TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
ĐỖ THỊ DUYÊN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI
CHẾ BIẾN MỦ CAO SU BẰNG CÔNG
NGHỆ LỌC SINH HỌC – MÀNG
(Membrane Biorector) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: HÓA CÔNG NGHỆ - MÔI TRƢỜNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
Th.S PHẠM THỊ HẢI THỊNH
Hà Nội – 2014

LỜI CAM ĐOAN

Khóa luận tốt nghiệp với đề tài:
“Nghiên cứu xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ
lọc sinh học màng (Membrane bioreactor)” đƣợc hoàn thành dƣới sự
hƣớng dẫn của Cô giáo – Th.S. Phạm Thị Hải Thịnh. Tôi xin cam đoan những
kết quả trong khóa luận là kết quả nghiên cứu của bản thân, không trùng với
kết quả nghiên cứu của tác giả khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm.

Hà Nội, tháng 05 năm 2014
Sinh viên thực hiện Đỗ Thị Duyên
CÁC TỪ VIẾT TẮT
COD
: Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học.
BOD
: Biochemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hóa.
DO
: Dissolved Oxygen - Oxi hòa tan.
TSS
: Total Suspended Solid – Tổng chất rắn lơ lửng.
MLSS

1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cao su ở Việt Nam 5
1.2. Nguồn gốc, thành phần và tính chất nƣớc thải ngành chế biến mủ
cao su 8
1.2.1. Nguồn gốc 8
1.2.2. Đặc tính nƣớc thải cao su 9
1.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải cao su ở trong và nƣớc ngoài 11
1.3.1. Các công nghệ xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su ở nƣớc ngoài 11
1.3.2. Công nghệ xử lý nƣớc thải cao su trong nƣớc 13
1.3.3.Tình trạng kỹ thuật tại hệ thống xử lý nƣớc thải ngành cao su 15
1.4. Một số phƣơng pháp đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao
su 15
1.4.1. Phƣơng pháp cơ học 15
1.4.2. Phƣơng pháp hóa học và hóa lý 16
1.4.3. Phƣơng pháp sinh học 17
1.5. Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất Nitơ trong nƣớc thải 18
1.5.1. Quá trình Nitrat hóa 18
1.5.2. Quá trình khử Nitrat 20
1.6. Giới thiệu về phƣơng pháp lọc sinh học – màng (Membrane
Bioreactor) 22
1.6.1. Phƣơng pháp lọc sinh học – màng (Membrane Bioreactor) 22
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1. Đối tƣợng và mục đích nghiên cứu 25
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu 25
2.1.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu 29
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 29
2.2.1. Phƣơng pháp khảo sát hiện trƣờng 30
2.2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm 30
2.2.3. Phƣơng pháp phân tích 30
2.2.4. Phƣơng pháp thu thập và xử lý số liệu 31

Hình 1.3. Tiêu thụ cao su tự nhiên của các nƣớc, năm 2011 (Ngàn tấn)
Hình 1.4: Diện tích trồng cây cao su phân theo vùng miền (%)
Hình 1.5. Diện tích và sản lƣợng cao su cả nƣớc qua các năm
Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ xử lý hiện nƣớc thải tại Malaysia
Hình1.7 . Cấu trúc 1 hạt bùn hoạt tính chứa vùng thiếu khí và hiếu khí
Hình 2.1: Màng lọc MBR dùng cho thí nghiệm
Hình 2.2 : Hệ thống thí nghiệm MBR
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của các chế độ sục khí đến hiệu suất
xử lý COD
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử
lý N-NH
4
+
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến
sự chuyển hóa N-NO
3
-

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí đến
sự chuyển hóa N-NO
2
-
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý T-N
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng tải trọng COD đến hiệu suất xử lý COD
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng tải trọng T –N đến hiệu quả xử lý T - N.

1
MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề

khả thi cho việc xử lý lƣợng nƣớc thải chế biến mủ cao su đƣợc nhà nƣớc và
chính quyền địa phƣơng quan tâm một cách đầy đủ.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và những yêu cầu về chất lƣợng môi
trƣờng, đƣợc sự nhất trí của Ban Chủ Nhiệm Khoa Hóa Học,Trƣờng Đại Học
Sƣ Phạm Hà Nội 2, dƣới sự hƣớng dẫn của Th.s Phạm Thị Hải Thịnh, em tiến
hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su
bằng công nghệ lọc sinh học màng (Membrane bioreactor)” với mục đích
xử lý xử lý đƣợc đồng thời chất hữu cơ và nitơ trong nƣớc thải chế biến mủ
cao su sau xử lý yếm khí. Từ đó đƣa ra chế độ sục khí và khoảng tải lƣợng
phù hợp nhất cho hệ lọc sinh học màng để xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su.
Bài báo cáo tốt nghiệp của em về: “Nghiên cứu việc xử lý nước thải chế
biến mủ cao su bằng công nghệ lọc sinh học màng (Membrane bioreator)”
gồm những nội dung chủ yếu sau:
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN
CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
Nguồn: Monthly Bulletin Sep 2010, ANRPC
Hình 1.2. Thị phần sản xuất cao su tự nhiên trên thế giới (%)
Với ƣu thế là quốc gia đứng đầu về sản lƣợng sản xuất cao su, Thái Lan
liên tục là quốc gia đứng đầu về xuất khẩu cao su tự nhiên với sản lƣợng xuất
khẩu hàng năm chiếm khoảng 40 - 42% thị phần thị trƣờng xuất khẩu thế giới.
Tiếp theo là Indonesia với thị phần là 30 - 31%; Việt Nam đứng thứ 3 với
11,4%; tiếp theo là Malaysia với 11% thị phần. Nhƣ vậy, 4 nƣớc đứng đầu đã
chiếm tới 96,1% thị phần xuất khẩu cao su tự nhiên trên thế giới. Mặc dù là
Ấn độ và Trung quốc là quốc gia sản xuất nhiều cao su tự nhiên nhƣng do
mức tiêu thụ trong nƣớc lớn nên lƣợng xuất khẩu là rất ít.

5

Nguồn
:
NMCE- Natianal Multi Commodity Exchange, Natural rubber 2012-2013
Hình 1.3. Tiêu thụ cao su tự nhiên của các nƣớc, năm 2011 (Ngàn tấn)
1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cao su ở Việt Nam
Cao su tự nhiên là một trong những mặt hàng xuất khẩu chủ lực của
Việt Nam, với kim ngạch xuất khẩu liên tục đạt trên 1 tỷ USD/năm từ năm
2006 đến năm 2010, năm 2011 đặt mục tiêu xuất khẩu đạt 3 tỷ USD. Hiện
nay Việt Nam đang nằm trong top 5 các quốc gia có kim ngạch xuất khẩu
cao su tự nhiên hàng đầu thế giới cùng với Malaysia, Indonesia, Thái Lan,
Ấn Độ. Theo chiến lƣợc phát triển cây cao su do Chính phủ đề ra, đến năm
2020 diện tích cao su phải đạt 800.000 ha với sản lƣợng khai thác đạt 1.200
nghìn tấn mủ. Việt Nam hiện nay đang đứng thứ 6 về nguồn cung cấp (diện

Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, Bắc Trung Bộ, duyên hải Nam Trung Bộ. Do
chủ yếu sản phẩm của Việt Nam là sản phẩm thô chất lƣợng vẫn còn chƣa tốt
và chủng loại không phong phú nên khả năng cạnh tranh không cao đối với
các quốc gia trong khu vực nhƣ Malaysia, Indonesia hay Thái Lan, không đáp
ứng đƣợc nhu cầu của những khách hàng cao cấp.
7
Nguồn: Tổng cục thống kê
Hình 1.5. Diện tích và sản lượng cao su cả nước qua các năm
Thị trƣờng tiêu thụ cao su tự nhiên trong nƣớc khá nhỏ bé so với thị
trƣờng xuất khẩu khi chỉ chiếm khoảng chiếm 10 - 15% tổng sản lƣợng mủ
cao su sản xuất hàng năm. Do công nghệ chế biến cao su còn thấp nên chỉ có
khoảng 20% cao su tự nhiên đƣợc chế biến để xuất khẩu.
Giá cao su tăng mạnh kéo theo xuất khẩu quý I/2011 tăng 140% về giá
trị xuất khẩu. Xuất khẩu cao su tháng 3 đạt 50.000 tấn, thu về 227 triệu USD.
Luỹ kế 3 tháng đầu, kim ngạch xuất khẩu đạt 173.000 tấn, trị giá 774 triệu

mủ tinh, 35 m
3

/tấn sản phẩm sản xuất từ mủ tạp và 18 m
3

/tấn sản phẩm sản
xuất từ mủ li tâm (Tổng công ty Cao su Việt Nam, 2004).
Trong quá trình chế biến mủ cao su, nƣớc thải phát sinh chủ yếu từ các
công đoạn sản xuất sau :
* Dây chuyền chế biến mủ ly tâm:
Nƣớc thải phát sinh từ quá trình ly tâm mủ, rửa máy móc thiết bị và vệ
sinh nhà xƣởng.
* Dây chuyền chế biến mủ nƣớc:
Nƣớc thải phát sinh từ khâu đánh đông, từ quá trình cán băm, cán tạo
tờ, băm cốm. Ngoài ra nƣớc thải còn phát sinh do quá trình rửa máy móc thiết
bị và vệ sinh nhà xƣởng.
* Dây chuyền chế biến mủ tạp:
Đây là dây chuyền sản xuất tiêu hao nƣớc nhiều nhất trong các dây
chuyền chế biến mủ. Nƣớc thải phát sinh từ quá trình ngâm, rửa mủ tạp, từ

9
quá trình cán băm, cán tạo tờ, băm cốm, rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà
xƣởng, Ngoài ra nƣớc thải còn phát sinh do rửa xe chở mủ và sinh hoạt.
Trong chế biến cao su khô, nƣớc thải sinh ra ở các công đoạn khuấy
trộn, làm đông và gia công cơ học. Thải ra từ bồn khuấy trộn là nƣớc rửa bồn
và dụng cụ, nƣớc này chứa một ít mủ cao su. Nƣớc thải từ các mƣơng đông tụ
là quan trọng nhất vì nó chứa phần lớn là serum đƣợc tách ra khỏi mủ trong
quá trình đông tụ. Nƣớc thải từ công đoạn gia công cũng có bản chất tƣơng tự
nhƣng loãng hơn, đây là nƣớc rửa đƣợc phun vào các khối cao su trong quá

Đặc trƣng cơ bản của các nhà máy chế biến cao su đó là sự phát sinh
mùi. Mùi hôi thối sinh ra do men phân hủy protein trong môi trƣờng acid.
Chúng tạo thành nhiều chất khí khác nhau: NH
3
, CH
3
COOH, H
2
S, CO
2
,
CH
4
,…
Bảng 1.1. Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chế biến
mủ cao su
Thông số
Nồng độ nƣớc
thải đầu vào
Đơn vị
Yêu cầu chất lƣợng nƣớc
đầu ra (QCVN
01:2008/BTNMT, cột B)
pH
7,2
-
6 - 9
BOD
5


3
/tấn DRC nguyên liệu. Do đó đặc điểm chính
của loại nƣớc thải này là:
- Độ pH khá cao, pH = 9-11.
- Nồng độ BOD, COD, N, P rất cao.

11
* Dây chuyền chế biến mủ nƣớc:
Đặc điểm của quy trình công nghệ này là sử dụng từ mủ nƣớc vƣờn cây
có bổ sung amoniac làm chất chống đông. Sau đó, đƣa về nhà máy dùng acid
để đánh đông, do đó ngoài tính chất chung là nồng độ BOD, COD và SS rất
cao, nƣớc thải từ dây chuyền này còn có độ pH thấp và nồng độ N cao.
* Dây chuyền chế biến mủ tạp:
Mủ tạp lẫn khá nhiều đất cát và các loại chất lơ lửng khác. Do đó, trong
quá trình ngâm, rửa mủ, nƣớc thải chứa rất nhiều đất, cát, màu nƣớc thải
thƣờng có màu nâu, đỏ.
- pH = 5,0-6,0
- Nồng độ chất rắn lơ lửng rất cao
- Nồng độ BOD, COD thấp hơn nƣớc thải từ dây chuyền chế biến mủ
nƣớc.
1.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải cao su ở trong và nƣớc ngoài
1.3.1. Các công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su ở nước ngoài
Các hệ thống xử lý nƣớc thải đƣợc sử dụng rộng rãi để xử lý nƣớc thải
nhà máy cao su ở Malaysia, Indonexia.

12
Bảng 1.2. Hệ thống xử lý nước thải của các nước Đông Nam Á
Tên nhà máy
Chủng loại sơ chế
Công suất

Hồ sục khí và hồ tùy chọn
Indonexia
Membang Muda
Mủ ly tâm
12.000
Hồ sục khí và hồ tùy chọn
Gunung Para
Mủ tờ và mủ khối
25.000
Hồ kỵ khí – Hồ sục khí
Rambiman
Mủ khối & ly tâm
12.000
Hồ sục khí và hồ tùy chọn

Từ những năm cuối thập kỷ 70 và đầu 80, Malaysia đã đi đầu trong
nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ xử lý nƣớc thải vào thực tế sản xuất. Kết
quả hiện nay các công nghệ xử lý nƣớc thải do Malaysia đƣa ra đƣợc coi là
phù hợp và đƣợc áp dụng tại nhiều nhà máy sơ chế cao su nhƣ ở Malaysia,
Indonesia, Thái Lan, Công nghệ xử lý nƣớc thải đƣợc nghiên cứu và áp
dụng vào sản xuất ở Malaysia chủ yếu tập trung vào xử lý sinh học nhƣ:
1- Hệ thống hồ kị khí - hồ tùy nghi.
2- Hệ thống hồ kị khí - hồ làm thoáng
3- Hệ thống hồ làm thoáng.

13
4- Hệ thống mƣơng oxy hóa.

Nƣớc thải chế biến
mủ cao su

Xử lý cơ học

Bể cân bằng

Hồ kỵ khí

Hồ kỵ khí

Mƣơng oxy hoá

Hồ làm thoáng

Hồ tuỳ nghi

Nơi tiếp nhận

Nơi tiếp nhận

Nơi tiếp nhận

Nơi tiếp nhận

Hồ làm thoáng

Hồ hoàn thiện
giữa năm đến cuối năm do đƣợc thiết kế không đủ công xuất. Đó là:
- Tất cả bể gạn mủ không đạt hiệu quả, mủ cao su còn nhiều trong
nƣớc thải ở quá trình xử lý tiếp theo.
- Tải trọng hữu cơ khảo sát gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Thiết bị sục khí thƣờng có công suất thấp hơn nhiều so với công suất
thiết kế và không làm việc 24/24 giờ.
- Chất lƣợng nƣớc thải sau khi xử lý của hệ thống chƣa đạt tiêu chuẩn
yêu cầu kỹ thuật.
* Công nghệ chƣa phù hợp: Đặc điểm này thể hiện ở một số công nghệ
xử lý nƣớc thải đƣợc áp dụng không bao gồm công đoạn xử lý kỵ khí đối với
chất thải ô nhiễm chất hữu cơ cao còn nếu xử lý sinh học hoàn toàn bằng
phƣơng pháp hiếu khí đòi hỏi công xuất thiết bị và tiêu hao điện năng rất lớn.
1.4. Một số phƣơng pháp đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải chế biến mủ
cao su
1.4.1. Phương pháp cơ học
Trong nƣớc thải thƣờng chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng. Để
tách các chất này ra khỏi nƣớc thải thƣờng sử dụng các phƣơng pháp cơ học
nhƣ lọc qua song chắn rác hoặc lƣới chắn rác, lắng dƣới tác dụng của trọng
lực học lực li tâm và lọc. Tùy theo kích thƣớc tính chất lý hóa, nồng độ chất
lơ lửng, lƣu lƣợng nƣớc thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ
xử lý thích hợp.
1.4.1.1. Song chắn rác
Nƣớc thải dẫn vào hệ thống xử lý trƣớc hết phải qua song chắn rác. Tại
đây các thành phần có kích thƣớc lớn: lá cây, bao nilon, rác đƣợc giữ lại.

16
Nhờ đó tránh làm tắc bơm đƣờng ống, kênh dẫn. Đây là bƣớc quan trọng
nhằm đảm bảo an toàn cho cả hệ thống xử lý nƣớc thải.
Song chắn rác làm bằng kim loại, đặt ở cửa vaò kính dẫn, nghiêng một
góc 45 – 60

trong khi khoảng cách của chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm do chuyển
động Brown và do tác động của sự xáo trộn.
Những chất keo tụ thƣờng dùng là các muối sắt và muối nhôm nhƣ:
FeCl
2
, NaAlO
2
, Fe
2
(SO
4
)
3

Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông ngƣời ta thƣờng sử dụng
các chất trợ keo tụ.
1.4.3. Phương pháp sinh học
Phƣơng pháp sinh học đƣợc ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa
tanbcos trong nƣớc thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy
các chất hữu cơ ô nhiễm.
1.4.3.1. Phương pháp xử lý yếm khí
Quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ là quá trình phức tạp, tạo
ra nhiều sản phẩm và trải qua nhiều phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phƣơng
trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kị khí có thể biểu diễn đơn giản nhƣ
sau:
Chất hữu cơ CH

4
+ CO


nhƣ vậy chỉ đơn thuần là chuyển Nitơ từ dạng này sang dạng khác trong nƣớc
thải. Quá trình này chỉ kiểm soát nồng độ amoni.
Đây là quá trình tự dƣỡng hiếu khí và cần năng lƣợng cho quá trình
sinh trƣởng vi khuẩn mà nhận từ quá trình oxy hóa hợp chất vô cơ (amoni ban
đầu), sử dụng cacbon vô cơ thay cho carbon hữu cơ để tổng hợp tế bào.
Quá trình oxy hóa NH
4
+
thành nitrat xảy ra theo 2 bậc:

NH
4
+
+ 1,5 O
2
 NO
2
-
+ 2H
+
+ H
2
O
NO
2
-
+ 0,5 O
2
 NO
3

O  C
5
H
7
O
2
N (tế bào VK) + 5 O
2
Công thức tổng hợp mô tả sự oxy hóa và tổng hợp tế bào:
1,02NH
4
+
+ 1,89O
2
+ 2,02 HCO
3
-


0,021C
5
H
7
NO
2
+ 1,06 H
2
O + 1,92 H
2
CO