhiều nhất trong các dây chuyền chế biến mủ Nƣớc thải phát sinh từ quá trình ngâm, rửa mủ tạp, từ 8 quá trình cán băm, cán tạo tờ, băm cốm, rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà xƣởng, Ngoài ra nƣớc thải còn phát sinh do rửa xe chở mủ và sinh hoạt Trong chế biến cao su khô, nƣớc thải sinh ra ở các công đoạn khuấy trộn, làm đông và gia công. .. địa lý, kinh tế và xã hội hai nƣớc khác nhau - Đặc điểm, tính chất nƣớc thải từ các công nghệ chế biến mủ cao su khác nhau - Yêu cầu tiêu chuẩn, chất lƣợng nƣớc thải ra ngoài môi trƣờng hai nƣớc cũng khác nhau Một số chỉ tiêu nƣớc thải sau xử lý ở Malaysia cũng không đạt tiêu chuẩn thải loại A và B (QCVN 01: 2008/BTNMT) của Việt Nam Hiện nay, trong số 10 nhà máy chế biến mủ cao su có hệ thống xử lý . cho hệ lọc sinh học màng để xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su. Bài báo cáo tốt nghiệp của em về: Nghiên cứu việc xử lý nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ lọc sinh học màng (Membrane. của bản thân, sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ phương lọc sinh học – màng( Membrane bioreactor)” đã đƣợc hoàn thành nƣớc thải ngành chế biến mủ cao su 8 1.2.1. Nguồn gốc 8 1.2.2. Đặc tính nƣớc thải cao su 9 1.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải cao su ở trong và nƣớc ngoài 11 1.3.1. Các công nghệ xử lý nƣớc thải