-1- CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Ngành công nghiệp chế biến mủ cao su ngành phát triển hàng đầu nước ta tiềm ngành vô to lớn Nhu cầu tiêu thụ cao su ngày tăng cao su sử dụng hầu hết lĩnh vực từ nhu cầu sinh hoạt ngày đến nhu cầu nhiên liệu cơng nghiệp xuất Bên cạnh đó, cao su cịn có tác dụng phủ xanh đất trống đồi trọc, bảo vệ tài nguyên đất, chống rửa trơi, xói mịn tạo mơi trường khơng khí lành Song song lợi ích mà cao su đem lại nước thải cao su vấn đề đáng lo ngại Theo ước tính năm ngành chế biến mủ cao su thải khoảng triệu m3 nước thải mà chưa xử lý hoàn toàn ảnh hưởng đến thủy sinh vật nước Ngồi vấn đề mùi phát sinh chất hữu bị phân hủy kỵ khí tạo thành mercaptan H2S ảnh hưởng đến môi trường không khí xung quanh Đứng trước vấn đề trên, năm qua không ngành cao su Việt Nam, mà nước có diện tích cao su lớn đầu tư nghiên cứu ứng dụng nhằm tìm cơng nghệ xử lý thích hợp cho ngành cao su Hầu hết biện pháp xử lý áp dụng Việt Nam không đạt tiêu chuẩn xả thải Những nghiên cứu cho hiệu cao chi phí xử lý q cao địi hỏi diện tích q lớn khó áp dụng rộng rãi Trước tình hình trên, việc thúc đẩy nghiên cứu nhằm tìm cơng nghệ xử lý nước thải chế biến cao su phù hợp đạt tiêu chí hiệu xử lý cao, giá thành hợp lý, dễ vận hành, áp dụng rộng rãi cần thiết Trong khuôn khổ đề tài tốt nghiệp thực Đề tài “Bước đầu thử nghiệm xử lý nước thải từ nhà máy chế biến mủ cao su Linh Hương phương pháp sinh học ” góp phần giải vấn đề -2- 1.2 Mục tiêu, phạm vi phương pháp nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu ™ Đánh giá tính chất nước thải nhà máy chế biến mủ cao su Linh Hương ™ Thử nghiệm bốn loại chế phẩm sinh học việc xử lý nước thải nhà máy chế biến mủ cao su 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thực với quy mơ phịng thí nghiệm Thơng số theo dõi đo đạc : COD, BOD5, pH, tổng nitơ, SS, photpho 1.2.3 Phương pháp nghiên cứu 1.2.3.1 Phương pháp tổng hợp tài liệu 1.2.3.2 Phương pháp thực nghiệm 1.2.3.3 Phương pháp phân tích đánh giá 1.2.3.4 Phương pháp chuyên gia 1.3 Ý nghĩa tính đề tài 1.3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài Việc khảo sát hiệu xử lý nước chế phẩm sinh học tạo điều kiện cho nhà khoa học có thêm thông tin việc nghiên cứu 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Nếu ứng dụng chế phẩm sinh học đạt hiệu góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước đặc biệt làm giảm mùi hôi không nhà máy chế biến mủ cao su Linh Hương mà cho nhiều ngành khác 1.3.3 Tính đề tài Hiện nay, công nghệ xử lý áp dụng dừng lại việc ứng dụng trình phân huỷ sinh học đơn cho nước thải ngành chế biến cao su -3- Quá trình xử lý nước thải điều kiện phân huỷ kỵ khí hiếu khí nước thải cao su chế phẩm sinh học chưa nghiên cứu.Việc ứng dụng chế phẩm vi sinh cho xử lý nước thải cao su nước ta vấn đề -4- CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng quan cao su 2.1.1 Nguồn gốc Cây cao su tìm thấy Mỹ Columbus khoảng năm 14931496 Brazil quốc gia xuất cao su vào kỷ 19, Việt Nam cao su trồng vào năm 1887 2.1.2 Mủ cao su Mủ cao su hỗn hợp cấu tử cao su nằm lơ lửng dung dịch gọi nhũ serium Hạt cao su hình cầu, có đường kính d< 0.5 µm chuyển động hỗn loạn dung dịch Thông thường 1g mủ cao su có khoảng 7,4.1012 hạt cao su, bao quanh hạt protein giữ cho latex trạng thái ổn định Thành phần hóa học latex: Phân tử cao su isoprene- polymer có khối lượng phân tử 105107 Nó tổng hợp từ trình phức tạp cacbohydrat Cấu trúc hóa học cao su tự nhiên CH2C = CHCH2 – CH2C = CHCH2 = CH2C = CHCH2 CH3 CH3 CH3 Mủ từ cao su Hevea brasiliensis huyền phù thể keo, chứa khoảng 35% cao su, hydrocacbon-polyizopren Mạch đại phân tử cao su thiên nhiên hình thành từ mắt xích izopren đồng phân cis liên kết với vị trí 1,4 -5- Ngồi cao su thiên nhiên cịn có khoảng 2% mắt xích liên kết với vị trí 3,4 Kích thước hạt cao su nằm khoảng 0,02-0,2μm, với nhiều hình dạng khác như: hình cầu, hình lê… Nước chiếm khoảng 60% mủ cao su khoảng 5% lại thành phần khác mủ, gồm: khoảng 0,7% chất khoáng khoảng 4,3% chất hữu Các hydrocacbon có mặt mủ cao su dạng hạt nhỏ bao phủ lớp phospholipid protein, chúng có vai trị quan trọng giúp latex ổn định Protein có cơng thức: NH3+ – R – COO-, điểm đẳng điện protein latex tương đương pH = 4,7 Do đó, mơi trường có pH ≥ 4,7 hạt cao su có điện tích âm: NH3+ – R – COO- + OH- ↔ NH2 – R – COO- + H2O Trong mơi trường axit có pH ≤ 4,7 hạt cao su mang địên tích dương: NH3+ – R – COO- + OH- ↔ NH3+ – R – COO + H2O Latex cạo mủ có pH trung tính, hạt cao su có điện tích âm, điện tích âm tạo lực đẩy hạt cao su với làm cho latex trạng thái ổn định Mặt khác, protein có lực mạnh với nước, làm cho hạt cao su hyrat hố, điều góp phần làm tăng tính ổn định latex Q trình biến đổi mủ cao su bao gồm giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Sự hình thành tính axít vi sinh vật có sẵn latex (vi sinh vật xuất xâm nhập vào latex sau chảy khỏi cây) tương tác với thành phần phi cao su latex, giai đoạn latex có tính axit -6- Giai đoạn 2: Sự giải phóng ion âm axít thuỷ phân dạng lipids có sẵn latex Những ion âm hấp thụ lên bề mặt hạt cao su thay chỗ màng protein tương tác với ion kim loại Mg Ca có sẵn latex để hình thành lên xà phịng kim loại không tan, kéo hạt cao su lại với nhau, dẫn đến độ nhớt latex tăng lên Các enzyme phân hủy protein hoạt động pH thấp (4-4,5) phân huỷ lớp protein làm cho hạt cao su lộ tiếp xúc trực tiếp với hình thành lên hạt cao su lớn hơn, gây đơng tụ Do đó, q trình bảo quản cần phải bổ sung chất NH3…để tăng pH ngăn cản đơng tụ, ngược lại q trình chế biến (đơng tụ) phải bổ sung axít axít acetic, axit fomic, aixt sulfuaric tạo điều kiện trình đơng tụ xảy Bảng 2.1: Thành phần hóa học vật lý cao su Việt Nam Thành phần Phần trăm( %) Cao su 28 -40 Protein 2- 2,7 Đường 1- Muối khoáng 0.5 Lipit 0,2- 0,5 Nước 55- 65 Mật độ cao su 0,932- 0,952 Mật độ serium 1,031- 1,035 Tất thông số biểu diễn tỷ lệ phần trăm trọng lượng ướt Trọng lượng riêng tấn/ m3 -7- 2.2 Đặc tính nước thải cao su Bảng 2.2: Thành phần chất hữu phi cao su mủ Pha cao su Các phức Các Serum Thành phần đáy Frey-Wyssling Protein (0,26%) Caroteinoid Protein (0,46%) Protein (0,28%) Phospholidpid Plastochromanol Cyclitoid (0,5%) Cyclitoid (0,25%) Phospholipid Đường sucrose (0,2%) Đường sucrose (0,5%) Clucolipid (0,7%) Sắc tố Glycolipid Glutathione (0,01%) Phospholidpid (0,05%) Sterol ester Axit amin tự Glycolipid (0,08%) Ester axít béo Cysteine (0,01%) Sắc tố Sáp thực vật Các axit hữu khác Storol ester Triglyceride Các base gốc nitơ Ester axít béo (0,38%) (0,04%) Sterol (0,11%) Axit ribonucleic Sáp thực vật Axit béo tự Monomucleotide Triglyceride (0,02%) Axit ascorbic (0,02%) Sterol (0,07%) Tocotrienol Hợp chất Axit béo tự phenol(0,06%) (0,05%) Diglyceride Tocotrienol Menoglyceride Các hợp chất phenol Rượu Diglyceride Axit béo furanoid Menoglyceride (Nguồn: Sethuraj Matthews, 1992- trích Nguyễn Ngọc Bích, 2003) -8- Phần lớn chất có nước thải Công nghiệp chế biến cao su chia làm loại chủ yếu: Cao su khô (cao su khối, tờ, crepe…) cao su lỏng (cao su ly tâm) Sản xuất thành phẩm (theo trọng lượng khô) cao su khối, cao su tờ mủ ly tâm thải môi trường tương ứng khoảng 30, 25 18 m3 nước thải Bảng 2.3: Thành phần nước thải ngành chế biến cao su Chủng loại sản phẩm Chỉ tiêu Khối từ mủ tươi Khối từ mủ đông Cao su tờ Mủ ly tâm pH 5,2 5,9 5,1 4,2 COD 3540 2720 4350 6212 BOD 2020 1594 2514 4010 TSS 114 67 80 122 TKN 95 48 150 565 N-hữu 20,2 8,1 40,4 139 N-NH3 75,5 40,6 110 426 N-NO3 Vết Vết Vết Vết N-NO2 KPHĐ KPHĐ KPHĐ KPHĐ P-PO4 26,6 12,3 38 48 Al Vết Vết Vết Vết SO42- 22,1 10,3 24,2 35 Ca 2,7 4,1 4,7 7,1 Cu Vết Vết Vết 3,2 Fe 2,3 2,3 2,6 3,6 K 42,5 48 45 61 Mg 11,7 8,8 15,1 25,9 Mn Vết Vết Vết Vết Zn KPHĐ KPHĐ KPHĐ KPHĐ Đơn vị: mg/l trừ pH (Nguồn: Bộ môn Chế Biến, Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam) -9- Nước thải cao su có pH thấp sử dụng axít làm đơng tụ kết hợp với phân huỷ sinh học lipids phospholipid tồn trữ nguyên liệu tạo thành axít béo bay Hơn 90% chất rắn nước thải cao su chất rắn bay phần lớn dạng hoà tan, dạng lơ lửng chủ yếu latex cịn sót lại Hàm lượng NNH3 cao sử dụng amoni để chống đơng tụ q trình thu hoạch, vận chuyển tồn trữ mủ Như nước thải chế biến cao su có tính chất nhiễm nặng, chủ yếu thuộc loại: Chất ô nhiễm hữu chất dinh dưỡng • Mơ tả quy trình: Mủ đơng: Sau đánh đông mủ đưa qua dàn máy cán để cán mỏng, loại bỏ axit, serum mủ Do yêu cầu nhiệm vụ loại máy nên máy có chiều sâu số rãnh trục khác nhau, khe hở hai trục giảm dần theo thứ tự, số lần cán theo loại mủ, để cuối cho tờ mủ mịn đồng có độ dày 3-4mm Mỗi máy có hệ thống phun nước trục cán để làm tờ mủ cán Sau tờ mủ chuyển qua máy cán bơm liên hợp tạo hạt Cán băm: Qua máy cán băm liên hợp, máy cán nhỏ thành hạt có đường kính khoảng 6mm, cho vào hồ rửa, sau bơm hút hạt cốm sang xe chứa hộc sấy Sấy: Để mủ 30 phút, sau đẩy xe vào lị xơng, sấy nhiệt độ 110-120oC, thời gian sấy Điều chỉnh quạt nguội 15 phút trước lò sấy Cán ép: Ra khỏi lò sấy, cân khối mủ ép thành bánh nhiệt độ 40oC, thời gian ép phút Sau đó, chuyển qua máy kiểm tra kim loại Giai đoạn cuối lấy mẫu kiểm phẩm Đóng kiện: Bao bánh mủ bao PE, xếp thành kiện, đóng palet, tồn kho - 10 - • Đặc điểm Trong q trình chế biến mủ cao su, khâu đánh đông mủ (đối với quy trình chế biến mủ nước) nhà máy thải ngày lượng lớn nước thải khoảng từ 600- 1800 m3 cho nhà máy với tiêu chuẩn sử dụng nước 20- 30 m3/ DRC Lượng nước thải có nồng độ chất hữu dễ bị phân hủy cao axit acetic, đường, chất béo, protein… hàm lượng COD đạt từ 2500- 35000 mg/l hàm lượng BOD đạt từ 1500 - 12000 mg/l làm ô nhiễm hầu hết nguồn nước, thực vật phát triển động vật nước tồn Bên cạnh việc gây ô nhiễm cho môi trường nước: Nước ngầm nước mặt chất hữu nước thải bị phân hủy kỵ khí tạo thành H2S mercaptan hợp chất gây độc ô nhiễm môi trường mà chúng nguyên nhân gây nên mùi thối khó chịu ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường đô thị khu dân cư vùng lân cận • Lưu lượng nước thải Trong suốt trình chế biến mủ cao su nước thải phát sinh chủ yếu từ công đoạn sản xuất sau: Giai đoạn chế biến mủ: Nước thải phát sinh từ q trình ly tâm mủ, rửa máy móc thiết bị vệ sinh nhà xưởng Giai đoạn chế biến mủ nước: Nước thải phát sinh từ khâu đánh đơng Từ q trình cán băm, cán tạo tờ, băm cốm Bên cạnh đó, nước thải cịn phát sinh q trình rửa máy móc thiết bị vệ sinh nhà xưởng Giai đoạn chế biến mủ tạp: Đây giai đoạn sản xuất tiêu hao nước nhiều giai đoạn chế biến mủ Nước thải phát sinh trình ngâm rửa mủ tạp, từ trình cán băm, cán tạo tờ, băm cốm, rửa máy móc thiết bị vệ sinh nhà xưởng… Ngoài ra, nước thải phát sinh rửa xe chở mủ sinh hoạt ... vi phương pháp nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu ™ Đánh giá tính chất nước thải nhà máy chế biến mủ cao su Linh Hương ™ Thử nghiệm bốn loại chế phẩm sinh học việc xử lý nước thải nhà máy chế biến mủ cao. .. xuất mủ nước 2.3 Một số Công nghệ xử lý nước thải mủ cao su Các công nghệ xử lý nước thải mủ cao su sử dụng rộng rãi nhà máy chế biến mủ cao su Malayxia Indonexia: - 12 - Bảng 2.4: Hệ thống xử lý. .. lượng nước thải Trong su? ??t trình chế biến mủ cao su nước thải phát sinh chủ yếu từ công đoạn sản xuất sau: Giai đoạn chế biến mủ: Nước thải phát sinh từ trình ly tâm mủ, rửa máy móc thiết bị vệ sinh