Thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp fenton điện hóa

Đồ án môn học chuyên ngành MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Đình Dương Page Đồ án môn học chuyên ngành MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường vấn đề quốc gia quan tâm Làm để phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường đề cấp thiết Trong trình công nghiệp hóa, đại hóa đất nước kinh tế Việt Nam có bước khởi sắc, đời sống người dân cải thiện đáng kể Trình độ khoa học kỹ thuật ngày phát triển, thêm vào công nghiệp thải môi trường lượng lớn chất thải ô nhiễm môi trường đất, nước không khí Đặc biệt ngành luyện kim, hóa chất, giấy, dệt nhuộm,… Dệt nhuộm ngành mũi nhọn kinh tế nước ta Trong năm gần ngành dệt nhuộm có bước phát triển đáng kể chất lượng lẫn sản phẩm Tuy nhiên ngành dệt nhuộm ngành gây ô nhiễm nặng nề cho môi trường đặc biệt môi trường nước Đặc trưng ngành sử dụng lượng nước lớn nên nước thải môi trường chiếm phần đáng kể Nước thải dệt nhuộm có chứa lượng lớn COD, BOD, SS, độ màu cao… Chính mà việc xử lý nước thải dệt nhuộm không đơn giản đặc biệt đối vơi thuốc nhuộm hoạt tính Mặc dù nhà máy, sở dệt nhuộm đề có hệ thống sử lý nước thải chưa đạt tiêu chuẩn thải Hiện có nhiều phương pháp áp dụng keo tụ, phân hủy sinh học, hấp phụ… chưa giải triệt để vấn đề ô nhiễm nước ngành dệt nhuộm Vì thế, vấn đề đặt cần phải có phương phá xử lý nước thai dệt nhuộm hiệu oxy hóa nâng cao, điện hóa… Đã có nhiều nghiên cứu phương pháp hiệu phương pháp tính cấp thiết đề tài Vì việc thực đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp Fenton điện hóa” cần thiết nhằm giảm tải lượng chất ô nhiễm độ màu nước thải ngành dệt nhuộm SVTH: Nguyễn Đình Dương Page Đồ án môn học chuyên ngành CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM VÀ CÁC VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG I Hiện trạng ngành dệt nhuộm nước ta Ngành công nghiệp dệt may có lịch sử lâu đời ngành phát triển từ sớm góp phần không vào việc đáp ứng nhu cầu ngày cao người bên cạnh giá trị kinh tế, ngành dệt nhuộm góp phần giải công ăn việc cho lượng lớn lao động, thực hiên chuyển dịch cấu kinh tế theo hướng công nghiệp hóa Trong năm gần ngành công nghiệp có bước phát triển đáng kể Hiện ngành dệt may nước ta có 1000 doanh nghiệp, khoảng 230 doanh nghiệp nhà nước (chiếm 28%), 450 doanh nghiệp quốc doanh (42%), 250 doanh nghiệp có vốn đầu tư nước (30%) với số lao động triệu người Trong năm gần trình độ công nghệ nành dệt may Việt Nam cải thiện đáng kể, số đơn vị doanh nghiệp sản xuất đạt trình độ công nghệ tiên tiến giới Thị trường mở rộng góp phần thúc đẩy tăng trưởng nhanh kim ngạch xuất Theo thống kê ngành dệt may Việt Nam, Kim ngạch sản phẩm nhuộm sang thị trường EU tháng đầu năm 2004 đạt 360 triệu USD, chiếm 18% tổng kim ngạch xuất khẩu, riêng xuất sang 15 nước thành viên EU cũ đạt 320 triệu USD, tăng 50% so với kỳ năm trước Hiện hang dệt may Việt Nam có mặt 100 nước chủ yếu tập trung vào ba thị trường EU, Nhật Bản, Mỹ Bên cạnh thành tích, ngành dệt nhuộm nước ta gặp nhiều khó khăn, chủ yếu lực thiết bị Hiện toàn ngành dệt tỷ lệ đổi thiết bị đạt 7%, thấp so với nước khu vực (2025%) Mặt khác, thiết bị ngành dệt nhuộm tình trạng xuống cấp nghiêm trọng Công nghệ thiết bị lạc hậu dẫn đến tiêu hao nguyên vật liệu lớn Vấn đề gây tác động tiêu cực đến môi trường Ngành dệt nhuộm ngành công nghiệp đa sản phẩm, áp dụng nhiều quy trình sản xuất khác nhau, sử dụng nhiều chủng loai nguyên vật liệu, hóa chất Nước thải dệt nhuộm, đặc biệt nước thải từ công đoạn nhuộm, nấu có độ màu độ ô nhiễm cao, SVTH: Nguyễn Đình Dương Page Đồ án môn học chuyên ngành chứa chất hữu khó phân hủy, có tính độc cao sinh vật người Do vậy, xử lý nước thải sở dệt nhuộm ngày trỏ thành vấn đề cấp thiết II Các trình công nghệ dệt nhuộm Thông thường công nghệ dệt - nhuộm gồm ba trình bản: kéo sợi, dệt vải xử lý (nấu tẩy), nhuộm hoàn thiện vải Trong chia thành công đoạn sau: Làm nguyên liệu: nguyên liệu thường đóng dạng kiện thô chứa sợi bong có kích thước khác với tạp chất tự nhiên bụi, đất, hạt, cỏ rác… Nguyên liệu thô đánh tung, làm trộn Sau trình làm sạch, thu dạng phẳng Chải: sợi chải song song tạo thành sợi thô Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: tiếp tục kéo thô máy sợi để giảm kích thước sợi, tăng độ bền quấn sợi vào ống sợi thích hợp cho việc dệt vải Sợi ống nhỏ đánh ống thành to để chuẩn bị dệt vải Tiếp tục mắc sợi dồn qua ống để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi Hồ sợi dọc: hồ sợi hồ tinh bột tinh bột biến tính để tạo màng hố bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn độ bóng sợi để tiến hành dệt vải Ngoài dùng loại hồ nhân tạo polyvinylalcol PVA, polyacrylat,… Dệt vải: kết hợp sợi ngang với sợi dọc mắc thành hình vải mộc Giũ hồ: tách thành phần hồ bám vải mộc phương pháp enzyme (1% enzym, muối chất ngấm) axit (dung dịch axit sunfuric 0.5%) Vải sau giũ hồ giặc nước, xà phòng, xút, chất ngấm đưa sang nấu tẩy Nấu vải: Loại trừ phần hồ lại tạp chất thiên nhiên dầu mỡ, sáp… Sau nấu vải có độ mao dẫn khả thấm nước cao, hấp thụ hóa chất, thuốc nhuộm cao hơn, vải mềm mại đẹp Vải nấu dung dịch kiềm chất tẩy giặt áp suất cao (2 - at) nhiệt độ cao (120 - 130oC) Sau đó, vải giặt nhiều lần SVTH: Nguyễn Đình Dương Page Đồ án môn học chuyên ngành Làm bóng vải: mục đích làm cho sợi cotton trương nở, làm tăng kích thước mao quản phần tử làm cho xơ sợi trở nên xốp hơn, dễ thấm nước hơn, bóng hơn, tăng khả bắt màu thuốc nhuộm Làm bóng vải thông thường dung dịch kiềm dung dịch NaOH có nồng độ từ 280 đến 300g/l, nhiệt độ thấp 10 - 20oC sau vải giặt nhiều lần Đối với vải nhân tạo không cần làm bóng Tẩy trắng: mục đích tẩy màu tự nhiên vải, làm vết bẩn, làm cho vải có độ trắng yêu cầu chất lượng Các chất tẩy thường dùng natri clorit NaClO2, natri hypoclorit NaOCl hyrdo peroxyte H2O2 với chất phụ trợ Trong vải dùng loại chất tẩy H2O2, NaOCl hay NaClO2 Nhuộm vải hoàn thiện: mục đích tạo màu sắc khác vải Thường sử dụng loại thuốc nhuộm tổng hợp với hợp chất trợ nhuộm để tạo gắn màu vải Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải, vào nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố công nghệ nhuộm, loại vải cần nhuộm, độ màu yêu cầu,… Thuốc nhuộm dịch nhuộm dạng tan hay dạng phân tán Quá trình nhuộm xảy theo bước: - Di chuyển phân tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi - Gắn màu vào bề mặt sợi - Khuyết tán màu vào sợi, trình xảy chậm trình - Cố định màu sợi In hoa tạo vân hoa có nhiều màu vải trắng vải màu, hồ in hỗn hợp gồm loại thuốc nhuộm dạng hòa tan hay pigment dung môi Các lớp thuốc nhuộm cho in pigment, hoạt tính, hoàn nguyên, azo không tan indigozol Hồ in có nhiều loại hồ tinh bột, dextrin, hồ alginat natri, hồ nhũ tương hay hồ nhũ hóa tổng hợp Sau nhuộm in, vải giặt lạnh nhiều lần Phần thuốc nhuộm không gắn vào vải hóa chất vào nước thải Văng khổ, hoàn tất vải với mục đích ổn định kích thước vải, chống nhàu ổn định nhiệt, sử dụng số hóa chất chống màu, chất làm mềm hóa chất metylic, axit axetic, formaldehit III.Một số đặc điểm công nghệ nhuộm Thuốc nhuộm phân loại SVTH: Nguyễn Đình Dương Page Đồ án môn học chuyên ngành Như biết, từ trước có thuốc nhuộm tổng hợp, người biết sử dụng thuốc nhuôm thiên nhiên để nhuộm vải Các màu thiên nhiên có độ bền màu giặt độ bền màu với ánh sáng thấp Vì ngày hầu hết thuốc nhuôm thiên nhiên thay thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm bật thuốc nhuộm có độ bền màu – tính chất không bị phân hủy điều kiện, tác động khác môi trường Hiện nay, thuốc nhuộm chia thanhg nhiều loại khác nhau, đa dạng phong phú Tuy nhiên vó thể chia thành loại sau: Phân loại theo mục đích sử dụng - Thuốc nhuộm trực tiếp: Là thuốc nhuộm có đặc tính anion, có khả tự nhuộm với xơ sợi xenlulo Trong màu thuốc nhuộm trực tiếp có 70% cấu trúc azo không kim loại hóa Còn tính tổng thuốc nhuộm trực tiếp có tới 92% thuộc lớp hóa học azo (phức kim loại không kim loại) - Thuốc nhuộm phân tán: Là loại thuốc nhuộm không tan nước (do không chứa nhóm –SO3Na, -COONa), phân tử nhỏ, sản xuất dạng bột mịn, độ phân tán cao Nhưng có khả hòa tan tới mức độ dung dịch chất hoạt động bề mặt nhiệt độ quy định Tính theo phân bổ lớp hóa học cho thấy 59% thuốc nhuộm phân tán có cấu trúc azo, 32% antraquinon, lại lớp hóa học khác - Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Là hợp chất màu không tan nước, chứa hai hay nhiều nhóm xeton Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc lớp hóa học antraquinon Trong Colour Index có phân nhóm gọi thuốc nhuộm hoàn nguyên tan Đó muối natri este axit sunphuric thuốc nhuộm hoàn nguyên gốc (R=C-O-SO3Na), hòa tan dễ dàng nước - Thuốc nhuộm hoạt tính: Là thuốc nhuộm anion tan, có khả phản ứng hóa học với xơ sợi điều kiện áp dụng định, tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi Đặc điểm cấu tạo thuốc nhuộm có hay nhiều nhóm hoạt tính khác Các nhóm hoạt tính quan trọng vinylsunfon, halotriazin halopirimiđin SVTH: Nguyễn Đình Dương Page Đồ án môn học chuyên ngành Ngoại trừ nhóm mang màu antraquinon, đioxanzin phtaloxianin có màu xanh – xanh trì tất màu lại có 95% thuốc nguộm azo cấu trúc thuốc nhuộm hoạt tính - Thuốc nhuộm lưu hóa: Tất thuốc nhuộm lưu hóa chứa nhóm ddissunfua đặc trưng Thuốc nhuộm lưu hóa (D-S-S-D) chuyển sang dạng tan (leuco: D-S) nhờ trình khử Thuốc nhuộm lưu hóa áp dụng để nhuộm vật liệu xenlulo thông qua ba giai đoạn (khử hòa tan, hấp thụ vào xơ sơi, oxy hóa trở lại) giống thuốc nhuộm hoàn nguyên - Thuốc nhuộm bazơ: Các thuốc nhuộm bazơ truyền thống trước dùng để nhuộm tơ tằm cầm màu tannin Còn thuốc nhuộm bazơ biến tính (phân tử chúng thường đặc trung điện tích dương không định vị - nên gọi thuốc nhuộm cation) dùng nhuộm chủ yếu xơ sợi acrylic Trong màu nhuộm bazơ, lớp hóa học phân bổ sau: azo (43%), metin (17%), triazilmetan (11%), acryđin (7%) Antraquinon (5%), lại lớp khác azin, oxazin, xanten,… - Thuốc nhuộm axit: Là thuốc nhuộm anion tan, đặc trưng khả tự nhuộm với xơ sợi protein Thuốc nhuộm axit màu phức kim loại 1:1 thông thường để nhuộm len dung dịch axit mạnh, thuốc phức kim loại 1:2 dùng môi trường axit yếu Thước nhuộm axit azo (bao gồm azo không kim loại azo phức kim loại) chiếm phần lớn nhất, tới 79% tổng số thuốc nhuộm axit, lại 10% antraquinon, 5% trirylmetan 6% lớp hóa học khác (xanten, azin, phtaloxianin, nitro,…) - Thuốc nhuộm pigment: Có gốc nhóm azoic, hoàn nguyên đa vòng, không tan nước, lực với xơ sợi Trên điểm lại lớp thuốc nhuộm chính, sử dụng phổ biễn nhuộm (và in hoa) vải sợi bông, len, tơ tằm xơ sợi tổng hợp (polieste, poliamit, acrylic) có nước thải dệt nhuộm cần phải xử lý khử màu Còn thuốc nhuộm pigment dùng nhiều, đặc biệt để in hoa vải sợi pha polieste/bông, sau in hoa nhuộm không giặt nên mặt nước thải SVTH: Nguyễn Đình Dương Page Đồ án môn học chuyên ngành Nhu cầu nước nước thải xí nghiệp dệt nhuộm Công nghệ dệt nhuộm sử dụng nước lớn: từ 12 đến 65 lít nước cho mét vải thải từ 10 đến 40 lít nước Nước dùng nhà máy dệt phân bố sau: Sản xuất nước: Làm mát thiết bị: Phun mù khử bụi phân xưởng: Nước dùng công đoạn công nghệ: Nước vệ sinh sinh hoạt: Phòng hỏa cho việc khác: 5.3% 6.4% 7.8% 72.3% 7.6% 0.6% Nước thải từ công nghiệp dệt đa dạng phức tạp, nhu cầu nước cho công nghiệp dệt lớn Từ lượng nước thải từ công nghệ nhiều Hàng len nhuộm, dệt thoi là: 100 - 240 m3/tấn Hàng vải bông, nhuộm, dệt thoi: 50 - 240 m3/tấn, bao gồm: Hồ sợi: 0.02 m3 Nấu, giũ hồ tẩy: 30 - 120 m3 Nhuộm: 50 - 240 m3 Hàng vải in hoa, dệt thoi là: 65 - 280 m3/tấn, bao gồm: Hồ sợi: 0.02 m3 Giũ hồ, nấu tẩy: 30-120 m3 In sấy: 5-20 m3 Giặt: 30-140 m3 Khăn len màu từ sợi polycrylonitrit là: 40-140 m3/tấn, bao gồm: Nhuộm sợi: 30-80 m3 Giặt sau dệt: 10-70 m3 Vải trắng từ polyacrylonitrit là: 20-60 m3 Các chất gây ô nhiễm nước thải dệt nhuộm Nước thải từ xí nghiệp dệt nhuộm phức tạp, bao gồm chất hữu cơ, chất màu chất độc hại cho môi trường Các chất gây ô nhiễm môi trường có nước thải xí nghiệp dệt, nhuộm bao gồm: SVTH: Nguyễn Đình Dương Page Đồ án môn học chuyên ngành - Tạp chất tách từ xơ sợi, dầu mỡ, hợp chất chứa nitơ, chất bẩn dính vào sợi (trung bình 6% khới lượng xơ sợi) - Các hóa chất dùng trình công nghệ: hồ tinh bột, tinh bột biến tính, dextrin, aginat, loại axit, xút, NaOCl, H2O2, soda, sunfit… Các loại thuốc nhuộm, chất phụ trợ, chất màu, chất cầm màu, hóa chất tẩy giặt Lượng hóa chất sử dụng loại vải, loại mầu khác phần dư thừa vào nước thải tương ứng - Đối với mặt hàng len từ lông cừu, nguyên liệu len thô mang nhiều tạp chất (250-600 kg/tấn) chia thành: + 25-30% mỡ (axít béo sản phẩm cất mỡ, lông cừu) + 10-15% đất cát + 40-60% mưối hữu sản phẩm cất mỡ, lông cừu Bảng1.1: Các chất gây ô nhiễm đặc tính nước thải ngành dệt - nhuộm Công đoạn Hồ sợi, giũ hồ Nấu, tẩy Tẩy trắng Làm bóng Nhuộm In Hoàn thiện Chất ô nhiễm nước thải Tinh bột, glucozo, carboxy metyl xelulozo, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo sáp NaOH, chất sáp dầu mỡ, tro, soda, silicat natri xo sợi vụn Hipoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH, AOX, axit… Đặc tính nước thải BOD cao (34-50% tổng sản lượng BOD) Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30% tổng BOD) Độ kiềm cao, chiếm 5%BOD Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1% tổng BOD) Các loại thuốc nhuộm, axitaxetic Độ màu cao, BOD cao muối kim loại (6% tổng BOD), TS cao Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, Độ màu cao, BOD cao dầu mỡ muối kim loại,axit… Vệt tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp, lượng nhỏ NaOH, tạp chất Bảng1.2: Đặc tính nước thải số xí nghiệp Dệt nhuộm Việt Nam SVTH: Nguyễn Đình Dương Page Đồ án môn học chuyên ngành Đặc tính sản phẩm Nước thải pH TS BOD5 COD Độ màu Hàng dệt thoi 394 8-11 400-1000 70-135 150-380 350-600 Đơn vị m3/tấn vải mg/l mg/l mg/l Pt-Co Hàng pha dệt kim 264 9-10 950-1380 90-220 230-500 250-500 Dệt len Sợi 114 420 120-130 400-450 260-300 236 9-11 800-1300 90-130 210-230 Bảng1.2: Nồng độ số chất ô nhiễm nước thải Dệt nhuộm Thành phần pH COD (mg/l) BOD (mg/l) PO43- (mg/l) SO42- (mg/l) Độ màu (Pt-Co) Q (m3/tấn sp) Đặc điểm 2-14 60-5000 20-3000 10-1800 1,5 (h) Tải trọng máng tràn tb Q 500 = =    39,8  m / m.ng 