trinh bày về nghiên cứu thực nghiệm xử lý hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MSSV : 08B1080020
HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2010
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCN TP.HCM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
& CN SINH HỌC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên : Đặng Thị Hằng MSSV : 08B1080020
Ngành : Kỹ thuật Môi Trường Lớp : 08HMT1
1 Đầu đề đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu hoạt tính của nước thải dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc
2 Nhiệm vụ:
Ø Tổng quan lý thuyết
Ø Xây dựng mô hình thực nghiệm
Ø Chạy mô hình thích nghi
Ø Khảo sát sự ảnh hưởng của yếu tố tải trọng hữu cơ đến hiệu quả quá trình xử lý của mô hình
Ø Khảo sát thời gian vận hành của mô hình các các thời gian lưu khác nhau
Ø Tổng hợp, xử lý số liệu, viết báo cáo
3 Ngày giao đồ án tốt nghiệp: 19/04/2010
4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/07/2010
Trang 35 Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn:
TS Lê Đức Trung ………
Nội dung và yêu cầu đồ án tốt nghiệp đã được thông qua bộ môn Ngày tháng năm 2010 Chủ nghiệm bộ môn Người hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ):………
Đơn vị:………
Ngày bảo vệ:………
Điểm tổng kết:………
Nơi lưu trữ đồ án tốt nghiệp:………
Trang 4PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Trang 5
PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Trang 6
LỜI CẢM ƠN
Xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô toàn trường ĐH
kỹ thuật cơng nghệ nói chung và khoa môi trường nói riêng, đã truyền đạt cho em những kiến thức quí báu trong suốt thời gian học tập tại trường
Em xin gởi lời cảm ơn tới TS Lê Đức Trung Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt thời gian làm khoá luận tốt nghiệp, cùng toàn thể các thầy cô, anh chị trong phòng thí nghiệm của Viện tài nguyên và môi trường đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu Mặc dù bận rộn với nhiều công việc nhưng vẫn nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập tại Viện để em có thể hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp này
Con xin gửi lời cảm ơn sự giáo dục và hy sinh lớn lao của ba mẹ cho con từ nhỏ cho đến lúc trưởng thành, luôn sát cánh bên con, giúp con vượt qua những khó khăn trong cuộc sống
Xin cảm ơn tất cả bạn bè đã luôn chia sẻ, giúp đỡ và động viên tôi rất nhiều trong thời gian qua
Và cuối cùng một lần nữa em xin kính chúc Ban Giám Hiệu, Khoa môi trường cùng các quí thầy cô sức khoẻ, thành công hơn nữa trong việc trồng người, và em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của TS Lê Đức Trung và các anh chị trong Viện tài nguyên và môi trường
Trong suốt quá trình nghiên cứu tìm hiểu và học tập chắc chắn không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, em rất mong sự đóng góp ý kiến quí báu của quí thầy cô và cùng toàn thể các anh chị trong phòng thí nghiệm của Viện tài nguyên và môi trường, để em có thể nâng cao kiến thức và góp phần tạo công việc của em sau này tốt hơn
Trang 7TpHCM ngày 18/07/2010 Đặng Thị Hằng
Trang 8MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.2 MỤC TIÊU VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2
1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3
1.5.1 Nghiên cứu lý thuyết 3
1.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm 3
1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4
1.6.1 Ý nghĩa khoa học 4
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 4
1.7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 4
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6
2.1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM VÀ CÔNG NGHỆ NHUỘM 6
2.1.1 Ngành dệt nhuộm 6
2.1.2 Công đoạn nhuộm hoàn tất : 8
2.1.3 Các công nghệ nhuộm 8
2.2 TỔNG QUAN VỀ MÀU NHUỘM 9
2.2.1 Nguồn gốc 9
2.2.2 Phân loại 9
2.3 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CỦA NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM Ở VIỆT NAM 14
2.4 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM 18
Trang 92.4.1 Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm trên thế giới bằng công
nghệ sinh học kết hợp 18
2.4.2 Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam 20
2.4.3 Đánh giá các công nghệ xử lý nước thải ngành dệt nhuộm và đề xuất công nghệ mới phù hợp 21
2.5 LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KỴ KHÍ 22
2.5.1 Bản chất và phân loại các quá trình xử lý kỵ khí 22
2.5.2 Cơ sở sinh hóa và động học của quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ24 2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của các công trình sinh học kỵ khí 29
2.5.4 Ưu nhược điểm công nghệ sinh học kỵ khí 32
2.5.5 Quá trình sinh học kỵ khí nhiều ngăn 33
2.6 CƠ CHẾ LOẠI BỎ MÀU HOẠT TÍNH AZO TRONG ĐIỀU KIỆN KỴ KHÍ 39
2.6.1 Cơ chế 39
2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự loại bỏ màu bằng sinh học 41
2.7 CÁC NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MÀU NHUỘM BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI 43
CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 51
3.1 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 51
3.2 CÁC BƯỚC THỰC NGHIỆM 51
3.2.1 Giai đoạn 1: Chạy thích nghi mô hình 51
3.2.2 Giai đoạn 2: giai đoạn xử lý 52
3.3 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 52
3.3.1 Mô hình sinh học kỵ khí 3 ngăn 52
Trang 103.3.2 Mô hình cột lọc kỵ khí: 56
3.4 NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 58
3.4.1 Nước thải dệt nhuộm 58
3.4.2 Sinh khối – bùn kỵ khí 62
3.4.3 Giá thể vật liệu đệm 62
3.5 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH 63
3.6 CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH MÔ HÌNH 64
3.7 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 65
3.7.1 Thí nghiệm giai đoạn thích nghi 65
3.7.2 Thí nghiệm giai đoạn tăng tải trọng 66
3.7.3 Thí nghiệm xác định thời gian vận hành tối ưu 66
3.8 LẤY MẪU, BẢO QUẢN MẪU VÀ PHÂN TÍCH MẪU 67
3.9 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ 71
CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 72
4.1 GIAI ĐOẠN CHẠY THÍCH NGHI 72
4.2 GIAI ĐOẠN CHẠY TĂNG TẢI TRỌNG 75
4.3 XÁC ĐỊNH THỜI GIAN VẬN HÀNH TỐI ƯU 79
4.3.1 Thời gian lưu HRT = 24h 79
4.3.2 Thời gian lưu HRT = 36h 80
4.3.3 Thời gian lưu HRT = 48h 82
4.3.4 Thời gian lưu HRT = 54h 84
4.4 XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH 87
4.4.1 Phương trình sự tương quan giữa hiệu suất sử lý màu vào tải trọng 87
Trang 114.4.2 Phương trình tương quan giữa tải trọng và thời gian lưu 88
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90
5.1 KẾT LUẬN 90
5.2 KIẾN NGHỊ 91
Trang 12DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Những ưu và nhược điểm chủ yếu của màu nhuộm hoạt tính: 14
Bảng 2.2 Các phân lớp màu nhuộm và phần trăm màu đi vào dòng thải 15
Bảng 2.3 Các phản ứng sinh acetate và sự thay đổi năng lượng tự do 26
Bảng 2.4 Phản ứng sinh methane và sự thay đổi năng lượng tự do 28
Bảng 2.5 So sánh quá trình phân huỷ kỵ khí ở hai khoảng nhiệt độ ưa ấm 35 oC và hiếu nhiệt 55 oC 30
Bảng 3.1 Kế hoạch nghiên cứu thực nghiệm 51
Bảng 3.2 Thuốc nhuộm REACTIVE BRILLIANT RED K-2BP (C.I.REACTIVE RED 24 ) 59
Bảng 3.3 Chỉ số COD 1 lít nước thải pha với khối lượng tương ứng 59
Bảng 3.4 Thành phần dinh dưỡng bổ sung vào dòng vào mô hình 61
Bảng 3.5 Vạch bơm tương ứng với lưu lượng và thời gian lưu 67
Bảng 3.6 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích: 69
Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm trong giai đoạn thích nghi 72
Bảng 4.2 Kết quả giai đoạn tăng tải trọng 75
Bảng 4.3 Kết quả ở HRT = 24h 79
Bảng 4.4 Kết quả xử lý nước thải ở HRT = 36h 80
Bảng 4.5 Kết quả xử lý nước thải ở HRT = 48h 82
Bảng 4.6 Kết quả xử lý nước thải ở HRT = 54h 84
Bảng 4.7 Thông số phương trình sự tương quan giữa hiệu suất sử lý màu vào tải trọng 87
Bảng 4.8 Phương trình tương quan giữa tải trọng và thời gian lưu 88
Trang 13DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Công nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông và các nguồn nước thải 7
Hình 2.2 Công thức cấu tạo hoá học của nhân antraquinon 10
Hình 2.3 Công thức cấu tạo hoá học của gốc mang màu Azin và Tiazin 11
Hình 2.4 Công thức cấu tạo hoá học của nhóm mang màu Phtaloxianin 11
Hình 2.5 Cấu tạo màu nhuộm Procion Yellow HER (CI Reactive Yellow 84) 13
Hình 2.6 Cấu tạo hoá học màu nhuộm dẫn xuất của pirimidin 13
Hình 2.7 Sơ đồ keo tụ - hiếu khí – hồ nhân tạo ở Greven (CHLB Đức) 19
Hình 2.8 Sơ đồ công nghệ Hoá lý – Sinh học 20
Hình 2.9 Sơ đồ quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ 23
Hình 2.10 Các loại quá trình kỵ khí 24
Hình 2.11 Cấu tạo màng Vi sinh vật 34
Hình 2.12 Hoạt động của màng Vi sinh vật 35
Hình 2.13 Chuỗi các VSV tạo thành màng vi sinh 36
Hình 2.14 Các cơ chế khử màu nhuộm azo 40
Hình 3.1 Mô hình sinh học kỵ khí 3 ngăn 53
Hình 3.2 Khung giá thể vật liệu đệm và cách bố trí 54
Hình 3.3 Bố trí vật liệu đệm trong mô hình sinh học kỵ khí 3 ngăn 55
Hình 3.4 Bơm định lượng 56
Hình 3.5 Mô hình cột lọc sinh học kỵ khí 56
Hình 3.6 Mô hình kỵ khí ba ngăn trong thực nghiệm 57
Hình 3.7 Cách bố trí giá thể vào mô hình coat lọc sinh học 57
Hình 3.8 Mô hình kỵ khí ba ngăn kết hợp với cột lọc kỵ khí trong thực nghiệm 58
Hình 3.9 Mẫu nước thải dệt nhuộm mô phỏng 61
Hình 3.10 Bùn vi sinh được nuôi cấy bởi Công ty Phân bón Hoà Bình – Quận Tân Phú – Tp Hồ Chí Minh 62
Hình 3.11.Cấu tạo giá thể 63
Trang 14Hình 3.12 Giá thể trong mô hình thực nghiệm 63
Hình 3.13 Mô hình sinh học kỵ khí ba ngăn kết hợp với lọc sinh học kỵ khí 64
Hình 3.14 Ống phân tích COD 70
Hình 3.15 Máy đo pH 70
Hình 3.16 Máy đo độ màu 70
Hình 4.1.Hàm lượng COD vào và ra trong từng mô hình trong giai đoạn thích nghi 73
Hình 4.2 Độ màu vào và ra trong từng mô hình trong giai đoạn thích nghi 73
Hình 4.3 Bùn chưa bám vào giá thể 74
Hình 4.4 Bùn bám vào giá thể 75
Hình 4.5 Hiệu suất xử lý COD theo tải trọng 76
Hình 4.6 Hiệu suất xử lý BOD theo tải trọng 76
Hình 4.7 Hiệu suất xử lý độ màu theo tải trọng 76
Hình 4.8 Sự biến thiên pH qua các quá trình xử lý 78
Hình 4.9 Biểu đồ xử lý độ màu và COD, BOD ở HRT =24h 79
Hình 4.10 Sự biến thiên giá trị pH ở HRT = 24h 80
Hình 4.11 Hiệu quả xử lý độ màu và COD,BOD ở HRT = 36h 81
Hình 4.12 Sự biến thiên giá trị pH ở HRT = 36h 81
Hình 4.13 Hiệu suất xử lý độ màu và COD, BOD ở HRT = 48h 82
Hình 4.14 Sự biến thiên pH ở HRT =48h 83
Hình.4.15 Mẫu nước thải đầu vào và mẫu đầu ra sau bể sinh học ba ngăn và cột lọc ở HRT = 48h 83
Hình 4.16 Hiệu quả xử lý độ màu và COD, BOD ở HRT = 54h 84
Hình 4.17 Sự biến thiên pH ở HRT =54h 85
Hình 4.18 Biểu đồ hiệu quả xử lý COD, BOD và màu trong các thời gian lưu 86
Hình 4.19 Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD theo thơi giai lưu 86
Hình 4.20 Biểu đồ chỉ số BOD và COD trong các thời gian lưu 86
Trang 15Hình 4.21 Biểu đồ thể hiện khả năng xứ lý của mô hình qua các thời gian lưu 87
Trang 16DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
1 BOD Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy sinh hóa
2 COD Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa học
3 DO Dissolved Oxygen
Ôxy hòa tan
4 DTPA Diethylenetriaminepentacetic acid
5 EDTA Ethylenediaminetetracitic acid
6 FAS Ferrous amonium sulfate
Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O
7 HRT Hydraulic Retention Time – Thời gian lưu nước
8 MCABR Multichamber anaerobic bioreactors
Bể phản ứng kỵ khí nhiều ngăn
9 SRT Sludge retention time -
10 SS Suspended Solid
Chất rắn lơ lửng
11 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
12 VFA Volatile fatty acids
Acid béo bay hơi
13 VSV Vi sinh vật
14 UAF Upflow Anaerobic Filter - Lọc kỵ khí với dòng lên
Trang 17TÓM TẮT LUẬN VĂN
Dệt nhuộm ở nước ta là ngành công nghiệp có mạng lưới sản xuất rộng lớn với nhiều mặt hàng, nhiều chủng loại và gần đây tốc độ tăng trưởng kinh tế rất cao Các doanh nghiệp đã sử dụng rất nhiều phẩm màu mà thành phần cấu tạo của hợp chất màu khó xử lý hoặc nếu xử lý rất tốn kém Mặc khác, vấn đề ý thức môi
trường của các doanh nghiệp chỉ mang tính chất đối phó và công tác quản lý chưa chặt chẽ, đồng bộ, nên vấn đề ô nhiễm từ ngành nhuộm chưa được khắc phục triệt để Từ đó, yêu cầu cần có những nghiên cứu công nghệ xử lý phù hợp cho ngành dệt nhuộm tại TpHCM
Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu hoạt tính trong nước thải dệt
nhuộm bằng mô hình công nghệ sinh học kỵ khí hai bậc ” Nghiên cứu khả
năng và hiệu quả xử lý màu của mô hình kết hợp giữa sinh học kỵ khí nhiều ngăn với lọc kỵ khí dòng chảy ngược nhằm nâng cao hiệu quả xử lý màu hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm Sau thời gian tổng hợp và nghiên cứu lý thuyết đưa ra quyết định tiến hành pha nước thải dệt nhuộm với quy mô phòng thí nghiệm, với hai giai đoạn và cách pha khác nhau:
- Giai đoạn chạy thích nghi pha theo phương trình thiết lập dựa trên tỷ lệ COD/BOD
- Giai đoạn nghiên cứu thực nghiệm pha theo đề tài nghiên cứu của nhóm tác giả C O’Nell, A Lopez, S Esteves, F R Hawkers được công bố trên tạp chí khoa
học với nghiên cứu “ Azo-dye degradation in an anaerobic – aerobic treatment
system operating on simulated textile effluent “ và được pha phù hợp với thuốc
nhuộm và điều kiện hóa chất nước ta
Trong quá trình tiến hành làm khóa luận thu được nhiều hiện tượng và kết quả tố góp phần mở tiền đề cho các nghiên cứu sau: hiện tượng phú dưỡng, sinh
Trang 18khí có mùi hôi, màng vi sinh bị chết… hiệu suất xử lý màu tối ưu và BOD, COD cao ở HRT = 48h (hiệu suất màu đạt 91%) So với TCVN 5945:2005 - Nước thải công nghiệp - Tiêu chuẩn thải cột A Cùng với kết quả xây dựng phương trình tương quan giữa hiệu suất xử lý màu và tải trọng, thời gian lưu làm tiền đề và cơ sở xậy dựng trên thực tế và các nghiên cứu sau này
Trang 19CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngành công nghiệp dệt may đã được hình thành và phát triển hơn một thế kỷ, đã trở thành một trong những ngành công nghiệp quan trọng trong đời sống xã hội và kinh tế nước ta Giá trị xuất khẩu ngành dệt may chỉ đứng sau công nghiệp dầu khí
Tuy nhiên ngành công nghiệp này làm phát sinh một lượng nước thải lớn và khó xử lý, gây ra nhiều vấn đề cho môi trường nước khi được xả trực tiếp vào hệ thống cống rãnh không qua xử lý Đáng chú ý hơn, trong quá trình dệt nhuộm hàng trăm loại hoá chất khác nhau đã được sử dụng như alkyl phenol ethoxylates, ethylenediaminetetracitic acid (EDTA) và diethylenetriaminepentacetic acid (DTPA) có độc tính cao đối với môi trường Bên cạnh đó, sự hiện diện của thuốc nhuộm trong nước ngăn cản sự xuyên thấu của ánh sáng mặt trời vào nước, làm giảm quá trình quang hợp kéo theo sự giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước và làm tăng ô nhiễm nguồn nước Thuốc nhuộm còn có độc tính đối với nhiều loài động vật thủy sinh, màu của thuốc nhuộm làm mất vẻ mỹ quan của môi trường nước Hơn thế nữa, trong môi trường kỵ khí, một số loại thuốc nhuộm sẽ bị khử tạo thành những vòng amin thơm, đây là những loại chất độc gây ra ung thư và biến dị cho người và động vật
Nhìn chung, phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm được áp dụng phổ biến
ở các cơ sở dệt nhuộm ở nước ta chủ yếu là phương pháp hoá học, sử dụng acid trung hòa kiềm và các chất tạo phản ứng oxy hoá khử Tuy đem lại hiệu quả xử lý khá cao nhưng giá thành xử lý lại cao Nên việc vận hành những hệ thống này cũng không thường xuyên, mang tính chất đối phó với các cơ quan quản lý nhà nước về môi trường
Bên cạnh phương pháp xử lý hóa học, phương pháp xử lý sinh học đang được quan tâm nghiên cứu để xử lý nước thải dệt nhuộm do hiệu quả xử lý cao, giá
Trang 20thành xử lý thấp, dễ vận hành Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cho thấy màu nhuộm trong nước thải dệt nhuộm có thể được xử lý bằng các chủng vi sinh vật thuần khiết hoặc hỗn hợp trong mô hình liên tục hoặc bán liên tục và bán liên tục
Vì vậy nghiên cứu tìm ra các quy trình để xử lý được nước thải mang màu từ các
cơ sở dệt nhuộm là nhu cầu của thực tiễn sản xuất, nhằm giải quyết triệt để những
tồn tại lâu nay trong nước thải từ ngành dệt nhuộm Đề tài “Nghiên cứu thực
nghiệm xử lý màu hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm bằng mô hình công nghệ sinh học kỵ khí hai bậc” là một hướng nhằm góp phần giảm thiểu tác động
của màu từ nước thải dệt nhuộm ra môi trường bên ngoài
1.2 MỤC TIÊU VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Mục tiêu: Nghiên cứu khả năng và hiệu quả xử lý của mô hình kết hợp
giữa sinh học kỵ khí nhiều ngăn với lọc kỵ khí dòng chảy ngược nhằm nâng cao hiệu quả xử lý màu azo (hoạt tính) trong nước thải dệt nhuộm
Đối tượng: nước thải dệt nhuộm pha quy mô phòng thí nghiệm
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
− Tổng quan cơ sở lý thuyết và thực tế áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí để xử lý nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm
− Thiết lập và chạy mô hình nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng của mô hình công nghệ kết hợp giữa sinh học kỵ khí nhiều ngăn với mô hình lọc
kỵ khí dòng chảy ngược để xử lý màu trong nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm
− Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình công nghệ kết hợp trên cơ sở so sánh với các mô hình công nghệ thông dụng khác trong xử lý màu hoạt tính của nước thải dệt nhuộm
− Thiết lập phương trình trương quan giữa hiệu suất xử lý màu phụ thuộc vào tải trọng và thời gian lưu của nức thải dệt nhuộm
Trang 211.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nước thải dệt nhuộm là một loại nước thải phức tạp về thành phần và tính chất Mặt khác, muốn đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm thì ta cần đánh giá ở nhiều chỉ tiêu như: pH, độ màu, độ đục, mùi, COD, BOD, SS, N, P, các kim loại nặng, … Tuy nhiên, một bài luận văn tốt nghiệp với thời gian hoàn thành ngắn nên không thể giải quyết được tất cả các vấn đề trên Do đó, luận văn này chỉ tập trung giải quyết các vấn đề bức xúc nhất của hầu hết các công trình xử lý nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam đó là vấn đề xử lý màu và COD, BOD, SS của nước thải dệt nhuộm
Về loại màu trong nước thải nhuộm, luận văn chỉ tập trung nghiên cứu nhóm màu azo hiện chiếm khoảng 50 – 70% các loại màu đang sử dụng tại Việt Nam
− Nghiên cứu được thực hiện trong quy mô phòng thí nghiệm tại Viện Môi trường và Tài nguyên
− Các mẫu thí nghiệm được phân tích tại Viện Môi trường và Tài nguyên
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.5.1 Nghiên cứu lý thuyết
− Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu
− Điều tra khảo sát thu thập số liệu thực tế về nước thải ô nhiễm của một doanh nghiệp dệt nhuộm điển hình tại Tp.HCM
− Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù hợp
− Phân tích đánh giá điều kiện thực tế về kỹ thuật, kinh tế, xã hội để xác định giới hạn nghiên cứu và phương án thực nghiệm
1.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm
− Xây dựng và vận hành mô hình qui mô phòng thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý màu, COD, BOD trong nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ
Trang 22sinh học kỵ khí kết hợp giữa mô hình kỵ khí nhiều ngăn và mô hình lọc kỵ khí dòng chảy ngược
− Lập kế hoạch thực nghiệm
− Xử lý kết quả bằng Excel, phần mềm xử lý dữ liệu Statgraphics
1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.6.1 Ý nghĩa khoa học
Kết quả của đề tài là những dẫn liệu khoa học thực tế cho thấy cái nhìn đúng hơn về tác dụng của các vi sinh vật kỵ khí trong xử lý màu, BOD và COD trong nước thải dệt nhuộm hoạt tính, nó cũng là cơ sở khoa học để ứng dụng trong nghiên cứu để xử lý các loại màu nhuộm khác nhau
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn
Màu là chỉ tiêu rất khó để xử lý Các nhà máy, xí nghiệp nhuộm đang cần có quy trình công nghệ thích hợp để xử lý hiệu quả màu trong dòng thải Muốn xử lý màu đạt chuẩn thải ra môi trường cần phải có những công nghệ tiên tiến như lọc màng, oxi hóa tuy nhiên giá thành lại rất cao Trong khi đó, công nghệ xử lý sinh học với ưu điểm của mình là nguyên liệu rẻ, dễ tìm, hệ thống xử lý dễ vận hành, giá thành thấp nên đang ngày càng chiếm dần ưu thế Vì vậy, kết quả nghiên cứu sẽ góp phần xây dựng quy trình xử lý phù hợp và cải tiến quy trình để nâng cao hiệu quả xử lý màu trong nước thải từ các nhà máy nhuộm
1.7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
- Màu hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm là hợp chất khó phân huỷ, khó xử lý bằng phương pháp hóa lý Công nghệ xử lý sinh học đã phát triển và được ứng dụng rất hiệu quả trong việc xử lý loại nước thải này Một số nghiên cứu cho thấy xử lý nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ kết hợp giữa kỵ khí và hiếu khí mang lại hiệu quả khử COD rất cao Tuy nhiên, nghiên cứu cũng cho thấy rằng, màu của nước thải dệt nhuộm được xử lý chủ yếu ở giai đoạn kỵ khí, giai đoạn hiếu khí mang lại hiệu quả khử màu không cao Do vậy, luận văn tiến hành
Trang 23nghiên cứu thí nghiệm mở rộng với mô hình sinh học kỵ khí nhiều ngăn (MCABR) với lọc kỵ khí dòng chảy ngược (UAF) liên tục để tăng hiệu quả xử lý màu, COD và BOD
- Việc áp dụng biện pháp sinh học trong xử lý dệt nhuộm được áp dụng rộng rãi trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng Tuy nhiên, việc nghiên cứu xử lý màu trong nước thải dệt nhuộm của mô hình kết hợp giữa sinh học kỵ khí nhiều ngăn với lọc kỵ khí dòng chảy ngược chưa được nghiên cứu cụ thể tại Việt Nam
Trang 24CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM VÀ CÔNG NGHỆ NHUỘM 2.1.1 Ngành dệt nhuộm
Dệt nhuộm là loại hình công nghiệp đa dạng về chủng loại sản phẩm và có sự thay đổi lớn về nguyên liệu, đặc biệt là thuốc nhuộm Một cách tổng quát, ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta được chia thành các loại sau:
- Dệt và nhuộm vải cotton: với loại vải này thuốc nhuộm hoạt tính hoặc thuốc nhuộm hoàn nguyên hoặc thuốc nhuộm trực tiếp được sử dụng ở hầu hết các nhà máy dệt (Công ty dệt may Gia Định, Công ty dệt Sài Gòn,…)
- Dệt và nhuộm sợi tổng hợp (polyester): thuốc nhuộm phân tán (Công ty dệt Thành Công, Công ty dệt Sài Gòn,…)
- Dệt và nhuộm vải peco: thuốc nhuộm hoàn nguyên và phân tán (Công ty dệt Sài Gòn)
- Ươm tơ và dệt lụa: đây là dạng công nghiệp mới được phát triển ở nước ta
thời gian sau này, với nguyên liệu chủ yếu là ở trong nước
Với mọi loại xơ thì quy trình sản xuất dệt nhuộm đều có thể chia thành ba bước chính: sản xuất sợi, dệt vải, xử lý hoàn tất vải
Nhuộm được thực hiện để tạo ra màu sắc cho vải Khâu này nằm trong bước xử lý hoàn tất vải, cơ bản liên quan đến sự khuyếch tán các phân tử màu nhuộm trong tấm vải cần nhuộm màu Trong quá trình nhuộm, các phân tử màu nhuộm này nhanh chóng liên kết với bề mặt của từng xơ sợi, hình thành nên một lớp mỏng và khuyếch tán vào sâu bên trong xơ sợi
Trang 25Hình 2.1 Công nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông và các nguồn nước thải
Kéo sợi, chải, ghép, đánh bóng
Nguyên liệu đầu vào
H 2 O, tinh bột, phụ gia,
Hơi nước, Hồ, hóa chất
Nước thải chứa hồ tinh bột, hóa chất
Nước thải chứa hồ tinh bột bị thủy phân Nước thải
Trang 262.1.2 Công đoạn nhuộm hoàn tất :
Công đoạn nhuộm hoàn tất tại các nhà máy bao gồm ba công đoạn chính là: tiền xử lý, nhuộm và hoàn tất Nhuộm hoàn tất là công đoạn cuối cùng đem đến sự khác biệt về màu sắc, tính chất cho các sản phẩm dệt
Quá trình tiền xử lý được tiến hành để làm sạch sợi và làm cho sợi đạt đến độ trắng, độ xốp thuận tiện, cho màu phân tán vào sợi
Quá trình hoàn tất bao gồm các thao tác cuối cùng cần thiết để làm cho sản phẩm dệt có sức hấp dẫn và có thể đem trưng bày với khách hàng Quá trình hoàn tất đem lại cho vải các đặc tính về mỹ quan, hoá học và cơ học cuối cùng để phục vụ các yêu cầu sử dụng
2.1.3 Các công nghệ nhuộm
Trong các nhà máy nhuộm tùy vào điều kiện thiết bị, năng suất, vật liệu mà người ta lựa chọn công nghệ cho phù hợp Trong sản xuất có 3 phương pháp nhuộm: nhuộm gián đoạn, nhuộm liên tục và bán liên tục
a Phương pháp nhuộm gián đoạn (từng mẻ):
Dịch nhuộm và vật liệu vải được đưa vào trong cùng một thiết bị Thời gian nhuộm có thể kéo dài từ 1 – 2 giờ Sau khi nhuộm xong, vải phải được giặt sạch và tiến hành đưa sang cầm màu Phương pháp này dùng để nhuộm một lượng lớn sợi hoặc vải
b Phương pháp nhuộm liên tục:
Vải luôn chuyển động trong quá trình gia công Khi nhuộm một pha, vải được ngấm ép dung dịch thuốc nhuộm một lần, còn nhuộm hai pha thì ngấm ép hai lần Thời gian nhuộm chỉ vài giây Sau khi ngấm ép, vải có thể được sấy khô, hấp bằng hơi bão hòa, gia nhiệt khô ở 1800C ÷2000C hoặc cuộn ủ để cho thuốc nhuộm bắt màu vào vải
Trang 27c Phương pháp nhuộm bán liên tục:
Trong phương pháp nhuộm bán liên tục, vải cũng được ngấm màu như trong nhuộm liên tục sau đó được cuộn thành từng cuộn, rồi đem ủ để màu gắn màu vào vải
2.2 TỔNG QUAN VỀ MÀU NHUỘM
2.2.1 Nguồn gốc
Màu nhuộm là những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên và tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếp vào các vật liệu khác
Màu nhuộm được dùng chủ yếu để nhuộm vật liệu từ xơ thiên nhiên (bông, lanh, gai, len, tơ tằm…), xơ nhân tạo (visco, acetat…), và xơ tổng hợp (polyamid, polieste, polivinyl…) Nó cũng được sử dụng để nhuộm chất dẻo, cao su, tóc, chất béo, sáp, xà phòng, để chế tạo mực in trong công nghiệp ấn loát, để chế tạo văn phòng phẩm, vật liệu làm ảnh màu, dùng làm chất tăng và giảm độ nhạy của ánh sáng,…
Màu nhuộm dùng trong nhuộm vải được tạo thành bởi hai thành phần: chất màu và phụ gia Chất màu được cấu tạo bởi hai nhóm: nhóm mang màu (-CH=CH-, - N=N-, -CH =N-, - N=O…) và nhóm trợ màu (-OH, -NH2, -N(CH3)2, -N(C2H5)2 Đối với các loại màu nhuộm không tan trong nước, các chất màu chính có thể đạt tới 100% khối lượng, nhưng các loại màu nhuộm tan trong nước như hoạt tính, axit, trực tiếp… phần trăm chất màu này luôn < 100% khối lượng
2.2.2 Phân loại
a Phân lớp theo cấu tạo hóa học
• Màu nhuộm azo
Màu azo là lớp màu quan trọng nhất và có lịch sử phát triển rất lâu đời Nó bao gồm hầu hết các loại màu theo phân lớp kỹ thuật Màu nhuộm azo được sản
Trang 28xuất nhiều nhất, chiếm tới gần 50% tổng sản lượng màu nhuộm được sản xuất hàng năm
Trong phân tử loại màu nhuộm này có một hoặc nhiều nhóm azo (-N=N-) Dựa vào số nhóm azo có trong hệ mang màu của màu nhuộm người ta chia ra các nhóm màu nhuộm:
ü Monoazobenzen: Ar-N=N-Ar’
ü Diazobenzen: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar’’
ü Tri và Polyazobenzen: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar’’-N=N-Ar’’’…
Trong đó Ar, Ar’, Ar’’… là những gốc hữu cơ nhân thơm có cấu tạo đa vòng,
dị vòng rất khác nhau
• Màu nhuộm antraquinon
Trong phân tử loại màu nhuộm này chứa một hoặc nhiều nhân antraquinon hay các dẫn xuất của antraquinon
Hình 2.2 Công thức cấu tạo hoá học của nhân antraquinon
• Màu nhuộm lưu huỳnh
Là nhóm màu nhuộm chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, azin trong đó có cầu nối –S –S–, dùng để nhuộm các loại sợi cotton và visco Những gốc trên quyết định màu sắc của màu nhuộm Lớp màu nhuộm này không có màu đỏ và màu tía
Trang 29Hình 2.3 Công thức cấu tạo hoá học của gốc mang màu Azin và Tiazin
• Màu nhuộm Phtaloxianin
Là lớp màu tương đối mới, hệ thống mang màu trong phân tử của chúng là một hệ liên hợp khép kín Đặc điểm chung của lớp này là: những nguyên tử hidrogen trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi các ion kim loại, còn các nguyên tử nitơ thì lại tham gia tạo phức với kim loại, làm cho màu sắc của màu nhuộm thay đổi
Hình 2.4 Công thức cấu tạo hoá học của nhóm mang màu Phtaloxianin
b Phân lớp kỹ thuật
Cách phân loại này dựa vào tính chất công nghệ sử dụng của màu nhuộm để nhuộm in hoa các sản phẩm dệt, da, giấy, vật liệu cao phân tử và các vật liệu khác Theo cách phân lớp này thì những thuốc nhuộm tuy được xếp cùng một lớp theo phân lớp hóa học có thể nằm ở các lớp khác nhau theo phân lớp kỹ thuật
Phân lớp kỹ thuật gồm 11 lớp:
1 Màu nhuộm trực tiếp (Direct dyes)
2 Màu nhuộm axit (Axit dyes)
3 Màu nhuộm hoạt tính (Reactive dyes)
4 Màu nhuộm bazơ-cation (Base & cationic dyes)
5 Màu nhuộm cầm màu (Mordant dyes)
6 Màu nhuộm hoàn nguyên tan và không tan (Vat dyes)
7 Màu nhuộm lưu huỳnh (Sulfur dyes)
8 Màu nhuộm azobenzen không tan (Azobenzenic dyes)
Trang 309 Màu nhuộm phân tán (Disperse dyes)
10 Màu nhuộm oxid hóa anilin đen
11 Màu nhuộm pigment
Luận văn chỉ tập trung vào nghiên cứu hỗn hợp màu nhuộm hoạt tính trong quá trình thí nghiệm xử lý màu, nên ở đây chỉ đề cập đến lớp màu này
• Màu nhuộm hoạt tính
Đây là lớp màu chứa trong phân tử những nhóm chức, có khả năng thực hiện liên kết hóa học với vật liệu, do vậy độ bền màu khá cao và khá phổ biến ở Việt Nam cũng như trên thế giới Lớp màu hoạt tính có đủ các gam màu, màu tươi và thuần sắc, công nghệ nhuộm đa dạng và không quá phức tạp Công thức tổng quát được biểu diễn như sau: S–R–T–X
Trong đó:
ü S là nhóm tạo cho màu có khả năng hòa tan trong nước, thường là các nhóm chức –SO3Na; –COONa; –SO2CH3 Trong mỗi phân tử màu thường có từ một hay nhiều nhóm có tính tan
ü R là nhóm mang màu của phân tử màu nhuộm, nó quyết định màu sắc và độ bền màu của màu nhuộm Nhóm R trong màu hoạt tính có thể là các hợp chất mono hay diazobenzen, phức màu azobenzen với kim loại, hợp chất antraquinon hay gốc màu của màu hoàn nguyên…
ü T là nhóm tạo liên kết hóa học với vật liệu, đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định độ bền màu với giặt và cũng là nhóm quyết định hoạt tính của màu nhuộm Bằng cách thay đổi các nhóm chức trong nhóm T người ta đã tạo ra nhiều chủng loại màu có hoạt tính mong muốn, phù hợp với nhiều loại vật liệu
ü X là các nhóm thế sẽ tách ra khỏi màu trong quá trình nhuộm tạo điều kiện cho màu nhuộm thực hiện phản ứng hóa học với vật liệu Chúng không ảnh hưởng tới màu sắc nhưng đôi khi ảnh hưởng tới độ tan của màu nhuộm,
Trang 31thông thường X là những nguyên tử hay nhóm nguyên tử sau: –Cl-, –SO2-, –OSO3H-, –NR3-…
Ví dụ: Procion Yellow HER (CI Reactive Yellow 84)
C l N
R
T
Hình 2.5 Cấu tạo màu nhuộm Procion Yellow HER (CI Reactive Yellow 84)
Ú Màu nhuộm là dẫn xuất của pirimidin: thường là dẫn xuất của di– triclopirimidin, có cấu tạo chung như sau:
C l
N C
C l C
C l
Hình 2.6 Cấu tạo hoá học màu nhuộm dẫn xuất của pirimidin
Ú Màu nhuộm vinylsunfon: có nhóm phản ứng T là ester của axit sulfuric Họ này được biết đến qua những tên gọi remazol, primazin, sunzol hay sulmifix Màu nhuộm vinilsulfon có hoạt độ thấp hơn màu nhuộm diclotriazin nhưng cao hơn monoclotriazin Gốc mang màu của nhóm này là gốc màu azo, antraquinon và gốc phtaloxianin
Trang 32Bảng 2.1 Những ưu và nhược điểm chủ yếu của màu nhuộm hoạt tính:
Có gam màu rộng Khó giặt sạch phần màu nhuộm bị phân hủy Màu tươi và thuần sắc Chu kỳ nhuộm dài
Có độ bền màu cao với gia công
ướt
Tốn nhiều hóa chất
Phương pháp nhuộm đa dạng Độ bền màu với ánh sáng không cao nhất là
các màu đỏ và da cam Dễ tái lập lại màu, dễ làm sạch
nước thải, giá thành vừa phải
2.3 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CỦA NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM Ở VIỆT NAM
Đặc tính của nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm ở Việt Nam
Đặc điểm quan trọng nhất của nước thải ngành dệt nhuộm là sự dao động rất lớn cả về tải trọng và lưu lượng các chất ô nhiễm, nó thay đổi theo mùa, theo mặt bằng sản xuất và chất lượng sản phẩm Đặc tính chung của nước thải ngành dệt nhuộm có độ kiềm khá cao, độ màu cao, hàm lượng chất hữu cơ, tổng chất rắn cao
− Giặt sợi và giũ hồ: nước thải từ công đoạn này chứa các chất ô nhiễm như tinh bột, cellulose, chất béo, cáp Nước thải này đi vào nguồn sẽ làm tăng hàm lượng chất hữu cơ, làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước và gây tác hại với các loài thủy sinh
− Nấu tẩy: công đoạn này thường sử dụng các hóa chất như : NaOH,
Na2CO3, NaClO, H2O2, Na2SiO3 có tính kiềm Dư lượng các hợp chất kiềm trong nước thải sẽ làm tăng độ kiềm và pH của nguồn nước Nước thải có pH > 9 sẽ gây hại cho các động vật sống trong nước, gây ăn mòn các công trình thoát nước và xử lý nước thải Ngoài ra, trong bước này các tạp chất bẩn, phần hồ còn sót lại và tơ
Trang 33sợi vụn đi vào nước làm tăng hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ, chất rắn lơ lửng và giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước
− Nhuộm: tùy theo từng loại vải, từng loại màu cần nhuộm mà người ta sử
dụng các loại thuốc nhuộm, các hóa chất trợ khác nhau Tỷ lệ gắn màu trong quá
trình nhuộm khác nhau giữa các loại thuốc nhuộm và loại vải được nhuộm Một phần thuốc nhuộm gắn vào vải, còn phần khác (chiếm từ 1 – 50%) được thải ra cùng dòng thải.Các phân lớp màu nhuộm và phần trăm màu đi vào dòng thải (Bảng 2.2) sẽ làm cho độ màu và COD cao Các chất trợ như các muối Na2SO4,
Na2CO3, Na2SiO3 làm tăng hàm lượng tổng chất rắn trong nguồn nước tiếp nhận, gây tác hại đến các loài thủy sinh
Bảng 2.2 Các phân lớp màu nhuộm và phần trăm màu đi vào dòng thải
STT Lớp màu nhuộm Loại sợi sử dụng Phẩm màu
thải (%)
7 Trực tiếp Bông, cellulose, tơ lụa 5 – 30
(Nguồn: Easton G.A, 1995)
− Làm bóng vải: quá trình này sử dụng NaOH có nồng độ từ 280 – 300 g/L để xử lý sợi, làm cho sợi trở nên dễ thấm nước, bóng hơn và tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm Quá trình này thải ra dung dịch kiềm chứa các tạp chất bẩn tách ra từ tơ sợi, hồ tinh bột
− Các công đoạn khác như hồ sợi, giặt, xử lý acid, ly tâm cũng góp phần làm tăng nồng độ của các chất ô nhiễm trong nước thải
Trang 34Ngoài ra, thành phần nước thải còn thay đổi tùy thuộc vào mặt hàng sản xuất Một đặc điểm khác của nước thải ngành dệt nhuộm, tùy theo yêu cầu của khách hàng mà nhà máy sẽ thay đổi công nghệ nhuộm, nồng độ của thuốc nhuộm, các loại hóa chất trợ, chất hồ, chất tẩy… Từ đó, nước thải sẽ thay đổi theo, ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành công trình xử lý nước thải ngành dệt nhuộm Bên cạnh đó, các tác nhân gây ô nhiễm nước trong công đoạn nhuộm có thể chia thành ba nhóm:
Nhóm thứ nhất: Các chất gây độc với các loại thuỷ sinh
− Kiềm (NaOH, bicarbonat) dùng để xử lý vải sợi thải ra với nồng độ cao
− Axit vô cơ (H2SO4) dùng trong các khâu giặt, trung hòa kiềm dư
− Formaldehid trong chất cầm màu, chống nhăn, các chất ngấm, tẩy rửa
− Các kim loại nặng khó có thể có trong một số màu hoạt tính và hoàn nguyên như Cu, Zn, Pb, Hg, Ni…
− Các chất ngấm và tẩy rửa không ion
− Các halogen hữu cơ có trong thành phần màu nhuộm
Nhóm thứ hai: Các chất khó phân hủy sinh học
− Phần lớn các chất nhũ hồ, các chất làm mềm, chất tạo phức trong xử lý hoàn tất
− Màu và chất tăng trắng quang học
Nhóm thứ ba: Các chất ít độc và dễ phân hủy sinh học
− Sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong sợi bị loại bỏ trong các công đoạn xử lý trước
− CH3COOH để điều chỉnh pH
− Các muối trung tính NaCl, Na2SO4 ở nồng độ thấp
Đồng thời, các nhà nghiên cứu đã kết luận rằng các độc chất tồn tại trong nước thải nhuộm là những chất có thể gây tử vong, gây ung thư và biến đổi gen đối với loài thủy sinh và động vật có vú Các màu nhuộm và những chất có trong
Trang 35dòng thải ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí trong hệ thống xử lý nước thải
Riêng đối với thuốc nhuộm azo, trong cấu tạo hóa học có chứa gốc benzidin, có khả năng gây ung thư Thuốc nhuộm này đã được cấm ở châu Âu nhưng người
ta vẫn tìm thấy trên thị trường thế giới do giá rẻ, độ ăn màu cao, quá trình nhuộm ngắn, dễ dàng và hiệu quả cao đặt biệt đối với màu đỏ tươi và màu đen tuyền Năm 1988, Ủy ban MAK đã phân loại những thuốc nhuộm Azo trong điều kiện khử có thể phân giải ra các arylamin gây ung thư như:
− Đối với động vật thí nghiệm: 2,4-Toluenediamine, 2-amino-4Nitrotoluene, 4,4’-diaminodiphenylmethane, 4,4’-Thiodiaminline, 3,3-Dimethoxybenzindine, O-Anisidine, O-Aminoazotoluene, O-Toluidine, P-Aminoazobenzene, P-Cresidine, Dichlorobenzindine, P-Chloroamiline, 3,3’ Dimethybenzidine
− Đối với con người: Benzidine, 4 – Chloro – Toluidine
Trong quá trình nhuộm, phần azo tách ra và tạo thành các amine thâm nhập vào các chất hữu cơ gây độc tính Bên cạnh đó, một vài amine có chứa các kim loại nặng như kẽm, đồng, cadmium… được sử dụng như các chất tạo màu cho quá trình nhuộm vải Các kim loại nặng khi thâm nhập vào cơ thể sẽ được giữ lại trong đó và gây ảnh hưởng về lâu dài Đồng thời, một số amine kim loại nặng dính bám vào sợi vải mà không bị mất đi trong quá trình giặt, có thể thâm nhập vào cơ thể qua nhiều đường khác nhau như hô hấp, bài tiết, tiêu hóa…
Do đó, nước thải ngành dệt nhuộm chứa màu nhuộm hoạt tính azo cần được qua tâm nghiên cứu xử lý hiệu quả trước khi được thải ra ngoài
Nước thải dệt nhuộm ô nhiễm hữu cơ: mức độ ô nhiễm do các hợp chất hữu
cơ và các chất vô cơ sử dụng oxy hóa được thể hiện bằng các chỉ tiêu đặc trưng, nhất là COD và BOD5 Tỷ lệ COD/BOD của nước thải dệt nhuộm của công ty dệt nhuộm ở nước ta trong khoảng giới hạn 2:1 đến 3:1, tức là còn có thể phân hủy vi
Trang 36sinh Song với xu hướng tăng sử dụng xơ sợi tổng hợp thì nước thải ngày cáng khó phân hủy vi sinh
Nước thải dệt nhuộm có tính độc nhất định với vi sinh và cá do những yếu tố sau:
+ Nước thải trực tiếp đổ ra cống rãnh không qua xử lý
+ Độ pH: nước thải dệt nhuộm ở nước ta hiện nay mà sản phẩm chủ yếu là sợi bông (100 % cotton) và sợi pha polyeste/bông, polieste/visco có tính kiềm cao Độ pH đo được từ 9 ÷ 12 Nước thải có tính kiềm cao như thế, nếu không được trung hòa sẽ làm tổn hại hệ thống vi sinh Cá cũng không thể sống được trong môi trường nói trên
+ Các chất độc khác: kim loại nặng (đồng, crôm, niken, coban, kẽm, chì, thủy ngân), các halogen hữu cơ, …
Nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm có màu rất đậm: màu đậm là do nước thải không được tận dụng hết và không gắn màu vào xơ sợi gây ra Ngày nay thuốc nhuộm hoạt tính được sử dụng càng nhiều thì nước thải có màu càng đậm
Tóm lại nước thải các cơ sở dệt nhuộm tại nước ta có nhiều chỉ tiêu ô nhiễm vượt quá giới hạn cho phép thải ra môi trường, có màu đậm khó chấp nhận được, có tính độc nhất định với vi sinh vật và cá Vì vậy phải nhất thiết tiến hành xử lý nước thải dệt nhuộm trước khi thải ra ngoài môi trường
2.4 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM
2.4.1 Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm trên thế giới bằng công nghệ sinh học kết hợp
a) Sơ đồ công nghệ keo tụ - hiếu khí – hồ nhân tạo:
Công nghệ này được sử dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm tại Greven, Cộng Hòa Liên Bang Đức, bao gồm các bước như hình 2.7
Hệ thống này thích hợp cho lưu lượng dòng thải Q = 6.000 - 7.000m3/ngày đêm, trong đó, dòng thải bao gồm nước thải dệt nhuộm trộn lẫn với nước thải sinh
Trang 37hoạt Hệ thống có hiệu suất xử lý cao, cách vận hành không phức tạp lắm nhưng tốn diện tích lớn
Hình 2.7 Sơ đồ keo tụ - hiếu khí – hồ nhân tạo ở Greven (CHLB Đức)
b) Sơ đồ công nghệ sinh học – hấp phụ - keo tụ:
Công nghệ này kết nối các bước xử lý sinh học, hấp phụ và keo tụ Ở bước xử lý sinh học và hấp phụ có dùng chất mang là than nâu có kích thước hạt nhỏ hơn 5mm, bề mặt riêng 300m2/g, khối lượng riêng 460kg/m3
Công nghệ này được sử dụng để xử lý nước thải của xí nghiệp dệt nhuộm Niederfrohna hãng Schiesser Sachen (CHLB Đức) có quy mô Q = 2.500m3/ngày đêm, xí nghiệp tẩy nhuộm hàng bông với thuốc nhuộm hoạt tính Nước sau xử lý không màu và hàm lượng chất rắn nhỏ, tuy nhiên lượng bùn sinh khối lẫn bột than
Bùn thải
Trang 38tạo ra tương đối lớn Giá thành xử lý bằng phương pháp này cao (45.000đ/m3 nước thải)
c) Sơ đồ công nghệ UASB – bùn hoạt tính hiếu khí:
Zaoyan và ctv đã vận hành hệ thống xử lý nối tiếp UASB (HRT = 7h) và bùn hoạt tính hiếu khí (HRT = 5h) để xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm với lưu lượng 24m3/ngày đêm Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý màu, COD, BOD lần lượt là 72%, 78%, 98% Công nghệ này cho hiệu suất xử lý khá cao nhưng tốc độ xử lý của bể UASB thấp nên cần cải tiến để gia tăng tốc độ xử lý
2.4.2 Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam
a) Kết hợp hoá lý – sinh học:
Các ứng dụng VSV để xử lý màu cho nước thải dệt nhuộm đã được Bộ Công nghiệp nghiên cứu và đề xuất để xử lý nước thải tại nhà máy dệt nhuộm Thành Công, Việt Thắng, Phước Long Hiệu quả xử lý màu cao và BOD đạt 90% Chi phí vận hành tương đối thấp nhưng nếu vận hành không tốt thì đầu ra không đạt tiêu chuẩn thải
Hình 2.8 Sơ đồ công nghệ Hoá lý – Sinh học
Trang 39b) Công nghệ hiếu khí – hoá lý:
Công nghệ này giúp giảm thiểu lượng hoá chất sử dụng cho quá trình keo tụ khử màu vì bùn sinh học có thể hấp phụ màu Đồng thời chất hữu cơ có thể phân huỷ sinh học giảm đáng kể trong công đoạn sinh học dẫn đến lượng hoá chất keo tụ giảm hẳn đi Hiệu suất xử lý khá cao, hoá chất sử dụng giảm đi so với công nghệ Hoá lý – Sinh học nhưng đôi lúc khi màu nhuộm đậm thì nước thải đầu ra không đáp ứng TCVN Công nghệ này được áp dụng tại nhà máy dệt nhuộm: Sài Gòn Jubo, Dệt Tân Tiến, Daewon, Dệt len Bình Lợi…
c) Công nghệ Hoá lý – kỵ khí – hiếu khí– hồ sinh thái:
Công nghệ này được áp dụng tại Nhà máy xử lý nước thải tập trung Khu Công nghiệp Long Thành Nước thải tập trung tại nhà máy này 80% là nước thải dệt nhuộm Qua hệ thống xử lý này nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn xả thải vào rạch Bà Chèo
Một số công trình xử lý do Trung tâm Công nghệ Môi trường CEFINEA (Trường ĐHBK TP.HCM) thiết kế, thi công và vận hành:
§ Trạm xử lý nước thải của công ty TNHH Hoàng Việt (Khu chế xuất Tân Thuận TP HCM): Kỵ khí – Hiếu khí tiếp xúc – Keo tụ tạo bông – Lắng – Khử trùng
§ Trạm xử lý nước thải của Công ty liên doanh dệt lụa tơ tằm VIKOTEX (Thị xã Bảo Lộc – Tỉnh Lâm Đồng): Điều hòa – Sinh học tiếp xúc – Keo tụ - Lắng
2.4.3 Đánh giá các công nghệ xử lý nước thải ngành dệt nhuộm và đề xuất công nghệ mới phù hợp
Từ việc khảo sát các công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm trên thế giới và
ở Việt Nam có thể rút ra những nhận xét sau:
Trang 40+ Trên thế giới đã áp dụng nhiều công nghệ mới tiên tiến, nhưng các công nghệ này chưa được áp dụng nhiều trong thực tế vì giá thành cao, quy trình vận hành rất chặt chẽ và còn nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu tiếp để hoàn thiện
+ Ở Việt Nam, tại những cơ sở dệt nhuộm quy mô nhỏ, có lưu lượng nước thải nhỏ hơn 50m3/ngày, công nghệ keo tụ - lắng – lọc từng mẻ thường được sử dụng do phù hợp với điều kiện mặt bằng nhỏ của các cơ sở Tuy vậy nồng độ chất
ô nhiễm sau khi xử lý thường không đạt tiêu chuẩn thải quy định của Việt Nam Ở những nhà máy quy mô vừa và lớn, nhiều công nghệ khác nhau được áp dụng như hóa lý – sinh học hiếu khí, sinh học hiếu khí – hóa lý kết hợp với lắng và lọc Mặc dù giá thành xử lý của các công nghệ này khá cao (5.000 ÷10.000đ/m3 nước thải) nhưng ở nhiều nhà máy, nước thải sau xử lý vẫn có màu, không đạt được tiêu chuẩn TCVN 6984 – 2001
Như vậy, thực tiễn cho thấy cần tiến hành nghiên cứu một quy trình công nghệ mới để xử lý nước thải dệt nhuộm, vừa đảm bảo phù hợp với mặt bằng nhỏ hẹp của các cơ sở, các nhà máy, giá thành xử lý vừa phải và đạt tiêu chuẩn thải của Việt Nam
2.5 LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KỴ KHÍ
2.5.1 Bản chất và phân loại các quá trình xử lý kỵ khí
a Bản chất:
Trong tự nhiên có một số loài vi khuẩn có khả năng phân huỷ các chất hữu
cơ trong điều kiện kỵ khí như methanosaeta, methanosarcina, methanobacterium, methanobrevibacter, methanothrix… (Zehnder, 1988) Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí là khí methane CH4 và khí carbonic CO2 theo sơ đồ phân huỷ hữu cơ tổng quát được trình bày ở hình dưới đây