́ ĐẠI HỌC QUÔC GIA HÀ NỘI ̀ TRƢƠNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Nguyễn Anh Đức ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY CỐC HĨA - CƠNG TY CỔ PHẦN GANG THÉP THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ́ ĐẠI HỌC QUÔC GIA HÀ NỘI ̀ TRƢƠNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Nguyễn Anh Đức ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY CỐC HĨA - CƠNG TY CỔ PHẦN GANG THÉP THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN KIỀU BĂNG TÂM Hà Nội - 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 11 1.1 Khái quát chung than cốc 11 1.1.1 Than cốc 11 1.1.2 Các tính chất than cốc 12 1.1.2.1 Tính chất vật lý .12 1.1.2.2 Tính chất hóa lý 12 1.1.3 Ứng dụng than cốc 13 1.2 Tổng quan nƣớc thải luyện than cốc biện pháp xử lý nƣớc thải luyện than cốc 13 1.2.1 Đặc trưng nước thải luyện than cốc 13 1.2.2 Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol nhà máy luyện cốc 16 1.2.3 Một số hệ thống xử lý nước thải chứa phenol sử dụng giới .20 1.2.4 Phương pháp xử lý nước thải chứa phenol sử dụng VN 22 1.2.5 Phương pháp xử lý nước thải Nhà máy cốc hoá Thái Nguyên 25 1.2.5.1 Nguyên tắc xử lý 25 1.2.5.2 Lưu trình cơng nghệ .25 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 27 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 27 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu .27 2.1.3 Địa điểm thời gian tiến hành 27 2.2 Nội dung nghiên cứu .27 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 28 2.3.1 Các phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu, số liệu 28 2.3.2 Phương pháp quan trắc lấy mẫu, vận chuyển bảo quản mẫu 28 2.3.3 Các tiêu theo dõi .29 2.3.4 Phương pháp phân tích mẫu 29 2.3.5 Phương pháp phân tích, tổng hợp xử lí số liệu 29 Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 30 3.1 Mơ tả quy trình cơng nghệ sản xuất nhà máy Cốc hoá 30 3.1.1 Loại hình sản xuât 30 3.1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất nhà máy Cốc hóa 30 3.1.2.1 Phân xưởng Cốc 33 3.1.2.2 Phân xưởng Hóa 35 3.2 Mô tả hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy Cốc hoá 37 3.2.1 Nguồn gốc thành phần nước thải 37 3.2.1.1 Nguồn phát sinh nước thải chứa phenol .37 3.2.1.2 Thành phần nước thải 37 3.2.2 Mô tả sơ hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá 38 3.2.2.1 Các hạng mục cơng trình .40 3.2.2.2 Nguyên tắc xử lý 41 3.2.2.3 Quy trình xử lý .41 3.2.2.4 Các thiết bị chủ yếu 42 3.3 Đánh giá hệ thống xử lý nước thải chứa phenol Nhà máy Cốc hóa .42 3.3.1 Khối xử lý học (xử lý vật lý) 42 3.3.1.1 Hiện trạng cơng trình đơn vị khối xử lý học 42 3.3.1.2 Đánh giá khả xử lý 44 3.3.2 Khối xử lý sinh học 45 3.3.2.1 Hiện trạng cơng trình đơn vị khối xử lý sinh học 45 3.3.2.2 Đánh giá khả xử lý 46 3.3.3 Khối xử lý lắng bậc kết hợp keo tụ xử lý bùn 48 3.3.3.1 Hiện trạng công trình đơn vị khối xử lý bậc .48 3.3.3.2 Đánh giá khả xử lý 49 3.4 Đề xuất phƣơng án nâng cao hiệu xử lý nƣớc thải nhà máy Cốc hoá - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên 51 3.4.1 Đề xuất phương án công nghệ .51 3.4.1.1 Lựa chọn công nghệ .51 3.4.1.2 Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải đề xuất 53 3.4.2 Đề xuất phương án thiết kế bổ sung cơng trình đơn vị 56 3.4.2.1 Khối xử lý học 56 3.4.2.2 Khối xử lý hóa lý ( bể điều hịa, điều chỉnh pH nước thải) 58 3.4.2.3 Khối xử lý sinh học (Aeroten) .61 3.4.2.4 Khối xử lý lắng bậc kết hợp keo tụ 63 3.4.2.5 xử lý bùn, cặn lắng (bể chứa bùn loãng thiết bị ép bùn) .64 3.4.3 Phương án nâng cao hiệu xử lý thao tác vận hành hệ thống xử lý nước thải .65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 Kết luận .67 Kiến nghị 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 A/TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 69 B/TÀI LIỆU TIẾNG NƢỚC NGOÀI 70 MỞ ĐẦU Nhà máy Cốc hố thuộc Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên - phường Cam Giá, thành phố Thái Ngun góp phần khơng nhỏ tiến trình phát triển kinh tế xã hội tỉnh, tạo công ăn việc làm cho người dân địa phương Nhiệm vụ nhà máy tiếp nhận, bảo quản, phối liệu than mỡ sản xuất cốc để cung cấp cho trình sản xuất gang lị cao Cơng ty Tuy nhiên, trọng phát triển kinh tế khoảng thời gian dài Nhà máy gây ảnh hưởng xấu đến môi trường khu vực Nhà máy khơng nằm ngồi danh sách đơn vị gây ô nhiễm môi trường địa bàn tỉnh Thái Nguyên Đặc thù ô nhiễm Nhà máy Cốc hóa nước thải khí, bụi thải phát sinh từ cơng đoạn sản xuất Trong đó, đặc biệt nước thải chứa phenol nhà máy Nước thải phenol có chứa hàm lượng lớn chất độc tố cao Nguồn nước phát sinh khoảng 40 - 45 m3/ngày, đạt công suất theo thiết kế lên đến 70 m3/ngày đêm, lượng nước dao động phụ thuộc vào sản lượng cốc nhà máy Toàn lượng nước thải chứa phenol đưa vào hệ thống xử lý nước thải cũ xây dựng năm 1997 - 1998 Khi nước thải chứa phenol chưa xử lý đảm bảo tiêu chuẩn chứa hàm lượng lớn phenol hợp chất hữu khác, việc sử dụng làm nước dập cốc làm gia tăng nguy gây ô nhiễm môi trường tồn lượng khí thải phát sinh lớn q trình dập cốc khơng thu gom xử lý triệt để Vì vậy, việc đánh giá đưa phương án nâng cao hiệu hệ thống xử lý nước thải Nhà máy Cốc hóa vấn đề đáng quan tâm nhằm góp phần khắc phục cách tối ưu việc xử lý nước thải nhằm đáp ứng hiệu sản xuất đảm bảo chất lượng xả thải nhà máy Xuất phát từ vấn đề trên, tiến hành thực đề tài" Đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao hiệu hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hố - Cơng ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên" với nội dung nghiên cứu bao gồm mơ tả quy trình sản xuất nhà máy Cốc hóa, mơ tả hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá - Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên, đánh giá hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá đề xuất biện pháp nhằm nâng cao hiệu xử lý nước thải nhà máy Cốc hố - Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Ngun Nhằm đạt mục đích đánh giá hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá đưa phương án nâng cao hiệu hệ thống xử lý nước thải Nhà máy Cốc hóa - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái quát chung than cốc Than cốc sản phẩm việc chưng than mỡ (loại than chứa S tro) lị xây kín điều kiện yếm khí có nhiệt độ 1.0000C, sau hết chất bay Do tính chất đặc điểm loại than làm cốc cách chưng nên than cốc có nhiều loại phẩm chất khác nhau: phồng hay chắc, xốp hay đặc, cứng nhiều hay ít, nhẹ hay nặng, nứt nẻ nhiều hay ít, màu đen mờ, màu bạc hay xám sáng Than cốc sử dụng nhiên liệu sản xuất gang đúc hay mục đích sử dụng thơng thường, cơng nghiệp hóa chất luyện hợp kim sắt (các dạng cốc đặc biệt) 1.2 Tổng quan nƣớc thải luyện than cốc biện pháp xử lý nƣớc thải luyện than cốc 1.2.1 Đặc trưng nước thải luyện than cốc Nước thải từ xưởng luyện cốc thành phần thường có hàm lượng cao chất nhiễm nguy hại, đặc biệt có chứa phenol Nước thải chứa phenol phát sinh từ nhiều cơng đoạn q trình luyện than cốc như: nước thải dập cốc, chưng cất dầu cốc, khu vực kho hố chất, thiết bị chứa dầu, q trình làm mát thiết bị, nước làm lạnh khí cốc, nước từ hệ thống lọc bụi Cyclon, Thành phần chủ yếu nước thải luyện cốc là: Dầu mỡ, chất rắn lơ lửng, chất hữu hòa tan, đồng đẳng phenol phenol với hàm lượng cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn môi trường không ổn định 1.2.2 Phương pháp xử lý nước thải Nhà máy cốc hoá Thái Nguyên Phương án xử lý nước thải chứa phenol Nhà máy phương pháp xử lý sinh học Lưu trình cơng nghệ sau: Nước thải chứa phenol sau tách sơ dầu mỡ, bơm vào bể điều hoà, từ bể chứa điều hoà bơm vào thiết bị phản ứng keo tụ Ở đây, điều chỉnh lượng hoá chất (CH1) từ thùng chứa thiết bị khống chế pH nước thải khử CN - Tiếp tục nước thải đưa vào bể lắng tách dầu mỡ huyền phù, phần cặn lắng xuống đáy tháo vào hố ga Nước thải sau tách hết dầu mỡ đưa vào bể Aeroten Tại bể Aeroten, máy nén khơng khí cấp khơng khí vào bể qua hệ thống phối khí, sục khí cung cấp oxy (O2) cho q trình phân huỷ hợp chất hữu bùn hoạt tính Hố chất (CH2) từ thùng định lượng chảy vào bể AEROTEN theo định lượng Hỗn hợp bùn nước thải chảy vào bể lắng bậc Một phần bùn hoạt tính bơm tuần hồn trở lại bổ xung cho bể AEROTEN, phần lại bơm vào bể chứa bùn loãng Hỗn hợp nước thải từ bể lắng bậc chảy vào bể keo tụ lắng Hoá chất (CH3) định lượng vào bể từ thùng pha định lượng phần keo tụ lắng xuống đáy bể bơm vào bể chứa bùn lỗng Cịn nước xử lý bơm vào bể cứa nước dập cốc nóng tháp dập Bể chứa bùn loãng tập trung từ hố ga, bể lắng bậc 2, bể lắng keo tụ chảy bơm đưa vào máy ép bùn Phần bùn cặn ép thành bánh đưa nơi quy định, phần nước sau ép đưa bể chứa nước đem dập cốc Chƣơng ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc Hoá Thái Nguyên Trong đó, đối tượng nghiên cứu cụ thể: - Các thơng tin chung nhà máy Cốc hóa - Nước thải nhà máy Cốc hóa (đặc điểm, thành phần, tính chất, lưu lượng,…) - Hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hóa (hiện trạng hệ thống, lưu trình cơng nghệ, hiệu xử lý) - Các phương án nâng cao hiệu xử lý nước thải chứa phenol hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hóa 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu Nhà máy Cốc hố - Chi nhánh Cơng ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên 2.2 Nội dung nghiên cứu - Mơ tả quy trình sản xuất nhà máy Cốc hóa - Mơ tả hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hố - Cơng ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên - Đánh giá hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá - Đề xuất biện pháp nhằm nâng cao hiệu xử lý nước thải nhà máy Cốc hố - Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu - Các phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu, số liệu - Phương pháp quan trắc lấy mẫu, vận chuyển bảo quản mẫu - Phương pháp phân tích mẫu - Các tiêu theo dõi gồm: pH, TSS, BOD5, COD, Phenol, xyanua CN-, amoni NH4N; dầu mỡ - Phương pháp phân tích, tổng hợp xử lí số liệu Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Mơ tả quy trình cơng nghệ sản xuất nhà máy Cốc hoá Than phối liệu đưa vào máy nghiền kỹ, qua băng tải đưa lên tháp than Xe rót than chạy đỉnh lị, nạp than vào buồng than hóa Khi rót, xe tống đưa cần dàn than vào để dàn cho mặt than buồng than hóa phẳng Sau đó, đậy miệng rót than vào đóng kín cửa Các loại dầu nhẹ, naphtalen, dầu trung gian, dầu tẩy qua tháp chưng xuống trao đổi nhiệt, làm lạnh chảy thùng lường Khi giai đoạn sản phẩm đầy thùng trình chuyển giai đoạn mở van dầu chảy thùng chứa tương ứng Sau chưng dầu cốc ta tách sản phẩm sau: dầu nhẹ; dầu trung gian; dầu tẩy; dầu Antraxen; dầu Naphtalen để riêng để sản xuất Naphtalen tạp loại dầu khác đổ chung gọi dầu phòng mục, phần lại nồi tháo lấy sản phẩm Bitum nhựa đường tùy theo kết thúc nhiệt độ chảy (Bitum T0 = 700 - 750C , nhựa đường T0 = 400 - 450C) Các nguồn nước thải chứa phenol nhà máy phát sinh chủ yếu từ: phân xưởng cốc phân xưởng hóa 3.2 Mô tả hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy Cốc hoá 3.2.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải chứa phenol Nước thải chứa phenol phát sinh chủ yếu từ nguồn sau: Nước amoniac (NH3) tuần hoàn dư phân xưởng cốc; nước làm lạnh cuối, nước phân ly benzen tạp phân xưởng hoá; nước rửa, nước phân ly dầu cốc phân xưởng hoá; nước từ tháp chưng NH3 cơng đoạn suphat mon hố phân xưởng hố; nước thải cơng đoạn chưng dầu cốc, nước thải từ nước tạp có đường ống dẫn khí thanol; nước thải từ q trình dập cốc Lưu lượng phát sinh khoảng 70 m3/ngày đêm hay tương ứng với 2300m3/tháng 3.2.2 Thành phần nước thải Thành phần nước thải chứa phenol nhà máy Cốc hoá gồm: TSS, NH4+ , Dầu mỡ, CN-, phenol, dẫn xuất phenol 3.2.2 Mô tả sơ hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá Hệ thống xử lý nước thải chứa phenol Nhà máy cốc hóa Thái Nguyên xây dựng từ năm 1997 -1998, đến hệ thống cũ a Các bước xử lý - Tách rác sơ song chắn rác; - Cân nước điều hòa lưu lượng, điều chỉnh pH; - Lắng tách dầu mỡ huyền phù; - Xử lý sinh học hiếu khí; - Lắng keo tụ bậc 2; Xử lý bùn thải b Các hạng mục cơng trình - Song chắn rác - Bể lắng, tách dầu mỡ huyền phù - Bể thu gom nước thải điều điều hòa - Bể xử lý sinh học (AEROTEN) - Bể lắng bậc - Bể chứa bùn thải Nước thải chứa Phenol Bể chứa điều hòa Hồi lưu Bơm cấp Thiết bị phản ứng keo tụ Hố ga Định lượng HC1 Bể lắng tách dầu huyền phù Bơm tuần hoàn Bể AEROTEN Định lượng HC2 Bể lắng bậc Nén khí Bể chứa bùn loãng Bể lắng keo tụ Định lượng HC3 Bơm Bể chứa dập cốc Nước Ép khung Bùn thải ép Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải chứa phenol nhà máy Cốc hóa 3.3 Đánh giá hệ thống xử lý nước thải chứa phenol Nhà máy Cốc hóa 3.3.1 Khối xử lý học (xử lý vật lý) Nước thải đầu vào hệ thống xử lý chứa chất ô nhiễm lớn gồm có: phenol, BOD5, COD, CN-, amoni NH4-N, dầu mỡ Hàm lượng chất ô nhiễm lớn Theo kết phân tích yêu cầu thông số kỹ thuật bể lắng tách bể Aeroten, nước thải sau qua khối xử lý học không đảm bảo điều kiện thông số kỹ thuật đầu vào cho bể xử lý sinh học Aeroten Hiệu xử lý thành phần ô nhiễm khối xử lý học hệ thống xử lý nước thải nhà máy cốc hóa chưa cao, chưa đáp ứng yêu cầu thông số kỹ thuật hệ thống 3.3.2 Khối xử lý sinh học Khối xử lý sinh học hệ thống không đạt hiệu cao nguyên nhân nước thải giai đoạn tiền xử lý không đáp ứng yêu cầu chất lượng nước đầu vào bể Aeroten Một số ngun nhân khách quan khác như: lượng khơng khí cấp chưa đủ cho bể sinh học làm cho bùn hoạt tính khó lắng, tạo khối bùn VSV hiếu khí khơng có mơi trường hoạt động hiệu quả, lượng chất dinh dưỡng (bùn bổ sung) thiếu làm cho hệ VSV không phát triển dẫn đến bùn, gây bọt bề mặt, hàm lượng phenol liên tục tăng cường khơng kiểm sốt lưu lượng, nhiệt độ nước thải khơng phù hợp với môi trường phân hủy vi sinh,… 3.3.3 Khối xử lý lắng bậc kết hợp keo tụ xử lý bùn Qua kết phân tích nước thải sau qua khối xử bể lắng keo tụ bậc 2, nước thải đầu nhiều tiêu chưa đạt tiêu chuẩn cho phép Cụ thể BOD5 vượt 1,754 lần; COD vượt 1,215 lần; CN- vượt 4,5 lần; phenol vượt 33,872 lần; NH4- vượt 8,75 lần; dầu mỡ vượt 1,388 lần so với QCVN 24:2009/BTNMT Qua cho thấy hệ thống xử lý nước thải chứa phenol Nhà máy chưa đạt hiệu xử lý nước thải đảm bảo quy chuẩn hành * Đánh giá chung: Loại hình cơng nghệ xử lý nước thải chứa phenol Nhà máy cốc hóa phù hợp với biện pháp xử lý nước thải mang đặc thù ô nhiễm ngành luyện cốc Tuy nhiên nhiều nguyên nhân, hệ thống xử lý nước thải chứa phenol Nhà máy hoạt động không hiệu quả, nước thải sau xử lý xong không đạt tiêu chuẩn xả thải, phần lớn thiết bị trạm xử lý bị xuống cấp hư hỏng nhiều đồng thời việc vận hành hệ thống theo công nghệ cũ không mang lại hiệu Do vậy, để nâng cao hiệu hệ thống xử lý nước thải chứa phenol nhà máy cần có phương án bổ sung nâng cấp cơng trình hệ thống nhà máy đảm bảo nước thải sau xử lý có hàm lượng chất nhiễm đạt tiêu chuẩn cho phép, đáp ứng yêu cầu sản xuất bảo vệ môi trường 3.4 Đề xuất phƣơng án nâng cao hiệu xử lý nƣớc thải nhà máy Cốc hố Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên 3.4.1 Đề xuất phương án công nghệ 3.4.1.1 Lựa chọn công nghệ Phương án công nghệ xử lý nước thải chứa phenol Nhà máy Cốc hóa lựa chọn đề xuất dựa hệ thống xử lý nước thải cũ nhà máy Công nghệ áp dụng phương pháp sinh học kết hợp hóa lý, sơ đồ công nghệ đề xuất gồm bước sau: - Tách rác sơ song chắn rác; - Cân nước điều hòa lưu lượng; - Lắng cặn tách dầu mỡ huyền phù; - Xử lý oxi hóa nâng cao; - Xử lý sinh học hiếu khí (Aeroten); - Lắng keo tụ bậc 2; - Bể tiếp xúc khử trùng nước thải; - Phân hủy bùn kỵ khí 3.4.1.2 Thuyết minh cơng nghệ xử lý nước thải đề xuất a Quá trình thu gom cân Từ bể thu nước thải bơm bơm chuyển lên ngăn tiếp nhận để lấy cao trình Sau nước thải cho tự chảy vào bể lắng cát qua hệ thống van điều lưu để đảm bảo vận tốc dịng chảy, để khơng gây sáo trộn bể lắng Ở bể lắng thực trình lắng cát chất rắn vơ khơng tan có kích thước từ 0,2 - mm có nước thải, thời gian lưu nước bể khoảng 30 - 60s để tránh tượng lắng phân hủy chất hữu bể lắng Trước nước thải chảy vào bể điều hòa chảy qua phận gạt loại bỏ dầu mỡ Nước thải sau khỏi bể lắng cát dẫn vào bể điều hòa, bể điều hịa thực q trình ổn định nồng độ lưu lượng nước thải Tại bể điều hịa có bổ xung Ca(OH)2 H2SO4 (HC1) để điều chỉnh pH cho phù hợp thuận, đảm bảo pH ổn định cho phản ứng Nước sau bể thu gom điều hịa chảy vào bể Oxi hóa nâng cao b Q trình xử lý oxi hóa nâng cao Nước thải chứa phenol sau bể thu gom điều hịa chảy vào bể Oxi hóa nâng cao Tại bổ sung đồng thời H2O2 O3 (HC2) thực phản ứng cắt mở vòng Benzen (phenol) tạo gốc Hydroxit thuận lợi cho phản ứng sinh học bể Aeroten Vai trị bể oxy hóa nâng cao: Bể oxi hóa nâng cao (Q trình Peroxon O3/H2O2) bể bổ sung cho hệ thống xử lý nước thải chứa phenol cũ Nhà máy cốc hóa Các tác nhân oxy hóa thơng thường H2O2, O3, nâng cao khả oxy hóa chúng phản ứng hóa học khác để tạo gốc *OH, thực q trình oxy hóa gián tiếp thơng qua gốc *OH c Bể xục khí xử lý Amoni Nước thải được nâng pH dung dịch Ca(OH)2 xục khí NH 4  OH   NH3  H 2O Việc tăng PH xẽ làm cân chuyển dịch theo hướng sinh NH 3, kết hợp với q trình xục khí lượng NH3 bay lên theo khơng khí làm giảm hàm lượng Amoni (hàm lượng nito) nước thải d Quá trình xử lý hiếu khí Nước thải sau qua bể oxi hóa nâng cao bể xử khí xử lý Amoni chảy vào hệ thống Aeroten Trong bể Aeroten xảy q trình oxy hóa chất nhiễm nước thải nhờ hệ VSV hiếu khí Trong bể Aeroten bổ sung hóa chất (HC3) có đặt giá thể cho VSV bám dính sinh trưởng, đồng thời bổ sung lượng oxy thích hợp đưa vào máy thổi khí đặt bên ngồi giúp cho q trình sinh hóa xảy nhanh e Quá trình lắng cấp Ở bể lắng cấp tuần hồn lại lượng bùn hoạt tính để ổn định VSV có bể Aroten, nhằm tăng cao hiệu xử lý trình Sau thời gian lưu bể lắng cấp để ổn lắng bùn sinh khối nước thải chuyển tiếp đến bể lắng keo tụ bổ sung chất keo tụ trợ lắng (HC4) sau nước thải sau xử lý đưa đến bể chứa nước dập cốc Rác thu gom song chắn rác xử lý đảm bảo vệ sinh theo nội quy nhà máy f Xử lý bùn, cặn lắng Cặn lắng từ bể lắng cặn tách dầu mỡ bùn lắng từ bể lắng cấp đưa vào xử lý bùn cặn để giảm thể tích sau xử lý theo quy định Nước sinh sau trình lọc ép bùn dẫn trở lại bể thu gom bơm chuyển bậc 3.4.2 Đề xuất phương án thiết kế bổ sung cơng trình đơn vị Căn theo kết đánh giá hiệu xử lý nước thải qua khối xử lý phần trên, phương án nhằm nâng cao hiệu khối xử lý đề xuất sau: 3.4.2.1 Khối xử lý học a Bể chứa điều hòa - Đề xuất tăng kích thước thiết kế bể: + Kích thước bể: Dài x Rộng x Cao =6 m x 3,2 m x 3,2 m; b Giải pháp nâng cao hiệu xử lý dầu mỡ, cặn lắng huyền phù * Bể lắng cặn, tách dầu mỡ huyền phù Đề xuất giữ nguyên kích thước thiết kế bể lắng tách dầu mỡ + Kích thước bể: Dài x Rộng x Cao=3,6m x 2,6m x 2,8m + Tổng thể tích: 26,2 m3 Để tăng khả xử lý đạt hiệu chất cặn lắng, dầu mỡ, chất khác nước thải bể này, cần thiết phải bổ sung thêm thiết bị gạt ống thu hồi dầu mỡ Dầu mỡ thu hồi chảy vào bể xử lý bùn cặn 3.4.2.2 Khối xử lý hóa lý ( bể điều hịa, điều chỉnh pH nước thải) 10 a Bể điều hòa, điều chỉnh pH Để đảm bảo pH theo yêu cầu, định lượng pha hóa chất cho nước thải đạt trung tính nước thải sau qua thiết bị phản ứng keo tụ Tại điều chỉnh lượng hóa chất HC1 sau: Axit sunfuric 97% axit photphoric với nồng độ pha 25% chứa bình pha 80 lít Theo dõi giá trị pH, điều chỉnh lượng hóa chất (axit) đảm bảo pH đạt trung tính phục vụ công đoạn xử lý b Xử lý Oxi hóa bậc cao Peroxon Bể oxi hóa nâng cao (Quá trình Peroxon O3/H2O2) bể bổ sung cho hệ thống xử lý nước thải chứa phenol cũ Nhà máy cốc hóa - Thể tích bể oxi hóa bậc cao Peroxon V = Q.t = 70 x (3/24) = 8,75 m3 Trong đó: Q lưu lượng nước Q = 70 m3/ngđ; t thời gian lưu t = h Tổng thể tích xây dựng bổ sung cho hạng mục bể Oxi hóa nâng cao 10 m3; - Tính tốn lượng hóa chất H2O2 lượng hóa chất O3 (HC2) + Tính tốn lượng ozone cần cung cấp Để oxi hóa lượng COD nước thải đạt 50% yêu cầu lượng ozone cần thiết là: gO3= 0,2÷1 mg/l; Chọn giá trị tối ưu: gO3= 0,8g/m3 Vậy lượng hóa chất O3 cần thiết để xử lý toàn lượng nước thải đầu vào là: GO3 = gO3x Q = 70 x (0,8/24) = 2,33(g/h) + Tính tốn lượng H202 cần cung cấp Tỉ lệ sử dụng H2O/O3 0,5 mol H2O2/1mol O3 Lượng H2O2 cần thiết sử dụng cho q trình oxi hóa bậc cao GH2O2= (GO3x0,5xMH2O2)/1MO3 = (2,33 x 0,5 x 34)/48 = 0,83 (g/h) + Tỷ lệ H2O2/O3 Theo phương trình: H2O2 + 2O3  2*HO + 3O2 Như vậy, mol H2O2 tác dụng với mol O3 tạo 2*HO Theo nhiề u nghiên cứu, tỷ lệ tối ưu H 2O2/O3 0,5 mol H2O2 cho mol O3 Tuy nhiên, nhu cầ u H 2O2 tùy thuộc vào có mặt gốc tìm diệt gốc *HO đó tỷ lê ̣ này thay đổ i c Đề xuất bổ sung bể sục khí xử lý Amoni Bể sục khí xử lý Amoni bể bổ sung cho hệ thống xử lý nước thải chứa phenol cũ Nhà máy cốc hóa 3.4.2.3 Khối xử lý sinh học (Aeroten) - Sục không khí liên tục đảm bảo cấp O2 hịa tan đồng bể Aeroten để phân hủy hợp chất hữu hịa tan bùn hoạt tính Lượng O2 hịa tan cần đạt >2mg/lít - Khi nồng độ bùn bể đạt 20 - 30% thể tích bể Aeroten thao tác sản xuất bình thường Khi lượng bùn bể > 30% cần phải mở van đáy xả bớt bùn bể chứa bùn loãng đến đạt yêu cầu dừng 11 - Khống chế bơm tuần hồn bùn hoạt tính bể Aeroten tối thiểu đạt: - 2g/lít (kiểm tra cách lấy 500 ml nước thải bể vào cốc định lượng, để lắng 30 phút, khối lượng lắng đạt > 15% thể tích cốc được) - Trong trường hợp nồng độ phenol CN- lớn (vượt ngưỡng đầu vào bể Aeroten, cụ thể: nồng độ phenol ≥ 400 mg/lít nồng độ CN+ ≥ 40mg/lít), cần ý tăng lượng khơng khí sục vào bể, tăng lượng bùn tuần hoàn trở lại bể, bổ sung dinh dưỡng: C, N, P, K đồng thời giảm lượng nước chứa phenol vào bể Aeroten, bổ sung nước cơng nghiệp pha lỗng đạt đến nồng độ quy định Khi nhiệt độ nước bể ≥ 380C cần bổ sung nước công nghiệp để đạt nhiệt độ theo yêu cầu - Ổn định pH đảm bảo nằm giới hạn cho phép cách điều chỉnh lượng hóa chất bể điều hịa phản ứng keo tụ để đạt yêu cầu 3.4.2.4 Khối xử lý lắng bậc kết hợp keo tụ a Bể lắng bậc Bể lắng bậc quan trọng tải lượng chất rắn cao tính chất bơng bùn hoạt tính sinh học Hơn nữa, cịn cần thiết để làm cho bùn tuần hồn có độ hoạt tính tốt giúp cho q trình oxy hóa sinh hóa bể Aeroten ln ổn định Trong trình xử lý lắng bậc 2, cần đặc biệt ý đến chiều sâu mực nước chứa bùn, bùn lắng, thời gian lắng lượng bùn cung cấp tuần hoàn cho bể Aeroten Hiện tại, bể lắng bậc Nhà máy hoạt động ổn định b Bể keo tụ lắng Tại đây, điều chỉnh pH đồng thời định lượng hóa chất (HC4) đảm bảo q trình kết bông, lắng diễn thuận lợi Chất keo tụ phèn nhôm sunfat Al2(SO4)3 18H2O PAC định lượng nồng độ 2% pha bình 500lít Các tiêu phân tích sau bể xử lý keo tụ kết hợp lắng đảm bảo quy chuẩn cho phép trước sử dụng dập cốc 3.4.2.5 Xử lý bùn, cặn lắng (bể chứa bùn loãng thiết bị ép bùn) Bùn thải sau xử lý ổn định cô đặc từ - 8% đưa tiếp sang công đoạn làm khô để giảm độ ẩm xuống 70 - 80 % Hiện tại, bể chứa bùn loãng, sân phơi bùn thiết bị ép bùn nhà máy hoạt động ổn định 3.4.3 Phương án nâng cao hiệu xử lý thao tác vận hành hệ thống xử lý nước thải - Đưa nước vào bể Aeroten: Đưa nước công nghiệp vào cách đáy 0,3 - 0,4 m (ngập ống phân phối khí) dừng lại Sục khí nén, điều chỉnh phân phối sục khơng khí đồng bể - Bơm nước chứa phenol vào hệ thống xử lý 12 + Lấy mẫu nước thải có chứa phenol lên bể lắng, tách dầu mỡ huyền phù Sau đó, bơm vào bể điều hịa ổn định pH, kiểm tra pH chưa đảm bảo điều chỉnh hóa chất HC1 vào xử lý nước bể điều hòa kết hợp với thiết bị phản ứng keo tụ đến đạt pH theo quy định + Mở van nước cơng nghiệp trước, sau từ từ mở van nước phenol tiến hành chạy bơm cấp để pha trộn nước phenol nước công nghiệp theo tỷ lệ (1:3) bể lắng tách dầu mỡ + Pha nước thải phenol với nước công nghiệp bể lắng tách dầu mỡ theo tỷ lệ (1:3) nước đưa vào bể Aeroten đảm bảo cách từ ngày đầy tiên đến ngày thứ 60 ngày lượng nước phenol đạt 30 m3/ngày đêm; lượng nước công nghiệp đạt 60 m3/ngày đêm; lượng nước vào bể Aeroten đạt 120 m3/ngày đêm - Sục khơng khí liên tục đảm bảo cấp oxy hịa tan đồng bể Aeroten để phân hủy chất hữu hịa tan bùn hoạt tính Lượng oxy hịa tan phải đạt ≥ 2mg/lít - Khi nồng độ bùn bể đạt ≥ 15% thể tích bể Aeroten thao tác sản xuất bình thường Căn vào nồng độ bùn bể Aeroten để định lượng nước cần đưa vào dây chuyền xử lý ngày đêm - Cứ sau 2h kiểm tra độ pH thiết bị đo nhanh giấy quỳ, nước thải chứa phenol khỏi bể điều hòa đảm bảo pH theo quy định; - Định kỳ xả cặn bể chứa bùn loãng lần/ngày; - Khống chế bơm tuần hồn bùn hoạt tính bể Aeroten tối thiểu đạt -2 g/lít Khi lượng bùn bể Aeroten đạt >30% thể tích mở van đáy xả bớt bùn bể chứa bùn loãng đến yêu cầu dừng - Thường xuyên kiểm tra mức độ đầy bùn cặn bể chứa bùn loãng: Nếu bùn đầy 2/3 bể phải tiến hành bơm bùn loãng vào máy lọc ép khung để tách bùn nước Bùn thải ép xong chuyển đến nơi quy định - Trong trường hợp nồng độ phenol CN- lớn, cần ý tăng lượng khơng khí sục vào bể, tăng lượng bùn tuần hoàn trở lại bể, bổ sung dinh dưỡng: C, N, P, K; đồng thời giảm lượng nước chứa phenol vào bể Aeroten, bổ sung nước công nghiệp pha loãng đạt đến nồng độ quy định 13 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua đánh giá hệ thống xử lý nước thải sở theo dõi, giám sát quy trình cơng nghệ xử lý nước thải nhà máy Cốc hóa - Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên, ta có kết luận sau: Hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hóa - Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên cũ, nước thải chứa phenol sau qua hệ thống xử lý chưa đạt hiệu quả, nước thải qua khối xử lý chứa hàm lượng lớn chất ô nhiễm Kết đánh giá cho thấy hệ thống xử lý nước thải chứa phenol Nhà máy chưa đạt hiệu quả, nước thải sau xử lý không đảm bảo quy chuẩn hành Việc đưa giải pháp nâng cao hiệu hệ thống xử lý nước thải Nhà máy cần thiết Qua công đoạn xử lý nước thải bổ sung cải tiến bao gồm: lắp đặt bổ sung thiết bị thu gom máng gạt thu dầu mỡ nguồn thải trước vào bể thu gom điều hòa để xử lý triệt để dầu mỡ trước xử lý sinh học, tăng thể tích bể điều hịa, bổ sung thêm bể xử lý oxy hóa nâng cao, bổ sung thêm bể xục khí xử lý Amoni có định lượng hóa chất, xây dựng phương án vận hành đảm bảo yêu cầu thơng số kỹ thuật bể Aeroten góp phần nâng cao hiệu hệ thống xử lý, phù hợp với điều kiện thực tế nhà máy Kiến nghị Cải tạo, điều chỉnh hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sử dụng Trong vận hành hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hóa Thái Nguyên, việc tổ chức vận hành cần có cán chun mơn trực tiếp điều hành thường xuyên theo dõi chế độ làm việc cơng trình Thường xun theo dõi đầu vào hệ thống để kịp thời điều chỉnh tải gặp cố Lập kế hoạch theo dõi định kỳ thời gian lấy mẫu nước thải đầu vào hệ thống nước thải sau xử lý qua hệ thống, đem phân tích kiểm tra biến động đột ngột, để tìm biện pháp khắc phục kịp thời Song song với vấn đề nêu nhà máy cần có biện pháp đổi cơng nghệ sản xuất, lựa chọn cơng nghệ thích hợp nhằm làm giảm thiểu tối đa lượng chất độc hại phát sinh, đầu tư thiết bị vệ sinh môi trường Nên áp dụng giải pháp sản xuất để hạn chế nguồn gây ô nhiễm đầu đường ống Đồng thời tiết kiệm lượng, nguyên liệu chi phí xử lý nước thải 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO A/TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Nguyễn Việt Anh (2004), Đánh giá ảnh hưởng thời gian lưu tính chất lắng bùn hoạt tính, Đại học Bách khoa Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh Tơ Kim Anh (2004), Nghiên cứu giải pháp sinh học phân giải phenol số dẫn xuất phenol, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học kỹ thuật xử lý nước, Nxb Thanh niên, Hà Nội Đinh Văn Hùng, Trần Văn Chiến (2007), Giáo trình Hố học hữu cơ, Nxb Nơng nghiệp Hà Nội, Hà Nội Trần Văn Hùng, Nguyễn Hữu Phú, Trần Thị Kim Hoa, Nghiên cứu hấp phụ phenol dung dịch nước than hoạt tính tẩm kim loại chuyển tiếp hồn ngun than oxy hóa xúc tác với H2O2, Tạp chí Khoa học, ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên Công nghệ số 3, 22 (2006) 32 Trịnh Xuân Lai (2002), Xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt công nghiệp, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trịnh Xuân Lai (2008), Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, Nxb Xây dựng, Hà Nội Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga (2002), Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Hiếu Nhuệ (2002), Thoát nước xử lý nước thải công nghiệp, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 10 Trần Thanh Thuỷ, Lê Quang Trung (1999), Quy trình thao tác cương vị cơng nhân xử lý nước thải chứa phenol, Công ty Gang thép Thái Nguyên, Nhà máy Cốc hoá, Thái nguyên 11 Nguyễn Minh Tuyên, Lê Sỹ Phong, Nguyễn Thị Lan (2006), Hoá học đại cương, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 12 Lâm Minh Triết (2006), Kỹ thuật môi trường, Nxb Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh 13 Trần Mạnh Trung, Trần Mạnh Trí (2006), Các q trình oxy hóa nâng cao xử lý nước nước thải sở khoa học ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 14 Nguyễn Trung Việt, Trần Thị Mỹ Diệu (2006), Xử lý nước thải, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 15 Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên (2007), Báo cáo đánh giá tác động môi trường Công ty Gang Thép Thái nguyên, Thái Nguyên 15 16 Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên (2010), Đề án bảo vệ môi trường Chi nhánh Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên - Nhà máy Cốc hóa, Thái Nguyên 17 Cục Bảo vệ môi trường (2003), Tuyển tập quy định pháp luật Bảo vệ môi trường, Nxb Thanh niên, Hà Nội 18 Quốc hội nước CHXHCNVN (2005), Luật Bảo vệ Mơi trường 2005, Nxb Chính trị quốc gia, Hà Nội 19 Quy chuẩn kỹ thuật môi trường Việt Nam 20 Trung tâm Quan trắc Công nghệ môi trường Thái Nguyên (2009), Kết phân tích tiêu mơi trường, Thái Ngun B/TÀI LIỆU TIẾNG NƢỚC NGỒI 21 Toxicological Review: Phenol, U.S Environmental Protection Agency, Washinton DC 22 Janice Hamer (1999), Phenol Bioremediation Using Pseudomonas Biogilms 23 Metcalf and Eddy, Waste Water Engineering 24 Frank Woodard, Ph.D, P.E (2001), Industrial Waste treatment Handbook, New Delhi 25 P.M Alvarez et al., Comparison between thermal and ozone regeneration of spent activated carbon exhausted with phenol, Water Res 38 (2004) 2155 16 ... máy Cốc hóa, mơ tả hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hố - Cơng ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên, đánh giá hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá đề xuất biện pháp nhằm nâng cao hiệu xử lý. .. sản xuất nhà máy Cốc hóa - Mô tả hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hố - Cơng ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên - Đánh giá hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá - Đề xuất biện pháp nhằm nâng. .. lý nước thải nhà máy Cốc hoá - Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên Nhằm đạt mục đích đánh giá hệ thống xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá đưa phương án nâng cao hiệu hệ thống xử lý nước thải Nhà