Thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp fenton điện hóa

- Thuốc nhuộm pigment: Có gốc nhóm azoic, hoàn nguyên đa vòng, không tan trong nước, không có ái lực với xơ sợi Trên đây đã điểm lại các lớp thuốc nhuộm chính, được sử dụng phổ biễn hiện

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM VÀ CÁC VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 4

I Hiện trạng ngành dệt nhuộm nước ta 4

II Các quá trình cơ bản trong công nghệ dệt nhuộm 5

III Một số đặc điểm của công nghệ nhuộm 6

1 Thuốc nhuộm và phân loại 6

2 Nhu cầu về nước và nước thải trong xí nghiệp dệt nhuộm 9

3 Các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm 9

4 Ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm đến nguồn tiếp nhận 12

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 13

I XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC 13

1 Song chắn rác 13

2 Lưới chắn rác 14

3 Bể điều hòa 14

II XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA - LÝ 14

1 Quá trình keo tụ tạo bông 14

2 Phương pháp trích ly 15

III XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 15

IV XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC 16

1 Phương pháp trung hòa 16

2 Phương pháp oxy hóa và khử 16

3 Phương pháp Ôxy hóa nâng cao 17

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ CÔNG SUẤT 500M 3 /NG.Đ 26

I CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 26

1 Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ dựa vào các yếu tố cơ bản sau 26

2 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác 26

II TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 29

1 Lưới chắn rác 29

2 Bể điều hòa 30

3 Bể keo tụ, tạo bông 33

4 Bể lắng I 35

5 Bể trung gian 40

6 Bể oxy hóa Fenton 42

7 Bể lắng II 44

8 Bể điều chỉnh PH 49

III TÍNH TOÁN HÓA CHẤT SỬ DỤNG 50

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KINH TẾ 52

I Phần xây dựng 52

II Phần thiết bị 52

III Phần quản lý vận hành 53

V Chi phí hóa chất 53

VII Tính giá thành chi phí xử lý 1m 3 nước thải 54

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường là vấn đề đang được các quốc gia quan tâm Làm thế nào đểphát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường là vẫn đề cấp thiết nhất hiện nay

Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước nền kinh tế Việt Nam đã

có những bước khởi sắc, đời sống của người dân được cải thiện đáng kể Trình độ khoahọc kỹ thuật ngày càng phát triển, thêm vào đó là công nghiệp thải ra môi trường mộtlượng lớn chất thải ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí Đặc biệt là các ngànhluyện kim, hóa chất, giấy, dệt nhuộm,…

Dệt nhuộm là một trong những ngành mũi nhọn của nền kinh tế của nước ta Trongnhững năm gần đây ngành dệt nhuộm đã có những bước phát triển đáng kể về chất lượnglẫn sản phẩm Tuy nhiên ngành dệt nhuộm cũng là một trong ngành gây ra ô nhiễm nặng

nề cho môi trường đặc biệt là môi trường nước Đặc trưng của ngành là sử dụng mộtlượng nước rất lớn nên nước thải ra môi trường cũng chiếm một phần đáng kể Nước thảidệt nhuộm có chứa lượng lớn COD, BOD, SS, độ màu cao… Chính vì vậy mà việc xử lýnước thải dệt nhuộm không hề đơn giản đặc biệt là đối vơi thuốc nhuộm hoạt tính Mặc

dù các nhà máy, cơ sở dệt nhuộm đề có hệ thống sử lý nước thải nhưng chưa đạt tiêuchuẩn thải

Hiện nay cũng có nhiều phương pháp được áp dụng như keo tụ, phân hủy sinh học,hấp phụ… nhưng vẫn chưa giải quyết được triệt để vấn đề ô nhiễm nước trong ngành dệtnhuộm Vì thế, vấn đề đặt ra là cần phải có phương phá xử lý nước thai dệt nhuộm hiệuquả hơn như oxy hóa nâng cao, điện hóa… Đã có nhiều nghiên cứu về phương pháp này

và chỉ ra những hiệu quả của phương pháp cũng như tính cấp thiết của đề tài

Vì vậy việc thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm bằngphương pháp Fenton điện hóa” là rất cần thiết nhằm giảm tải lượng chất ô nhiễm cũngnhư độ màu trong nước thải ngành dệt nhuộm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM VÀ CÁC VẤN

ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

I Hiện trạng ngành dệt nhuộm nước ta

Ngành công nghiệp dệt may có lịch sử lâu đời và là một trong những ngành pháttriển từ rất sớm và góp phần không chỉ vào việc đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao củacon người bên cạnh các giá trị về kinh tế, ngành dệt nhuộm còn góp phần giải quyếtcông ăn việc là cho một lượng lớn lao động, thực hiên chuyển dịch cơ cấu kinh tế theohướng công nghiệp hóa

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp đã có những bước phát triển đáng

kể Hiện nay ngành dệt may nước ta có trên 1000 doanh nghiệp, trong đó khoảng 230doanh nghiệp nhà nước (chiếm 28%), 450 doanh nghiệp quốc doanh (42%), 250 doanhnghiệp có vốn đầu tư nước ngoài (30%) với số lao động trên 2 triệu người Trong nhữngnăm gần đây trình độ công nghệ của nành dệt may tại Việt Nam đã được cải thiện đáng

kể, một số đơn vị doanh nghiệp sản xuất đạt trình độ công nghệ tiên tiến trên thế giới Thịtrường luôn được mở rộng đã góp phần thúc đẩy tăng trưởng nhanh kim ngạch xuất khẩuTheo thống kê của ngành dệt may Việt Nam, Kim ngạch của các sản phẩm nhuộm sangthị trường EU trong 6 tháng đầu năm 2004 đã đạt 360 triệu USD, chiếm 18% tổng kimngạch xuất khẩu, trong đó riêng xuất khẩu sang 15 nước thành viên EU cũ đạt 320 triệuUSD, tăng 50% so với cùng kỳ năm trước Hiện nay hang dệt may Việt Nam đã có mặttrên 100 nước chủ yếu tập trung vào ba thị trường chính là EU, Nhật Bản, Mỹ

Bên cạnh những thành tích, ngành dệt nhuộm nước ta cũng đang gặp nhiều khókhăn, chủ yếu về năng lực thiết bị Hiện nay toàn ngành dệt tỷ lệ đổi mới thiết bị mới đạt7%, còn thấp so với các nước trong khu vực (20÷25%) Mặt khác, thiết bị ngành dệtnhuộm đang trong tình trạng xuống cấp nghiêm trọng Công nghệ và thiết bị lạc hậu dẫnđến tiêu hao nguyên vật liệu lớn Vấn đề này còn gây tác động tiêu cực đến môi trường

Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp đa sản phẩm, áp dụng nhiều quy trình sảnxuất khác nhau, sử dụng nhiều chủng loai nguyên vật liệu, hóa chất Nước thải dệtnhuộm, đặc biệt nước thải từ các công đoạn nhuộm, nấu có độ màu và độ ô nhiễm cao,chứa các chất hữu cơ khó phân hủy, có tính độc cao đối với sinh vật và con người Dovậy, xử lý nước thải của các cơ sở dệt nhuộm ngày càng trỏ thành vấn đề cấp thiết

II Các quá trình cơ bản trong công nghệ dệt nhuộm

Thông thường công nghệ dệt - nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: kéo sợi, dệt vải và

xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải Trong đó được chia thành các công đoạn sau:

Làm sạch nguyên liệu: nguyên liệu thường được đóng dưới các dạng kiện bông thô

chứa các sợi bong có kích thước khác nhau cùng với các tạp chất tự nhiên như bụi, đất,hạt, cỏ rác… Nguyên liệu bông thô được đánh tung, làm sạch và trộn đều Sau quá trìnhlàm sạch, bông được thu dưới dạng các tấm phẳng đều

Chải: các sợi bông được chải song song và tạo thành các sợi thô.

Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: tiếp tục kéo thô tại các máy sợi con để giảm kích

thước sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống sợi thích hợp cho việc dệt vải Sợi controng các ống nhỏ được đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt vải Tiếp tục mắc sợi

là dồn qua các quả ống để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi

Hồ sợi dọc: hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hố bao

quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi để có thể tiến hành dệt vải Ngoài racòn dùng các loại hồ nhân tạo như polyvinylalcol PVA, polyacrylat,…

Dệt vải: kết hợp sợi ngang với sợi dọc đã mắc thành hình tấm vải mộc.

Giũ hồ: tách các thành phần của hồ bám trên vải mộc bằng phương pháp enzyme

(1% enzym, muối và các chất ngấm) hoặc axit (dung dịch axit sunfuric 0.5%) Vải saukhi giũ hồ được giặc bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa sang nấu tẩy

Nấu vải: Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên như dầu mỡ, sáp…

Sau khi nấu vải có độ mao dẫn và khả năng thấm nước cao, hấp thụ hóa chất, thuốcnhuộm cao hơn, vải mềm mại và đẹp hơn Vải được nấu trong dung dịch kiềm và cácchất tẩy giặt ở áp suất cao (2 - 3 at) và ở nhiệt độ cao (120 - 130oC) Sau đó, vải đượcgiặt nhiều lần

Làm bóng vải: mục đích làm cho sợi cotton trương nở, làm tăng kích thước các

mao quản giữa các phần tử làm cho xơ sợi trở nên xốp hơn, dễ thấm nước hơn, bóng hơn,tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm Làm bóng vải thông thường bằng dung dịch kiềm

dung dịch NaOH có nồng độ từ 280 đến 300g/l, ở nhiệt độ thấp 10 - 20oC sau đó vảiđược giặt nhiều lần Đối với vải nhân tạo không cần làm bóng.

Tẩy trắng: mục đích tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các vết bẩn, làm cho vải có

độ trắng đúng yêu cầu chất lượng Các chất tẩy thường dùng là natri clorit NaClO2, natrihypoclorit NaOCl hoặc hyrdo peroxyte H2O2 cùng với các chất phụ trợ Trong đó đốivới vải bông có thể dùng các loại chất tẩy H2O2, NaOCl hay NaClO2

Nhuộm vải hoàn thiện: mục đích tạo màu sắc khác nhau của vải Thường sử dụng

các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các hợp chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu củavải Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải, đi vào nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu

tố như công nghệ nhuộm, loại vải cần nhuộm, độ màu yêu cầu,…

Thuốc nhuộm trong dịch nhuộm có thể ở dạng tan hay dạng phân tán Quá trìnhnhuộm xảy ra theo 4 bước:

- Di chuyển các phân tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi

- Gắn màu vào bề mặt sợi

- Khuyết tán màu vào trong sợi, quá trình xảy ra chậm hơn quá trình trên

- Cố định màu và sợi

In hoa là tạo ra các vân hoa có một hoặc nhiều màu trên nền vải trắng hoặc vảimàu, hồ in là một hỗn hợp gồm các loại thuốc nhuộm ở dạng hòa tan hay pigment dungmôi Các lớp thuốc nhuộm cùng cho in như pigment, hoạt tính, hoàn nguyên, azo khôngtan và indigozol Hồ in có nhiều loại như hồ tinh bột, dextrin, hồ alginat natri, hồ nhũtương hay hồ nhũ hóa tổng hợp

Sau nhuộm và in, vải được giặt lạnh nhiều lần Phần thuốc nhuộm không gắn vàovải và các hóa chất sẽ đi vào nước thải Văng khổ, hoàn tất vải với mục đích ổn định kíchthước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử dụng một số hóa chất chống màu,chất làm mềm và hóa chất như metylic, axit axetic, formaldehit

III.Một số đặc điểm của công nghệ nhuộm

1 Thuốc nhuộm và phân loại

Như chúng ta đã biết, từ trước khi có thuốc nhuộm tổng hợp, con người đã biết sửdụng thuốc nhuôm thiên nhiên để nhuộm vải Các màu thiên nhiên có độ bền màu giặt và

độ bền màu với ánh sáng rất thấp Vì thế ngày hầu hết các thuốc nhuôm thiên nhiên đãđược thay thế bằng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm nổi bật của các thuốc nhuộm là có

độ bền màu – tính chất không bị phân hủy bởi những điều kiện, tác động khác nhau củamôi trường

Hiện nay, thuốc nhuộm được chia thanhg nhiều loại khác nhau, rất đa dạng vàphong phú Tuy nhiên vó thể chia thành các loại chính sau:

Phân loại theo mục đích sử dụng

- Thuốc nhuộm trực tiếp: Là thuốc nhuộm có đặc tính anion, có khả năng tự nhuộm

với đối với xơ sợi xenlulo Trong mỗi màu của thuốc nhuộm trực tiếp có ít nhất 70% cấutrúc azo không kim loại hóa Còn tính trong tổng các thuốc nhuộm trực tiếp thì có tới92% thuộc lớp hóa học azo (phức kim loại và không kim loại)

- Thuốc nhuộm phân tán: Là loại thuốc nhuộm không tan trong nước (do không

chứa các nhóm –SO3Na, -COONa), phân tử nhỏ, sản xuất dạng bột mịn, độ phân táncao Nhưng có khả năng hòa tan tới một mức độ nào đấy trong dung dịch chất hoạtđộng bề mặt ở nhiệt độ quy định Tính theo phân bổ các lớp hóa học cho thấy 59%thuốc nhuộm phân tán có cấu trúc azo, 32% là antraquinon, còn lại là các lớp hóahọc khác

- Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Là hợp chất màu không tan trong nước, chứa

hai hay nhiều nhóm xeton Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc lớp hóahọc antraquinon Trong Colour Index còn có một phân nhóm gọi là thuốc nhuộmhoàn nguyên tan Đó là muối natri của este axit sunphuric của thuốc nhuộm hoànnguyên gốc (R=C-O-SO3Na), hòa tan dễ dàng trong nước

- Thuốc nhuộm hoạt tính: Là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng

hóa học với xơ sợi trong những điều kiện áp dụng nhất định, tạo thành liên kết cộnghóa trị với xơ sợi Đặc điểm cấu tạo của thuốc nhuộm là có một hay nhiều nhómhoạt tính khác nhau Các nhóm hoạt tính quan trọng nhất là vinylsunfon, halotriazin

và halopirimiđin

Ngoại trừ các nhóm mang màu antraquinon, đioxanzin và phtaloxianin cótrong các màu xanh – xanh lá cây trì trong tất cả các màu còn lại có trên 95% thuốcnguộm azo trong cấu trúc thuốc nhuộm hoạt tính.

- Thuốc nhuộm lưu hóa: Tất cả thuốc nhuộm lưu hóa đều chứa nhóm

ddissunfua đặc trưng Thuốc nhuộm lưu hóa (D-S-S-D) có thể chuyển sang dạngtan (leuco: D-S) nhờ quá trình khử Thuốc nhuộm lưu hóa được áp dụng để nhuộmvật liệu xenlulo thông qua ba giai đoạn (khử và hòa tan, hấp thụ vào xơ sơi, oxyhóa trở lại) giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên

- Thuốc nhuộm bazơ: Các thuốc nhuộm bazơ truyền thống trước đây dùng để

nhuộm tơ tằm và bông cầm màu bằng tannin Còn các thuốc nhuộm bazơ biến tính(phân tử của chúng thường đặc trung bởi một điện tích dương không định vị - nênđược gọi là thuốc nhuộm cation) dùng nhuộm chủ yếu xơ sợi acrylic Trong cácmàu nhuộm bazơ, các lớp hóa học được phân bổ như sau: azo (43%), metin (17%),triazilmetan (11%), acryđin (7%) Antraquinon (5%), còn lại là các lớp khác nhưazin, oxazin, xanten,…

- Thuốc nhuộm axit: Là các thuốc nhuộm anion tan, đặc trưng bởi khả năng tự

nhuộm với xơ sợi protein Thuốc nhuộm axit đều màu và phức kim loại 1:1 thôngthường để nhuộm len trong dung dịch axit mạnh, còn thuốc phức kim loại 1:2 đượcdùng trong môi trường axit yếu Thước nhuộm axit azo (bao gồm cả azo không kimloại và azo phức kim loại) chiếm phần lớn nhất, tới 79% trong tổng số các thuốcnhuộm axit, còn lại 10% là antraquinon, 5% trirylmetan và 6% là các lớp hóa họckhác (xanten, azin, phtaloxianin, nitro,…)

- Thuốc nhuộm pigment: Có gốc nhóm azoic, hoàn nguyên đa vòng, không

tan trong nước, không có ái lực với xơ sợi

Trên đây đã điểm lại các lớp thuốc nhuộm chính, được sử dụng phổ biễn hiệnnay trong nhuộm (và in hoa) vải sợi bông, len, tơ tằm và xơ sợi tổng hợp (polieste,poliamit, acrylic) có trong nước thải dệt nhuộm cần phải xử lý khử màu Còn thuốcnhuộm pigment cũng được dùng nhiều, đặc biệt là để in hoa vải sợi pha polieste/bông,nhưng sau in hoa và nhuộm đều không giặt nên hầu như không có mặt trong nước thải

2 Nhu cầu về nước và nước thải trong xí nghiệp dệt nhuộm

Công nghệ dệt nhuộm sử dụng nước khá lớn: từ 12 đến 65 lít nước cho 1 mét vải

và thải ra từ 10 đến 40 lít nước

Nước dùng trong nhà máy dệt phân bố như sau:

Phun mù và khử bụi trong các phân xưởng: 7.8%

Nước dùng trong các công đoạn công nghệ: 72.3%

Phòng hỏa và cho các việc khác: 0.6%

Nước thải từ công nghiệp dệt cũng rất đa dạng và phức tạp, nhu cầu nước cho côngnghiệp dệt cũng rất lớn Từ đó lượng nước thải từ những công nghệ này cũng rất nhiều

Hàng len nhuộm, dệt thoi là: 100 - 240 m3/tấn

Hàng vải bông, nhuộm, dệt thoi: 50 - 240 m3/tấn, bao gồm:

Hồ sợi: 0.02 m3Nấu, giũ hồ tẩy: 30 - 120 m3Nhuộm: 50 - 240 m3

Hàng vải bông in hoa, dệt thoi là: 65 - 280 m3/tấn, bao gồm:

Hồ sợi: 0.02 m3Giũ hồ, nấu tẩy: 30-120 m3

In sấy: 5-20 m3Giặt: 30-140 m3

Khăn len màu từ sợi polycrylonitrit là: 40-140 m3/tấn, bao gồm:

Nhuộm sợi: 30-80 m3Giặt sau dệt: 10-70 m3

Vải trắng từ polyacrylonitrit là: 20-60 m3

3 Các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm

Nước thải từ các xí nghiệp dệt nhuộm rất phức tạp, nó bao gồm cả các chất hữu cơ,các chất màu và các chất độc hại cho môi trường Các chất gây ô nhiễm môi trường chính

có trong nước thải của xí nghiệp dệt, nhuộm bao gồm:

- Tạp chất tách ra từ xơ sợi, như dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, các chất bẩn dínhvào sợi (trung bình là 6% khới lượng xơ sợi).

- Các hóa chất dùng trong quá trình công nghệ: hồ tinh bột, tinh bột biến tính,dextrin, aginat, các loại axit, xút, NaOCl, H2O2, soda, sunfit… Các loại thuốc nhuộm,các chất phụ trợ, chất màu, chất cầm màu, hóa chất tẩy giặt Lượng hóa chất sử dụng đốivới từng loại vải, từng loại mầu là rất khác nhau và phần dư thừa đi vào nước thải tươngứng

- Đối với mặt hàng len từ lông cừu, nguyên liệu là len thô mang rất nhiều tạp chất(250-600 kg/tấn) được chia thành:

+ 25-30% mỡ (axít béo và sản phẩm cất mỡ, lông cừu)+ 10-15% đất và cát

+ 40-60% mưối hữu cơ và các sản phẩm cất mỡ, lông cừu

Bảng1.1: Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt - nhuộm

Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính của nước thải

Hồ sợi, giũ hồ

Tinh bột, glucozo, carboxy metylxelulozo, polyvinyl alcol, nhựa,chất béo và sáp

BOD cao (34-50% tổng sản lượngBOD)

Nấu, tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro,soda, silicat natri và xo sợi vụn. Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao(30% tổng BOD).Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa clo,NaOH, AOX, axit… Độ kiềm cao, chiếm 5%BOD.Làm bóng NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1%tổng BOD).Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axitaxetic

và các muối kim loại

Độ màu rất cao, BOD khá cao(6% tổng BOD), TS cao

In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét,

muối kim loại,axit… Độ màu cao, BOD cao và dầu mỡ.Hoàn thiện Vệt tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp, lượng nhỏ

Bảng1.2: Đặc tính nước thải của một số xí nghiệp Dệt nhuộm ở Việt Nam

Đặc tính sản phẩm Đơn vị Hàng bông

dệt thoi

Hàng pha dệt kim Dệt len Sợi

Bảng1.3: Tính chất nước thải của các nhà máy Dệt nhuộm ở TP Hồ Chí Minh

Tên nhà máy Q m t 3 / pH Độ màu Pt-Co COD mg/l BOD mg/l SS mg/l SO mg/l 4 2- PO mg/l 4 3- KLN

Bảng1.4: Tính chất nước thải của các nhà máy Dệt nhuộm ở Hà Nội

(mg/l)

COD (mg/l)

(Pt -Co)

Q (m 3 /t)

Công ty Dệt 8/3 70-35 15-380 400-1000 8-11 350-600 394

Công ty dệt Hà Nội 90-120 230-500 950-1000 9-10 250-500 264

Nhà máy chỉ khâu Hà Nội 90-180 210-320 805-1330 9-11 236

Công ty dệt Minh Khai 279-432 549-773 1599-1800 9-10 230-310 143,5

Công ty dệt kim Đông Xuân 120-400 570-1200 800-1100 9-11 1600 280

Công ty dệt len Mùa đông 115-132 400-450 420 8-11 350-700 114

Công ty dệt kim Thăng Long 132 443 496 8-12 168 199

4 Ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm đến nguồn tiếp nhận

- Độ kiềm cao làm tăng pH của nước Nếu pH > 9 sẽ gây độc hại đối với thủy tinh,

gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thong xử lý nước thải

- Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng rắn Lượng thải lớn gây tác hại đối vớiđời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi của tếbào

- Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước, gây tác hại đối vớiđời sống thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nguồn nước

- Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vạo nước thải gây màu cho dòng tiếpnhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnhquan

- Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước ảnhhưởng tới sự sống của các loài thủy sinh

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

Do đặc thù của công nghệ, nước thải dệt nhuộm chứa tổng hàm lượng chất rắn TS,chất rắn lơ lửng, độ màu, BOD, COD cao nên chọn phương pháp xử lý thích hợp phảidựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải, xử lý tậptrung hay cục bộ Về nguyên lý xử lý, nước thải dệt nhuộm có thể áp dụng các phươngpháp sau:

- Phương pháp cơ học

- Phương pháp hóa – lý

- Phương pháp sinh học

- Phương pháp hóa học

I XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC

Thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quy trình xử lý, quá trình được xem nhưbước đệm để loại bỏ các tạp chất vô cơ và hữu cơ không tan hiện diện trong nước nhằmđảm bảo tính an toàn cho các thiết bị và các quá trình xử lý tiếp theo Tùy vào kích thước,tính chất hóa lý, hàm lượng cặn lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch mà ta

sử dụng một trong các quá trình sau: lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dướitác dụng của lực ly tâm, trọng trường, lọc và tuyển nổi

Xử lý cơ học nhằm mục đích

 Tách các chất không hòa tan, những vật chất có kích thước lớn như nhánh cây,

gỗ, nhựa, lá cây, giẻ rách, dầu mỡ ra khỏi nước thải

 Loại bỏ cặn nặng như sỏi, thủy tinh, cát

 Điều hòa lưu lường và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải

 Nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo

1 Song chắn rác

Song chắn rác gồm các thanh kim loại tiết diện chữ nhật hình tròn, hình chữ nhậthoặc hình bầu dục Song chắn rác được chia làm 2 loại, loại di động và loại cố định Song

chắn rác được đặt nghiêng một góc 60 – 900 theo hướng dòng chảy Song chắn rác nhằmchắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn ở dạng sợi: giấy, rau cỏ, rác

2 Lưới chắn rác

Để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ hoặc các sản phẩm có giá trị, thường sửdụng lưới lọc có kích thước lỗ từ 0,5 - 1mm Khi tang trống quay, thường với vận tốc 0,1đến 0,5 m/s, nước thải thường lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào sự bố tríđường ống dẫn nước vào Các vật thải được cào ra khỏi mặt lưới bằng hệ thống cào

3 Bể điều hòa

Do đặc điểm của công nghệ sản xuất một số ngành công nghiệp, lưu lượng và nồng

độ nước thải thường không đều theo các giờ trong ngày Sự dao động lớn về lưu lượngnày sẽ ảnh hưởng không tốt đến những công trình xử lý phía sau Để duy trì dòng thải vànồng độ vào công trình xử lý ổn định, khắc phục được những sự cố vận hành do sự daođộng về nồng độ và lưu lượng của nước thải và nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lýsinh học người ta sẽ thiết kế bể điều hòa Thể tích bể phải tương đương 6 - 12h lưu nướctrong bể với lưu lượng xử lý trung bình Bể điều hòa được phân loại như sau:

- Bể điều hòa lưu lượng

- Bể điều hòa nồng độ

- Bể điều hòa cả lưu lượng và nồng độ

II XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA - LÝ

Cơ chế của phương pháp hóa lý là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó, chấtnày phản ứng với các tập chất bẩn trong nước thải và có khả năng loại chúng ra khỏinước thải dưới dạng cặn lắng hoặc dạng hòa tan không độc hại

Các phượng pháp hóa lý thường sử dụng để khử nước thải là quá trình keo tụ, hấpphụ, trích ly, tuyển nổi

1 Quá trình keo tụ tạo bông

Quá trình này thường được áp dụng để khử màu, giảm độ đục, cặn lơ lửng và visinh vật Khi cho chất keo tụ vào nước thô chứa cặn lắng chậm (hoặc không lắng được),các hạt mịn kết hợp lại với nhau thành các bông cặn lớn hơn và nặng, các bông cặn này

có thể tự tách ra khỏi nước bằng lắng trọng lực

Hầu hết chất keo tụ ở dạng Fe(III), Al(III); Al2(SO4)3.14H2O, FeCl3 Tuy nhiêntrong thực tế người ta thường sử dụng phèn sắt hơn do chúng có ưu điểm nhiều hơn phènnhôm Trong quá trình keo tụ người ta còn sử dụng chất trợ keo tụ để tăng tính chất lắngnhanh và đặc chắc do đó sẽ hình thành bông lắng nhanh và đặc chắc như sét, silicat hoạttính và polymer.

2 Phương pháp trích ly

Trích ly pha lỏng được ứng dụng để làm sạch nước thải chứa phenol, dầu, axit hữu cơ, các ion kim loại Phương pháp này được ứng dụng khi nồng độ chất thải lớn hơn 3 – 4g/

l, vì khi đó giá trị chất thu hồi mới bù đắp chi phí cho quá trình trích ly

Làm sạch nước bằng trích ly gồm 3 giai đoạn

- Trộn mạnh nước thải với chất trích ly (dung môi hữu cơ) trong điều kiệm bềmặt tiếp xúc phát triển giữa các chất lỏng hình thành 2 pha lỏng, một pha làchất trích ly với chất được trích ly, một pha là nước thải với chất trích ly

- Phân riêng hai pha lỏng nói trên

- Tái sinh chất trích ly

Để giảm nồng độ chất tan thấp hơn giới hạn cho phép cần phải chọn đúng chấttrích ly và vận tốc của nó khi cho vào nước thải

III XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Phương pháp này dựa trên cơ sở hoạt động phân hủy chất hữu cơ có trong nướcthải của các vi sinh vật Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng làmnguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình phát triển, chúng nhận các chấtdinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản Phương pháp này được sử dụng

để xử lý hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải Côngtrình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã qua xử lý sơ bộ qua các côngtrình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý

Quá trình sinh học gồm các bước

- Chuyển các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thànhthể khí và các vỏ tế bào vi sinh

- Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơtrong nước thải

- Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng

Chất nhiễm bẩn trong nước thải dệt nhuộm phần lớn là những chất có khả năngphân hủy sinh học Thường nước thải dệt nhuộm thiếu nguồn N và P dinh dưỡng Khi xử

lý hiếu khí cần cân bằng dinh dưỡng theo tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1 hoặc trộn nước thảidệt nhuộm với nước thải sinh hoạt để các chất dinh dưỡng trong hỗn hợp cân đối hơn.Các công trình sinh học như: lọc sinh học, bùn hoạt tính, hồ sinh học hay kết hợp xử lýsinh học nhiều bậc

IV XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

Các phương pháp hóa học xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxy hóa và khử Tất cảcác phương pháp này đều dùng tác nhân hóa học nên tốn nhiều tiền Người ta sử dụng cácphương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và trong các hệ thống nước khép kín Đôikhi phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học hay sau côngđoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn

1 Phương pháp trung hòa

Trung hòa nước thải được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau

- Trộn lẫn nước thải với axit hoặc kiềm

- Bổ sung các tác nhân hóa học

- Lọc nước axit qua vật liệu lọc có tác dụng trung hòa

- Hấp thụ khí axit bằng chất kiềm hoặc hấp thụ amoniăc bằng nước axit

Trong quá trình trung hòa một lượng bùn cặn được tạo thành Lượng bùn này phụthuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân xửdụng cho quá trình

2 Phương pháp oxy hóa và khử

Để làm sạch nước thải có thể dùng các chất oxy hóa như Clo ở dạng khí và hóalỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, bicromat kali,oxy không khí, ozon Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải đượcchuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước thải Quá trình này tiêu tốn mộtlượng lớn tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa học chỉ được dùng trong nhữngtrường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng nhữngphương pháp khác

Oxy hóa bằng Clo

Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất Người ta sửdụng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua rakhỏi nước thải.

Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng

Cl2 + H2O = HOCl + HClHOCl ↔ H+ + OCl-

Tổng clo: HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính

Các nguồn cung cấp clo hoạt tính còn có clorat canxi (CaOCl2), hypoclorit, clorat,dioxyt clo, clorat canxi được nhận theo phản ứng

Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2OLượng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là: 10 g/m3 đối vớinước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn

Phương pháp Ozon hóa

Ozo tác động mạnh mẽ với các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hóa bằng ozo chophép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng của nước Sau quá trình ozo hóa số lượng vikhuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99%, ozo còn oxy hóa các hợp chất Nito, Photpho

3 Phương pháp Ôxy hóa nâng cao

3.1 Định nghĩa

Các quá trình oxy hóa nâng cao là những quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào gốc

tự do hoạt động hydroxyl *OH được tạo ra ngay trong quá trình xử lý.

Gốc hydroxyl là tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong những tác nhân oxy hóa đã biết

từ trước đến nay, có khả năng phân huỷ oxy hóa không chọn lựa mọi hợp chất hữu cơ, dù

là loại khó phân huỷ nhất, biến chúng thành những hợp chất vô cơ (còn gọi là khoánghoá) không độc hại như CO2, H2O, axít vô cơ…từ những tác nhân oxy hóa thông thườngnhư hydrogen peroxit, ozone, có thể nâng cao khả nâng oxy hoá của chúng bằng các phẩnứng hoá học khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, vì vậy các quá trình này được gọi là cácquá trình oxy hoá nâng cao

Các quá trình oxy hóa nâng cao nổi lên trong những năm gần đây như một loạicông nghệ cao có tầm quan trọng trong việc đẩy mạnh các quá trình oxy hóa, giúp phânhuỷ nhiều loại hợp chất hữu cơ khó phân huỷ như hydrocacbon halogen hóa,hydrocacbon aromatic, các hoá chất bảo vệ thực vật, dioxin, furan, thuốc nhuộm, các chấthoạt động bề mặt…

Ngoài ra do tác dụng oxy hóa cực mạnh nên chúng có thể tiêu diệt được các loại vikhuẩn thông thường và những loại vi khuẩn như Campylobacter, Yersina, Mycrobacteria,Legionella, Cryptosporidium Mặt khác tác nhân *OH không tạo ra các sản phẩm phụ gâyưng thư như các hợp chất chứa clor trihalometan (THM)

Oxy hoá là quá trình trong đó electron được chuyển từ chất này sang chất khác.Điều này tạo ra một hiệu điện thế được tính bằng volt dựa trên hiệu điện thế điện cựchydro bằng 0 Mỗi tác nhân oxy hoá đều có một thế oxy hoá khác nhau và đại lượng nàydùng để so sánh khả năng oxy hoá mạnh hay yếu của chúng

Bảng 3.1 Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp

Tác nhân oxy hoá Thế oxy hoá, V

Gốc hydroxyl Ozone

Hydrogen peroxit Permanganat Hydrobromic axit Clo dyoxit

Hypocloric axit Hypoiodic axit Clo

Brom Iod

2,802,071,781,681.591,571.491.451.361.090.54

(Nguồn: Zhou, H and Smith, D.H, 2001)

Nhiều tác nhân oxy hoá mạnh là các gốc tự do trong đó gốc hydroxyl là tác nhânoxy hoá mạnh nhất có thế oxy hoá là 2,8V, cao gấp 1,52 lần ozone, gấp 2,05 lần Cl

Đặc tính của gốc tự do là trung hoà về điện trong khi các ion đều mang điện tíchdương hoặc âm Gốc tự do được tạo thành từ sự tách ra hai phần bằng nhau của liên kết

electron Các gốc tự do này không tồn tại sẵn như các tác nhân oxy hoá thông thường màchỉ được sản sinh trong quá trình phản ứng với thời gian tồn tại rất ngắn chỉ khoảng vàiphần nghìn giây nhưng liên tục sinh ra trong suốt quá trình phản ứng.

Các quá trình oxy hóa nâng cao không

nhờ tác nhân ánh sáng (Advanced

Non-Photochemical Process- ANPO)

Quá trình FentonQuá trình PeroxonQuá trình CatazonQuá trình oxy hóa điện hóaQuá trình Fenton điện hóaQuá trình siêu âm

Quá trình bức xạ năng lượng caoCác quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác

(Nguồn, US EPA, 1998;US EPA, 2001)

3.3 Tình hình nghiên cứu và áp dụng các quá trình oxy hóa nâng cao hiện nay

Nhờ những ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là nhữngchất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POP), trong việc khử trùng an toàn và triệt để Côngnghệ dựa trên các quá trình oxy hóa nâng cao dựa trên gốc tự do Hydroxyl *OH được

xem như chiếc “chìa khóa vàng” để giải bài toán thách thức cho nghành xử lý nước và

nước thải hiện nay Đó là lý do tại sao AOP được mệnh danh là quá trình xử lý nước củathế kỷ 21.

3.4 Cơ sở lý thuyết của quá trình Fenton

a Cơ chế phản ứng và phương thức phản ứng của gốc hydroxyl *OH

Thông thường qui trình oxi hóa Fenton đồng thể gồm 4 giai đoạn:

 Điều chỉnh pH phù hợp

 Phản ứng oxi hóa

Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy ra sự hình thành gốc *OH hoạt tính và phảnứng oxi hóa chất hữu cơ Cơ chế hình thành gốc *OH sẽ được xét cụ thể sau Gốc *OHsau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng ôxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nướccần xử lý: chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân thành các chất hữu cơ có khối lượngphân tử thấp

CHC (cao phân tử) +*HO  CHC (thấp phân tử) +CO2 +H2O+ OH- (3.1)

 Trung hòa và keo tụ

Sau khi xảy ra quá trình oxi hóa cần nâng pH dung dịch lên >7 để thực hiện kết tủa

Fe3+ mới hình thành:

Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3 (3.2)Kết tủa Fe(OH)3 mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ, hấp phụmột phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử

 Quá trình lắng:

Các bông keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống khiến làm giảm COD, mầu, mùitrong nước thải Sau quá trình lắng các chất hữu cơ còn lại (nếu có) trong nước thải chủyếu là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ được xử lý bổ sung bằngphương pháp sinh học hoặc bằng các phương pháp khác

b Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl • OH và động học các phản ứng Fenton:

* Phản ứng giữa H 2 O 2 và chất xúc tác Fe 2+

Mặc dù tác nhân Fenton đã được biết hàng thế kỷ nay nhưng cơ chế của phản ứngFenton cho đến nay vẫn còn đang tranh cãi, thậm chí có ý kiến trái ngược nhau.

Hệ tác nhân Fenton cổ điển là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị 2 (thông thườngdùng muối FeSO4) và hydro peroxit H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra gốc tự do

•OH, còn Fe2+ bị oxi hóa thành Fe3+ theo phản ứng:

Fe2+ + H2O2  Fe3+ + *OH + OH – (3.3)

Phản ứng trên được gọi là phản ứng Fenton do ông là người đầu tiên đã mô tả quátrình này Phản ứng Fenton đã tiếp tục được nghiên cứu bởi nhiều tác giả sau này, cácnghiên cứu này cho thấy ngoài phản ứng trên là phản ứng chính thì trong quá trìnhFenton còn có xảy ra các phản ứng khác Tổng hợp lại bao gồm:

*OH + Fe2+  OH - + Fe3+ (3.10)

*OH + H2O2  H2O + *HO2 (3.11)

*OH + RH  *R + H2O (3.12)Các gốc •R có thể oxy hóa Fe2+ , khử Fe3+ hoặc dimer hóa

Tuy nhiên như đã nói ở trên cơ chế phản ứng Fenton, đặc biệt là sự tạo thành cáchợp chất trung gian cũng như sự hình thành gốc hydroxyl vẫn còn nhiều tranh cãi.Kremer (1999) cho rằng các sản phẩm trung gian có thể là phức chất Fe2+.H2O2 hydrathóa và ion FeO2+ vì thuận lợi hơn về mặt nhiệt động và tác nhân ôxi hóa khử là FeO2+

chứ không phải gốc hydroxyl, mặt khác ông cũng cho rằng chất trung gian Fe2+.H2O2 cóthể tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hóa Tuy nhiên tuyệt đại đa số đều nhất trí cao với

cớ chế phản ứng Fenton xảy ra theo các phản ứng (1)-(6) đã nêu trên và thừa nhận vai tròcủa gốc hydroxyl tạo ra trong phản ứng Fenton

* Phản ứng giữa H 2 O 2 và chất xúc tác Fe 3+ :

Phản ứng (2) xảy ra xem như phản ứng phân hủy H2O2 bằng chất xúc tác Fe3+ và tạo

ra Fe2+ để sau đó tiếp tục xảy ra theo phản ứng (1) hình thành gốc hydroxyl theo phản ứngFenton Tuy nhiên tốc độ ban đầu của phản ứng ôxy hóa bằng tác nhân H2O2 / Fe3+ chậmhơn rất nhiều so với tác nhân Fenton H2O2 / Fe2+ Nguyên nhân vì trong trường hợp này

Fe3+ phải được khử thành Fe2+ trước khi hình thành gốc hydroxyl Như vậy về tổng thểquá trình Fenton được xem như không phụ thuộc gì vào trạng thái hóa trị hai hay ba củacác ion sắt

Một khi gốc tự do được hình thành, lập tức xảy ra hàng loạt các phản ứng tiếp theokiểu dây chuỗi với những gốc hoạt động mới Vì vậy, sự hình thành gốc hydroxyl đượcxem như khơi mào cho hàng loạt phản ứng xảy ra trong dung dịch Vì phản ứng của gốchydroxyl xảy ra không ngư chọn lựa, nên trong quá trình đó tạo ra nhiều sản phẩm trunggian khác nhau, khó tiên đoán tất cả các sản phẩm trung gian tạo ra trong suốt quá trình.Mục đích cuối cùng của quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm trong nước là vô cơ hoácác chất hữu cơ trong nước thành những chất đơn giản và không độc hại Cụ thể làchuyển:

 Cacbon trong phân tử chất ô nhiễm thành cabon dioxit

 Hydrogen trong phân tử chất ô nhiễm thành nước

 Photpho trong phân tử chất ô nhiễm thành photphat hoặc photphoric acid

 Sunfua trong phân tử chất ô nhiễm thành sunfat

 Nitơ trong phân tử chất ô nhiễm thành nitrat

 Halogen trong phân tử chất ô nhiễm thành halogen acid

 Các hợp chất vô cơ tạo thành oxy hoá cao hơn

Đặc điểm chung của các tác nhân oxy hoá thông thường là không thể xảy ra với mọichất và không triệt để trong khi đặc trưng của gốc *OH là hầu như không chọn lựa khiphản ứng các chất khác nhau để oxy hoá và phân hủy chúng

Bảng 3.3 Những hợp chất hữu cơ bị oxy hoá bởi gốc *OH đã nghiên cứu

Thuốc nhuộm Antraquinon, diazo, monoazo

Amin Anilin,amin vòng,dyetylamin,EDTA,propandiamin,n-propinamin Aromatic Benzen, clorobenzen, clorophenol, xylen, trinitrotoluen,

hydroquinon, phenol, diclorophenol Eter Tetrahydrofuran

Axit Focmic, gluconic, lactic, propionic, tactaric

Andehyd Axetaldehyd, benzaldehyd, focmandehyd, glyoxal, isobutirandehyd,

tricloroaxetaldehyd

c Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton

Ảnh hưởng của độ pH

Trong các phản ứng Fenton, độ pH ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và nộng độ

Fe2+ từ đó ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ.Trong dung dich có pH từ 2-7 các phần tử Fe(II) sẽ nằm dưới dạng Fe2+

(aq); đối với cácphần tử Fe(III), ở pH < 3 chúng sẽ nằm dưới dạng Fe3+

(aq) và khi pH gần đến 3 là dạngFeOH+2

(aq) và khi 3 < pH < 7 chúng ở dạng Fe(OH)+

(aq) Do đó trong môi trường axit sẽthận lợi cho quá trình tạo gốc tự do HO* theo phản ứng sau:

Fe2++ H2O2 = Fe3+ + HO* + OH- (3.13)Trong môi trường pH cao quá trình kết tủa Fe3+ nhanh hoen quá trình khử của phảnứng

Fe3++ H2O2 = Fe2+ + H+ + H2O* (3.14)Làm giảm nguồn tạo ra Fe2+và thành yếu tố hạn chế tốc độ của phản ứng Qua nhiềunghiên cứu cho thấy phản ứng Fenton xảy ra thuận lợi khi pH từ 3-5, đạt tốc độ cao nhấtkhi pH nằm trong khoảng hẹp trên dưới 3, và hiệu quả ngày càng giảm khi pH tăng Nhưđối với benzen hiệu suất xử lý sau 5h ở pH = 3 là khoảng 95%, ở pH = 5 là khoảng 35%

và ở pH = 6 là khoảng 20%

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của đọ pH đến tốc độ oxy hóa của chất hữu cơ bằng hệFenton Fe2+/H2O2trong điều kiện dư Fe2+ ([Fe2+] > 2[H2O2]) để loại trừ ảnh hưởng của cácion Fe3+, khi pH trên dưới 3 tốc độ phản ứng nhanh và HO* được tạo ra trực tiếp từ H2O2

và Fe2+ Tuy nhiên khi pH > 4 thì tốc độ phản ứng chậm lại

Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe 2+ /H 2 O 2 và loại ion Fe (Fe 2+ hay Fe 3+ )

Tốc độ phản ứng phân hủy các chất ô nhiễm trong hệ thống Fenton tăng khi tăngnồng độ H2O2, tuy nhiên nồng độ H2O2 lại phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm cần xử lý

và được đặc trung bằng tải lượng COD Theo kinh nghiệm tỷ lệ H2O2/COD thường từ0,5-1 (Schwarzer,H.1998)

Mặt khác theo phương trình (1) cho thấy tỉ thức phân tử của ion Fe2+ và H2O2 bằng 1,nhưng trong thực tế thì không theo đúng tỷ lệ này Ion Fe2+ và H2O2 không chỉ tham giaphản ứng (1) tạo ra gốc HO* mà còn tham gia phản ứng (3), (4) kêt quả là làm tiêu haogốc HO* vừa tạo ra, chính vì vậy tồn tại một tỷ lệ tối ưu khi sử dụng Tỷ lệ tối ưu nàynằm trong một khoảng rộng từ (0,3-1)/10 mol/mol tùy thuộc vào chất ô nhiễm cần xử lý

và được xác định bằng thực nghiệm

Việc sử dụng ion Fe2+ hay Fe3+ không ảnh hưởng gì đến tác dụng xúc tác cho phảnứng Fenton Tuy nhiên theo kinh nghiệm thực tế khi sử dụng H2O2 với liều lượng thấp(<10-15 mg/l) nên sử dụng Fe2+ sẽ tốt hơn

Ảnh hưởng của các anion vô cơ

Một số anion vô cơ thường có trong nước nhầm và nước thải cũng có thể làm giảmhiệu quả của quá trình Fenton, đặc biệt là nước thải dệt nhuộm do trong quá trình nhuộm

sử dụng nhiều chất trợ có nguồn gốc vô cơ Những anion vô cơ thường gặp nhất là cácion cacbonat (CO32-), bicacbonat (HCO3-), ion (Cl-) Những ion này goi chung là các gốc

ăn hydroxyl vì chúng tham gia phản ứng với gốc hydroxyl HO* làm giảm khả năng tiếnhành phản ứng oxy hóa hoặc cũng có thể tạo thành những phức chất không hoạt động vớiFe(III) như gốc sunfat (SO42-), nitrat (NO3-), photphat (H2PO4-) cúng làm hiệu quả của quátrình Fenton giảm đi

Phản ứng của một số gốc thường gặp trong hệ thống Fenton:

H2CO3 không phải là chất ăn hydroxyl, vì vậy trong trường hợp nếu độ kiềm cao bằngcách chỉnh pH sang môi trường axit để chuyển cân băng cacbonat-bicacbonat từ cacbonat(ăn hydroxyl) sang axit H2CO3 (không ăn hydroxyl) sữ có thể loại bỏ tác dụng kìm hãmtốc độ phản ứng của các ion cacbonat và bicacbonat.

Nói chung, các ion clorua, cacbonat và bicacbonat thường có ảnh hưởng kìm hãmtốc độ phản ứng nhiều nhất, trong khi đó các ion sunfat, phosphat hay nitrat có ảnh hưởng

ở mức độ thấp hơn

Ngoài các yếu tố trên còn các yếu tố khác như: Thời gian phản ứng, điện thế hệthống, các chất phụ gia, bản chất nước phải,…

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ CÔNG SUẤT 500M 3 /NG.Đ

I CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

1 Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ dựa vào các yếu tố cơ bản sau

 Công suất trạm xử lý

 Thành phần và đặc tính của nước thải

 Tiêu chuẩn xả nước thải vào các nguồn tiếp nhận tương ứng

 Phương pháp sử dụng cặn

 Khả năng tận dụng các công trình có sẵn

 Điều kiện mặt nằng và đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựng

 Khả năng đáp ứng thiết bị cho hệ thống xử lý

 Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành và bảo trì

2 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác

Nước thải trước xử lý:

3 Công nghệ xử lý nước thải phù hợp đề xuất

Xử lý nước thải dệt nhuộm bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phươngpháp đạt một hiệu quả nhất định đối với một vài chất ô nhiễm tương ứng Công nghệ xử

lý nước thải được áp dụng nhằm loại bỏ các thành phần như nhiệt độ, độ màu, chất rắn lơlửng (SS), COD, BOD5 và kim loại nặng

Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm được thải trực tiếp từ phân xưởng dệt nhuộm ra hệ thống xử

lý Nước thải từ quá trình sản xuất chảy qua song chắn rác, nhằm loại bỏ rác thải có kíchthước lớn, các mảnh vụn thô, các xơ và các sợi chỉ mịn trước khi qua các công trình xử lý

kế tiếp Nước thải dệt nhuộm thường có nhiệt độ cao vì thế trong hệ thống xử lý nướcthải dệt nhuộm tháp giải nhiệt hoặc giàn làm mát được sử dụng như là công trình đơn vịđầu tiên của hệ thống xử lý để làm giảm nhiệt độ của nước thải xuống dưới 40oC

Tại bể keo tụ, tạo bông: pH của nước thải được điều chỉnh đến pH thích hợp đểthuận lợi cho quá trình keo tụ Đây là nơi diễn ra quá trính keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi

để các chất keo tụ tiếp xúc với cặn bẩn làm tăng khối lượng riêng các hạt cặn bẩn, đồngthời trong bể có thiết bị khuấy trộn nhằm tăng cường hiệu quả của quá trình Chất trợ kẹo

tụ được thêm vào là Polymer-chất trợ keo tụ có nhiệm vụ như một cầu nối nhằm kết dínhcác kết tủa tạo thành các bông cặn lớn, thúc đẩy quá trình keo tụ xảy ra nhanh và đạt hiệuquả cao Bông bùn tạo ra có kích thước tương đối lớn nên có thể lắng được bằng trọnglực

Nước thải từ bể phản ứng tự chảy qua bể lắng hóa lý nhằm tách các bông cặn hìnhthành ra khỏi nước thải nhờ sự khác nhau về tỷ trọng: Các chất rắn có khả năng lắng có tỉtrọng lớn hơn tỉ trọng của nước, và các chất nổi có tỉ trọng nhẹ hơn tỉ trọng của nước Bểlắng hóa lý có thể loại được 50-70% chất rắn lơ lửng, 40 -60% COD của nước thải Nướcthải tồn tại trong bể lắng cùng với thời gian sẽ hoàn thành nốt quá trình tách cặn bông.Phần bùn được đưa qua bể chứa bùn Phần nước đã tách bùn sẽ được dẫn qua công đoạn

xử lý bậc hai

Công đoạn xử lý bậc hai được áp dụng bao gồm: Oxy hoá nâng cao (ozone hayFenton) và hiệu chỉnh pH về trung tính Quá trình xử lý bằng phương pháp oxy hóa nângcao được áp dụng để xử lý triệt để các chất ô nhiễm khó xử lý (hay không thể xử lý bằngphương pháp thông thường) còn lại trong nước thải hay tái sử dụng

Tại bể Oxy hóa Fenton có lắp thêm một hệ thống định lượng để thêm axit, FeCl3,

H2O2 vào vừa đủ để phản ứng đạt hiệu quả cao nhất Sau thời gian khoảng thời gian nhấtđịnh nước thải được đưa qua bể lắng

Tại bể lắng, chất rắn lơ lửng sau quá trình phản ứng Fenton sẽ được lắng xuốngđáy bể, còn nước trong được đưa sang bể điều chỉnh PH để điều chỉnh PH đạt mức theoyêu cầu trước khi được thải ra môi trường

Bùn phát sinh từ quá trình keo tụ, tạo bông và bùn thu được sau quá trình lắngđược lưu giữ trong bể chứa bùn và bùn được giảm thể tích với áp dụng máy ép bùn haylọc để tách nước và giao cho công ty có chức năng xử lý

Lựa chọn của công nghệ xử lý phù hợp phụ thuộc vào nguyên liệu thô sử dụngtrong quá trình dệt nhuộm, thành phần đầu vào, quy chuẩn xả thải, chí phí đầu tư, vậnhành và diện tích đất cần sử dụng

Ưu điểm:

- Hiệu quả xử lý cao, loại bỏ được các chất độc có trong nước thải dệt nhuộm

- Đảm bảo nước đầu ra đạt tiêu chuẩn

- Diện tích cho công trình nhỏ, thiết bị di chuyển dễ dàng

Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư cao.tốn nhiều năng lượng

- Hệ thống lắp đặt và vận hành phức tạp