BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------

LẠI NGUYỄN HỒNG QUẾ

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC
THẢI NHIỄM DẦU BẰNG QUÁ TRÌNH TUYỂN
NỔI VÀ BÙN HOẠT TÍNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã ngành: 6520320

TP. HCM, tháng 6/2017


i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------

LẠI NGUYỄN HỒNG QUẾ

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC
THẢI NHIỄM DẦU BẰNG QUÁ TRÌNH TUYỂN
NỔI VÀ BÙN HOẠT TÍNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã ngành: 6520320



TS. Nguyễn Quốc Bình

Phản biện 2

4

PGS.TS. Trịnh Xuân Ngọ

Ủy viên

5

TS. Nguyễn Thị Phương

Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn khi Luận văn đã được sửa chữa.

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


iii
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc



iv

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả trong luận văn là trung thực.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn và tất cả các thông tin, số liệu, tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được chỉ
rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện

Lại Nguyễn Hồng Quế


v

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, tập thể lãnh đạo, cán bộ của Viện Sau
Đại học trường Đại học Công Nghệ TP.HCM về sự giúp đỡ trong quá trình học tập
tại trường.
Trong quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm xử lý nước thải
nhiễm dầu bằng quá trình tuyển nổi và bùn hoạt tính”, tôi đã được nhận nhiều
sự giúp đỡ, hướng dẫn cũng như chỉ bảo để hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn đến thầy PGS.TS. Huỳnh Phú; thầy trực tiếp hướng dẫn tôi
trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Thầy đã trao cho tôi nhiều kiến thức để
hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.
Chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân đã động viên, khích lệ, tạo điều
kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Quá trình bùn hoạt tính được phát hiện vào năm 1913 tại Vương quốc Anh bởi
hai kỹ sư Edward Ardern và WT Lockett. Tính chất nổi bật của bùn hoạt tính là màu
vàng nâu của bông bùn, lắng nhanh và có các vi sinh cư trú gồm động vật nguyên
sinh, ấu trùng, vi khuẩn và một số không nhiều nấm mốc. Quá trình này liên quan
đến không khí hoặc oxy được đưa vào một hỗn hợp kiểm tra và nước thải được xử


vii
lý sơ cấp hoặc nước thải công nghiệp kết hợp với các vi sinh vật để phát triển chất
rắn hình thành trong đường ống làm giảm hàm lượng các chất hữu cơ của nước thải.
Vi khuẩn tăng sinh khối theo 4 giai đoạn:
- Giai đoạn tiềm tàng (pha lag): tăng sinh khối không tăng số lượng.
- Giai đoạn tăng sinh khối theo hàm số mũ (pha log): thu nhận, đồng hóa thức
ăn và phân chia tế bào đạt đến giá trị tối đa.
- Giai đoạn tăng trưởng chậm (pha ổn định): số lượng vi sinh vật sinh ra đúng
bằng số lượng chết đi.
- Giai đoạn chết (pha chết): số lượng vi sinh vật chết nhiều hơn số lượng sinh
ra.
Nước thải nhiễm dầu là một loại nước thải đặc biệt, có tính độc hại cao. Qua
quá trình tiến hành thí nghiệm cho thấy sau khi tách dầu có thể xử lý bằng công
nghệ bùn hoạt tính và cho hiệu quả cao đến 86.08% ứng với thời gian là 6 giờ và tải
trọng là 1.2 kgCOD/ngày. Công nghệ tách dầu hiện nay đang được áp dụng là bể
tách dầu sử dụng hóa chất và thiết bị tốn kém. Do đó ta cần có thêm những nghiên
cứu về xử lý nước nhiễm dầu bằng phương pháp sinh học với những chủng vi sinh
vật khác nhau để lựa chọn vi sinh vật tốt nhất, tiết kiệm chi phí nhằm đảm bảo chất
lượng nước thải theo QCVN, góp phần bảo vệ môi trường.


viii


primary wastewater or an industrial wastewater that is combined with
microorganisms to develop solids formed in the pipeline which reduces the
wastewater's organic content. Bacterias increase their biomass in 4 stages:
- Potential stage (lag phase): Increasing their biomass, not increasing their
quantity.
- Exponential growth phase (log phase): acquisition, feed assimilation and cell
division reach the maximum value.
- Slow growth stage (stationary phase): the number of living micro - organisms
that is produced is equal to the number of dead micro - organisms.
- Dead stage (dead phase): the number of dead micro - organisms is higher than
the number of birth micro - organisms.
Oil-contaminated wastewater is a special, highly toxic wastewater. During the
experiment, it was found that after separation the oil, we could be treated with
activated sludge technology and it gave high efficiency up to 86.08% for a period of
6 hours and a load of 1.2 kgCOD / day. Current oil seperation technologies are
being used for oil seperation tanks that are using chemicals and expensive
equipments. Therefore, we need more researches on the treatment of oil –
contanminated wastewater by biological methods with many different species of
micro – organisms to choose the best one which saves the cost, ensures the quality
of wastewater according to QCVN and protects our environment.


x

MỤC LỤC
Trang
TÓM TẮT ............................................................................................................vi
ABSTRACT ...................................................................................................... viii
MỤC LỤC ............................................................................................................. x
Trang ..................................................................................................................... x

1.1.2. Các nguồn nước thải nhiễm dầu .................................................. 14
1.1.3. Những tác động của ô nhiễm dầu đến môi trường ..................... 17
1.2. Các phương pháp xử lý nước thải nhiễm dầu ..................................... 25
1.3. Một số công trình xử lý nước thải nhiễm dầu ....................................... 39
CHƯƠNG 2: NGUYÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM
DẦU BẰNG QUÁ TRÌNH TUYỂN NỔI VÀ BÙN HOẠT TÍNH ................. 47
2.1. Cơ sở lý thuyết ..................................................................................... 47
2.1.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình tuyển nổi ..................................... 47
2.1.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình bùn hoạt tính ............................... 58
2.2. Phương tiện thực nghiệm .................................................................... 63
2.2.1. Địa điểm thí nghiệm ................................................................... 63
2.2.2 Thiết bị và dụng cụ ....................................................................... 63
2.2.3 Hóa chất sử dụng .......................................................................... 64
2.3. Phương pháp thực nghiệm .................................................................. 64


xii
2.3.1. Mô hình thực nghiệm ................................................................. 64
2.3.2. Các thông số tính toán ................................................................ 65
2.3.3. Tiến trình thực nghiệm ............................................................... 65
2.4. Phương pháp phân tích mẫu ............................................................... 66
2.4.1. Phương pháp phân tích pH ......................................................... 66
2.4.2. Phương pháp phân tích SS ......................................................... 66
2.4.3. Phương pháp phân tích BOD5 ................................................... 66
2.4.4. Phương pháp phân tích COD ..................................................... 66
2.4.5. Phương pháp phân tích dầu khoáng ........................................... 66
2.5. Vận hành mô hình thực nghiệm ......................................................... 66
2.5.1. Mô hình cơ học........................................................................... 67
2.5.2. Mô hình sinh học ........................................................................ 67
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................... 73

thể tích nước thải

API

American Petroleum Institute - Bể lắng trọng lực API.

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa - Biochemical oxygen demand

COD

Nhu cầu oxy hóa học - Chemical oxygen demand

C

Nồng độ của chất ô nhiễm trong nước thải qua xử lý, kg/m3

CFS

Cross Flow Separator - Thiết bị tách chéo dòng

CNH-HĐH

Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa

CPI

Thiết bị tách dầu dạng tấm gợn sóng - Corrugated Plate nterception


Hydrocarbon

k

Tốc độ khoáng hóa tối đa chất ô nhiễm của một đơn vị sinh khối

kd

Hệ số tự phân hủy – hệ số phân hủy nội sinh

Ks

Hằng số bán tốc độ - Half velocity constant

KCN

Khu công nghiệp

KHCN

Khoa học công nghệ


2
L

Chiều dài đường đi bọt khí, m

MLSS



rg

Tốc độ phát triển thực của vi khuẩn

S

Diện tích bề mặt của bể tuyển nổi

SSt

Lượng các chất lơ lửng trong một đơn vị thể tích, kg/m3

SS

Số lượng các chất lơ lửng trong mỗi đơn vị thể tích ban đầu (mg/l) –
Suspended solids

SVI

Chỉ số lắng của bùn – Sludge Volume Index

TOC

Cacbon hữu cơ tổng cộng – Total organic carbon

TSS hay SS

Chất rắn lơ lửng - Total Suspended Solids hay Suspended Solids


VSV

Vi sinh vật

X

Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể phản ứng

Xe

Hàm lượng bùn hoạt tính trong nước thải ra

Xo

Hàm lượng bùn hoạt tính của nước thải vào

Xw

Hàm lượng bùn hoạt tính trong nước thải thải bùn

Xmax

Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể phản ứng khi thời gian lưu bùn
tăng vô hạn:

Y

Y (S−So)
t.kd



21

Bảng 1.5

Nồng độ độc hại của một số chất

23

Bảng 3.1

Kết quả phân tích mẫu nước đầu vào mô hình

73

Bảng 3.2

Kết quả thí nghiệm 1 vớt dầu bình thường và tuyển nổi

73

Bảng 3.3

Kết quả thí nghiệm 2 vớt dầu bình thường và tuyển nổi

74

Bảng 3.4

Kết quả thí nghiệm 3 vớt dầu bằng ống quay và tuyển nổi


80

Bảng 3.10

Kết quả phân tích mẫu nước thải sau xử lý tuyển nổi

81

Bảng 3.11

Kết quả chạy mô hình bùn hoạt tính giai đoạn thích nghi

82

Bảng 3.12

Kết quả chạy mô hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với
thời gian lưu nước 24h

84


5
Bảng 3.13

Kết quả chạy mô hình bùn hoạt tính trong giai đoạn tĩnh với
thời gian lưu nước 12h

Bảng 3.14


Kết quả chạy mô hình bùn hoạt tính trong giai đoạn động với
thời gian lưu nước 12h

Bảng 3.21

Kết quả chạy mô hình bùn hoạt tính trong giai đoạn động với
thời gian lưu nước 6h

Bảng 3.22

Kết quả chạy mô hình bùn hoạt tính trong giai đoạn động với
thời gian lưu nước 4h

Bảng 3.23

Kết quả chạy mô hình bùn hoạt tính trong giai đoạn động với
thời gian lưu nước 2h

85

86

87

89

90

91

6
Bảng 3.27

Tổng hợp kết quả phân tích mẫu nước thải sau hai quá trình xử
lý tuyển nổi và sinh học

105


7

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1

Sản xuất và xuất khẩu dầu thô của Việt Nam

11

Hình 1.2

Mức tiêu thụ dầu của Việt Nam tăng nhanh nhất trong khu vực

11

Hình 1.3

Sơ đồ chưng cất, chế hóa và ứng dụng của dầu mỏ

14


Hình 1.9

Vải lọc dầu SOS - 01

25

Hình 1.10

Sự hoạt động của chất phân tán

26

Hình 1.11

Sản phẩm Enretech cellusorb

27

Hình 1.12

Sử dụng Enretech cellusorb để hấp thụ dầu

28

Hình 1.13

Cơ chế xử lý dầu của VSV

29


Hình 1.19

Sơ đồ xử lý nước thải có tuyển nổi phân nhánh nước rửa thiết bị
lọc

Hình 1.20

Sơ đồ xử lý nước thải của nhà máy lọc dầu MOBIL - OIL có
tuần hoàn lại nước đã xử lý. Lưu lượng 400m3/h

Hình 1.21

Xử lý nước dầu mỏ

Hình 1.22

Sơ đồ quy trình xử lý nước thải nhiễm dầu từ các kho xăng dầu
ở TP.HCM

40

41
42
43

Hình 2.1

Bể tuyển nổi


Các giai đoạn tăng sinh khối của tế bào vi khuẩn theo thang log

60

Hình 2.7

Bể sinh học bùn hoạt tính

65

Hình 2.8

Mô hình hệ thống xử lý

67

Hình 2.9

Bùn hoạt tính

67

Hình 3.1

Biểu đồ biểu diễn nồng độ COD, SS, BOD của thí nghiệm 1

74

Hình 3.2


và tuyển nổi

Hình 3.8

Biểu đồ tổng hợp kết quả xử lý BOD bằng phương pháp ống
quay và tuyển nổi

Hình 3.9

Biểu đồ biểu diễn kết quả phân tích mẫu nước thải sau xử lý
tuyển nổi

Hình 3.10

Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mô hình bùn hoạt
tính trong giai đoạn thích nghi

79

80

81

82

83

Hình 3.11

Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mô hình

9
Hình 3.16

Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo thời gian lưu nước
tăng dần của mô hình bùn hoạt tính

Hình 3.17

Biểu đồ biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo tải trọng tĩnh tăng
dần của mô hình bùn hoạt tính

Hình 3.18

Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mô hình bùn hoạt
tính trong giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 24h

Hình 3.19

Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mô hình bùn hoạt
tính trong giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 12h

Hình 3.20

Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mô hình bùn hoạt
tính trong giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 6h

Hình 3.21

Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD của mô hình bùn hoạt
tính trong giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 4h

93

94

95

96

98

99

99

100

101

Hình 3.27

Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số Kd và Y

103

Hình 3.28

Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số K và Ks

104


ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người. Vì vậy vấn đề bảo vệ môi trường
khỏi các chất ô 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. Để giải quyết vấn đề này, nhiều nhà
khoa học, nhà chuyên môn đã nghiên cứu ra nhiều công nghệ, nhiều phương pháp,
trong đó phương pháp cơ học kết hợp sinh học cho hiệu quả cao trong xử lý nước
thải nhiễm dầu. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến, chi phí không quá cao.
Qua những lý do đó với đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải nhiễm dầu bằng


2
phương pháp tuyển nổi và bùn hoạt tính” sẽ là câu trả lời góp phần giải quyết
thỏa đáng cho những vấn đề trên.
1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu đã qua
Vấn đề ô 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 có ngành
công nghiệp dầu khí phát triển như: Mỹ, Nhật Bản, Mexico, …
Phòng Vi sinh vật môi trường - Viện Công nghệ Môi trường (Viện KH - CN
Việt Nam) đã tiến hành phân lập và tuyển chọn được 30 chủng xạ khuẩn và 20
chủng vi khuẩn ưa nhiệt, có ưu điểm là có tác dụng phân chủy mạnh các chất hữu
cơ trong nước thải. Tất cả các chủng vi sinh vật tuyển chọn dùng để sản xuất các
chế phẩm vi sinh vật đều đã được nghiên cứu kỹ các đặc điểm sinh học để khẳng
định chúng không độc hại cho con người, vật nuôi và môi trường. [24]
Tính đến nay, TP. Hồ Chí Minh đã có 3 – 5 nhà máy tái chế dầu thải có công
suất bình quân 40 – 50 tấn/ ngày với công nghệ chưng cất và lọc. Tuy nhiên, thực
chất chỉ có khoảng 2 công ty thực hiện theo cam kết. Các cơ sở còn lại hoạt động
trong các khu dân cư không có giấy phép chưa thể thống kê được. Ngoài ra, tất cả
các thiết bị chưng cất đều chế tạo thô sơ, công suất lớn nhưng chất lượng sản phẩm
kém. Về quản lý Nhà nước, hiện các cơ sở sản xuất phát sinh dầu thải và các nhà