Đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải nhiễm dầu bằng mô hình hợp khối kết hợp phương pháp cơ học và sinh học

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI i MSSV: 107108027 MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................... i I DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... iii IV DANH MỤC BẢNG. ............................................................................................. iv V DANH MỤC HÌNH ẢNH, ðỒ THỊ. ...................................................................... vi VII CHƯƠNG 1: MỞ ðẦU ......................................................................................... 1 1.1. ðặt vấn đề. .............................................................................................. 1 1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài. ................................................................ 1 1.1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu đã qua. ......................................... 2 1.1.3. Mục đích nghiên cứu. ..................................................................... 4 1.1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu. .................................................................... 4 1.1.5. Giới hạn của đề tài. ........................................................................ 5 1.1.6. Ý nghĩa của đề tài. .......................................................................... 5 1.2. Phương pháp nghiên cứu........................................................................ 5 1.2.1. Phương pháp luận. ......................................................................... 5 1.2.2. Phương pháp cụ thể. ....................................................................... 6 1.3. Các kết quả đạt được của đề tài. ............................................................ 7 1.4. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp. ................................................................. 7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU ....................................... 8 2.1. Tổng quan về nước thải nhiễm dầu ....................................................... 8 2.1.1. Giới thiệu sơ lược về dầu mỏ và ơ nhễm dầu mỏ: ........................... 8 2.1.2. Các nguồn nước thải nhiễm dầu. .................................................. 10 2.1.3. Những tác động của ơ nhiễm dầu đến mơi trường ....................... 11 2.2. Các phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu. .................................... 12 2.2.1. Các phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu. ............................... 12 2.2.2. Một số cơng trình xử lý nước thải nước thải dầu: ......................... 23 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI ii MSSV: 107108027 CHƯƠNG 3: NGUYÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC .................................................................................................... 30 3.1. Cơ sở lý thuyết. ..................................................................................... 30 3.1.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ. ......................................... 30 3.1.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình bùn hoạt tính. ................................. 35 3.2. Vật liệu nghiên cứu. .............................................................................. 39 3.3. Phương tiện thực nghiệm: .................................................................... 40 3.3.1. ðịa điểm thí nghiệm. .................................................................... 40 3.3.2. Thời gian thực hiện. ..................................................................... 40 3.3.3. Thiết bị và dụng cụ. ...................................................................... 40 3.3.4. Vật liệu sử dụng: .......................................................................... 41 3.3.5. Hĩa chất sử dụng: ........................................................................ 41 3.4. Phương pháp thực nghiệm ................................................................... 41 3.4.1. Mơ hình thực nghiệm. .................................................................. 41 3.4.2. Các thơng số tính tốn. ................................................................. 44 3.4.3. Tiến trình thực nghiệm. ................................................................ 44 3.5. Phương pháp phân tích mẫu. ............................................................... 45 3.5.1. Phương pháp phân tích pH. .......................................................... 45 3.5.2. Phương pháp phân tích SS. ........................................................... 45 3.5.3. Phương pháp phân tích BOD5. ..................................................... 45 3.5.4. Phương pháp phân tích COD. ....................................................... 45 3.5.5. Phương pháp phân tích dầu khống. ............................................. 45 3.6. Vận hành mơ hình thực nghiệm. .......................................................... 45 3.6.1. Mơ hình cơ học. ........................................................................... 46 3.6.2. Mơ hình sinh học ......................................................................... 47 CHƯƠNG 4: SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU ............... 53 4.1. Kết quả phân tích nước đầu vào của hệ thống: ................................... 53 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI iii MSSV: 107108027 4.2. Kết quả phân tích nước đầu ra của hệ thống: ..................................... 53 4.2.1. Kết quả phân tích nước thải sau quá trình xử lý cơ học: ............... 53 4.2.2. Kết quả phân tích nước thải sau quá trình xử lý sinh học: ............. 62 4.2.3. Tổng hợp kết quả sau 2 quá trình xử lý: ....................................... 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ............................................................................ 84 Kết luận ................................................................................................. 84 Kiến nghị ............................................................................................... 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 86 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 88 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI iv MSSV: 107108027 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT API : American Petroleum Institute - Bể lắng trọng lực API. BOD : Biochemical Oxygen Deman - Nhu cầu ơxy sinh hĩa, mg/l. CFS : Cross Flow Separator - Thiết bị tách chéo dịng. CNH-HðH : Cơng nghiệp hĩa – hiện đại hĩa. COD : Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu ơxy hĩa học, mg/l. CPI : Corrugated Plate nterception - Thiết bị tách dầu dạng tấm gợn sĩng. DAF : Dissolved Air Flotation - Bể tuyển nổi khơng khí. DO : Dissolved Oxygen - Nồng độ oxy hịa tan, mg/l. HC : Hydrocarbon. KCN : Khu cơng nghiệp. KHCN : Khoa học cơng nghệ. MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid - Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng. QCVN : Quy chuẩn Việt Nam. SS : Suspended Solid - Chất rắn lơ lửng, mg/l. SVI : Sludge Volume Index - Chỉ số lắng của bùn. TKXD : Tổng Kho Xăng Dầu. TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh. VITTEP : Viện Kỹ Thuật Nhiệt ðới và Bảo Vệ Mơi Trường. VSV : Vi sinh vật. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI v MSSV: 107108027 DANH MỤC BẢNG. Bảng 4.1: Kết quả phân tích mẫu nước đầu vào mơ hình. .................................... 53 Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm vớt dầu bình thường và hấp phụ bằng mùn dừa. .... 53 Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm vớt dầu bình thường và hấp phụ bằng mùn cưa. .... 54 Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm vớt dầu bằng ống quay và hấp phụ bằng mùn dừa. 55 Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm vớt dầu bằng ống quay và hấp phụ bằng mùn cưa. 56 Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm vớt dầu bằng ống quay và hấp phụ bằng mùn cưa kết hợp xơ dừa. ................................................................................................... 57 Bảng 4.7: Kết quả xử lý COD bằng cơ học. ......................................................... 58 Bảng 4.8: Kết quả xử lý SS.................................................................................. 59 Bảng 4.9: Kết quả xử lý BOD. ............................................................................. 60 Bảng 4.10: Kết quả phân tích mẫu nước thải sau xử lý cơ học. ............................ 61 Bảng 4.11: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính giai đoạn thích nghi ................... 62 Bảng 4.12: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với thời gian lưu nước 24h ................................................................................................. 63 Bảng 4.13: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với thời gian lưu nước 12h ................................................................................................. 64 Bảng 4.14: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với thời gian lưu nước 6h ................................................................................................... 65 Bảng 4.15: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với thời gian lưu nước 4h ................................................................................................... 66 Bảng 4.16: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với thời gian lưu nước 2h ................................................................................................... 67 Bảng 4.17: Số liệu mơ hình bùn hoạt tính giai đoạn tĩnh sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần ................................................................................................ 69 Bảng 4.18: Số liệu mơ hình bùn hoạt tính giai đoạn tĩnh xếp theo tải trọng tăng dần ...................................................................................................................... 70 Bảng 4.19: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn động với thời gian lưu nước 24h ................................................................................................. 71 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI vi MSSV: 107108027 Bảng 4.20: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn động với thời gian lưu nước 12h ................................................................................................. 72 Bảng 4.21: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn động với thời gian lưu nước 6h ................................................................................................... 73 Bảng 4.22: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn động với thời gian lưu nước 4h ................................................................................................... 74 Bảng 4.23: Kết quả chạy mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn động với thời gian lưu nước 2h ................................................................................................... 75 Bảng 4.24: Tổng hợp kết quả chạy tải trọng động mơ hình bùn hoạt tính ............. 77 Bảng 4.25: Kết quả phân tích mẫu nước thải sau quá trình xử lý sinh học. .......... 79 Bảng 4.26: Số liệu xác định các thơng số động học. ............................................ 80 Bảng 4.27: Tổng hợp kết quả phân tích mẫu nước thải sau hai quá trình xử lý cơ học và sinh học. ............................................................................................ 82 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI vii MSSV: 107108027 DANH MỤC HÌNH ẢNH, ðỒ THỊ. Hình 2.1: Sơ đồ các giai đoạn và cơng trình xử lý nước thải nhiễm dầu từ các kho chứa. [23] ...................................................................................................... 12 Hình 2.2: Máy hút dầu Multi [22] ....................................................................... 13 Hình 2.3: Vải lọc dầu SOS-01 [22] ...................................................................... 13 Hình 2.4: Sự hoạt động của chất phân tán [14] ................................................... 14 Hình 2.5: Sản phẩm Enretech cellusorb [21] ....................................................... 15 Hình 2.6: Sử dụng Enretech cellusorb để hấp thụ dầu [21] .................................. 15 Hình 2.7: Tấm thấm dầu (Oil Only Absorbent Pad ) [22]..................................... 16 Hình 2.8: Chế phẩm sinh học Enretech – 1 [21] .................................................. 17 Hình 2.9: Cơ chế xử lý dầu của VSV. .................................................................. 18 Hình 2.10: Bể lắng trọng lực API [19] ............................................................... 19 Hình 2.11: Thiết bị tách chéo dịng – Cross Flow Separator (CFS) [18] .............. 20 Hình 2.12: Thiết bị tách dầu kiểu CPI [15] .......................................................... 21 Hình 2.13: Bể tuyển nổi khơng khí DAF. [15] .................................................... 21 Hình 2.14: Nguyên lý tổ chức xử lý nước thải ở nhà máy lọc dầu. [10]. .............. 24 Hình 2.15: Sơ đồ xử lý nước thải cĩ tuyển nổi phân nhánh nước rửa thiết bị lọc và nước loại bỏ muối. Lưu lượng 1.000m3/h. Nhà máy lọc dầu FINANESTE (Bỉ). [10] ....................................................................................................... 25 Hình 2.16: Sơ đồ xử lý nước thải của nhà máy lọc dầu MOBIL - OIL cĩ tuần hồn lại nước đã xử lý (lưu lượng 400m3/h). [10] .................................................. 26 Hình 2.17: Xử lý nước dầu mỏ. [10] ................................................................... 27 Hình 2.18: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải nhiễm dầu từ các kho xăng dầu ở TP.HCM [10] ................................................................................................ 28 Hình 3.1: Các giai đoạn tăng sinh khối của tế bào vi khuẩn theo thang log. ......... 36 Hình 3.2: Mùn cưa .............................................................................................. 40 Hình 3.3: Xơ dừa ................................................................................................. 40 Hình 3.4: Mùn dừa .............................................................................................. 40 Hình 3.5: Thiết bị gạt và thu ván dầu ................................................................... 42 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI viii MSSV: 107108027 Hình 3.6: Mơtơ truyền động ................................................................................ 42 Hình 3.7: Ngăn tách dầu ...................................................................................... 42 Hình 3.8: Van ống dẫn ván dầu và thùng chứa ..................................................... 42 Hình 3.9: Ngăn hấp phụ ....................................................................................... 43 Hình 3.10: Ống Φ49 gĩc nghiêng 450 .................................................................. 43 Hình 3.11: Lớp vật liệu hấp phụ .......................................................................... 43 Hình 3.12: Giá đỡ vật liệu hấp phụ ...................................................................... 43 Hình 3.13: Bể sinh học bùn hoạt tính ................................................................... 44 Hình 3.14: Mơ hình hệ thống xử lý ..................................................................... 46 Hình 3.15: Bùn hoạt tính ..................................................................................... 48 Hình 4.1: Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD, SS, BOD của thí nghiệm 1. .............. 54 Hình 4.2: Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD, SS, BOD của thí nghiệm 2. .............. 55 Hình 4.3: Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD, SS, BOD của thí nghiệm 3. .............. 56 Hình 4.4: Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD, SS, BOD của thí nghiệm 4. .............. 57 Hình 4.5: Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD, SS, BOD của thí nghiệm 5. .............. 58 Hình 4.6: Biểu đồ tổng hợp kết quả xử lý COD bằng phương pháp cơ học. ......... 59 Hình 4.7: Biểu đồ tổng hợp kết quả xử lý SS bằng phương pháp cơ học. ............ 60 Hình 4.8: Biểu đồ tổng hợp kết quả xử lý BOD bằng phương pháp cơ học. ......... 61 Hình 4.9: Biểu đồ biểu diễn kết quả phân tích mẫu nước thải sau xử lý cơ học. ... 62 Hình 4.10: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn thích nghi. ...................................................................................... 63 Hình 4.11: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với thời gian lưu nước 24h. ............................................ 64 Hình 4.12: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với thời gian lưu nước 12h. ............................................ 65 Hình 4.13: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với thời gian lưu nước 6h. .............................................. 66 Hình 4.14: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với thời gian lưu nước 4h. .............................................. 67 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI ix MSSV: 107108027 Hình 4.15: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với thời gian lưu nước 2h ............................................... 69 Hình 4.16: Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo thời gian lưu nước tăng dần của mơ hình bùn hoạt tính ...................................................................... 70 Hình 4.17: Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo tải trọng tĩnh tăng dần của mơ hình bùn hoạt tính ................................................................................... 71 Hình 4.18: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 24h ................................... 72 Hình 4.19: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 12h ................................... 73 Hình 4.20: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 6h ..................................... 74 Hình 4.21: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 4h ..................................... 75 Hình 4.22: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mơ hình bùn hoạt tính trong giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 2h ..................................... 76 Hình 4.23: Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD đầu ra và hiệu suất xử lý theo thời gian lưu nước tăng dần. ................................................................................. 77 Hình 4.24: Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD đầu ra và hiệu suất xử lý theo tải trọng xử lý tăng dần. ..................................................................................... 78 Hình 4.25: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa MLSS và hiệu suất xử lý theo thời gian lưu nước tăng dần. .......................................................................... 78 Hình 4.26: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa MLSS và hiệu suất xử lý theo tải trọng tăng dần. .............................................................................................. 79 Hình 4.27: ðường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thơng số Kd và Y. .............. 81 Hình 4.28: ðường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thơng số K và Ks ............... 81 Hình 4.29: Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD, SS, BOD ban đầu, sau xử lý cơ học và sinh học. ................................................................................................... 83 Hình PL1: Kết quả phân tích chỉ tiêu dầu khống. ............................................... 88 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI x MSSV: 107108027 Hình PL 2.1: Tổng quan mơ hình. ....................................................................... 89 Hình PL 2.2: Mẫu nước thải đầu vào – sau hấp phụ - sau sinh học. ..................... 89 Hình PL 2.3: Van xả nước từ ngăn hấp phụ sang ngăn sinh học. .......................... 89 Hình PL 2.4: Máy sục khí .................................................................................... 90 Hình PL 2.5: Bể thu hồi ván dầu. ......................................................................... 90 Hình PL 2.6: Bơng bùn hoạt tính ......................................................................... 90 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 1 MSSV: 107108027 CHƯƠNG 1: MỞ ðẦU 1.1. ðặt vấn đề. 1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài. Từ khi được phát hiện đến nay, dầu mỏ đã và đang là nguồn nguyên liệu vơ cùng quý giá của mỗi quốc gia nĩi riêng và tồn nhân loại nĩi chung. Ngày nay sản phẩm của dầu mỏ đang cĩ mặt trong hầu hết các lĩnh vực đời sống sinh hoạt hằng ngày của con người cũng như trong các ngành cơng nghiệp. Chúng là nguồn nguyên liệu và nhiên liệu khơng thể thiếu được trong một xã hội cơng nghiệp, phục vụ đắc lực cho việc phát triển kinh tế xã hội. Chính tầm quan trọng nêu trên mà dầu mỏ đĩng một vai trị hết sức đặc biệt trong sự phát triển kinh tế, cơng nghiệp của mỗi quốc gia. Do đĩ, tất cả các quốc gia trên thế giới đều xây dựng cho mình một nền cơng nghiệp dầu khí. Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào trình độ phát triển của ngành cơng nghiệp chế biến dầu mỏ. Việt Nam là một trong các quốc gia cĩ tiềm năng về dầu khí. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành cơng nghiệp chế biến dầu khí thế giới, nước ta đang cĩ những bước tiến mạnh mẽ trong ngành cơng nghiệp này. Tuy nhiên, việc khai thác, chế biến, vận chuyển, sử dụng dầu mỏ và các loại sản phẩm dầu mỏ cũng gây nhiều tác hại, đặc biệt là ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng mơi trường. Các hiện tượng tràn dầu, rị rỉ khí, dầu gây nên tình trạng ơ nhiễm nghiêm trọng cho mơi trường như làm hủy hoại hệ sinh thái động thực vật và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người. Vì vậy vấn đề bảo vệ mơi trường khỏi các chất ơ nhiễm dầu đã trở thành một trong những vấn đề được xã hội quan tâm. Vấn đề xử lý nước thải nhiễm dầu từ các nhà máy lọc dầu và các kho chứa xăng dầu là rất cấp thiết trong giai đoạn hiện nay. ðể giải quyết vấn đề này, nhiều nhà khoa học, nhà chuyên mơn đã nghiên cứu ra nhiều cơng nghệ, nhiều phương pháp, trong đĩ phương pháp cơ học kết hợp sinh học cho hiệu quả cao trong xử lý NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 2 MSSV: 107108027 nước thải nhiễm dầu. ðây là phương pháp được sử dụng phổ biến, chi phí khơng quá cao. Qua những lý do đĩ với đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải nhiễm dầu bằng mơ hình hợp khối kết hợp phương pháp cơ học và sinh học” sẽ là câu trả lời gĩp phần giải quyết thỏa đáng cho những vấn đề trên. 1.1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu đã qua. Vấn đề ơ nhiễm dầu và xử lý dầu tràn, nước thải nhiễm dầu đã được quan tâm giải quyết ở hầu hết các quốc gia trên thế giới đặc biệt là ở các quốc gia cĩ ngành cơng nghiệp dầu khí phát triển như: Mỹ, Nhật Bản, Mexico,… Ở Việt Nam, nhiều cơng trình nghiên cứu và phát minh ra các thiết bị xử lý nước thải nhiễm dầu đã được thực hiện như: • Các nhà khoa học của Viện Kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ mơi trường (VITTEP) đã xây dựng thành cơng giải pháp kỹ thuật xử lý nước nhiễm dầu cho Xí nghiệp ðầu máy ðà Nẵng bằng phương pháp xây dựng bể điều hịa với các tấm nhựa xếp song song để tách dầu mỡ. Theo phương án của VITTEP, lượng nước thải bao gồm dầu, mỡ, hĩa chất tẩy rửa, xỉ than, nước bẩn đã qua sử dụng trong quá trình làm sạch các chi tiết máy được gom vào một bể điều hịa. Bể này cĩ các ngăn tách riêng cặn đất cát, sau đĩ chuyển tiếp nước thải sang ngăn điều hịa. Ở đây, nước thải được bơm đến bộ phận làm nhiệm vụ tách dầu với các tấm nhựa xếp song song để tách các hạt dầu nổi trên bề mặt nước. Tiếp đĩ, nước thải được lưu thơng qua lớp vật liệu polymer để các hạt dầu nhỏ hơn được hấp phụ. Sau khi tách hết dầu, lượng nước này được dẫn về bể phân hủy cặn. ðây là bể nằm trong hệ thống xử lý trung tâm, cĩ nhiệm vụ thu gom cả nước thải sản xuất lẫn nước thải sinh hoạt của tồn bộ xí nghiệp. Nước thải tại đây được bơm tiếp vào một bể cĩ hệ thống sục khí, rồi chuyển sang bể lắng và cuối cùng mới vào đến bể khử trùng. Dung dịch Chlorine được bơm vào bể và đĩng vai trị làm sạch nước thải nhiễm bẩn. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 3 MSSV: 107108027 ðối với lượng nước mưa để tránh khả năng mang lẫn theo một lượng dầu mỡ rơi rớt. Trước khi thốt ra hệ cống chung, tồn bộ nước mưa được thu gom về một mối và phải đi qua một “bẫy dầu” là một hố thu cĩ thiết bị bơm dầu thải. Dầu sẽ được giữ lại và được bơm định kỳ vào thùng chứa, chỉ cĩ nước mưa sạch mới thốt đi. ðịnh kỳ mỗi năm một lần sẽ thực hiện hút lượng bùn, rác ở bể phân hủy cặn và được đem chơn lấp. Cịn lượng dầu thải được thu gom chứa trong các thùng phuy để tái sử dụng. Qua ứng dụng hệ thống xử lý nước thải của VITTEP, nguồn nước thải của xí nghiệp đạt tiêu chuẩn nước thải cơng nghiệp loại B (QCVN 24:2009/BTNMT). [15] • Kỹ sư Lê Ngọc Khánh (Trung tâm Tư vấn ứng dụng kinh tế TP. HCM) là người sáng chế ra vật liệu hút dầu petro-abs (mỗi kg vật liệu này cĩ thể hút từ 30 đến 60kg dầu tùy theo loại dầu nổi hay dầu đặc và cĩ khả năng tái sử dụng từ 400- 600 lần) và máy tách dầu SOW. Hai sản phẩm này đã nhận được bằng sáng chế của Cục sáng chế Việt Nam và Cục Sáng chế Nhật Bản. Máy tách nhanh dầu-nước được xem là thiết bị mới nhất trong lĩnh vực này, cĩ khả năng xử lý nước chứa dầu tới độ sạch dưới 1 ppm. Từ các sáng chế trên, nhĩm nghiên cứu gồm tiến sĩ Nguyễn Trần Dương, kỹ sư Lê Ngọc Khánh, Tiến sĩ Trần Tri Luân và Giáo sư Nguyễn Hữu Hiếu đã hồn thiện quy trình sản xuất thử vật liệu nĩi trên và các tấm hút dầu, các hệ thống thu gom, tách dầu ra khỏi nước. Nhĩm nghiên cứu đã thành lập một trung tâm thiết kế tàu chuyên dụng cĩ hệ thống tấm vật liệu và máy tách dầu nĩi trên để phục vụ xử lý tràn dầu dành cho khu vực sát bờ và khu vực ngồi khơi. Hiện nay, nhĩm nghiên cứu đã sản xuất thiết bị cĩ cơng suất xử lý 200 m3 nước thải nhiễm dầu/ngày và cĩ thể ghép 10 máy lại với nhau, cho tổng cơng suất xử lý lên đến 2.000m3/ngày. [20] • Hệ thống cơng nghệ xử lý nước thải nhiễm xăng dầu của Tổng kho M90 thuộc Cục Xăng dầu, Tổng cục Hậu cần do Viện Cơng nghệ mới thuộc Viện Khoa học và Cơng nghệ quân sự, Bộ Quốc phịng nghiên cứu lắp đặt. Hệ thống ứng dụng NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 4 MSSV: 107108027 cơng nghệ khí-sinh học vào xử lý. ðây là cơng nghệ mới đã được ứng dụng ở nhiều cơ sở trong nước và quân đội. Hệ thống bao gồm các bể phân ly tách dầu, bể kết hợp làm thống, tháp lọc sinh học hiếu khí, màng đệm vi sinh, máy bơm nén khí, bơm nước thải, bơm bùn, bể lắng, bể hấp phụ… Cơng nghệ xử lý bằng khí-sinh học để xử lý nước thải nhiễm xăng dầu ở Tổng kho M90 đạt hiệu suất từ 95% đến 98%. Nước thải sau xử lý đạt Quy chuẩn của Bộ Tài nguyên và Mơi trường đối với nguồn nước loại B quy định tại QCVN 24/2009/BTNMT. [15] • Trần Nhật Linh (Khoa Mơi trường và cơng nghệ sinh học - ðại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ TP.HCM, 2006) với đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nước nhiễm dầu của thực vật nổi: lục bình, bèo tấm”. ðề tài đã chứng minh được thực vật nổi lục bình và bèo tấm cĩ khả năng xử lý dầu với hiệu quả cao. Hiệu quả xử lý nước thải nhiễm dầu của lục bình thơng qua các chỉ tiêu COD, BOD5, SS lần lượt là 82.6%, 83%, 63% cao hơn hẳn so với bèo tấm là 48.6%, 55.2% và 45.5%. [7] 1.1.3. Mục đích nghiên cứu. Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu của mơ hình hợp khối cĩ sử dụng vật liệu hấp phụ dầu và bùn hoạt tính. Từ đĩ đề ra phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu cĩ hiệu quả. 1.1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu. - Thu thập tài liệu cĩ liên quan đến đối tượng nghiên cứu: dầu mỏ, nước thải nhiễm dầu, vật liệu hấp phụ, bùn hoạt tính. - Chạy mơ hình thực nghiệm nhằm khảo sát khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu (mơ hình cơ học và sinh học). - Phân tích các thơng số đầu vào và đầu ra mơ hình xử lý (SS, COD, BOD, pH, dầu khống) từ đĩ xác định hiệu quả xử lý của mơ hình. - Xác định thơng số động học của quá trình bùn hoạt tính. - Xác định tổng hiệu quả xử lý của mơ hình. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 5 MSSV: 107108027 1.1.5. Giới hạn của đề tài. - Thời gian thực hiện đề tài từ ngày 01/04/2011 đến 30/06/2011. - ðề tài tập trung nghiên cứu khả năng hấp phụ dầu của vật liệu hấp phụ là xơ dừa, mùn dừa, mùn cưa và xác định các thơng số động học của quá trình bùn hoạt tính xử lý nước thải nhiễm dầu. - Chỉ phân tích được một số chỉ tiêu chính trong nước thải như COD, BOD, SS, pH, dầu khống,… nên chưa đánh giá hết hiệu quả xử lý của mơ hình. - ðề tài thực hiện trên quy mơ phịng thí nghiệm, cơ sở vật chất cịn thiếu thốn dẫn đến kết quả cĩ thể chưa hồn tồn chính xác. 1.1.6. Ý nghĩa của đề tài. ðề tài gĩp phần mở ra một hướng mới trong việc xử lý nước thải nhiễm dầu trong các kho chứa xăng dầu và nhà máy lọc dầu đĩ là áp dụng phương pháp kết hợp cả cơ học và sinh học. Sử dụng các vật liệu hấp phụ là các sản phẩm tự nhiên với ưu điểm là sẵn cĩ, giá thành rẻ, cĩ thể tái tạo được và thân thiện với mơi trường. Mặc dù trong phương pháp này quá trình xử lý bằng sinh học tốn nhiều thời gian nhưng đây là phương pháp mang lại hiệu quả cao về tính kinh tế lẫn kỹ thuật. 1.2. Phương pháp nghiên cứu. 1.2.1. Phương pháp luận. Từ khi được phát hiện đến nay, dầu mỏ đã và đang là nguồn nguyên liệu vơ cùng quý giá của mỗi quốc gia nĩi riêng và tồn nhân loại nĩi chung. Ngày nay sản phẩm của dầu mỏ đang cĩ mặt trong hầu hết các lĩnh vực đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người cũng như cơng nghiệp. Chúng là nguồn nguyên liệu và nhiên liệu khơng thể thiếu được trong một xã hội cơng nghiệp, phục vụ đắc lực cho việc phát triển kinh tế xã hội. Từ lúc đĩ vấn đề ơ nhiễm dầu cũng bắt đầu xuất hiện do: tràn dầu, nước thải từ nhà máy lọc dầu, kho xăng dầu,….gây ảnh hưởng đến mơi NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 6 MSSV: 107108027 trường sống của con người. Bên cạnh đĩ các phương pháp xử lý nước thải ơ nhiễm dầu hiện nay tốn chi phí khá cao và vận hành phức tạp Do đĩ lựa chọn một cơng nghệ xử lý cĩ hiệu quả, chi phí khơng quá cao, phù hợp với tình hình kinh tế hiện nay là việc làm cần thiết. Áp dụng “Xử lý nước thải nhiễm dầu bằng mơ hình hợp khối kết hợp phương pháp cơ học và sinh học” là một giải pháp cĩ thể chấp nhận được. 1.2.2. Phương pháp cụ thể. 1.2.2.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp dữ liệu Các số liệu, tài liệu liên quan trực tiếp đến đề tài được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau: sách, báo, internet, kế thừa từ các kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả đi trước cũng như nhiều nhà khoa học chuyên mơn. Qua các tài liệu, số liệu thu thập được tiến hành phân loại, chọn lọc, tổng hợp, xử lý, phân tích để lấy những thơng tin cần thiết phục vụ cho đề tài 1.2.2.2. Phương pháp chuyên gia. Trong quá trình thực hiện đề tài được sự hướng dẫn của các chuyên gia nghiên cứu. Với những kinh nghiệm cũng như sự hiểu biết của các chuyên gia sẽ là điều kiện thuận lợi để thực hiện đề tài. 1.2.2.3. Phương pháp thực nghiệm. Tiến hành thực hiện khảo sát thực địa lấy mẫu, thí nghiệm, chạy mơ hình thực nghiệm. 1.2.2.4. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu, so sánh. Hệ thống hĩa các chỉ tiêu cần thống kê, tổng hợp thống kê, phân tích và dự đốn. Sử dụng các phần mềm tin học như MS-Excel, MS-Word để thống kê, biểu diễn số liệu, kết quả nghiên cứu. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 7 MSSV: 107108027 Thu thập những thơng tin cĩ liên quan và những quy định, tiêu chuẩn hiện cĩ của Nhà nước về chất lượng mơi trường để so sánh và phát hiện những vấn đề khơng phù hợp. 1.2.2.5. Phương pháp phân tích hĩa, lý của nước. Sử dụng các phương pháp phân tích các chỉ tiêu BOD, COD, SS, pH, dầu khống trong nước thải. 1.3. Các kết quả đạt được của đề tài. - Tìm hiểu được một cách tổng quan về dầu mỏ và một số phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu. - Xác định được hiệu quả hấp phụ dầu của các loại vật liệu hấp phụ: mùn cưa, mùn dừa và xơ dừa. - Xác định được hiệu quả xử lý của quá trình sinh học bùn hoạt tính hiếu khí sinh trưởng lơ lửng đối với nước thải nhiễm dầu. Qua đĩ, xác định được các thơng số động học của quá trình sinh học hiếu khí. - Xác định được tổng hiệu suất của quá trình xử lý nước thải nhiễm dầu. 1.4. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp. ðồ án tốt nghiệp này bao gồm 4 chương. Các nội dung của đồ án được bố cục theo các chương như sau: Chương 1: Mở đầu. Chương 2: Tổng quan về nước thải nhiễm dầu và các phương pháp xử lý. Chương 3: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu bằng mơ hình hợp khối kết hợp phương pháp cơ học và sinh học. Chương 4: Số liệu nghiên cứu và phân tích các số liệu. Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. Phụ lục. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 8 MSSV: 107108027 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU 2.1. Tổng quan về nước thải nhiễm dầu 2.1.1. Giới thiệu sơ lược về dầu mỏ và ơ nhễm dầu mỏ: 2.2.1.1. Khái niệm dầu mỏ. Dầu mỏ là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục. Chúng cĩ dạng hỗn hợp hĩa chất hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là những hợp chất của hydrocarbon, thuộc gốc alkane, thành phần rất đa dạng. Hiện nay dầu mỏ chủ yếu dùng để sản xuất dầu hỏa, diezen và xăng nhiên liệu. Dầu thường tồn tại ở 4 dạng phổ biến sau: + Dạng tự do: ở dạng này dầu sẽ nổi lên thành các màng dầu. Dầu hiện diện dưới dạng các hạt dầu tự do hoặc lẫn với một ít nước, dầu tự do sẽ nổi lên trên bề mặt do trọng lượng riêng của dầu thấp hơn so với trọng lượng riêng của nước + Dạng nhũ tương cơ học: cĩ 2 dạng nhũ tương cơ học tùy theo đường kính của giọt dầu: • Vài chục µm: độ ổn định thấp • Loại nhỏ hơn: cĩ độ ổn định cao, tương tự như dạng keo + Dạng nhũ tương hĩa học: là dạng tạo thành do các tác nhân hĩa học (xà phịng, xút ăn da, chất tẩy rửa, Na) hoặc các hĩa học asphalten làm thay đổi sức căng bề mặt và làm ổn định hĩa học dầu phân tán. + Dạng hịa tan: Phân tử hịa tan như các chất thơm. Ngồi ra dầu khơng hịa tan tạo thành một lớp màng mỏng bọc quanh các chất rắn lơ lửng, chúng cĩ thể ảnh hưởng đến khả năng lắng hoặc nổi của các chất rắng lơ lửng khi tạo thành các hợp chất kết hợp khơng lắng được. 2.2.1.2. Thành phần hĩa học của dầu mỏ. Dầu mỏ là những nguồn hydrocacbon phong phú nhất cĩ trong thiên nhiên. Dầu mỏ ngày càng phát hiện được nhiều và hầu như ở đâu cũng thấy dầu mỏ khơng NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 9 MSSV: 107108027 nhiều thì ít. Qua phân tích thành phần hố học của các loại dầu mỏ khác nhau, người ta nhận thấy khơng cĩ loại dầu mỏ nào trên thế giới lại cĩ thành phần giống nhau hồn tồn cả, mà chúng rất khác nhau và thay đổi theo trong phạm vi rất rộng. Thành phần hố học của dầu mỏ rất phức tạp. Tuy vậy trong dầu mỏ đều cĩ một điểm chung là thành phần các hợp chất hydrocacbon (tức là chỉ cĩ C và H trong phân tử) bao giờ cũng chiếm phần chủ yếu, nhiều nhất cũng cĩ thể đến 97-98%, ít nhất cũng trên 50%. Phần cịn lại là các hợp chất khác như các hợp chất của lưu huỳnh, nitơ, oxy, các hợp chất cơ kim, các chất nhựa và asphalten. Ngồi ra, cịn một số nhũ tương “nước trong dầu” tuy cĩ lẫn trong dầu, nhưng nước khơng kể vào trong thành phần của dầu. Về thành phần nguyên tố của dầu mỏ ngồi C và H cịn cĩ S, O, N, một số kim loại như V, Ni, Fe, Cu, Ca, Na, As, v.v.. và trong khí cĩ cả He, Ar, Ne, N2, Kr, Xe, H2, v.v.. một điều đáng chú ý là tuy dầu mỏ trên thế giới rất khác nhau về thành phần hố học, song về thành phần nguyên tố (chủ yếu là C và H) lại rất gần với nhau, chúng thay đổi trong phạm vi rất hẹp: C: 83-87%, H: 11-14%. Một cách tổng quát thì thành phần hố học của dầu mỏ được chia thành hai thành phần: ♦ Các hợp chất hydrocacbon (HC), là hợp chất mà trong thành phần của nĩ chỉ chứa hai nguyên tố là cacbon và hydro như: parafin, các hợp chất vịng no hay các hợp chất naphten, các hydrocacbon thơm hay aromatic,… ♦ Các hợp chất phi HC, là các hợp chất mà trong thành phần của nĩ ngồi cacbon, hydro thì chúng cịn chứa thêm các nguyên tố khác như nitơ, lưu huỳnh, oxy, . . . 2.2.1.3. Các sản phẩm từ dầu mỏ và ứng dụng của nĩ. Các sản phẩm thu được từ việc lọc dầu cĩ thể kể đến là dầu hỏa, benzen, xăng, sáp parafin, nhựa đường, v.v… Khoảng nhiệt độ sơi của các sản phẩm dầu mỏ trong chưng cất phân đoạn trong điều kiện áp suất khí quyển tính theo (0C) là: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 10 MSSV: 107108027 - Xăng ête: 40-70°C (được sử dụng như là dung mơi). - Xăng nhẹ: 60-100°C (nhiên liệu cho ơ tơ). - Xăng nặng: 100-150°C (nhiên liệu cho ơ tơ). - Dầu hỏa nhẹ: 120-150°C (nhiên liệu và dung mơi trong gia đình). - Dầu hỏa: 150-300°C (nhiên liệu ). - Dầu điêzen: 250-350°C (nhiên liệu cho động cơ điêzen/dầu sưởi). - Dầu bơi trơn: > 300°C (dầu bơi trơn động cơ). - Các thành phần khác: hắc ín, nhựa đường, các nhiên liệu khác. 2.1.2. Các nguồn nước thải nhiễm dầu. Với nền cơng nghiệp ngày càng hiện đại, xu hướng CNH-HðH tồn cầu dẫn đến nhu cầu sử dụng dầu tăng vọt, đặt biệt là ngành giao thơng vận tải. Do đĩ vấn đề ơ nhiễm dầu trở nên nghiêm trọng, làm cho mơi trường ngày càng xấu đi, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Hiện nay, cĩ nhiều nguồn phát sinh nước thải nhiễm dầu, trong đĩ cĩ 4 nhĩm Xí nghiệp hoạt động và phát sinh nhiều nhất đáng quan tâm đĩ là: - Khoan và khai thác dầu khí: Nước thải của nhĩm Xí nghiệp này là cặn dầu và dầu thải, các dung dịch khoan thải nền dầu. Hoạt động này diễn ra ngồi thềm lục địa nên ít gây ảnh hưởng xấu đến đất liền. - Xí nghiệp Kho chứa xăng dầu: ðây là nhĩm phát sinh nhiều nước thải nhất. Nước thải phát sinh từ quá trình vệ sinh, súc rửa bồn, tàu chứa dầu, máy mĩc thiết bị, do dầu rị rỉ ra nguồn nước, nước mưa chảy tràn qua khu vực kho chứa. Trong đĩ nước xả cặn từ quá trình súc rửa bồn chứa với chu kỳ 2 năm súc rửa 1 lần là nguồn thải cĩ mức độ ơ nhiễm dầu cao nhất, nồng độ lên đến hàng chục ngàn ppm. - Các nhà máy lọc dầu: nước từ các cơng đoạn cơng nghệ, đặc biệt ở cơng đoạn cracking. Trong nước thải của nhà máy này cĩ nhiều xút, nhiều hĩa chất khác, S2-, R – SH, phenol… NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 11 MSSV: 107108027 Các chất ơ nhiễm từ 3 nhĩm xí nghiệp trên chủ yếu là hydratcacbon. Trong đĩ các chất hữu cơ hịa tan (hợp chất chứa oxy: phenol, aldehyt…) tăng dần trong quá trình cracking, mức độ tinh khiết của dầu thơ nặng và chứa nhiều phospho tăng tỉ lệ với lượng nước thải chứa sulfit. - Cơng nghệ hĩa dầu. Cĩ 3 loại xí nghiệp hĩa dầu liên hợp: sản xuất khí tổng hợp, liên hợp olefin, liên hợp chất thơm. Nước thải của các nhà máy này ơ nhiễm từ nguồn nhiên liệu thơ, các dung mơi, các chất xúc tác và bản thân các polyme ở trạng thái lơ lửng hoặc nhũ tương. 2.1.3. Những tác động của ơ nhiễm dầu đến mơi trường Hậu quả ơ nhiễm dầu gây ra cho mơi trường là rất lớn. Các lớp dầu mỡ (nếu dày hơn 0,1 mm) cĩ thể cản trở đáng kể sự trao đổi khí của nước biển và các chất huyền phù, vật liệu lơ lửng (ở hàm lượng đủ lớn) gây cản trở sự thâm nhập ánh sáng vào nước biển. Do ơ nhiễm nên hàm lượng độc tố trong sinh vật biển tăng đáng kể, làm rối loạn các chức năng sinh lý (hơ hấp, phát triển, sinh sản…), sinh hĩa và cĩ thể dẫn tới tử vong. Khi hàm lượng các chất độc tố hữu cơ như chất hoạt hĩa bề mặt đạt 5mg/l trong nước gây tử vong hàng loạt các động vật khơng xương sống như: Capitella capitala, Scolelepis fuliginnosa. Do đĩ ơ nhiễm mơi trường nước biển sẽ làm suy thối hệ sinh thái và cảnh quan, giảm năng suất và đa dạng sinh học, tài nguyên sinh vật biển, ven bờ (rừng ngập mặn, đất ngập nước, cỏ biển, san hơ, sinh vật phù du, sinh vật bám đáy), tài nguyên du lịch…Thơng qua đĩ ơ nhiễm mơi trường nước biển ảnh hưởng tới sức khỏe con người (qua chuỗi thức ăn bị nhiễm độc, qua nước tắm…) và cản trở các hoạt động nhân sinh, đặc biệt là nuơi trồng, đánh bắt thủy sản và du lịch… ðối với mơi trường đất thì dầu thơ làm giảm sự nảy mầm cây, ảnh hưởng đến sự phát triển của cây, ảnh hưởng đến sinh khối khơ. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 12 MSSV: 107108027 2.2. Các phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu. 2.2.1. Các phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu. Hình 2.1: Sơ đồ các giai đoạn và cơng trình xử lý nước thải nhiễm dầu từ các kho chứa. [23] 2.2.1.1. Xử lý tách dầu sơ bộ. ðối với nước thải nhiễm dầu từ các kho xăng dầu, việc xử lý sơ bộ nhằm giảm hàm lượng dầu xuống 1000ppm là rất cần thiết. Cĩ thể sử dụng các bể tiếp nhận và điều hịa nước thải làm các bể bẫy dầu. Thực chất các bể bẩy dầu là các bể cĩ khả năng lưu trữ nước một thời gian từ 1 đến 2 giờ với nước ra khỏi bể từ phía dưới và dầu nổi lên trên mặt. Một số phương pháp tách dầu sơ bộ: Xử lý sơ bộ Bể bẩy dầu Xử lý cấp I: • API • CPI, PPI • Ly tâm, cyclon • Lọc (cát, antraxit • Tuyển nổi (DAF, IAF) • Keo tụ (sợi, PVC,…), PVC,… Xử lý cấp II: • Bể sinh học (Aerotank, hồ sinh vật, lọc sinh học) • Lọc than hoạt tính NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 13 MSSV: 107108027
Phương pháp cơ học.  Sử dụng máy hút dầu. Hình 2.2: Máy hút dầu Multi [22] Hình 2.3: Vải lọc dầu SOS-01 [22]  Sử dụng vải lọc dầu SOS-01 Vải lọc dầu SOS-01 được sản xuất từ 100% sợi tái chế của ngành cơng nghiệp dệt với đặc tính độc đáo: Sợi vải cĩ khả năng lọc dầu, váng dầu, các chất thải nhiễm dầu trong nước (bất kể nước ngọt hay nước mặn). Vải chịu được dịng chảy với lưu tốc tối đa 250m3/giờ trên 1m2. SOS-01 cung cấp giải pháp hiệu quả để giải quyết hàng loạt các vấn đề mơi trường liên quan đến lọc và thu gom dầu, váng dầu, các chất thải nhiễm dầu trong nước cĩ trong nước thải của các nhà máy, phân xưởng, cơ sở sản xuất, trạm sửa chữa cơ khí, cây xăng, nước nhiễm dầu ở cầu cảng, vịnh, nước đáy tàu nhiễm dầu...
Phương pháp hĩa học  Dùng chất phân tán Những chất tăng độ phân tán với thành phần chính là những chất hoạt động bề mặt. Những chất hoạt động bề mặt là những hĩa chất đặc biệt bao gồm hydrophilic (phần ưa nước) và oleophilic (phần ưa dầu). Tác nhân phân tán hoạt NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 14 MSSV: 107108027 động như một chất tẩy rửa. Những hĩa chất này làm giảm bớt lực căng mặt phân giới giữa dầu và nước tạo ra những giọt dầu nhỏ tạo điều kiện để diễn ra việc phân hủy sinh học và phân tán. Hình 2.4: Sự hoạt động của chất phân tán [14] Những chất tăng độ phân tán dầu tràn bao gồm ba nhĩm thành phần chính: + Những chất hoạt động bề mặt. + Dung mơi (hydratcacbon và nước). + Chất ổn định. Chất tăng độ phân tán được chia làm 3 loại: + Loại I: cĩ thành phần hydratcacbon thường khơng pha lỗng và thường dùng trên biển hoặc bãi biển. + Loại II: pha lỗng với nước tỉ lệ 1: 10. + Loại III: Khơng pha lỗng, thường dùng các phương tiện như máy bay, tàu thuyền để phun hĩa chất trên biển. Ví dụ: Chất phân tán ALBISOL WD là chất cĩ hiệu quả phân hủy cao, khơng độc, chất lỏng, phân tán dầu tràn.  Chất hấp thụ dầu (Sorbent) Dầu sẽ hình thành một lớp chất lỏng trên bề mặt của chất hấp thụ. Chất hấp thụ này hấp thụ các hỗn hợp dầu tràn vãi ở mọi dạng nguyên, nhũ hĩa từng phần NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 15 MSSV: 107108027 hay bị phân tán trên mặt nước. ðặc biệt chúng chỉ hút dầu chứ khơng hút nước. Chất hấp thụ cĩ thể là những chất hữu cơ tự nhiên, vơ cơ tự nhiên, hoặc tổng hợp. Chất hấp thụ bằng hữu cơ như lơng, và một số vật liệu tự nhiên khác chứa cacbon. Chất hấp thụ bằng vơ cơ tự nhiên như đất sét, cát, tro núi lửa. Chất hấp thụ tổng hợp được con người tạo ra, và bao gồm các chất như polyethylene và polyester xốp hoặc polystyrene. Hiện nay cĩ một số sản phẩm hấp thụ tổng hợp như: enretech cellusorb, corbol… Hình 2.5: Sản phẩm Enretech cellusorb [21] Hình 2.6: Sử dụng Enretech cellusorb để hấp thụ dầu [21] Cellusorb là chất siêu thấm cĩ khả năng hấp thụ các hỗn hợp dầu tràn vãi ở mọi dạng nguyên, nhũ hĩa từng phần hay bị phân tán trên mặt nước. Cellusorb cĩ khả năng hút tối đa gấp 18 lần trọng lượng bản thân, đặc biệt thích hợp cho xử lý tràn vãi dầu trên mặt nước. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 16 MSSV: 107108027 Cellusorb cĩ đặc tính chỉ hút dầu chứ khơng hút nước. Trong quy trình sản xuất, các xơ bơng của Cellusorb trải qua cơng đoạn được phun phủ một lớp parafin mỏng. Chính lớp parafin này làm cho các xơ bơng của Cellusorb kị nước. Nhưng khi tiếp xúc với dầu (kể cả dầu nhũ tương trong nước), lớp bọc bằng parafin đĩ bị phá vỡ rất nhanh để cho các xơ bơng tiếp xúc ngay với dầu và hút dầu. Cellusorb được sử dụng ở các khu vực cảng, cầu tàu, vịnh, bãi biển, rừng ngập mặn... và bất cứ nơi nào cĩ nguy cơ xảy ra sự cố tràn dầu trên nước. Khác với nhiều loại chất thấm khác, Cellusorb cĩ thể hút triệt để váng dầu, làm mất hồn tồn lớp ĩng ánh trên mặt nước.  Chất hấp phụ dầu: Hình 2.7: Tấm thấm dầu (Oil Only Absorbent Pad ) [22] Sản phẩm này được sử dụng để thấm dầu loang trên mặt nước, nền sàn hoặc dùng để lau tay, lau chi tiết máy dính dầu.... Kích thước: 45cm x 45cm x 3mm. Vật liệu: Cellulose. Khả năng thấm hút: 1000ml/tấm.
Phương pháp sinh học Cơng nghệ sinh học được ứng dụng trong vấn đề dầu tràn là việc sử dụng các vi sinh vật (nấm hay vi khuẩn) để thúc đẩy sự suy thối của hydrocacbon là thành phần của dầu mỏ. ðĩ là một quá trình tự nhiên do vi khuẩn phân huỷ dầu thành các chất khác. Các sản phẩm cĩ thể được tạo ra là carbon dioxide, nước, và các hợp chất đơn giản mà khơng ảnh hưởng đến mơi trường. ðể kích thích quá trình phân hủy NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 17 MSSV: 107108027 của vi sinh vật người ta thường bổ sung vào mơi trường một số loại vi sinh vật phù hợp hoặc cung cấp dinh dưỡng (nitơ, photpho…) cho vi sinh vật bản địa phát triển. Chế phẩm sinh học dùng để tách dầu: Hiện nay trên thị trường cĩ sản phẩm sinh học dùng tách dầu đĩ là Enretech- 1. Enretech-1 cĩ 2 cơng dụng: là chất thấm dầu và đồng thời phân hủy sinh học dầu. Sản phẩm cĩ chứa các loại vi sinh tồn tại sẵn cĩ trong tự nhiên. Khi cĩ nguồn thức ăn là các hydrocarbon và độ ẩm thích hợp, các vi sinh này sẽ phát triển nhanh chĩng về lượng và "ăn" dầu, chuyển hĩa các chất độc hại thành vơ hại. Vi sinh chỉ tồn tại và phát triển trong xơ bơng của Enretech-1, khơng thể nuơi cấy phát triển ở mơi trường ngồi "chủ" của chúng. Sản phẩm được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tận dụng lại trong cơng nghiệp chế biến bơng. Enretech-1 được sử dụng cho ứng cứu khẩn cấp các sự cố tràn dầu trên đất, xử lý tại chỗ đất cát bị nhiễm dầu. Khi việc thu gom dầu tràn bằng các biện pháp cơ học (phao quây, bơm hút, tấm thấm...) khơng thể thực hiện được ở trên/trong đất, bờ sơng, bờ biển, các dải đá... bị nhiễm dầu thì Enretech-1 là giải pháp xử lý hiệu quả kinh tế nhất và triệt để nhất. Hình 2.8: Chế phẩm sinh học Enretech – 1 [21] NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 18 MSSV: 107108027 Hình 2.9: Cơ chế xử lý dầu của VSV. 2.2.1.2. Xử lý tách dầu cấp I. Tại giai đoạn này sẽ loại bỏ các chất lơ lửng. - Dạng rắn lơ lửng cĩ trong nước thải (cát, sét, sỏi nhỏ). - Dầu dạng tự do cĩ đường kính từ 100 – 200 µm. - Hoặc các chất ơ nhiễm dạng keo. + Chất rắn lơ lửng nhỏ (bùn, sản phẩm ăn mịn). + Dầu ở dạng nhũ cơ học và nhũ hĩa học. Giai đoạn này gọi là xử lý hĩa lý bởi vì nĩ kết hợp sử dụng các tác nhân đơng tụ và tách bằng trọng lực của các bơng cặn, cặn lơ lửng hoặc bơng dầu.
Các cơng trình xử lý cấp I. - Cĩ thể sử dụng các bể: API, CPI, PPI… - Các bể lọc với vật liệu lọc bằng cát, antrxit: + Loại bỏ hiệu quả chất rắn lơ lửng, xử lý hiệu quả dầu ở dạng tự do, nhũ tương hoặc phân tán. + Cĩ khả năng xử lý dầu xuống cịn rất thấp nhưng yêu cầu về rửa ngược hoặc tái sinh vật liệu lọc rất phức tạp. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 19 MSSV: 107108027 + Chỉ áp dụng cho những kho xăng dầu cĩ lượng nước thải khơng liên tục, cơng suất thấp. - Bể tuyển nổi: DAF, IAF. - Các bể keo tụ dầu: + Xử lý hiệu quả đối với tất cả các thành phần dầu ngoại trừ dầu hịa tan. + Nhưng khi hàm lượng chất rắn lơ lửng cao thường gây ra thối rữa và cần phải xử lý sơ bộ tốt.
Một số thiết bị xử lý nước nhiễm dầu. - Bể lắng trọng lực API (American Petroleum Institute). Hình 2.10: Bể lắng trọng lực API [19] Bể này cĩ thể tách các giọt dầu cĩ kích thước > 150 µm và nồng độ dầu trong nước đã xử lý đạt 50 – 100 ppm. Thiết kế vận hành đơn giản nhưng hiệu quả khơng cao và tốn diện tích. Sau khi sử dụng bể API bắt buộc phải xử lý tiếp theo bằng các cơng trình sinh học hoặc tuyển nổi khơng khí. Nguyên tắc hoạt động: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 20 MSSV: 107108027 Hỗn hợp nước thải được đưa vào bể, qua ngăn thứ nhất lớp dầu sẽ được giữ lại, hỗn hợp nước bùn chảy qua khe, tại dây bùn được giữ lại bởi hệ thống đập. Sau đĩ nước được tiếp tục chảy qua ngăn thứ 2 để loại tiếp những lớp dầu cịn lại. Cuối cùng nước sạch qua khe hở của ngăn thứ 2 và đuợc thu ra ngồi. - Thiết bị tách dầu dạng bản mỏng. Hình 2.11: Thiết bị tách chéo dịng – Cross Flow Separator (CFS) [18] Thiết bị này cĩ thể xử lý với lưu lượng nước từ 1500 – 3000 l/h, xử lý dầu cĩ kích thước 60 µm, nồng độ dầu sau xử lý cĩ thể đạt 10ppm. Là những tấm song song được chế tạo sẵn với dịng nước chảy ngang và chiều chéo nhau. Các tấm mỏng cĩ 2 chức năng: tạo lộ trình ngắn nhất cho tương tác các giọt dầu và chúng cĩ hiệu quả gây kết tụ dầu. Dầu được tách trực tiếp từ bề mặt nghiêng của các tấm, những hạt cặn được tập trung và chảy xuống phía dưới. - Thiết bị tách dầu dạng tấm gợn sĩng CPI (Corrugated Plate nterception). Là loại phổ biến nhất trong các loại thiết bị tách dầu bằng trọng lực. Thiết bị cĩ lắp những mâm song song cĩ nếp gấp cách nhau 20 - 40 mm, đặt nghiêng gĩc 450 so với dịng vào. Thiết bị cĩ khả năng tách những giọt dầu cĩ kích thước > 60 µm và nồng độ dầu sau khi đã xử lý đạt từ 10 – 50ppm. Dãy mâm theo tiêu chuẩn cĩ kích thước 1mx2m cĩ thể xử lý được 30m³ nước thải/ giờ. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚ PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SVTH: PHAN THANH HẢI MSSV: 107108027 Hình Nguyên tắc hoạt độ tách, tại đây dầu được giữ mâm tách nước đã được l dưới thiết bị và được đưa r Thiết bị tách trọng l dạng nhũ. - Bể tuyển nổi khơng khí DAF. Hình 2 C THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP K SINH HỌC GVHD: Th.S Trang 21 2.12: Thiết bị tách dầu kiểu CPI [15] ng: hỗn hợp nước được đưa vào hệ thống lại và các ván dầu sẽ được hớt ván, sau k àm sạch và chảy ra ngồi, hỗn hợp bùn đ a ngồi. ực chỉ xử lý dầu dạng tự do và khơng cĩ hi .13: Bể tuyển nổi khơng khí DAF. [15] HỐI KẾT HỢP LÂM VĨNH SƠN đi qua mâm hi ra khỏi bộ ặc lắng ở phía ệu quả đối với NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 22 MSSV: 107108027 Nguyên tắc làm việc của hệ thống DAF: Khí được đưa vào (dưới áp suất thường hoặc áp lực) sẽ tạo thành những bọt khí cĩ khuynh hướng bám vào các giọt dầu và làm dấu nổi nhanh lên bề mặt, nước sạch chảy ra ngồi theo đường ống dẫn. Hiệu quả xử lý cao nếu kết hợp với các chất keo tụ, cĩ thể xử lý hàm lượng dầu xuống dưới 1ppm. 2.2.1.3. Xử lý cấp II. Nước thải sau khi qua xử lý cấp I sẽ cịn một hàm lượng dầu tương đối thấp. Tùy theo cơng nghệ áp dụng mà cĩ thể nước thải sau khi qua xử lý cấp I đã đạt tiêu chuẩn thải hoặc phải tiếp tục xử lý sinh học để loại bỏ hồn tồn những thành phần dầu thơ cịn lại ở các dạng nhũ và dầu hịa tan. Tại giai đoạn này sẽ loại bỏ các chất hịa tan cĩ thể phân hủy sinh học: + Các hợp chất oxi hĩa các axit, aldehyte, phenol,… + Các hợp chất lưu huỳnh như S2O3 2- + Một phần các hydrocacbon thơm, NH4 Các cơng trình xử lý sinh học: Bể bùn hoạt tính, hồ sinh vật, mương oxi hĩa hoặc lọc sinh học… hiệu quả cao khi tách dầu hịa tan nhưng hàm lượng dầu đầu vào phải < 40ppm. Tùy theo từng trường hợp mà lựa chọn cơng trình xử lý sau: + Hồ sinh vật là phương pháp đơn giản, hiệu quả, rẻ tiền, vận hành dễ dàng nhưng lại tốn diện tích. + Bể Aerotank và lọc sinh học ít tốn diện tích nhưng giá thành xây dựng và vận hành cao hơn. + Lọc hấp thụ: o Sử dụng than hoạt tính làm vật liệu hấp thụ, tách hiệu quả tất cả các dạng dầu trong nước thải. o Nhược điểm là chi phí xây dựng cao, cần xử lý sơ bộ tốt, than cần phải tái sinh hoặc thay thế và chỉ xử lý ở quy mơ nhỏ. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 23 MSSV: 107108027 2.2.1.4. Xử lý cấp III. Nhằm thỏa mãn các tiêu chuẩn cao hơn về tổng hàm lượng cacbon hữu cơ, chất rắn lơ lửng, COD, N_NH4 hoặc tái sử dụng nĩ. Bao gồm các bước thực hiện: + Làm sạch hơn nước thải và loại phosphate. + Làm sạch phenol bằng lọc sinh học. + Giảm các chất thơm và COD bằng than hoạt tính GAC. 2.2.2. Một số cơng trình xử lý nước thải nước thải dầu: 2.2.2.1. Xử lý nước thải nhà máy lọc dầu. Cách thải dầu và quy mơ của nhà máy lọc dầu quyết định mức độ ơ nhiễm của nước thải. Sơ đồ nguyên lý tổ chức xử lý nước thải của nhà máy lọc dầu gồm: nước mưa chứa dầu, nước cơng nghệ và nước tháo bình. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 24 MSSV: 107108027 Hình 2.14: Nguyên lý tổ chức xử lý nước thải ở nhà máy lọc dầu. [10]. - Nước mưa chứa dầu: Cĩ lưu lượng rất khác nhau, được đưa vào bể chứa sau đĩ đưa qua tuyển nổi để loại bỏ dầu. Tuỳ mức độ BOD5 và phenol, chúng cĩ thể được xử lý bằng phương pháp sinh học. Xử lý bậc ba cần thiết để loại bỏ huyền phù cũng như phenol dư thừa bằng các loại lọc sinh học (Biofor, Biodrof, Oxidazur). Bể chứa Loại bỏ dầu sơ bộ Dầu Bể chứa Loại bỏ dầu Loại bỏ dầu sơ bộ Loại bỏ dầu Bể chứa nước mưa Xử lý bậc hai Xử lý sinh học Xử lý sinh học Loại bỏ dầu sơ bộ Tới nơi làm lạnh Thải Nước mưa chứa dầu Nước cơng nghệ Nước tháo bình Thải Hồ sinh học NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 25 MSSV: 107108027 - Nước cơng nghệ đưa từ thiết bị loại bỏ muối hay thiết bị craking flo xúc tác chứa nhiều muối và nhũ, cĩ thể cĩ S2- do xử lý sơ bộ khi loại bỏ dầu bằng kết bơng – tuyển nổi. - Xử lý nước cơng nghệ cĩ hai cách thường dùng là: + Xử lý hĩa lý kết hợp với lọc nhanh nước mưa chứa dầu và tuyển nổi bằng khơng khí hịa tan (hình 2.13). Nước cơng nghệ ở đây gồm: nước rửa thiết bị trung gian, nước rửa nhũ đã khử muối. + Nước nghèo BOD5 cĩ chứa muối cho tuần hồn lại từng phần sau hai giai đoạn xử lý sinh học. Hai loại nước cơng nghệ và nước mưa nhiễm dầu (ít muối) dùng cho làm mát thiết bị làm lạnh khơng khí. (hình 2.14). Hình 2.15: Sơ đồ xử lý nước thải cĩ tuyển nổi phân nhánh nước rửa thiết bị lọc và nước loại bỏ muối. Lưu lượng 1.000m3/h. Nhà máy lọc dầu FINANESTE (Bỉ). [10] Nước mưa Thiết bị tách dầu A.P.I Lọc Chất nổi đưa tới Nước tháo rửa Nắp FLOTA- ZUR Khử mặn Thiết bị phân ly Nước tháo rửa Bùn NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 26 MSSV: 107108027 Kết bơng/ tuyển nổi Thải ra biển Tuần hồn nước đĩ được xử lý Nước rửa bộ lọc Bể tách A.P.I Nhà máy lọc dầu 5. THU HỒI DẦU Dầu Lắng nước nĩng Thu hồi 4. TUẦN HỒN Lớp vi khuẩn Xử lý Sinh Học Tháo cặn dầu tàu chở dầu 1. XỬ LÍ SƠ BỘ 2. TUYỂN NỔI 3. XỬ LÝ SINH HỌC VÀ LẮNG Hình 2.16: Sơ đồ xử lý nước thải của nhà máy lọc dầu MOBIL - OIL cĩ tuần hồn lại nước đã xử lý (lưu lượng 400m3/h). [10] NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 27 MSSV: 107108027 2.2.2.2. Xử lý nước dầu mỏ. Hình 2.17: Xử lý nước dầu mỏ. [10] Xử lý dầu thơ bằng cách cho dầu thơ qua tách 3 pha để thu dầu thơ, khí và nước. Nước cịn lẫn dầu mỏ tiến hành các thiết bị cyclon, thiết bị tách phân phân tầng, loại bỏ khí H2S, tuyển nổi cơ học, keo tụ …. 2.2.2.3. Xử lý nước thải của kho xăng dầu. Cyclon Thiết bị tách 3 pha Thiết bị tách phân tầng Loại bỏ khí (H2S – HC) Lọc Làm keo tụ Tuyển nổi k/khí hồ tan Tuyển nổi cơ học Nước Mức HC cĩ thể Phun lại HC: Hydrocacbon 40 mg/l 40 mg/l 40 mg/l 40 mg/l NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 28 MSSV: 107108027 Bơm Dầu thu hồi Dầu thu hồi Bể chứa cát lắng Hàm lượng dầu < 1ppm Hàm lượng dầu < 500ppm Cột lắng Hàm lượng dầu < 40ppm Xử lý cấp I: Cĩ thể sử dụng một trong các cơng trình sau: - Tách trọng lực (API, CPI, PPI. . .) - Keo tụ (khơng sử dụng hĩa chất) Xử lý cấp II: - Xử lý sinh học (Aeroten, bể lọc sinh học, hồ sinh vật) - Tuyển nổi (IAF hoặc DAF) - Hấp phụ (than hoạt tính) Bể thu hồi dầu Hàm lượng dầu bất kỳ Thải ra sơng Nước mưa chảy tràn Hệ thống bể cĩ chức năng: - Tiếp nhận nước thải - Lắng cát - Bẫy dầu Song chắn rác Nước thải nhiễm dầu Hình 2.18: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải nhiễm dầu từ các kho xăng dầu ở TP.HCM [10] NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 29 MSSV: 107108027 Nguồn ơ nhiễm ở đây là do rị rỉ đường ống, bồn chứa, nước súc rửa trang thiết bị (kể cả bồn chứa). Với sơ đồ cơng nghệ này cĩ thể xử lý nước nhiễm dầu cĩ hàm lượng từ 500ppm trở xuống và hiệu quả xử lý cĩ thể đạt đến 1ppm. Tuy nhiên, cơng nghệ này cũng cĩ mặt hạn chế là chi phí xử lý cao. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 30 MSSV: 107108027 CHƯƠNG 3: NGUYÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC 3.1. Cơ sở lý thuyết. 3.1.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ. 3.1.1.1. Khái niệm quá trình hấp phụ. Hấp phụ là một hiện tượng hố lý thường gặp trong tự nhiên, đĩ là quá trình đặc trưng xảy ra sự cơ đọng các chất hay dung dịch trên bề mặt phân chia pha. Quá trình hấp phụ chủ yếu xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa chất hấp phụ và mơi trường liên tục chứa chất hấp phụ. Thơng thường, chất bị hấp phụ là các khí hay các dung dịch chất tan; chất hấp phụ thường là các chất cĩ nhiều lỗ xốp (chất rắn), các chất cĩ độ phân tán cao với bề mặt riêng lớn (chất lỏng). Bản chất của hiện tượng hấp phụ là do lực tương tác giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ - lực tương tác giữa các chất gây ra hấp phụ vật lý, trao đổi ion, lực nội phân tử gây ra hấp phụ hố học - tạo ra các liên kết hố học.
Hấp phụ vật lý. Lực hấp phụ cĩ bản chất như lực tương tác phân tử (lực cảm ứng, lực định hướng, lực phân tán,…) hay lực tĩnh điện. Hấp phụ vật lý luơn thuận nghịch, là hấp phụ khơng định vị, các phần tử chất bị hấp phụ cĩ khả năng di chuyển trên bề mặt chất hấp phụ. Quá trình hấp phụ vật lý tự diễn ra, cĩ thể tạo đơn lớp hoặc đa lớp.
Hấp phụ hĩa học. Hấp phụ hố học là quá trình hấp phụ được thực hiện nhờ lực hố học, với tương tác xảy ra mạnh hơn nhiều lần so với hấp phụ vật lý. Cấu trúc điện tử của phân tử các chất tham gia quá trình hấp phụ hố học cĩ sự biến đổi sâu sắc và cĩ thể dẫn đến liên kết hố học. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 31 MSSV: 107108027 Sự khác biệt căn bản giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hố học là ở lực gây ra liên kết hấp phụ. Trong hấp phụ hố học chất bị hấp phụ kết hợp với bề mặt bởi lực gây ra từ sự trao đổi hay chia sẻ electron hố trị. Lực tạo ra trong hấp phụ vật lý là đồng nhất với lực vật lý cấu kết đa phân tử, lực Van Der Waals, xảy ra trong pha rắn, lỏng và hơi. Khác biệt tự nhiên của các lực gây ra hấp phụ vật lý và hấp phụ hố học tạo nên sự khác biệt của chúng như sau: • Nhiệt hấp phụ vật lý khoảng vài kcal/mol, cịn đối với hấp phụ hố học thì nĩ cao hơn và rất đáng kể so với năng lương liên kết, cĩ thể đạt đến 104 - 105 cal/mol. • Khoảng nhiệt độ xảy ra sự hấp phụ của 2 loại cũng khác nhau, hấp phụ vật lý khơng xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sơi của pha lỏng, hơi trong khi hấp phụ hố học xảy ra ở mọi nhiệt độ. • Năng lượng hoạt hố khác biệt, hấp phụ vật lý khơng yêu cầu năng lượng hoạt hố trong khi hấp phụ hố học thì ngược lại. • Tính đặc trưng của quá trình cũng khác biệt, hấp phụ hố học xảy ra đặc trưng tuỳ điều kiện cịn hấp phụ vật lý thì khơng. • Số lớp hấp phụ cũng là đặc điểm khác biệt, hấp phụ hố học là đơn lớp cịn hấp phụ vật lý là đa lớp.
ðộng học quá trình hấp phụ. Quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt trong của chất hấp phụ, vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt giai đoạn kế tiếp nhau: khuếch tán của chất bị hấp phụ tới bề mặt ngồi, khuyếch tán bên trong hạt hấp phụ và giai đoạn hấp phụ thực sự. Trong tất cả các giai đoạn đĩ, giai đoạn nào cĩ tốc độ chậm nhất sẽ quyết định hay khống chế chủ yếu tồn bộ quá trình động học hấp phụ. Các quá trình động học hấp phụ là: quá trình chuyển khối, khuếch tán phân tử, chuyển khối trong hệ hấp phụ. Quá trình hấp phụ HC và kim loại trong dầu bằng các vật liệu hấp phụ nghiên cứu trong đồ án cĩ thể mơ tả qua các giai đoạn sau: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 32 MSSV: 107108027 - ðầu tiên các phân tử chất bị hấp phụ (các HC và kim loại) tiến đến bề mặt của các hạt vật liệu hấp phụ, đây là giai đoạn khuếch tán trong dung dịch. - Sau đĩ chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngồi của vật liệu hấp phụ, đây là giai đoạn khuếch tán màng. - Tiếp đĩ các phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ, đây là giai đoạn hấp phụ thật sự. Trong nội dung nghiên cứu, cơ sở để mơ tả quá trình động học hấp phụ dựa trên các giả thuyết sau: - Quá trình hấp phụ xảy ra dưới điều kiện đẳng nhiệt và là một quá trình thuận nghịch. - Cơ chế chuyển khối của chất bị hấp phụ được diễn tả qua quá trình khuếch tán. - Dung dịch gần hạt hấp phụ là đồng nhất. 3.1.1.2. Hấp phụ trong mơi trường nước. Trong mơi trường nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và bị hấp phụ thì rất phức tạp vì trong hệ cĩ ít nhất 3 thành phần gây tương tác: nước - chất hấp phụ - chất bị hấp phụ. Do sự cĩ mặt của dung mơi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung mơi trên bề mặt chất hấp phụ. Cặp nào cĩ tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đĩ. Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa hay kỵ nước của chất hấp phụ, mức độ kỵ nước của các chất bị hấp phụ trong mơi trường nước. Nước là một dung mơi phân cực, trong trạng thái lỏng các phân tử khơng tồn tại ở dạng biệt lập mà chúng tương tác, gắn kết với nhau thơng qua cầu liên kết hydro. Năng lượng liên kết cầu hydro trong nước đá và nước lỏng khoảng 23kJ/mol, tuy nhỏ hơn nhiều so với liên kết OH (khoảng 450 kJ/mol) nhưng lớn hơn nhiều so với lực tương tác Van Der Waals (khoảng 4 -5 kJ/mol). Nước trong trạng thái lỏng NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 33 MSSV: 107108027 cĩ cấu trúc trung gian giữa nước đá và hơi nước và thay đổi theo nhiệt độ. Cấu trúc của nước ở trạng thái lỏng được coi là dễ chấp nhận là mơ hình tập hợp mỏng của Frank và Went. Theo mơ hình này một tập hợp các phân tử nước (vài chục phân tử) cụm lại với nhau do cầu liên kết hydro trong thời gian tồn tại khoảng 10-10 giây, chúng được hình thành và phá huỷ liên tục do chuyển động nhiệt của các phân tử, tuy vậy thời gian sống của tập hợp mỏng này cịn cao hơn ngàn lần so với thời gian dao động phân tử (10-13 giây). Vì vậy cĩ thể cho rằng sự tồn tại của tập hợp mỏng này là cĩ thực mặc dù chỉ trong thời gian rất ngắn. Theo quy tắc "những chất cĩ bản chất hĩa học giống nhau thì hồ tan lẫn nhau" thì những chất phân cực dễ hồ tan trong dung mơi phân cực và ngược lại và độ hồ tan giảm khi phân tử lượng cao. Tương tự như vậy các chất hấp phụ tương tác với chất tan và dung mơi cũng theo đặc thù trên, thể hiện qua tính thấm ướt bề mặt. Trong nước, bề mặt chất rắn cĩ độ phân cực cao thì tương tác tốt với nước và cĩ gĩc thấm nước nhỏ hơn 900 (khơng tạo thành giọt trên bề mặt chất rắn), ngược lại thì gọi là kỵ nước. Khả năng hấp phụ của chất tan (chất bị hấp phụ) lên chất hấp phụ vì thế trước hết phụ thuộc vào tính tương đồng của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ về độ phân cực: chất phân cực hấp phụ tốt trên chất phân cực và ngược lại. Một chất bị hấp phụ cĩ độ phân cực cao hơn nước thì cĩ thể hấp phụ tốt trên chất hấp phụ phân cực (quy tắc Traupen). Khi cùng bản chất hố học mà cĩ phân tử lượng khác nhau thì chất cĩ phân tử lượng lớn hơn sẽ bị hấp phụ tốt hơn các chất cịn lại. Hấp phụ của các phân tử trung hồ vì vậy khơng chỉ phụ thuộc vào tương tác giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ mà cịn phụ thuộc vào tương tác của dung mơi với chất hấp phụ, khi cặp tương tác mạnh hơn thì cặp khác sẽ ít cĩ khả năng hấp phụ. ðặc điểm này khơng chỉ xảy ra giữa dung mơi với chất bị hấp phụ mà cịn đối với giữa các chất bị hấp phụ với nhau nhất là đối với nước tự nhiên luơn tồn tại nhiều chất bị hấp phụ. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 34 MSSV: 107108027 ðối với một số chất hấp phụ cĩ độ phân cực cao, như là các ion kim loại hay các dạng phức oxy anion thì quá trình hấp phụ xảy ra do tương tác tĩnh điện thơng qua lớp điện tích kép thì hình ảnh tương tác cĩ khác hơn. Trên bề mặt chất hấp phụ hình thành các lớp điện tích kép hay lớp khuếch tán chứa điện tích sắp xếp lần lượt các loại trái dấu nhau. Các ion hoặc các phân tử cĩ độ phân cực lớn bị bao bọc bởi một lớp vỏ của các phân tử nước, kích thước của các phân tử chất bị hấp phụ cĩ ảnh hưởng nhiều đến khả năng hấp phụ của hệ do tương tác tĩnh điện. Với các ion cùng hố trị thì loại cĩ kích thước lớn sẽ bị hấp phụ tốt hơn do cĩ độ phân cực cao và lớp vỏ hydrat nhỏ hơn. Ngồi ra khả năng hấp phụ các ion cĩ hố trị cao sẽ tốt hơn nhiều các ion hố trị thấp. Bản thân chất hấp phụ trong mơi trường nước cũng mang điện tích, điện tích thay đổi dấu khi thay đổi pH của mơi trường. Tại pH bằng điểm đẳng điện thì điện tích bề mặt chất rắn bằng khơng. Mật độ tích điện càng lớn khi điểm pH của hệ càng xa điểm đẳng điện. Với các chất hấp phụ cĩ tính axit hay bazơ yếu phụ thuộc vào giá trị pH thì nĩ cĩ thể mang điện tích hay trung hồ. Với các axit yếu thì khi pH>pK thì nĩ tích điện âm và khi pH<pK thì nĩ trung hồ. So với quá trình hấp phụ trong pha khí thì tốc độ hấp phụ trong nước xảy ra chậm hơn nhiều chủ yếu là do quá trình chuyển khối, khuếch tán chậm. Do đĩ trong thực tiễn cơng nghiệp, dung lượng hấp phụ của một hệ rất ít khi được sử dụng triệt để, nhất là đối với chất hấp phụ cĩ dung lượng cao (diện tích bề mặt lớn, độ lớn của mao quản nhỏ). Kết quả sử dụng ngồi thực tiễn vì vậy đơi lúc cĩ điều trái ngược: chất hấp phụ cĩ dung lượng cao cĩ kết quả sử dụng kém hơn chất cĩ độ chọn lọc thấp. ðĩ là kết quả của sự tương tác giữa yếu tố động học và cân bằng hấp phụ trong mơi trường nước. Như vậy khác với hấp phụ trong pha khí, hấp phụ trong mơi trường nước cĩ cơ chế phức tạp hơn do yếu tố hấp phụ hỗn hợp và do biến động mạnh về bản chất hố học của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ, do quá trình động học chậm và các quá trình tồn tại song song khác. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 35 MSSV: 107108027 3.1.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình bùn hoạt tính. 3.1.2.1. Giới thiệu về bùn hoạt tính và quá trình bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là tập hợp của khối quần thể các vi sinh vật hoạt tính cĩ khả năng hấp thụ trên bề mặt của nĩ và oxy hĩa chất hữu cơ trong nước thải (ổn định chất hữu cơ) với sự cĩ mặt của oxy. Bùn hoạt tính là bơng màu vàng nâu, dễ lắng cĩ kích thước từ 3–150µm. Những sinh vật sống là vi khuẩn, động vật hạ đẳng, dịi, giun, nấm men, nấm mốc và xạ khuẩn. Trong quá trình xử lý sinh học thì quá trình bùn hoạt tính là quá trình cĩ tính linh hoạt nhất, nĩ cĩ thể giảm tối đa các chất hữu cơ với phạm vi thay đổi BOD rộng. Vì thế mà chúng được áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt và cơng nghiệp. Quá trình bùn hoạt tính gồm các bước sau: - Trộn lẫn bùn hoạt tính với nước thải để xử lý - Khuấy trộn và sục khí hỗn hợp với yêu cầu trong một thời gian dài. - Làm trong nước và tách bùn hoạt tính từ hỗn hợp trong quy trình tại bể lắng cuối. - Tuần hồn bùn hoạt tính để trộn lẫn với nước thải đầu vào. - Loại bỏ bùn dư. Bơng bùn hoạt tính là một hệ vi sinh vật phức tạp bao gồm: vi khuẩn, Aetponicet, nguyên sinh động vật, nấm, tảo, virus… Vi khuẩn trong bùn hoạt tính thuộc dạng: Alkaligenes, Achromobacter, Pseudomonas, Corynebacterium. 3.1.2.2. Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Các vi sinh vật sẽ hấp thụ và đồng hĩa các chất dinh dưỡng trong nước thải để tăng sinh khối (tăng trọng lượng và kích thước) và phát triển (tăng số lượng). Mỗi loại vi sinh vật cĩ đường cong sinh trưởng và phát triển riêng và phụ thuộc vào nguồn thức ăn, chất dinh dưỡng cĩ sẵn, điều kiện mơi trường như pH, nhiệt độ, điều kiện kị khí hay hiếu khí. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 36 MSSV: 107108027 Hình 3.1: Các giai đoạn tăng sinh khối của tế bào vi khuẩn theo thang log. Các giai đoạn sinh trưởng của vi khuẩn: - Pha lag (lag phase) (giai đoạn tiềm tàng): là giai đoạn vi khuẩn cần thời gian để thích nghi với mơi trường dinh dưỡng. Ở giai đoạn này, vi khuẩn chỉ tăng sinh khối chứ khơng tăng về số lượng. Thời gian của pha lag phụ thuộc vào các yếu tố tiền sử của tế bào như tuổi, khả năng chống chọi và khả năng chịu đựng với các yếu tố vật lý, hĩa học… và thành phần mơi trường nuơi cấy. - Pha log (log phase) (giai đoạn tăng sinh khối theo hàm số mũ): trong mơi trường thức ăn dồi dào ở pha log, vi khuẩn sản xuất ra nhiều enzim cần thiết cho quá trình sinh trưởng nên khả năng thu nhận và đồng hĩa thức ăn cũng như tốc độ phân chia của tế bào vi sinh vật đạt đến giá trị tối đa. - Pha ổn định (Stationary phase): giai đoạn tăng trưởng chậm dần do thiếu hụt chất dinh dưỡng và chất nhận điện tử cùng với sự sản sinh và tích tụ các sản phẩm trao đổi chất độc hại. Trong mơi trường cạn kiệt thức ăn, tốc độ tăng sinh khối của VSV giảm dần, số lượng VSV đạt đến giá trị ổn định, số lượng sinh ra đúng bằng số lượng chết đi. - Pha chết (death phase): giai đoạn hơ hấp nội bào – xảy ra khi tốc độ sinh trưởng giảm, nồng độ chất dinh dưỡng tối thiểu. VSV chết theo logarit: do nồng độ Pha ổn định Pha lag Pha log Pha chết Thời gian G iá tr ị l og c ủa s ố lư ợn g vi s in h vậ t NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 37 MSSV: 107108027 chất dinh dưỡng trong mơi trường đã cạn kiệt, buộc VSV phải thực hiện quá trình trao đổi chất bằng chính nguyên sinh chất cĩ trong tế bào, làm nguyên sinh khối bùn giảm. Dinh dưỡng cịn lại trong tế bào chết sẽ khuếch tán ra ngồi mơi trường cung cấp cho các tế bào cịn sống. Lúc này tốc độ các VSV chết vượt xa tốc độ sinh sản và tế bào VSV mới. 3.1.2.3. Cơ chế của quá trình phân hủy các chất trong tế bào Quá trình phân huỷ hiếu khí trong nước thải gồm 3 giai đoạn: - Oxy hĩa các chất hữu cơ. CxHyOz + O2 CO2 +H2O + §H - Tổng hợp xây dựng tế bào. CxHyOz + O2 tế bào SV + CO2 +H2O + C5H7NO2 + §H - Tự oxy hĩa chất liệu tế bào. C5H7NO2 + 5O2 CO2 + 2H2O + NH3 + §H §H là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào. Các chỉ số x, y, z phụ thuộc vào dạng chất hữu cơ chứa Cacbon bị oxy hĩa. ðối với hợp chất hữu cơ chứa Nitơ, Lưu huỳnh cũng cĩ thể được theo kiểu các phương trình trên. 3.1.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình bùn hoạt tính.
Ảnh hưởng của pH. Giá trị pH tối ưu của đa số các vi sinh vật từ 6.5 – 8.5, vi khuẩn tăng trưởng ở pH =7. Giá trị pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào.
Ảnh hưởng của nhiệt độ. Nhiệt độ nước thải là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng sự tăng trưởng và sống cịn của vi sinh vật trong quá trình bùn hoạt tính. ðối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải trong quá trình xử lý khơng dưới 600C và khơng quá Enzim Enzim Enzim NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 38 MSSV: 107108027 3700C. Sự tăng nhiệt độ cĩ thể dẫn đến biến tính protein, đặc biệt là enzim, đồng thời thay đổi cấu trúc màng, dẫn đến sự thay đổi tính thấm của màng.
Ảnh hưởng của kim loại nặng. Phần lớn kim loại nặng thường hiện diện trong nước thải cơng nghiệp. Hầu hết các kim loại nặng thường xâm nhập vào bùn hoạt tính ở dạng hịa tan hay dưới dạng các ion tự do. Khi các kim loại này hấp thụ vào bề mặt của tế bào vi sinh vật tạo ra các phản ứng hĩa lý, và được hấp thụ vào trong tế bào, tấn cơng các enzim.
Ảnh hưởng của chất dầu mỡ và chất béo trong nước thải. Chất béo thường gặp trong nước thải sinh hoạt là các chất bơ, margarine, dầu thực vật, dầu ăn, thịt… chất béo và dầu mỡ là những hydrocacbon mạch dài nên thường bền vững và khĩ bị phân huỷ sinh học. Trong quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, các hợp chất này sẽ bao phủ các bơng bùn. Ngồi ra chúng được hấp thụ vào thành tế bào vi khuẩn và tăng nồng độ MLSS (Michael H. Gerardi, 2003).
Sự lên men của nước thải Nước thải lên men hay sự hiện diện của quá nhiều acid và rượu đơn giản, hịa tan sẽ là mơi trường sống và phát triển của một số vi khuẩn dạng sợi khơng mong muốn. Nồng độ của các acid, rượu hịa tan đơn giản khoảng 200mg/l sẽ tạo điều kiện cho các vi khuẩn dạng sợi sinh sơi như: Beggiatoa sp, Microthrix parvicella, Thiothrix sp và loại 021N (Michael H. Gerardi, 2003).
Nhu cầu ơxy. Vi sinh vật cĩ thể tăng trưởng khi cĩ hoặc vắng mặt của oxy. Phần lớn nhu cầu oxy cho quá trình bùn hoạt tính DO≥ 2.0mg/l. Thơng thường khi oxy bị giới hạn, các vi sinh vật dạng sợi sẽ chiếm ưu thế, làm bùn hoạt tính trở nên khĩ lắng. Nhưng nếu tăng hàm lượng oxy hịa tan một cách khơng cần thiết sẽ tăng chi phí vận hành trong khi khơng cải thiện hiệu quả xử lý nhiều (Michael Richard và cộng sự
Chất dinh dưỡng NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 39 MSSV: 107108027 Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất dinh dưỡng N, P, chất hữu cơ (BOD), làm thức ăn để chuyển hĩa chúng thành sản phẩm cuối (khơng phân huỷ) và tế bào mới. Thiếu các chất dinh dưỡng sẽ kiềm hãm và ngăn cản các quá trình oxy hĩa sinh hĩa. Ngồi ra, cần phải thêm K, Mg, Ca, S, Fe… các nguyên tố này thường cĩ đủ trong nước thải nên ta khơng cần phải thêm vào. ðể xác định sơ bộ lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết trong nước thải cĩ thể chọn theo tỷ lệ sau: BODtồn phần: N:P = 100:5:1 hay COD:N:P = 150:5:1.
Lượng bùn tuần hồn. Mục đích chính của việc tuần hồn bùn là duy trì nồng độ MLSS cần thiết trong các bể làm thống. Tuy nhiên, thơng thường người ta lấy khoảng 50 – 70% của lưu lượng nước thải trung bình. Nồng độ MLSS trong bùn tuần hồn khoảng từ 4000 – 12000 mg/l. (Mrtcalf & Eddy, 2003).
Thời gian lưu bùn. Thời gian lưu bùn hay cịn gọi là tuổi bùn, ảnh hưởng lớn đến sự hiện diện của các vi sinh vật trong bơng bùn hoạt tính dựa trên tốc độ phát triển và phân huỷ. 3.2. Vật liệu nghiên cứu. Các vật liệu lignocelluloses như mùn cưa, xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã mía…đã được nghiên cứu cho thấy cĩ khả năng tách các kim loại nặng hịa tan trong nước và dầu mỏ nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer như cellulose, hemicelluloses, pectin, lignin và protein. Các polymer này cĩ thể hấp phụ nhiều loại chất tan đặc biệt là các ion kim loại hĩa trị hai. Các hợp chất polyphenol như tannin, lignin trong gỗ được cho là những thành phần hoạt động cĩ thể hấp phụ các kim loại nặng. Reddad (2002) cho rằng các vị trí anionic phenolic trong lignin cĩ ái lực mạnh đối với các kim loại nặng. Mykola (1999) cũng chứng tỏ rằng các nhĩm acid galacturonic trong peptin là những vị trí liên kết mạnh với các cation. Các nhĩm hydroxyl trên cellulose cũng đĩng một vai trị quan trọng trong khả năng trao đổi ion của các lignocelluloses. Bản thân các nhĩm này cĩ khả năng NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 40 MSSV: 107108027 trao đổi yếu vì liên kết OH ở đây phân cực chưa đủ mạnh. Nhiều biện pháp biến tính đã được cơng bố như oxy hĩa các nhĩm hydroxyl thành các nhĩm chức acid hoặc sulfo hĩa bằng acid sulfuric. Trong đồ án này, tác giả chọn xơ dừa, mùn dừa và mùn cưa để làm vật liệu hấp phụ cho quá trình thí nghiệm cơ học (hấp phụ). Hình 3.2: Mùn cưa Hình 3.3: Xơ dừa Hình 3.4: Mùn dừa 3.3. Phương tiện thực nghiệm. 3.3.1. ðịa điểm thí nghiệm. Mơ hình đặt tại Số nhà 329 Lơ 11 Cư xá Thanh ða, Phường 27, Quận Bình Thạnh, TP.HCM. Các mẫu nước thải được phân tích tại phịng thí nghiệm Mơi Trường – thuộc Khoa Mơi Trường và Cơng Nghệ Sinh Học – Trường ðại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ TP.HCM. 3.3.2. Thời gian thực hiện. ðồ án được thực hiện trong vịng 12 tuần. Bắt đầu từ ngày 01/04/2011 và kết thúc vào ngày 30/06/2011. 3.3.3. Thiết bị và dụng cụ. Một số thiết bị chuyên dùng trong phịng thí nghiệm mơi trường như: ống nghiệm (ống COD), Erlen, chai DO 300ml, giấy đo pH, giấy lọc sợi thủy tinh, tủ ủ BOD, tủ sấy, Buret, Pipet, bĩp cao su… NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 41 MSSV: 107108027 Một số vật dụng để làm mơ hình: thùng xốp dùng để làm bể bùn hoạt tính và bể chứa ván dầu, máy bơm, máy sục khí, van, ống nước, kiếng làm mơ hình tách và hấp phụ dầu,… 3.3.4. Vật liệu sử dụng: Vật liệu hấp phụ dầu như: xơ dừa, mùn dừa, mùn cưa. ðể đảm bảo hiệu quả xử lý, mùn cưa, xơ dừa, mùn dừa trước khi sử dụng phải được ngâm trong nước máy trong vịng 4h, lặp lại quá trình này 3-4 lần để loại bỏ cặn bẩn, tiếp tục đem sấy cho đến khơ. Sau đĩ cho mùn cưa và mùn dừa vào túi vải và buộc chặt miệng để chúng khơng bị trơi ra ngồi theo dịng nước khi sử dụng. 3.3.5. Hĩa chất sử dụng: Một số hĩa chất dùng trong việc kiểm tra các chỉ tiêu nước thải như: dung dịch (dd) K2Cr2O7 0.0167M, dd sắt II Amoni Sulfate (FAS) 0.1M, dd Acid regent, dd feroin, dd MgSO4, dd CaCl2, dd FeCl3, Na2S2O3… 3.4. Phương pháp thực nghiệm. 3.4.1. Mơ hình thực nghiệm. 3.4.1.1. Ngăn tách dầu. Ngăn tách dầu cĩ nhiệm vụ loại bỏ ván dầu trong nước thải. Ngăn tách dầu được làm bằng kiếng dày 5mm, chiều dài 30cm, rộng 40cm, cao 50cm. Bên trong ngăn tách dầu cĩ gắn thiết bị tách dầu làm bằng ống nhựa PVC Φ90, dài 38cm, bịt kín 2 đầu và được gắn với mơ-tơ truyền động, thiết bị này khi quay cĩ tác dụng gạt, tách lớp ván dầu nổi lên bề mặt. Dầu bám trên ống quay được gạt, hứng bởi máng gạt dầu, sau đĩ ván dầu sẽ tự chảy đến bể thu hồi dầu. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 42 MSSV: 107108027 Hình 3.5: Thiết bị gạt và thu ván dầu Hình 3.6: Mơtơ truyền động Hình 3.7: Ngăn tách dầu Hình 3.8: Van ống dẫn ván dầu và thùng chứa 3.4.1.2. Ngăn hấp phụ. Ngăn hấp phụ cĩ nhiệm vụ hấp phụ dầu và các chất hữu cơ cĩ trong nước thải. Ngăn hấp phụ được làm bằng kiếng dày 5mm, chiều dài 30cm, rộng 40cm, cao 50cm. Ở giữa ngăn hấp phụ cĩ giá đỡ vật liệu hấp phụ được đục lỗ để nước cĩ thể chảy qua. Ngăn hấp phụ được thơng với ngăn tách dầu qua các ống nhựa Φ49 đặt nghiêng gĩc 45 độ, bên trong các ống Φ49 này được đặt các ống nhựa Φ21. Với cách đặt như vậy, dầu sẽ được giữ lại một phần ở ngăn tách dầu mà khơng bị chảy qua theo dịng nước. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 43 MSSV: 107108027 Vật liệu hấp phụ được sử dụng ở ngăn này bao gồm: mùn dừa, mùn cưa với mỗi lần sử dụng lớp dày 10cm. Lớp vật liệu hấp phụ được bọc trong túi vải sau đĩ được đặt giữa hai lớp muốt dày 5cm nhằm khơng cho vật liệu trơi theo dịng nước ra ngồi. Hình 3.9: Ngăn hấp phụ Hình 3.10: Ống Φ49 gĩc nghiêng 450 Hình 3.11: Lớp vật liệu hấp phụ Hình 3.12: Giá đỡ vật liệu hấp phụ 3.4.1.3. Bể sinh học (bùn hoạt tính). Bể này cĩ nhiệm vụ xử lý chất hữu cơ cịn lại trong nước thải sau khi qua ngăn hấp phụ. Bể bùn hoạt tính được làm bằng thùng xốp cĩ thể tích 20 lít. Bùn hoạt tính được lấy từ bể sinh học hiếu khí Trạm xử lý nước thải KCN Lê Minh Xuân TP.HCM. Trong bể cĩ đặt các ống phân phối khí cung cấp Oxy cho vi sinh vật phát triển. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 44 MSSV: 107108027 Hình 3.13: Bể sinh học bùn hoạt tính Ngồi ra cịn cĩ một số thiết bị khác như: bơm nước thải, máy sục khí… 3.4.2. Các thơng số tính tốn. 3.4.2.1. Trong ngăn tách dầu và ngăn hấp phụ. Trước khi tiến hành thí nghiệm ta cần kiểm tra các chỉ tiêu đầu vào của nước thải như COD, BOD, SS, pH, dầu khống. Sau khi qua ngăn hấp phụ ta lại kiểm tra các chỉ tiêu trên lần nữa. Ứng với từng thí nghiệm ta cĩ các kết quả khác nhau. Sau khi cĩ kết quả các chỉ tiêu đầu vào, đầu ra ta xác định hiệu suất xử lý của từng thí nghiệm, chọn ra thí nghiệm cĩ hiệu suất cao nhất. 3.4.2.2. Trong bể sinh học (Bể bùn hoạt tính). Kiểm tra các chỉ tiêu COD, BOD, SS, pH trước khi cho vào bể sinh học. Trong bể sinh học ta phải chạy tĩnh và chạy động với thời gian lưu nước khác nhau để xác định các thơng số COD đầu ra, nồng độ bùn hoạt tính MLSS và hiệu suất xử lý ứng với từng thời gian, chọn ra thí nghiệm cĩ hiệu suất xử lý cao nhất. Từ đĩ lập phương trình hồi quy tuyến tính để xác định thơng số động học của nước thải. 3.4.3. Tiến trình thực nghiệm. Trước khi tiến hành vận hành mơ hình nước thải được kiểm tra các chỉ tiêu COD, BOD, SS, pH,… - Vận hành ngăn tách dầu và hấp phụ xử lý dầu bằng cách dùng nhiều phương pháp vớt dầu và nhiều loại vật liệu hấp phụ để xác định hiệu suất NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 45 MSSV: 107108027 xử lý cao nhất. ðồng thời chạy thích nghi ngăn sinh học (quá trình bùn hoạt tính). - Vận hành mơ hình sinh học với các thời gian lưu nước khác nhau và chạy với tải trọng tĩnh và động. Xác định tải trọng tối ưu. Xác định hiệu quả xử lý của ngăn sinh học. - Xác định thơng số động học của quá trình bùn hoạt tính. - Tính tốn hiệu quả xử lý của cả 2 quá trình cơ học, sinh học và tổng hiệu quả xử lý. 3.5. Phương pháp phân tích mẫu. 3.5.1. Phương pháp phân tích pH. Dùng máy đo pH và giấy quỳ. 3.5.2. Phương pháp phân tích SS. So sánh khối lượng giấy lọc trước và sau khi lọc một thể tích xác định nước thải được sấy ở 1050C đến khi khối lượng khơng đổi. 3.5.3. Phương pháp phân tích BOD5. Dựa trên phương pháp đo hàm lượng oxy hịa tan. Sử dụng chai DO cĩ thể tích V=300ml. ðo hàm lượng DO ban đầu và sau 5 ngày ủ ở 200C. Lượng oxy chênh lệch do vi sinh vật sử dụng chính là BOD. 3.5.4. Phương pháp phân tích COD. Oxy hĩa mẫu trong mơi trường acid với K2Cr2O7 trong 2h ở 150 0C, sau đĩ chuẩn độ lại với FAS và chỉ thị Feroin. 3.5.5. Phương pháp phân tích dầu khống. Phân tích theo tiêu chuẩn TCVN 5070:1995/BTNMT. 3.6. Vận hành mơ hình thực nghiệm. Nước thải được lấy tại trạm xử lý nước thải Xí nghiệp Tổng Kho Xăng Dầu Nhà Bè - TP.HCM. Các mẫu nước thải được vận chuyển về phịng thí nghiệm khoa NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 46 MSSV: 107108027 Mơi Trường để xác định một số thơng số như COD, BOD5, SS, pH. Nhìn chung, nước thải này cĩ hàm lượng dầu khống khá cao. Nước thải từ thùng chứa (1) được bơm vào ngăn tách dầu (2), tại đây dầu sẽ được tách bởi ống quay và máng thu dầu (3) phía trên bề mặt, dầu tự chảy về bể thu dầu (8), đồng thời cặn trong nước thải cũng được lắng xuống đáy. Lớp nước thải ở giữa theo ống (4) chảy qua ngăn (5A), tại đây cặn tiếp tục lắng, phần nước thải phía trên tràn qua lớp vật liệu hấp phụ (6) lên ngăn (5B). Cuối cùng nước thải theo ống chảy qua ngăn sinh học (7) chứa bùn hoạt tính cĩ sục khí. Hình 3.14: Mơ hình hệ thống xử lý 3.6.1. Mơ hình cơ học. 3.6.1.1. Thí nghiệm 1: Vớt dầu bình thường và sử dụng mùn dừa làm vật liệu hấp phụ. - Sử dụng các cơng cụ thủ cơng để vớt dầu. - Lớp mùn dừa dày 10cm được sử dụng để hấp phụ dầu trong nước thải. - Phân tích các chỉ tiêu ban đầu và sau quá trình xử lý. - Xác định được hiệu suất xử lý
. 3.6.1.2. Thí nghiệm 2: Vớt dầu bình thường và sử dụng mùn cưa làm vật liệu hấp phụ. - Sử dụng các cơng cụ thủ cơng để vớt dầu. - Lớp mùn cưa dày 10cm được sử dụng để hấp phụ dầu trong nước thải. - Phân tích các chỉ tiêu ban đầu và sau quá trình xử lý. - Xác định được hiệu suất xử lý
. 7 1 2 5B 4 5A 3 6 8 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 47 MSSV: 107108027 3.6.1.3. Thí nghiệm 3: Vớt dầu bằng ống quay và sử dụng mùn dừa làm vật liệu hấp phụ. - Sử dụng ống quay và máng gạt cĩ gắn mơ-tơ truyền động để vớt dầu. - Lớp mùn dừa dày 10cm được sử dụng để hấp phụ dầu trong nước thải. - Phân tích các chỉ tiêu ban đầu và sau quá trình xử lý. - Xác định được hiệu suất xử lý
. 3.6.1.4. Thí nghiệm 4: Vớt dầu ống quay và sử dụng mùn cưa làm vật liệu hấp phụ. - Sử dụng ống quay và máng gạt cĩ gắn mơ-tơ truyền động để vớt dầu. - Lớp mùn cưa dày 10cm được sử dụng để hấp phụ dầu trong nước thải. - Phân tích các chỉ tiêu ban đầu và sau quá trình xử lý. - Xác định được hiệu suất xử lý
. 3.6.1.5. Thí nghiệm 5: Vớt dầu ống quay và sử dụng mùn cưa + xơ dừa làm vật liệu hấp phụ. - Sử dụng ống quay và máng gạt cĩ gắn mơ-tơ truyền động để vớt dầu. - Lớp mùn cưa dày 10cm kết hợp lớp xơ dừa 10cm được sử dụng để hấp phụ dầu trong nước thải. - Phân tích các chỉ tiêu ban đầu và sau quá trình xử lý. - Xác định được hiệu suất xử lý
. Trong 5 thí nghiệm trên, ta chọn thí nghiệm cĩ hiệu suất (
) cao nhất để tiến hành thí nghiệm cho mơ hình sinh học 3.6.2. Mơ hình sinh học. Bùn hoạt tính dùng cho việc xử lý được lấy tại các bể sinh học hiếu khí của trạm xử lý nước thải tập trung của KCN Lê Minh Xuân, TP. HCM, sau đĩ tiến hành xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS–Suspended Solids), khả năng lắng của bùn thể hiện qua chỉ số lắng của bùn (SVI-Sludge Volume Index) nhằm kiểm tra chất lượng bùn. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 48 MSSV: 107108027 Nước thải cho vào mơ hình sinh học được lấy từ đầu ra ngăn hấp phụ của quá trình xử lý cơ học. Hình 3.15: Bùn hoạt tính 3.6.2.1. Thí nghiệm 1: Xác định thơng số của bùn. Lấy cốc sành 30ml đem sấy khơ ở 1050C trong 2h, sau đĩ cân được khối lượng (m0): m0 = 22.1996(g) Lấy thể tích V1=25 ml (bùn), sấy ở 105 0C trong 2h, sau đĩ cân được khối lượng (m1): m1 = 22.6587(g) Khối lượng bùn xác định: mss = m1 – m0 = 22.6587 - 22.1996 = 0.4591g. Nồng độ bùn được xác định : Cb =    = . = 18364(mg/l). 3.6.2.2. Thí nghiệm 2: Chạy giai đoạn thích nghi. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 49 MSSV: 107108027 Chọn thể tích nước thải cần xử lý là 12 lít. Bùn hoạt tính được lấy tại bể bùn hoạt tính hiếu khí ở của trạm xử lý nước thải tập trung tại KCN Lê Minh Xuân- TP.HCM. Bùn nuơi cấy ban đầu cho vào mơ hình với hàm lượng MLSS vào khoảng 2000–3000. Thể tích bể chứa là V = 12(lít). Muốn hàm lượng bùn trong nước thải là 2500 mg/l (C) thì thể tích bùn hoạt tính cần lấy là: V=  =  = 4.08 lít Sau khi tính tốn thì lượng bùn cần cho vào là 4.08 lít và lượng nước thải cho vào là 7.92 lít. Ta đánh dấu mức bùn trong bể để thuận tiện cho việc duy trì thể tích bùn đã được xác định. Nước thải đầu vào của mơ hình lấy từ đầu ra của ngăn hấp phụ cĩ nồng độ COD~600mg/l. 3.6.2.3. Quá trình thích nghi. Ở giai đoạn này tiến hành làm các bước sau: - Giai đoạn thích nghi bắt đầu ở tải trọng 0.3 kg/m3.ngđ tương ứng với COD đầu vào khoảng 600 mg/l và thời gian lưu nước là 24 giờ. - Cho hỗn hợp bùn và nước thải vào bể sinh học, xác định các thơng số COD, BOD, pH, MLSS đầu vào và tiến hành sục khí liên tục trong 24 giờ. Trong quá trình sục khí, cần theo dõi chỉ số nồng độ oxy hịa tan trong nước thải (DO–Dissolved Oxygen) để kịp thời điều chỉnh lượng khí cần cung cấp vào bể (DO = 3 – 5 mg/l). - Sau 24 giờ, lấy nước thải để xác định các thơng số: pH, SS, COD. - Tiếp tục tiến hành việc thích nghi cho đến khi hiệu quả xử lý COD dần ổn định. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 50 MSSV: 107108027 - Giai đoạn thích nghi kết thúc khi COD ổn định theo thời gian lưu nước, khi đĩ bùn kết cụm thành dạng bơng màu nâu sẫm, dễ lắng. - Vẽ đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo thời gian đối với thí nghiệm thích nghi và nhận xét. 3.6.2.4. Quá trình tăng tải trọng. Cuối giai đoạn thích nghi, xác định các thơng số COD, MLSS, pH sau 24 giờ. Xác định khả năng lắng của bùn bằng chỉ tiêu SVI (mức bùn lắng này ứng với SS khoảng 2500 mg/l). - Cách xác định SVI: + Lấy 1 lít mẫu được lấy từ bể sinh học (sau khi thích nghi bùn) cho vào ống Imhoff 1000ml, để bùn lắng trong thời gian 30 phút, đọc thể tích bùn lắng trong ống. + SS được xác định bằng cách lọc, sấy khơ và cân trọng lượng. + SVI là thể tích bằng ml bị chiếm giữ bởi 1 gam bùn hoạt tính sau khi để lắng 30 phút hỗn hợp trong bể phản ứng, được tính: SVI =  =  = 16.33 Kết quả cho thấy chỉ số SVI < 100 nên bùn này cĩ khả năng lắng tốt. - Tăng tải trọng COD ứng với thời gian lưu nước là 24h, 12h, 6h, 4h, 2h. - Ở mỗi tải trọng xác định COD, pH, SS. - Khi hiệu quả xử lý COD ở tải trọng nào đĩ ổn định trong thời gian tối thiểu 3 ngày, tiếp tục tăng tải cao hơn. Quá trình tăng tải kết thúc khi hiệu quả COD giảm. Lúc đĩ hiện tượng quá tải xảy ra. - Lập bảng số liệu mơ hình tĩnh sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần và vẽ đồ thị biểu diễn mơ hình tĩnh sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần và nhận xét. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 51 MSSV: 107108027 3.6.2.5. Chạy mơ hình động và xác định thơng số động học - Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (24h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả xử lý COD
, COD vào và ra. - Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (12h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả xử lý COD
, COD vào và ra. - Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (6h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả xử lý COD
, COD vào và ra. - Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (4h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả xử lý COD
, COD vào và ra. - Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (2h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả xử lý COD
, COD vào và ra. Sau khi chạy các tải trọng trên ta tìm được tải trọng cĩ hiệu suất (η) cao nhất, đĩ chính là tải trọng tối ưu nhất của quá trình bùn hoạt tính. Các hệ số động học của quá trình sinh học hiếu khí bao gồm hằng số bán vận tốc Ks, tốc độ sử dụng cơ chất tối đa K, tốc độ sinh trưởng vùng tối đa µm, hệ số sản lượng tối đa Y và hệ số phân huỷ nội bào Kd. Các thơng số này được xác định theo 2 phương trình sau: !" =#$# × +# !% = & " ! - K( Trong đĩ: + X : Hàm lượng bùn hoạt tính MLSS, mg/l. + θ : Thời gian lưu nước trong bể bùn hoạt tính, ngày. + θc : Thời gian lưu bùn, ngày. + S0 : Nồng độ COD đầu vào, mg/l. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 52 MSSV: 107108027 + S : Nồng độ COD đầu ra, mg/l. + S0–S : Lượng COD giảm đi sau xử lý, mg/l. Dựa vào số liệu thí nghiệm, bằng phương pháp hồi quy tuyến tính, xác định mối quan hệ bậc nhất (y = ax+b) giữa các thơng số động học trên qua việc tìm hệ số a và b của đường thẳng y = ax+b. Lập bảng chọn lựa như sau: Cột S: + Lấy từ lúc bắt đầu chạy với t = 1 ngày đến khi COD bắt đầu giảm (chạy động). + Lấy tiếp giá trị khi chạy với t = 0.5 ngày ở COD max. + Lấy tiếp giá trị ở thời điểm chạy tĩnh (tăng tải trọng) với t = 24(h), t=12(h), t = 6(h). Ta được bảng sau: S0 S θn = θb X 1s Xθ S . S S . SXθ 1θ + Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa thơng số θ − X )SS( 0 và b 1 θ Từ đĩ ta cĩ phương trình dạng: y = ax + b.    = = ⇒ aY bKd + Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa X.θ/ (S0 – S) và 1/S. Từ đĩ ta cĩ phương trình dạng: y= ax + b       =⇒= =⇒= ⇒ KaKa K K b K K b S S . 11 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MƠ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 53 MSSV: 107108027 CHƯƠNG 4: SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU 4.1. Kết quả phân tích nước đầu vào của hệ thống. Nước thải đầu vào và đầu ra mơ hình được phân tích tại phịng thí nghiệm Mơi trường – Khoa Mơi Trường và CNSH trường ðại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ TP.HCM. Riêng chỉ tiêu dầu khống được gửi mẫu đi phân tích tại Cơng ty Cổ phần Dịch vụ KHCN Sắc Ký Hải ðăng. Bảng 4.1: Kết quả phân tích mẫu nước đầu vào mơ hình. Chỉ Tiêu pH COD (mg/l) SS (mg/l) BOD5 (mg/l) Hàm lượng dầu (mg/l) QCVN 24:2009/BTNMT (CỘT B) 5.5 - 9 100 100 50 5 ðầu vào 6 1300 565 845 13.6 4.2. Kết quả phân tích nước đầu ra của hệ thống. 4.2.1. Kết quả phân tích nước thải sau quá trình xử lý cơ học. 4.2.1.1. Thí nghiệm 1: Vớt dầu bình thường và sử dụng mùn dừa làm vật liệu hấp phụ. Bảng 4.2: Kết quả thí ng