nghiên cứu ứng dụng phương pháp peroxon để xử lý độ màu hữu cơ và cod trong nước thải dệt nhuộm tại công ty dệt may thành công thành phố hồ chí minh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PEROXON ĐỂ XỬ LÝ ĐỘ MÀU HỮU CƠ VÀ COD TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM TẠI CÔNG TY DỆT MAY THÀNH CÔNG TP.. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PEROXON

ĐỂ XỬ LÝ ĐỘ MÀU HỮU CƠ VÀ COD TRONG NƯỚC

THẢI DỆT NHUỘM TẠI CÔNG TY DỆT MAY

THÀNH CÔNG TP HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : TS THÁI VĂN NAM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PEROXON

ĐỂ XỬ LÝ ĐỘ MÀU HỮU CƠ VÀ COD TRONG NƯỚC

THẢI DỆT NHUỘM TẠI CÔNG TY DỆT MAY

THÀNH CÔNG TP HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : TS THÁI VĂN NAM

1 Sinh viên được giao đề tài:

Họ và tên: Lâm Văn Hợi

3 Các dữ liệu ban đầu

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa bậc caodùng tác nhân Ozone bằng quá trình Peroxon

4 Các yêu cầu chủ yếu

- Thu thập các số liệu về thành phần, các kết quả nghiên cứu và vận hành thực tế cácquá trìnhxử lý nước thải dệt nhuộm trên thế giới và Việt Nam

- Phân tích chất lượng nước nước thải dệt nhuộm của công ty dệt may Thành Công vàkết thí nghiệm mô hình với chỉ tiêu COD và độ màu

- Xác định điều kiện tối ưu xử lý nước thải dệt nhuộm theo theo mô hình thí nghiệmbằng quá trình Peroxon

- Phân tích sự khác biệt ý nghĩa và mối tương quan hồi quy gi ữa COD và độ màubằng phần mềm Statgraphics

5 Kết quả tối thiểu phải có

1) Xử lý nước thải dệt nhuộm đạt hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường nước

2) Hình thành một phương pháp xử lý phù hợp với nước thải dệt nhuộm và đạt hiệuquả kinh tế và hiệu suất xử lý

Ngày giao đề tài: 21/06/2012 Ngày nộp báo cáo: 17/08/2012

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao cho sinh viên nộp chung với ĐATN

sau khi hoàn tất đề tài )

Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp Peroxon để xử lý độ màu hữu cơ và

COD trong nước thải dệt nhuộm tại công ty dệt may Thành Công TP Hồ Chí Minh

1 Giảng viên hướng dẫn : TS Thái Văn Nam

2 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài

Họ và tên: Lâm Văn Hợi

Ngành: Môi trường Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

Bảng theo dõi tiến độ làm đồ án tốt nghiệp

Tuần Ngày Nội dung Nhận xét của GVHD

(Ký tên)

1 21/05 – 28/05

Nhận đề tàiTìm hiểu đề tài và thu thập tàiliệu

2 29/05 – 04/06 Thu thập tài liệu, đọc tài liệu

3 05/06 – 10/06 Viết đề cương chi tiết

4 11/06 – 17/06 Giáo viên sửa bài, thiết kế mô

hình thí nghiệm

5 18/06 – 24/06 Viết chương 1

6 25/06 – 01/07 Viết chương 2

Tuần Ngày Nội dung Nhận xét của GVHD

(Ký tên)

7 02/07 – 08/07

Tiến hành lấy nước thải chạy môhình thí nghiệm và gửi kết quảphân tích

Kiểm tra ngày:

07/07/2012

Đánh giá công việc hoàn thành: ………… %

Được tiếp tục:  Không tiếp tục: 

9 09/07 – 15/07 Xử lý số liệu và viết chương 3

10 16/07 - 22/07 Xử lý số liệu và viết chương 4

11 23/07 – 29/07 Xử lý số liệu và viết chương4

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Sinh viên được giao đề tài:

Họ và tên: Lâm Văn Hợi

Ngành: Môi trường Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

2 Tên đề tài:

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp Peroxon để xử lý độ màu hữu cơ và COD trong nước thải dệt nhuộm tại công ty dệt may Thành Công TP Hồ Chí Minh

3 Tổng quát về ĐATN:

Số bảng số liệu: Số hình vẽ:

Số tài liệu tham khảo:

4 Nhận xét:

a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:

b) Những kết quả đạt được của ĐATN:

c) Những hạn chế của ĐATN:

5 Đề nghị: Được bảo vệ (hoặc nộp ĐATN để chấm)  Không được bảo vệ  TP HCM, ngày … tháng … năm ……….

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHIẾU CHẤM ĐIỂM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Sinh viên được giao đề tài:

Họ và tên: Lâm Văn Hợi

Ủy viên Hội đồng 

5 Nhận xét:

6 Điểm đánh giá (theo thang điểm 10, làm tròn đến phần nguyên ):

Bằng số : Bằng chữ :

TP HCM, ngày … tháng … năm ……….

Người chấm điểm

(Ký và ghi rõ họ tên)

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hệ: Liên thông (CQ, LT, B2, VLVH)

Họ và tên sinh viên: Lâm Văn Hợi

MSSV : 1071081031 ………Lớp: 10HMT2

Địa chỉ : 33 Đường số 3, KP1, P Hiệp Bình Chánh, Q Thủ Đức, TP HCM

E-mail : Lamvanhoi@gmail.com

Ngành : Môi trường

Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi trường

Tên đề tài:

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp Peroxon để xử lý độ màu hữu cơ và COD trong nước thải dệt nhuộm tại công ty dệt may Thành Công TP Hồ Chí Minh Giảng viên hướng dẫn: TS Thái Văn Nam NỘI DUNG ĐỀ CƯƠNG

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT ĐỀ TÀI

2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

6 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN

8 CẤU TRÚC CỦA ĐỒ ÁN

CHƯƠNG 1 NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

1.1 Ô NHIỄM NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM DO THUỐC N HUỘM VÀ TÁC HẠI CỦA NÓ

1.1.1 Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm

1.1.2 Tác hại của việc ô nhiễm thuốc nhuôm

NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH PEROXON

1.3.1 Cơ chế của quá trình Peroxon

1.3.2 Ưu điểm của quá trình Peroxon

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Peroxon

1.3.4 Các ứng dụng quá trình Peroxon trong xử lý một số loại nước thải tại Việt Nam

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN DỆT MAY – ĐẦU TƯ – THƯƠNG MẠI THÀNH CÔNG

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN DỆT MAY – ĐẦU TƯ – THƯƠNG MẠI THÀNH CÔNG

2.1.1 Vị trí địa lý

2.1.2 Cơ cấu tổ chức và ngành nghề kinh doanh

2.1.3 Quy trình sản xuất

2.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA CÔNG TY

2.2.1 Đặc điểm và tính chất nước thải của công ty

2.2.2 Khảo sát quy trình công nghệ xử lý nước thải của công ty

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

3.1.2 Xác định điểm tối ưu của quá trình

3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

3.2.1 Phương pháp phân tích đầu vào

3.2.4 Phương pháp phân tích tại phòng thí nghiệm

3.2.5 Phương pháp xử lý số liệu

3.2.6 Ứng dụng phần mềm Statgraphics

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 HIỆU SUẤT XỬ LÝ COD VÀ ĐỘ MÀU TẠI CÁC ĐIỀU KIỆN KHÁC NHAU

4.2 XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT TỐI ƯU DỰA TRÊN CÁC THÔNG SỐ THÍ NGHIỆM

4.3 KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU BẰNG PHẦN MỀM STATGRAPHICS

4.3.1 Phân tích phương sai nhiều yếu tố đối với COD và độ màu

4.3.2 Phân tích mối tương quan hồi quy giữa hiệu suất COD và độ màu

4.4 ĐỀ XUẤT VÀ DỰ ĐOÁN KINH PHÍ VẬN HÀNH

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Kế hoạch thực hiện đồ án tốt nghiệp trong tuần:

Ý kiến giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

TP HCM, ngày … tháng … năm ……….

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

chép dưới bất kỳ hình thức nào, các số liệu trích dẫn và các kết quả nghiên cứu trong

đồ án tốt nghiệp là trung thực và chính xác Nếu có bất kỳ sự gian lận nào thì em sẽ

chịu toàn bộ trách nhiệm trước nhà trường về lời cam đoan của mình

Sinh viên thực hiện

Lâm Văn Hợi

dắt của quý thầy cô trong Khoa Môi Trường - Công Nghệ Sinh Học và các Khoa

khác đã truyền đạt và bồi dưỡng cho em những kiến thức, phương pháp học tập và

nghiên cứu chuyên môn cũng như trong những lĩnh vực khác Chính sự tận tụy vàlòng nhiệt huyết của quý thầy cô, là nguồn động lực giúp em cố gắng trau dồi thêmkiến thức và vượt qua những khó khăn trong học tập

Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc của mình tới quý thầy cô trong Khoa Môi

Trường - Công Nghệ Sinh Học và các Khoa khác đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức và

tạo mọi điều kiện tốt nhất để giúp em hoàn thành khoá học

Em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Thái Văn Nam, đã tậntình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp này

Thay cho lời kết em xin cảm ơn gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về vậtchất lẫn tinh thần trong suốt những năm học tập Đồng thời xin cảm ơn tất cả nhữngbạn bè đã gắn bó cùng nhau học tập và giúp đỡ trong thời gian qua, cũng như trongquá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp này

Xin chân thành cám ơn !

TP HCM, ngày 10 tháng 08 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Lâm Văn Hợi

1 TÍNH CẤP THIẾT ĐỀ TÀI 1

2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 4

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

6 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 6

8 CẤU TRÚC CỦA ĐỒ ÁN 6

CHƯƠNG 1 NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 7

1.1 Ô NHIỄM NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM DO THUỐC NHUỘM VÀ TÁC HẠI CỦA NÓ 7

1.1.1 Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm 7

1.1.2 Tác hại của việc ô nhiễm thuốc nhuôm 9

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 9

1.2.1 Phương pháp hóa lý 10

1.2.2 Phương pháp keo tụ 10

1.2.3 Phương pháp hấp phụ 12

1.2.4 Phương pháp lọc 15

1.2.5 Phương pháp sinh học 15

1.2.6 Phương pháp điện hóa 16

1.2.7 Phương pháp hóa học 17

1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH PEROXON 23

1.3.1 Cơ chế của quá trình Peroxon 23

1.3.2 Ưu điểm của quá trình Peroxon 23

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Peroxon 24

THẢI CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN DỆT MAY – ĐẦU TƯ – THƯƠNG MẠI

THÀNH CÔNG 31

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN DỆT MAY – ĐẦU TƯ – THƯƠNG MẠI THÀNH CÔNG 31

2.1.1 Vị trí địa lý 32

2.1.2 Cơ cấu tổ chức và ngành nghề kinh doanh 32

2.1.3 Quy trình sản xuất 35

2.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA CÔNG TY 37

2.2.1 Đặc điểm và tính chất nước thải của công ty 37

2.2.2 Khảo sát quy trình công nghệ xử lý nước thải của công ty 38

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 42

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 42

3.1.2 Xác định điểm tối ưu của quá trình 42

3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 42

3.2.1 Phương pháp phân tích đầu vào 42

3.2.2 Mô hình thí nghiệm 43

3.2.3 Phương pháp thí nghiệm 46

3.2.4 Phương pháp phân tích tại phòng thí nghiệm 52

3.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 52

3.2.6 Ứng dụng phần mềm Statgraphics 52

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

4.1 HIỆU SUẤT XỬ LÝ COD VÀ ĐỘ MÀU TẠI CÁC ĐIỀU KIỆN KHÁC NHAU 54

4.2 XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT TỐI ƯU DỰA TRÊN CÁC THÔNG SỐ THÍ NGHIỆM 59

4.4 ĐỀ XUẤT VÀ DỰ ĐOÁN KINH PHÍ VẬN HÀNH 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

1 ANPOs

Advanced Photochemical OxidationProcesses

Non-Các quá trình oxy hóa bậc caokhông nhờ tác nhân ánh sáng

2 AOPs Advanced Oxidation

Processes Các quá trình oxy hóa bậc cao

3 APOs Advanced Photochemical

Oxidation Processes

Các quá trình oxy hóa bậc caonhờ tác nhân ánh sáng

4 BOD Biochemical Oxygen

5 COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hoá học

6 CWO Catalysis Wet Oxidation Oxy hóa pha lỏng có xúc tác

7 LD50 Lethal dose, 50% Liều tối thiểu gây chết 50%

động vật thí nghiệm

9 SCWO Supercritical Wet Oxidation Oxy hóa pha lỏng siê u tới hạn

10 TOC Total Organic Carbon Cacbon hữu cơ toàn phần hay

tổng cacbon hữu cơ

11 USEPA United States Environmental

Protection Agency

Cơ quan bảo vệ môi trưởng

Mỹ

12 WAO Wet Air Oxidation Oxi hóa không khí

13 WO Wet Oxidation Oxy hóa pha lỏng

14 WPO Wet Peroxide Oxidation Oxy hóa H2O2

1 Bảng 1.1 Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại sợi 7

2 Bảng 1.2 Nồng độ thuốc nhuộm trong nước sông 8

3 Bảng 1.3 Đặc điểm chính của các quá trình oxy hóa pha

5 Bảng 1.5 Thế oxy hóa của một cặp oxy hóa khử 20

6 Bảng 1.6 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa 21

7 Bảng 1.7 Các quá trình oxy hóa bậc cao không nhờ tác

11 Bảng 3.3 Các thông số khảo sát trong mô hình thí nghiệm 47

12 Bảng 4.1 Kết quả phân tích COD và độ màu của mô hình

13 Bảng 4.2 Hiệu suất xử lý COD và độ màu ở pH = 7 54

14 Bảng 4.3 Hiệu suất xử lý COD và độ màu ở pH = 8 56

15 Bảng 4.4 Hiệu suất xử lý COD và độ màu ở pH = 9 57

16 Bảng 4.5 So sánh kết quả phân tích nước thải dệt nhuộm

thí nghiệm tối ưu (mẫu C2) với QCVN:13/2008 60

17 Bảng 4.6 Phân tích phương sai ANOVA đối với hiệu suất

20 Bảng 4.9 Phân tích phương sai với Lack-of-fit 64

21 Bảng 4.10 Dự toán kinh phí vận hành cho phương pháp oxy

hóa bậc cao công suất 5000 m3/ngày đêm 67

22 Bảng 4.11 Chi phí vận hành trung bình trong một ngày tại

23 Bảng 4.12 So sánh chi phí vận hành giữa hai phương án 67

1 Hình 1.1 Cấu tạo hạt keo 10

2 Hình 1.2 Sự thay đổi thế ξ theo khoảng cách từ bề mặt hạt keo 10

3 Hình 2.1 Logo của Công ty Dệt may Thành Công 31

4 Hình 2.2 Sơ đồ tổ chức của Công ty dệt may Thành Công 34

5 Hình 2.3 Quy trình sản xuất của CT dệt may Thành Công 35

6 Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại của Công ty dệt

9 Hình 3.3 Mẫu nước thải sau xử lý hóa lý 46

10 Hình 3.4 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 47

11 Hình 3.5 Cho nước thải vào thùng chứa 49

12 Hình 3.6 Điều chỉnh nồng độ H2O2và pH 49

13 Hình 3.7 Mẫu sau xử lý ở thời gian lưu 20 phút 50

14 Hình 3.8 Mẫu sau xử lý ở thời gian lưu 40 phút 50

15 Hình 3.9 Mẫu sau xử lý ở thời gian lưu 60 phút 50

16 Hình 4.1 Đồ thị biễu diễn hiệu suất xử lý COD và độ màu ở

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Vấn đề ô nhiễm môi trường do sản xuất công nghiệp, nông nghiệp đang ởmức báo động Đa số các nhà máy, xí nghiệp có công nghệ sản xuất trang thiết

bị lạc hậu, không đồng đều dẫn đến sự lãng phí năng lượng và nguyên vật liệu,

đồng thời thải ra nhiều phế liệu gây ô nhiễm đất, nước, không khí gây ảnh

hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng Đặc biệt nhất là các loại nước thải cóchứa các chất ô nhiễm nguy hiểm, độc hại, rất bền vững, khó bị phân hủy trongmôi trường theo thời gian

Đứng trước tình hình ngày càng nhiều các công ty và các doanh nghiệp dệt

nhuộm thải nước thải chưa đạt tiêu chuẩn ra môi trường, đã làm chất lượng môi

trường ngày càng ô nhiễm nghiêm trọng [1]

Nguồn nước thải đậm màu xả thẳng ra kênh Tham Lương do các công ty nhưCông Ty cổ phần Dệt may - Đầu tư - Thương mại Thành Công nhiều năm liền gây ônhiễm môi trường, cụ thể đối với nước thải nồng độ chất BOD5 vượt tiêu chuẩnnước thải loại B là 2,24 lần, độ màu vượt 26,13 lần đã và đang làm cho tình trạng ô

nhiễm môi trường nước thêm trầm trọng [2]

Việc xử lý các chất ô nhiễm này đang là một vấn đề nan giải Các phươngpháp xử lý nước thải truyền thống như: phương pháp cơ học, phương pháp sinhhọc, phương pháp hóa lý… đều không xử lý được hoặc xử lý không triệt để cácchất ô nhiễm này Do đó sự tồn đọng của chúng trong môi trường theo thời gian sẽgây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và động vật kể cả khi chúngchỉ hiện diện với hàm lượng nhỏ

Hiện nay trên thực tế ngoài các phương pháp truyền thống như: phương pháphóa lý, phương sinh học và phương pháp cơ học, thì xuất hiện các phương pháphiện đại như các quá trình oxy hóa bậc cao trong xử lý nước và nước thải Và được

áp xử lý cho nhiều loại nước thải (nước thải dệt nhuộm, nước thải rỉ rác từ bãi chônlấp, nước thải thuốc tr ừ sâu, nước thải chế biến gỗ…)

 Quá trình Penton

 Quá trình oxy hóa nâng cao trên cơ sở Ozone (Peroxon và Catazon)

 Quá trình oxy hóa điện hóa

 Quá trình quang Penton

 Quá trình xúc tác bán dẫn

Qua một số các nghiên cứu thấy rằng các phương pháp trên thực tế có khả

năng xử lý đạt hiệu suất cao, tuy nhiên tính thực tế của phương pháp chưa đượcứng dụng rộng rãi Để kiểm chứng cho hiệu quả xử lý của phương pháp oxy hóa

bậc cao nước thải của Công ty dệt may Thành Công đã được chọn làm t hí nghiệm

để kiểm chứng khả năng xử lý của phương pháp, đó là lý do hình thành đề tài

“Nghiên cứu ứng dụng phương pháp Peroxon để xử lý độ màu hữu cơ và COD trong nước thải dệt nhuộm tại Công ty dệt may Thành Công, TP.Hồ Chí Minh”

Công nghệ oxy hóa bậc cao trên cơ sở Ozone dưới tác nhân là H2O2 là quátrình oxy hóa của Ozone với sự có mặt của hydrogen peroxit (O3/H2O2) được gọi là

quá trình Peroxon hoặc Perozon

Tuy nhiên, các tài liệu tổng quan hay báo cáo khoa học về phương pháp này

ở Việt Nam hiện vẫn còn hạn chế Do vậy, đề tài đã ra đời với mong muốn bổ

sung và hoàn chỉnh hơn cơ sở lý thuyết có liên quan về một số phương phápoxy hóa bậc cao hiện đang được áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải dệt nhuộm ởViệt Nam

2 Tình hình nghiên cứu

Nhờ tính chất ưu việt của công nghệ trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ,đặc biệt là những chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, quá trình oxy hóa nâng cao

dựa trên gốc tự do *HO được xem như một “chìa khóa vàng” để giải các bài toán

đầy thách thức về oxy hóa bậc cao cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay

Các nghiên cứu, ứng dụng quá trình Peroxon trên thế giới

Hoigné et al (1977) đã nhận thấy, trong điều kiện axit, con đường oxy hóa

Ozone là chủ yếu, trong khi đó, trong điều kiện pH cao, hoặc trong điều kiện cónhững tác nhân khác như H2O2, UV, chất xúc tác,… tạo thuận lợi cho quá trình tạogốc *OH, con đường oxy hóa gián tiếp thông qua hydroxyl sẽ là chủ yếu và hiệu

quả oxy hóa được nâng cao Do đó, thay vì sử dụng Ozo ne một mình, nhiều côngtrình đã nghiên cứu theo hướng tìm kiếm các tác nhân phối hợp với Ozone hoặc chấtxúc tác nhằm tạo ra gốc *OH để nâng hiệu quả oxy hóa của Ozone khi cần xử lýnhững hợp chất bền vững, khó phân hủy ở trong nước và nước thải Đó chính là quátrình oxy hóa nâng cao trên cơ sở Ozone Những tác nhân đưa thêm vào nghiên cứunhiều nhất là H2O2được gọi là quá trình Peroxon (O3/ H2O2).

Xử lý clorofooc trong nước ngầm ở Commerce City, Colordo, USA với nồng

độ 33,4 mg/l đã được Zappi et al (1992) nghiên cứu bằng hệ O3/H2O2 Với lượngozon liên tục cho vào thiết bị phản ứng dung tích 1lít với lượng 3mg/l Kết quả làtrong vòng 20 phút khoảng 90 % clorofooc được xử lý

Khi nghiên cứu quá trình Peroxon với đối tượng thuốc diệt cỏ, Ku et al (1999)

đã tiến hành phân hủy monocrotophos pha trong nước đã loại bỏ các ion Kết quảthấy sau 20 phút đã phân hủy được trên 95 % thuốc diệt cỏ

Các nghiên cứu, ứng dụng quá trình Peroxon ở Việt Nam

GS.TSKH Trần Mạnh Trí và các đồng tác giả (2005) đã nghiên cứu và đưa vào

áp dụng trong thực tế Catazon đồng thể (O3) và chất xúc tác trên cơ sở các ion kimloại chuyển tiếp) để xử lý màu nước thải bột giấy bằng phương pháp CTMP(Chemical Thermo Mechanical Pulping) từ gỗ cây keo lai Kết quả đã có thể xử lýgiảm được 98 -99 % so với độ màu ban đầu (100.000 Pt -Co), lượng nước thải xử lý

240 m3/ngày đêm Ngoài ra, được tiến hành thử nghiệm xử lý nước ngầm và một số

loại nước thải khác với nhiều tác nhân dựa trên cơ sở Ozone

GS.TS Trần Mạnh Trí đã sử dụng quá trình Peroxon kết hợp với lọc trên giá thểFLOCOR, hấp thụ trên than hoạt tính, lọc qua cát để xử lý thuốc bảo vệ thực vật tồn đọng.Bằng phương pháp này, các chất hữu cơ độc hại, khó phân hủy sẽ bị phân hủy thành cácchất vô hại như CO2, H2O hoặc các axit vô cơ phân tử thấp Nước sau khi xử lý loại bỏ hếtthuốc bảo vệ thực vật được quay trở lại tiếp tục tái sử dụng để pha loãng lượng thuốc bảo

vệ thực vật cần tiêu hủy tạo thành một chu trình khép kí n, không có nước thải ra ngoài.Hiện nay, công nghệ này đang được triển khai áp dụng tại Trạm môi trường xanh Bến Lức

- Long An với chi phí 14.600 đồng/kg thuốc bảo vệ thực vật

3 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu xử lý nước dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa bậc cao trên cơ

sở Ozone bằng quá trình Peroxon (O3/H2O2)

Trên cơ sở chạy mô hình thực tế với mục đích rút ngắn công nghệ và giảmlượng chất thải nguy hại so với phương pháp truyền thống Từ đó tìm ra điểm tối ưu

và có hiệu suất xử lý tốt nhất với các chỉ tiêu COD và độ màu như sau:

 Nồng độ lượng Ozone tối ưu

 Nồng độ H2O2và thời gian lưu tối ưu

 Đề xuất giải pháp sử dụng hiệu quả quá trình oxy hóa bậc cao trên cơ sởOzone dưới tác nhân xúc tác quá trình H2O2

 So sánh tính kinh tế giữa phương pháp truyền thống và phương pháp oxyhóa bậc cao Peroxon

4 Nội dung nghiên cứu

Hiện nay, ở Việt Nam không ít loại nước thải như: nước rỉ rác, nước thải dệtnhuộm, nước thải chế biến gỗ, đều đòi hỏi giai đoạn xử lý bằng phương phápoxy hóa bậc cao trong toàn bộ hệ thống xử lý nhằm đáp ứng các tính chất vềnước thải sau xử lý ngày hiệu quả hơn

Để đạt được những mục tiêu trên, các nội dung nghiên cứu sau đây được thực

hiện:

Thu thập các số liệu về thành phần nước thải dệt nhuộm trên thế giới và ViệtNam

Thu thập và tổng hợp các kết quả nghiên cứu và vận hành thực tế các quá trình

xử lý nước thải dệt nhuộm trên thế giới và Việt Nam

Lấy mẫu nước thải các giai đoạn xử lý của công ty dệt may Thành Công và

nước thải đầu vào dùng chạy mô hình thí nghiệm là nước thải sau xử lý hóa lý bật 1

phân tích các chỉ tiêu: COD và độ màu

Lắp đặt mô hình thí nghiệm

Vận hành mô hình thí nghiệm ta được kết quả thí nghiệm nhằm tìm điểm tối

ưu và kiểm chứng độ tin cậy trên phần mềm Statgraphics

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp điều tra thực địa

Khảo sát hệ thống xử lý nước thải công ty dệt may Thành Công

Phương pháp phân tích tổng hợp

Thu thập các tài liệu như tiêu chuẩn, các phương pháp xử lý nước thải dệtnhuộm của các nước trên thế giới và Việt Nam

Tìm hiểu về thành phần tính chất của nước thải dệt nhuộm

Phương pháp chuyên gia

Tham vấn ý kiến của giáo viên hướng dẫn, các kỹ sư vận hành trạm xử lý nướcthải dệt may Thành Công và các chuyên gia trong ngành môi trường và xử lý nướcthải

tích COD và độ màu (chi tiết tro ng phần phụ lục)

Dùng phương pháp Peroxon để xử lý COD và độ màu trong nước thải dệt

nhuộm

Phương pháp xử lý số liệu bằng phần mềm Microsoft Office Excel

Sử dụng phần mềm Statgraphics kiểm chứng độ tin cậy của thí nghiệm và xác

định mối tương quan g iữa các yếu tố ảnh hưởng bằng phương pháp bình phương

nhỏ nhất hay hệ số Lack – of – fit trong bảng ANOVA để xác định phương trình hồiquy giữa các biến

6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là nước thải dệt nhuộm của C ông ty dệt may Thà nhCông Nước thải được dùng làm thí nghiệm l à giai đoạn sau xử lý hóa lý bậc một

Mô hình thí nghiệm dựa trên phương pháp trộn khí Ozone và nước bằng

injecter tăng khả năng hòa tan giữ pha khí và pha lỏng để đạt hiệu suất tốt nhất

Phạm vi nghiên cứu là k hảo sát hiệu quả xử lý COD và độ màu bằng quá trình

Peroxon trong nước thải dệt nhuộm sau xử lý hóa lý bậc một tại Công ty dệt may

Cải tiến công nghệ xử lý nước thải cho doanh nghiệp làm giảm bớt mặt bằng

đầu tư công nghệ tăng hiệu quả xử lý và làm giảm đáng kể l ượng chất thải nguy hại

(bùn thải) so với công nghệ truyền thống qóp phần bảo vệ môi trường

8 Cấu trúc của đồ án

Mở đầu

Tính cấp thiết đề tài

Tình hình nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi ng hiên cứu

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Nội dung đồ án

Chương 1: Nước thải dệt nhuộm và các phương pháp xử lý

Chương 2: Tổng quan về công ty và hệ thống xử lý nước thải của Công Ty

cổ phần Dệt may - Đầu tư - Thương mại Thành Công

Chương 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

1.1 Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm và tác hại của nó

1.1.1 Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm

Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm phụ thuộc các hóa chất, chất trợ, thuốc nhuộm

và công nghệ sử dụng Đối với nước thải dệt nhuộm thì nguồn ô nhiễm do chất trợ

và hóa chất dệt nhuộm có thể được giải quyết bằng các phương pháp truyền thống.Hiện nay, ô nhiễm do thuốc nhuộm trở thành vấn đề chủ yếu đối với nước thải dệtnhuộm Thuốc nhuộm sử dụng hiện nay là các thuốc nhuộm tổng hợp hữu cơ Nồng

độ thuốc nhuộm trong môi trường nước tiếp nhận đối với các công đoạn dệt

-nhuộm phụ thuộc các yếu tố:

 Mức độ sử dụng hàng ngày của th uốc nhuộm

 Mức độ loại bỏ trong các công đoạn xử lý nước thải

 Hệ số làm loãng trong nguồn nước tiếp nhận

Mức độ gắn màu là một yếu tố quan trọng, nó phụ thuộc vào độ đậm màu,công nghệ áp dụng, tỷ lệ khối lượng hàng nhuộm và dung dịch nước dùng trongmáy nhuộm, vật liệu dệt và thuốc nhuộm sử dụng Tổn thất thuốc nhuộm đưa vào

nước trung bình là 10 % với màu đậm, 2 % với màu trung bình và < 2 % với màu

nhạt Trong in hoa thì tổn thất thuốc nhuộm có thể lớn hơn nhiều

Bảng 1.1 Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi

STT Loại thuốc nhuộm Loại xơ sợi Tổn thất vào dòng thải, %

Các thuốc nhuộm thường có trong nước thải xưởng nhuộm ở nồng độ 10 ÷ 50mg/L Tuy nhiên nồng độ của chúng trong nước sông tiếp nhận thì nhỏ hơn nhiều.

Người ta đã đưa ra giá trị điển hì nh trung bình là 1 mg/L đối với một thuốc nhuộmđơn trong dòng sông Đây chỉ là giá trị trung bình hàng năm, rất thấp so với thực tế

Tùy theo mức độ sản xuất ngành dệt có những trường hợp nồng độ thuốc nhuộm cóthể cao hơn Ví dụ, công trình của Hobbs đã mô tả tổng quan nồng độ thuốc nhuộm

có trong nước sông của Anh, với mẫu nước sông là kết quả do ảnh hưởng của thuốc

nhuộm thải loại bởi công nghiệp dệt nhuộm được trình bày trong bảng 1.2.

Bảng 1.2 Nồng độ thuốc nhuộm trong nước sông

Đặc điểm quá trình Mức độ Nồng độ thuốc nhuộm trong

nước sông (mg/L)Nhuộm tận trích sợi bông bằng thuốc

1.1.2 Tác hại của việc ô nhiễm thuốc nhuộm

Các thuốc nhuộm hữu cơ nói chung được xếp loại từ ít độc đến không độc đốivới con người (được đặc trưng bằng chỉ số LD50) Các kiểm tra về tính kích thích da,mắt cho thấy đa số thuốc nhuộm không gây kích thích với động vật thử nghiệm(thỏ) ngoại trừ một số cho kích thích nhẹ

Tác hại gây ung thư và nghi ngờ gây ung thư: không có loại thuốc nhuộm nàonằm trong nhóm gây ung thư cho người Các thuốc nhuộm azo được sử dụng nhiềunhất trong ngành dệt, tuy nhiên chỉ có một số màu azo, chủ yếu là thuốc nhuộmbenzidin, có tác hại gây ung thư Các nhà sản xuất châu Âu đã ngừng sản xuất loại

này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và

hiệu quả nhuộm màu cao

Mức độ độc hại với cá và các loài thủy sinh: Các thử nghiệm trên cá của hơn

3000 thuốc nhuộm được sử dụng thông thường cho thấy thuốc nhuộm nằm trong tất

cả các nhóm từ không độc, độc vừa, độc, rất độc đến cực độc Trong đó có khoảng

37 % thuốc nhuộm gây độc vừa đến độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2 % thuốc nhuộm ởmức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh

Khi đi vào nguồn nước nhận như sông, hồ,… với một nồng độ rất nhỏ thuốc

nhuộm đã cho cảm nhận về màu sắc Thuốc nhuộm hoạt tính sử dụng càng nhiều thì

màu nước thải càng đậm Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh

sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loài thủy sinh vật Nó

tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước

thải Các nghiên cứu cho thấy khả năng phân giải trực tiếp thuốc nhuộm hoạt tínhbằng vi sinh rất thấp

1.2 Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm

Phương pháp vi sinh là phương pháp kinh tế và sinh thái nhất, là phương phápđược nghĩ đến đầu tiên trong xử lý nước thải Nhưng với những đặ c điểm của nước

thải dệt nhuộm, nhất là nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính thì một mình phươngpháp vi sinh không thể giải quyết được vấn đề Người ta nghĩ đến việc phải tiếnhành tiền xử lý các chất màu (thuốc nhuộm) khó hoặc không phân giải sinh học

trong nước thải dệt nhuộm bằng phương phá p hóa lý, hóa học rồi mới xử lý hoàn tất

bằng phương pháp vi sinh Đối với thuốc nhuộm hoạt tính, hiện nay trên thế giới vàtại Việt Nam vẫn chưa có một phương pháp tiền xử lý thật sự hiệu quả và kinh tế vì

đặc tính tan, bền và đa dạng về chủng loại của nó Phương pháp oxy hóa, đặc biệt là

HẠT KEO

oxy hóa pha lỏng, tỏ ra có tiềm năng trong giải quyết vấn đề này

1.2.1 Phương pháp hóa lý

Các phương pháp hóa lý đơn thuần có đặc điểm chung là chuyển chất ô nhiễm

(chất màu) từ pha này sang pha khác mà không làm biến đổi bản chất, cấu trúc chất

màu Do đó, trong xử lý chất màu thì các phương pháp hóa lý có nhược điểm chung

là không xử lý triệt để chất màu để chuyển chúng thành các chất không gây ô nhiễmhoặc các chất dễ phân hủy sinh học hơn

1.2.2 Phương pháp keo tụ

Hình 1.1 Cấu tạo hạt keo Hình 1.2 Sự thay đổi thế ξ theo

khoảng cách từ bề mặt hạt keoHiện tượng keo tụ là hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạothành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống dotrọng lực trong một thời gian đủ ngắn

Phương pháp keo tụ để xử lý chất màu dệt nhuộm là phương pháp tách loại

chất màu gây ô nhiễm ra khỏi nước dựa trên hiện tượng keo tụ

Về nguyên tắc, do có độ phân tán lớn, di ện tích bề mặt riêng lớn nên các hạt

keo có xu hướng hút nhau nhờ các lực bề mặt Song, do các hạt keo cùng loại tích

{[mFe(OH)3]nFe3n+3(n-x)Cl-}3x+3xCl

-hạt nhân lớp hấp thụ

lớp điện tích trái dấu

lớp khuếch tán

điện cùng dấu đặc trưng bằng thế zeta (ξ) nên các hạt keo luôn đẩy nhau bởi lực đẩy

tĩnh điện, ngăn chúng hút nhau tạo hạt lớn hơn và lắng xuống Như vậy thế ξ cànglớn hệ keo càng bền (khó kết tủa), thế ξ càng nhỏ hạt keo càng dễ bị keo tụ, trong

trường hợp lý tưởng khi ξ bằng 0 thì hạt không tích điện và dễ dàng hút nhau bởi lực

bề mặt tạo hạt lớn hơn có thể lắng được Đó là cơ sở của phươ ng pháp keo tụ

Để thực hiện keo tụ hệ keo, có thể sử dụng các cách:

 Phá tính bền của hệ keo do lực đẩy tĩnh điện bằng cách thu hẹp lớp điệnkép tới thế ξ = 0, điều này được thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ

điện tích trái dấu để trung hòa điện tích hạt keo Điện tích trái dấu nàythường là các ion kim loại đa hóa trị trong các muối vô cơ (chất keo tụ)

 Tạo điều kiện để cho hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chấtkeo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ - bám dính (hiệu ứng quét)

 Dùng những chất cao phân tử - chất trợ keo tụ - để “khâu” (hấp phụ) cáchạt keo nhỏ lại với nhau tạo hạt có kích thước lớn (bông cặn) dễ lắng

lượng sắt trong nước thấp hơn so với dùng phèn nhôm (pH keo tụ 5,5 ÷

7) Dùng phèn nhôm hoặc muối sắt làm chất keo tụ sẽ xảy ra phản ứngthủy phân tạo bông cặn hydroxit tham gia hiệu ứng quét và phá tính bền

hệ keo:

Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 6H++ 3SO42- (1.1)

Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3↓ + 6H++ 3SO42- (1.2)

 Tuy nhiên do thời gian tạo hydroxit kim loại rất ngắn (cỡ micro giây) nêncác ion kim loại Al3+và Fe3+chưa kịp thực hiện chức năng chính là trung

hòa điện tích hạt keo

 Polime nhôm (PAC): khi hòa tan PAC tạo các hạt polime Al13 (thựcchất là Al13O4(OH)247+) có điện tích vượt trội (7+) và kích thước lớn gây

keo tụ mạnh, bông cặn lớn và thủy phân chậm nên tăng tác dụng củ achúng lên các hạt keo cần xử lý

Các chất trợ keo tụ (hay chất tạo bông) gồm: chất hiệu chỉnh pH, dung dịch

axit silixic hoạt tính, bột đất sét và polime (PAA- polyacrylamit) Các chất hiệuchỉnh pH có tác dụng ổn định pH tăng hiệu quả keo tụ Axit silixic hoạt tính, bột đất

sét và polime có chung đặc điểm là mang điện tích và hút các hạt keo n hỏ mangđiện tích trái dấu với nó để tạo bông cặn lớn

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ gồm có: pH, các yếu tố hữu cơ (tạophức, hấp phụ) làm bền hạt keo, khuấy trộn …

Phương pháp keo tụ được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dệt nhuộm có

các thuốc nhuộm phân tán và không tan Đây là phương pháp khả thi về mặt kinhthế tuy nhiên nó không xử lý được tất cả các loại thuốc nhuộm: thuốc nhuộm axit,thuốc nhuộm trực tiếp; thuốc nhuộm hoàn nguyên keo tụ tốt nhưng không kết lắng

dễ dàng, bông cặn chấ t lượng thấp; thuốc nhuộm hoạt tính rất khó xử lý bằng các tácnhân keo tụ thông thường và còn ít được nghiên cứu Bên cạnh đó phương pháp keo

tụ cũng tạo ra một lượng bùn thải lớn và không làm giảm tổng chất rắn hòa tan nên

gây khó khăn cho tuần hoàn nước

1.2.3 Phương pháp hấp phụ

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha Chất có bề mặt trên đóxảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ, chất được tích lũy trên bề mặt là chất bịhấp phụ

Dựa trên bản chất lực hấp phụ có thể phân loại hấp phụ vật l ý và hấp phụ hóahọc, trong đó, hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Van der Waals còn hấp phụ hóa học gây

ra bởi liên kết hóa học Do bản chất lực hấp phụ nên hấp phụ hóa học không vượt

qua đơn lớp phân tử còn hấp phụ vật lý có thể có hiện tượng đa lớp (pha rắn - khí)

Hai loại hấp phụ này khác nhau về nhiệt hấp phụ, tốc độ hấp phụ, và đáng chú ý là

tính đặc thù, có nghĩa là hấp phụ vật lý ít phụ thuộc bản chất bề mặt trong khi đó để

xảy ra hấp phụ hóa học nhất thiết cần có ái lực giữa bề mặt và chất bị hấp phụ.

Về các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ thì nói chung chất có diện tích

bề mặt riêng càng lớn thì khả năng hấp phụ càng cao Tuy nhiên, diện tích bề mặtriêng mới nói lên tiềm năng hấp phụ, nó là điều kiện cần nhưng chưa đủ Để sự hấpphụ xảy ra tốt, nhất là hấp phụ hóa học, thì còn phải xét đến yếu tố tương thích vềkích cỡ chất bị hấp phụ và kích thước mao quản chất hấp phụ (với vật liệu xốp),

tương tác, liên kết giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Ví dụ như các chất hấp phụ

có độ xốp lớn, kích cỡ mao quản nhỏ, diện tích bề mặt riêng lớn vẫn hấp phụ không

hiệu quả đối với các chất màu hữu cơ cồng kềnh Chất phân cực dễ hấp phụ lên bềmặt phân cực, chất không phân cực ưu tiên hấp phụ lên bề mặt không phân cực Hấp phụ có thể biểu diễn dưới dạng một cân bằng:

 Chất bị hấp phụ + Bề mặt ↔ Chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt

Để biểu diễn lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị chất hấp phụ (khối lượng,

bề mặt) người ta dùng đại lượng hấp phụ ký hiệu là a (Г hoặc α) Đại lượng hấp phụ

là một hàm của nhiệt độ, nồng độ hoặc áp suất: a = a(T,C) hoặc a = a(T, P), khi cố

định nhiệt độ trong phương trình trên ta được đường hấp phụ đẳng nhiệt

Để mô tả sự hấp phụ ở trạng thái cân bằng người ta thường dùng các phương

trình đẳng nhiệt hấp phụ, khi đó, đại lượng hấp p hụ cân bằng phụ thuộc vào nồng độchất bị hấp phụ (pha lỏng) hay áp suất riêng phần của chất bị hấp phụ (pha khí) khicân bằng Có nhiều phương trình đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập cho hấp phụtrong những trường hợp khác nhau (đơn lớp, đa lớp, hấp phụ v ật lý, hóa học, hấpphụ trên bề mặt phân cách pha rắn - lỏng, lỏng - khí…), nhưng đối với hấp phụ trên

bề mặt phân cách pha rắn - lỏng thì quan trọng nhất là phương trình hấp phụ đẳngnhiệt Langmuir và phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich:

Phương trình Langmuir:

(1.3)

Phương trình Freundlich:

a = kC1/n\(n>1) (1.4)

Trong đó:

 a: đại lượng hấp phụ cân bằng (g chất bị hấp phụ/g chất hấp phụ)

 amax: đại lượng hấp phụ cực đại (g chất bị hấp phụ khi nó che phủ toàn

bộ bề mặt chất hấp phụ)

 C: nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch (g/L, mol/L)

 k: hằng số cân bằng: hấp phụ ↔ giải hấp

Các chất hấp phụ sử dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm:

 Cacbon hoạt tính là chất hấp phụ phổ biến trong xử lý nước thải chứathuốc nhuộm, đặc biệt là để hấp phụ thuốc nhuộm ở giai đoạn xử lý triệt

để sau keo tụ Nó không được dùng đơn lẻ do giá thành cao và hiệu suất

thấp trong đó loại bỏ các phân tử màu lớn và đòi hỏi thời gian tiếp xúc.Khi hấp phụ bão hòa, than hoạt tính được tái sinh, lượng tổn th ất cỡ 10 ÷

15 %

 Các chất hấp phụ vô cơ khác: Đất sét, than bùn, silic oxit, một số

khoáng… cũng được dùng làm chất hấp phụ thuốc nhuộm khá hiệu quả

với giá thành rẻ hơn than hoạt tính

 Các chất hấp phụ do một số công ty và tổ chức chế tạo có khả năng hấpphụ tốt các thuốc nhuộm tan, kể cả thuốc nhuộm hoạt tính Điển hình nhưchất hấp phụ Acrasorb D, Macrosorb, Cucurbiturial

 Sinh khối: Được sử dụng để khử màu nước thải dệt nhuộm bằng cơ chếhấp phụ và trao đổi ion Tuy nhiên nếu không được xử lý hóa học th ì khả

năng hấp phụ thuốc nhuộm anion của sinh khối rất thấp Chitin

(polisacarit cấu tạo giống xenllulo) và chitosan (chitin đã loại axetyl)

được biết đến nhiều nhất về khả năng hấp phụ nhiều loại thuốc nhuộmnhư: thuốc nhuộm phân tán, trực tiếp, axit, hoà n nguyên, lưu hóa và cả

thuốc nhuộm hoạt tính Ngoài ra người ta còn dùng xenlulo biến tính và

lignoxenlulo để hấp phụ thuốc nhuộm axit và thuốc nhuộm cation Các

vật liệu thiên nhiên như lõi ngô, mạt cưa, thân cây mía, trấu, … cũng

được thử nghiệm khả năng hấp phụ thuốc nhuộm

Hấp phụ là phương pháp được xem xét đến nhiều trong xử lý thuốc nhuộmhoạt tính, tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này nằm trong chính bản chất của

nó là chuyển chất màu từ pha này sang pha khác và đòi hỏi thời gian tiếp xúc, tạomột lượng thải sau hấp phụ, không xử lý triệt để chất ô nhiễm

1.2.4 Phương pháp lọc

Các kỹ thuật lọc thông thường là quá trình tách chất rắn ra khỏi nước khi cho

nước đi qua vật liệu lọc có thể giữ cặn và cho nước đi qua Các kỹ thuật lọc thôngthường không xử lý được các tạp chất tan nói chung và thuốc nhuộm nói riêng

Các kỹ thuật lọc màng, có thể tách được thuốc nhuộm tan ra khỏi nước thải dệtnhuộm gồm có vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược và điện thẩm tích Điểm khác biệtgiữa ba kỹ thuật trên là kích thướ c hạt mà chúng có thể lọc được Quá trình vi lọc có

đường kính lỗ màng từ 0,1÷10 µm, siêu lọc có kích thước lỗ màng trong khoảng 2 ÷

100nm, còn trong thẩm thấu ngược lỗ màng có kích thức từ 0,5 ÷ 2nm Siêu lọc cóthể lọc được các phần tử ở kích cỡ nano, cù ng với các hiệu ứng hấp phụ, tạo màngthứ cấp, siêu lọc cho phép lọc các phân tử Trong phương pháp thẩm thấu ngược,màng chỉ cho phép nước đi qua trong khi muối, axit và các phân tử hữu cơ không đi

qua do đặt vào dung dịch nước thải cần xử lý một áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu

của dung dịch đó Trong các kỹ thuật màng thì kỹ thuật siêu lọc có thể loại bỏ cácchất tan với khối lượng phân tử lớn cỡ 1000÷100.000 g/mol Tuy nhiên nó khônglọc được các loại thuốc nhuộm tan và có phân tử lượng thấp Việc loại bỏ các loạithuốc nhuộm này được thực hiện bằng phương pháp lọc nano và thẩm thấu ngược.Lọc nano đã được chứng minh là có thể tách thuốc nhuộm hoạt tính có khối lượngphân tử khoảng 400 g/mol ra khỏi nước thải

Mặc dù với những ưu điểm trên nhưng giá thà nh của màng, thiết bị lọc cao và

năng suất thấp do thuốc nhuộm lắng xuống làm bẩn màng

1.2.5 Phương pháp sinh học

Cơ sở của phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các

hợp chất hữu cơ trong nước thải Phương pháp sinh học đặt hiệu quả cao t rong xử lý

nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học với pH, nhiệt độ, chủng vi sinh

thích hợp và không chứa các chất độc làm ức chế vi sinh Tuy nhiên , nước thải

xưởng nhuộm chứa thuốc nhuộm rất bền vi sinh hầu như không bị phân hủy sinh

học Vì vậy để xử lý nước thải dệt nhuộm cần qua hai bước: tiền xử lý chất hữu cơkhó phân giải sinh học chuyển chúng thành những chất có thể phân hủy sinh học vàtiếp theo là dùng phương pháp vi sinh

Xử lý sinh học có thể là xử lý vi sinh hiếu khí hoặc yếm khí tùy thuộc vào sự

có mặt hay không có mặt oxy Quá trình yếm khí xảy ra sự khử còn quá trình hiếukhí xảy ra sự oxy hóa các chất hữu cơ Quá trình yếm khí có thể chạy với tải lượnghữu cơ lớn, loại bỏ một lượng lớn các chất hữu cơ đồng thời tạo ra khí sinh học, tiêutốn ít năng lượng Lượng bùn thải của quá trình yếm khí rất thấp Tuy nhiên, hiệuquả khử màu của quá trình này không cao (đối với thuốc nhuộm axit là 80 – 90%,thuốc nhuộm trực tiếp là 81%) Ngược lại, quá trình hiếu khí có hiệu suất cao trên

85 % nhưng nó lại tiêu tốn năng lượng cho sục khí và tạo lượng bùn thải lớn

Có thể sử dụng quá trình vi sinh yếm khí để khử màu thuốc nhuộm azo và cácthuốc nhuộm tan khác để tạo thành amin tương ứng Song các amin tạo ra có tính

độc lớn hơn thuốc nhuộm ban đầu tức là có mức độ ô nhiễm cao hơn

Người ta có thể sử dụng kết hợp hai quá trình trên: yếm khí làm giảm độ màu

và xử lý hữu cơ nồng độ cao, tiếp theo là hiếu khí để oxy hóa các amin sinh ra bởicác quá trình trước Ngoài ra người ta có thể khử màu thuốc nhuộm bằng việc sửdụng các vi khuẩn, nấm, tảo và nấm men Cơ chế của quá trình này thường đi từ hấpphụ thuốc nhuộm lên sinh khối tế bào rồi phân giải chất màu bằng hệ enzim

1.2.6 Phương pháp điện hóa

Phương pháp này đã được ứng dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm Phương

pháp này dựa trên cơ sở quá trình oxy hóa khử xảy ra trên các điện cực Ở anot,

nước và các ion clorua bị oxy hóa dẫn đến sự hình thành O2, O3, Cl2 và các gốc làtác nhân oxy hóa các chất hữu cơ trong dung dịch Quá trình khử điện hóa các hợpchất hữu cơ như thuốc nhuộm, ở catot, kết hợp với phản ứng oxy hóa điện hóa vàquá trình tuyển nổi, keo tụ điện hóa dẫn đến hiệu suất xử lý màu và khoáng hóa cao

Phương pháp điện hóa với điện cực nhôm hoặc sắt là công nghệ xử lý hiệu quả độ

màu, COD, BOD, TOC, kim loại nặng, chất rắn lơ lửng Nghiên cứu cho thấy hiệusuất xử lý các loại nước thải từ xưởng nhuộm chứa nhiều loại thuốc nhuộm khácnhau có khả năng đạt tới 90 % Đây là phương pháp được chứng minh hiệu quả đốivới việc xử lý độ màu, COD, BOD, T OC, kim loại nặng, chất rắn lơ lửng của nướcthải dệt nhuộm Tuy nhiên phương pháp điện hóa có giá thành cao do tiêu tốn năng

lượng và kim loại làm điện cực

1.2.7 Phương pháp hóa học

Ưu điểm nổi bật của các phương pháp hóa học so với các phương pháp hóa lý

là biến đổi, phân hủy chất ô nhiễm (chất màu) thành các chất dễ phân hủy sinh họchoặc không ô nhiễm chứ không phải chuyển chúng từ pha này sang pha khác So với

phương pháp vi sinh thì tốc độ xử lý chất thải bằng phương pháp hóa học nhanh hơn

nhiều

1.2.7.1 Khử hóa học

Được ứng dụng trong trường hợp nước thải chứa các chất dễ bị khử Phương

pháp khử hóa học hiệu quả với các thuốc nhuộm azo nhờ phân giải liên kết azo tạo

thành các amin thơm không màu có khản năng phân giải vi sinh hiếu khí tốt hơn

thuốc nhuộm gốc

1.2.7.2 Khử hóa học trên cơ sở natri bohidrid

Xúc tác bisunfit áp dụng với thuốc nhuộm tan trong nước như thuốc nhuộmtrực tiếp, axit, hoạt tính chứa các nhóm azo hoặc các nhóm khử được và thuốcnhuộm phức đồng Quy trình này có thể khử màu trên 90 %

1.2.7.3 Phương pháp oxy hóa pha lỏng (WO)

Oxy hóa pha lỏng là quá trình oxy hóa bởi các gốc tự do xảy ra khi một dungdịch chứa các chất hữu cơ (hoặc vô cơ) được khuấy trộn tốt với khí oxy hoặc tácnhân oxy hóa khác ở nhiệt độ khoảng 150 oC đến 325 oC Áp suất 20 ÷ 210 at được

đặt vào hệ để tăng cường phản ứng và kiểm soát sự bay hơi

Quá trình oxy hóa pha lỏng thích hợp để xử lý nước thải chứa chất ô nhiễmnồng độ cao nhưng là loãng đối với các phương pháp thiêu đốt và bền với sự oxyhóa hóa học thông thường hoặc bền với phân g iải vi sinh

Phương pháp này thu được kết quả xử lý tốt nếu như các điều kiện nhiệt độ, áp

suất được tối ưu hóa Tuy nhiên đây là phương pháp có chi phí khá cao nếu thựchiện ở nhiệt độ, áp suất cao (chi phí thiết bị, năng lượng,…) Vì vậy, tùy thuộc vàoyêu cầu xử lý mà cân đối giữa mức độ oxy hóa cần thiết và chi phí xử lý

Oxy hóa pha lỏng siêu tới hạn (Supercritical Wet Oxidation - SCWO) đượcthực hiện ở điều kiện trên điểm tới hạn của nước (T < 375 oC, P < 22,1 MPa)

Phương pháp này có chi phí về năng lượng cao hơn các phương pháp WO

Phương pháp WO sử dụng xúc tác nhằm hạ nhiệt độ và áp suất của quá trình

oxy hóa pha lỏng được gọi là catalysis wet oxidation (CWO)

Dưới đây là bảng so sánh các đặc điểm chính của 3 quá trình oxy hóa pha lỏng

quan trọng để thấy rõ được sự khác nhau giữa chúng

Bảng 1.3 Đặc điểm chính của các quá trình oxy hóa pha lỏng

muối và axit hữu cơ CO2, H2O, N2 CO2, H2O, N2

(Trong đó: 1 bar = 101,3 kPa ~ 1at)

Từ các số liệu trong bảng 1.3 ta thấy WO và SCWO được thực hiện ở nhiệt độ

và áp suất rất cao dẫn đến chi phí thiết bị và vận hành cao Với việc sử dụng xúc táccho quá trình WO, nhiệt độ, áp suất và thời gian lưu đều giảm đáng kể mà vẫn thu

được kết quả như WO truyền thống

Quá trình CWO mới được nghiên cứu chưa nhiều, bảng 1.4 tóm lược một sốxúc tác cho quá trình này

Ưu điểm của phương pháp oxy hóa pha lỏng là nó không tạo ra những sản

phẩm thứ cấp gây độc như các hợp chất SOx, NOx, furan…

Phản ứng oxy hóa pha lỏng không thường được sử dụng như một phương pháp

độc lập trong xử lý các chất ô nhiễm bởi lẽ nó thường không oxy hóa chất hữu cơđến sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O mà nó thường được dùng kết hợp với cácphương pháp khác Trong sự kết hợp đó, oxy hóa pha lỏng oxy hóa không hoàn toàn

chất ô nhiễm, chuyển nó về dạng dễ phân giải sinh học hơn để đưa vào xử lý vi sinh

Sự kết hợp này vừa khắc phục được khó khăn của phương pháp vi sinh trong xử lýchất ô nhiễm khó/ không phân hủy sinh học, vừa giảm chi phí xử lý Không chỉ

được sử dụng như một phương pháp tiền xử lý các chất hữu cơ độc , bền mà oxy

hóa

Bảng 1.4 Xúc tác cho quá trình CWO

Tác giả Xúc tác Tác nhân oxy hóa Chất ô nhiễm chính

Hamoudi et al., 2000 PtxAg1-xMnO2/CeO2 Oxy Phenol

Hussain et al., 2001 K-Mn-Ce-O Oxy Các hợp chất chứa

nhóm chức CHOXiao et al., 2000 Cu2(OH)PO4 H2O2 Hợp chất thơm

Smith & Diehl, 1960 Không xúc tác HClO3và HIO3 Xenlulo, đường …Weichgrebe &

Vogelpohl, 1994 Không xúc tác H2O2và Ozon Chất hữu cơ

1.2.7.4 Oxy hóa hóa học

Oxy hóa bằng các tác nhân oxy hóa thông thường

Các chất oxy hóa thông thường như clo, clodioxit, natri hipoclorit, kali

permanganate, ozon, dicromat, hidropeoxit… có thể được dùng để oxy hóa các chất

ô nhiễm nói chung và thuốc nhuộm nói riêng Quá trình oxy hóa tiêu tốn một lượnglớn tác nhân oxy hóa, do đó, quá trình oxy hóa hóa học chỉ được sử dụng trong

trường hợp khi chất ô nhiễm không thể loại bỏ bằng các phương pháp khác Khảnăng oxy hóa được xác định bởi thế oxy hóa:

Bảng 1.5 Thế oxy hóa của một số cặp oxy hóa khử

Cặp oxy hóa/khử O3/O2- OH•/O2- Cl2/2Cl- H2O2/H2O KMnO4/Mn2+

Clo hóa được đánh giá cao về hiệu quả xử lý màu nhưng khi sử dụng ở nồng

độ cao để khử màu sẽ để lại dư lượng clo lớn trong nước thải Nó có thể khử màu

nhanh thuốc nhuộm axit và thuốc nhuộm hoạt tính Với thuốc nhuộm phân tán vàthuốc nhuộm trực tiếp thì ngay ở nồng độ clo cao cũng không thu được h iệu quả

đáng kể Nhìn chung, clo không được ưa thích trong xử lý màu nước thải vì sinh ra

các hợp chất cơ clo gây ung thư và độc hại với môi trường

Ozon là chất oxy hóa mạnh và có thể oxy hóa thuốc nhuộm trong nước thải

mà không sinh ra các hợp chất hữu cơ thứ cấp độc hại pH < 5, Ozon tồn tại ở dạng

O3 và oxy hóa chọn lọc nối đôi trong thuốc nhuộm pH > 8, Ozon phân hủy tạo gốc

tự do *HO phản ứng không chọn lọc với các chất hữu cơ (theo cơ chế của quá trìnhoxy hóa tiên tiến) Ozon có hiệu quả nhất trong loại bỏ thuốc nhuộm hoạt tính

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này nằm ở giá thành cao và thời gian tồn tại

của Ozon ngắn, chi phí cho thiết bị tạo Ozon cao

KMnO4, H2O2 là chất oxy hóa có thế oxy hóa chưa đủ cao để phân hủy cácthuốc nhuộm và chi phí hóa chất nếu sử dụng hai chất oxy hóa này là khá lớn

Các quá trình oxy hóa bậc cao

Định nghĩa: Các quá trình oxy hóa bậc cao là những quá trình phân hủy oxy

dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl *HO được tạo ra ngay trong quá trình xử lý

Gốc hydroxyl *HO là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong số các tác nhân

oxy hóa được biết từ trước đến nay Thế oxy hóa của gốc hydroxyl *HO là 2,8 V,

cao nhất trong số các tác nhân oxy hóa thường gặp Thế oxy hóa của một số tác

nhân oxy hóa thường gặp được trình bà y ở bảng 1.6

Bảng 1.6 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa

Tác nhân oxy hóa Thế oxy hóa (V)Gốc hydroxyl

OzonHydrogen peroxitPermanganatHydrobromic axitClo dioxit

Hypocloric axitHypoiodic acidClo

BromIod

2,802,071,781,681,591,571,491,451,361,090,54

(Nguồn: Zhou, H and Smith, D.H., 2001)

Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện Mặt khác, các gốc này không

tồn tại có sẵn như những tác nhân oxy hóa thông thường, mà được sản sinh ngaytrong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn giây nhưngliên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng

Phân loại : Theo cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đặc tính

của quá trình có hay không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà cóthể phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao thành hai nhóm:

Các quá trình oxy hóa bậc cao không nhờ tác nhân ánh sáng (ANPOs)

Các quá trình oxy hóa bậc cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trìnhkhông nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng ở bảng 1.7