các phương pháp giảm thiểu ô nhiễm và công nghệ xử lý nước thải thuộc da

trình bày các phương pháp giảm thiểu ô nhiễm và công nghệ xử lý nước thải thuộc da

Chương 3 : Các Phương Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Thuộc Da CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỘC DA 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM THUỘC DA Thể tích nước thải và tải lượng ô nhiễm có thể giảm thiểu bằng cách :  Giảm đến mức tối thiểu lượng nước sử dụng trong ngành thuộc da ( do đó lượng nước thải giảm theo ) o Sử dụng thùng chứa có thể tích thích hợp để tránh nước chảy tràn. o Lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng để thu thập và xác đònh việc dùng nước qua mỗi công đoạn. Điều này giúp giám sát được chỗ nào dùng nước quá nhiều. o Cơ khí hóa đối với các bể châm hóa chất và bể làm đầy nước. o Sử dụng dòng nước rửa ngược nghóa là nước rửa thiết bò có thể tuần hoàn sử dụng cho công đoạn hồi tươi, rửa da. Nước dùng trong hồi tươi không nên thay mới liên tục mà nên tái dùng lại nước hồi từ đợt trước để dùng cho đợt sau ( dùng đến khi nước quá bẩn và phải thải bỏ ). o Tránh sử dụng quá nhiều đến mức dư thừa lượng nước dùng cho việc rửa da.  Giảm lượng sulfide S 2- trong công đoạn ngâm vôi tẩy lông Sulfide có thể làm phát sinh khí H 2 S có mùi trứng thối gây khó chòu và ảnh hưởng đến hệ hô hấp. Nó có thể gây độc cao và ảnh hướng xấu đến sức khỏe con người dù ở liều lượng tương đối thấp. Do đó việc giảm thiểu lượng sulfide S 2- là điều cần được xem xét. Chúng ta có thể sử dụng các enzyme thay thế trong quá trình tẩy lông và chúng không đắt hơn sulfide.  Tái sinh hoặc tái sử dụng dung dòch vôi Trong quá trình tẩy lông, da được ngâm trong vôi ( có chứa Na 2 S ). Thường thì lượng vôi đã được dùng sẽ được đem thải bỏ. Nếu muốn tái sử dụng thì nước tuần Trang 18 Chương 3 : Các Phương Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Thuộc Da hoàn cần qua hệ thống lưới chắn và lắng cặn ( để loại lông vụn và các rẻo da ) sau đó cần bổ sung thêm vôi, Na 2 S để đảm bảo nồng độ đầy đủ. Do đó lượng sulfide trong nước thải sẽ giảm. Dung dòch vôi có thể tuần hoàn nhiều lần ( 10 đến 20 lần ) và qua đó có thể tiết kiệm được 26% Na 2 S và 40% vôi cũng như 50% nước. Điểm bất lợi của phương pháp này là nước thải giai đoạn ngâm vôi sẽ có COD tăng cao chưa kể có mùi nặng. Tuy nhiên nó lại có thuận lợi là : dễ vận hành, không có thay đổi nhiều trong qui trình thuộc da và không ảnh hưởng xấu đến chất lượng da thành phẩm.  Tẩy vôi với CO 2 ( thay vì dùng các muối amoni ) Sau tẩy lông cần điều chỉnh pH để tạo điều kiện cho da dễ thuộc bằng cách dùng muối amoni và acid sulfuric loãng. Do đó giai đoạn khử vôi phát sinh nhiều khí NH 3 làm hại đến mắt, mũi và phổi. Hỗn hợp amoni trong nước thải gây độc cho cá và phải được xử lý trước khi thải bỏ. Vì vậy ta cần kiểm soát việc sử dụng muối amoni để tránh các tác động đến môi trường. Ta có thể dùng CO 2 để khử vôi thay cho phương pháp cũ. CO 2 sẽ phản ứng với vôi tạo thành đá vôi. Cách này thích hợp cho da đã được xẻ mỏng ( dày không quá 3mm ). Tuy nhiên phương pháp này có nhiều bất lợi : giá thành cao, thời gian khử vôi lâu, phát thải khí H 2 S do pH thấp. Vì vậy ta nên cho thêm H 2 O 2 vào để oxy hóa sulfide tránh gây mùi.  Giảm Cr 3+ trong dòng ra o Tận dụng tối đa lượng crôm để thuộc bằng cách dùng thêm các chất trợ thuộc như Feliderm CS. Bằng cách này lượng crôm dư sẽ không nhiều, do đó lượng crôm trong nước thải sẽ giảm đi. Tuy nhiên việc sử dụng các chất trợ thuộc có cấu tạo phức tạp sẽ gây khó khăn trong quá trình xử lý crôm, chưa kể sẽ gây ảnh hưởng đến chất lượng da nếu không giám sát tốt qui trình hoạt động. o Tái sử dụng dòch thuộc : tận dụng dòch thuộc của mẻ trước cho mẻ sau có bổ sung thêm hóa chất và chất thuộc. Trang 19 Chương 3 : Các Phương Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Thuộc Da o Tái sinh dòch thuộc : bổ sung các chất có tính kiềm như Na 2 CO 3 , NaOH, MgO … vào dòch thuộc để tạo kết tủa Cr(OH) 3 , sau đó qua lắng gạn và thu được cặn Cr(OH) 3 . Cặn này được bổ sung vào bể ở cuối giai đoạn làm xốp. Các acid trong dung dòch làm xốp sẽ hòa tan Cr(OH) 3 . Như vậy sẽ làm giảm lượng crôm cần thiết cho công đoạn thuộc. Phương pháp này hiệu quả cao ( trên 90% ), dễ vận hành và không ảnh hưởng đến chất lượng da. o Cách khác : dòch thuộc crôm dư cùng với nước rửa được bổ sung các chất kiềm để tạo kết tủa và lắng cặn, sau đó bùn lắng đem đi lọc ép. Bã lọc được hòa tan trong H 2 SO 4 và tạo thành muối crôm (III). Muối này được sử dụng như chất thuộc mới cho công đoạn thuộc. o Thay thế crôm bằng các tác nhân hóa học khác Nhôm, zirconium, titanium và muối sắt (II) có thể được dùng để thay thế crôm. Nhưng chất lượng da sẽ không được tốt như thuộc bằng crôm do da không được mềm mại và mỏng. Ngoài ra da thuộc crôm còn chòu được sức nóng tốt trong khi các tác nhân khác thì không thích hợp cho ngành công nghiệp da giày. Thuận lợi của việc dùng các chất thay thế chỉ là có thể thải bỏ các chất thải rắn không chứa crôm ra các bãi rác mà không cần qua xử lý hoặc có thể dùng làm phân bón, lợp mái nhà, vật dùng bằng da khác. 3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỘC DA Nhìn chung nước thải thuộc da phức tạp do đặc tính của nó là hợp bởi các dòng thải có tính chất khác nhau ( dòng mang tính acid, dòng mang tính kiềm ) nên các chất ô nhiễm trong dòng thải có thể phản ứng với nhau gây khó khăn cho quá trình xử lý. Nước thải thuộc da là loại nước thải công nghiệp chứa nhiều chất ô nhiễm: các chất hữu cơ ( protein tan, lông, thòt … được tách ra từ các thành phần của da ) ; các hóa chất sử dụng trong tiền xử lý da, thuộc da và hoàn thiện da. Vì vậy chúng ta cần phải phân dòng thải trước khi xử lý chung, cụ thể là tách riêng dòng thải ngâm vôi chứa sulfide và dòng thải thuộc da chứa crôm. Trang 20 Chương 3 : Các Phương Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Thuộc Da Bên cạnh đó ta còn phải kết hợp xử lý bằng hóa – lý ( chủ yếu ta sẽ dùng phương pháp keo tụ – tạo bông ) để loại bỏ phần lớn hàm lượng cặn lơ lửng còn khá cao trong nước thải mà chúng có thể sẽ ảnh hưởng đến các công trình xử lý sinh học ở phía sau như bể Aerotank. Có như vậy thì hiệu quả xử lý mới cao và nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn cho phép. 3.2.1 Xử lý nước thải chứa sulfide S 2-  Oxy hóa S 2- với xúc tác là muối Mn 2+ kết hợp với sục khí Nước thải chứa sulfide sẽ được đưa vào bể chứa, sau đó ta thêm vào một lượng muối Mn 2+ thích hợp cùng kết hợp với việc thổi khí. S 2- sẽ bò oxy hóa thành thiosulfate, sulfite, sulfate ( là những chất ít hoạt động hơn sulfide ). Thời gian thổi khí khoảng 6 – 12 h với tỉ lệ 1 m 3 không khí / phút. m 3 nước thải hay tương đương 20 m 3 / giờ. m 2 mặt nước trong bể oxy hóa có độ sâu từ 4 – 6 m. Lượng muối MnSO 4 khoảng 50 – 100 g / m 3 nước thải. Ta có thể sử dụng máy sục khí bề mặt hoặc máy thổi khí. Bể oxy hóa nên lắp đặt hệ thống cào bùn bên dưới để loại bỏ các cặn lắng. Ngoài ra trong suốt quá trình oxy hóa khí H 2 S, NH 3 sẽ thoát ra gây ô nhiễm về mùi. Vì vậy cần thiết phải phủ kín bể oxy hóa và xử lý khí bằng cách sử dụng quạt hút cho qua hệ thống lọc tinh. Lượng khí sinh ra khoảng 1.5 m 3 /giờ. m 2 nước mặt. Chú ý : nếu pH < 8 sẽ sinh ra khí H 2 S có thể gây chết người và động vật ở nồng độ 2000 ppm. Nếu pH > 10 sẽ sinh ra khí NH 3 . Vì vậy cách tốt nhất là kiểm soát giá trò pH trong khoảng 9 – 10.  Oxy hóa S 2- bằng H 2 O 2 Phương pháp này khử S 2- rất hiệu quả với chi phí xây dựng không lớn nhưng chi phí cho việc dùng H 2 O 2 là hơi cao. Vì vậy nó chỉ thích hợp cho các cơ sở nhỏ với việc thải bỏ nước thải ngâm vôi 1 – 2 lần trong tuần. Với cách này sulfide sẽ bò oxy hóa thành sulfur ở pH < 8. Nếu pH > 8 thì nó sẽ chuyển thành sulfate và việc này tốn hóa chất Trang 21 Chương 3 : Các Phương Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Thuộc Da gấp 3 lần. Do đó cần lưu ý điều chỉnh pH để kinh tế hơn. Chúng ta cần khoảng 200 mg/l H 2 O 2 để khử S 2- có nồng độ từ 100 – 300 mg/l.  Khử S 2- bằng cách cho kết tủa với muối sắt Cách này cũng hiệu quả do chi phí hóa chất rẻ, nhưng gây mùi và nước thải có độ màu cao. Chưa kể nó còn đòi hỏi nhiều hóa chất và phát sinh ra một lượng bùn lớn đòi hỏi phải xử lý chứ không thể dùng làm phân bón. 3.2.2 Xử lý nước thải chứa crôm Phương pháp đơn giản và thường được sử dụng nhất là kết tủa Cr 3+ bằng dung dòch kiềm sau đó đem thải bỏ hoặc tái sử dụng tùy yêu cầu. Ta có thể dùng CaO, Na 2 CO 3 , NaOH để xử lý crôm tuy nhiên không nên dùng MgO do giá thành cao và kết tủa Cr 3+ khó có thể tái sử dụng lại được. Để kết tủa Cr(OH) 3 lắng nhanh có thể nâng pH lên 8.5 và cho thêm chất điện phân hoặc FeCl 2 . Lúc đó hiệu quả lắng do việc xử lý bằng hóa lý có thể lên đến 98%. Bùn lắng có chứa Cr(OH) 3 được đem đi xử lý trước khi đổ bỏ. 3.2.3 Xử lý hàm lượng cặn lơ lửng bằng phương pháp keo tụ – tạo bông Phương pháp hiệu quả để loại bỏ cặn lơ lửng và thường được áp dụng trong ngành công nghiệp thuộc da là phương pháp keo tụ – tạo bông. Khi cho chất keo tụ vào nước thải, các hạt keo trong nước thải bò mất tính ổn đònh, tương tác với nhau, kết cụm lại hình thành các bông cặn lớn và dễ lắng. Để thực hiện quá trình keo tụ ta cho vào nước các chất keo tụ thích hợp như: phèn nhôm và phèn sắt trong đó chủ yếu là sunfat nhôm Al 2 (SO 4 ) 3 và clorua sắt FeCl 3 ( chúng thường được đưa vào nước thải dưới dạng dung dòch hòa tan ). Ưu điểm của loại phèn kể trên là chúng có khả năng tạo ra hệ keo kò nước và khi keo tụ thì tạo ra bông cặn có bề mặt hoạt tính phát triển cao, có khả năng hấp thụ, dính kết các tạp chất và keo làm bẩn nước. Trang 22 Chương 3 : Các Phương Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Thuộc Da Thí nghiệm Jartest là loại thí nghiệm qui mô phòng thí nghiệm được sử dụng rộng rãi trong các trạm xử lý nước thải nhằm mục đích xác đònh lượng phèn tối ưu và giá trò pH tối ưu của quá trình keo tụ – tạo bông. Ngoài ra nó còn có thể cho biết thêm về tốc độ kết cụm theo khuấy trộn, đặc tính lắng của bông cặn … 3.2.3.1 Cách tiến hành thí nghiệm  Xác đònh hàm lượng phèn tối ưu Lấy 400 ml mẫu nước thải cho vào mỗi cốc 1000 ml, sau đó đặt các cốc vào thiết bò Jartest. Trong thí nghiệm này ta cố đònh giá trò pH = 7 ( bằng cách thêm acid hoặc kiềm) và thay đổi liều lượng phèn nhôm 5% vớiù các nồng độ khác nhau là 1200, 1500, 1800, 2000, 2400 tương ứng với 5 cốc 400 ml chứa nước thải ở trên. Mở các cánh khuấy quay ở tốc độ 120 vòng/phút trong 1 phút, sau đó quay chậm trong 15 phút ở tốc độ 20 vòng/phút. Tắt máy khuấy, để lắng tónh 30 phút. Sau đó lấy mẫu nước lắng ( lớp nước ở phía trên ) phân tích các chỉ tiêu COD, SS. Liều lượng phèn tối ưu là liều lượng ứng với mẫu có COD, SS thấp nhất.  Xác đònh giá trò pH tối ưu Lấy 400 ml nước thải cho vào mỗi cốc 1000 ml. Trong thí nghiệm này ta cố đònh lượng phèn = 1800 mg/L và thay đổi pH với các giá trò là 5.5 ; 6 ; 6.5 ; 7 ; 7.5. Đưa 5 cốc vào giàn Jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 120 vòng/ phút trong 1 phút. Sau đó cho quay chậm trong 15 phút ở tốc độ 20 vòng / phút. Tắt máy khuấy, để lắng tónh 30 phút. Sau đó lấy mẫu nước lắng ( lớp nước ở phía trên ) phân tích các chỉ tiêu COD, SS. Giá trò pH tối ưu là giá trò ứng với mẫu có COD, SS thấp nhất. 3.2.3.2 Kết quả và nhận xét  Xác đònh hàm lượng phèn nhôm tối ưu khi pH = 7 - Cố đònh pH = 7 - Thay đổi hàm lượng phèn từ 1200 mg/L đến 2400mg/L. Kết quả được trình bày trong bảng 3.1 và đồ thò biểu diễn nồng độ COD, SS khi hàm lượng phèn thay đổi được trình bày trong hình 3.1 và 3.2 Trang 23 Chương 3 : Các Phương Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Thuộc Da Bảng 3.1 – Kết quả thí nghiệm xác đònh hàm lượng phèn nhôm tối ưu tại pH = 7 STT 1 2 3 4 5 6 Liều lượng phèn, mg/L 0 1200 1500 1800 2000 2400 pH 7.2 7 7 7 7 7 COD, mg/L 3250 1568.13 1351.35 1225.25 1144 1236.95 % khử COD 0 51.75 58.42 62.3 64.8 61.94 SS, mg/L 2954 257 191.12 105.16 144.75 169.56 % khử SS 0 91.3 93.53 96.44 95.1 94.27  Xác đònh giá trò pH tối ưu khi sử dụng phèn nhôm 5% - Cố đònh hàm lượng phèn nhôm ban đầu là 1800 mg/L - Thay đổi giá trò pH từ 5.5 – 7.5 Kết quả được trình bày trong bảng 3.2 và đồ thò biểu diễn nồng độ COD, SS khi giá trò pH thay đổi được trình bày trong hình 3.3 và 3.4 Bảng 3.2 – Kết quả thí nghiệm xác đònh giá trò pH tối ưu khi sử dụng phèn nhôm STT 1 2 3 4 5 6 pH 7.2 5.5 6 6.5 7 7.5 Liều lượng phèn, mg/L 0 1800 1800 1800 1800 1800 COD, mg/L 3250 1446.9 1594.5 1390.7 1284.4 1329.3 % khử COD 0 55.48 50.94 57.21 60.48 59.1 SS, mg/L 2954 248.1 222.4 150.7 115.2 191.1 % khử SS 0 91.6 92.47 94.9 96.1 93.53 Trang 24 Chương 3 : Các Phương Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Thuộc Da Nhận xét : ta nhận thấy hàm lượng phèn tối ưu nằm trong khoảng 1800 – 2000 mg/L. Với lượng phèn khoảng 1800 mg/L thì giá trò SS thấp nhất trong khi với giá trò 2000 mg/L thì giá trò COD thấp nhất. Vậy ta sẽ chọn lượng phèn tối ưu là 1800 mg/L vì tốn ít hóa chất hơn mà hiệu quả khử SS lại cao hơn ( SS là chỉ tiêu mà ta phải quan tâm trước khi dẫn nước thải đến các công trình xử lý sinh học phía sau ). Khi đó giá trò pH tối ưu sẽ nằm trong khoảng từ 6.5 – 7.0 0 300 600 900 1200 1500 1800 0 1000 2000 3000 Hàm lượng phèn, mg/l Nồng độ COD và SS, mg/l COD SS Hình 3.1 – Đồ thò biểu diễn nồng độ COD và SS khi hàm lượng phèn thay đổi 0 25 50 75 100 0 100020003000 Hàm lượng phèn, mg/l Hiệu quả khử COD và SS, % %COD %SS Hình 3.2 – Đồ thò biểu diễn hiệu quả khử COD và SS khi hàm lượng phèn thay đổi Trang 25 Chương 3 : Các Phương Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Thuộc Da 0 300 600 900 1200 1500 1800 02468 pH Nồng độ COD và SS, mg/l COD SS Hình 3.3 – Đồ thò biểu diễn nồng độ COD và SS khi pH thay đổi 0 25 50 75 100 125 02468 pH Hiệu quả khử COD và SS, % %COD %SS Hình 3.4 – Đồ thò biểu diễn hiệu quả khử COD và SS khi pH thay đổi Trang 26 Chương 3 : Các Phương Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Thuộc Da 3.3 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỘC DA Việc lựa chọn qui trình công nghệ xử lý nước thải phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Trong giới hạn của luận văn ta không thể khảo sát được điều kiện đòa chất, thủy văn, khí hậu tại khu vực dự kiến xây dựng trạm xử lý nước thải cũng như chi phí đầu tư ban đầu mà chỉ có thể chú ý xem xét các yếu tố cơ bản sau :  Công suất của trạm xử lý.  Thành phần và đặc tính của nước thải.  Mức độ cần thiết xử lý nước thải.  Tiêu chuẩn xả nước thải vào các nguồn tiếp nhận tương ứng.  Phương pháp xả cặn.  Điều kiện mặt bằng, diện tích khu vực xây dựng trạm xử lý nước thải.  Chi phí đầu tư.  Chi phí vận hành.  Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác. Ngoài ra cần lưu ý các công trình đơn vò xử lý nước thải được bố trí sao cho nước thải có thể tự chảy từ công trình này đến công trình tiếp theo để giảm chi phí sử dụng bơm chuyển tiếp. Do tính chất đặc trưng của nước thải ngành thuộc da nên tách dòng xử lý riêng từng loại trước khi nhập chung vào bể điều hòa để xử lý sinh học. Sau đây sẽ là đề xuất về công nghệ xử lý nước thải thuộc da của công ty Đặng Tư Ký và có thể nó sẽ thích hợp với điều kiện hiện tại của công ty. Trang 27 . 5 6 Liều lượng phèn, mg/L 0 120 0 1500 1800 2000 2400 pH 7.2 7 7 7 7 7 COD, mg/L 3250 1568.13 1351.35 122 5.25 1144 123 6.95 % khử COD 0 51.75 58.42. nồng độ khác nhau là 120 0, 1500, 1800, 2000, 2400 tương ứng với 5 cốc 400 ml chứa nước thải ở trên. Mở các cánh khuấy quay ở tốc độ 120 vòng/phút trong