Nghiên cứu quá trình xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm bằng phương pháp fentơnnghiên cứu quá trình xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm bằng phương pháp fentơn

Trong bối cảnh chung của toàn ngành, Công ty Dệt Len Mùa Đông là một đơn vị liên doanh với Đan Mạch, chuyên cung cấp các sản phẩm dệt may được thị trường ưa dùng, với đặc thù của công ng

Tr−êng §¹i häc b¸ch khoa hµ néi

MụC LụC

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 3

Danh mục các bảng 4

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 5

Mở ĐầU 6

Chương 1 TổNG QUAN 8

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ trong ngành dệt nhuộm 8

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải 12

1.2.1 Các thông số vật lý quan trọng 12

1.2.1.1 Màu sắc 12

1.2.1.2 Độ đục 13

1.2.1.3 Mùi vị 13

1.2.1.4 Nhiệt độ 14

1.2.1.5 Độ dẫn điện 14

1.2.1.6 Độ cứng của nước 15

1.2.2 Các thông số ô nhiễm hoá học 15

1.2.2.1 Hàm lượng oxy hoà tan DO (Dissolved oxygen) 15

1.2.2.2 Nhu cầu oxy hoá học COD (Chemical oxygen demand) 16

1.2.2.3 Nhu cầu oxy sinh hoá BOD (Biochemical oxygen demand) 17

1.3 Hiện trạng nước thải tại nhà máy Dệt Len Mùa Đông 18

1.3.1 Tình hình chung 18

1.3.2 Nước thải tại nhà máy Dệt Len Mùa Đông 26

1.3.2.1 Giới thiệu sơ lược về nhà máy Dệt Len Mùa Đông 26

1.3.2.2 Qui trình công nghệ sản xuất của nhà máy Dệt Len Mùa Đông 27 1.3.2.3 Đánh giá chất lượng nước thải tại nhà máy Dệt Len Mùa Đông 28 1.4 Sơ lược các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 29

1.4.1 Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu 29

1.4.2 Phương pháp cơ học 30

1.4.3 Phương pháp hoá lý 31

1.4.4 Phương pháp sinh học 36

1.4.5 Phương pháp hoá học 40

1.5 Chọn công nghệ xử lý 41

1.5.1 Quy trình công nghệ 41

1.5.2 Phương pháp hoá học Oxy hoá Fentơn 42

-Chương 2- CƠ Sở Lý THUYếT CủA QUY HOạCH HOá

THựC NGHIệM 49

2.1 Giới thiệu chung 49

2.1.1 Xác định hệ 49

2.1.2 Xác định cấu trúc của hệ 50

2.1.3 Xác định hàm toán mô tả hệ 51

2.1.4 Xác định các thông số của mô hình thống kê 52

2.1.5 Cơ sở chọn tâm thí nghiệm 53

2.1.6 Kiểm tra tính có nghĩa của hệ số hồi quy 55

2.1.7 Kiểm tra tính tương hợp của mô hình thống kê 56

2.2 Phương pháp quy hoạch hoá tuyến tính bậc 1 và bậc 2 56

2.2.1 Quy hoạch tuyến tính bậc 1 56

2.2.2 Quy hoạch tuyến tính bậc một hai mức tối ưu riêng phần 58

2.2.3 Quy hoạch thực nghiệm bậc 2 60

CHƯƠNG 3 THựC NGHIệM 64

3.1 Mô tả thực nghiệm 64

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 64

3.1.2 Mục đích nghiên cứu 64

3.1.3 Quy trình thực nghiệm 64

3.2 Các phương pháp phân tích sử dụng trong nghiên cứu 64

3.2.1 Dụng cụ và hoá chất 64

3.2.2 Phân tích định tính 65

3.2.3 Phân tích định lượng 66

Chương 4 KếT QUả Và THảO LUậN 67

4.1 Sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ 68

-4.1.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ 68

-4.1.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ H2O2 69

4.1.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của pH 71

4.1.4 Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian 73

-4.2 Quy hoạch thực nghiệm bậc 1 nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời các yếu tố 74

-4.3 Quy hoạch thực nghiệm bậc 2 nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời các yếu tố 79

KếT LUậN 90

TàI LIệU THAM KHảO 91

Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t

DO: hµm l−îng oxy hoµ tan

COD: nhu cÇu oxy ho¸ häc

BOD: nhu cÇu oxy sinh hãa

Danh mục các bảng

Bảng 1.1 Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc và phạm vi sử dụng

Bảng 1.2 Các sản phẩm phân huỷ của thuốc nhuộm azo

Bảng 1.3 Nguyên nhiên vật liệu sử dụng

Bảng 1.4 Kết quả phân tích nuớc thải phân xưởng nhuộm ngày 31-03-2006 Bảng 1.5 Các yếu tố dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật phát triển

Bảng 1.6 Thế oxy hoá của các tác nhân oxy hoá truyền thống

Bảng 4.3 ảnh hưởng của độ pH đến hiệu quả xử lý COD của nước thải chứa

thuốc nhuộm màu xanh BB161

Bảng 4.4 ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu quả xử lý COD của

nước thải chứa thuốc nhuộm màu xanh BB161

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hỡnh 1.1 Sơ đồ cụng nghệ dệt nhuộm

Hình 1.2 Một số cấu trúc của thuốc nhuộm phân tán điển hình

Hình 1.3 Ví dụ cấu trúc thuốc nhuộm azo (Remazol Black 5)

Hình 1.4 Ví dụ về thuốc nhuộm azo hoạt tính (C.I Reactive Blue 238)

Hình 1.5 Ví dụ về sự phân huỷ thuốc nhuộm azo bằng vi sinh vật yếm khí Hình 1.6 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tại Công ty Dệt Len Mùa Đông Hỡnh 2.7 Vựng xỏc định ABCD cỏc yếu tố ảnh hưởng và vựng lõn cận điểm

M: 1234-dạng tự nhiờn

Hỡnh 2.8 Vựng xỏc định A’B’C’D’ cỏc yếu tố ảnh hưởng và vựng lõn cận

điểm M: 1234-dạng mó hoỏ

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thí nghiệm

Hình 4.1 Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý COD vào nồng độ Fe 2+

Hình 4.2 Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý COD vào nồng độ H 2 O 2

Hình 4.3 Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý COD vào độ pH

Hình 4.4 Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý COD vào thời gian phản ứng Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý COD vào pH và

nồng độ H 2 O 2 khi nồng độ Fe 2+ không đổi, và thời gian phản ứng không đổi

Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý COD vào pH và

nồng độ Fe 2+ khi nồng độ H 2 O 2 không đổi và thời gian phản ứng không đổi

Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý COD vào Fe 2+ và

Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý COD vào Fe 2+ và thời gian T khi nồng độ H 2 O 2 và độ pH không đổi

Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý COD vào độ pH

và thời gian phản ứng khi nồng độ Fe 2+ và nồng độ H 2 O 2 không đổi

Mở ĐầU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ, sự tiến bộ trong đời sống sinh hoạt hàng ngày, con người cũng thải ra hàng trăm triệu tấn chất thải vào môi trường, trong đó nhiều chất thải có độc tính cao làm cho môi trường bị ô nhiễm ngày càng gay gắt Vấn đề

ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước đã, đang và sẽ còn là những thách thức với sự phát triển và tồn vong của xã hội loài người, nhất là các nước

đang phát triển, trong đó có Việt Nam

Một trong những nguồn thải gây ô nhiễm nguồn nước lớn nhất là các cơ sở sản xuất hàng dệt may Ngành công nghiệp dệt may là một trong những ngành mang tính xã hội cao, được nhà nước quan tâm đầu tư nên có tốc độ phát triển rất nhanh và là ngành có kim ngạch xuất khẩu lớn, liên tục ở tốp dẫn

đầu trong những năm gần đây

Sức ép về môi trường ngày càng lớn, các công ty, xí nghiệp trong ngành dệt may chẳng những phải sản xuất phù hợp với những tiêu chuẩn môi trường Việt Nam đã ban hành, mà còn phải phấn đấu đạt tiêu chuẩn về quản lí chất lượng môi trường ISO 14000 để đảm bảo xuất khẩu cạnh tranh thắng lợi trên thương trường quốc tế Chính vì vậy, vấn đề sinh thái và môi trường trong sản xuất ngành dệt may, đặc biệt trong tẩy, nhuộm, in hoa và xử lí hoàn tất cuối cùng đòi hỏi phải xem xét cẩn thận và xử lý nghiêm túc

Trong bối cảnh chung của toàn ngành, Công ty Dệt Len Mùa Đông là một

đơn vị liên doanh với Đan Mạch, chuyên cung cấp các sản phẩm dệt may được thị trường ưa dùng, với đặc thù của công nghệ là sử dụng một lượng lớn nước

và hoá chất Lưu lượng nước thải là 30 m3/ ngày đêm, chủ yếu là nước thải của phân xưởng nhuộm chứa chủ yếu là các loại thuốc nhuộm azo, chỉ có một phần là thuốc nhuôm phân tán và thuốc nhuộm cation Các loại thuốc nhuộm này thường có đặc tính rất bền với điều kiện môi trường và khó phân huỷ sinh

học Do đó nước thải của Công ty có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường rất lớn nên việc xử lý nước thải của công ty trở thành một nhu cầu cấp bách Nhằm

góp phần tìm hiểu và giải quyết những vấn đề trên, em đã tiến hành "Nghiên

cứu quá trình xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm bằng phương pháp

Chương 1- TổNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ trong ngành dệt nhuộm

Hiện nay, dệt may là một trong những ngành công nghiệp mang lại lợi nhuận kinh tế cao, thu hút nhiều lao động góp phần quan trọng trong việc giải quyết vấn đề công ăn việc làm trong xã hội

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp này đã có những bước phát triển đáng kể Hiện nay ngành dệt may nước ta có trên 1000 doanh nghiệp, trong đó khoảng 230 doanh nghiệp nhà nước (chiếm 28%), 450 doanh nghiệp quốc doanh (42%), 250 doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài (30%) với số lao động trên 2 triệu người Trong những năm gần đây trình độ công nghệ của ngành 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 Thị trường luôn

được mở rộng đã góp phần thúc đẩy tăng trưởng nhanh kim ngạch xuất khẩu Theo thống kê của ngành dệt may Việt Nam, kim ngạch của các sản phẩm nhuộm sang thị trường EU trong 6 tháng đầu năm 2004 đã đạt 360 triệu USD, chiếm 18% tổng kim ngạch xuất khẩu, trong đó riêng xuất khẩu sang 15 nước thành viên EU cũ đạt 320 triệu USD, tăng 50% so với cùng kỳ năm trước Hiện nay hàng dệt may Việt Nam đã có mặt trên 100 nước chủ yếu tập trung vào ba thị trường chính là EU, Nhật Bản, Mỹ [1]

Bên cạnh những thành tích, ngành dệt nhuộm nước ta cũng đang gặp nhiều khó khăn, chủ yếu về năng lực thiết bị Hiện nay toàn ngành dệt tỷ lệ đổi mới thiết bị mới đạt 7%, còn thấp so với các nước trong khu vực (20ữ25%) Mặt khác, thiết bị ngành dệt nhuộm đang trong tình trạng xuống cấp nghiêm trọng Công nghệ và thiết bị lạc hậu dẫn đến tiêu hao nguyên vật liệu lớn Vấn đề này không những ảnh hưởng đến lợi nhuận của các doanh nghiệp sản xuất mà còn gây tác động tiêu cực đến môi trường

Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp đa sản phẩm, áp dụng nhiều quy trình sản xuất khác nhau, sử dụng nhiều chủng loại nguyên vật liệu, hoá chất Nước thải dệt nhuộm, 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 huỷ, có tính độc cao

đối với sinh vật và con người Do vậy, xử lý nước thải của các cơ sở dệt nhuộm ngày càng trở thành vấn đề cấp thiết

Tuỳ từng đặc thù công nghệ và sản phẩm của mỗi cơ sở sản xuất khác nhau mà quy trình sản xuất áp dụng có thể thay đổi phù hợp Dây chuyền công nghệ tổng quát của ngành dệt nhuộm bao gồm các bước sau (Hình1.1) [2]

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ dệt nhuộm

Nhập và làm sạch nguyên liệu: nguyên liệu thường được đóng dưới dạng

các kiện thô chứa các sợi bông 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 trình làm sạch, bông thu dưới dạng các tấm phẳng

đều

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

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

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

enzym (1% enzym, muối và các chất ngấm) hoặc axít (dung dịch axít sunfuric 0,5%) Vải sau khi giũ hồ được giặt bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi

đưa sang tẩy

Nấu vải: là quá trình loại trừ phần còn lại và đại bộ phận các tạp chất thiên

nhiên của xơ sợi, tách dầu mỡ bằng quá trình nấu ở áp suất và nhiệt độ cao cùng với dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt Do vậy nước thải ra sau quá trình nấu có độ kiềm cao, chứa dầu mỡ, chất tẩy giặt, các tạp chất thiên nhiên

từ xơ sợi khó phân huỷ màu

Tẩy vải: mục đích làm cho vải sạch màu tự nhiên, sạch các vết dầu mỡ, bẩn

và làm cho vải đạt độ trắng yêu cầu Vải thường được tẩy bằng dung dịch Clo, hypochrorit hoặc peroxit cùng với các tạp chất phụ trợ khác để tạo môi trường

và các chất hoạt động bề mặt

Tẩy bằng H2O2 tuy giá thành sản phẩm đắt nhưng không ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Nước thải chủ yếu chứa kiềm dư, các chất hoạt động bề mặt

Tẩy vải bằng các hợp chất chứa Clo giá thành rẻ, nhưng sẽ làm tăng hàm lượng hợp chất halogen hữu cơ trong nước thải Các chất này có khả năng gây ung thư cho người (như triclometan)

Nhuộm vải: là quá trình gia công nhằm đưa thuốc nhuộm vào vải sợi, làm

cho thuốc nhuộm phân bố đều, sâu và bám chặt vào vải, hay nói cách khác là làm cho vải có màu sắc đúng yêu cầu đặt ra, đều màu và bền màu

Để nhuộm màu vải, người ta sử dụng chủ yếu các loại thuốc nhuộm tổng hợp, cùng nhiều hóa chất trợ khác tạo điều kiện cho sự bắt màu của thuốc nhuộm Vải sợi sau khi nhuộm xong được giặt sạch để tách phần thuốc nhuộm

và hoá chất dư ra khỏi bề mặt vải sợi Phần hoá chất và thuốc dư đi vào nước thải phụ thuộc quy trình nhuộm, tính chất thuốc nhuộm và độ đậm nhạt của màu cần nhuộm Màu càng đậm thì lượng hoá chất nhuộm dư đi vào nước thải càng nhiều Đối với màu nhạt lượng này khoảng 10ữ20%, còn đối với màu

đậm khoảng 30ữ50%

Trong các nguồn phát sinh nước thải của nhà máy dệt nhuộm, nước thải công đoạn nhuộm là một trong những nguồn ô nhiễm cao, thành phần phức tạp, và rất khó xử lý

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải

1.2.1 Các thông số vật lý quan trọng

1.2.1.1 Màu sắc

Nước sạch là nước không có màu Nước có màu là biểu hiện của nước bị ô nhiễm, trong trường hợp nước có bề dầy và chiều sâu lớn thì sẽ tạo ra màu xanh lam, do khả năng hấp thụ chọn lọc một số bước sóng ánh sáng Còn màu xanh lục là hiện tượng xuất hiện các thực vật trôi nổi hoặc xảy ra sự phù dưỡng, đồng thời tồn tại các sản phẩm phân huỷ của những thực vật sau khi chết Màu vàng trong nước là do quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, làm xuất hiện axit humic (mùn) hoà tan vào Còn màu đen thường do các ion kim loại tồn tại trong nước tạo kết tủa với gốc sunfua…Ngoài ra màu sắc còn rất đa dạng tuỳ từng nhà máy, xí nghiệp như: dệt nhuộm, luyện kim, xi măng, thực phẩm…

Trong sản xuất nhiều ngành công nghiệp yêu cầu nguồn gốc nước có độ màu thấp hoặc là không có màu, lên việc loại trừ độ màu ở nước ta là rất cần thiết

1.2.1.2 Độ đục

Nước nguyên chất có môi trường trong suốt và có khả năng truyền ánh sáng tốt nhưng khi trong nước có các huyền phù, cặn vắn lơ lửng, các vi sinh vật và các chất hoà tan thì khả năng truyền ánh sáng giảm đi Dựa trên nguyên tắc này mà người ta xác định được độ đục của nước Nước có độ đục cao là nước có nhiều tạp chất Mặt khác độ đục của nước còn được gắn liền với khả năng gây ô nhiễm của các thông số khác có nguy cơ gây hại về mặt vệ sinh, môi trường Mặt khác, độ đục còn làm giảm khả năng đâm xuyên của ánh sáng vào nước làm giảm quá trình quang hợp và trao đổi chất trong nước do

đó cũng làm giảm độ hoà tan Oxy trong nước đi

Theo TCVN độ đục được xác định bằng chiều sâu của lớp nước thấy được (gọi là độ trong), ở độ sâu đó ta có thể đọc được hàng chữ tiêu chuẩn Đối với nước sinh hoạt độ đục phải lớn hơn 30 cm

1.2.1.3 Mùi vị

Nước sạch là nước không mùi vị Nếu nước có mùi vị khó chịu là triệu chứng nước bị ô nhiễm Trong nước thải mùi vị rất đa dạng tuỳ thuộc vào lượng chất gây ô nhiễm Mùi của nước thải có thể do một số chất gây ra như

H2S có mùi trứng thối, NH3 có mùi khai… Cũng có thể là do xác vi sinh vật và các sản phẩm mà các vi sinh vật phân huỷ ra Các chất gây mùi vị trong nước

- Các chất gây mùi từ các quá trình sinh hoá, các chất do hoạt động của

vi khuẩn, rong tảo như CH3 – S – CH3 có mùi tanh cá, C12H22O, C12H18O2 có mùi tanh bùn

- Các chất gây mùi có nguồn gốc hữu cơ trong chất thải công nghiệp, chất thải mạ, dầu mỡ…

Các chất gây màu trong nước phần lớn có thể khử được bằng cách làm thoáng khí, chúng là chất hoà tan dễ bay hơi, sử dụng quá trình oxy hoá trong quá trình lọc chậm, lọc khô cũng có thể khử được nhiều chất gây mùi Ngoài

ra, có thể khử được bằng cách dùng than hoạt tính hoặc dùng phương pháp keo

tụ bằng phèn nhôm, sắt…

1.2.1.4 Nhiệt độ

Nhiệt độ của nước thay đổi theo mùa, ở Việt Nam nhiệt độ của nước bề mặt thay đổi theo mùa, dao động từ 14,3ữ33,50C Nguồn gốc gây ô nhiễm nhiệt độ chính là từ nguồn nước thải từ các bộ phận làm nguội ở các nhà máy nhiệt điện, luyện kim và việc đốt huỷ các vật liệu tại bề mặt sông, hồ… Nhiệt

độ trong các nước thải này thường cao hơn 10 đến 250C so với nước thường và khi nhiệt độ tăng lên nó làm giảm độ hoà tan Oxy trong nước và tăng những sinh vật phù du

Nhiệt độ của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lý nước Sự thay đổi nhiệt độ của nước phụ thuộc vào từng loại nguồn nước Nhiệt độ của nguồn nước thải thay đổi rất lớn 4ữ400C phụ thuộc vào thời tiết và độ sâu của nguồn nước Sự thay đổi nhiệt độ này có ảnh hưởng đến quá trình sinh hoá diễn ra trong các nguồn nước, ảnh hưởng đến dạng phân huỷ của các chất hữu cơ, nồng độ oxy hoà tan

1.2.1.5 Độ dẫn điện

Các muối vô cơ tan trong nước tạo thành các ion và làm cho nước có khả năng dẫn điện Độ dẫn điện của nước phụ thuộc vào nồng độ, khả năng

linh động của các ion Vì thế có thể nói khả năng dẫn điện của nước phản ánh hàm lượng chất rắn hoà tan, trong đó chủ yếu là hàm lượng các chất khoáng hoà tan

1.2.1.6 Độ cứng của nước

Độ cứng của nước là biểu thị hàm lượng các ion canxi, magiê có trong nước Độ cứng của nước thường được chia làm 3 loại: độ cứng toàn phần, độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu, các ion Sr3+,Fe2+, Mn2+, Al3+, Fe3+ đôi khi cũng góp phần làm tăng độ cứng của nước

Độ cứng của nước thường được coi là không độc hại đối với sức khoẻ con người nhưng độ cứng lại gây nên những hậu quả về kinh tế Khi dùng nước cứng để tắm giặt thì xà phòng ít tạo bọt nên lượng xà phòng tiêu tốn tăng lên

đáng kể Trong kỹ thuật nước cứng đóng cặn gây tạo màng cứng trong các ống dẫn nước nóng, gây đóng cặn ở nồi hơi làm giảm quá trình truyền nhiệt, đôi khi có thể gây nổ

Đây cũng là những bất tiện do nước cứng gây ra cần phải giải quyết Do

đó độ cứng của nước là chỉ tiêu quan trọng khi xác định chất lượng nước cho sinh hoạt và công nghiệp Độ cứng là yếu tố quyết định cho quá trình xử lý và làm mềm nước

1.2.2 Các thông số ô nhiễm hoá học

Để đánh giá chất lượng nước trong môi trường người ta phải căn cứ vào một

số chỉ tiêu hoá học của nước, các chỉ tiêu này cho phép đánh giá mức độ ô nhiễm hay hiệu quả của phương pháp xử lý Dưới đây là một số chỉ tiêu hoá học được sử dụng để đánh giá chất lượng nước

1.2.2.1 Hàm lượng oxy hoà tan - DO (Dissolved oxygen)

DO là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải, nó được dùng để chỉ định lượng oxy hoà tan trong nước ở một nhiệt độ

xác định, cần thiết cho sinh vật và thuỷ sinh Oxy không thể thiếu được đối với tất cả sinh vật sống trên cạn, cũng như dưới nước

Khi nhiệt độ tăng thì DO càng giảm DO càng lớn thì mức độ ô nhiễm càng thấp Các nguồn nước mặt do bề mặt thoáng tiếp xúc trực tiếp với không khí nên hàm lượng oxy hoà tan cao Khi thải các chất thải sử dụng oxy vào nước, quá trình oxy hoá sẽ làm giảm oxy hoà tan trong các nguồn nước này, thậm chí có thể đe doạ sự sống của các loài cá và các sinh vật khác sống trong nước

Để xác định nồng độ oxy hoà tan trong nước người ta sử dụng phương pháp iốt (phương pháp Winkle) Phương pháp này dựa vào quá trình oxy hoá

Mn2+ -> Mn4+ trong môi trường kiềm và Mn4+ lại có khả năng oxy hoá I- thành

I2 tự do trong môi trường axit Như vậy lượng I2 giải phóng ra tương đương lượng oxy hoà tan có trong nước Lượng Iôt này được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với natri thiosunfat, theo phương trình sau:

- Nếu không có oxy trong mẫu nước

Mn2+ + 2OH- -> Mn(OH)2 ↓ (trắng)

- Nếu có oxy trong mẫu nước

Mn2+ + 2OH- + 1/2 O2-> MnO2↓ (nâu) + H2O

Sau đó hoà tan kết tủa bằng H2SO4 đậm đặc

MnO2 + 2I + 4H+ -> Mn2+ + I2 + 2H2O Lấy dung dịch này đem chuẩn độ với dung dịch Na2S2O3 0,025N

I2 + Na2S2O3 -> Na2S4O6 + 2NaI

1.2.2.2 Nhu cầu oxy hoá học - COD (Chemical oxygen demand)

COD là một chỉ tiêu quan trọng, được sử dụng rộng rãi để biểu thị hàm

lượng các chất hữu cơ có trong nước thải COD được định nghĩa là lượng oxy

cần thiết để oxy hoá triệt để các chất hữu cơ hoà tan trong nước thành CO2 và

H2O, lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị Oxy hoá được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hoá mạnh trong môi trường axit

Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp Bicromat và cơ chế của nó theo phương trình phản ứng sau đây:

Các chất hữu cơ + Cr2O-27+ H+ -> CO2 + H2O + 2Cr3+

Lượng Cr2O72- + 14H+ > 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O

1.2.2.3 Nhu cầu oxy sinh hoá - BOD (Biochemical oxygen demand)

BOD là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải đô thị và nước thải công nghiệp BOD được định nghĩa là lượng oxy vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxy hoá các chất hữu cơ, phương trình tổng quát

Chất hữu cơ + O2 -> CO2 + H2O + tế bào mới +sản phẩm cố định Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các vi sinh vật dùng oxy hoà tan Vì vậy xác định tổng lượng oxy hoà tan cần thiết cho quá trình phân huỷ sinh học là công việc quan trọng đánh giá ảnh hưởng của một dòng chất thải đối với nguồn nước

BOD biểu thị lượng các chất hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng

vi sinh vật Chỉ tiêu BOD được sử dụng rộng rãi để:

- Xác định gần đúng lượng oxy cần thiết để ổn định sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải

- Xác định kích thước thiết bị xử lý

- Xác định hiệu xuất xử lý của một quá trình

- Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lý được phép thải vào các nguồn nước

Trong thực tế không xác định lượng oxy cần thiết để phân huỷ hoàn toàn chất hữu cơ vì như thế tốn rất nhiều thời gian mà chỉ xác định lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 200C, BOD5 Giá trị BOD5 được tính theo công thức:

) / (

2 1

P

D D BOD = ư

D1: nồng độ oxy hoà tan trong mẫu nước thải pha loãng trước khi ủ (mg/L)

D2: nồng độ oxy hoà tan trong mẫu nước thải pha loãng sau 5 ngày ủ ở 200C (mg/L)

từ khâu chuẩn bị tới khâu hoàn tất Tải lượng, tính chất, thành phần và độ ô nhiễm của nước thải có sự biến động phức tạp phụ thuộc vào công nghệ, hoá chất sử dụng và tình trạng của thiết bị Hoá chất và thuốc nhuộm được sử dụng

trong các quá trình xử lý ướt sản phẩm là nguyên nhân quyết định độ ô nhiễm của nước thải Theo thống kê trung bình ngành Dệt May sử dụng từ 200ữ1000

kg hoá chất các loại và 20ữ80 kg thuốc nhuộm để sản xuất ra một tấn sản phẩm Trung bình hàng năm ngành công nghiệp dệt nhuộm sử dụng trên 3500 tấn thuốc nhuộm và 27000 tấn hoá chất các loại khác, hiệu suất sử dụng hoá chất thuốc nhuộm trung bình 70ữ80%, lượng còn lại thải vào môi trường [2] Thành phần nước thải dệt nhuộm rất phức tạp do sự đa dạng về công nghệ, chủng loại mặt hàng và hoá chất sử dụng Nhìn chung phải sử dụng các loại hoá chất sau:

- Các loại hợp chất kiềm (NaOH, Na2CO3, NH4OH,…), các loại axit (HCOOH, C2H2O4, CH3COOH…) và axit vô cơ (H2SO4, HCl…)

- Các chất oxi hóa (H2O2, KMnO4, NaClO, NaClO2…)

- Các chất khử (Na2S, Na2S2O4, chất hữu cơ…)

- Các loại dung môi hữu cơ (percloetylen, axeton…)

- Các chất thải nhuộm, các hợp chất có chứa Clo

- Các loại dầu khoáng, hồ tổng hợp dùng làm chất tải nhiệt, hồ in, hoặc

được tách ra trong quá trình hoàn tất vải tổng hợp

- Các chất nhũ hoá, chất ngấm, chất càng hoá, tạo phức, chất dùng để hồ sợi

- Các hoá chất hoàn tất: hồ làm mềm, hồ cứng, hồ chống nhàu, hồ chống tĩnh điện, hồ chống cháy…

- Các hợp chất silicol hình thành từ quá trình hoàn tất, Foocmalđêhit hình thành từ quá trình cầm màu và xử lý chống nhàu…

- Các kim loại nặng như: Fe, Cu, Zn, Cr, Pb, Hg, Co, Ni, Re… được hình thành từ các loại thuốc nhuộm có chứa kim loại hoặc hình thành từ các chất trợ và kể cả gỉ sắt của đường ống, thiết bị

- Các polyme tự nhiên như tinh bột, sáp mỡ động vật, lignin, tanin, chất màu tự nhiên được loại ra từ quá trình làm sạch hoá học

- Các hợp chất hữu cơ mạch vòng sinh ra từ các loại thuốc nhuộm

Như vậy nguyên nhân trực tiếp gây màu và tăng hàm lượng COD trong nước thải nhuộm là các loại thuốc nhuộm được sử dụng Tuỳ theo mặt hàng sản xuất mà nước thải của các cơ sở khác nhau có thể chứa các loại thuốc nhuộm và hoá chất khác nhau

Thuốc nhuộm là những hợp chất hữu cơ có màu (nguồn gốc thiên nhiên và tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, có khả năng nhuộm màu hay gắn màu trực tiếp cho vật liệu khác Tuỳ theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng mà người ta chia thuốc nhuộm thành các nhóm họ loại lớp khác nhau

Từ điển thuốc nhuộm, 'colour index', được xuất bản lần đầu tiên năm 1924

do Hiệp hội các nhà kỹ thuật nhuộm và tạo màu (SDC) Lần tái bản thứ ba có sửa chữa do SDC và Hiệp hội các nhà hoá dệt và tạo màu ngành dệt Mỹ (AATCC) hợp tác xuất bản Trong đó thuốc nhuộm được phân theo cấu tạo hoá học (30 nhóm) và phạm vi sử dụng (19 nhóm) [1]

Bảng 1.1 Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc và phạm vi sử dụng

Phân loại theo cấu trúc hoá học Phân loại theo phạm vi sử dụng

Thuốc nhuộm anthraquinon Thuốc nhuộm azo

Thuốc nhuộm indigo Thuốc nhuộm trực tiếp

Thuốc nhuộm phtaloxianin Thuốc nhuộm cầm màu

Thuốc nhuộm triphenylmetan Thuốc nhuộm hoàn nguyên

Chỉ đưa ra phân nhóm quan trọng nhất trong mỗi mục phân loại

Do đặc điểm của Công ty Dệt len Mùa đông chủ yếu dùng thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm cation đối với sợi acrylic và thuốc nhuộm phân tán đối với sợi polieste nên tôi xin tập trung giới thiệu ba phân nhóm thuốc nhuộm này

Thuốc nhuộm phân tán: có thể nhuộm tất cả các xơ sợi tổng hợp và

xenlulo axetat bằng kỹ thuật nhuộm trực tiếp Giữa các loại sợi khác nhau chỉ cần thay đổi nhiệt độ nhuộm, vì vậy thuốc nhuộm phân tán là một trong những nhóm thuốc nhuộm chính Ngày nay thuốc nhuộm này được sử dụng chủ yếu

để nhuộm sợi polieste, nhóm quan trọng nhất của xơ sợi tổng hợp Thuốc nhuộm phân tán không có các nhóm chức ion, không tan trong nước ở nhiệt

độ thường và chỉ tan ít ở nhiệt độ cao hơn Chúng có thể bám tốt lên các loại sợi có đặc tính bề mặt kỵ nước Thuốc nhuộm phân tán tồn tại trong dung dịch cũng như trong nước thải ở dạng huyền phù Có một số loại thuốc nhuộm phân tán dạng cực mịn tồn tại trong nước giống như dung dịch và khó loại bỏ

Phần lớn các thuốc nhuộm phân tán là các dẫn xuất monoazo và antraquinon không chứa các nhóm chức ion, có khối lượng phân tử thấp Các nhóm thế phân cực trong phân tử thuốc nhuộm làm chúng có khả năng tan yếu trong nước Có hàng nghìn cấu trúc thuốc nhuộm phân tán azo, màu sắc của các hợp chất azo đơn giản, điển hình là một số loại thuốc nhuộm trên hình 1.2 (trừ CI Disperse Blue 7 các thuốc nhuộm còn lại chứa nhóm azo)

Hình 1.2 Một số cấu trúc của thuốc nhuộm phân tán điển hình

Thuốc nhuộm phân tán anthraquinon thường là các dẫn xuất 1-hiđroxy, hoặc 1- amino Chúng có dãy màu từ đỏ tươi tới xanh Thuốc nhuộm phân tán anthraquinon đơn giản có độ hấp thụ phân tử thấp, khác với các hợp chất azo, nên các thuốc nhuộm này có hiệu suất lên màu thấp hơn Ngoài một số ít màu hồng và màu xanh tươi ra thì các thuốc nhuộm phân tán anthraquinon đang

dần được thay thế

Thuốc nhuộm cation: nhiều thuốc nhuộm tổng hợp đầu tiên chứa các

nhóm amin bazơ tự do có khả năng phản ứng với các axit, vì vậy ban đầu chúng được gọi là thuốc nhuộm bazơ Phân tử của các loại thuốc nhuộm này luôn chứa các cation hữu cơ nên chúng được gọi là thuốc nhuộm cation Chúng thường phát màu tươi sáng và cường độ màu cao, một vài thuốc nhuộm thậm chí còn phát huỳnh quang Các thuốc nhuộm cation sẽ nhuộm xơ sợi có miền anion bằng quá trình trao đổi ion Đây thường là quá trình nhuộm trực tiếp đơn giản Ngày nay thuốc nhuộm cation được sử dụng chủ yếu trong nhuộm xơ sợi acrylic anion và xơ sợi mođacrylic Các nhóm cation của thuốc nhuộm phản ứng với nhóm sunfonat và sunfat ở cuối polime

Thuốc nhuộm azo: bên cạnh thuốc nhuộm phân tán và thuốc nhuộm

cation thì Công ty Dệt Len Mùa Đông cũng sử dụng một lượng lớn thuốc

nhuộm azo Cũng như thuốc nhuộm phân tán và thuốc nhuộm cation, thuốc nhuộm azo cũng chưa các nối đôi -N=N- Tuy nhiên cấu trúc của thuốc nhuộm azo bền hơn và thuốc nhuộm azo có độ tan trong nước tốt hơn Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng thuốc nhuộm azo có thể được phân huỷ bằng các phương pháp hoá học, sinh học và vật lý

Cấu trúc của thuốc nhuộm azo: thuốc nhuộm azo có chứa ít nhất một liên kết đôi nitơ - nitơ (-N=N-), tuy nhiên cấu trúc của loại thuốc nhuộm này rất đa dạng [15] Monoazo chỉ chứa một liên kết N=N, điazo và triazo lần lượt chứa

2 và 3 liên kết -N=N- Nhóm azo thường liên kết với vòng benzen và naphtalen, hoặc vòng thơm dị thể [18] Các nhóm chức đính trên các vòng thơm thường là các nhóm mang màu, tạo ra các sắc màu và cường độ màu khác nhau Một loại thuốc nhuộm azo đặc trưng được thể hiện ở hình dưới Sự hấp thụ, phản xạ ánh sáng và tia UV quyết định màu sắc của hợp chất Hợp chất azo thường được tổng hợp bằng cách điazo hoá hai vòng thơm, sau đó gắn thêm một số nhóm chức lên các vòng thơm Nhóm chức amin và hiđroxy thường được sử dụng để kết nối màu với sợi [15] Thuốc nhuộm azo sử dụng trong công nghiệp hiện nay rất đa dạng về chủng loại Hàng năm lượng thuốc nhuộm hữu cơ được tổng hợp vào khoảng 450000 tấn, trong đó khoảng 50000 tấn bị mất mát theo dòng thải [15]

Hình 1.3 Ví dụ cấu trúc thuốc nhuộm azo (Remazol Black 5)

Trong phần tổng quan này em chỉ tập trung vào giới thiệu nhóm azo có hoạt tính với sợi 80ữ95% các thuốc nhuộm hoạt tính có chứa liên kết azo Thuốc nhuộm hoạt tính là các hợp chất màu có chứa một vài nhóm chức có thể tạo liên kết cộng hoá trị với các nhóm chức của sợi Một nguyên tử cacbon hoặc

photpho của thuốc nhuộm sẽ liên kết với nhóm amin, thiol, hiđroxyl của len [15] Phần lớn thuốc nhuộm azo hoạt tính được sử dụng trong công nghệ nhuộm sợi và là thành phần ô nhiễm quan trọng của nước thải dệt nhuộm Khoảng 20ữ50% thuốc nhuộm hoạt tính bị tổn thất ở bể nhuộm và ở công

đoạn giặt [15] Thuốc nhuộm azo hoạt tính thường có các thành phần cấu trúc chính như sau:

S: là nhóm tạo khả năng hoà tan của thuốc nhuộm

C: nhóm mang màu (chromogen)

B: gốc mang nhóm phản ứng (bringing group)

R: nhóm phản ứng

L: nhóm liên kết với các nhóm chức của sợi

Hình 1.4 Ví dụ về thuốc nhuộm azo hoạt tính (C.I Reactive Blue 238)

Độc tính của thuốc nhuộm azo: từ thế kỷ trước người ta đã phát hiện ra hiện tượng gia tăng số người mắc bệnh ung thư bàng quang trong số các công nhân xưởng nhuộm Bản thân các thuốc nhuộm azo không độc, nhưng nhiều sản phẩm phân huỷ của chúng có độc tính cao [13] Một mối lo lắng nữa là khả năng gây độc của các phụ gia sử dụng trong quá trình nhuộm Nước thải dệt nhuộm có thể chứa kim loại nặng tạo phức trong một số loại thuốc nhuộm

Bảng 1.2 Các sản phẩm phân huỷ của thuốc nhuộm azo

1-Naptylamin Yếu 2-Naptylamin Rõ

N, N - bis (2-cloetyl) - naptylamin

Tìm hiểu cấu trúc của thuốc nhuộm và khả năng phân huỷ của chúng là cơ sở

rất quan trọng để tìm hiểu độc tính do các sản phẩm phân huỷ gây ra [11]

Brown - DeVito (1993) đã đ−a ra một số nhận định sau:

- Thuốc nhuộm azo chỉ độc khi bị khử và phá vỡ liên kết azo tạo ra

các amin thơm

- Thuốc nhuộm azo có cấu trúc chứa amin thơm tự do và có thể bị oxy

hoá trong quá trình trao đổi chất có khả năng gây độc

- Độc tính của thuốc nhuộm azo có thể xuất hiện nếu liên kết azo bị

oxy hoá tạo ra muối điazonium rất hoạt động

Trên hình 1.5 là ví dụ minh hoạ sự phân huỷ thuốc nhuộm azo bằng vi

sinh vật yếm khí

Hình 1.5 Ví dụ về sự phân huỷ thuốc nhuộm azo bằng vi sinh vật yếm khí

Trong quá trình sản xuất hiện nay công ty Dệt Len Mùa Đông phối màu và nhuộm bằng 4 loại thuốc nhuộm chính: Blue X-GRRL, Red X-GRL, Golden Yellow XGL, Yellow X-8GL Trong nội dung nghiên cứu em tập trung nghiên cứu phân huỷ thuốc nhuộm Blue X-GRRL bằng phương pháp Fentơn

1.3.2 Nước thải tại nhà máy Dệt Len Mùa Đông

1.3.2.1 Giới thiệu sơ lược về nhà máy Dệt Len Mùa Đông

Công ty Dệt Len Mùa Đông nằm trong địa phận phường Nhân Chính Quận Thanh Xuân - Thành phố Hà Nội với tổng diện tích là 23000 m2 trong

đó diện tích khu sản xuất là 19200 m2

- Phía Tây: Giáp Bộ Nội Vụ và TT ĐHKT

- Phía Bắc : Giáp Công ty Liên doanh Ô tô Hoà bình

- Phía Nam : Giáp Cục sáng chế và Ngoại thương Sơn La

- Phía Đông : Giáp đường Nguyễn Tuân

Với vị trí địa lý của Công ty, mọi hoạt động không ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của nhân dân trong vùng

Công ty Dệt Len Mùa Đông thuộc Sở Công nghiệp Hà Nội là một đơn vị kinh doanh sản xuất, chuyên sản xuất các loại áo len phục vụ trong nước và xuất khẩu với sản lượng 400000 sản phẩm/năm, được mọi người yêu thích Ngoài ra công ty còn có dây chuyền kéo sợi len và nhuộm len cung cấp cho Công ty và cho thị trường với sản lượng 150 tấn/năm

Bên cạnh đó công ty thường sử dụng nhiều hoá chất, đó là các hợp chất có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ bao gồm: các thuốc nhuộm và các chất phụ trợ, Các loại thuốc nhuộm thường dùng bao gồm: thuốc nhuộm cation, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm azo…

Các chất phụ trợ bao gồm:

- Các chất hoạt động bề mặt trong nấu, tẩy, nhuộm

- Các chất làm tăng độ trắng quang học

- Các chất làm mềm vải

- Các chất cầm màu thuốc nhuộm

Nhìn chung, tất cả các loại thuốc nhuộm là các loại hoá chất độc hại, nguy hiểm hoặc các chất có hoạt tính sinh học

1.3.2.2 Qui trình công nghệ sản xuất của nhà máy Dệt Len Mùa Đông

Qui trình sản xuất chủ yếu gồm các bước: Xơ → Kéo sợi len → Nhuộm → Dệt → Hoàn thành sản phẩm

Bảng 1.3 Nguyên nhiên vật liệu sử dụng

STT Hoá chất sử dụng Lượng tiêu thụ/ năm

1.3.2.3 Đánh giá chất lượng nước thải tại nhà máy Dệt Len Mùa Đông

Bảng 1.4 Kết quả phân tích nuớc thải phân xưởng nhuộm ngày 31-03-2006

14 Photpho tổng số mg/L 1.771 6 St Method 4500 P.E

15 Thuỷ ngân mg/L <0.0001 0.005 St.Method –3112 Hg-C

17 Amoniac (Tính theo N) mg/L 14.3 1 St Method 4500 NH3 E

Ghi chú:

- TCVN 5945-1995: Tiêu chuẩn Việt Nam áp dụng đối với nước thải

- St Methods: Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition 1999, APHA,AWWA,WEF, USA

- CRM: Certified Reference Material- Chất chuẩn được chứng nhận

- COD: Acceptance limits (81,5127) mg/L

- Total-P: Acceptance limits (3,805,86)

- Total Kjeldahl-N: Acceptance limits (7,1312,6) mg/L

Từ những kết quả trên ta thấy, đối với nước thải hàm lượng của hầu hết các chất gây ô nhiễm được phân tích đều thấp hơn giá trị giới hạn đối với nguồn nước thải được phép đổ ra đường cống ngầm chung của Thành phố Tuy nhiên còn một vài chỉ tiêu như độ màu, độ đục, COD và một số chất vượt qua giới hạn quy định là cao so với tiêu chuẩn cho phép

Nước thải của Công ty Dệt Len chủ yếu là nước thải của phân xưởng nhuộm chưa được xử lý nên nguy cơ gây ô nhiễm môi trường xung quanh rất cao Đặc biệt trong giai đoạn tới khi Công ty đang dự kiến mở rộng sản xuất, cải tiến dây chuyền nhuộm để tăng qui mô và năng suất, nên việc xử lý nước thải dệt nhuộm trở thành một nhu cầu cấp bách

1.4 Sơ lược các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

1.4.1 Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu

- Giảm nhu cầu sử dụng nước bằng cách thường xuyên kiểm tra hệ thống cấp nước, tránh rò rỉ nước; sử dụng mođun tẩy, nhuộm, giặt hợp lý, tự động và tối

ưu hoá quá trình giặt tẩy như giặt ngược chiều; tuần hoàn sử dụng các dòng nước giặt ít ô nhiễm và nước làm nguội

- Hạn chế sử dụng các hoá chất trợ, thuốc nhuộm ở dạng độc hay khó phân huỷ sinh học, sử dụng các hoá chất, thuốc nhuộm ít ảnh hưởng tới môi trường, thành phần kim loại trong thuốc nhuộm nằm trong giới hạn tiêu chuẩn cho phép, không gây độc hại với môi trường

- Sử dụng nhiều lần dịch nhuộm, vừa tiết kiệm hoá chất, thuốc nhuộm lại không gây ô nhiễm môi trường

- Giảm các chất gây ô nhiễm nước thải trong quá trình tẩy Trong các tác nhân tẩy thông dụng, trừ H2O2 thì các chất tẩy còn lại đều chứa Clo (NaClO và NaClO2) Các phản ứng phụ trong quá trình tẩy tạo các hợp chất hữu cơ chứa Clo làm tăng hàm lượng AOX có trong nước thải Để giảm lượng chất tẩy chứa Clo mà vẫn đảm bảo độ trắng của vải bông, có thể kết hợp tẩy cấp 2 Bằng phương pháp này có thể giảm 80% AOX

- Giảm ô nhiễm kiềm từ công đoạn làm bóng Thông thường, việc làm bóng vải thực hiện ở nhiệt độ thấp 10ữ200C với dung dịch kiềm có nồng độ từ 280ữ300 mg/L, thời gian lưu của vải trong bể là 50 giây Người ta có thể thay thế các phương pháp làm bóng lạnh bằng phương pháp làm bóng nóng với nhiệt độ 60ữ700C, thời gian lưu giảm còn 20 giây và lượng kiềm tiết kiệm

được 7ữ10% Sau quá trình làm bóng, dung dịch kiềm thường chứa các tạp chất bẩn tách ra từ xơ sợi, hồ tinh bột, nên trước khi đi cô đặc để thu hồi xút thì phải tiến hành làm sạch bằng lắng, lọc, tuyển nổi, bằng cách thổi không khí có bổ sung H2O2

- Thu hồi và sử dụng lại dung dịch hồ từ công đoạn hồ sợi và giũ hồ Việc thu hồi và sử dụng các loại hồ trong công nghiệp dệt rất phức tạp và nhiều khi không kinh tế Từ khi kỹ thuật màng phát triển và đòi hỏi giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong công nghiệp được đề cao thì có nhiều nghiên cứu để thu hồi

và sử dụng lại các loại hồ, đặc biệt là các loại hồ tổng hợp Nguyên tắc của phương pháp là nước thải sau khi giũ hồ và giặt có nồng độ khoảng từ 12 ữ15 g/L được lọc cơ học để tách tạp chất, sau đó qua màng siêu lọc Sau siêu lọc, nồng độ dịch hồ đạt 80ữ150 g/L được tuần hoàn sử dụng lại và phần nước trong cho quay lại làm nước giặt [6]

1.4.2 Phương pháp cơ học

- Phương pháp lắng: là phương pháp sử dụng để loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước thải Nước được đưa vào bể lắng và được giữ yên trong suốt quá trình lắng Nhờ diện tích bể lớn, tốc độ dòng chảy nhỏ mà quá trình xảy ra như ở trạng thái tĩnh Trong kỹ thuật xử lý nước thải người ta thường thấy các loại lắng cơ bản là lắng hạt riêng rẽ, lắng keo tụ, lắng vùng, lắng lôi cuốn và lắng chen Người ta cũng có thể bổ sung vào các chất có khối lượng riêng lớn như: đất sét, bột đá, cát để tăng cường quá trình lắng đồng thời

có thể tách được các chất có khối lượng riêng nhỏ như rong, tảo Phương pháp

này thường được áp dụng cho các huyền phù có kích thước và khối lượng của pha phân tán tương đối lớn [6]

- Phương pháp lọc: là phương pháp được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ nhờ các vách ngăn xốp Quá trình lọc có thể được tiến hành dưới áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất dương trước vách,

áp suất âm sau vách ngăn Có thể chia quá trình lọc thành lọc bề mặt và lọc sâu

Quá trình lọc sâu là khi các lớp vật liệu tạo thành cột, các hạt lơ lửng trong nước được giữ lại ở không gian giữa các vật liệu lọc Lọc sâu diễn ra theo hai giai đoạn: lọc nhanh và lọc chậm Trong quá trình lọc thường xảy ra các cơ chế: sàng, lắng, hấp phụ, hoạt hóa hoặc kết hợp xử lý vi sinh Vật liệu lọc thường được dùng là cát tự nhiên, than, xỉ, thuỷ tinh, bột sứ, sứ xốp… Giai

đoạn lọc chậm thường là để nâng cao chất lượng xử lý nước, vật liệu lọc sử dụng thường có kích thước rất nhỏ

Quá trình lọc bề mặt thì vật liệu lọc thường có bề mặt lớn, kích thước mao quản nhỏ, các hạt có kích thước lớn hơn kích thước mao quản sẽ bị giữ lại Trong quá trình lọc các lỗ mao quản bị bịt làm tăng trở lực và giảm hiệu quả lọc

- Phương pháp sử dụng lực ly tâm: khi cho huyền phù quay trong các thiết bị tách như xyclon thuỷ lực, máy ly tâm thì các hạt rắn sẽ bị tách ra khỏi dòng lỏng chung

1.4.3 Phương pháp hoá lý

- Phương pháp hấp phụ: hấp phụ là kỹ thuật quan trọng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt trong vấn đề xử lý nước thải Đã có nhiều chất hấp phụ được ứng dụng trong xử lý nước thải của các ngành công nghiệp, nông nghiệp và ứng dụng để phân tách các chất quí trong kỹ thuật

Bản chất của quá trình hấp phụ là hút các phân tử khí, lỏng hoặc các chất hoà tan trên bề mặt chất rắn xốp Các chất hấp phụ được dùng trong xử lý

nước thải thường là các chất hấp phụ rắn ở trạng thái phân tán cao hoặc có cấu trúc xốp như: than hoạt tính, silicagen, zeolit…

Phương pháp này rất hiệu quả trong xử lý nước nhưng có nhược điểm là lượng bã thải rắn rất lớn, chi phí cao Ngày nay để giảm chi phí người ta có thể tiến hành hấp phụ bằng các chất hấp phụ rẻ tiền như: bột than từ lõi ngô,

gỗ, các polyme hữu cơ, tro than đá, zeolit đi từ đất sét

Thông thường phương pháp hấp phụ không được dùng đơn lẻ mà thường kết hợp với một vài phương pháp khác

- Phương pháp điện hoá: được áp dụng nhiều để xử lý đặc biệt là với những quá trình cần tách các chất quí trong nước thải Quá trình điện hoá bao gồm nhiều phản ứng như: oxy hoá khử, đông tụ, keo tụ, điện di, tuyển nổi…Các quá trình xảy ra trên điện cực khi cho dòng điện 1 chiều đi qua dung dịch Các ion có trong nước sẽ bị hút về cực trái dấu Việc làm sạch nước thải bằng điện hoá có thể tiến hành gián đoạn hoặc liên tục

Ưu điểm của phương pháp là:

- Thiết bị gọn và điều khiển đơn giản

- Phương pháp thổi khí

- Phương pháp tuyển nổi dùng chân không

- Phương pháp giãn áp

- Các công nghệ tách bằng màng: các kỹ thuật tách bằng màng ngày càng có vai trò quan trọng trong xử lý nước thải Màng được coi là một pha ngăn cách các pha khác nhau Các kỹ thuật màng có thể được phân loại thành: điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc…Việc áp dụng kỹ thuật phụ thuộc vào kích thước và tính chất hạt cần phân tách

Thẩm thấu ngược: đây là quá trình di chuyển chất từ dung dịch qua màng vào dung môi khi áp suất phía dung dịch vượt qua áp suất thẩm thấu Phương pháp này thường dùng để tách các chất có khối lượng phân tử thấp và áp suất thẩm thấu cao Phương pháp có thể tiến hành ở nhiệt độ phòng, ít dùng hoá chất, chi phí thấp nhưng dễ gây hiện tượng phân cực nồng độ ở bề mặt màng làm giảm năng suất, tuổi thọ của màng Bằng thẩm thấu ngược có thể khử bất

cứ loại thuốc nhuộm nào từ 95ữ100% Nếu sử dụng màng Ziriconioxit

/polyacrylat có thể khử màu đến 99% Nhược điểm của phương pháp này là vốn đầu tư ban đầu cao

Siêu lọc: là phương pháp áp dụng để tách các dung dịch có khối lượng lớn hơn 500 đơn vị cacbon và có áp suất thẩm thấu nhỏ Siêu lọc thường được tiến hành ở áp suất 6ữ8 bar Khi dùng siêu lọc kết hợp với thẩm thấu ngược có thể

làm đậm đặc và phân tách các chất hoà tan trong nước thải Siêu lọc đã được

áp dụng cách đây 15 năm ở Mỹ và Đức để thu hồi hồ tổng hợp, thuốc nhuộm [4]

Thẩm tách và điện thẩm tách: được thực hiện bằng cách đặt các màng có tính chọn lọc, các cation và anion của dung dịch sẽ đi về 2 phía của màng và thực hiện các quá trình trao đổi ion

- Phương pháp đông tụ và keo tụ: là một phương pháp hoá lý nhằm tăng kích thước của hạt keo rắn phân tán trong nước để nâng cao khả năng tách của chúng ra khỏi dung dịch Quá trình gồm 2 giai đoạn:

- Giai đoạn khử điện tích của các hạt keo để tập hợp liên kết các hạt nhỏ thành một tập hợp các hạt (keo tụ)

- Quá trình tạo bông các hạt keo nhỏ để tăng kích thước hạt (đông tụ) Phương pháp này khá thông dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm Nước thải dệt nhuộm có tính chất như là một dung dịch keo với các tiểu phân có kích thước hạt 10-7 ữ10-5cm, các tiểu phân này có thể đi qua giấy lọc

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây ô nhiễm bẩn dạng keo và hoà tan, vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả, cần chuyển các tiểu phân nhỏ thành tập hợp lớn hơn Việc khử các hạt keo rắn đòi hỏi trước hết cần trung hoà điện tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng lại với nhau bằng các chất đông keo tụ Quá trình trung hoà điện tích thường được gọi là quá trình đông tụ (Coagulation) còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ (Flocculation) Các khối kết bông lớn chịu ảnh hưởng của lực trọng trường bị xa lắng xuống, trong quá trình xa lắng sẽ kéo theo các hạt lơ lửng và các tạp chất khác Để tăng nhanh tốc độ keo tụ, tốc độ xa lắng, tốc độ nén ép các bông keo và đặc biệt làm giảm lượng chất keo tụ có thể dùng thêm chất trợ keo tụ, chất này có vai trò tạo cầu liên kết giữa các hạt keo với nhau

Do trong quá trình keo tụ diễn ra sự phá vỡ trạng thái ổn định của các hạt nhỏ trung hoà điện tích nên hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào hoá trị của ion càng lớn thì hiệu quả đông tụ càng cao Các chất keo tụ truyền thống thường dùng là muối nhôm, muối sắt hoặc hỗn hợp của chúng

Muối nhôm thường là Al2(SO4)3.18H2O, KAl(SO4)2 12H2O, NH4Al(SO4)2 12H2O có tốc độ xử lý khá cao nhưng thường làm giảm pH, độ tồn dư Al3+ sau khi xử lý cao, khoảng pH tối ưu hẹp thường trong khoảng 5ữ7,5

Hiện nay, PAC (Poly Aluminium Chloride) được đánh giá là một chất keo

tụ có nhiều ưu điểm hơn cả về mặt hiệu quả xử lý cũng như chi phí giá thành PAC được sản xuất từ quá trình thuỷ phân AlCl3 với Na2CO3 hoặc NaHCO3 Công thức PAC có dạng chung là (AlClx(OH)3 – x )n trong đó x =1ữ2, phân tử lượng từ 7000ữ35000 có độ dài từ 35ữ250 A0 , PAC được sử dụng trực tiếp cho quá trình keo tụ do không phải trải qua bước hình thành Polime lên tốc độ keo tụ lớn và tạo ra kết tủa Al(OH)3 vô định hình rất thuận lợi trong điều kiện nhiệt độ không cao Mạng Polyme có mật độ điện tích dương cao nên khả năng hấp phụ và trung hoà điện tích, các hạt huyền phù mang điện tích âm rất lớn Trong môi trường pH đến 9,5 quá trình hình thành Aluminat từ Polime chậm nên vẫn có khả năng keo tụ tốt Hàm lượng Al2O3 đạt khoảng 36% trong khi loại phèn nhôm có chất lượng cao nhất đạt khoảng 15% Do quá trình tan chậm nên lượng Al3+ tồn dư thấp, phù hợp với tiêu chuẩn cho phép đối với nước sinh hoạt Hơn nữa, PAC làm giảm không đáng kể độ kiềm của nước, do quá trình thuỷ phân H+ đã được thực hiện trong quá trình Polime hoá, do đó ít gây ăn mòn thiết bị và đường ống dẫn nước

Khi đưa vào hệ keo chất keo tụ và khuấy trộn, các tiểu phân sẽ tạo thành tập hợp lớn, làm giảm giá trị hàng rào thế năng Việc sử dụng loại chất keo tụ, liều lượng chất keo tụ đóng vai trò hàng đầu quyết định cơ chế keo tụ và hiệu quả xử lý

Để tăng hiệu quả của quá trình keo tụ, tăng tốc độ sa lắng cũng như tốc độ nén của các hạt keo, người ta thường dùng bổ sung chất trợ keo tụ, còn gọi là Polime kết bông, bản chất hoá học của Polime kết tách tổng hợp là Poliacryamit và copolime của nó, do không có quá trình thuỷ phân tạo ra H+nên Polime không làm biến đổi pH của nước Chúng được phân làm 3 nhóm:

N (nonionic), C (cationic), A (anionic) có những đặc tính và ứng dụng khác nhau

Tính hiệu quả của folime trợ keo hiệu quả ở chỗ chỉ dùng 1 lượng rất nhỏ

cỡ vài phần triệu trong nước Khi đó các hạt không tan lơ lửng được kết lại tách thành khối riêng biệt và nước ở bên trong Cơ chế của sự kết tách ở đây là theo kiểu bắc cầu qua các phân tử folime, làm cho các chùm hạt kết tụ lại với nhau, hình thành cặn và tách làm 2 phần: phần đồng pha nước và phần di pha bùn lắng xuống

Khác với chất keo tụ, quá trình làm trong chỉ xảy ra khi sử dụng liều lượng chất trợ keo thích hợp Nếu dùng quá dư thì xảy ra hiện tượng tái bền hệ keo, hạt keo lơ lửng

1.4.4 Phương pháp sinh học

Hiện nay phương pháp sinh học được sử dụng rất phổ biến để xử lý nước thải nói chung và đặc biệt là đối với nước thải dệt nhuộm nói riêng vì nó là một phương pháp khá kinh tế, thân thiện với môi trường, không sử dụng nhiều hóa chất, không tạo ra các kim loại nặng và quan trọng hơn cả là hiệu quả xử

lý của nó rất cao Phương pháp này sử dụng hoạt động sống của các vi sinh vật nhằm làm giảm lượng chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải Các vi sinh vật

sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và sinh năng lượng để duy trì hoạt động sống của chúng Vi sinh vật là tên gọi chung

để chỉ tất cả các sinh vật có kích thước rất nhỏ bé, chỉ có thể thấy được qua kính hiển vi, kích thước của vi sinh vật được tính bằng micromet Ngoài ra vi sinh vật còn có các đặc điểm chung khác như: hấp thụ nhiều, chuyển hóa nhanh, sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, năng lực thích ứng mạnh và dễ sinh biến dị, phân bố rộng, chủng loại nhiều [3] Trong nước thải dệt nhuộm,

hệ vi sinh vật rất đa dạng, được chia thành hai nhóm chính: nhóm vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ (vi sinh vật hiếu khí) và nhóm vi sinh vật kị khí Nhóm vi sinh vật oxy hóa bao gồm:

Nấm mốc

Nấm mốc có hệ enzyme rất phong phú, vì vậy chúng có khả năng phân hủy nhiều chất hữu cơ phức tạp Nhiều loại nấm mốc có khả năng phân hủy các hợp chất AOx phải kể đến các loài thuộc nhóm nấm mục trắng Nhiều loài thuộc nấm này, có khả năng phân hủy lignin, clo lignin, linđane, DDT, PCB,

benzo(a)pyrenen Nấm Coelomycetous và Stagonospora gigaspora có khả

năng phân hủy các hợp chất AOx tới 68% Loài Mortierella isabellina có khả

năng làm giảm độc các chất Clo hữu cơ trong nước thải ít nhất 10 lần Loài

nấm sợi trắng Phanerochaete chrysosporium được sử dụng để xử lý màu của

nước thải nhiều nhất Loài nấm này có khả năng phân hủy hàng loạt các chất hữu cơ kể cả các chất độc như polychclorynated biphenyl (PCB), DDT và linđane, clorin anilin và các hợp chất mono, poly-chlorin phenol và thậm chí cả các hợp chất đioxin (pentaclorophenol-PCP) Các nghiên cứu của Mittar đối

với khả năng làm giảm các nhóm chất màu của lignin bằng Phanerochaete

chrysosporium sau 7 ngày là 69% và đồng thời giảm 50% BOD và COD của

nước thải

Một số loại nấm mốc thông thường khác cũng có khả năng oxy hóa hợp

chất có chứa nhân thơm như: Aspergillus niger phân hủy một số dẫn suất của phenol, Fusarium lini, F solani, Giberella oxy hóa được một số dẫn suất của

steroit, tecpenoit, ankaloit…

Vi khuẩn

Vi khuẩn được sử dụng nhiếu nhất trong xử lý nước thải và kể cả các hợp chất màu, các chất độc trong đó có các loại hóa chất rất độc như dẫn xuất của

đioxin Vi khuẩn được sử dụng nhiều nhất để oxy hóa các hợp chất chứa vòng

thơm là các loài thuộc giống Pseudomonas Nhiều chủng loại của giống này

tham gia vào quá trình oxy hóa các vòng thơm (đơn vòng và đa vòng) bền vững, chuyển chúng thành các hợp chất kém bền, giảm tính độc, dễ dàng bị phân hủy bởi các vi sinh vật khác Ngoài ra rất nhiều các loại vi khuẩn khác

cũng được sử dụng để phân hủy các hợp chất màu và các hợp chất có chứa đơn

và đa vòng nhân thơm như: Rhodococus spp, Alcaligenes, Arthrobacter

oxydans…và cả xạ khuẩn như Nocardia Nhóm vi khuẩn kỵ khí cũng được sử

dụng phổ biến để xử lý các chất hữu cơ phức tạp, có phân tử lượng cao, các chất hữu cơ khó phân hủy Trong đó phải kể đến nhóm vi khuẩn cố định như

Haloferax volcanii, Haloferax mediterrani, Haloarcula vallissmortis, Haloarcula hispanica… Đặc biệt là nhóm vi khuẩn sinh mêtan

(Methanogenes) Nhóm vi khuẩn khử sunphat cũng được sử dụng để phân hủy

các nước thải có chứa các hợp chất khó phân hủy [5]

Trong quá trình xử lý nước thải có rất nhiều điều kiện ảnh hưởng tới sự phát triển bình thường của hệ vi sinh vật, bao gồm:

- Các chất bẩn hữu cơ phải ở nồng độ cho phép, có nhiều chất bẩn trong nước thải sản xuất ở mức độ nhất định nào đó sẽ phá hủy chế độ hoạt động sống bình thường của vi sinh vật Các chất độc đó thường có tác dụng làm hủy hoại thành phần cấu tạo của tế bào

- Cung cấp đủ lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho các quá trình sinh hóa diễn ra bình thường Thiếu các nguyên tố dinh dưỡng sẽ kìm hãm

và ngăn cản các quá trình oxy hóa sinh hóa Nếu thiếu Nitơ một cách lâu dài, ngoài việc ngăn các quá trình sinh hóa còn tạo bùn hoạt tính khó lắng

và trôi theo nước khỏi bể lắng đợt 2 Nếu thiếu Phôtpho trong nước thải sẽ tạo ra vi sinh vật dạng sợi chỉ làm cho quá trình lắng diễn ra chậm và giảm hiệu suất oxy hóa các chất hữu cơ Thông thường tỷ lệ nguyên tố dinh dưỡng cần thiết là BOD:N:P = 100:5:1

B¶ng 1.5 C¸c yÕu tè dinh d−ìng cÇn thiÕt cho vi sinh vËt ph¸t triÓn