1
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
Ngành chế biến mủ cao su là một trong những ngành công nghiệp quan trọng của
phía Nam đã góp phần vào việc thúc đẩy nền kinh tế Việt Nam bước vào thời kỳ hội
nhập kinh tế quốc tế - WTO.
Bình Dương là một trong những tỉnh đi đầu về công nghiệp, chiếm sản lượng lớn
về trồng, khai thác và chế biến mủ cao su, điển hình là huyện Phú Giáo.
Tuy nhiên, song song với sự phát triển nhanh chống về kinh tế thì chất lượng môi
trường do ngành công nghiệp gây ra cũng là một vấn đề đáng lo ngại. Nước thải từ các
nhà máy chế biến mủ cao su chưa được xử lý triệt để là một trong những nguyên nhân
làm cho tình hình ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng.
Để ngành công nghiệp này tiếp tục phát triển một cách bền vững thì các biện pháp
bảo vệ môi trường phải được quan tâm và thực hiện đúng mức. Một trong những biện
pháp này là kết hợp giữa công tác quản lý môi trường và kỹ thuật xử lý nước thải để
giảm bớt lượng chất ô nhiễm thải bỏ vào môi trường.
Chính vì vậy, việc tìm ra các phương án giải quyết tối ưu cho vấn đề nước thải là
nhu cầu cấp thiết hiện nay. Đó cũng là lý do tôi chọn đề tài:
“Đánh giá hiện trạng xử lý nước thải của một số nhà máy chế biến mủ cao su
trên địa bàn huyện Phú Giáo tỉnh Bình Dương và đề xuất các biện pháp cải thiện”.
2. Mục tiêu của đề tài
Đánh giá hiện trạng xử lý nước thải từ các nhà máy chế biến mủ cao su trên địa bàn
huyện Phú Giáo.
Đề xuất các biện pháp tổng hợp trong quản lý môi trường và xử lý nước thải nhằm
cải thiện chất lượng nước thải từ các nhà máy chế biến mủ cao su trên địa bàn huyện
Phú Giáo.
3. Nội dung nghiên cứu
- Thu thập, tổng hợp các tài liệu tổng quan về ngành cao su và nước thải chế biến
3
xác. Phương pháp này giúp nhận biết một cách thực tế sinh động về tình hình hoạt
động thực tiễn.
- Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu:
Lấy mẫu nước thải đầu vào và đầu ra để phân tích các chỉ tiêu: pH, BOD
5
, COD,
SS, N, P, coliform để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải và đánh giá công nghệ xử
lý nước thải hiện hữu tại các nhà máy.
- Phương pháp so sánh:
Đối chiếu các kết quả phân tích mẫu nước thải với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
nước thải công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên (QCVN 01:2008/BTNMT).
- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu:
Thống kê kết quả phân tích mẫu nước thải sau xử lý trong ba năm gần nhất (2011,
2012, 2013) của các nhà máy từ kết quả thanh kiểm tra của Chi cục bảo vệ môi trường
tỉnh Bình Dương nhằm theo dõi diễn biến và đánh giá mang tính trung thực hơn.
Thống kê kết quả phân tích mẫu nước mặt từ phòng Tài nguyên nước và Khoáng
sản tỉnh Bình Dương từ đó đánh giá tác động của nước thải sau xử lý đến môi trường.
- Phương pháp chuyên gia:
Dựa vào hiểu biết của bản thân, tham khảo các ý kiến của các cơ quan lãnh đạo
xung quanh khu vực các nhà máy, giảng viên hướng dẫn từ đó đề xuất các biện pháp
tổng hợp trong công tác quản lý môi trường và kỹ thuật xử lý nước thải nhằm cải thiện
chất lượng nước thải trước khi xả ra môi trường.
5. Ý nghĩa của đề tài
- Ý nghĩa khoa học:
Tác động của nước thải chế biến mủ cao su đến môi trường là rất lớn. Đây cũng là
mối quan tâm của toàn thế giới trong bối cảnh môi trường đang bị ảnh hưởng nặng nề.
Vì vậy, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở khoa học cho các nghiên cứu về sau
trong công tác quản lý và xử lý nước thải chế biến mủ cao su.
5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về ngành cao su
1.1.1. Lịch sử phát triển cây cao su ở nƣớc ta
Cây cao su được đêm trồng thử nghiệm tại nước ta từ năm 1897, do người Pháp tên
là Edouard Raoul đem hột giống cao su từ Indonesia về trồng tại vùng Ông Yệm thuộc
địa phận Bến Cát, Bình Dương và tại Suối Dầu, Nha Trang. Sau đó, Belland lại đem
hột giống từ các nước Trung Mỹ về ươm thử tại Thảo Cầm Viên Sài Gòn.
Đến năm 1907, một vườn cao su với quy mô rộng lớn mới được hình thành tại
vùng ngoại ô Sài Gòn với diện tích 45 mẫu tây và đây được coi là vườn cao su đầu tiên
lớn nhất nước ta.
Năm 1912, tại Lộc Ninh cũng lập đồn điền cao su sau khi đốt bỏ hàng ngàn mẫu
rừng chồi, rừng tre hoang hóa.
Năm 1922, đồn điền cao su Xuân Lập ra đời. Và kế tiếp là nhiều đồn điền cao su
khác tại Biên Hòa, Thủ Dầu Một, Tây Ninh và tất cả đều do người Pháp làm chủ.
Năm 1928, nước ta đã có 77 ngàn ha cao su và tính đến năm 1934, tổng diện tích
trồng cao su nước ta lên đến 130 ngàn ha.
Trước năm 1975, cây cao su được trồng ở Quảng Bình, Quảng Trị, Nghệ An, Phú
Thọ, Thanh Hóa bằng nguồn giống từ Trung Quốc.
Sau năm 1975, cây cao su được tiếp tục phát triển chủ yếu ở Đông Nam Bộ. Từ
năm 1977 Tây Nguyên bắt đầu chương trình trồng mới cao su.
Đến nay, theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tính đến cuối
năm 2012, tổng diện tích quy hoạch để trồng cao su là 910.500 ha và cũng là cây công
nghiệp có diện tích lớn nhất cả nước. [2], [15]
1.1.2. Đặc điểm tự nhiên của cây cao su
1.1.2.1. Đặc điểm sinh trưởng của cây cao su
Cây cao su thích nghi với khí hậu nóng ẩm hơn là vùng có khí hậu mát lạnh. Cao
- Tác hại của gió:
Cây cao su có tuy có thân to, cao nhưng lại giòn nên dễ gãy. Trồng vào vùng có gió
thổi quanh năm suốt tháng rất tốt nhưng phải là gió nhẹ, gió phải dưới 3m/giây.
Những vùng có gió lớn, bão tố không thể trồng cao su được. Vì vậy, những vùng có
gió lớn thổi qua, ta nên trồng vành đai rừng chắn gió để cản bớt sức gió thổi vào lô cao
su.
Đai rừng chắn gió cho lô cao su phải trồng vạt dày năm bảy hàng cây có chiều cao 7
từ mười, mười lăm mét ngay hướng gió và cách hàng cao su sát đai với khoảng cách
sáu bảy thước để tránh ăn phân bón của cao su. [2]
1.1.2.2. Đặc tính của mủ cao su - latex
Latex là mủ cao su ở trạng thái phân tán nằm lơ lửng trong dung dịch chứa nhiều
chất vô cơ và hữu cơ. [9]
- Thành phần latex:
Ngoài hydrocarbon cao su ra, latex còn chứa nhiều chất cấu tạo bao giờ cũng có
trong mọi tế bào sống. Đó là protein, acid béo, dẫn xuất của acid béo, sterol, glucid,
heterosid, enzim, muối khoáng.
Hàm lượng những chất cấu tạo nên latex thay đổi tùy theo các điều kiện về khí hậu,
hoạt tính sinh lý và hiện trạng sống của cây cao su. Các phân tích latex từ nhiều loại
cây cao su khác nhau chỉ đưa ra những con số phỏng chừng về thành phần latex:
Bảng 1.1. Thành phần mủ cao su - latex
Thành phần
Tỉ lệ
Cao su
30 – 40%
Nước
52 – 70%
Protein
0,9 – 1,1
4 – 7
Mg (mg MgO/g cao su)
0,5 – 0,7
4 – 12
P (mg P
2
O
5
/g cao su)
2 – 4,2
16 – 28
Đạm
0,4 – 0,5
1,2 – 2
Trích ly với aceton
2,3 – 2,9
4,3 – 7
Chỉ số acid trích ly từ aceton
180 – 250
500 – 850
Trích ly nước
1 – 2
10 – 20
(Nguồn: Nguyễn Hữu Trí, Khoa học kỹ thuật công nghệ cao su thiên nhiên, 2004)
Phần vàng thì không bền lắm, khi phơi ngoài không khí, nó tự nhuộm màu nhanh
chống, sự nhuộm màu này là nhờ vào hoạt tính của các enzyme oxy hóa, các enzyme
này trong phần vàng tích cực hơn trong phần trắng.
Tính không bền của phần vàng giúp latex tươi chịu sự đông đặc hóa từng phần và
như thế trong một thời gian đầu, thải trừ được đa số phần lutoides, kết quả là thải trừ
phân tử khối thấp (nhỏ hơn 25.10
4
) của cây cao su tương đối mềm thì lớn hơn lượng
hydrocarbon có phân tử khối thấp của cao su cứng hơn.
- Đạm:
Chủ yếu đó là protein hay những chất dẫn xuất từ quá trình dehydrate hóa enzyme.
Một latex tươi có hàm lượng cao su khô là 40% thì đạm vào khoảng 2%, trong đó
protein chiếm từ 1-1,5%. Tỉ lệ này thay đổi theo thành phần bách phân của cao su trong
latex.
Protein bình thường bám vào các hạt tử cao su, toàn bộ giúp cho việc ổn định thể
giao trạng, một phần bởi đặc tính điện tích của chúng nhờ các nhóm -COOH và nhóm
-NH
2
tự do và một phần bởi tính hydrophilie của chúng.
Hàm protein trung bình của letex có thể thay đổi lớn theo nhiều yếu tố như tuổi của
cây cao su, mùa hay sự chuyển đổi trạng thái sinh lý của cây thiếu nguồn dinh dưỡng
hay do cây bị cao mủ với cường độ mạnh.
- Lipid:
Trong latex, lipid và dẫn xuất của chúng chiếm khoảng 2%, ta có thể trích ly bằng
rượu hay acetone. Latex và dẫn xuất của chúng chứa ở latex dưới ba hình thức khác 10
nhau:
+ Chủ yếu chúng cấu tạo nên các phần tử Frey - Wyssling.
+ Chúng tham gia vào thành phần mặt trong của các phần tử cao su.
+ Những phần có phân tử khối nhỏ hơn như các acid béo bay hơi hay muối của
chúng đều tan hoàn toàn trong serum.
Các hợp chất lipid và dẫn xuất của chúng là một yếu tố ảnh hưởng đến tính chất
của latex. Những chất này là những chất hoạt động bề mặt và chúng tham gia vào tính
Hàm lượng phosphorus có thể tăng lên bởi tác dụng của phân lân.
+ Calcium (Ca):
Trong latex, calcium chỉ hiện diện với nồng độ thấp, chiếm khoảng 1% tổng số các
khoáng tố được xác định. Một lít latex trung bình chứa khoảng 30mg Ca.
+ Đồng (Cu):
Do chức năng sinh lý của nó, đồng là nguyên tố quan trọng nhất của latex. Một lít
latex trung bình chứa khoảng 1,7mg Cu. Nó liên kết trực tiếp với pha serum.
Chức năng ái oxygen của đồng là ảnh hưởng nhiều tới sự lão hóa của cao su hay
latex đã ly tâm.
+ Sắt (Fe):
Tỉ lệ sắt trong latex thường không nhất định, nhưng trong mọi trường hợp nó
không bao giờ có quá 1mg trong mỗi lít latex.
+ Mangan (Mn):
Cũng như đồng, mangan cũng có ái lực với oxygen mạnh gây nên lão hóa cho cao
su. Lượng mangan không bao giờ có quá 0,1mg cho mỗi gam chất trích khô.
+ Rubidium (Rb):
Trong một lít latex chứa khoảng 70mg. Hiện người ta chưa biết rõ nguyên tố này
có chức năng gì về sinh lý của cây. [9]
12
- Tính chất latex:
Lý tính:
- Tỉ trọng:
Tỉ trọng của latex được ước định là 0,97. Đó là kết quả từ tỉ trọng cao su là 0,92 và
của serum là 1,02. Sở dĩ serum có tỉ trọng hơi cao hơn nước là do nó có những chất hòa
tan.
- Độ nhớt:
- Vi khuẩn:
Trong latex, người ta tìm thấy rất nhiều loại vi khuẩn (ít nhất là 27 loại), có loại tác
dụng vào glucid, loại thì tác dụng gây hư thối protein.
Trong môi trường yếm khí, loại vi khuẩn tác dụng vào glucid sẽ gây lên men thành
acid acetic, acid lactic, acid butyric và carbonic gây đông đặc latex. Trong môi trường
hiếu khí, các vi khuẩn tác dụng vào protein (vi khuẩn proteolytic) hoạt động và tạo ra
một chất phân tiết màu vàng trên mặt latex. [9]
Tính chất thể giao trạng:
- Pha phân tán: serum
Serum của latex có thể tách khỏi cao su hoàn toàn qua máy siêu ly tâm hoặc qua
phép lượt cực mịn. Trong serum, hàm lượng thể khô chiếm từ 8 - 10%. Serum của latex
là một dị chất, nhưng nó ứng với độ phân tán mạnh nhiều hơn độ phân tán của các hạt
tử cao su.
- Pha bị phân tán: hạt tử cao su
Các hạt tử cao su có đường kính nhỏ hơn 0,5μm và có chuyển động brown, đó là
đặc tính của trạng thái lơ lửng thể giao trạng. Các hạt tử cao su được bao bọc bởi một
lớp protein, chúng có tính hút nước mạnh giúp cho các hạt tử cao su được bao bọc
xung quanh một vỏ phân tử nước chống lại sự va chạm giữa các hạt tử cao su, đây cũng
là một yếu tố ổn định của latex.
- Sự đông đặc:
+ Đông đặc tự nhiên:
Latex tươi nếu để ngoài trời sẽ tự nhiên đông đặc lại. Người ta thừa nhận hiện
tượng này là do các enzyme hay vi khuẩn biến đổi hóa học gây ra. Nếu đo pH latex
tươi, ta sẽ thấy pH sẽ giảm xuống cho đến khi latex đông đặc. 14
+ Đông đặc bằng acid:
Đông đặc hóa latex bằng acid là một tác dụng chủ yếu biểu hiện qua điện tích bằng
cách hạ pH xuống tới một trị số sao cho tính ổn định của thể phân tán không còn nữa.
+ Đông đặc bởi nhiệt:
Latex có thể đông đặc nhờ làm lạnh. Khi làm lạnh latex tới -15
o
C và đưa trở về
nhiệt độ bình thường thì nó sẽ đông đặc lại. Thực tế phương pháp này hầu như không
được sử dụng bởi vì việc làm lạnh phải mất 15 ngày thì sự đông đặc latex mới xảy ra.
- Sự bảo quản:
Để bảo quản latex không bị đông đặc trước khi vận chuyển về nhà máy, ta cần cho
vào latex các hợp chất kiềm để nâng pH của nó lên, tránh xa điểm đẳng điện của latex.
Chất được sử dụng thường nhất cho việc bảo quản ngắn hạn này là amoniac, kế đến là
sulfite sodium. [9]
1.1.3. Phƣơng pháp trồng trọt, chăm sóc, thu hoạch mủ cao su
- Đất trồng cao su:
Cây cao su thích hợp với đất đỏ badan, kế đến là đất xám. Đất miền Đông Nam Bộ
và vùng Tây Nguyên có tầng đất mặt khá sâu nên trồng cao su vừa sinh trưởng mạnh
vừa cho năng suất cao. Do cây cao su không chịu được khí hậu gió lạnh nên nếu đem
trồng cao su ở vùng đất quá cao so với mặt nước biển từ 500m trở lên thì kết quả sẽ xấu
đi.
- Giống cao su:
Hiện nay, có nhiều giống được chuộng trồng, trong đó có:
RRIM 600: Cây có thân thẳng, tròn, có chân voi, vỏ dày, dễ cạo và sinh trưởng tốt.
Giống này có xuất xứ từ Malaysia.
PB 235: Thường được gọi tắt là giống 235, có thân thẳng, tròn, vỏ dày trung bình,
dễ cạo, sinh trưởng tốt, khai thác sớm. Giống này có xuất xứ từ Malaysia.
GTL: Cây có thân tròn và thẳng, có chân voi, vỏ dày, sinh trưởng tốt, dễ cạo.
Giống này có xuất xứ tại Indonesia. 16
- Kỹ thuật trồng cao su:
- Mủ chén: Là lượng mủ tiếp tục chảy vào chén sau khi đã trút mủ latex.
- Mủ dây: Là mủ đóng thành sợi, đóng trên miệng cạo từ ngày hôm trước.
- Mủ đất: Là mủ chảy rơi rớt ra ngoài và đông đặc ở dưới đất. [2]
1.2. Tổng quan các công nghệ chế biến mủ cao su
1.2.1. Công nghệ chế biến cao su tờ Hình 1.1. Quy trình chế biến cao su tờ
(Nguồn: Bộ môn chế biến, Nghiên cứu xử lý nước thải nhà máy sơ chế cao su, Đề
tài nghiên cứu khoa học, Viện nghiên cứu cao su Việt Nam, 2001)
- Tiếp nhận mủ nước:
Để giữ cho mủ nước không đông tụ trước khi chế biến người ta cho thêm hóa chất
chống đông là amôni (NH
3
) vào. Amôni được dùng dưới dạng dung dịch khoảng 20%,
nồng độ amôni tùy thuộc vào loại mủ, mùa khai thác, thời gian cần bảo quản và quy
trình chế biến.
Mủ nước từ vườn cây được đưa về nhà máy, sau đó cho mủ qua rây lọc để lọc rác,
lá cây, vỏ cây. Sau khi lọc xong đưa mủ vào hồ, lấy mẫu xác định hàm lượng cao su
Mủ nước
Pha loãng
- Ép bành và đóng gói:
Mủ sau khi đã sấy xong được phân loại từ RSS1 - RSS4, sau đó đóng thành bành
33,33kg cho vào bao PE hàn kín lại, nhập kho và bảo quản ở nhiệt độ khoảng 36
o
C.
[11]
19
1.2.2. Công nghệ chế biến cao su khối
1.2.2.1. Quy trình chế biến cao su khối từ mủ nước Hình 1.2. Quy trình chế biến cao su khối từ mủ nước
(Nguồn: Bộ môn chế biến, Nghiên cứu xử lý nước thải nhà máy sơ chế cao su, Đề
tài nghiên cứu khoa học, Viện nghiên cứu cao su Việt Nam, 2001)
- Tiếp nhận mủ nước và pha loãng:
Hình 1.3. Quy trình chế biến cao su khối từ mủ tạp
(Nguồn: Bộ môn chế biến, Nghiên cứu xử lý nước thải nhà máy sơ chế cao su, Đề
tài nghiên cứu khoa học, Viện nghiên cứu cao su Việt Nam, 2001)
- Tiếp nhận mủ tạp và ngâm rửa:
Mủ tạp từ vườn cây đưa về được phân loại sau đó cho vào hồ ngâm rửa để loại bỏ
các tạp chất. Thời gian ngâm mủ tạp tối thiểu là 5 ngày.
- Gia công cơ học:
+ Băm thô:
Mủ tạp từ hồ ngâm rửa được đưa vào máy băm thô để băm thành miếng nhỏ và loại
bỏ bớt chất bẩn.
Gia công cơ học
Ngâm rửa
Mủ tạp
Gia công nhiệt
Ép bành, đóng gói 21
+ Cán tạo tờ:
Sau khi băm thô, mủ được đưa qua máy cán crepe để cán 4 lần để làm đồng đều tờ
mủ theo các chiều.
+ Băm tinh:
Xử lý mủ ngoài
vườn cây
Xử lý và bảo quản
mủ sau khi ly tâm 22
- Xử lý mủ ngoài vườn cây:
Mủ nước dùng để sản xuất mủ ly tâm phải được xử lý amôni ngay ngoài vườn cây.
Amôni được dùng ở dạng dung dịch và không nhỏ hơn 10%. Mủ được lọc qua lưới để
loại bỏ tạp chất trước khi cho vào bồn các xe chở mủ.
- Tiếp nhận mủ tại nhà máy:
Bồn chứa mủ tại nhà máy càng lớn thì càng đảm bảo tính đồng đều và chất lượng
của mủ ly tâm. Trên bồn chứa mủ được trang bị máy khuấy đảo với vận tốc khoảng 20
vòng/phút để làm đồng đều mủ và hàm lượng amôni.
Sau khi đã khuấy đảo mủ, tiến hành đo các chỉ tiêu hóa lý như: NH
3
, DRC. Sau đó
thêm cho đủ amôni đến 0,3% tính theo trọng lượng mủ.
- Quá trình ly tâm:
Quá trình ly tâm sẽ tách nước, amôni cùng một số chất khác ra khỏi hỗn hợp latex
để có hàm lượng cao su khô khoảng 60%. Ở phần trên của máy ly tâm có hai dòng
chảy: Một là mủ cô có hàm lượng cao su khô khoảng 60% và một dòng khác là serum
chứa 6 - 7% cao su khô còn gọi là mủ skim.
- Xử lý và bảo quản mủ sau khi ly tâm:
Mủ sau khi ly tâm còn gọi là mủ cream có hàm lượng amôni rất thấp nhỏ hơn 0,1%.
Với hàm lượng amôni trên không thể diệt khuẩn xâm nhập vào mủ ly tâm, do đó ta
thêm gas amôni vào đến khi hàm lượng amôni trong mủ ly tâm đạt khoảng 7 - 7,5%.
Mủ skim được đưa qua tháp khử NH
3
24
1.3.2. Thành phần nƣớc thải chế biến mủ cao su
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của nước thải chế biến mủ cao su
Chỉ tiêu
(mg/l)
Chủng loại sản phẩm
Cao su khối từ
mủ nƣớc
Cao su khối từ
mủ tạp
Cao su tờ
Mủ ly tâm
N hữu cơ
38
48
Al
-
-
-
-
SO
4
2-
22,1
10,3
24,2
35
Ca
2,7
4,1
4,7
7,1
Cu
-
-
-
3,2
Fe
2,3
2,3
2,6
3,6
25
1.3.3. Khả năng gây ô nhiễm của nƣớc thải chế biến mủ cao su
Bảng 1.4. Đặc tính ô nhiễm của nước thải chế biến mủ cao su
Chỉ tiêu
(mg/l)
Chủng loại sản phẩm
Cao su khối từ
mủ nƣớc
Cao su khối từ
mủ tạp
Cao su tờ
Mủ ly tâm
COD
3540
2720
4350
6212
BOD
2020
1594
2514
4010
Tổng N
95
48
150
565
N-NH
3
ô nhiễm mà nó chứa thuộc 2 lọai: Chất ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dưỡng. [1]
Copyright: Tài liệu đại học ©