Công nghệ xử lý nước thải sơn

Mô tả đầy đủ và rõ ràng nhất về quy trình cũng như công nghệ xử lý nước thải sản xuất sơn tại Việt Nam. Từ đó cho người đọc cái nhìn tổng quan nhất về công nghệ xử lý nước thải sơn. Cuối cùng đưa ra giải pháp giảm thiểu nguồn nước thải của ngành nghề này.

TỔNG QUAN

Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất sơn

1.1 Giới thiệu về ngành sơn ở Việt Nam:

Ngành sản xuất sơn tại Việt Nam ra đời từ những năm 30 của thế kỷ XX, ban đầu dựa vào nguồn nguyên liệu dầu thực vật như dầu lanh, dầu chẩu và dầu cao su Thời kỳ đầu, sản lượng và chủng loại sơn còn hạn chế, chủ yếu cung cấp sơn dầu cho ngành xây dựng Hiện nay, ngành sơn Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ, có khả năng sản xuất đa dạng các loại sơn chất lượng cao như sơn trang trí, sơn dân dụng, sơn nhũ tương và sơn bột Ngoài ra, còn có các loại sơn kỹ thuật chuyên dụng như sơn chống thấm, sơn chịu nhiệt và sơn cho môi trường nước biển, đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng.

Ngành sản xuất sơn tại Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây nhờ vào việc thu hút đầu tư nước ngoài Nhiều thương hiệu sơn nổi tiếng đã đầu tư vào Việt Nam thông qua các hình thức liên doanh, 100% vốn nước ngoài hoặc chuyển giao công nghệ Các sản phẩm sơn chủ yếu được sản xuất tại Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương, và tiếp theo là Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh cùng một số tỉnh miền Trung như Thừa Thiên Huế, Đà Nẵng, Khánh Hòa.

Ngành sơn Việt Nam đang trên đà phát triển mạnh mẽ với mức tiêu thụ hiện chỉ đạt 2,8 kg/người/năm (năm 2007), thấp hơn nhiều so với các nước phát triển như Úc và Nhật Bản (9-12 kg/người/năm) cũng như các nước trong khu vực (4-5 kg/người/năm) Điều này cho thấy nhu cầu sơn tại Việt Nam sẽ tiếp tục gia tăng cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước Thị trường sơn năm 2007 đã đạt giá trị 459 triệu USD và sản lượng 247.000 tấn, khẳng định xu hướng tăng trưởng của ngành Dự báo ngành sơn sẽ tiếp tục phát triển trong những năm tới.

Sơn có thể phân loại dựa trên các yếu tố dưới đây:

Sơn được phân loại dựa trên công nghệ và nguyên liệu sử dụng, bao gồm sơn nhũ tương (sơn dung môi với pha phân tán là dung môi hữu cơ và sơn nước với pha phân tán là nước), sơn bột, sơn điện di kiểu anode, và sơn đóng rắn bằng tia EB và UV.

• Phân loại theo phương pháp sử dụng: sơn quét, sơn phun, sơn tĩnh điện, sơn điện ly

• Phân loại theo ngoại quan: Sơn trong, sơn bóng, sơn mờ, sơn huỳnh quang

• Phân loại theo chức năng màng sơn: Sơn lót, sơn nền, sơn phủ

• Phân loại theo lĩnh vực sử dụng: Sơn trang trí, sơn ô tô, sơn bê tông, sơn đáy tàu, sơn chống rỉ

• Phân loại sơn được dựa theo nguyên liệu sử dụng:

Sơn dung môi là loại sơn sử dụng dung môi hữu cơ để duy trì nhựa và bột màu ở dạng lỏng, với tỷ lệ dung môi chiếm từ 40-50% khối lượng sản phẩm Sau khi dung môi bay hơi, sơn sẽ tạo thành một lớp màng chắc chắn.

Sơn không dung môi và sơn bột đang trở thành lựa chọn phổ biến trên toàn cầu do khả năng giảm ô nhiễm môi trường từ quá trình bay hơi của dung môi Mặc dù loại sơn này đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong suốt thập kỷ qua, tỷ lệ sử dụng tại Việt Nam vẫn còn thấp.

Sơn nước là loại sơn có chất tạo màng tan trong nước, mang lại nhiều ưu điểm như giảm độc hại và không gây cháy nổ Hiện nay, sơn nước được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng tại Việt Nam để trang trí nhà ở và chống thấm hiệu quả.

1.3 Nguồn gốc phát sinh chất ô nhiễm:

-Nước thải sản xuất sơn nước

Trong sản xuất sơn, việc sử dụng nước vệ sinh thiết bị là rất quan trọng để làm sạch các thùng chứa và thiết bị sản xuất, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm Quá trình này không chỉ giúp loại bỏ tạp chất mà còn duy trì hiệu quả hoạt động của thiết bị, góp phần nâng cao độ bền và tính ổn định của sơn.

Bột màu, bột độn, nước, chất phụ gia

Nước sạch, chất tạo mạng,phụ gia,điện,nước làm mát.

Bột màu, bột độn, nước, chất phụ gia

Bột màu, bột độn, nước, chất phụ gia

Bột màu, bột độn, nước, chất phụ gia Điện Điện

Lọc Pha sơn Chuẩn bị và muối ủ bột Đóng thùng, nhập kho sản phẩm

Quá trình sản xuất sơn phẩm phát sinh chất thải từ nguyên liệu và loại sơn sử dụng Để vệ sinh thiết bị, người ta thường dùng nước hoặc dung môi, nhưng những chất này lại chứa hóa chất và chất màu có kim loại nặng, gây ô nhiễm môi trường.

Trong quy trình sản xuất sơn, nước làm mát đóng vai trò quan trọng trong khâu nghiền, giúp ngăn chặn sự bay hơi của dung môi và bảo vệ tính chất của sản phẩm Nước được làm lạnh xuống khoảng 7 độ C trước khi sử dụng để làm mát thiết bị nghiền Sau khi ra khỏi thiết bị, nước có nhiệt độ cao sẽ được làm nguội và tái sử dụng trong quá trình làm mát Đồng thời, cần bổ sung nước do quá trình bay hơi và mất mát.

Nước thải từ nhà máy sơn chứa nhiều chất ô nhiễm với tính chất đa dạng, bao gồm độ phân tán, độ bền nhiệt động học và hoạt tính hóa học cao Những chất này, như chất tạo màng, dung môi, bột màu, phụ gia biến tính và hóa dẻo, không chỉ có độ độc cao mà còn mang màu sắc và mùi đặc trưng Sự hiện diện của các hợp chất này trong nước thải là nguyên nhân chính dẫn đến chỉ số COD và BOD cao.

Bảng 1.1 Thành phần và tính chất nước thải sơn [1]

STT Thông số ô nhiễm Giá trị Đơn vị tính QCVN 40:2011/BTNMT

Nguyễn Văn Phước (2014) đã trình bày trong giáo trình "Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học" rằng việc áp dụng các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải là cần thiết để bảo vệ môi trường Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã phát hành tài liệu này, cung cấp kiến thức quý giá về các kỹ thuật và quy trình xử lý nước thải hiệu quả.

Theo bảng 1.1, nước thải từ sản xuất bánh kẹo có các chỉ tiêu như SS, BOD5, COD vượt mức quy chuẩn cho phép nhiều lần.

- Chỉ tiêu BOD5 đầu vào vượt gấp 40-200 lần so với quy chuẩn quy định ở cột B.

- Chỉ tiêu COD đầu vào vượt gấp 67– 333 lần so với quy định của QCVN 40:2011/BTNMT ở cột B.

- Chỉ tiêu N đầu vào vượt quá quy chuẩn cho phép và P thấp hơn37.5 lần so với quy định của QCVN 40:2011/BTNMT ở cột B.

-Ph quá thấp so với QCVN 40/2011 BTNMT cột B.

-SS đã đạt chuẩn nên không cần phải xử lý.

Nước thải sơn với các tính chất đầu vào cần được xử lý hiệu quả bằng phương pháp hóa lý, cụ thể là keo tụ tạo bông kết hợp với bể oxy hóa bậc cao Fenton, cùng với phương pháp sinh học aerotank Mục tiêu là giảm các thông số BOD và COD để đạt tiêu chuẩn QCVN 40/2011 BTNMT cột B.

1.4 Các phương pháp xử lý:

Theo chất lượng nước đạt được, các quá trình xử lý được nhóm thành các công đoạn: xử lý cấp I, xử lý cấp II, xử lý cấp III.[2]

Bảng 1.2 Ứng dụng của các công trình và thiết bị để xử lý cơ học (lý học)

Công trình hoặc thiết bị Ứng dụng

Song chắn rắc, lưới lược rác Loại bỏ các loại chất thải rắn có kích thước lớn

Bể điều lưu Điều hòa lưu lượng nước thải cũng như khối lượng các chất ô nhiễm

Thiết bị khuấy trộn Khuấy trộn các hóa chất và chất khí với nước thải, giữ các chất rắn ở trạng thái lơ lửng

Bể lắng Loại các cặn lắng và cô đặc bùn

1.4.2 Các phương pháp xử lý hóa lý

Trong dây chuyền công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được thực hiện sau công đoạn xử lý cơ học Các phương pháp xử lý hóa lý bao gồm hấp phụ, trao đổi ion, trích ly, chưng cất, cô đặc và lọc ngược Phương pháp này nhằm loại bỏ các hạt lơ lửng, khí tan, cũng như các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan trong dịch thải.

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Công nghệ xử lý đề xuất

1.1 công nghệ xử lý đề xuất

Chú thích: Đường nước Đường bùn Đường hóa chất

Hóa chất Bể Keo Tụ Tạo Bông

Hóa chất Bể Oxi-hóa Fenton

Máy thổi khí Bể Aerotank

Nước đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột B clo Bể khử trùng

Hình 1 2 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải sơn

1.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Nước thải từ các quy trình trong nhà máy được dẫn qua song chắn rác để loại bỏ tạp chất thô trước khi vào hố thu gom Tại đây, nước thải được bơm sang bể điều hoà nhằm điều chỉnh lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm Sau đó, nước thải được đưa qua bể lắng I để loại bỏ cặn cứng, cặn lơ lửng và giảm BOD5, COD Tiếp theo, nước thải được chuyển đến hệ thống bể keo tụ tạo bông, nơi axit H2SO4 được bổ sung để điều chỉnh pH xuống 7,5 Trong bể trộn, nước thải được pha trộn với axit và chất keo tụ phèn nhôm, cùng với PAA để tăng hiệu suất lắng, trước khi vào bể tạo bông ba ngăn Quá trình keo tụ giúp giảm một phần COD, BOD5, màu sắc và độ đục của nước thải.

Sau khi nước thải qua bể keo tụ, nó được dẫn vào bể lắng cấp I để tách các bông keo, giảm đáng kể hàm lượng COD, BOD5 và SS Tuy nhiên, hàm lượng COD vẫn cao, nên nước thải được châm axit H2SO4 để giảm pH xuống 3, tạo điều kiện cho quá trình oxi hóa bằng hệ chất Fenton Trong giai đoạn này, chất oxi hóa H2O2 và xúc tác KMnO4 cùng FeSO4.7H2O được bổ sung để thúc đẩy phản ứng oxi hóa Nước thải sau đó được chuyển vào bể lắng trung hòa để lắng bùn và điều chỉnh pH về trung tính trước khi vào bể Aerotank xử lý các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học Cuối cùng, nước thải được dẫn qua bể lắng II để lắng bùn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

Bùn thải từ bể lắng II được chia thành hai phần: một phần được tuần hoàn trở lại bể Aerotank, phần còn lại kết hợp với bùn từ các bể lắng cấp I, keo tụ và bể oxi hóa để chuyển sang bể nén bùn và lọc ép bùn Nước tách bùn sẽ được tái sử dụng vào hố thu gom, trong khi bùn từ nước thải sơn, do tính độc cao, sẽ được xử lý bằng cách chôn lấp hoặc đốt.

Bảng 1.7 Hiệu suất xử lý nước thải sơn lý thuyết

CÔNG TRÌNH HIỆU SUẤT XỬ LÝ THÔNG SỐ

BỂ KEO TỤ TẠO BÔNG

BỂ KHỬ TRÙNG: Diệt 99% E coli

Các thông số sau xử lý QCVN 40/2011 cột B

Sau khi trải qua các công đoạn xử lý, các chỉ tiêu nước thải như BOD, COD, TSS, Tổng N và Tổng P đều đạt tiêu chuẩn QCVN 40/2011 Cột B, cho phép nước thải sản xuất sơn sau xử lý có thể thải trực tiếp ra môi trường.

1.3 chức năng của các công đoạn xử lý

Song chắn rác là thiết bị quan trọng giúp tách các loại rác và tạp chất thô có kích thước lớn trong nước thải trước khi đưa vào các công trình xử lý Việc sử dụng song chắn rác không chỉ ngăn ngừa hiện tượng tắc nghẽn đường ống và mương dẫn, mà còn bảo vệ các thiết bị bơm khỏi hư hỏng do rác thải gây ra.

Hố thu gom nước thải đóng vai trò quan trọng trong việc thu gom triệt để lượng nước thải từ nhà máy, đồng thời đảm bảo lưu lượng tối thiểu cần thiết để bơm hoạt động an toàn Việc duy trì lưu lượng cố định giúp các công trình phía sau hoạt động với hiệu suất cao và ổn định.

-Giảm bớt sự dao động của chất bẩn trong nước thải do quá trình sản xuất thải ra không đều

Ổn định lưu lượng nước thải không chỉ giúp giảm kích thước hệ thống mà còn tiết kiệm hóa chất cần thiết để trung hòa nước thải, từ đó nâng cao hiệu suất xử lý của các công trình tiếp theo.

Trong bể điều hòa, việc lắp đặt hệ thống khuấy trộn hoặc sục khí là cần thiết để đảm bảo sự phân tán đồng đều các chất ô nhiễm trong nước thải, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn và lên men gây mùi hôi Đồng thời, hệ thống này cũng hỗ trợ quá trình oxy hóa một phần chất hữu cơ trong nước.

Nước thải từ quá trình sản xuất sơn có hệ số không điều hoà K cao, do đó, việc xây dựng bể điều hoà là cần thiết để cải thiện hiệu quả và tính kinh tế cho các công trình xử lý nước thải tiếp theo.

Bể lắng I đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải bằng cách loại bỏ cặn cứng như cát, cặn lơ lửng và các bông cặn có nồng độ lớn hơn 1000 mg/l, đồng thời giúp giảm thiểu một phần chỉ số BOD và COD.

1.3.5 Bể keo tụ tạo bông

Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi thêm hợp chất cao phân tử vào nước, nhằm thúc đẩy tạo bông và tăng tốc độ lắng của các hạt Mục tiêu của quá trình này là giảm nồng độ chất rắn lơ lửng (SS), độ màu, độ đục, cũng như một phần COD và BOD5.

1.3.6 Bể lắng I sau keo tụ.

Sau thời gian lưu trong bể keo tụ, nước thải được đưa sang bể lắng cấp I để tách các bông keo Ta chọn bể lắng đứng hình tròn.

Nước thải từ nhà máy sơn chứa nhiều chất độc hại như chất tạo màng, dung môi, bột màu và phụ gia, gây ô nhiễm môi trường với mức độ độc tính cao Một trong những phương pháp hiệu quả để xử lý loại nước thải này là phương pháp oxi hóa Fenton, được phát triển từ những năm 70 Quy trình này sử dụng phản ứng giữa hyđro peroxyt và sắt (II) sunfat để tạo ra gốc tự do hyđroxyl, giúp phân hủy các chất hữu cơ độc hại Khi phản ứng diễn ra hoàn toàn, một số chất hữu cơ có thể được chuyển hóa thành CO2 và nước Phản ứng Fenton yêu cầu có xúc tác là muối sắt II hoặc sắt III và chất oxy hóa là hyđro peroxit (H2O2).

Gốc hyđroxyl (OH.) và perhyđroxyl (HOO.) là những chất oxy hóa mạnh, tồn tại trong thời gian ngắn, với gốc hyđroxyl được coi là một trong những chất oxy hóa mạnh nhất, chỉ đứng sau flo Phản ứng Fenton diễn ra hiệu quả ở nhiệt độ 5 - 20 oC và độ pH dưới 3; nếu nhiệt độ quá cao, H2O2 sẽ phân hủy, và nếu pH cao hơn 3, FeIII sẽ kết tủa Đối với nước thải có pH trung hòa, cần sử dụng các chất tạo chelat như EDTA hoặc DTPA để giữ cho sắt trong dung dịch Nguyên lý phản ứng Fenton có thể được áp dụng bằng cách sử dụng ánh sáng cực tím hoặc điện phân kết hợp với H2O2 Trong thực tế, việc xử lý nước thải ô nhiễm có thể thực hiện qua các bình phản ứng hoặc xử lý tại chỗ; nếu nước thải ngấm vào đất, cần phải loại bỏ phần đất nhiễm bẩn để ngăn chặn ô nhiễm vào nguồn nước ngầm.

Phương pháp oxi hóa bằng phản ứng Fenton mang lại hiệu quả cao trong việc phá hủy chất ô nhiễm Đặc biệt, đối với nước thải từ ngành sản xuất sơn, phương pháp này có khả năng xử lý COD lên tới khoảng 80%.

Bể lắng trung hòa có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh pH của nước thải về mức trung tính, phục vụ cho quá trình xử lý tiếp theo Đồng thời, bể này cũng thực hiện chức năng lắng bùn từ bể oxy hóa Fenton, đảm bảo hiệu quả trong quá trình xử lý nước thải.

công nghệ xử lý thực tế của công ty TNHH Sơn bột tĩnh điện Akzo Nobel

Máy ép bùn Bồn trung gian

Giao cho đơn vị xử lý Bồn lọc tinh

Bồn lọc tinh (màng polyester)

Nước thải sau khi xử lý được tập trung ở bể chứa, nơi điều hòa lưu lượng trước khi chuyển đến bể lắng đứng để loại bỏ các chất rắn nặng Nước thải còn lại sau đó được đưa đến bể trung gian để ổn định pH và lưu lượng, trong đó nước ép bùn cũng quay trở lại để điều hòa Tiếp theo, nước chảy qua bể lọc cát để loại bỏ cát và các hạt lớn, trước khi vào bồn lọc tinh để xử lý các hạt lơ lửng nhỏ hơn Cuối cùng, nước được lọc qua màng Polyester để xử lý độ màu và được lưu trữ ở bể chứa nước sau xử lý, phục vụ cho nhu cầu của công ty và tái sử dụng nước thải.

Công ty TNHH Sơn bột tĩnh Alzo Nobel (Việt Nam) đã hoàn thành việc thực hiện đề án bảo vệ môi trường chi tiết, theo báo cáo đề nghị xác nhận.

Hình 1 3 sơ đồ xử lý nước thải sơn công ty TNHH Sơn bột tĩnh điện Akzo Nobel [8]

Bể chứa nước sau xử lý