nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm

trình bày về nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm

Mở đầu

Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây

áp lực ngày càng nặng nề đối với việc bảo vệ môi trường Môi trường ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải

và chất thải rắn Chuyên gia môi trường dự đoán mỗi năm Việt Nam tạo ra khoảng 15 triệu tấn chất thải và tỉ lệ chất thải rắn tăng từ 24% cho đến 30% Các biện pháp xử lý truyền thống như là chôn lấp, composting hay là thiêu đốt thông thường hiện nay hầu như không đáp ứng được Biện pháp chôn lấp tốn diện tích, mặt khác lại gây ô nhiễm mùi, nguồn nước Biện pháp thiêu đốt truyền thống gây

ô nhiễm không khí đồng thời không thu lại được nhiều nguồn lợi như nhiệt lượng hay sản phẩm xử lý ô nhiễm môi trường Cacbon hóa là quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ nhẹ có thể bay hơi trong nhiên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon

Đây là quá trình đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu Các hợp chất hữu cơ phân hủy dưới tác dụng của nhiệt và tạo thành cacbon Công nghệ cacbon hóa có thể

xử lý được lượng chất thải rắn đô thị phát sinh, tạo ra các sản phẩm hấp phụ, có thể sử dụng như vật liệu lọc sinh học để xử lý ô nhiễm không khí, nước Bên cạnh đó với sự phát triển của ngành công nghiệp dệt may thì sự ô nhiễm của nó cũng không phải là nhỏ, nhất là ô nhiễm về nước thải Nước thải dệt nhuộm với những chỉ số COD, BOD rất cao, độ màu lớn đồng thời rất khó xử lý Mục tiêu của đề tài này tôi muốn nghiên cứu khả năng ứng dụng sản phẩm than cacbon hóa từ chất thải rắn đô thị để xử lý COD và độ màu của nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước có thổi khí với vật liệu lọc là than cacbon

Trong nội dung báo cáo luận văn tốt nghiệp này tôi xin trình bày các vấn

đề chính sau:

Chương I Tổng quan chất thải rắn đô thị, phương pháp cacbon hóa

Chương II Tổng quan về công nghiệp và nước thải dệt nhuộm

Chương III Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương IV Kết quả và thảo luận

Kết luận và kiến nghị

Chương I Tổng quan công nghệ cacbon hóa

I.1 Tình hình phát sinh chất thải đô thị

Lượng chất thải rắn hàng năm khoảng 15 triệu tấn (hơn 40 nghìn tấn/ngày), trong đó khoảng 80% là chất thải sinh hoạt, tiếp đó là chất thải phát sinh từ các khu công nghiệp là 2,6 triệu tấn chiếm khoảng 17%, trong đó có khoảng 80% là chất thải phát sinh từ khu công nghiệp miền Bắc và miền Nam Khoảng 50% chất thải công nghiệp ở Việt Nam phát sinh từ Thành Phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận, 30% còn phát sinh ở vùng đồng bằng sông Hồng và Bắc Trung Bộ Thêm vào đó gần 1500 làng nghề (tập trung chủ yếu ở vùng nông thôn miền Bắc) thải ra 774.000 tấn chất thải công nghiệp mỗi năm

Bảng 1: Tình hình phát sinh chất thải rắn

Các loại chất thải rắn Toàn quốc Đô thị Nông thônTổng lượng phát sinh chất thải sinh

Chất thải y tế lây nhiễm(tấn/năm) 21.000 - -

Tỷ lệ phát thải chất thải đô thị bình quân theo

đầu người (kg/người/ngày)

(Nguồn: Báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam 2004-chất thải rắn)

Khoảng 160.000 tấn/năm chiếm 1% trong tổng số lượng chất thải rắn là chất thải nguy hại bao gồm: chất thải y tế nguy hại, chất dễ cháy, chất độc hại phát sinh từ các quá trình sản xuất công nghiệp và các loại thuốc trừ sâu phục vụ cho các hoạt động nông nghiệp Trong thống kê, lượng chất thải công nghiệp nguy hại phát sinh từ vùng kinh tế trọng điểm phía Nam chiếm tới 75% tổng lượng chất thải y tế nguy hại trong cả nước Trong đó lượng chất thải nguy hại phát sinh từ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Thanh Hóa chiếm 27% lượng chất

thải y tế nguy hại của cả nước Lượng chất thải nguy hại phát sinh ở phía Nam

lớn gấp 3 lần chất thải nguy hại phát sinh ở phía Bắc và lớn gấp 20 lần lượng

chất thải nguy hại ở miền Trung

Thành phần của chất thải đô thị Hà Nội đa dạng từ chất thải hữu cơ, vải

giấy hay chất trơ được thu thập như sau

Bảng 2: Thành phần chất thải ở Hà Nội

Tây Hawai; số liệu năm 2003 lấy từ số liệu quan trắc của CEETIA, 2003)

I.2 Đặc điểm công nghệ cacbon hóa

Cacbon hóa là quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ nhẹ có thể bay hơi có

mặt trong nhiên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon Đây là quá trình đốt cháy

không hoàn toàn nguyên liệu Các hợp chất hữu cơ phân hủy dưới tác dụng của

nhiệt và tạo thành cacbon Quá trình cacbon hóa có thể chia thành 2 bước: sấy

khô và đốt cháy không hoàn toàn nguyên liệu

Có một số khác biệt giữa phương pháp thiêu đốt truyền thống và công

nghệ mới:

- Phương pháp thiêu đốt truyền thống biến toàn bộ chất thải đầu vào thành

khí thải và tro, sinh ra lượng khí thải độc hại và nhiều Ngược lại phương pháp

nhiệt phân biến chất thải thành các loại nhiên liệu giàu năng lượng bằng việc đốt chất thải ở trạng thái kiểm soát, quy trình xử lý nhiệt lại hạn chế sự biến đổi để quá trình đốt cháy không xảy ra trực tiếp, chất thải được biến thành những chất trung gian, có thể xử lý thành các vật liệu tái chế hoặc thu hồi năng lượng Dưới tác dụng của nhiệt, các loại rác thải chuyển hóa kèm theo quá trình phân hủy tạo thành nước, khí và than tổng hợp Than tổng hợp được làm lạnh trong vòng 90 giây mà không cần một sản phẩm phụ gia nào trong khoang giảm nhiệt, đây là sản phẩm chính của quá trình xử lý nhiệt phân rác thải ở nhiệt độ thấp, loại than này có chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp khoảng 0,2% Điều đáng lưu ý là, công nghệ nhiệt phân rác thải nhiệt độ thấp này sẽ giúp tránh được nguy cơ phản ứng sinh ra các chất độc hại, đặc biệt là các hợp chất đioxin vì xử lý ở nhiệt độ thấp

- Nhiệt phân là quá trình làm suy giảm nhiệt của các vật liệu cacbon ở nhiệt độ từ 400oC - 800oC hoặc trong điều kiện thiếu oxy hoặc có nguồn cung cấp oxy rất hạn chế Quá trình này làm bay hơi và phân hủy các vật liệu rác hữu cơ bằng nhiệt, không bằng đốt lửa trực tiếp Khi chất thải bị nhiệt phân (ngược với quá trình đốt trong lò thiêu đốt), khí và than ở dạng rắn được sinh ra Than dưới dạng rắn là hợp chất của các nguyên liệu khó cháy với cacbon Khí tổng hợp được sinh ra là hỗn hợp của các khí gồm cacbon monoxit, hydro, metan và một số loại hợp chất hữu cơ khác dễ bay hơi Khí tổng hợp có nhiệt trị là 10 – 20 MJ/Nm3

I.3 Những ứng dụng chủ yếu của phương pháp

- Xử lý chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp

- Thu hồi năng lượng và sản phẩm từ những chất dư thừa trong quá trình tái chế các vật liệu (chất còn lại trong máy nghiền tự động, phế liệu sản xuất

điện và điện tử, các loại lốp cao su, chất thải nhựa tổng hợp và các chất dư thừa trong quá trình bao gói) Thu hồi sản phẩm vải đạt 83,63%, giấy đạt 41,97% Hàm lượng TOC trong sản phẩm cacbon hóa giấy là 39%, vải đạt 73% (hiệu suất tối ưu thu được khi cacbon hóa rác thải ở 300oC- 400oC- 500oC) [nghiên cứu thực nghiệm của nhóm nghiên cứu khoa học trường đại học Phương Đông - 2008]

- Tạo ra các vật liệu ứng dụng trong xử lý môi trường: than hoạt tính, vật liệu lọc sinh học

Xử lý nhiệt là biện pháp thay thế cho phương pháp chôn lấp, khi xử lý một lượng lớn các chất có thành phần thay đổi, đặc biệt là các chất thải rắn đô thị Biện pháp ủ phân và ủ yếm khí chỉ để xử lý các thành phần thối rữa

Hầu hết các quy trình xử lý bằng nhiệt tiên tiến sử dụng chất thải rắn đô thị đã được xử lý ban đầu Một số hệ thống xử lý sinh học tạo ra loại nhiên liệu sản xuất chủ yếu gồm các thẻ giấy và các loại chất dẻo tạo ra từ nhiên liệu có nguồn gốc là chất thải

I.4 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước

I.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Nhiệt phân một số nhiên liệu trong tự nhiên để tạo thành những sản phẩm, nhiên liệu có giá trị cao hơn và đã được thế giới nghiên cứu và sử dụng trong phạm vi sản xuất công nghiệp từ rất lâu, ví dụ: luyện coke trong sản xuất gang thép, chế biến sản phẩm từ dầu mỏ, dầu thô Nhiệt phân với các mục đích thu hồi sản phẩm khác nhau thì có quy trình công nghệ khác nhau

Hình 1: Sơ đồ công nghệ quy mô công nghiệp cacbon hóa chất thải đô thị

Các thành phần chất hữu cơ trong chất thải đô thị có tốc độ phân hủy chậm trong bãi chôn lấp như xương động vật, hải sản, gỗ, cao su, giấy Tuy nhiên, thành phần cacbon trong các chất nêu trên tương đối cao Ngoài ra đối tượng áp dụng để xử lý có thể áp dụng cho chất thải nông nghiệp Nhiều kết quả nghiên cứu thu hồi cacbon từ sinh khối (chất thải nông nghiệp) bằng công nghệ cacbon hóa được các tác giả Kazuhiro, Lloyd S, Paredes, Michael J Antal của trường Đại Học năng lượng thiên nhiên Hawaii cho thấy sản phẩm thu được có giá trị nhiệt năng cao Chỉ số về các thành phần cháy được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3:Thành phần nguyên tố sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp

thóc

Nguồn: ASTME 1756-95 [Huffman Labs, Inc., USA] Trong thành phần chất thải lượng ẩm thường chứa từ 15-25% Nhằm giảm chi phí cho quá trình sấy chất thải, Frank đề xuất tận thu nhiệt từ lò khí cacbon hóa theo sơ đồ công nghệ hình dưới đây:

Hình 2: Sơ đồ cacbon hóa rác thải sinh hoạt đô thị, nông nghiệp

Theo sơ đồ hình trên ta thấy, rác thải trước khi đưa vào lò nhiệt phân được phân loại, nghiền, phối trộn và tạo được hạt theo kích thước nhất định Quá trình nhiệt phân sinh ra ô nhiễm thứ cấp là khí thải Khí thải được đưa qua hệ thống xử

lý, nhiệt của khí thải có thể tận thu cho quá trình sấy khô của các giai đoạn trên

Tuy nhiên, việc nghiên cứu nhằm đưa ra các thông số công nghệ của quá trình nhiệt phân là vô cùng quan trọng và phức tạp vì tính đa dạng và phức tạp của thành phần rác thải

I.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Theo ông Trần Thế Ngọc, giám đốc Sở Tài Nguyên Môi trường Thành Phố

Hồ Chí Minh: xử lý rác luôn là vấn đề đau đầu của các nhà quản lý môi trường

đô thị Đối với các đô thị đông dân như thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội, chọn công nghệ xử lý rác như thế nào để đạt hiệu quả cao, không gây nên những hậu quả xấu về môi trường cho tương lai và ít tốn kém luôn là nỗi bức xúc của các

Chất thải đô thị công nghiệp

Sơ chế (phân loại, nghiền, tạo hạt)

Sấy khô

thải

Sản phẩm cacbon

Khí sạch Nhiệt tuần

hoàn

nhà chức năng Nghiên cứu công nghệ xử lý các chất thải thứ cấp, những lợi ích

đạt được, trong điều kiện phân loại rác có thể thực hiện, với công nghệ chế tạo thiết bị hiện tại của Việt Nam là cần thiết để chúng ta có những thông tin về khả năng phát triển nghành công nghiệp trong nước, cũng như dự đoán được những khó khăn sẽ gặp phải, những công việc chúng ta phải tiếp tục tiến hành ở mức độ chuyên sâu hơn

Tuy nhiên, tại Việt Nam hiện nay mới chỉ có các nghiên cứu xử lý theo phương pháp thiêu đốt cháy hoàn toàn, ứng dụng để xử lý chất thải rắn y tế và chất thải công nghiệp nguy hại, chưa có đề tài nào nào nghiên cứu hoặc triển khai ứng dụng công nghệ cácbon hóa rác thải nói chung và rác thải sinh hoạt nói riêng

Một số kết quả nghiên cứu của Viện Công nghệ và Môi trường năm 2006 cho biết một cách cụ thể hơn về một số nét đặc trưng của rác thải sinh hoạt từ các hộ gia đình ở đô thị Việt Nam, một thành phần đáng kể của rác thải đô thị nói chung

Tại Hà Nội, tổng lượng chất thải rắn thu gom riên ở khu vực nội thành là

722,335 tấn/năm (khoảng 2450 tấn/ngày) [Nguồn: URENCO, 2006] Theo kết

quả điều tra, khảo sát của Viện Công Nghệ Môi trường – Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam năm 2006, tỷ lệ thành phần hữu cơ phát sinh từ các hộ gia

đình là khá cao, dao động xung quanh mức 80-85%, trong đó có khoảng 55% là rác thải hữu cơ thực phẩm thích hợp cho làm phân composting phục vụ sản xuất nông nghiệp Các chất hữu cơ khác như Plastic, giấy, vải, cao su, da, cành lá cây, tóc… là những chất phân hủy vi sinh chậm trong điều kiện chôn lấp, chiếm khoảng 30% (~ 750 tấn/ngày) Nếu xem xét các thành phần này trong rác thải của các hộ gia đình đổ vào xe thu gom rác của Công ty vệ sinh môi trường sau khi có sự phân loại tự phát các thành phần có thể bán cho đồng nát thì còn khoảng 26%, tức khoảng 611 tấn/ngày ở riêng thành phố Hà Nội

Chương II Tổng quan về nước thải dệt nhuộm

II.1 Vài nét về ngành công nghiệp dệt may ở Việt Nam

Ông Lê Quốc Ân - Chủ tịch Hiệp hội Dệt may Việt Nam cho biết tính đến cuối năm 2007, riêng ngành dệt may Việt Nam có khoảng hơn 2000 doanh nghiệp với trên 2 triệu lao động Kim ngạch xuất khẩu đạt hơn 7,8 tỷ USD, tăng gấp 2,2 lần so với năm 2004 và xếp thứ 9 trong các nước xuất khẩu ngành hàng may mặc trên thế giới Mục tiêu đề ra đến 2010 doanh thu xuất khẩu đạt 10 tỷ USD

Trong các doanh nghiệp dệt hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường cũng rất nặng nề Ô nhiễm từ khói thải của việc đốt lò hơi dùng than, ô nhiễm nguồn nước do nước thải từ các công đoạn nhuộm, giặt Đa số các doanh nghiệp hiện nay đều thiếu hệ thống xử lý nước thải Nước thải của công đoạn nhuộm, giặt thường được thải trực tiếp ra môi trường

Bảng 4: Tổng khối lượng của nước thải trong nghành dệt (tính bằng m 3 /tấn

sản phẩm)

Các phân xưởng tẩy len 20-70 m3/tấn sản phẩm

Các phân xưởng nhuộm 29-50 m3/tấn sản phẩm

Các phân xưởng tẩy trắng 50-100 m3/tấn sản phẩm

Các nhà máy sản xuất quần áo 60-100 m3/tấn sản phẩm

Sợi visco, len được tái chế biến hoặc

các nhà máy sản xuất lụa

50-100 m3/tấn sản phẩm

Các nhà máy sản xuất tơ nhân tạo 350-1000 m3/tấn sản phẩm

Nguồn:[3]

II.2 Thành phần nước thải dệt nhuộm

Dệt nhuộm là một trong những ngành đòi hỏi sử dụng nhiều đến nước và hóa chất Các kết quả phân tích đặc điểm nước thải cho thấy:

+ Lượng nước thải thường lớn (khoảng 50 đến 300 m3 nước cho 1 tấn hàng dệt) chủ yếu từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy

+ Nước thải chứa hỗn hợp phức tạp các hoá chất dư thừa (phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo môi trường, men, chất oxy hoá) dưới dạng các ion, các kim loại nặng và các tạp chất tách ra từ xơ sợi

+ Nước thải tẩy giặt có pH dao động từ 9 đến 12, hàm lượng chất hữu cơ cao (COD có thể lên tới 1000 - 3000 mg/l)

+ Độ màu của nước thải khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể lên tới 10.000 Pt-Co, hàm lượng cặn lơ lửng đạt giá trị 2000 mg/l

+ Nước thải nhuộm thường không ổn định và đa dạng (hiệu quả hấp thụ thuốc nhuộm của vải chỉ đạt 60 - 70%, 30 - 40% các phẩm nhuộm thừa ở dạng nguyên thuỷ hoặc bị phân huỷ ở một dạng khác, do đó nước có độ mầu rất cao

đôi khi lên đến 50.000 Pt-Co, COD thay đổi từ 80 đến 18.000 mg/l Các phẩm nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên, thường thải trực tiếp ra môi trường, lượng phẩm nhuộm thừa lớn dẫn đến gia tăng chất hữu cơ và độ màu

+ Mức độ ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm phụ thuộc rất lớn vào loại và lượng hoá chất sử dụng, vào kết cấu mặt hàng sản xuất (tẩy trắng, nhuộm, in hoa ), vào tỷ lệ sử dụng sợi tổng hợp, vào loại hình công nghệ sản xuất (gián

đoạn, liên tục hay bán liên tục), vào đặc tính máy móc thiết bị sử dụng

B¶ng 5: §Æc tÝnh nưíc th¶i mét sè c«ng ®o¹n chÝnh cña C«ng ty dÖt Minh Khai

C«ng ®o¹n

Lưu lưîng (m 3 /ngµy)

GiÆt sau nÊu 121 9 - 10 700 – 900 96,8 410 - 520 56,9 190 - 230 2,98 0,46

II.3 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

II.3.1 Phương pháp cơ học

Xử lý cơ học truyền thống thường đóng vai trò như một công đoạn xử lý sơ

bộ Trước khi xử lí nước thải cần phải được loại bỏ các tạp chất lẫn trong nước như bụi, đất, xơ sợi vụn, hồ sáp bằng cách gạn, lắng, lọc bằng kỹ thuật song chắn rác, lưới rác, bể lắng cát, bể thu dầu mỡ Các biện pháp xử lý cơ học thường được thực hiện với mục đích loại tách các tạp chất không tan, phân tán thô ra khỏi nước theo nguyên tắc trọng lực

II.3.2 Phương pháp hóa lý và hóa học

+ Hấp phụ

Phương pháp này thường được dùng để khử màu nước thải chứa thuốc

nhuộm hoà tan và thuốc nhuộm hoạt tính

Hấp phụ là quá trình tăng nồng độ của chất tan (chất bị hấp phụ) trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ) so với vùng xung quanh Hiện tượng hấp phụ xảy ra

do lực tương tác của các nguyên tử trên bề mặt chất rắn với các chất tan trên cơ

sở lực hút tĩnh điện, lực cảm ứng, lực phân tán (hấp phụ vật lý), trong trường hợp lực tương tác đủ mạnh có thể gây ra liên kết hóa học hoặc tạo phức, trao đổi ion Lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ càng mạnh thì khả năng hấp phụ càng lớn, khả năng giữ các chất bị hấp phụ trên chất rắn càng cao Diện tích

bề mặt riêng, độ xốp cũng như phân bố lỗ xốp của chất hấp phụ đóng vai trò quan trọng đối với khả năng hấp phụ của một hệ, diện tích càng lớn khả năng hấp phụ càng cao

Chất hấp phụ có thể có nguồn gốc từ tự nhiên như: zeolit, nhôm oxit, bentonit, mordenit… hoặc có nguồn gốc nhân tạo như: than hoạt tính, zeolit, nhôm oxit, silicagen, các polyme đặc thù Thành phần chính của các loại chất hấp phụ là các oxit kim loại, oxit silic hay hỗn hợp giữa chúng, ngoại trừ trường hợp than hoạt tính có thành phần chủ yếu là cacbon Trong đó than hoạt tính và zeolit được xem là hệ có độ phân tán cao, có diện tích lớn có thể đạt trên 1.000

m2/g

Trong môi trường nước tự nhiên hay trong công nghệ xử lý nước, nước thải, quá trình hấp phụ xảy ra rất phức tạp do sự có mặt đồng thời của các chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Hấp phụ là do tương tác giữa các phân tử trên bề mặt chất rắn và chất tan nên có thể xét tới các quá trình sau:

” Tạo phức chất trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ): thủy phân các nhóm chức bề mặt, tạo liên kết phức chất trên bề mặt với các ion kim loại hay với các phối tử

” Tương tác tĩnh điện giữa bề mặt chất rắn với các ion mang điện tích của môi trường với khoảng cách lớn hơn khoảng cách của liên kết hóa học

” Hấp phụ các chất hữu cơ không phân cực, các phân tử trung hòa do tương tác hấp phụ vật lý, tương tác Van der Waals

” Hấp phụ các chất hoạt động bề mặt do tương tác hấp phụ vật lý và tương tác Van der Waals, chúng làm giảm sức căng bề mặt phân cách pha

” Hấp phụ các chất polyme, các chất đa điện ly, axit humic, protein, các hạt keo (kể cả vi sinh) trên chất hấp phụ rắn

Có rất nhiều phương trình khác nhau được sử dụng để mô tả quá trình cân bằng hấp phụ như phương trình Langmuir, Freundlich, …

Quá trình hấp phụ được sử dụng để tách các chất hữu cơ như phenol, alkylbenzen – sulphonic axit, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước thải bằng than hoạt tính

+ Phương pháp trung hoà, điều chỉnh pH

Trước khi đưa sang thiết bị xử lý, dòng thải cần được điều chỉnh pH tới giá trị thích hợp Trung hòa có thể thực hiện bằng trộn dòng thải có tính axit với dòng thải có tính kiềm hoặc sử dụng các hoá chất như H2SO4, HCl, NaOH, NaHCO3, Na2CO3 Điều chỉnh pH thường kết hợp thực hiện ở bể điều hoà hay

bể chứa nước thải

+ Phương pháp đông keo tụ

Đây là phương pháp thông dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm Người ta dùng các loại phèn nhôm, phèn sắt, hay hỗn hợp của hai loại phèn này hoặc PAC cùng với sữa vôi và hydroxyt canxi Ca(OH)2 với mục đích khử màu và một phần COD Để tăng quá trình tạo bông và trợ lắng, người ta thường bổ sung chất trợ tạo bông như polymer hữu cơ

+ Phương pháp oxy hoá

Do cấu trúc hoá học của thuốc nhuộm bền trong không khí nên trong khử màu nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hoá phải dùng các chất oxy hoá mạnh Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra một số chất oxy hoá có khả năng khử màu tốt: ozone, tác nhân Fenton (hydroperoxit kết hợp Fe (II)), tia cực tím kết hợp oxit titan Hiệu quả xử lý của phương pháp này rất tốt tuy nhiên chi phí cho phương pháp xử lý này khá cao Để giảm chi phí xử lý trong nhiều trường hợp người ta áp dụng phương pháp oxy hóa không hoàn toàn Thuốc nhuộm dư trong nước thải sẽ được oxy hoá phân hủy thành các các sản phẩm không còn mang màu, dễ phân huỷ sinh học hơn để có thể dễ dàng xử lý trong các bước tiếp theo

+ Phương pháp màng

Đây là phương pháp mới, hiện đại, đang được phát triển rất nhanh trong nhiều ngành kỹ thuật trong đó có xử lý nước thải Phương pháp này được ứng dụng trong xử lý nước thải ngành dệt nhuộm với mục đích thu hồi hoá chất để tái

sử dụng lại như thu hồi tinh bột, PVA, thuốc nhuộm inđigo bằng siêu lọc đồng thời thu hồi muối và thuốc nhuộm bằng màng thẩm thấu ngược Phương pháp màng có ưu điểm tách được các chất có độ tinh khiết cao, tuy nhiên do giá thành thiết bị, chi phí vận hành cao nên phạm vi ứng dụng chưa được rộng rãi

+ Phương pháp điện hóa:

- Oxy hóa điện hóa: Được dùng để xử lý nước thải với mục đích phân hủy

các chất độc trong nước thải hoặc thu hồi cặn quý trên các điện cực anốt Các quá trình này đã được nghiên cứu để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất xyanua, amin, alcol, aldehit, các hợp chất nitơ, thuốc nhuộm azo, sunfit, mecaptan… Trong quá trình oxy hóa điện hóa, các chất hữu cơ trong nước bị oxi hóa tạo

thành các chất không độc và đơn giản hơn để có thể tách ra bằng các phương pháp khác Cơ sở của phương pháp là: trên cực dương (anot) các ion cho điện tử nghĩa là phản ứng oxy hóa điện hóa xảy ra, còn trên cực âm (catot) xảy ra quá trình nhận điện tử, nghĩa là phản ứng khử xảy ra Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này tiêu hao điện năng lớn

- Keo tụ điện hóa: Bên cạnh phương pháp keo tụ hoá lý, phương pháp keo

tụ điện hoá được ứng dụng để khử màu đối với các chất gây ô nhiễm có độ bền màu cao Nguyên lý của phương pháp này là trong thiết bị keo tụ có các điện cực

có dòng điện một chiều, chất keo tụ được tạo thành “tại chỗ” từ quá trình hoà tan

điện cực kim loại tạo thành các bông cặn dễ lắng Đối với phương pháp này, người ta có thể sử dụng kết hợp cả phèn nhôm và phèn sắt để khử màu của thuốc nhuộm hoàn nguyên, hoạt tính và phân tán Chất keo tụ cũng có thể tạo thành từ quá trình hoà tan anot

+ Phương pháp trao đổi ion:

Dùng để tách các kim loại và thu hồi các sản phẩm có giá trị Quá trình trao

đổi ion là quá trình trong đó các ion trên bề mặt pha rắn của chất trao đổi ion trao đổi với các ion cùng điện tích của dung dịch khi cho nước thải tiếp xúc với chất trao đổi ion Các chất trao đổi ion gồm chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc

tự nhiên hay nhân tạo Trong quá trình xử lý nước thải ngành dệt nhuộm người ta thường dùng nhựa cationit để tách ion kim loại trong nước thải bằng phản ứng:

để tăng trưởng và xây dựng tế bào mới Nhờ enzim do chúng tiết ra, vi sinh vật

có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ để tạo ra năng lượng cho quá trình này Như vậy, trong quá trình sinh trưởng vi sinh vật đã làm sạch các chất ô nhiễm

trong nước Đối với các tạp chất vô cơ có trong nước thải, phương pháp xử lý sinh học có thể khử các chất sulfit, muối amon, nitrat

Nước thải dệt nhuộm chứa cả thành phần hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học (hồ tinh bột dùng trong hồ vải, chất hữu cơ từ nước thải sinh hoạt) cũng như các thành phần khó phân hủy sinh học (thuốc nhuộm, dầu khoáng, tạp chất thiên nhiên từ xơ sợi) Trong một số trường hợp nước thải dệt nhuộm có thể chứa các chất có tính độc đối với vi sinh vật như các chất khử vô cơ, formaldehit, kim loại nặng, clo, v.v… Do đó trước khi đưa vào xử lý sinh học, nước thải cần được khử các chất gây độc và giảm tỷ lệ các chất khó phân huỷ sinh học bằng phương pháp xử lý sơ bộ Các phương pháp sinh học được áp dụng cho xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm hiện nay chủ yếu là các phương pháp xử lý hiếu khí như phương pháp bùn hoạt tính, lọc sinh học, hồ oxy hoá Gần đây cũng có một số nghiên cứu ứng dụng phương pháp sinh học yếm khí để phân hủy các chất hữu cơ khó phân hủy và màu trong nước thải dệt nhuộm

* Cơ chế phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật

Cơ chế quá trình phân hủy các chất hữu cơ bao gồm các quá trình: Oxi hóa (phân hủy) chất hữu cơ, tổng hợp tế bào (đồng hóa) và tự oxy hóa (hô hấp nội bào) Trong quá trình oxy hóa (phân hủy) chất hữu cơ, vi sinh vật sử dụng oxy để chuyển hóa các chất hữu thành các sản phẩm oxy hóa Quá trình này sinh ra năng lượng và vi sinh vật sử dụng năng lượng này để tổng hợp tế bào mới Trong quá trình tổng hợp tế bào (đồng hóa), vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ, oxy, các chất dinh dưỡng N, P, vi lượng và năng lượng từ quá trình oxy hóa để tổng hợp nên tế bào mới Bên cạnh quá trình tổng hợp tế bào cũng xảy ra quá trình tự ôxi hóa tế bào (hô hấp nội bào) Phương trình hóa học biểu diễn các quá trình như sau:

Hình 3: Cơ chế làm sạch chất hữu cơ nhờ vi sinh vật

Oxy hóa (phân hủy) chất hữu cơ:

CxHyOz + (x + y/4 – z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O + ΔH Tổng hợp tế bào (đồng hóa):

n CxHyOz + n NH3 + n(x + y/4 –z/2 – 5) O2 →

(C5H7NO2)n (vi sinh vật) + n (x-5) CO2 + n/2 (y-4) H2O - ΔH

Tự oxy hóa tế bào (Hô hấp nội bào):

(C5H7NO2)n + 5n O2 → 5n CO2 + 2n H2O + n NH3 + ΔH

* Quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong nước thải nhờ vi sinh vật bao gồm các giai đoạn:

Giai đoạn 1: các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào

Giai đoạn 2: hấp phụ, khuyếch tán các chất hữu cơ qua màng bán thấm

vào trong tế bào vi sinh vật

Giai đoạn 3: chuyển hoá các chất trong nội bào để sinh ra năng lượng và

tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật

Giai đoạn 4: di chuyển các sản phẩm oxy hoá từ trong tế bào ra bề mặt tế

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý sinh học hiếu khí

- Nồng độ ôxy hoà tan trong nước (DO): Nồng độ ôxy hoà tan trong bể xử

lý thấp sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn dạng sợi phát triển sinh ra hiện tượng bùn khó lắng (bulking) làm cho nước ra khỏi hệ bị đục, khó duy trì, kiểm soát được nồng độ bùn hoạt tính trong bể DO quá thấp thậm chí làm chết vi sinh vật Tuy nhiên nếu duy trì nồng độ DO quá cao tiêu hao năng lượng để sục khí sẽ lớn làm

tăng giá thành xử lý

- Các chất dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng: Ngoài hai cơ chất là

nguồn cacbon và oxy, để duy trì quá trình sống vi sinh vật còn cần các chất dinh dưỡng N, P và một số chất khoáng như Ca, K, Mg, Zn, Mn, Fe, Co ở mức độ

vi lượng

- pH của nước thải: bảng pH tối ưu cho xử lý vi sinh từ 6,5 - 8,5 Nếu pH < 6,5

sẽ tạo điều kiện cho nấm và vi khuẩn dạng sợi phát triển, ngăn cản việc tạo bông

và làm bùn khó lắng Nếu pH > 8,5 tốc độ trao đổi chất sẽ bị chậm, có thể ngừng

do vi sinh vật không thể phát triển ở điều kiện pH này

- Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng quá ngưỡng có thể làm vi sinh vật bị chết, còn

nhiệt độ quá thấp tốc độ làm sạch bị giảm, quá trình thích nghi của vi sinh vật với môi trường bị chậm, khả năng lắng bùn giảm Nhiệt độ nước thải cho xử lý sinh học hiếu khí tốt nhất thường trong khoảng 20 - 30oC

- Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ trong nước thải

tính là tập hợp các vi sinh vật có khả năng hấp phụ trên bề mặt và ôxy hoá các chất hữu cơ trong nước thải với sự có mặt của ôxy Bùn hoạt tính là một hệ sinh vật phức tạp bao gồm: vi khuẩn, aetiponicer, nguyên sinh vật, nấm, tảo, vi rút Trong đó vi khuẩn đóng vai trò quan trọng nhất trong việc phân huỷ chất hữu cơ

và là thành phần cấu tạo chủ yếu của bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính dạng bông, màu vàng nâu dễ lắng Cứ 1 gam bùn hoạt tính khô chứa từ 108 - 1014 tế bào với kích thước 0,1 - 3 μm Thành phần vi khuẩn có trong bùn hoạt tính trong quá trình làm sạch nước thải thay đổi theo nhiệt độ và thành phần nước thải Bản chất của các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ quyết

định các loại vi khuẩn nào có trong bùn là chủ đạo

Hình 4: Sơ đồ bùn hoạt tính theo mẻ

* Phương pháp lọc sinh học

Lọc sinh học (biofiltration) là một công nghệ điều khiển sự ô nhiễm mới

Nó bao gồm sự loại bỏ và ô xi hóa những hợp chất khí bị nhiễm bẩn nhờ vi sinh vật

Lọc sinh học có thể xử lý những phân tử khí hữu cơ- những hợp chất hữu cơ bay hơi ( Volatile Organic Compound- VOC's) hoặc các hợp chất cacbon, hay những chất khí độc vô cơ- amoniac hay H2S

- Nguyên lý

Lọc sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy những hợp chất hữu cơ (hoặc biến đổi những hợp chất vô cơ) thành cac-bon-nic, nước và muối Khi hệ thống lọc sinh học được lắp đặt, vi sinh vật đã có sẵn trong nguyên liệu mà ở đó nó

được sử dụng như một lớp lọc Trong các phòng thí nghiệm, với mục đích tăng cường tốc độ phân hủy, vi sinh vật được cân nhắc đến đầu tiên là hiệu quả của chúng trong việc phân hủy của nguyên liệu được nghiên cứu

Nguyên liệu lọc thường là than bùn, đất, phân compốt hay cây thạch nam, tuy nhiên than cacbon đã được hoạt hóa và polysterene cũng có thể được sử dụng

Sự lựa chọn nguyên liệu lọc là vô cùng quan trọng bởi vì nó phải cung cấp cho vi sinh vật dinh dưỡng, sự phát triển về mặt sinh học, và có dung tích hấp thụ tốt Quá trình sinh học là một sự ô xi hóa nhờ vi sinh vật, và có thể được viết như sau:

Hợp chất gây ô nhiễm + Oxi -> CO 2 + H 2 O + nhiệt + sinh khối

Vi sinh vật sống trong lớp màng sinh học ẩm, mỏng, nơi được bao bọc xung quanh các phần tử của nguyên liệu lọc Khí bẩn được khuyếch tán trong hệ thống lọc và được hấp thụ bên trên màng sinh học Thực tế đây là vị trí mà quá trình ô xi hóa được thực hiện Các chất bẩn không được luân chuyển cố định đến nguyên liệu lọc

Hình 5: Sơ đồ lọc sinh học

*Phương pháp hiếu khí – yếm khí kết hợp

Nước thải sẽ được xử lý bằng cả 2 phương pháp hiếu khí và yếm khí xử lý hiệu quả ô nhiễm

Hình 6: Sơ đồ hiếu khí – kị khí kết hợp Nhận xét: Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm cho phép xử lý

được các thành phần hữu cơ cũng như màu của nước thải dệt nhuộm đạt tiêu chuẩn môi trường Tuy nhiên các phương pháp này có nhược điểm là chi phí xử

lý rất cao Các phương pháp hoá lý đem lại hiệu quả cao nhưng giá thành cao, tốn hóa chất và một số phương pháp còn chưa được ứng dụng ở Việt Nam trên quy mô rộng như phương pháp AOPs vì máy sinh ozon giá thành còn rất cao và mới chỉ có máy công suất thấp Còn đối với những phương pháp có giá thành thấp hiệu quả xử lý lại không cao Cần thiết tìm kiếm được 1 phương pháp tối ưu hơn

Việc sử dụng than các bon như vật liệu hấp phụ và như đệm lọc sinh học

do than cacbon có diện tích bề mặt cao (đến 400 m2/g) có thể đem lại hiệu quả cao, chi phí xử lý thấp Nếu kết quả nghiên cứu thành công sẽ mở ra một xu hướng mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường theo khía cạnh sinh thái học nghĩa là sử dụng chất thải để xử lý ô nhiễm môi trường

Vậy với đề tài này tôi chọn sử dụng than cacbon hóa là vật liệu đệm sinh học và có so sánh hiệu quả xử lý có so sánh với hệ thống không sử dụng than

Chương III Đối tượng vμ phương pháp nghiên cứu

III.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là nước thải dệt nhuộm được lấy tại khu công nghiệp dệt may Phố Nối B - Hưng Yên

Đặc điểm của nước thải đầu vào:

pH: 11,71- 12,15

COD: 448 - 1120 mg/l

TOC: 145,2 - 329,88 mg/l

Thực nghiệm xử lý trên 2 mô hình để đối chứng: 1 mô hình không có đệm than cacbon và 1 mô hình xử lý bằng than cacbon hóa từ rác thải đô thị (lọc sinh học ngập nước)

III.2 Nội dung nghiên cứu

- Lập báo cáo tổng quan về tình hình rác thải đô thị và nước thải từ ngành công nghiệp dệt nhuộm

- Xác định sự biến đổi các thông số pH, COD, TOC, độ màu của nước thải dệt nhuộm ban đầu, của mô hình xử lý bằng than cacbon hóa và của mô hình đối chứng

- Xử lý số liệu

- Tổng kết, lập báo cáo

III.3 Các phương pháp nghiên cứu

III.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu

Đây là phương pháp nghiên cứu các tài liệu, sách, báo, tạp chí, các báo cáo, tham luận chuyên ngành Để tìm kiếm, thu thập thông tin có liên quan đến

đề tài mình đang quan tâm Qua những thông tin này ta có thể có được những nhận định, đánh giá chính xác mang tính logic và thuyết phục cao

Sau khi áp dụng phương pháp thu thập tài liệu chúng tôi đã thu nhập được những thông tin có liên quan đến đề tài như sau:

- Thực trạng chất thải rắn

- Vấn đề của nước thải dệt nhuộm

- C¸c ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc th¶i dÖt nhuém

III.3.2 Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm

Ph−¬ng ph¸p nµy tiÕn hµnh sau khi vËn hµnh 2 m« h×nh thÝ nghiÖm Kh¶o

s¸t vµ theo dâi hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh xö lý b»ng than cacbon hãa

H×nh 7: M« h×nh thùc nghiÖm xö lý n−íc th¶i dÖt nhuém

t¹i viÖn C«ng nghÖ m«i tr−êng ViÖt Nam