LVTN :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su
Chương 1 Tổng quan công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước thải cao su
+ Cao su công nghiệp dùng làm các băng chuyền tải, đệm, đế giảm sóc, khớp nối,
lớp cách nhiệt, chống ăn mòn trong các bể phản ứng ở nhiệt độ cao… chiếm 7% tổng
lượng cao su.
+ Các ứng dụng hàng ngày rất quan trọng như : ao mưa, giày dép, mủ, ủng, phao
bơi lội, phao cứu nạn… nhóm này chiếm 8% tổng lượng cao su.
+ Cao su xốp dùng làm gối, đệm, thảm trải sàn … nhóm này chiếm 5%.
+ Một số sản phẩm: dụng cụ y tế, dụng cụ phẫu thuật, thể dục thể giao, dây thun,
chất cách điện, dụng cụ nhà bếp, tiện nghi gia đình, keo dán… nhóm này chiếm khoảng
10%.
1.1.3 Tổng quan về cây cao su.
a.> Nguồn gốc.
Cây cao su được tìm thấy ở Mỹ bởi Columbus trong khoảng năm 1493 – 1496.
Brazil là quốc gia xuất khẩu cao su đầu tiên vào thế kỷ thứ 19 (Websre and Baulkwill,
1989). Việt Nam, cây cao su (Hevea brasiliensis) đầu tiên được trồng vào năm 1887.
b.>Mủ cao su.
Mủ cao su là hỗn hợp các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong dung dòch 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 dòch. 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
đònh.
Thành phần hoá học của latex :
Phân tử cơ bản của cao su là isoprene polymer (cis-1,4-polyisoprene [C
5
H
8
]
n
) có
khối lượng phân tử 10
5
-10
7
. Nó được tổng hợp từ cây bằng một quá trình phức tạp của
carbohydrate. Cấu trúc hoá học của cao su tự nhiên (cis-1,4-polyisoprene):
CH
2
C = CHCH
2
– CH
2
C = CHCH
2
= CH
2
C = CHCH
2
CH
3
CH
3
CH
3
-5-
LVTN :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su
Chương 1 Tổng quan công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước thải cao su
Bảng 1.1: Thành phần hóa học và vật lý của cao su Việt Nam
Thành phần Phần trăm (%)
Cao su 28 – 40
Protein 2,0 – 2,7
Đường 1,0 – 2,0
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 cả các thông số được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm trọng lượng ướt. Trọng lượng
riêng tấn/m
3
.
Cấu trúc tính chất của thể giao trạng:
Tổng quát, latex được tạo bỡi những phần tử phân tán cao su (pha bò phân tán)
nằm lơ lững trong chất lỏng (pha phân tán) gọi là serum.Tính phân tán ổn đònh này có
được là do các protein bò những phần tử phân tán cao su trong latex hút lấy, ion cùng
điện tích sẽ phát sinh lực này giữa các hạt tử cao su.
+Pha phân tán- Serum:
Serum có chứa một phần là những chất hợp thành trong thể giao trạng, chủ yếu là
protein, phospholipit, một phần là những hợp chất tạo thành dung dòch thật như: muối
khoáng, heterosid với methyl-1 inositol hoặc quebrachitol và các acid amin với tỉ lệ
thấp hơn.
Trong serum hàm lượng thể khô chiếm 8- 10%. Nó cho hiệu ứng Tyndall mãnh
liệt nhờ chứa nhiều chất hữu cơ hợp thành trong dung dòch thể giao trạng. Như vậy
serum của latex là một di chất nhưng nó có độ phân tán mạnh hơn nhiều so với độ phân
tán của các hạt tử cao su nên có thể coi nó như một pha phân tán duy nhất.
-6-
LVTN :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su
Chương 1 Tổng quan công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước thải cao su
+Pha bò phân tán- hạt tử cao su:
Tỉ lệ pha phân tán hay hàm lượng cao su khô trong latex do cây cao su tiết ra cao
nhất đạt tới 53% và thấp nhất là 18%( phân tích của Viện khảo cứu cao su Đông Dương
trước nay). Hầu hết các hạt tử cao su có hình cầu, kích thước không đồng nhất: ở giữa
đường kính 0,6 micron và số hạt 2x10
8
cho mỗi cm
3
latex, 90% trong số này có đường
kính dưới 0,5 micron.
Hạt tử cao su trong latex không chỉ chuyển động Brown mà còn chuyển động
Crémage( kem hoá). Đó là chuyển động của các hạt tử cao su nổi lên trên mặt chất
lỏng do chúng nhẹ hơn. Sự chuyển động này rất chậm theo đònh luật Stocke :
V =
µ
9
)(2
2'
rddg −
• V: vận tốc kem hóa.
•
µ
: độ nhớt chất lỏng.
• d: tỉ trọng serum.
• d’: tỉ trọng hạt tử cao su.
• r: bán kính hạt tử cao su.
• g : gia tốc trọng trường.
Với các hạt tử có bán kính 1 micron, độ nhớt là 2cP ta sẽ thấy các phần tử cao su
latex phải mất hơn một tháng để tự nổi lên 1 cm. Để tăng vận tốc nổi của các hạt cao
su ta có thể giảm độ nhớt của latex hay tăng độ lớn của các phần tử cao su .
Các hạt tử cao su được bao bọc bởi một lớp protit. Lớp này xác đònh tính ổn đònh
và sự kết hợp thể giao trạng của latex. Độ đẳng điện của protit latex là tương đương
pH= 4,7 và các hạt tử không mang điện. Với pH cao hơn 4,7 các hạt tử mang điện tích
âm. Với pH thấp hơn 4,7 các hạt tử mang điện tích dương.
Các hạt tử cao su của latex tươi mà pH tương đương 7 điều mang điện âm. Chính
điện tích này tạo ra lực đẩy giữa các hạt cao su với nhau, đảm bảo sự phân tán của
chúng trong serum. Mặt khác, protit có tính hút nước mạnh giúp cho các phần tử cao su
được bao bọc xung quanh một vỏ phân tử nước chống lại sự va chạm giữa các hạt tử
làm tăng sự ổn đònh của latex.
-7-
LVTN :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su
Chương 1 Tổng quan công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước thải cao su
1.2.C
ông nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su
1.2.1. Đặc điểm, tính chất của nước thải chế biến mủ cao su.
a.> Khái quát :
Trong những năm gần đây, do sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp, nhu
cầu tiêu thụ cao su tự nhiên trên thế giới ngày càng tăng, cùng với sự gia tăng tiêu thụ,
giá bán cao su đã chế biến cũng tăng. Tại Việt Nam, ngành cao su cũng được nhà nước
và các đối tác nước ngoài quan tâm đầu tư bằng vốn tự có và vốn nước ngoài. Đến năm
1997, diện tích trồng cây cao su ở nước ta đạt gần 300.000 ha, với sản lượng khoảng
185.000 tấn. Theo quy hoạch tổng thể, với nguồn vốn vay của ngân hàng thế giới, đến
năm 2010 diện tích cây cao su sẽ đạt tới 700.000 ha và sản lượng cao su sẽ khoảng
300.000 tấn. Hiện nay để chế biến hết số mủ cao su thu hoạch được, hơn 24 nhà máy
chế biến mủ cao su với công suất từ 500 đến 12.000 tấn/năm đã đïc nâng cấp và xây
dựng mới tại nhiều tỉnh phía Nam, chủ yếu là tập trung ở các tỉnh miền Đông Nam bộ
như Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước. Bên cạnh đó, một số nhà máy chế biến mủ
cao su cũng đã và đang được hình thành bằng nguồn vốn vay của ngân hàng thế giới.
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.
Trong quá trình chế biến mủ cao su, nhất là khâu đánh đông mủ (đối với quy trình
chế biến mủ nước) và khâu ly tâm mủ (đối với quy trình sản xuất mủ ly tâm) các nhà
máy chế biến mủ cao su đã thải ra hàng ngày một lượng lớn nước thải khoảng từ 600-
1.800 m
3
cho mỗi nhà máy với tiêu chuẩn sử dụng nước 20 -30 m
3
/tấn DRC. Lượng
nước thải này có nồng độ các chất hữu cơ dễ bò 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/l đã làm ô nhiễm 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 bò
phân hủy kò khí tạo thành H
2
S và mercaptan là những hợp chất không những 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 dân cư khu vực.
-8-
LVTN :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su
Chương 1 Tổng quan công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước thải cao su
b.> Nguồn gốc, lưu lượng và tính chất nước thải.
Nguồn gốc và lưu lượng nước thải
Trong quá trình chế biến mủ cao su, nước thải phát sinh chủ yếu từ các công đoạn
sản xuất sau :
* Dây chuyền chế biến mủ ly tâm
Nước thải phát sinh từ quá trình ly tâm mủ, rửa máy móc thiết bò và vệ sinh nhà
xưởng.
* Dây chuyền chế biến mủ nước
Nước thải phát sinh từ khâu đánh đông, từ quá trình cán băm, cán tạo tờ, băm
cốm. Ngoài ra nước thải còn phát sinh do quá trình rửa máy móc thiết bò và vệ sinh nhà
xưởng.
* Dây chuyền chế biến mủ tạp
Đây là dây chuyền sản xuất tiêu hao nước nhiều nhất trong các dây chuyền chế
biến mủ. Nước thải phát sinh từ quá trình ngâm, rửa mủ tạp, từ quá trình cán băm, cán
tạo tờ, băm cốm, rửa máy móc thiết bò và vệ sinh nhà xưởng,
Ngoài ra nước thải còn phát sinh do rửa xe chở mủ và sinh hoạt.
Tính chất nước thải:
* Dây chuyền sản xuất mủ ly tâm
Dây chuyền sản xuất này không thực hiện quy trình đánh đông cho nên hoàn toàn
không sử dụng acid mà chỉ sử dụng amoniac, lượng amoniac đưa vào khá lớn khoảng
20kgNH
3
/tấn DRC nguyên liệu. Do đó đặc điểm chính của loại nước thải này là :
- Độ pH khá cao, pH 9-11
- Nồng độ BOD, COD, N rất cao
* Dây chuyền chế biến mủ nước
Đặc điểm của quy trình công nghệ này là sử dụng từ mủ nước vườn cây có bổ
sung amoniac làm chất chống đông. Sau đó, đưa về nhà máy dùng acid để đánh đông,
do đó, ngoài tính chất chung là nồng độ BOD, COD và SS rất cao, nước thải từ dây
chuyền này còn có độ pH thấp và nồng độ N cao.
* Dây chuyền chế biến mủ tạp
Mủ tạp lẫn khá nhiều đất cát và các loại chất lơ lửng khác. Do đó, trong quá trình
ngâm, rửa mủ, nước thải chứa rất nhiều đất, cát, màu nước thải thường có màu nâu, đỏ.
-9-
LVTN :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su
Chương 1 Tổng quan công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước thải cao su
- pH từ 5,0 - 6,0
- Nồng độ chất rắn lơ lửng rất cao
- Nồng độ BOD, COD thấp hơn nước thải từ dây chuyền chế biến mủ nước
1.2.2.Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su.
a.> Các công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su ở nước ngoài
Trên thế giới, châu Á là khu vực đứng thứ nhất về sản xuất cao su tự nhiên, chiếm
92%, kế đến là châu Phi 7% và châu Mỹ La tinh 1%. Hầu hết các nước đều quan tâm
đến việc xử lý ô nhiễm môi trường do chế biến mủ gây ra. Nước thải chế biến mủ cao
su chứa nồng độ các chất ô nhiễm rất lớn, đòi hỏi công nghệ xử lý qua nhiều bậc. Việc
áp dụng các công nghệ xử lý ở các nước đều dựa trên đặc điểm, tính chất nước thải,
hiệu quả kinh tế, nhu cầu đất đai và năng lượng, kỹ thuật vận hành, bảo trì, sử dụng các
nguyên liệu có sẵn trong nước, tiềm năng hoàn bồi, hiệu quả xử lý, điều kiện tự nhiên
và kinh tế
Các hệ thống xử lý nước thải được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải nhà máy
cao su ở Malaysia, Indonexia:
Bảng 1.2 : Hệ thống xử lý nước thải của các nước Đông Nam Á.
STT
Tên Nhà máy Chủng loại sơ
chế
Công suất
(tấn/ ngày)
Hệ thống xử lý nước thải
A Malaysia
1. Mardec Mendakale
Mủ ly tâm
12.000
Kỵ khí- sục khí dùng biotin
2.Tropical prodce
Mủ ly tâm
12.000
Sục khí bằng máy thổi khí
ngầm qua các vòi thổi khí
3.Lee Rubber
Mủ khối tạp
13.000
Hồ kỵ khí –Hồ sục khí
4.Chip Lam seng
Mủ ly tâm
36.000
Kỵ khí – UASB
5.Kotatrading
Mủ ly tâm/skim
24.000
Mương oxi hoá
6. Titilex
Mủ ly tâm
12.000
Hồ sục khí- hồ tự chọn
B
Indonexia
7.Membang Muda
Mủ ly tâm
12.000
Hồ sục khí –Hồ tự chọn
Mủ khối
12.000
Mương oxi hoá
8. Gunung Para
Mủ tờ và mủ khối
25.000
Hồ kỵ khí – Hồ sục khí
9.Rambiman
Mủ khối, ly tâm
12.000
Hồ sục khí và hồ tùy chọn
-10-
LVTN :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su
Chương 1 Tổng quan công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước thải cao su
Từ những năm cuối thập kỷ 70 và đầu 80, Malaysia đã đi đầu trong nghiên cứu, ứng
dụng các công nghệ xử lý nước thải vào thực tế sản xuất. Kết quả hiện nay các công
nghệ xử lý nước thải do Malaysia đưa ra được coi là phù hợp và được áp dụng tại nhiều
nhà máy sơ chế cao su như ở Malaysia, Indonesia, Thái Lan Công nghệ xử lý nước
thải được nghiên cứu và áp dụng vào sản xuất ở Malaysia chủ yếu tập trung vào xử lý
sinh học như :
1- Hệ thống hồ kò khí - hồ tùy nghi.
2- Hệ thống hồ kò khí - hồ làm thoáng
3- Hệ thống hồ làm thoáng.
4- Hệ thống mương oxy hóa.
Sơ đồ các công nghệ xử lý nước thải hiện đang áp dụng tại Malaysia, Indonesia
và Thái Lan được trình bày trong hình 1.1
-11-
LVTN :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su
Chương 1 Tổng quan công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước thải cao su
XỬ LÝ CƠ HỌC
BỂ CÂN BẰNG
HỒ KỴ KHÍ HỒ KỴ KHÍ MƯƠNG OXI
HÓA
HỒ LÀM
THOÁNG
HỒ TUỲ
NGHI
BỂ LẮNG
HỒ HOÀN
THIỆN
HỒ KỴ KHÍ
MÔI TRƯỜNG
MÔI TRƯỜNG
HỒ LÀM
THOÁNG
MÔI TRƯỜNG
MÔI TRƯỜNG
NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN
MỦ CAO SU
Hình 1.1 : Sơ đồ các công nghệ xử lý hiện nước thải áp dụng tại Malaysia
-12-
LVTN :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su
Chương 1 Tổng quan công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước thải cao su
Hệ thống hồ kò khí - hồ tùy nghi
Công nghệ này được áp dụng xử lý loại nước thải có nồng độ BOD khoảng
3.000mg/l, thích hợp cho nhà máy sản xuất cao su tờ. Phản ứng phân hủy các chất hữu
cơ trong hồ kò khí xảy ra qua hai giai đoạn :
- Giai đoạn 1 (giai đoạn axít hóa): vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ phức tạp
thành axít và các chất hữu cơ mạch ngắn.
- Giai đoạn 2 : Các sản phẩm chất hữu cơ có cấu trúc đơn giản tiếp tục được các
vi khuẩn metan phân hủy thành cacbon dioxit và metan.
Các hồ kò khí thường có độ sâu từ 3,5m đến 5m, tùy thuộc vào các điều kiện đất
đai và chiều sâu của mạch nước ngầm. Tải trọng hữu cơ tối đa là 0,15 kg
BOD/m
3
/ngày, thể tích trung bình của hồ khoảng 15.000 m
3
. Thời gian lưu nước trong
hồ từ 13 đến 15 ngày. Hiệu quả xử lý BOD đạt 80%.
Lớp váng tạo trên mặt không ảnh hưởng nhiều đến các hoạt động phân hủy xảy ra
trong hồ. Phải vớt bỏ đònh kỳ tránh trường hợp gây tắc nghẽn đường ống và lắng đọng
bùn mất thể tích của hồ.
Sau hồ kò khí, nước thải có nồng độ BOD khoảng 600 - 800mg/l, được tiếp tục dẫn
đến hồ tùy nghi, tại đây cơ chế xử lý chất thải diễn ra bao gồm cả hai quá trình hiếu
khí và kò khí. Hồ có chiều sâu từ 1-2m, thích hợp cho việc phát triển của tảo và các
quá trình phân hủy của sinh vật tùy nghi. Ban ngày, quá trình phân hủy các chất hữu cơ
xảy ra ở phần trên mặt hồ là hiếu khí, phần dưới đáy là kò khí. Ban đêm, quá trình
phân hủy các chất hữu cơ chính xảy ra trong hồ là kò khí. Trong hồ vi khuẩn và rong,
tảo sống cộng sinh với nhau. Vi khuẩn sử dụng oxy để thực hiện quá trình phân hủy
chất hữu cơ tạo thành khí CO
2
. Tảo sử dụng CO
2
thực hiện quá trình quang hợp tạo oxy.
Trong các loài tảo thì chlorella chiếm ưu thế.
Tải trọng hữu cơ tối ưu đối với hồ tùy nghi là 0,03 kg BOD/m
3
/ngày. Thời gian
lưu nước từ 20 đến 25 ngày. Thể tích trung bình của hồ khoảng 1.000m
3
. Hiệu quả xử
lý BOD của hồ đạt 45%. Nồng độ oxy hòa tan trong nước quyết đònh hiệu xuất xử lý
của hồ. Trường hợp có lớp váng trên bề mặt, ta phải vớt thường xuyên để cho ánh sáng
mặt trời thâm nhập vào lớp nước nhiều nhất, tạo điều kiện cho tảo phát triển làm tăng
nồng độ oxy hòa tan trong nước.
-13-
LVTN :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su
Chương 1 Tổng quan công nghiệp cao su và các phương pháp xử lý nước thải cao su
Tóm lại hệ thống hồ kò khí - hồ tùy nghi có khả năng làm giảm khoảng 98% nồng
độ BOD trong nước thải cao su. Ưu điểm của hệ thống này là có khả năng chòu được
khi nồng độ chất hữu cơ tăng đột ngột. Không tốn chi phí bảo dưỡng.
Nhược điểm là đòi hỏi phải có diện tích rộng. Phát sinh khí mêtan, H
2
S, mùi hôi,
ảnh hưởng tới môi trường xung quanh.
Hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thải hồ kò khí - hồ tùy nghi ở Malaysia
được trình bày trong bảng 2.2, 2.3.
Bảng 1.3 : Hiệu quả xử lý nước thải nhà máy chế biến mủ cốm (Malaysia)
qua hệ thống hồ kò khí - hồ tùy nghi.
Chỉ tiêu
Nước thải
trước xử lý
Nước thải
Sau xử lý
Hiệu quả xử lý
(%)
PH 5,5 7,5 -
Chất rắn tổng cộng (mg/l) 1.961 720 63
Chất rắn bay hơi (mg/l) 1.245 316 75
Chất rắn lơ lửng (mg/l) 322 125 61
COD (mg/l) 2.899 230
92
BOD (mg/l) 1.769 59
97
Đạm tổng số (mg/l) 141 55 61
Đạm Amoniăc (mg/l) 68 42 38
Bảng 1.4 : Hiệu quả xử lý nước thải nhà máy chế biến mủ ly tâm(Malaysia)
qua hệ thống hồ kò khí - hồ tùy nghi
Chỉ tiêu Nước thải
trước xử lý
Nước thải
sau xử lý
Hiệu suất
(%)
pH 4,8 7,8 -
Chất rắn lơ lửng (mg/l) 818 359 56
COD (mg/l) 4.849 529 89
BOD (mg/l) 3.524 153 96
Đạm tổng số (mg/l) 602 202 66
Đạm Amoniăc (mg/l) 466 134 71
-14-
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét