tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm nhà máy đức tiến, long an, công suất 200 m3 ngày đêm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH 1.1.2 Nguồn gốc phát sinh và thành phần tính chất nước thải Hầu như tất cả các công đoạn của quá trình nhuộm và hoàn tất đều

Dệt nhuộm là một trong những ngành công nghiệp phát sinh ra nước thải nhiều nhất trên thế giới Nếu lượng nước thải này không được xử lý mà xả trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, ảnh hưởng đến mỹ quan nguồn nước, đời sống thủy sinh vật và sức khỏe của con người khi sống gần khu vực ô nhiễm này Mục đích chính của đồ án tốt nghiệp này là đề ra một phương án xử lý nước thải hiệu quả trước khi xả vào hệ thống xử lý nước thải tập trung của KCN Hải Sơn Phương án xử lý nước thải được đề xuất như sau: Nước thải từ công đoạn sản xuất → Song chắn rác → Hầm tiếp nhận → Bể điều hòa → Tháp giải nhiệt → Bể trộn cơ khí

→ Bể phản ứng → Bể lắng 1 → Bể Aerotank → Bể lắng 2 → Bể trung gian → Bể lọc

áp lực → Bể chứa nước → Nhà máy xử lý nước thải tập trung Nước thải sau khi xử lý

sẽ đáp ứng đủ tiêu chuẩn tiếp nhận nước thải của nhà máy xử lý nước thải tập trung Hơn nữa, đồ án tốt nghiệp cũng đã khai toán kinh phí phát sinh khi xây dựng toàn

bộ hệ thống xử lý nước thải cả về chi phí xây dựng và chi phí mua máy móc, thiết bị Ngoài ra, còn tính toán cả chi phí xử lý cho 1 m3 nước thải và đưa ra một vài hướng dẫn vận hành hệ thống Đồng thời, đồ án còn đưa ra một vài sự cố thường gặp khi vận hành và cách khắc phục những sự cố đó, cùng với một vài hướng dẫn về an toàn lao động trong quá trình vận hành hệ thống

Textile dyeing is one of the industries that discharge most of the wastewater in the world If this wastewater hasn’t been treated and discharged directly into the environment, it will cause serious environmental pollution, affect to quality water, aquatic life and human heath when living near the area that has polluted water

The target of the thesis is to propose one effective project to treat wastewater before discharging into wastewater treatment plant of Hai Son industrial park Treatment process flow chart is: Wastewater from the production process → Coarse screening → Collection tank → Equalization tank → Cooling tower → Coagulation tank → Flocculation tank → Primary Clarifier → Aerotank → Secondary Clarifier→ Storage tank → Pressure filter tank → Storage tank → Wastewater treatmet plant Treated wastewater will respond the standard for getting wastewater of wastewater treatment plant

Moreover, the thesis also calculated cost to build entire wastewater treatment system They involve construction cost and machinery cost In addition, the cost for treating one cubic meter of wastewater is calculated and give some of the operating instructions At the same time, the thesis also display some common problems that can occur during operation process and propose projects to improve and overcome them, along with some guides of occupational safety in the operation process

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

MỞ ĐẦU 1

1 Sự cần thiết của đề tài : 1

2 Mục tiêu của đề tài 1

3 Giới hạn của đề tài 1

4 Nội dung đề tài 2

5 Phương pháp thực hiện 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM 3

1.1 Nước thải dệt nhuộm 3

1.1.1 Định nghĩa 3

1.1.2 Nguồn gốc phát sinh và thành phần tính chất nước thải 3

1.1.3 Tác động đến môi trường của nước thải dệt nhuộm 5

1.2 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 6

1.2.1 Phương pháp cơ học 6

1.2.2 Phương pháp hóa học, hóa lý 10

1.2.3 Phương pháp sinh học 18

1.3 Một số công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm phổ biến 29

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐỨC TIẾN, LONG AN 34

2.1 Giới thiệu chung 34

2.2 Quy trình sản xuất 34

2.3 Hiện trạng nước thải của công ty 36

2.3.1 Các công đoạn phát sinh nước thải 36

2.3.2 Thành phần, tính chất nước thải dệt nhuộm của công ty 37

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT – PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 38

3.2.1 Đề xuất và thuyết minh công nghệ 1 38

3.2.2 Đề xuất và thuyết minh công nghệ 2 41

3.3 Phân tích ưu, nhược điểm và lựa chọn công nghệ 42

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 46

4.1 Xác định các thông số tính toán 46

4.2 Tính toán các công trình chính 46

4.2.1 Song chắn rác 46

4.2.2 Hầm tiếp nhận 48

4.2.3 Bể điều hòa 49

4.2.4 Tháp giải nhiệt 52

4.2.5 Bể trộn cơ khí 53

4.2.6 Bể phản ứng 54

4.2.7 Bể lắng 1 55

4.2.8 Bể Aerotank 59

4.2.9 Bể lắng 2 64

4.2.10 Bể trung gian 68

4.2.11 Bể lọc áp lực than hoạt tính 69

4.2.12 Bể chứa nước 72

4.2.13 Bể nén bùn 73

4.2.14 Máy ép bùn băng tải 76

4.3 Tính toán các công trình phụ: 77

4.3.1 Đường ống dẫn nước thải và bùn trong hệ thống 77

4.3.2 Hóa chất sử dụng và kích thước thùng chứa hóa chất 79

CHƯƠNG 5 KHAI TOÁN KINH PHÍ 83

5.1 Chi phí đầu tư 83

5.1.1 Chi phí xây dựng 83

5.1.2 Chi phí thiết bị 83

5.2.1 Chi phí điện năng 87

5.2.2 Chi phí hóa chất 89

5.2.3 Chi phí nhân công 90

5.2.4 Chi phí bảo trì, bảo dưỡng 90

5.2.5 Chi phí vận hành cho 1 m3 nước thải 90

CHƯƠNG 6 VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 91

6.1 Khởi động hệ thống xử lý nước thải 91

6.2 Các sự cố khi vận hành và cách khắc phục 92

6.3 An toàn lao động trong vận hành HTXLNT 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

PHỤ LỤC 1 104

PHỤ LỤC 2 106

COD: Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học

EGSB: Expanded Granular Sludge Bed Bể bùn kỵ khí với lớp bùn hạt mở

rộng

MBBR: Moving Bed Biofilm Reactor Bể phản ứng sinh học giá thể động MLSS: Mixed Liquor Suspended Solids Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng trong

bùn lỏng MLVSS: Mixed Liquor Volatile Suspended

Solids

Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng bay hơi trong bùn lỏng

RBC: Rotating Biological Cotactor Bể sinh học tiếp xúc quay

UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngƣợc

dệt nhuộm 4

Bảng 1.1.2b Đặc tính nước thải của một số xí nghiệp dệt nhuộm ở Việt Nam 5

Bảng 1.2.1.3 Các dạng lắng và ứng dụng trong thực tế 9

Bảng 2.3.2 Các thông số ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm của công ty 37

Bảng 3.3a Phân tích ưu nhược điểm của 2 công nghệ xử lý nước thải đề xuất cho công ty 43

Bảng 3.3b So sánh hiệu suất xử lý nước thải của 2 công nghệ để xuất 44

Bảng 4.2.1 Các thông số thiết kế của song chắn rác 48

Bảng 4.2.2 Các thông số thiết kế của hầm tiếp nhận 49

Bảng 4.2.3 Các thông số thiết kế của bể điều hòa 52

Bảng 4.2.5 Các thông số thiết kế bể trộn cơ khí 54

Bảng 4.2.6 Các thông số thiết kế bể phản ứng 55

Bảng 4.2.7 Các thông số thiết kế bể lắng 1 58

Bảng 4.2.8 Các thông số thiết kế bể Aerotank 64

Bảng 4.2.9 Các thông số thiết kế bể lắng 2 67

Bảng 4.2.10 Các thông số thiết kế bể trung gian 68

Bảng 4.2.11 Các thông số thiết kế bể lọc áp lực than hoạt tính 72

Bảng 4.2.12 Các thông số thiết kế bể chứa nước 73

Bảng 4.2.13 Các thông số thiết kế bể nén bùn 76

Bảng 5.1.1 Chi phí xây dựng 83

Bảng 5.1.2 Chi phí mua thiết bị 84

Bảng 5.1.3 Tổng chi phí đầu tư xây dựng HTXLNT 87

Bảng 5.2.1 Bảng tính toán chi phí điện năng 87

Bảng 5.2.2 Bảng tính toán chi phí hóa chất 89

Bảng 6.2.1 Các sự cố xảy ra trong bể Aerotank 93

Bảng 7 Thông số thiết kế của các công trình đơn vị trong hệ thống 100

Hình 1.2.1.3b Bể lắng ngang 7

Hình 1.2.1.3c Bể lắng ly tâm 8

Hình 1.2.1.3d Bể lắng lamella 8

Hình 1.2.2.4 Bể tuyển nổi khí hòa tan DAF 17

Hình 1.2.3.1.1a Aerotank truyền thống 20

Hình 1.2.3.1.1b Aerotank thổi khí nhiều bậc 20

Hình 1.2.3.1.1c Aerotank khuấy trộn hoàn toàn 20

Hình 1.2.3.1.2 Bể SBR 21

Hình 1.2.3.1.3 Bể MBBR 22

Hình 1.2.3.1.4 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 23

Hình 1.2.3.1.5 Đĩa quay sinh học RBC 25

Hình 1.2.3.1.6 Mương oxy hóa 25

Hình 1.2.3.2.1 UASB 27

Hình 1.2.3.2.2 EGSB 28

Hình 1.2.3.2.3 Bể lọc kỵ khí 29

Hình 1.3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm đối với nguyên liệu cotton 30

Hình 1.3.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm đối với nguồn nguyên liệu là polyester và hỗn hợp cotton/polyester 31

Hình 1.3.3 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải Công ty cổ phần dệt may – đầu tư – thương mại Thành Công 32

Hình 1.3.4 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm Công ty dệt Nha Trang 33

Hình 2.1 Vị trí Công ty TNHH Gia công sản xuất nhuộm Đức Tiến 34

Hình 2.2 Quy trình sản xuất của Công ty Đức Tiến 35

Hình 3.2.1 Sơ đồ công nghệ HTXLNT 1 đề xuất cho công ty 39

Hình 3.2.2 Sơ đồ công nghệ HTXLNT 2 đề xuất cho công ty 41

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài :

Trong những năm gần đây, phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường là chủ đề tập trung quan tâm của nhiều nước trên thế giới

Một trong những vấn đề đặt ra cho các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam

là cải thiện môi trường ô nhiễm do các hóa chất độc hại từ nền công nghiệp phát sinh

ra Điển hình là các ngành công nghiệp như cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thủy sản, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy và đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu cao ở Việt Nam Ngành dệt nhuộm đã phát triển từ rất lâu trên thế giới nhưng nó chỉ mới hình thành

và phát triển ở Việt Nam hơn 100 năm qua Ngành dệt nhuộm chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế, góp phần đóng góp cho ngân sách nhà nước và giải quyết việc làm cho khá nhiều lao động Tuy nhiên, công nghệ dệt nhuộm sử dụng rất nhiều nước cho các công đoạn sản xuất và đồng thời cũng xả ra một lượng nước thải khá lớn có mức độ ô nhiễm cao đặc biệt là từ công đoạn nhuộm, giặt và nấu tẩy Loại nước thải này có độ kiềm cao, độ màu lớn làm cho chất lượng nước sông hồ không đảm bảo chất lượng, gây độc hại cho các loài thủy sinh và ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng xung quanh Chính vì vậy em chọn đề tài là : « Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm nhà máy Đức Tiến, Long An công suất 200 m3/ngày » để làm đề tài tốt nghiệp

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp khó tránh khỏi những sai sót, kính mong quý Thầy cô góp ý để đồ án tốt nghiệp được hoàn thiện hơn

2 Mục tiêu của đề tài

Thiết kế một hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm cho nhà máy Đức Tiến, Long An công suất 200 m3/ngày để nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn tiếp nhận của nhà máy xử lý nước thải tập trung của KCN Hải Sơn

3 Giới hạn của đề tài

Đề tài giới hạn trong việc tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy Đức Tiến, Long An

Nước thải phát sinh từ các hoạt động sản xuất của nhà máy Đức Tiến

Địa điểm công ty: Lô J21A – J22 Đường số 6, KCN Hải Sơn (GĐ 3 + 4), xã Đức Hòa Hạ, huyện Đức Hòa, tỉnh Long An

Thời gian thực hiện đề tài: từ tháng 8/2017 đến tháng 12/2017

4 Nội dung đề tài

- Giới thiệu về công ty Đức Tiến

- Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

- Đề xuất – phân tích và lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp

- Tính toán các công trình đơn vị trong hệ thống

- Khai toán kinh phí xây dựng và vận hành hệ thống

5 Phương pháp thực hiện

Phương pháp thu thập số liệu:

- Tìm hiểu, thu thập các số liệu liên quan đến công ty Đức Tiến, tìm hiểu thành phần và tính chất nước thải dệt nhuộm và các số liệu liên quan khác

- Trên cơ sở các số liệu thu thập, đề xuất công nghệ xử lý thích hợp và tính toán các công trình đơn vị trong hệ thống và dự toán kinh phí xây dựng và vận hành Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

- Tìm hiểu những công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm được áp dụng phổ biến trong nước và thế giới qua các tài liệu chuyên ngành và các bài báo cáo nghiên cứu khoa học

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH

1.1.2 Nguồn gốc phát sinh và thành phần tính chất nước thải

Hầu như tất cả các công đoạn của quá trình nhuộm và hoàn tất đều phát sinh nước thải Thành phần nước thải thường không ổn định, thay đổi theo loại thuốc nhuộm, vật liệu được nhuộm, phụ gia và các hóa chất khác được sử dụng Khi sử dụng các loại thuốc nhuộm khác nhau thì nước thải có bản chất và màu sắc khác nhau

Nước thải dệt nhuộm nhìn chung rất phức tạp và đa dạng, đã có hàng trăm loại hóa chất đặc trưng như phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất tạo môi trường, chất oxy hóa,… được đưa vào sử dụng

Công nghệ dệt nhuộm sử dụng một lượng nước lớn để phục vụ cho sản xuất đồng thời xả ra một lượng nước thải bình quân từ 12 – 300 m3/tấn vải Lượng nước thải tính cho một đơn vị sản phẩm của một số mặt hàng như sau: Hàng len nhuộm, dệt thoi là

100 – 250 m3/tấn vải Hàng vải bông nhuộm, dệt thoi từ 80 – 240 m3/tấn vải Hàng vải bông nhuộm, dệt kim từ 70 – 180 m3/tấn vải Hàng vải bông in hoa, dệt thoi từ 65 –

280 m3/tấn vải Chăn len màu từ sợi polyacrylalonitrit từ 40 – 140 m3/nước thải [5] Nước thải dệt nhuộm thường khó xử lý do cấu tạo phức tạp của thuốc nhuộm và trợ nhuộm được sử dụng trong quá trình nhuộm và hoàn tất Nước thải còn có nồng độ chất hữu cơ cao, thành phần phức tạp và chứa nhiều hợp chất vòng khó phân hủy sinh học, đồng thời có các chất trợ trong quá trình nhuộm có khả năng gây ức chế vi sinh vật Hơn nữa, nhiệt độ nước thải rất cao, không thích hợp đưa trực tiếp vào hệ thống

xử lý sinh học

Bảng 1.1.2a Nguồn phát sinh nước thải và các chất ô nhiễm cần quan tâm trong ngành dệt

nhuộm

Giũ hồ Nước dùng để tách chất hồ sợi khỏi vải BOD, COD

Hồ in, chất khử bọt có trong vải Dầu khoáng Nấu tẩy Nước dùng để nấu Lượng nước thải lớn, có BOD,

COD, nhiệt độ cao, kiềm tính Chất hoạt động bề mặt BOD, COD

Tác nhân chelat hóa (chất tạo phức), chất ổn định, chất điều chỉnh pH, chất

mang

Photpho, kim loại nặng

Tác nhân tẩy trắng hypochlorit AOX Nhuộm Nước dùng để nhuộm, giặt Lượng nước thải có màu,

BOD, COD, nhiệt độ cao Nhuộm với các thuốc nhuộm hoạt tính,

hoàn nguyên và sunfua, kiềm nóng, nấu,

Các thuốc nhuộm hoạt tính và sunfua Màu

In hoa Dòng thải từ công đoạn in hoa BOD, COD, TSS, Cu, nhiệt

độ, pH

Hoàn tất Dòng thải từ công đoạn xử lý nhằm tạo

ra các tính năng mong muốn cho thành

Hàng pha dệt kim

Dệt len Sợi Hàng pha

dệt kim Lưu lượng m3/1 tấn vải 394 264 114 236 280

TS mg/l 400 – 1000 950 – 1380 420 800 – 1300 800 – 1100 BOD 5 mg/l 70 – 135 90 – 220 120 – 130 90 – 130 120 – 400 COD mg/l 150 – 380 230 – 500 400 – 450 210 - 230 570 – 1200

Độ màu Pt - Co 350 - 600 250 - 500 260 - 300 1000 - 1600

Nguồn : [5]

1.1.3 Tác động đến môi trường của nước thải dệt nhuộm

Nước thải tinh bột xả từ khâu hồ sợi làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng đến quá trình hô hấp của các loài động thực vật thủy sinh Ngoài ra, nước thải chứa tinh bột còn dễ xảy ra quá trình phân hủy yếm khí, phát sinh ra CH4, CO2,

NH3, H2S gây mùi hôi thối ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và gây ô nhiễm nguồn nước tự nhiên

Các chất H2SO4,NaOCl, Na2SO4, NaCl, Na2S, Na2S2O4, các chất tẩy rửa không ion, các hợp chất vòng thơm, tạo chất dầu,… xả từ khâu giặt sau nhuộm Các chất

formaldehyt, K2Cr2O7, tạp chất chứa kim loại nặng, NaCl, halogen hữu cơ, Na2SO4, thuốc nhuộm, Na2S2O4, hơi H2SO4, CH3COOH thải ra từ khâu nấu Dầu hỏa, các chất

hồ sợi dọc, chất nhũ hóa, chất làm mềm, chất tạo phức, NO2 thải ra từ khâu hoàn tất Tất cả các chất ô nhiễm này gây ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phân hủy của các vi sinh vật làm sạch nước Ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh gây thiếu hụt oxy hòa tan trong nước Gốc hữu cơ kết hợp với các ion kim loại tạo thành các phức chất bền, khó phân hủy, gây tác hại nghiêm trọng đến môi trường Các ion kim loại còn tham gia vào chuỗi thức ăn, từ đó gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người Đặc biệt nguy hiểm hơn nữa là sự có mặt của các chất clo hoạt tính trong nước thải kết hợp với các chất hữu cơ vòng thơm tạo thành những chất gây tiền ung thư Xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong xơ sợi bị loại bỏ trong các công đoạn xử lý nước, gây tắc nghẽn dòng chảy

Độ màu cao do lượng dư thuốc nhuộm đi vào nước thải xả ra nguồn tiếp nhận gây ảnh hưởng xấu đến mỹ quan của nguồn nước, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh

1.2 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

1.2.1 Phương pháp cơ học

Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình hóa

lý, hóa học và sinh học ở phía sau

1.2.1.1 Song chắn rác, lưới chắn rác

Mục đích: Song chắn rác dùng để loại bỏ khỏi nước thải các loại rác và các tạp chất có kích thước lớn hơn 5mm Đối với các tạp chất nhỏ hơn thường sử dụng các loại lưới lược rác với nhiều cỡ mắc lưới khác nhau

Song chắn rác thường có khoảng cách giữa các khe hở 15 mm, có thể giữ được các tạp chất thô như các loại rác, nhánh cây, thanh gỗ, lá cây, giấy, rễ cây, nilông, vải vụn rách,… Song chắn rác thường đặt vuông góc với dòng chảy Vận tốc nước qua song chắn vmax 1 m/s (ứng với Qmax)

1.2.1.2 Bể điều hòa:

Mục đích: khi lưu lượng và hàm lượng chất bẩn thay đổi theo nhiều giờ, cần thiết phải xây dựng bể điều hòa nhằm mục đích điều hòa lưu lượng, nồng độ và nhiệt độ của nước thải

Để tránh hiện tượng cặn lắng trong bể điều hòa và để tăng khả năng xáo trộn đồng đều khối tích nước, có thể sử dụng biện pháp thổi khí hoặc khuấy trộn cơ khí cho bể

Hình 1.2.1.3c Bể lắng ly tâm

Hình 1.2.1.3d Bể lắng lamella

Quá trình lắng ứng dụng trong các công trình sau:

- Lắng cát (cặn dễ tách nước như cát, mảnh kim loại, thủy tinh, hạt trái cây, mảnh xương,…)

- Loại bỏ cặn lơ lửng trong bể lắng đợt 1

- Loại bỏ cặn sinh học (bùn hoạt tính, màng vi sinh vật) trong bể lắng đợt 2

- Loại bỏ các bông cặn hóa học trong quá trình keo tụ tạo bông

- Nén bùn trọng lực nhằm giảm độ ẩm cùa bùn trong công đoạn xử lý bùn Các dạng lắng: lắng hạt rời rạc, lắng kết bông, lắng cản trở và lắng nén

Loại bỏ cát, mảnh kim loại, vỏ trứng, mảnh xương, hạt trái cây,…

Bông cặn Dạng lắng bông cặn thường xảy ra trong

nước thải có hàm lượng lơ lửng tương đối thấp Các hạt này có khả năng keo tụ

và tạo bông trong quá trình lắng, vì vậy kích thước và khối lượng hạt lớn dần, hạt lắng với tốc độ nhanh hơn

Loại bỏ cặn lơ lửng trong nước thải ở bể lắng đợt 1 và phần trên

bể lắng đợt 2; loại bỏ các bông cặn hình thành từ quá trình hóa học trong bể lắng

Cản trở Dạng lắng cặn cản trở xảy ra trong nước

thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng trung bình và cao, trong đó lực liên kết giữa các hạt đủ cản trở quá trình lắng của các hạt cặn Các hạt có khuynh hướng giữ vị trí cố định so với các hạt khác và khi đó khối lượng hạt lắng xuống như một vật thể Giao tuyến lớp hạt và lớp nước bên trong hình thành rõ rệt

Xảy ra trong lắng 2 (lắng bùn hoạt tính, màng sinh học)

Nén Dạng lắng nén xảy ra trong dung dịch có

hàm lượng chất lơ lửng cao, trong đó các hạt tạo thành một cấu trúc Cấu trúc này

bị nén do các hạt lắng xuống từ lớp nước phía trên

Thường xảy ra ở lớp bùn bên dưới (như đáy

bể lắng 2 và bể nén bùn)

Nguồn :[12]

1.2.2 Phương pháp hóa học, hóa lý

Mục đích của phương pháp này là sử dụng các hóa chất để khử các chất độc hại trong nước thải

Xử lý hóa học, hóa lý bao gồm các phương pháp như keo tụ tạo bông, hấp phụ, oxy hóa để khử màu, trung hòa, điện hóa, tuyển nổi

Phạm vi áp dụng: là một trong những phương pháp thường dùng trong xử lý nước thải công nghiệp Giai đoạn xử lý hóa lý, hóa học có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý kết hợp với xử lý cơ học, sinh học trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải đầy đủ

1.2.2.1 Keo tụ, tạo bông

Mục đích : Quá trình lắng chỉ có thể tách các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước nhỏ Để tách các hạt rắn này một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tương tác hỗ trợ giữa các hạt phân tán liên kết với nhau thành tập hợp các hạt nhằm tăng vận tốc lắng của chúng Quá trình trung hòa điện tích này được gọi là quá trình keo tụ, còn quá trình tạo thành các bông cặn lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình tạo bông

Quá trình keo tụ để khử màu, giảm hàm lượng các cặn lơ lửng trong nước thải

Cơ chế của quá trình :

- Giảm điện thế zeta tới giá trị mà tại đó dưới tác dụng của lực hấp dẫn Van der Waals cùng với năng lượng khuấy trộn cung cấp thêm, các hạt keo trung hòa điện kết cụm và tạo thành bông cặn

- Các hạt kết cụm do sự hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tính trên hạt keo

- Các bông cặn đã hình thành khi lắng xuống sẽ bắt giữ các hạt keo trên quỹ đạo lắng

Người ta thường dùng các hóa chất keo tụ như phèn nhôm [Al2(SO4)3].nH2O hay phèn sắt (FeCl3 hay [Fe2(SO4)3].nH2O), PAC (Poly Aluminium chloride),…

Khi dùng phương pháp này cần điều chỉnh pH, vì pH ảnh hưởng đến khả năng keo

tụ Các chất keo tụ khác nhau cho hiệu quả keo tụ ở pH khác nhau Với phèn sắt ở pH

= 10 cho hiệu quả cao nhất, phèn nhôm pH = 5 – 6 là tốt nhất

Phương trình phản ứng :

Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+

Fe2+ + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H+4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3

Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+

Để tăng hiệu quả keo tụ của quá trình và tăng vận tốc lắng cũng như độ nén của các bông keo thì trong quá trình keo tụ người ta thường bổ sung các chất trợ keo tụ (polymer)

Các yếu tố ảnh hưởng : pH, nhiệt độ, tốc độ lắng, liều lượng phèn, …

Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm từ sợi bông sử dụng vôi và sắt (II) sunphate ở Hy Lạp [19]

Xử lý với nước thải dệt nhuộm chỉ với vôi [Ca(OH)2] đã chứng minh hiệu quả loại

bỏ độ màu (70 – 90%), một phần COD (50 – 60%) và sản sinh ra khoảng 500 – 600 mg/l chất rắn Hơn nữa, xử lý với hóa chất FeSO4.7H2O với pH không đổi 9.0 0.5 thì sản sinh ra 600 – 700 mg/l chất rắn từ nước thải, loại bỏ 70 – 90% độ màu và 50 – 60% COD Tuy nhiên, một khối lượng lớn chất rắn (hầu như bởi sự hình thành sắt hydroxit) khi vôi được sử dụng kết hợp với FeSO4 cho hiệu quả loại bỏ độ màu (70 – 95%) và COD (50 – 70%), sản sinh ra lượng chất rắn kết tủa khoảng 1200 – 1400 mg/l Cuối cùng, phương pháp xử lý vôi kết hợp với liều lượng tăng dần của sắt (II) sunphate đã được thử nghiệm thành công

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm của chất trợ keo tụ hóa học và sinh học [14]

Nghiên cứu được thực hiện với chất keo tụ PAC, chất trợ keo tụ hóa học Polymer anion và chất trợ keo tụ sinh học là gum muồng hoàng yến

Quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm bằng hóa chất PAC khi kết hợp với chất trợ keo tụ hóa học cho kết quả tốt hơn chất trợ keo tụ sinh học (đạt hiệu suất xử lý độ màu

là 87.3%, SS đạt tới 93.2% và COD đạt 60.3%), nhưng cần nghiên cứu dư lượng hóa chất còn lại trong nước và trong bùn gây tác động đến nguồn tiếp nhận Riêng quá trình nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm bằng chất keo tụ sinh học điều chế từ hạt của cây muồng hoàng yến cho thấy khả năng xử lý rất tốt khi kết hợp với chất keo tụ hóa học PAC (đạt hiệu quả xử lý độ màu 87.1%, SS đạt 92.6 % vả COD đạt 59.7%) Tuy nhiên, polymer sinh học là chất thân thiện với môi trường, do

đó cần có nhiều nghiên cứu chi tiết, đặc biệt là nghiên cứu khả phân hủy dư lượng tồn

dư trong nước thải và bùn thải sau xử lý

1.2.2.2 Phương pháp oxy hóa [3]

Oxy hóa là phương pháp chuyển hóa các hợp chất hữu cơ không thể xử lý bằng sinh học hoặc có tính độc hại và ngăn cản quá trình phát triển của vi sinh vật và các chất gây mùi, màu trước khi cho nước thải vào xử lý vi sinh

- Biến đổi chất khó phân hủy sinh học thành chất dễ phân hủy do thay đổi cấu trúc liên kết của các hợp chất này

- Biến đổi chất không thể phân hủy hay độc hại thành chất có thể phân hủy được do thay đổi cấu trúc liên kết hoặc thành phần của các hợp chất này, biến chúng thành các hợp chất ít hoặc không còn gây độc hại

- Oxy hóa triệt để biến các hợp chất hữu cơ thành CO2 và H2O

- Có thể tạo ra các chất khó hoặc không phân hủy được do thay đổi cấu trúc của các hợp chất gốc, tăng tính độc hại Do đó khi tiến hành các phản ứng oxy hóa phải chọn đúng chất và liều lượng thích hợp sao cho đạt kết quả mong muốn

Oxy hóa nâng cao (AOPs) là quá trình oxy hóa dựa vào gốc tự do hydroxyl OH* là tác nhân oxy hóa mạnh được tạo ra trong quá trình phản ứng để thực hiện quá trình oxy hóa với các hợp chất hữu cơ không hoặc khó phân hủy sinh học trong nước thải

1.2.2.2.1 Oxy hóa bằng ozon :

Mục đích : Dùng ozon để khử màu và các chất hữu cơ bền vững không bị phân hủy sinh học Sử dụng Ozon để xử lý nước thải là một trong những phương pháp hiện đại nhưng đòi hỏi chi phí kĩ thuật và giá thành cao Hiện nay phương pháp này chưa được sử dụng nhiều như các phương pháp khác

Hiệu quả khử màu của ozon cao hơn clo hay peroxit Vì ozone không chỉ oxy hóa thuốc nhuộm mà còn oxy hóa các hợp chất hữu cơ khác, do đó đối với nước thải có tải lượng hữu cơ lớn thì phải dùng một lượng lớn Ozon mới đủ để khử màu Như vậy làm cho giá thành đầu tư, vận hành cao Ozon là chất oxy hóa mạnh và thường dùng làm chất khử trùng Ozon là khí dễ biến đổi ở áp suất và nhiệt độ thường Ozon có thể sản xuất ngay tại nơi sử dụng

Cơ chế: Quá trình oxy hóa của ozone xảy ra theo các bước sau :

− Oxy hóa các alcohol thành aldehyd và sau đó thành các axit hữu cơ

− Thay nguyên tử oxy vào các vòng liên kết của cacbua thơm

− Bẽ gãy các liên kết kép của hợp chất cacbon

Ngoài ra còn sử dụng hệ O3/UV để xử lý màu nước thải dệt nhuộm Hệ O3/UV khi

phản ứng tạo ra gốc tự do OH* có khả năng oxy hóa các hợp chất màu trong nước thải dệt nhuộm

O3 + H2O 2OH* + O2

1.2.2.2.2 Oxy hóa bằng H 2 O 2

Hydro peroxit là một chất lỏng không màu và có thể hòa tan vô hạn trong nước Trong dung dịch loãng, quá trình oxy hóa các chất hữu cơ xảy ra rất chậm, do đó cần thêm các chất xúc tác là các ion kim loại có hóa trị thay đổi như Fe2+, Cu2+, Mn2+,

30 phút

Kết quả xử lý nước thải dệt nhuộm có nồng độ COD = 480 mg/l, độ màu = 1864

Pt – Co bằng oxy hóa xúc tác phức [Mn(Lm)HCO3] cho thấy để xử lý nước thải đạt cột B QCVN 13-MT :2015/BTNMT cần các điều kiện là pH = 8, [H2O2] = 0.05M, [Mn(Lm)HCO3] = 5.10-5M, thời gian phản ứng t = 30 phút Để xử lý cả COD và độ màu đạt cột B QCVN 13-MT:2015/BTNMT thì cần các điều kiện tương tự về pH, thời gian phản ứng, nồng độ [H2O2] nhưng [Mn(Lm)HCO3] = 10-5M Tại điều kiện này COD sau xử lý còn 90 mg/l (hiệu suất 90%), độ màu sau xử lý 147 Pt – Co (hiệu suất 92%)

1.2.2.2.3 Oxy hóa nâng cao bằng hệ peroxon (H 2 O 2 /O 3 )

Phương pháp oxy hóa nâng cao với hệ Peroxon gồm H2O2/O3 dùng để xử lý màu trong nước thải dệt nhuộm Áp dụng quá trình peroxon với cách thức cấp Ozon qua ống dòng injector hoặc sục khí trực tiếp vào dung dịch

UV

UV

H2O2 + 2O3 → 2OH* + 3O2Khi thêm tác nhân H2O2 vào O3 thì gốc OH* được ưu tiên hình thành, trở thành tác nhân chính trong việc phân hủy các hợp chất màu trong nước thải thay cho phản ứng trực tiếp của O3 với các hợp chất màu Chính vì vậy, hiệu suất xử lý màu tăng lên đáng

1.2.2.2.4 Oxy hóa nâng cao bằng hệ Fenton

Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng H2O2 (peroxit) trong môi trường axit với xúc tác muối Fe (II) thì gốc hydroxyl (OH*) được tạo ra có thể oxy hóa mạnh hơn cả Ozon Các sản phẩm cuối cùng tạo ra thì vô hại với môi trường Để hoàn thành phản ứng, trung hòa nước thải bằng xút hoặc vôi tôi để kết tủa tạo thành và tách ra bằng quá trình lắng

Cơ chế của quá trình :

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

tự do OH*, còn Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+ theo phản ứng (khoảng pH = 2 – 4, cao nhất

trong nước cần xử lý, chuyển các chất hữu cơ từ dạng cao phân tử thành các chất hữu

cơ có khối lượng phân tử thấp

CHCcao phân tử + OH* → CHCphân tử thấp + CO2 + H2O + OH

-− Trung hòa và keo tụ : sau khi xảy ra quá trình oxy hóa cần nâng pH dung dịch lên >7, để thực hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành:

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3Các yếu tố ảnh hưởng : pH, tỉ lệ Fe2+ : H2O2, các anion vô cơ, thời gian phản ứng,…

Tuy nhiên, quá trình Fenton vẫn có một vài điểm hạn chế do quá trình khử Fe2+ và

Fe3+ chậm và trong thực tế phản ứng hầu như dừng lại khi lượng Fe2+ chuyển gần như toàn bộ thành Fe3+ dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác của Fe2+, từ đó giảm hiệu quả khoáng hóa của quá trình Vì thế để khắc phục tình trạng này có thể sử dụng nguồn bức xạ UV tạo thành một hệ mới là hệ UV/Fenton

Bức xạ UV không chỉ tăng sự hình thành gốc tự do hydroxyl mà còn tái sinh chất xúc tác Fe2+ bằng cách khử Fe3+, làm cho phản ứng chung của hệ gia tăng

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH* + OH

-H2O2 + UV → 2OH*

Fe3+ + H2O + UV → OH* + Fe2+ + H+

Fe3+ + H2O2 + UV → HO2* + Fe2+ + H+

Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng UV/Fenton

Quá trình UV/Fenton cho hiệu quả khử màu và loại bỏ COD cao nhất khi dùng nồng độ H2O2 là 660 mg/l và nồng độ Fe2+ là 20 mg/l, tại pH = 3 trong thời gian phản ứng 90 phút và tốc độ khuấy không đổi 100 vòng/ phút Sự có mặt của hai ion Cl-

và

SO42- đều làm giảm hiệu suất xử lý của quá trình, một phần là do khả năng bắt tóm gốc

tự do OH* để tạo thành các gốc tự do mới kém hoạt động hơn, mặt khác chúng tham gia tạo phức với ion Fe3+ và Fe2+ làm giảm hoạt tính xúc tác của ion sắt Nồng độ Cl-và

SO42- tối đa cho phép để đảm bảo nước thải xả ra đạt QCVN 13-MT :2015/BTNMT là

21 mg/l và 159 mg/l [16]

SO42- + OH* → OH- + SO4-*

Cl- + OH* → ClOH-*

Fe3+ + Cl- → FeCl2+

[FeCl2+] + UV → Fe2+ + Cl*

Cl* + Cl- → Cl2-*

COD và độ màu trong nước thải dệt nhuộm được loại bỏ bằng quá trình quang oxy hóa Fenton Kết quả chỉ ra rằng COD và độ màu đã được loại bỏ nhanh chóng trong suốt 5 – 10 phút đầu tiên và chúng có thể sản sinh lại trong thời gian dài vận hành bởi

vì việc tái sinh ion Fe2+ trong hệ thống từ quá trình quang hóa Để loại bỏ COD và độ màu đồng thời, điều kiện tốt nhất được tìm ra tại [Fe2+

] = 80 mg/l, UV = 60W, pH = 3, [H2O2] = 200 mg/l, thời gian phản ứng t = 5 – 10 phút Trong điều kiện này, xấp xỉ khoảng 52% COD và 90% độ màu được loại bỏ Sử dụng xúc tác TiO2 có thể xúc tiến việc loại bỏ COD và độ màu trong nước thải dệt nhuộm, và xúc tác này có thể được tái

sử dụng lại trong hệ thống bằng quá trình lọc đơn giản Với quá trình quang oxy hóa

Fenton thì thích hợp cho việc loại bỏ độ màu hơn loại bỏ COD [18]

Phân loại gồm có hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học :

− Hấp phụ vật lý : Khi một phân tử qua bề mặt chất hấp phụ đi vào khe rỗng và dính kết lên bề mặt bằng các lực lý học : lực Van-der-Waals yếu Hạt bị hấp phụ tương đối tự do có thể chuyển động trên bề mặt chất hấp phụ Hấp phụ nhiều lớp, lớp hạt mới

Nghiên cứu loại bỏ màu nước thải dệt nhuộm bằng quá trình hấp phụ của cacbon hoạt tính làm từ vỏ trấu ở Parkistan [21]

Hai loại thuốc nhuộm được nghiên cứu là Congo Red và Magenta Hai thông số là thời gian khuấy và liều lượng chất hấp phụ đã được lựa chọn để đánh giá khả năng loại

bỏ thuốc nhuộm Nghiên cứu thấy rằng phần trăm loại bỏ thuốc nhuộm tăng khi liều lượng chất hấp phụ và thời gian khuấy tăng Phần trăm loại bỏ thuốc nhuộm Congo Red là 88% và thuốc nhuộm Magenta là 85% với thời gian khuấy khác nhau Trong trường hợp liều lượng chất hấp phụ khác nhau thì phần trăm loại bỏ thuốc nhộm Congo Red là 69,3%, còn thuốc nhuộm Magenta là 95,3% Từ kết quả chỉ ra rằng, phương pháp hấp phụ bằng cacbon hoạt tính làm từ vỏ trấu là một phương pháp kinh

tế cho việc loại bỏ thuốc nhuộm

1.2.2.4 Tuyển nổi

Mục đích: để tách các chất lơ lửng, dầu, mỡ có trong nước thải

Cơ chế: bằng cách sục khí vào nước thải, các bọt khí dính kết với các hạt cặn hoặc dầu mỡ, tập hợp các bọt khí và hạt đủ lớn sẽ cùng nhau nổi lên bề mặt Sau đó, tập hợp lại thành lớp bọt chứa hàm lượng cao các tạp chất

Các yếu tố ảnh hưởng: hàm lượng chất rắn lơ lửng, lượng khí sử dụng, vận tốc nổi của hạt và tải trọng chất rắn

Phân loại: tuyển nổi bằng thiết bị cơ khí, tuyển nổi chân không, tuyển nổi không

nhỏ và ô nhiễm chủ yếu là do các chất hữu cơ và vô cơ đậm đặc

Ưu điểm:

- Không cần pha loãng sơ bộ nước thải

- Không cần tăng thành phần muối của chúng

- Có thể tận dụng lại các sản phẩm quý trong nước thải

- Diện tích xử lý nhỏ

Nhược điểm:

- Tốn kém năng lượng

- Phải tẩy sạch bề mặt điện cực khỏi tạp chất

Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp điện hóa học ở Ấn

Độ [17]

Trong kĩ thuật điện hóa, đồng và thép không gỉ lần lượt đóng vai trò là anot và catot Điều kiện tốt nhất được xác định cho quá trình điện hóa là [NaCl] = 0.1M, pH = 7.67, thời gian điện phân là 105 phút Dưới những điều kiện trên, hiệu quả loại bỏ COD là 96.2% và khử màu xảy ra bởi việc sử dụng dung dịch NaCl Khi nồng độ NaCl tăng thì phần trăm COD loại bỏ cũng tăng lên Hiệu quả khử màu là 93% Hiệu quả loại bỏ BOD và TOC bằng phương pháp này thì rất thấp Phương pháp điện hóa này chỉ phù hợp để xử lý COD và độ màu

1.2.3 Phương pháp sinh học

Mục đích của phương pháp sinh học là xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải

mà chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và một vài hợp chất

vô cơ nhờ vào hoạt động của các vi sinh vật Vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ

và các chất khoáng làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển

Bằng phương pháp xử lý sinh học cũng có thể xử lý được thuốc nhuộm Tuy nhiên quá trình này đòi hỏi rất tốn thời gian Tốt nhất là phải loại bỏ sơ bộ chất màu bằng phương pháp hóa lý, hóa học Khi xử lý nước thải dệt nhuộm này, cần quan tâm đến tỷ

lệ chất dinh dưỡng trong nước thải, cụ thể là BOD5 : N : P hay COD : N : P Thường trong nước thải dệt nhuộm thiếu hàm lượng nitơ và photpho, do đó phải bổ sung hai nguồn chất dinh dưỡng khoáng này hoặc tốt hơn cả là pha trộn với nước thải sinh hoạt

để đưa vào xử lý sinh học

1.2.3.1 Quá trình sinh học hiếu khí

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí thường được ứng dụng có hiệu quả cao đối với

nước thải có hàm lượng BOD5 thấp như nước thải sinh hoạt sau xử lý cơ học và nước thải của các ngành công nghiệp bị ô nhiễm hữu cơ ở mức độ thấp (BOD5 < 1000 mg/l)

1.2.3.1.1 Bể Aerotank

Cơ chế: Trong quá trình này, hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được xáo trộn và sục khí liên tục, khi đó các vi sinh vật được xáo trộn đều với các chất hữu cơ trong nước thải và chúng sử dụng các chất hữu cơ như nguồn thức ăn Khi vi sinh vật phát triển và được xáo trộn bởi không khí, các cá thể vi sinh vật tạo thành khối với nhau gọi

là bùn hoạt tính Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải trong bể hiếu khí được gọi là hỗn hợp chất lỏng Hỗn hợp này sau khi ra khỏi bể Aerotank được đưa đến bể lắng đợt 2 và bùn hoạt tính lắng lại ở đó Phần lớn bùn hoạt tính (trên 50%) được tuần hoàn lại bể Aerotank để giữ cho khả năng phân hủy chất hữu cơ tốt Phần bùn hoạt tính còn lại (bùn hoạt tính dư) sẽ được nén để làm giảm độ ẩm và sau đó xử lý chúng bằng các quá trình xử lý bùn thích hợp [8]

Phương trình phản ứng:

(CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4+ + H2S + Tế bào vi sinh vật +

CHCtrơ + Q Các yếu tố ảnh hưởng: phụ thuộc vào nồng độ bùn hoạt tính hay chỉ số bùn SVI… Nồng độ oxy cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình cho nên cần đảm bảo cung cấp lượng oxy một cách liên tục, đảm bảo DO ra khỏi bể lắng II > 2 mg/l Tải trọng hữu cơ

và tỉ lệ BOD:N:P hay COD: N: P cũng cần phải quan tâm trong quá trình xử lý hiếu khí

Phân loại:

- Bể bùn hoạt tính truyền thống

- Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn

- Bùn hoạt tính dòng chảy nút (bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần)

- Bùn hoạt tính thổi khí nhiều bậc (bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc)

- Bể phản ứng dạng mẻ SBR

- Mương oxy hóa

Hình 1.2.3.1.1a Aerotank truyền thống

Hình 1.2.3.1.1b Aerotank thổi khí nhiều bậc

Hình 1.2.3.1.1c Aerotank khuấy trộn hoàn toàn

1.2.3.1.2 Bể SBR [12]

Là công trình xử lý sinh học nước thải dựa trên nguyên lý quá trình bùn hoạt tính nhưng các giai đoạn hoạt động xảy ra trong cùng một bể Có 5 giai đoạn xảy ra trong bể: làm đầy, phản ứng, lắng, chắt nước/ xả bùn và giai đoạn chờ

 Pha làm đầy: Nước thải được bơm vào bể xử lý trong khoảng từ 1-3 giờ Trong

bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tùy thuộc theo mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào mà quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: Làm đầy tĩnh, làm đầy có khuấy trộn, làm đầy sục khí.

 Pha phản ứng: Tiến hành sục khí cho bể xử lý để tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển Nitơ

từ dạng N-NH3 sang N-NO2- và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3-

 Pha lắng: Lắng trong nước khi đóng van sục khí và van dẫn nước thải Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường nhỏ hơn 2 giờ

 Pha chắt nước: Phần nước thải sau lắng được chắt nước bằng thiết bị chắt nước nước (Decanter) chuyên dụng để tự động chắt nước sau lắng, không lôi kéo theo bùn Thời gian chắt nước là khoảng 0,5 giờ Trong giai đoạn này, bùn hoạt tính dư được xả

ra ngoài, chỉ để lại một lượng bùn hoạt tính cần thiết cho mẻ sau

 Pha chờ: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành

Hình 1.2.3.1.2 Bể SBR

Ưu điểm:

- Là một công trình xử lý linh hoạt, có thể xử lý các loại nước thải sinh hoạt, công nghiệp

- Có khả năng khử Nitơ, photpho cao, TSS đầu ra thấp

- Không có bể lắng 2 cũng như tuần hoàn bùn hoạt tính Ít tốn diện tích xây dựng

- Chi phí đầu tư, vận hành thấp

- Có khả năng điều khiển tự động hoàn toàn

Nhược điểm:

- SBR thích hợp với công suất xử lý < 5000 m3/ngày đêm

- Cần có trình độ kĩ thuật cao cho công tác quản lý vận hành bể

1.2.3.1.3 MBBR

Là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (biofilm)

Trong bể MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng trong nước của

bể phản ứng Những giá thể này chuyển động được trong nước là nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nước thải hoặc máy khuấy chìm [7]

Phân loại: bể MBBR gồm 2 loại bể là bể hiếu khí và bể thiếu khí

- Không cần tuần hoàn bùn

- Bùn sinh học sinh ra ít hơn và lắng tốt hơn

- Không bị bít tắc trong tầng giá thể

- Dễ dàng vận hành

Nhược điểm:

- Tùy vào chất lượng giá thể mà khả năng bám dính của vi sinh vật khác nhau (bám dính chắc chắn hoặc dễ bị rửa trôi) Thông thường giá thể dễ bị vỡ sau

một thời gian sử dụng

1.2.3.1.4 Bể lọc sinh học hiếu khí :

Cơ chế: là công trình thiết kế nhằm mục đích phân hủy các vật chất hữu cơ có trong nước thải nhờ quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc Nước thải được phân bố đều trên bề mặt vật liệu tiếp xúc bằng hệ thống tưới phản lực hoặc vòi phun hoặc máng tràn Quần thể vi sinh vật bám dính tạo thành màng nhầy sinh học có khả năng hấp phụ và phân hủy vật chất hữu cơ trong nước thải Khi vi sinh vật phát triển chiều dày ngày càng dày hơn, vi sinh vật ở lớp ngoài tiêu thụ hết lượng oxy khuếch tán trước khi oxy thấm vào bên trong Vì vậy gần sát bề mặt giá thể, môi trường kỵ khí hình thành Khi lớp màng dày, chất hữu cơ bị phân hủy hoàn toàn ở lớp ngoài, vi sinh vật sống gần bề mặt giá thể thiếu nguồn cơ chất, chất dinh dưỡng dẫn đến tình trạng phân hủy nội bào và mất đi khả năng bám dính Màng vi sinh tách khỏi giá thể nhiều hay ít tùy thuộc vào tải trọng hữu cơ và tải trọng thủy lực [8]

Phân loại:

- Lọc sinh học nhỏ giọt

- Lọc sinh học cao tải

- Lọc sinh học ngập nước (đệm cố định, đệm giãn nở)

- Lọc sinh học với lớp vật liệu là các hạt cố định

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của bể lọc sinh học bao gồm: bản chất của các chất ô nhiễm, vận tốc oxy hóa, cường độ thông khí, tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh vật, diện tích và chiều cao thiết bị, đặc tính vật liệu đệm, tính chất vật lý của nước thải, nhiệt độ của quá trình, tải trọng thủy lực, cường độ tuần hoàn, sự phân phối nước thải,…

Hình 1.2.3.1.4 Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Ưu điểm:

- Khởi động nhanh (2 tuần)

- Khả năng loại bỏ những cơ chất phân hủy chậm

- Khả năng chịu biến động về nhiệt độ và tải lượng ô nhiễm

- Sự đa dạng về thiết bị xử lý

- Hiệu quả cao đối với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp

Nhược điểm:

- Không có khả năng điều khiển sinh khối

- Tốc độ làm sạch bị hạn chế bởi quá trình khuếch tán: vật liệu làm giá thể phải có diện tích bề mặt riêng lớn Thêm vào đó vận tốc nước chảy trên bề mặt màng phải đủ lớn

Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp lọc sinh học sử dụng cacbon hoạt tính [11]

Than cacbon hóa từ tre phù hợp làm giá thể vi sinh trong xử lý nước thải vì có nhiều lỗ xốp kích thước nhỏ Các đặc tính của than cacbon hóa được sinh ra trong quá trình nhiệt phân trong lò cacbon hóa ở nhiệt độ 600 – 6500C, thời gian phản ứng là 60 phút, kích thước mao quản từ 20 – 50 nm, diện tích bề mặt 400m2

/g

Kết quả thực nghiệm cho thấy ở cùng một điều kiện như nhau, mô hình xử lý vi sinh có than cacbon hóa làm giá thể bám dính cho hiệu suất xử lý TOC, BOD và COD cao gấp 1,5 - 2,7 lần so với mô hình không sử dụng than cacbon hóa, hàm lượng ô nhiễm tại đầu ra của bình phản ứng có than thì thấp và khá ổn định

1.2.3.1.5 Đĩa quay sinh học (RBC)

RBC (Rotating biological contactor) bao gồm các đĩa tròn polystyrene hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau, lắp đặt trên một trục ngang Các đĩa đặt ngập trong nước một phần và quay chậm Trong quá trình vận hảnh, vi sinh vật sinh trưởng

và phát triển trên bề mặt đĩa, hình thành một lớp màng mỏng bám dính trên bề mặt đĩa

Cơ chế: khi đĩa quay màng sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxy Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hóa oxy và luôn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí Đồng thời khi đĩa quay còn tạo lực cắt bỏ các màng

vi sinh không còn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa qua bể lắng đợt 2 [7]

Hình 1.2.3.1.5 Đĩa quay sinh học RBC

1.2.3.1.6 Mương oxy hóa

Mương thường được xây dựng theo hình oval, ở 2 đầu bể có tấm hướng dòng Mương là một dạng cải tiến của bể Aerotank, có các vùng hiếu khí và thiếu khí với thời gian lưu nước dài hơn Nước thải trong mương oxy hóa được xáo trộn bằng máy thổi khí và máy khuấy chìm [7]

Hình 1.2.3.1.6 Mương oxy hóa

Ưu điểm:

- Hiệu quả xử lý BOD, nitơ, photpho cao

- Quản lý vận hành đơn giản

- Ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động về chất lượng và lưu lượng

Nhược điểm:

- Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn

- Thời gian lưu nước dài

- Lượng oxy cung cấp cho mương lớn

1.2.3.1.7 MBR

Là công nghệ tiên tiến bằng phương pháp sinh học kết hợp với kỹ thuật tách sinh khối bằng màng lọc MF/UF MBR có thời gian lưu bùn rất lâu với MLSS cao và tỷ số F/M thấp

Cơ chế hoạt động của vi sinh vật trong công nghệ MBR cũng tương tự như bể bùn hoạt tính hiếu khí nhưng thay vì tách bùn bằng công nghệ lắng thì công nghệ MBR lại tách bằng màng [7]

Ưu điểm:

- Kích thước bể nhỏ hơn so với các công nghệ truyền thống

- Thời gian lưu nước ngắn, thời gian lưu bùn dài

- Không cần bể lắng thứ cấp và bể khử trùng nên tiết kiệm diện tích xây dựng

- Dễ dàng kiểm soát bằng quy trình điều khiển tự động

- Nước thải sau xử lý có thể tái sử dụng

- Dễ quản lý vì có ít công trình đơn vị

1.2.3.2 Quá trình sinh học kỵ khí

Quá trình xử lý sinh học kỵ khí thường được dùng để xử lý sơ bộ các loại nước thải có hàm lượng BOD5, COD cao (>1000 mg/l), làm giảm tải trọng hữu cơ và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hiếu khí diễn ra có hiệu quả Xử lý sinh học

kỵ khí còn được dùng để xử lý các loại bùn, cặn (cặn tươi từ bể lắng đợt 1, bùn hoạt tính dư sau khi nén,…) trong xử lý nước thải đô thị và một số ngành công nghiệp

1.2.3.2.1 UASB]

Cơ chế: bể được chia làm 2 ngăn là ngăn lắng và ngăn lên men Trong bể diễn ra

2 quá trình là lọc trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên men lượng cặn giữ lại Khí metan tạo ra ở giữa lớp bùn Hỗn hợp khí – lỏng và bùn làm cho bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng Với quy trình này, bùn tiếp xúc tốt với các chất hữu cơ có trong nước thải và quá trình phân hủy xảy ra tích cực Nhờ các vi sinh vật có trong bùn hoạt tính

mà các chất bẩn trong nước thải được phân phối từ dưới đáy bể lên, xuyên qua lớp bùn

kị khí, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật Các bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt tạo thành hỗn hợp phía trên bể Khi

va phải lớp lưới chắn phía trên, các bọt khí vỡ ra và các hạt bùn được tách ra khỏi hỗn hợp lại lắng xuống dưới Nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp theo [8]

Hiệu quả xử lý BOD tương đối cao, trung bình vào khoảng 43 – 78% trong đa số các trường hợp

Các yếu tố ảnh hưởng: hiệu suất của bể UASB bị phụ thuộc vào các yếu tố như: nhiệt độ, pH, các chất độc hại trong nước thải,…

- Giai đoạn khỏi động kéo dài

- Dễ bị sốc khi chất lượng nước đầu vào biến động

- Bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại

- Khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động

Phạm vi áp dụng: UASB được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu

cơ cao và thành phần chất rắn thấp

1.2.3.2.2 EGSB

EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) là công trình xử lý sinh học tương tự như UASB, chỉ khác ở chỗ loại bùn và mức độ giãn nở của đệm bùn Bùn trong EGSB chủ yếu là bùn hạt, hoạt tính cao 0.5 – 2 gCOD/gVSS.ngày

Đệm bùn duy trì ở trạng thái dãn nở bằng cách tăng lưu lượng dòng vào bể lớn để tăng cường sự tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh vật

Vận tốc dòng nước thải đi lên từ 15 – 10 m/h được thực hiện bằng cách tuần hoàn dòng ra [7]

bể phải được kiểm tra thường xuyên và nếu có dư thừa thì chúng phải được tách ra khỏi hệ thống theo dòng chảy

Hình 1.2.3.2.3 Bể lọc kỵ khí

Giá thể là các vật liệu rắn trơ (đá, than, sỏi, tấm nhựa,…) chiếm 50 – 90% thể tích

bể làm giá thể cố định cho vi sinh vật kỵ khí sống bám trên bề mặt

Quá trình xử lý xảy ra là kết quả của bùn lơ lửng và hòa trộn sinh khối được giữ lại bởi màng lọc Dòng chảy ra ở phần trên của màng là tập hợp các tác nhân bị đào thải Khí nằm ở dưới bể phản ứng được thu lại và được chuyển đi nơi khác để sử dụng sau Dòng chảy ra được tuần hoàn trở lại để duy trì điều kiện nạp nước được đồng nhất trong bể phản ứng, bất chấp vận tốc nước thay đổi, vì vậy có thể duy trì điều kiện thủy động lực học đồng nhất trong bể phản ứng

1.3 Một số công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm phổ biến

Hình 1.3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm đối với nguyên liệu cotton [9]