Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý nước thải tại làng nghề sơn mài Tương Bình Hiệp, tỉnh Bình Dương (15/10/2022)
PHẠM THỊ TUYẾT MAI
Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Bình Dương
PGS.TS. TÔN THẤT LÃNG
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. Hồ Chí Minh
Tóm tắt: Đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý nước thải tại làng nghề sơn mài Tương Bình Hiệp, tỉnh Bình Dương” để đánh giá, xác định hiệu quả xử lý tối ưu của mô hình trong xử lý nước thải, làm cơ sở khoa học để nhân rộng mô hình tại làng nghề Tương Bình Hiệp, tỉnh Bình Dương. Kết quả nghiên cứu thực hiện thí nghiệm Jartest với 03 (ba) chất keo tụ là Phèn nhôm Sunfat, Phèn sắt và PAC trên nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất sơn mài ở làng nghề Tương Bình Hiệp với hàm lượng COD từ 165-369 mg/l; SS từ 390 -540 mg/l đã xác định được: Đối với phèn nhôm sunfat pH thích hợp là 5,5; liều lượng phèn nhôm sunfat thích hợp là 300 mg/l. Đối với phèn sắt pH thích hợp là 7,0; liều lượng phèn sắt thích hợp là 400 mg/l. Đối với PAC thì pH thích hợp là 7,5; liều lượng PAC thích hợp là 70 mg/l, tốc độ khuấy 100 vòng/phút; thời gian khuấy trộn thích hợp 10 phút. Đây là chất keo tụ tốt nhất trong 03 chất keo tụ. Đã dựa vào kết quả nghiên cứu phòng thí nghiệm để thiết kế, xây dựng, vận hành hệ thống xử lý nước thải sơn mài ở làng nghề Tương Bình Hiệp quy mô 1m3/mẻ với Công nghệ áp dụng là nước thải sơn mài phát sinh qua Bồn thu gom bơm qua Bồn phản ứng kết hợp lắng dẫn qua Bồn lọc chậm. Nước thải đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT, cột A. Hiệu suất xử lý nước thải của bồn phản ứng kết hợp lắng là TSS khoảng 33-67%, độ màu 6-40%; COD khoảng 40-64%. Hiệu suất xử lý nước thải bồn lọc chậm là TSS khoảng 26-72%, độ màu 21-52%; COD khoảng 20-67%. Hiệu suất xử lý nước thải của toàn hệ thống là TSS khoảng 60-86%, độ màu 37-68%; COD khoảng 59-88% đạt QCVN 40:2011/BTNMT, cột A. Chi phí đầu tư hệ thống 21.680.000 vnđ, chi phí xử lý 1m3 nước thải sơn mài là 1.826 vnđ.
Nội dung và phương pháp
Làng nghề truyền thống Sơn mài Tương Bình Hiệp được hình thành và phát triển từ lâu đời ở tỉnh Bình Dương. Các cơ sở sản xuất được truyền nối từ đời này qua đời khác với quy mô nhỏ lẻ, công nghệ lạc hậu, thủ công. Quá trình sản xuất phát sinh nước thải từ hồ mài, lượng nước này có hàm lượng ô nhiễm cao [1] thường thải thẳng ra môi trường hầu như không có hệ thống xử lý.
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm: Nghiên cứu, thu thập liệu; Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm chạy các thí nghiệm Jartest; Khảo sát, thiết kế và lắp đặt mô hình thực tế tại cơ sở sản xuất sơn mài tại Làng nghề; Vận hành thử nghiệm trên mô hình thực tế; Phân tích, xử lý số liệu và thảo luận; Đánh giá khả năng xử lý mô hình được vận hành thực tế; Đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật, môi trường của Hệ thống xử lý nước thải sơn mài được lắp đặt thực tế tại làng nghề.
Phương pháp nghiên cứu đề tài sử dụng: Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu; Phương pháp điều tra, khảo sát thực trạng; Phương pháp mô hình thực nghiệm; Phương pháp đo đạc và phân tích; Phương pháp xử lý số liệu.
Kết quả nghiên cứu
Kết quả khảo sát keo tụ tạo bông trong phòng thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm jartest với mẫu nước thải Sơn mài lấy từ hộ sản xuất Sơn mài Thúy - Nhân. Khoảng pH được chỉnh từ 5,5-7,5 tương ứng với 5 beaker và khoảng liều lượng phèn nhôm sunfat được xem xét từ 100 – 500 mg/l. Chuẩn bị 5 beaker với nước tương ứng với các thí nghiệm. Sau đó thống kê và đưa ra đánh giá kết quả thảo luận.
Thí nghiệm 1: Kết quả xác định pH thích hợp
Kết luận TN1: pH thích hợp của chất keo tụ Phèn nhôm Sunfat để xử lý nước thải sơn mài là 5,5 thì độ đục thấp nhất 0,28 NTU và COD 140,5 mg/l.
Thí nghiệm 2: Xác định liều lượng Phèn nhôm thích hợp
Kết luận TN2: Liều lượng chất keo tụ Phèn nhôm Sunfat (Al2SO4.18H2O) là 300 mg/l khi đó COD 137,1 mg/l; TSS 59 mg/l; Độ màu 21,54 Pt-Co và độ đục 15,31 NTU
Thí nghiệm 3: Xác định pH thích hợp
Kết luận TN3: pH thích hợp đối với chất keo tụ Phèn sắt theo biểu đồ chọn pH thích hợp là 7 với nồng độ COD thấp nhất (143,8 mg/l) và độ đục cũng thấp (27,99 NTU).
Thí nghiệm 4: Xác định liều lượng Phèn sắt thích hợp.
Kết luận TN4: Liều lượng thích hợp chất keo tụ Phèn sắt (FeSO4.7H2O) là 400 mg/l cho giá trị các chất ô nhiễm thấp nhất COD 102,9 mg/l; TSS 64 mg/l; độ màu 35,02 Pt-Co và độ đục 23,13 NTU
Thí nghiệm 5: Xác định pH thích hợp
Ảnh hưởng của pH đối với Độ đục và COD trong nước thải
Kết luận: pH thích hợp đối với chất keo tụ PAC ([Al2(OH)nCl6-n]m ) theo biểu đồ chọn pH thích hợp là 7,5 cho giá trị chất ô nhiễm thấp nhất COD (128,4 mg/l) và độ đục (5,36 NTU)
Thí nghiệm 6: Xác định liều lượng PAC thích hợp.
Kết luận: từ biểu đồ cho thấy liều lượng chất keo tụ PAC ([Al2(OH)nCl6-n]m ) thích hợp là 70 mg/l ứng với giá trị chất ô nhiễm thấp nhất COD 79,6 mg/l; TSS 56 mg/l; độ màu 14,74 Pt-Co ; độ đục 7,71 NTU.
Lựa chọn chất keo tụ thích hợp
Sau khi xác định được pH, liều lượng thích hợp của 3 chất keo tụ Phèn nhôm Sunfat, phèn sắt, PAC lấy kết quả 3 điểm tối ưu đó so sánh để chọn ra chất keo tụ thích hợp đối với nước thải sơn mài Tương Bình Hiệp
|
Chỉ tiêu
Chất keo tụ
|
Độ đục
(NTU)
|
Độ màu
(Pt-Co)
|
TSS
(mg/l)
|
COD
(mg/l)
|
|
Phèn nhôm Sunfat (300mg/l)
|
15,31
|
21,54
|
59
|
137,1
|
|
Phèn sắt (400 mg/l)
|
23,13
|
35,02
|
64
|
112,9
|
|
PAC (70mg/l)
|
7,71
|
14,74
|
56
|
79,6
|
Kết luận: Theo kết quả hiệu quả xử lý chọn chất keo tụ là chất PAC với kết quả sau khi keo tụ cho thấy liều lượng COD thấp nhất 79,6 mg/l; TSS 56 mg/l; Độ màu 14,74 Pt-Co và độ đục 7,71 NTU.
|
|
Phèn Nhôm Sunfat
|
Phèn sắt
|
PAC
|
|
Công thức hóa học
|
Al2SO4.18H2O
|
FeSO4.7H2O
|
[Al2(OH)nCl6-n]m
|
|
Mức độ xử lý
|
COD 137,1mg/l; TSS 59 mg/l; Độ màu 21,54 Pt-Co; độ đục 15,31 NTU.
|
COD 112,9mg/l; TSS 64 mg/l; Độ màu 35,02 Pt-Co; độ đục 23,13 NTU.
|
COD thấp nhất 79,6mg/l; TSS 56 mg/l; Độ màu 14,7422 Pt-Co; độ đục 7,71 NTU.
|
|
Giá thành
|
35.000đ/kg
|
7.000đ/kg
|
18.000đ/kg
|
|
Liều lượng
|
300mg/l
|
400 mg/l
|
70mg/l
|
|
Giá hóa chất để xử lý 1m3 nước thải
|
10.500 đ/m3
|
2.800 đ/m3
|
1.260 đ/m3
|
|
Hiệu suất xử lý pH
|
pH thích hợp: 5,5
đặc trưng nước thải pH khoảng 7,2 nên giảm pH tốn kém hơn
|
pH thích hợp: 7
đặc trưng nước thải pH khoảng 7,2 nên giảm pH tốn kém hơn
|
pH thích hợp: 7,5
đặc trưng nước thải pH khoảng 7,2 nên nâng pH dễ dàng hơn
|
Từ bảng so sánh, ta thấy để xử lý 1m3 nước thải khi sử dụng chất keo tụ PAC thì chỉ tốn 1.260 đ/m3 còn sử dụng phèn nhôm là 10.500 đ/m3 cao gấp hơn khi sử dụng PAC 8,3 lần và phèn sắt 2.800 đ/m3 cao hơn gấp 2,2 lần.
Kết luận: Đánh giá theo tiêu chí giá thành, liều lượng, mức độ điều chỉnh pH. Có thể chọn chất keo tụ là PAC, pH là 7,5; Liều lượng thích hợp là 70mg/l.
Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Vương Đình Đước [2] chất keo tụ để chạy trình diễn mô hình xử lý nước thải sơn mài là chất PAC và phù hợp với nghiên cứu Trần Đức Hạ và cộng sự năm 2014. [3]
Thí nghiệm 7: Xác định tốc độ khuấy thích hợp
Kết luận: Tốc độ khuấy thích hợp là 100 vòng/phút. Với giá trị COD thấp nhất 80,2 mg/l và giá trị độ đục là 5,36 NTU
Thí nghiệm 8: Xác định thời gian khuấy thích hợp
Kết luận: Thời gian khuấy trộn thích hợp của quá trình keo tụ - tạo bông là 10 phút ứng với nồng độ COD thấp nhất 83,9 mg/l; giá trị độ đục là 5,49 NTU
Kết quả khảo sát quy trình xử lý thực tế công suất 1m3/mẻ
Sau khi xác định được chất keo tụ PAC, pH thích hợp là 7,5; liều lượng thích hợp 70mg/l; tốc độ khuấy thích hợp là 100 vòng/phút, thời gian khuấy thích hợp 10 phút sẽ áp dụng vào mô hình thực tế
Từ kết quả nghiên cứu và đồ thị cho thấy hiệu suất xử lý sau bồn phản ứng kết hợp lắng như sau: SS khoảng 33 – 67%; Độ màu khoảng 6-40%; COD khoảng 40 – 64%. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Lê Hoàng Việt và cộng sự [4]. Hiệu suất xử lý bồn phản ứng kết hợp lắng có thay đổi so với số lần vận hành khác nhau vì hệ thống vận hành theo mẻ, mỗi mẻ nước thải phát sinh hàm lượng chất ô nhiễm khác nhau phụ thuộc quá trình sản xuất.
Đánh giá hiệu quả bồn lọc theo tốc độ lọc
Kết luận: Để đánh giá hiệu quả xử lý bồn lọc chậm qua điều chỉnh tốc độ lọc bằng van 0,2 m/h, 0,3 m/h; 0,4 m/h; 0,5 m/h đều đạt QCVN 40:2011/BTNMT, cột A. Qua bồn lọc thì hiệu suất xử lý COD không cao, chủ yếu giảm được hàm lượng chất rắn lơ lững và độ màu . Để giảm thời gian lọc thì sẽ lựa chọn tốc độ lọc 0,5 m/h.
Từ kết quả nghiên cứu và đồ thị cho thấy hiệu suất xử lý toàn hệ thống như sau: Hiệu suất xử lý TSS của toàn hệ thống khoảng 60-86 %, nồng độ sau xử lý khoảng 25,0-46,5 mg/l đạt QCVN 40:2011/BTNMT loại A (cho phép 50 mg/l). Hiệu suất xử lý độ màu của toàn hệ thống khoảng 37-68 %, nồng độ sau xử lý khoảng 8,7- 32,2 đạt QCVN 40:2011/BTNMT loại A (cho phép 50 mg/l). Hiệu suất xử lý COD của toàn hệ thống khoảng 59 - 88%, nồng độ sau xử lý khoảng 37,3 - 74,9 mg/l đạt QCVN 40:2011/BTNMT loại A (cho phép 75 mg/l). Kết quả phù hợp với nghiên cứu [24] Hiệu quả loại bỏ COD, màu và TSS đối với chất keo tụ PAC. Hệ thống xử lý nước thải theo công nghệ đề xuất có thể xử lý nước thải từ các cơ sở sơn mài đạt QCVN 40: 2011/BTNMT loại A đủ điều kiện xả thải ra cống thoát nước chung.
Chi phí vận hành:
Chi phí lắp đặt hệ thống: 21.680.000 vnđ (Hai mươi mốt triệu sáu trăm tám mươi ngàn đồng)
- Chi phí hóa chất: 1.260 vnđ/m3 nước thải
- Chi phí điện năng khoảng 566 vnđ/m3 nước thải
Tính kỹ thuật về mô hình thực tế
Công nghệ đơn giản không phức tạp, các thao tác vận hành đơn giản không đòi hỏi người vận hành có kỹ thuật cao phù hợp với áp dụng tại làng nghề.
Tính môi trường về mô hình thực tế
Qua quá trình hơn 2 tháng vận hành ổn định hệ thống xử lý nước thải sơn mài được lắp đặt thực tế tại làng nghề sơn mài Tương Bình Hiệp nước thải đầu ra đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Quá trình vận hành sử dụng hóa chất an toàn như keo tụ PAC, NaOH, polymer anion không gây ảnh hưởng tới môi trường.
Kết luận và kiến nghị
Kết luận:
Đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý nước thải tại làng nghề sơn mài Tương Bình Hiệp, tỉnh Bình Dương” một số kết luận rút ra từ kết quả nghiên cứu như sau: (1) PAC thích hợp để keo tụ nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất sơn mài Tương Bình Hiệp. (2) Kết quả thí nghiệm Jartest cho giá trị pH là 7,5; liều lượng 70mg/l; tốc độ khuấy 100 vòng/phút; thời gian khuấy trộn 10 phút cho hiệu quả xử lý cao nhất. (3) Áp dụng kết quả trong phòng thí nghiệm vận hành mô hình với dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sơn mài được bơm từ bể mài phát sinh nước thải dẫn về bồn thu gom sau đó, bơm qua bồn phản ứng kết hợp lắng rồi dẫn qua bồn lọc chậm. Trong suốt 2 tháng vận hành nước thải đầu ra luôn đạt QCVN 40:2011/BTNMT loại A. Phù hợp áp dụng tại Làng nghề Sơn mài Tương Bình Hiệp. Hệ thống với chi phí lắp đặt và vận hành thấp, phù hợp cho triển khai tại làng nghề Tương Bình Hiệp.
Kiến nghị:
Trên cơ sở các nội dung đã nghiên cứu, một số kiến nghị được đề xuất như sau: (1) Cần tiếp tục nghiên cứu với cơ sở sản xuất sơn mài có quy mô lớn hơn để có thể áp dụng cho mọi quy mô. (2) Cần tiếp tục thí nghiệm với nhiều loại chất keo tụ khác để có nhiều lựa chọn hơn cho quá trình keo tụ - tạo bông. (3) Cần nghiên cứu thêm việc sử dụng các loại polymer trợ keo tụ để so sánh hiệu quả và giá thành xử lý. (4) Các cơ sở sản xuất sơn mài cần áp dụng các kết quả nghiên cứu này để xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại các làng nghề truyền thống để bảo tồn và phát triển lâu dài.
Tài liệu tham khảo
1. Tôn Thất Lãng, Kiểm soát ô nhiễm môi trường làng nghề sơn mài Tương Bình Hiệp tỉnh Bình Dương.” Tài nguyên & Môi trường, [Online]. Available: số 12 tr.19-21, (2014).
2. Vương Đình Đước, Xây dựng mô hình trình diễn giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong các làng nghề gốm sứ, sơn mài tỉnh Bình Dương, Kỷ yếu Kết quả Nghiên cứu và Phát triển công nghệ giai đoạn 2001 - 2005. Chào mừng Đại hội Đảng bộ tỉnh Binh Dương lần thứ VIII (2005 - 2010), [Online]. Available: no.0 - tr.9-11, (2005)
3. Trần Đức Hạ, Trần Hoàng Anh, Nguyễn Việt Anh, Trần Hoài Sơn, Nghiên cứu xác định liều lượng hóa chất tối ưu cho quá trình xử lý nước thải hầm lò tại mỏ than Mao Khê, Tạp chí Khoa học công nghệ, số 18 tr 26-32, (2014)
4. Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân, Nguyễn Thị Mỹ Phương và Đặng Thị Thúy, Nghiên cứu xử lý nước thải lò Giết mổ bằng phương pháp keo tụ quy mô phòng thí nghiệm và mô hình bể keo tụ tạo bông kết hợp lắng, Tạp chí khoa học trường đại học cần thơ, số 34, tr.108-118, (2014)