Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý nước thải màu xanh của dệt nhuộm bằng than hoạt tính kết hợp PGα21Ca

Chính vì vậy, tác giả γ-chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý nước thải màu xanh của dệt nhuộm bằng than hoạt tính kết hợp PG21Ca” làm luận văn thạc sỹ của mình, đây cũng là

_

LƯƠNG TRẦN BÍCH THẢO

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MÀU XANH CỦA DỆT NHUỘM BẰNG THAN HOẠT TÍNH KẾT HỢP PG21Ca

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Mã số: 8520320

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Đà Nẵng - Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ THỊ XUÂN THÙY

Phản biện 1: TS ĐẶNG QUANG VINH

Phản biện 2: TS TRẦN MINH THẢO

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

ngành Kỹ thuật môi trường họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 03

tháng 11 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

 Thư viện Khoa Môi trường, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với điện thoại và linh kiện, dệt may là ngành xuất khẩu chủ lực của Việt Nam trong những năm qua Năm 2013, sản phẩm dệt may Việt Nam xuất khẩu đến hơn 180 quốc gia và vùng lãnh thổ với kim ngạch xuất khẩu đạt 17,9 tỷ USD Tốc độ tăng trưởng dệt may trong giai đoạn 2008 - 2013 đạt 14,5%/năm đưa Việt Nam trở thành một trong những quốc gia có tốc độ tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu dệt may nhanh nhất thế giới[1]

Bên cạnh những đóng góp to lớn vào sự phát triển kinh tế của đất nước và đảm bảo an sinh xã hội, hoạt động sản xuất của ngành dệt may cũng mang lại không ít những tác động tiêu cực đến môi trường Tùy thuộc vào đặc thù của từng công đoạn sản xuất mà phát sinh ra nhiều dạng ô nhiễm như bụi, tiếng ồn, nhiệt dư, chất thải rắn, khí thải, đặc biệt là nước thải Công nghiệp dệt sử dụng một lượng lớn nước và nước thải ngành dệt chủ yếu là nước dùng cho quá trình nhuộm và hoàn tất sản phẩm Thành phần nước thải thường không ổn định, thay đổi theo loại nguyên liệu, loại thuốc nhuộm, loại hóa chất, chất trợ, quy trình công nghệ… Nhìn chung, nước thải nhuộm thường có nhiệt độ, độ màu và COD cao[9]

Và các chất nhuộm là tác nhân gây ô nhiễm cần phải loại bỏ để làm sạch môi trường vì chúng làm cho dòng nước thải có màu đậm đặc, ngăn cản quá trình quang hợp của các thực vật, gây tác động xấu đối với hệ sinh thái

Trong số những phương pháp hóa lý có khả năng xử lý màu, thì phương pháp hấp phụ và keo tụ vẫn được sử dụng rộng rãi và phổ biến hơn cả bởi tính chất đơn giản, dễ vận hành và hiệu quả xử lý cao

Vật liệu hấp phụ thông dụng nhất là than hoạt tính, với mức độ

vi mao quản cao, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, than hoạt tính có thể

dễ dàng khử màu, mùi,…

Các vật liệu keo tụ thường sử dụng để xử lý màu ở Việt Nam hiện nay gồm có phèn nhôm, phèn sắt, PAC, Tuy nhiên, với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, các nhà nghiên cứu đã tìm tòi, chế tạo và áp dụng các vật liệu keo tụ có nguồn gốc từ tự nhiên, có khả năng xử lý màu cao, thân thiện với môi trường và

PG21Ca là một trong số đó Với thành phần được tổng hợp từ PGA - một loại polymer chiết xuất từ đậu nành không độc hại, dễ phân hủy sinh học, PG21Ca được ứng dụng không chỉ trong lĩnh vực y học, thực phẩm, mỹ phẩm, mà còn trong lĩnh vực xử lý nước Hơn nữa, đây là một loại vật liệu keo tụ còn rất mới ở Việt Nam, chưa được tìm hiểu và nghiên cứu ứng dụng Chính vì vậy, tác giả

γ-chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý nước thải màu

xanh của dệt nhuộm bằng than hoạt tính kết hợp PG21Ca” làm

luận văn thạc sỹ của mình, đây cũng là cơ sở để bước đầu đánh giá khả năng ứng dụng vật liệu mới này trong lĩnh vực xử lý nước thải dệt nhuộm

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định các thông số: tỉ lệ giữa than hoạt tính và PG21Ca, khối lượng vật liệu, thời gian tiếp xúc, tốc độ khuấy trộn để xử lý màu hiệu quả bằng than hoạt tính kết hợp vật liệu PG21Ca.

- Đề xuất dây chuyền xử lý nước thải áp dụng vào Công ty Cổ phần Dệt Hòa Khánh - Đà Nẵng (DANATEX)

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở khoa học phục vụ cho việc tìm kiếm một phương pháp kết hợp vật liệu mới để xử lý màu trong nước thân thiện với môi trường, đóng góp một phần vào ngân hàng luận văn chuyên về xử lý nước

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu sẽ là tiền đề cho việc ứng dụng than hoạt tính kết hợp vật liệu keo tụ mới PG21Ca vào quá trình xử lý màu xanh trong nước thải của các nhà máy dệt nhuộm, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý, đồng thời giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường

4 Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tƣợng nghiên cứu

- Các loại vật liệu có khả năng xử lý màu trong nước như: Phèn nhôm (Al2(SO4)3.18H2O), Phèn sắt (FeSO4.7H2O), PAC,

PG21Ca, than hoạt tính

- Nước thải màu xanh của Công ty Cổ phần Dệt Hòa Khánh -

Đà Nẵng (DANATEX)

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu có liên quan

Thu thập các tài liệu về vấn đề sử dụng vật liệu để xử lý màu xanh trong nước thải dệt nhuộm

Tìm hiểu về các tiêu chuẩn, quy chuẩn Việt Nam có liên quan

5.2 Phương pháp xử lý số liệu

Sử dụng các phần mềm word, excel,… để tổng hợp, phân tích các số liệu đã thu thập được

5.3 Phương pháp phân tích hóa học

Áp dụng các kỹ thuật hóa phân tích để xác định khối lượng, tỷ

lệ của vật liệu xử lý, phân tích chỉ tiêu màu trong môi trường nước

5.4 Phương pháp lấy mẫu hiện trường

Khảo sát, lấy mẫu nguồn nước thải có độ màu cao màu xanh của công ty dệt nhuộm

Kết luận và kiến nghị

Danh mục tài liệu tham khảo

Phụ lục bảng vẽ

glutamic acid) gồm 87% Canxi Sulfat và 5% axit poly γ-glutamic PGα21Ca là một chất đông tụ dạng bột màu xám trắng mang

cả đặc tính hữu cơ và vô cơ Có nguồn gốc từ canxi và khoáng chất

vô cơ tự nhiên So với các hợp chất đông tụ khác, PGα21Ca có khả năng sử dụng đa dạng như: xử lý nước máy, nước thải, nước thải công nghiệp, sông ô nhiễm, hồ, bến cảng…

a Tính năng của hóa chất PGα21Ca

(1) Nhanh chóng hình thành bông cặn và kết tủa; (2) Có thể sử dụng cho nước có độ pH rộng: 4-12; (3) Sự thay đổi pH là nhỏ so với các hợp chất đông tụ khác; (4) Hiệu quả trong việc loại bỏ kim loại nặng trong nước; (5) Cắt giảm chi phí xử lý bùn vì tỉ lệ nước trong bông cặn thấp; (6) Có thể dùng kết hợp với hợp chất đông tụ khác như PAC; (7) Sản phẩm hoàn toàn vô hại đối với các sinh vật sống

b Cơ chế của PGα21Ca khi tác dụng với nước thải:

- Thành phần vô cơ trong PGα21Ca trung hòa điện tích và giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt keo

- Thành phần hữu cơ poly γ-glutamic acid với tính năng của nhóm carboxyl hoạt động như chất keo hình thành liên kết giữa các hạt nhỏ tạo thành bông cặn lớn và lắng xuống đáy

1.3.5 Than hoạt tính

Than hoạt tính được chế tạo từ các nguyên liệu giàu cacbon như than bùn, than đá, các loại thực vật (gỗ, mùn cưa, bã mía, ) Than hoạt tính thường dùng ở hai dạng:

- Dạng bột thường dùng khi năng suất nhỏ, đem trộn vào dung dịch cần hấp phụ sau đó lọc Thường được sử dụng để xử lý màu, thường có kích thước 0,01 - 0,1mm, độ xốp khá lớn, bề mặt riêng khoảng 200m2/g Đặc trưng hấp phụ là tốc độ chậm, nhiều tạp chất,

sự cạnh tranh hấp phụ lớn, vì vậy để tăng cường tốc độ thường khuấy

và tiến hành ở nhiệt độ khá cao

- Dạng viên (ép bột lại) thuận lợi cho việc hoàn nguyên than nên hay sử dụng cho hệ thống có năng suất lớn

Than hoạt tính được dùng rất sớm và rộng rãi nhờ hoạt tính lớn và tính chọn lọc cao Nhược điểm lớn nhất của nó chỉ là dễ cháy, thậm chí gây nổ Ngoài ra, than hoạt tính dạng bột tuy có kích thước nhỏ, hiệu suất hấp phụ cao nhưng nhẹ, khó lắng vì vậy khó thu hồi trong môi trường nước

Chương 2 Đ I TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG V PHƯƠNG

PHÁP NGHI N CỨU 2.1 Đ I TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1 Nước thải màu xanh của Công ty Cổ phần Dệt Hòa Khánh - Đà Nẵng (DANATEX)

2.1.2 Vật liệu xử lý màu

2.2 PHẠM VI NGHI N CỨU

2.3 NỘI DUNG NGHI N CỨU

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHI N CỨU

2 H A CHẤT V DỤNG CỤ NGHI N CỨU

- -

Chương 3 KẾT QUẢ NGHI N CỨU V THẢO LUẬN

3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MÀU XANH CỦA DỆT NHUỘM BẰNG THAN HOẠT TÍNH VÀ PG21Ca SO SÁNH VỚI CÁC VẬT LIỆU XỬ LÝ MÀU KHÁC

3.1.1 Khảo sát khả năng xử lý nước thải màu xanh của dệt nhuộm với các loại vật liệu

Nước thải màu xanh dùng để tiến hành thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý độ màu được lấy từ công ty Cổ phần Dệt Hòa Khánh

- Đà Nẵng (DANATEX) Mẫu nước thải đầu vào màu xanh được lấy làm 02 lần (Hình 3.1), với các chỉ tiêu đo được trình bày trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 Kết quả một số chỉ tiêu trong nước thải đầu vào của

DANATEX

STT Thông số Đơn vị Đợt 1

(09/05/2017)

Đợt 2 (15/10/2017)

Hình 3.3 Khả năng xử lý màu của các loại vật liệu

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Vật liệu

lệch rõ rệt Phèn sắt cho hiệu suất xử lý thấp nhất: độ màu của nước thải hơn thấp hơn so với đầu vào 900 Pt-Co, hiệu suất 75%, nhưng vẫn chưa đạt QCVN 13-MT:2015/BTNMT, cột B Ngoài ra, màu của nước thải chuyển sang đỏ nâu, TSS tăng lên gấp đôi so với quy chuẩn Với kết quả của khảo sát trên, sẽ loại bỏ phèn sắt ra khỏi danh sách vật liệu khảo sát tiếp theo đạt cột B theo QCVN 13-MT:2015/BTNMT, theo cột B AC cho hiệu suất xử lý màu thấp nhưng hiệu suất TSS cao Tác giả tiếp tục tiến hành khảo sát vật liệu với sự thay đổi về liều lượng với các vật liệu còn lại (phèn nhôm,

Đối với độ màu và TSS: Khi tăng lượng phèn nhôm, độ màu

và TSS có xu hướng tăng lên so với ban đầu, nước sau xử lý vẫn còn màu xanh

Đối với pH: Việc sử dụng phèn nhôm đã giảm độ pH của nước

xuống dưới 5, không đạt so với QCVN 13-MT:2015/BTNMT (5,5-9 đối với cột B)

3.1.2.2 Ảnh hưởng liều lượng của PAC

* Nhận xét:

Đối với độ màu: Khi tăng lượng PAC, độ màu tuy giảm so với

ban đầu nhưng vẫn vượt mức cho phép so với quy chuẩn QCVN MT:2015/BTNMT

13-Đối với TSS: Khi tăng lượng PAC, thì TSS có xu hướng tăng

lên hơn so với mức ban đầu, vượt mức cho phép so với quy chuẩn QCVN 13-MT:2015/BTNMT

Hình 3.7 Kết quả xử lý nước thải màu xanh của dệt nhuộm của PAC

Đối với pH: Việc sử dụng PAC đã giảm độ pH của nước

xuống dưới 5, không đạt so với QCVN 13-MT:2015/BTNMT (5,5-9 đối với cột B)

3.1.2.3 Ảnh hưởng liều lượng của PG21Ca

* Nhận xét:

Đối với độ màu và TSS: Khi tăng lượng PG21Ca , độ màu và TSS đã giảm đi nhiều so với ban đầu, các mẫu đều đạt quy chuẩn QCVN 13-MT:2015/BTNMT, nước sau xử lý đã không còn còn màu xanh

Đối với pH: PG21Ca, nước thải sau xử lý có môi trường pH trung tính dao động từ 7,0 đến 7,2, nằm trong khoảng cho phép của

3.1.2.4 Ảnh hưởng liều lượng của Than hoạt tính (AC)

Hình 3.11 Kết quả xử lý nước thải màu xanh của dệt nhuộm của AC

Hình 3.11 Kết quả xử lý nước thải màu xanh của dệt nhuộm của AC

* Nhận xét:

Về mặt cảm quan, độ màu của nước thải chuyển sang màu đen của than hoạt tính, thời gian lắng lâu

Đối với độ màu: Với các khối lượng AC khác nhau, độ màu

còn cao, vượt mức cho phép so với quy chuẩn QCVN MT:2015/BTNMT

13-Đối với TSS: Tương tự độ màu, TSS của nước thải bị ảnh

hưởng bởi than hoạt tính, nên so với các vật liệu xử lý đã nói trên thì

TSS của nước thải tương đối cao hơn

Đối với pH: Việc sử dụng AC đã chỉnh lại pH nằm ở khoảng

trung hòa, dao động từ 7,0 đến 7,2

3.1.3 Khảo sát khả năng xử lý nước thải màu xanh của dệt nhuộm với sự kết hợp giữa các vật liệu phèn nhôm, PAC, AC với

PG21Ca

Hình 3.13 Kết quả xử lý nước thải màu xanh của dệt nhuộm khi kết hợp các vật liệu

phèn nhôm, PAC, AC với PG21Ca

260

30

70

110 49,9

* Nhận xét:

Sau khi tiến hành các thí nghiệm trên, tác giả chọn ra khối lượng vật liệu tối ưu nhất để kết hợp với nhau Riêng đối với AC tại khối lượng 0,3g, TSS nhỏ nhất Vì thế sẽ khảo sát thêm liều lượng

AC 0,03g kết hợp với PG21Ca 0,03g

- Với sự kết hợp giữa phèn nhôm và PG21Ca, độ màu tuy

có giảm nhưng vẫn vượt quá so với giới hạn cho phép của quy chuẩn QCVN 13-MT:2015/BTNMT TSS cũng lớn hơn so với các mẫu còn lại pH thấp, có tính axit

- Với sự kết hợp giữa PAC và PG21Ca, độ màu và TSS so với các mẫu khác thấp nhất Tuy nhiên, nước sau xử lý có môi trường axit

- Với sự kết hợp giữa AC và PG21Ca ở khối lượng mỗi vật liệu là 0,05g, thì độ màu và TSS thấp hơn so với sự kết hợp giữa AC

và PG21Ca ở khối lượng mỗi vật liệu là 0,3g pH sau xử lý ở môi trường trung tính

Kết luận:

Như khảo sát trên, trong các loại hóa chất thì PG21Ca xử lý

độ màu tốt nhất Để giảm chi phí đầu tư vật liệu PG21Ca và cũng như rút ngắn thời gian lắng của AC, sự kết hợp PG21Ca và than hoạt tính được xem là sự lựa chọn phù hợp cho các thí nghiệm tiếp theo sự kết hợp này sẽ làm tăng hiệu quả xử lý màu, đồng thời sẽ giảm giá thành xử lý nước thải xuống

3.2 XÁC ĐỊNH CÁC YẾU T ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MÀU XANH CỦA DỆT NHUỘM BẰNG THAN HOẠT TÍNH (AC) KẾT HỢP PG21Ca

3.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ giữa than hoạt tính (AC) và

PG21Ca

* Nhận xét:

Khả năng xử lý nước thải của các mẫu đều tốt

Đối với độ màu và TSS : Độ màu thấp hơn mức giới hạn cho

phép của quy chuẩn QCVN 13-MT:2015/BTNMT Khả năng keo tụ rất nhanh và lắng tốt

Đối với pH: Việc sử dụng AC và PG21Ca, pH nằm ở khoảng

trung hòa, dao động từ 7,0 đến 7,2

Mỗi vật liệu được cho lần lượt vào 50 ml nước thải theo tỉ lệ 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 2:1 với tổng khối lượng của 2 vật liệu là 0,3g Nhận thấy độ màu không có sự thay đổi nhiều, nhưng tại điểm tỉ lệ

Hình 3.15: Khả năng xử lý màu theo tỷ lệ của AC - PG21Ca

1-1, TSS nhỏ nhất Vì thế, tỉ lệ AC và PG21Ca là 1:1 để thực hiện những khảo sát tiếp theo

3.2.2 Ảnh hưởng của liều lượng hóa chất

* Nhận xét:

Với tổng khối lượng của 2 vật liệu AC và PG21Ca thay đổi lần lượt 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5g nhưng cùng tỉ lệ 1-1, ta nhận thấy Ứng với 0,3 g khối lượng vật liệu, độ màu và TSS sau xử lý đều đạt chuẩn (cột B, QCVN 13-MT:2015/BTNMT) Vì thế, chọn tổng khối lượng của AC và PG21Ca là 0,3g với tỉ lệ 1-1 để áp dụng cho những khảo sát tiếp theo

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc

3.2.3.1 Thời gian theo AC

Hình 3.17 Khả năng xử lý màu theo lượng của AC - PG21Ca với tỷ lệ 1-1

3.2.3.2 Thời gian theo PG21Ca

* Nhận xét:

Theo biểu đồ trang bên, nhận thấy khi tăng thời gian khuấy

AC từ 5 phút lên 30 phút thì độ màu sau xử lý dao động trong khoảng từ 40 - 80 Pt-Co, độ màu sau xử lý đạt giá trị thấp nhất (40 Pt-Co) tại điểm thời gian là 10 phút Do đó, tác giả chọn 10 phút là thời gian để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo

Hình 3.19 Khả năng xử lý màu theo thời gian của AC

Hình 3.21 Khả năng xử lý màu theo thời gian của PG21Ca

3.2.5 Ảnh hưởng của độ màu

* Nhận xét:

Theo biểu đồ, nhận thấy độ màu của nước thải càng cao thì khả năng xử lý độ màu và TSS của vật liệu càng giảm đi Tuy nhiên, trong giá trị độ màu 1200 Pt-Co (độ màu cao nhất trong dãy thử) thì khả năng xử lý màu của vật liệu vẫn hiệu quả, đạt giá trị cột B, QCVN 13-MT:2015/BTNMT

3.2.6 So sánh kết quả trước và sau khi xử lý màu xanh của nước thải dệt nhuộm

Sau khi tiến hành thí nghiệm, khảo sát được vật liệu với liều lượng tối ưu, tiến hành phân tích COD, tổng Nitơ, tổng Photpho, đối với mẫu nước thải đầu vào (1) và mẫu nước thải xử lý độ màu bằng

sự kết hợp giữa AC và PG21Ca (2) với tỉ lệ 1:1 ứng với khối lượng mỗi vật liệu là 0,1g:0,1g/50ml nước thải, nhận được kết quả trình bày trong Bảng 3.16:

Hình 3.27 Khả năng xử lý màu theo thay đổi độ màu của nước thải