Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải mực in bao bì tại các nhà máy công nghiệp trên địa bàn tỉnh bình định

633 Bảng 5: Một số loại hóa chất được sử dụng trong quá trình thí nghiệm và phân tích mẫu nước thải..... Hiện nay, Bình Định đã và đang tập trung các nguồn lực đẩy nhanh tốc độ đầu tư xâ

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN 4

LỜI CẢM ƠN 4

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8

MỞ ĐẦU 9

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 9

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 10

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 10

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11

1.4.1 Phương pháp luận 11

1.4.2 Phương pháp thực tế 11

Chương 1 12

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP BAO BÌ MỰC IN 12

1.1 CÔNG NGHỆ BAO BÌ MỰC IN VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM 12

1.1.1 Công nghệ bao bì mực in hiện nay 12

1.1.2 Hiện trạng về ô nhiễm nước thải ngành công nghiệp in 24

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 27

1.2.1 Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý 27

1.2.2 Phương pháp xử lý cơ học 422

1.2.3 Phương pháp xử lý sinh học 43

1.3 HIỆN TRẠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY TNHH CÔ NHƯ 49

1.3.1 Thông tin chung về Công ty TNHH Cô Như 50

1.3.1.1 Giới thiệu sơ lược về công ty 50

1.3.1.2 Quy trình sản xuất 51

1.3.2 Hiện trạng về xử lý nước thải tại Công ty TNHH Cô Như 52

Chương 2 53

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 53

2.1 ĐẶC ĐIỂM NƯỚC THẢI IN BAO BÌ TẠI CÔNG TY TNHH CÔ NHƯ 53

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU NƯỚC THẢI 54

2.2.1 Phân tích chỉ số COD bằng phương pháp đo quang 54

2.2.2 Phân tích chỉ số BOD 55

2.2.3 Phân tích chỉ số SS 61

2.2.4 Phân tích độ màu Pt-Co 63

2.3 HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ 644

2.3.1 Hóa chất sử dụng 644

2.3.2 Dụng cụ, thiết bị phân tích 655

2.4 PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 666

2.4.1 Quy hoạch trực giao cấp I 666

2.4.2 Quy hoạch trực giao cấp II 711

Chương 3 733

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 733

3.1 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY TNHH CÔ NHƯ 733

3.1.1 Thành phần nước thải công ty TNHH Cô Như 733

3.1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải Công ty TNHH Cô Như 744

3.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 777

3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, PAC và thời gian khuấy trộn 777

3.2.2 Thí nghiệm keo tụ 777

3.2.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng chất keo tụ đến hiệu suất xử lý 777

3.2.2.2 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất xử lý 80

3.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy trộn đến hiệu quả xử lý 822 3.3 Xây dựng chế độ công nghệ tối ưu cho quá trình xử lý nước thải Công ty TNHH Cô Như 877

3.3.1 Lập mô hình thống kê mô tả quá trình xử lý bậc I 877

3.3.2 Lập mô hình thống kê quá trình xử lý sinh học 933 3.3.3 Áp dụng chế độ công nghệ tối ưu vào hệ thống xử lý nước thải tại Công

ty TNHH Cô Như 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1044 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1055

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả đưa ra trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào khác

Tác giả

Trần Hữu Khánh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc của mình tới giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Văn Xá – Thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, thí nghiệm và thực hiện luận văn

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm Viện Kỹ thuật Hóa học, cùng các thầy cô giáo trong Bộ môn Quá trình thiết bị – Công nghệ hóa

và thực phẩm, Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này./

Bình Định, tháng 09 năm 2016

Tác giả

Trần Hữu Khánh

PAC : Poly Aluminium Chloride QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

SS : Hàm lượng chất lơ lửng TCCP : Tiêu chuẩn cho phép TNHH : Trách nhiệm hữu hạn VSV : Vi sinh vật

UASB : Upflow Anaerobic Slugle Blanked

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1: Liều lượng phèn nhôm để xử lý nước có độ màu 34

Bảng 2: Độ đục nước và số lượng PAC sử dụng 36

Bảng 3: Đặc trưng nước thải của công ty theo mùa vụ 533

Bảng 4: Thang màu chuẩn 633

Bảng 5: Một số loại hóa chất được sử dụng trong quá trình thí nghiệm và phân tích mẫu nước thải 644

Bảng 6: Dụng cụ, thiết bị phục vụ phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm 655

Bảng 7: Thống kê nhu cầu sử dụng nước tại công ty 733

Bảng 8: Thành phần nước thải của công ty 744

Bảng 9: Ảnh hưởng của hàm lượng chất keo tụ đến hiệu suất xử lý 788

Bảng 10: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu quả xử lý ……… …80

Bảng 11: So sánh kết quả keo tụ với các chất keo tụ khác nhau 822

Bảng 12: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình keo tụ 823

Bảng 13: Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình keo tụ 833

Bảng 14: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy giai đoạn tạo bông đến hiệu quả xử lý 855

Bảng 15: Ảnh hưởng của thời gian khuấy giai đoạn đông tụ đến hiệu quả xử lý 855

Bảng 16: Đặc trưng nước thải đầu vào của công ty 877

Bảng 17: Bảng thống kê số liệu ban đầu 899

Bảng 18: Bảng thiết kế thực nghiệm 90

Bảng 19: Số liệu theo kế hoạch quy hoạch thực nghiệm keo tụ với PAC 90

Bảng 20: Tính chất ma trận kế hoạch 90

Bảng 21: Kết quả đo nhiệt độ và pH của quá trình xử lý kỵ khí 944

Bảng 22: Kết quả xử lý BOD, COD bằng kỵ khí với vật liệu dính bám 955

Bảng 23: Kết quả đo nhiệt độ và pH của quá trình xử lý hiếu khí 977

Bảng 24: Kết quả đo nhiệt độ và pH của quá trình xử lý hiếu khí 988

Bảng 25: Kết quả xử lý BOD, COD bằng sinh học hiếu khí với vật liệu dính bám 999

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1: Cấu tạo hạt keo 32

Hình 2: Cấu tạo phân từ H2O2 399

Hình 3: Quy trình sản xuất của công ty 511

Hình 4: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại công ty TNHH Cô Như 755

Hình 5: Thí nghiệm keo tụ nước thải mực in bao bì với PAC 777

Hình 6: Giá thể vật liệu đệm dạng sợi tơ 944

Hình 7: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải đề xuất cho Công ty TNHH Cô Như 1011

Đồ thị 1: Ảnh hưởng của hàm lượng chất keo tụ đến hiệu suất khử COD 788

Đồ thị 2: Ảnh hưởng của hàm lượng chất keo tụ đến hiệu suất khử độ màu 799

Đồ thị 3: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu quả khử COD 811

Đồ thị 4: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu quả khử độ màu 811

Đồ thị 5: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy giai đoạn phản ứng đông tụ đến hiệu quả xử lý 833

Đồ thị 6: Ảnh hưởng của thời gian khuấy giai đoạn phản ứng đông tụ đến hiệu quả xử lý 844

Đồ thị 7: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy giai đoạn tạo bông đến hiệu quả xử lý 866

Đồ thị 8: Ảnh hưởng của thời gian khuấy giai đoạn tạo bông đến hiệu quả xử lý 866 Đồ thị 9: Sự biến thiên của BOD, COD theo thời gian 966

Đồ thị 10: Sự thay đổ pH trong nước thải 977

Đồ thị 11: Theo dõi sự thay đổi của BOD, COD theo thời gian lưu nước 999

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Bình Định là tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ, có vị trí địa lý khá thuận lợi là nằm trên ngã ba của hành lang quốc lộ 1A theo hướng Bắc Nam và quốc lộ 19 theo hướng Đông Tây, cửa ngõ đi ra phía Đông của Tây nguyên, Đông Bắc Campuchia

và hạ Lào, có đường sắt Bắc Nam chạy qua, sân bay, cảng biển… Với diện tích 6.025,6 km2, trải dài trên 110 km và chiều ngang trên 55 km, có một mặt giáp biển, Bình Định hầu như hội tụ đủ các vùng sinh thái: đồng bằng, miền núi, ven biển, hải đảo Những lợi thế trên đã tạo cho Bình Định những điều kiện thuận lợi để có thể đẩy nhanh nhịp độ phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh

Hiện nay, Bình Định đã và đang tập trung các nguồn lực đẩy nhanh tốc độ đầu tư xây dựng theo quy hoạch 8 Khu công nghiệp (KCN) (chưa tính các KCN trong KKT Nhơn Hội) với tổng diện tích quy hoạch là 1.761ha, 37 cụm công nghiệp với tổng diện tích 1.519,37ha; đặc biệt là Khu kinh tế Nhơn Hội (12.000ha, trong đó

có 1.300ha khu công nghiệp); tập trung xây dựng Thành phố Quy Nhơn (đô thị loại

I thuộc tỉnh) trở thành trung tâm tăng trưởng phía Nam của vùng và đầu mối giao thông phục vụ trực tiếp cho khu vực miền Trung - Tây Nguyên; xây dựng các công trình kết cấu hạ tầng lớn để gắn kết với các khu vực lân cận theo trục Bắc - Nam và Đông – Tây; phát triển các ngành kinh tế trọng điểm mà tỉnh có lợi thế là công nghiệp chế biến lâm - nông - thuỷ sản, sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ, bao bì mực

in, vật liệu xây dựng, giày da, may mặc, cơ khí, cảng biển nước sâu, sản xuất lắp ráp

đồ điện, điện tử, sản xuất điện, phát triển du lịch, dịch vụ hàng hải, thương mại, dịch vụ tài chính, ngân hàng, bưu chính, viễn thông,…

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và dịch vụ khác, nhu cầu về các sản phẩm giấy, bao bì carton để đóng gói sản phẩm xuất hàng hóa tiêu thụ trong nước cũng như nước ngoài ngày càng gia tăng Tuy nhiên trong quá trình sản xuất bao bì và in ấn đã thải ra môi trường một lượng nước thải có tải lượng ô nhiễm khá lớn Nước thải ngành công nghiệp sản xuất bao bì mực in có hàm lượng các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học với độ màu rất lớn

cùng nhiều chất độc hại đối với các loài thủy sinh

Do việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường nói chung và giảm thiểu ô nhiễm nước thải ngành bao bì mực in nói riêng của các nhà máy sản xuất công nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Định là hết sức quan trọng, góp phần không nhỏ vào định hướng

sản xuất bền vững, sản xuất sạch hơn Do đó tác giả lựa chọn Đề tài “Nghiên cứu

công nghệ xử lý nước thải mực in bao bì tại các nhà máy công nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Định” hy vọng góp phần giúp các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh

Bình Định có cái nhìn tổng quát về mức độ ô nhiễm và phương hướng xử lý nước thải ngành mực in bao bì, hạn chế tối đa mức độ ô nhiễm môi trường như hiện nay

Đề tài này nghiên cứu mô hình xử lý nước thải nhằm đề xuất công nghệ xử

lý nước thải thích hợp cho ngành mực in hiện nay với các điều kiện tối ưu được rút

ra từ thực nghiệm

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty TNHH

Cô Như nhằm giảm thiểu ô nhiễm do nước thải của công ty gây ra cho môi trường., bao gồm:

 Xác định hiệu quả xử lý quá trình keo tụ đối với nước thải ngành in bao bì

 Xem xét khả năng xử lý sinh học nước thải mực in

 Đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho công ty TNHH Cô Như

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Thời gian nghiên cứu: Từ ngày 1.9.2015 đến ngày 1.5.2016

 Nước thải sử dụng để nghiên cứu là nước thải từ Công ty TNHH Cô Như tại KCN Phú Tài, TP Quy Nhơn, tỉnh Bình Định

 Các mô hình thí nghiệm keo tụ được thực hiện tại Phòng thí nghiệm thuộc Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường Bình Định, Trung tâm Phân tích và Kiểm nghiệm Bình Định và Phòng thí nghiệm của Khoa Hóa học thuộc Trường ĐH Quy Nhơn

 Mẫu nước thải được phân tích tại Phòng thí nghiệm thuộc Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường Bình Định Các chỉ tiêu phân tích gồm: pH, BOD5,

COD, SS, độ màu, Coliform

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.4.1 Phương pháp luận

Nước thải từ Công ty TNHH Cô Như có hàm lượng BOD, COD, độ màu, SS rất cao, do đó khi thâm nhập vào môi trường nước mặt sẽ phá vỡ cân bằng sinh thái, gây ra mùi khó chịu, gây ảnh hưởng đến đời sống của cộng đồng dân cư xung quanh Do đó, nước thải từ nhà máy trước khi vào môi trường cần phải được xử lý nhằm giảm các tác hại đến môi trường đất, nước và cộng đồng

Như vậy, với mục tiêu đã đề ra, luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu, phân tích thành phần nước thải, các điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý nước thải, đề xuất biện pháp xử lý phù hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm đến mức có thể chấp nhận được

1.4.2 Phương pháp thực tế

Trong quá trình làm luận văn có sử dụng các phương pháp sau:

 Phương pháp thực tế: Thu thập, xử lý và tổng hợp các tài liệu cần thiết có liên quan đến đề tài

 Phương pháp kế thừa: Trong quá trình thực hiện đã tham khảo các đề tài, các tài liệu có liên quan đã thực hiện

 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải

 Phương pháp thực nghiệm trên mô hình: Mô hình Jartet và lắng và mô hình thí nghiệm xử lý sinh học

 Phương pháp tham khảo ý kiến

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP BAO BÌ MỰC IN

1.1 CÔNG NGHỆ BAO BÌ MỰC IN VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM

1.1.1 Công nghệ bao bì mực in hiện nay

A Các công nghệ in ấn bao bì hiện nay [1], [2]

Khi mà các nghành công nghiệp chính như hàng tiêu dùng, thời trang, mỹ phẩm,… đang phát triển mạnh trong những năm vừa qua thì đồng nghĩa với việc thúc đẩy các ngành công nghiệp phụ trợ như ngành in ấn phát triển theo Tại Việt Nam hiện nay với sự xuất hiện khá nhiều công ty in nhưng vào một số thời điểm vẫn không đáp ứng được nhu cầu thị trường, điều này cho thấy tiềm năng của ngành

in ấn trong xu hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa Công nghệ in ấn ngày càng hiện đại và kỹ thuật ngày được cải tiến để theo kịp tiến độ phát triển của thời đại Hiện nay tại Việt Nam, ngành in đang phát triển mạnh và dịch vụ in ấn cũng được

mở rộng nhiều nơi và công nghệ in ấn phổ biến nhất bao gồm:

1 In typo

Đây là phương pháp in đầu tiên và cổ xưa nhất, được phát minh bởi người Trung Quốc nhưng người Đức (Johan Gutenberg) mới là người được công nhận là ông tổ ngành in Và nước ứng dụng đại trà thành công in typo nhất cho đến ngày hôm nay

là Việt Nam với công nghệ in trên thường hay còn gọi là công nghệ in “khoan cắt

bê tông” nổi tiếng

Về nguyên lý, in typo là phương pháp in cao, tức là trên khuôn in typo, các phần

tử in (hình ảnh, chữ viết) nằm cao hơn các phần không in Khi in, chúng ta chà mực qua bề mặt khuôn in, các phần tử in nằm cao hơn nên sẽ nhận mực và sau đó khi ép

in, mực sẽ truyền qua bề mặt giấy in tạo thành hình ảnh, chữ cần in

Phương pháp in typo sắp chữ hiện nay không còn được sử dụng do sản lượng thấp, lạc hậu và độc hại (chữ in được đúc từ hợp kim chì là một kim lọai độc hại) nên hầu như không còn được sử dụng nữa Một số ứng dụng khác của in typo như

in số nhảy, ép chìm nổi, ép nhũ bạc, vàng,… vẫn còn được sử dụng Máy in typo ở

Việt Nam được cải tiến thành máy bế đặt tay ứng dụng rất hiệu quả

2 In flexo

In flexo bắt nguồn từ chữ flexible, nghĩa là mềm dẻo Khuôn in flexo cũng thuộc dạng khuôn in cao như in typo, tuy nhiên nó được chế tạo từ chất dẻo (cao su hoặc nhựa polymer) bằng quá trình phơi quang hóa Phương pháp in này được sử dụng rộng rãi để in các lọai nhãn decal, bao bì hoặc thùng carton

Khuôn in ống đồng có dạng trục kim lọai, làm bằng thép, bề mặt được mạ một lớp đồng mỏng, phần tử in sẽ được khắc lên bề mặt lớp đồng này nhờ axít hoặc hiện đại hơn là dùng máy khắc trục Sau đó bề mặt lớp đồng lại được mạ một lớp crôm mỏng để bảo vệ nên có người lại nói đây là phương pháp in ống crôm chứ không phải in ống đồng

In ống đồng được ứng dụng trong ngành in bao bì màng nhựa, đơn cử như bao đựng OMO, Viso, bánh kẹo Bibica, hay cà phê Trung Nguyên,…

4 In lụa

Hay còn gọi là in lưới đây là phương pháp in bình dân, đơn giản, rẻ tiền và dễ đầu tư In lụa là phương pháp in xuyên, khuôn in có cấu tạo là một tấm lưới (polyester hoặc kim loại) căng trên một khung chữ nhật làm bằng gỗ hoặc hợp kim nhôm Khi in, người ta cho mực vào lòng khung, gạt qua bằng một lưỡi dao cao su Dưới áp lực của dao gạt, mực sẽ xuyên qua các ô lưới và truyền (dính lên) bề mặt vật liệu bên dưới, tạo nên hình ảnh in Như ta thấy, nguyên tắc của việc chụp bàn lụa là làm thế nào đó che hết tất cả những ô không in trên bề mặt lưới (vùng màu xanh), mực chỉ xuyên qua các vùng có hình ảnh in (vùng màu trắng trong hình trên)

để in xuống vật liệu bên dưới

Ứng dụng của in lụa:

 In lên giấy: thiệp cưới, biểu mẫu, tờ rơi, danh thiếp, Hiện nay in lụa là phương pháp phổ biến dùng in thiệp cưới sử dụng các mẫu phôi thiệp có sẵn, nhờ vào tính nhanh gọn, có thể in số lượng ít trong thời gian ngắn, và đặc biệt là có sử dụng nhiều loại mực, thể tạo nhiều hiệu ứng khác nhau như in chữ nổi, kim tuyến, màu nhũ vàng, nhũ bạc… mà các phương pháp in khác không thể thực hiện được

 In áo: các kiểu áo thun, áo đồng phục, áo thi đấu thể thao,…

 In lên bao, túi nilong;

Khuôn in làm từ một tấm nhôm mỏng (khoảng 0,25mm), trên khuôn in, phần trắng (không in) có bề mặt là nhôm, còn phần tử in (hình ảnh, chữ viết) được cấu tạo từ một lọai nhựa đặc biệt gọi là nhựa diazo Lớp nhựa này có tính chất hút dầu, đẩy nước và mực in offset là loại mực có gốc dầu Trong quá trình in, trước tiên bề mặt khuôn in đuợc chà một lớp nước mỏng, lớp nước này sẽ dính ướt vào vùng không in (chính là lớp nhôm đó) Sau đó khuôn in mới được chà mực Vì mực có gốc dầu nên nó không thể dính vào phần trắng trên khuôn in (đang dính nước) được,

mà chỉ bắt dính lên phần tử in là nhựa diazo ưa dầu Chính vì vậy dù khuôn in phẳng lì nhưng khi chà mực, mực chỉ truyền đúng vào phần tử in tạo thành hình ảnh, chữ viết trên bề mặt khuôn in Và sau đó, khi ép in lên bề mặt vật liệu in sẽ cho

Mực in cơ bản có hai loại là mực in gốc dầu và mực in gốc nước Công nghệ

in với mực in gốc dầu cho chất lượng bản in cao và ít gây ô nhiễm môi trường do việc thiết kế tuần hoàn mực in rất tốt Trong khi đó mực in gốc nước mới có giá thành rẻ hơn, in trên bao bì carton là chủ yếu và không thể tuần hoàn mực, phải thải

Đây là loại mực in rất phổ biến trong các xưởng in ở việt nam

– Nó được gọi là mực in offset vì loại mực này được sử dụng cho loại máy in offset tờ rời hoặc máy in offset dạng cuộn (chủ yếu in báo và tạp chí) Đây là loại mực gốc dầu, nghĩa là có thể làm lỏng hoặc tan chảy nó bằng dầu, có sự bay hơi, chậm khô và chất lượng in rất cao

– Lưu ý khi sử dụng mực in offset tùy thuộc vào bề mặt của vật liệu in mà nên cho thêm chất chậm khô hoặc mau khô vào để sản phẩm có thể khô nhanh hoặc chậm theo yêu cầu người sử dụng Khi in chú ý phun lượng bột chống dính để không

bị lấm bẩn mặt giấy chưa in vì tính chất của mực là lâu khô và độ bán dính cao

2 Mực in ống đồng:

Dựa theo phương pháp in là khắc bản lên một ống đồng mà người ta có tên gọi như vậy, loại mực này có dạng dung môi hữu cơ do đó rất dễ bay hơi và lớp mực in rất dày Thích hợp với việc in các loại vật liệu in có bề mặt nhẵn bóng và không thấm hút vì mực bay hơi nhanh, khô nhanh như là: in nhãn decal, decal kim loại, decal nhũ, decal nhôm, decal thiếc và các loại màng PV và PE, túi nilong,…

để phơi sản phẩm, không thể cho thêm chất nhanh khô

5 Mực in lưới (in lụa):

Mực in lưới hay mực in lụa đây thực chất cũng là dạng mực in offset nhưng phương pháp in là thủ công, người ta cho mực lên một bản khắc có dạng lưới (có mắt lỗ ô vuông) Mực này rất phổ biến trong in ấn, nó có mặt tại hầu hết các công ty

in ấn có quy mô từ lớn đến nhỏ, vì nó in được trên nhiều loại vật liệu, dễ sử dụng và

có thể điều chỉnh được tốc độ khô của bản in bằng việc cho thêm các chất phụ gia như chất độn hoặc chất làm nhanh khô hoặc chậm khô

 Giấy Kraft

Giấy Kraft là loại giấy tái sinh, bề mặt tương đối thô, thường có màu nâu vàng nhưng có thể được tẩy trắng để dễ cho việc sản xuất đa dạng Giấy Kraft sử dụng làm túi giấy hàng tạp phẩm, phong bì, bao bì và đóng gói,…

 Giấy Ford

Là loại giấy phổ biến và thông dụng, thường thấy nhất là giấy A4 định lượng thường là 70 - 90g/m2 Giấy ford có bề mặt nhám, bám mực tốt (do đó mực in không đẹp lắm) cũng được dùng làm bao thư lớn, nhỏ, giấy Note, letter head, hóa đơn, tập học sinh,

 Giấy Bristol

Có một mặt rất lán bóng gần như có phủ lớp keo bóng, mặt kia nhám, thường xài trung gian giữa giấy Bristol và giấy Couche tùy theo mục đích yêu cầu sản phẩm

 Giấy Ivory

Cũng tương tự như Bristol, nhưng mặt còn lại sần sùi, thường nằm ở mặt trong sản phẩm

 Giấy Couche

Có bề mặt bóng, mịn, láng, in rất bắt mắt và sáng Thường dùng để in tờ rơi quảng cáo, catalogue, poster, brochure Định lượng vào khoảng 90-210g/m2

 Giấy Duplex

Có bề mặt trắng và lán gần gần với Bristol, mặt kia thường sẫm như giấy bồi Thường dùng in các hộp sản phẩm kích thước hơi lớn, cần có độ cứng, chắc chắn vì định lượng thường trên 300g/m2

 Giấy Crystal

Có một mặt rất lán bóng gần như có phủ lớp keo bóng vậy, mặt kia nhám, thường xài trung gian giữa giấy Bristol và giấy Couche tùy theo mục đích yêu cầu sản phẩm

Ngoài ra còn có các loại giấy mỹ thuật, cán gân, dát vàng, bạc in bằng khen, thiệp cưới các loại giấy than, giấy carton và nhiều loại khác nữa

 Một số loại màng dùng trong in bao bì

1 Màng Metalized:

Màng Metalized được mạ lớp kim loại cực mỏng Thông thường lớp kim loại được mạ là nhôm Chiều dày lớp kim loại mạ tùy thuộc vào tính chất cần phải có như tính chống thấm khí, hơi ẩm và nước… của từng loại bao bì yêu cầu Lớp mạ càng dày thì các tính chống thấm càng cao nhưng giá thành cũng tăng theo

Nguyên lý tạo màng Metalized: kim loại nhôm nóng chảy, bay hơi và ngưng tụ trên vật liệu màng (nền) đã xử lý một cách đặc biệt để tăng độ kết dính, trong điều kiện chân không Lượng nhôm mạ tùy thuộc vào nhiệt độ của nhôm, tốc độ kéo màng đưa vào, số trạm mạ…

Công dụng:

+ Dùng để thay thế Al foil trong vài lĩnh vực

+ Dùng để cải thiện tính chất chống thấm của các sản phẩm sao cho đạt sự cân bằng thích hợp của các tính chất chống thấm đặc trưng, giá thành, hình dáng và phù hợp với các thiết bị gia công

Tuỳ thuộc vào chiều dày của lớp mạ trên màng mà nó cải thiện thêm các tính chất tự nhiên của màng nền

Các loại màng Metalize thông dụng:

+ MCPP : CPP Metalized

+ MOPP : OPP Metalized

+ MBON : Nylon Metalized

+ MPET : Polyester Metalized

2 Màng ghép (phức hợp)

Màng nhựa phức hợp hay còn gọi là màng ghép là một loại vật liệu nhiều lớp mà

ưu điểm là nhận được những tính chất tốt của các loại vật liệu thành phần

Người ta đã sử dụng cùng lúc (ghép) các loại vật liệu khác nhau để có được một loại vật liệu ghép với các tính năng được cải thiện nhằm đáp ứng các yêu cầu bao

bì Khi đó chỉ một tấm vật liệu vẫn có thể cung cấp đầy đủ tất cả các tính chất như: tính cản khí, hơi ẩm, độ cứng, tính chất in tốt, tính năng chế tạo dễ dàng, tính hàn tốt… như yêu cầu đã đặt ra

Tính chất cuối cùng của một loại vật liệu nhiều lớp phụ thuộc nhiều vào những tính chất của các lớp thành phần riêng lẻ Màng ghép thường được sử dụng rộng rãi làm nguyên liệu cho bao bì thực phẩm, dược phẩm… Sự hình thành màng ghép là việc kết hợp có chọn lựa giữa màng nguyên liệu ban đầu, mực in, keo dán, nguyên liệu phủ… sử dụng các phương pháp gia công có nhiều công đoạn, đa dạng

Về mặt kỹ thuật vật liệu ghép được ứng dụng thường xuyên, chúng đạt được các yêu cầu kỹ thuật, các yêu cầu về tính kinh tế, tính tiện dụng thích hợp cho từng loại bao bì, giữ gìn chất lượng sản phẩm bên trong bao bì, giá thành rẻ, vô hại …

Cấu trúc: Các polymer khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào vai trò của chúng như là lớp cấu trúc, lớp liên kết, lớp cản, lớp hàn

Lớp cấu trúc: đảm bảo các tính chất cơ học cần thiết, tính chất in dễ dàng và thường có cả tính chống ẩm Thông thường đó là những loại nhựa rẻ tiền Vật liệu được dùng thường là LDPE, HDPE, EVA, LLDPE, PP (đối với những cấu trúc mềm dẻo) và HDPS hay PD (đối với cấu trúc cứng)

Các lớp liên kết: là những lớp keo nhiệt dẻo (ở dạng đùn) được sử dụng để kết hợp các loại vật liệu có bản chất khác nhau

Các lớp cản: được sử dụng để có được những yêu cầu đặc biệt về khả năng cản khí và giữ mùi Vật liệu được sử dụng thường là PET (trong việc ghép màng), nylon, EVOH và PVDC

Các lớp vật liệu hàn: thường dùng là LDPE và hỗn hợp LLDPE, EVA, inomer,…

Một số loại màng phức hợp:

+ 2 lớp: BOPP/PE; PET/PE; BOPP/PP; NY/PE

+ 3 lớp: BOPP(PET)/PET (M)/PE; BOPP(PET)/Al/PE;

sở dịch vụ in quá nhỏ, không ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của toàn ngành

Về sản phẩm in, rất nhiều mặt hàng rất đa dạng, phong phú có chất lượng từ thấp đến cao phục vụ nhu cầu xã hội Sản phẩm chính của in công nghiệp đa số vẫn

là các loại bao bì, nhãn hàng, sách báo,

Cơ cấu ngành mực in theo sản lượng:

Cơ cấu ngành mực in theo giá trị:

Nguồn: Hiệp hội in Việt Nam

Tuy nhiên, sau hơn 3 năm kể từ khi gia nhập WTO, ngành công nghiệp này

vẫn chưa hội nhập với thị trường quốc tế Số lượng doanh nghiệp tham gia xuất khẩu ít hơn 10 trong khi thị trường nội địa còn quá nhỏ Sự bùng nổ của Internet và truyền thông kỹ thuật số tiếp tục trở thành mối đe dọa lớn nhất Theo VPA, so với 2 năm trước đây, số lượng xuất bản các báo chính trị - kinh tế - xã hội và tạp chí giảm 20-30% trong khi sách tham khảo và từ điển thậm chí còn giảm 50%

Bên cạnh đó, ngành công nghiệp in ấn phải đối mặt với một số vấn đề khác Trước hết là vấn đề giá cả giấy không rõ ràng Tiếp theo, phải đối mặt với sự thay đổi không ổn định của chi phí nguyên liệu và lãi suất, doanh nghiệp tại Việt Nam gặp nhiều áp lực Tiếp tục đầu tư, ngừng hoặc thu hẹp sản xuất là những câu hỏi đặt

ra cho các doanh nghiệp Hơn nữa, sự phát triển nhanh chóng của số lượng doanh nghiệp cũng tạo áp lực lên ngành công nghiệp này, lượng cung ứng vượt quá nhu cầu dẫn đến cạnh tranh nội bộ giữa các doanh nghiệp trong nước cũng như sự cạnh tranh với các doanh nghiệp đầu tư nước ngoài Nhìn chung, sản xuất của các doanh nghiệp in ấn đang phải đối mặt với rất nhiều khó khăn với hiệu quả kinh doanh thấp

và chất lượng cuộc sống của người lao động thấp Một số khách hàng được hưởng lợi từ sự mất cân bằng này, ép giá lên cao

1.1.2 Hiện trạng về ô nhiễm nước thải ngành công nghiệp in

Kỹ thuật in ấn được phát minh bởi người Trung Hoa khoảng 3000 năm sau khi xuất hiện mực viết Họ sử dụng một hỗn hợp màu đất, muội than và những nguyên liệu thực vật để làm bột màu và một lần nữa được trộn với nhựa thông để tạo thành chất kết dính

Trước năm 1440 khi Johannes Futtenberg phát minh ra thiết bị in ấn đầu tiên, mực được làm từ muội than với dầu lanh hay với varnish – một loại nguyên liệu tương tự với các loại varnish được sử dụng như hiện nay để tạo thành mực đen Những mực màu được sản xuất vào năm 1772 và những tác nhân làm khô lần đầu tiên được sử dụng vào thế kỷ 19

Tại Việt Nam, sự ra đời của ngành in gắn liền với lịch sử văn hóa xã hội Ngành in Việt Nam ra đời đóng góp một phần không nhỏ vào quá trình phát triển,

hoàn thiện chữ Quốc ngữ, mỡ mang dân trí, góp phần thúc đẩy sử phát triển của xã hội

Cột mốc quan trọng của ngành in Việt Nam là năm 1070, nhà Lý dựng Văn Miếu và mở Quốc Tử Giám để làm nơi học tập cho con em quý tộc Năm 1087 bắt đầu lập thư viện và công việc in sách được chú ý

Qua nhiều bước thăng trầm lịch sử, hiện nay nước ta là một trong những nước

có công nghệ in ấn tiên tiến trên thế giới với máy móc, thiết bị hiện đại Doanh nghiệp ngành in ấn bao bì năm 2015 có sự phát triển với mức tăng trưởng 18 – 20% Nhiều doanh nghiệp in ấn, bao bì mạnh dạn đầu tư đổi mới công nghệ để nâng cao chất lượng sản phẩm, đẩy mạnh xuất khẩu Hiện cả nước có trên 1.000 doanh nghiệp

in ấn bao bì công nghiệp Doanh số doanh nghiệp ngành in ấn bao bì cả nước đạt bình quân trên 1 tỉ đô la Mỹ mỗi năm, trong đó chủ yếu là doanh số từ sức tiêu thụ thị trường nội địa

Song song với sự phát triển vượt bậc của ngành in ấn thì vấn đề đáng quan tâm hiện nay đó là tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải ngành mực in gây ra trên thế giới Ô nhiễm nước đang là vấn đề báo động trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển và đang phát triển cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, hình thành các khu công nghiệp, các nhà máy đơn lẻ,… đã thải ra môi trường một lượng lớn các chất độc hại có tính ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Hiện nay trên thế giới hầu hết các nước phát triển đã chuyển sang công nghệ

in kỹ thuật số với máy móc, thiết bị hiện đại nên vấn đề ô nhiễm nước thải mực in gây ra đã được hạn chế tối đa Hơn nữa, khối lượng nước thải mực in bao bì không nhiều bằng các loại nước thải của các ngành công nghiệp khác nhưng nước thải mực

in bao bì có tính độc hại cao với hàm lượng BOD khoảng từ 500 ÷ 5.000mg/l, COD

từ 900 ÷ 18.000 mg/l trở lên, độ màu rất cao và đậm đặc (gần như rất khó để đo đạc trực tiếp), sẽ tác động lớn đến môi trường nước và sức khỏe cộng đồng

Nước thải từ quá trình sản xuất mực in bao bì không nhiều, chỉ phát sinh từ công đoạn vệ sinh thiết bị máy móc Ngoài ra nước thải còn phát sinh từ quá trình

vệ sinh xưởng khi mực in bị tràn đổ Tuy nhiên, nồng độ các chất gây ô nhiễm rất

cao Khi trực tiếp thải vào nguồn tiếp nhận không qua xử lý, chất hữu cơ có trong nước thải sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Độ màu của nước thải làm hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu, Đồng thời, gây tác hại về mặt cảm quan, gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh, nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước Nước thải ngành sản xuất mực in có các thành phần ô nhiễm đặc trưng như dung môi hữu cơ, độ màu, chất rắn lơ lửng,…

Hiện trạng nước thải ngành bao bì mực in trên địa bàn tỉnh Bình Định:

Hiện nay tại địa bàn tỉnh Bình Định có khoảng trên dưới 10 công ty in ấn bao

bì phục vụ cho các ngành chế biến thực phẩm, may mặc, đồ gỗ, hàng tiêu dùng,…

Đa số các doanh nghiệp hoạt động riêng lẻ, xen lẫn trong các khu dân cư, một số ít nằm trong các KCN, CCN như Công ty TNHH Cô Như, Công ty CP Vinapack, Công ty CP Bao bì Miền Trung, Công ty TNHH In NaNu, Công ty CP In và bao bì Đạt Thành, Công ty CP In và Bao bì Bình Định, Công ty TNHH Hoàng Tâm, Công

ty In nhân dân Bình Định, Công ty TNHH Tân Trung Đạt, Công ty TNHH Hiệp Phát,…

Hiện nay nước thải sản xuất bao bì mực in của các doanh nghiệp nêu trên dao động khoảng từ 3 – 5 m3/ngày, lưu lượng nhỏ và không liên tục nên gây khó khăn trong vấn đề thiết kế và vận hành công trình xử lý nước thải ngành này

Hầu hết các doanh nghiệp đều sản xuất bao bì carton và in ấn bằng công nghệ in offset Những năm trước đây, giá thành nguyên liệu mực in và hồ bột thấp nên lượng nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao (do nguyên liệu mực in và tinh bột đi vào nước thải nhiều) với hàm lượng COD dao động khoảng từ 12.000 ÷ 18.000 mg/l Hiện nay, vấn đề cạnh tranh về giá thành sản phẩm cao, giá thành nguyên liệu đầu vào cao, đa số các doanh nghiệp tận thu nước rửa cả mực in và hồ bột giai đoạn đầu để tái sử dụng nên nước thải rửa lô mực in có thành phần nguyên liệu mực in thấp, hàm lượng COD dao động khoảng từ 1.200 ÷ 2.100 mg/l

Như đã nêu, nước thải mực in có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao, hiện nay

một số doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh đã đầu tư xây dựng công trình xử lý nước thải mực in nhưng chưa xử lý triệt để Đối với các doanh nghiệp nằm trong KCN đã có

hệ thống xử lý nước thải tập trung nên cũng hạn chế được tác động đến sức khỏe và môi trường xung quanh Một số doanh nghiệp nằm ngoài KCN, CCN việc xử lý nước thải mực in bao bì không triệt để sẽ để lại hậu quả nặng nề do ô nhiễm môi trường, tác động lớn đến đời sống của người dân xung quanh

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

1.2.1 Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý [4]

1.2.1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình keo tụ

Xử lý bắng phương pháp keo tụ là cho vào nước một loại hoá chất là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống Thông thường quá trình tạo bông xảy ra theo 2 giai đoạn sau:

- Bản thân chất keo tụ phát sinh thủy phân, quá trình hình thành dung dịch keo và ngưng tụ

- Trung hoà hấp phụ lọc các tạp chất trong nước

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất keo tụ thích hợp như phèn nhôm Al2(SO4), phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3 Các phèn này được đưa vào nước dưới dạng hoà tan

Khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân ly thành các ion Al3+ sau đó các ion này bị thuỷ phân thành Al(OH)3

Al3+ + 3 H2O = Al(OH)3 + H+

Trong phản ứng thuỷ phân trên đây, ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ tạo thành, còn giải phóng ra các ion H+ Các ion H+ này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3

-) Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hòa ion H+ thì cần phải kiềm hoá nước Chất dùng để kiềm hoá thông dụng nhất là vôi (CaO) hoặc Na2CO3, hay NaOH

1.2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông [4]

 Trị số pH của nước

Nước thiên nhiên sau khi đã cho Al2(SO4) vào, trị số pH của nó bị giảm thấp,

vì Al2(SO4) là một loại gồm một loại muối axit mạnh bazơ yếu Sự thuỷ phân của

nó có thể tăng tính axit của nước Đối với hiệu quả keo tụ có ảnh hưởng, chủ yếu là trị số pH của nước sau khi cho phèn vào Cho nên trị số pH dưới đây đều là trị số

pH của nước sau khi cho phèn vào

Trị số pH ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ:

- Anh hưởng của pH đối với độ hoà tan nhôm hydroxit Nó là một hydroxit điển hình Trị số pH của nước quá cao hoặc quá thấp đều đủ làm cho nó hoà tan, khiến hàm lượng nhôm dư trong nước tăng thêm

+ Khi pH < 5,5: Al(OH)3 có tác dụng rõ ràng như một chất kiềm, làm cho hàm lượng Al3+ trong nước tăng nhiều như phản ứng sau:

Al(OH) 3 + 3 H+  Al3+ + 3 H2O + Khi 9 > pH > 7,5: Al(OH)3 có tác dụng như một axit làm cho gốc AlO2

trong nước xuất hiện phản ứng sau:

Al(OH) 3 + OH-  AlO2 + 2 H2O + Khi pH > 9, độ hoà tan của Al(OH)3 nhanh chóng tăng lớn sau cùng thành dung dịch muối nhôm

Khi trong nước có SO4, trong phạm vi pH = 5,5 ÷ 7 trong vật kết tủa có muối sunfat kiềm rất ít hoà tan Trong phạm vi này, khi trị số pH biến đổi cao muối sunfat kiềm ở hình thái Al(OH)4SO4 khi pH biến đổi thấp ở dạng Al(OH)SO4

Tóm lại trong phạm vi pH = 5,5 ÷ 7 lượng nhôm dư trong nước đều rất nhỏ

- Ảnh hưởng của pH đến điện tích của hạt keo nhôm hyroxit Điện tích của hạt keo trong dung dịch nước có quan hệ đến thành phần của ion trong nước, đặt biệt là nồng độ ion H+ Cho nên trị số pH đối với tính mang điện của hạt keo có ảnh hưởng rất lớn Khi 5 < pH < 8 nó mang điện dương, cấu tạo của đám keo này do sự phân hủy của nhôm sunfat mà hình thành Khi pH < 5 vì hấp thụ SO4 mà mang điện tích âm, khi pH = 8, nó tồn tại ở trạng thái hydroxit trung tính, vì thế mà dễ dàng kết tủa nhất

- Anh hưởng cuả pH đối với chất hữu cơ trong nước Chất hữu cơ trong nước

như chất hữu cơ bị thối rửa, khi pH thấp, dung dịch keo của axit humic mang điện tích âm Lúc này dễ dàng dùng chất keo tụ khử đi Khi pH cao nó trở thành muối axit humic dễ tan Vì thế mà hiệu quả khử đi tương đối kém Dùng muối nhôm khử loại này, thích hợp nhất ở pH = 6 - 6,5

- Ảnh hưởng pH đến tốc độ keo tụ dung dịch keo Tốc độ keo tụ dung dịch keo và điện thế của nó có quan hệ Trị số điện thế càng nhỏ, lực đẩy giữa các hạt càng yếu, vì vậy tốc độ keo tụ càng nhanh Khi điện thế bằng 0 nghĩa là đạt đến điểm đẳng điện Tốc độ keo tụ của nó lớn nhất

Dung dịch keo này hình thành từ hợp chất lưỡng tính, điện thế cuả nó và điểm đẳng điện chủ yếu quyết định bởi trị số pH cuả nước Nhôm hydroxit và các chất humic, đất sét hợp thành dung dịch keo trong nước thiên nhiên đều là lưỡng tính, cho nên pH là nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến tốc độ keo tụ

Từ một số nguyên nhân trên, đối với một loại nước cụ thể thì không có phương pháp tính toán trị số pH tối ưu mà chỉ xác định thực nghiệm Chất lượng nước khác nhau, trị số pH tối ưu khác nhau, nghĩa là cũng một nguồn nước, các mùa khác nhau, trị số pH tối ưu có thể thay đổi

Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, trị số pH tối ưu nằm trong giới hạn 6,6

÷ 7,5 Quy luật nói chung là khi lượng chất keo tụ cho vào tương đối ít, dung dịch keo tự nhiên trong nước chủ yếu là dựa vào qúa trình keo tụ của bản thân nó mà tách ra, nên dùng pH tương đối là thích hợp, vì khi điện tích dương cuả dung dịch keo nhôm hydroxit tương đối lớn Như vậy rất có lợi để trung hoà điện tích âm cuả dung dịch keo tự nhiên, giảm thấp điện thế cuả nó Khi lượng phèn cho vào tương đối nhiều chủ yếu là làm cho dung dịch nhôm hydroxit cuả bản thân chất keo tụ hình thành keo tụ càng tốt Để khử đi vật huyền phù và dung dịch keo tự nhiên có trong nước, là dựa vào tác dụng hấp phụ dung dịch keo nhôm hydroxit, cho nên pH gần bằng 8 là thích hợp nhất, vì nhôm hydroxit dễ kết tủa xuống

Nếu độ kiềm cuả nước nguồn quá thấp sẽ không đủ để khử tính axit do chất keo tụ thuỷ phân sinh ra Kết quả làm cho trị số pH cuả nước sau khi cho phèn vào qúa thấp Ta có thể dùng biện pháp cho kiềm vào để điều chỉnh trị số pH cuả nước ra

Nói chung kiềm cho vào nước có thể dùng sút (NaOH), kali hydroxit (KOH), natri cacbonat (Na2CO3), hay canxi hydroxit (Ca(OH)2)

 Lượng dùng chất keo tụ

Quá trình keo tụ không phải là một loại phản ứng hoá học đơn thuần, nên lượng phèn cho vào không thể căn cứ vào tính toán để xác định Tuỳ điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên môn để tìm ra lượng PAC cho vào tối ưu

Lượng PAC tối ưu cho vào trong nước nói chung là 40 ÷ 60 mg/l, nếu dùng phèn sắt thì lượng dùng khoảng 0,1 ÷ 0,5 mg/l, phèn nhôm khoảng 10 ÷ 50 mg/l Nói chung vật huyền phù trong nước càng nhiều, lượng chất keo tụ cần thiết càng lớn Cũng có thể chất hữu cơ trong nước tương đối ít mà lượng keo tụ tương đối nhiều

 Tốc độ hỗn hợp cuả nước và chất keo tụ:

Quan hệ tốc độ hỗn hợp cuả nước và chất keo tụ đến tính phân bổ đồng đều

cuả chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là một nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến quá trình keo tụ Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm Khi mới cho chất keo tụ vào nước phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phân cuả chất keo tụ trong nước và hình thành chất keo tụ rất nhanh Cho nên phải khuấy nhanh mới có khả năng sinh thành lượng lớn keo hydroxit hạt nhỏ làm cho nó nhanh chóng khuếch tán đến những nơi trong nước kịp thời cùng với các tạp chất trong nước tác dụng Sau khi hỗn hợp hình thành bông và lớn lên, không nên khuấy qúa nhanh không những bông phèn có thể đánh vỡ đám bông phèn đã hình thành

 Môi chất tiếp xúc

Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trong nước duy trì một lớp cặn bùn nhất định, khiến quá trình kết tủa càng hoàn toàn, làm cho tốc độ kết tủa nhanh thêm Lớp cặn bùn đó có tác dụng làm môi chất tiếp xúc, trên bề mặt cuả nó có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng cuả các hạt cặn bùn đó như những hạt nhân kết tinh Cho nên hiện nay thiết bị dùng để keo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa khác, phần lớn thiết kế có lớp cặn bùn

Rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ Để tìm ra điều kiện tối ưu

để xử lý bằng keo tụ, khi thiết kế thiết bị hoặc điều chỉnh vận hành, có thể trước tiên tiến hành thí nghiệm mẫu ở phòng thí nghiệm bằng thiết bị Jartest

có trọng lượng đáng kể Do đó các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống ở bể lắng và bị giữ lại trong bể lọc

1 Cơ chế của quá trình keo tụ – tạo bông

Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn, các hạt luôn có xu hướng

co cụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt Về nguyên tắc do độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn, hạt keo có xu thế hút nhau nhờ các lực bề mặt Mặt khác, do các hạt keo cùng loại nên các hạt keo luôn tích điện cùng dấu (đặc trưng bởi thế zeta) nên các hạt keo tụ luôn đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt cùng dấu theo định luật Culong, xu hướng này làm hạt keo không thể hút nhau

để tạo hạt lớn hơn và lắng càng xuống nhờ trọng lực như những hạt không tích điện

Hình 1: Cấu tạo hạt keo

Như vậy, thế càng lớn (hạt keo càng tích điện) thì hệ keo càng bền (khó kết tủa) Trường hợp lý tưởng: nếu thế điện phẳng (zeta = 0) thì hạt keo biến thành cấu tạo tụ điện phẳng, hạt sẽ không khác gì các hạt không tích điện nên dễ dàng hút nhau để tạo hạt lớn hơn có thể lắng được Đây là cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ Hiện tượng xảy ra khi thế được triệt tiêu Hiện tượng keo tụ có tính thuận này xảy ra khi thế nghịch nghĩa là hạt keo đã keo tụ lại có thể tích điện trở lại và trở nên bền Các hoá chất gây keo tụ thường là các loại muối vô cơ và được gọi là chất keo tụ

Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng là dùng các tác nhân thích hợp “khâu” chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ lớn, nặng để lắng Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông được thực hiện nhờ những phân tử các chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốt với các hạt keo hoặc các hạt cặn nhỏ Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, các chất có khả năng tạo bông được gọi

là các chất tạo bông hay trợ keo tụ, quá trình tạo bông là bất thuận nghịch

Như vậy, để kết tủa hệ keo có thể sử dụng các cách sau đây:

 Phá tính bền của hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) bằng cách thu hẹp lớp điện

kép tới mức thế zeta = 0, khi đó lực đẩy tĩnh điện hạt – hạt bằng không, tạo điều kiện cho các hạt keo hút nhau bằng các lực bề mặt tạo hạt lớn hơn dễ kết tủa Cách này có thể thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu để trung hoà điện tích hạt keo Điện tích trái dấu này thường là các ion kim loại đa hoá trị

 Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất keo tụ nhờ hiện tượng bám dính (hiệu ứng quét)

 Dùng những chất cao phân tử – trợ keo tụ để hấp phụ “khâu” các hạt nhỏ lại với nhau tạo hạt kích thước lớn (gọi là bông hay bông cặn) dễ lắng Trong công nghệ xử lý nước, các hóa chất thường dùng để giải quyết tốt nhất những giải pháp

trên là: phèn nhôm, phèn sắt và PAC

Quá trình keo tụ chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau:

 pH (phèn nhôm pH tối ưu bằng 6 – 7,5; phèn sắt pH từ 5,0 – 9,5);

 Loại chất keo tụ và nồng độ của chất keo tụ (liều lượng xác định bằng thực nghiệm);

 Cường độ và thời gian khuấy trộn;

 Chất đông tụ

2 Các hóa chất keo tụ

 Phèn nhôm sunfat: Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O

Cơ chế keo tụ của phèn nhôm:

Khi dùng phèn nhôm làm chất keo tụ sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân:

Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 6 H+ +3SO4

Pk : Hàm lượng chất kiềm hóa (mg/l)

Pp : Hàm lượng phèn cần thiết dùng để keo tụ (mg/l)

e1, e2 : Trọng lượng đương lượng của chất kiềm hóa và của phèn (mg/mgđl) với e1 = 40(NaOH) ; e2 = 57(Al2(SO4)3)

Bảng 1: Liều lượng phèn nhôm để xử lý nước có độ màu

Hàm lượng cặn của nước nguồn

(mg/l)

Liều lượng phèn nhôm Al 2 (SO 4 ) 3

không chứa nước (mg/l)

Ưu điểm của phèn nhôm:

 Về mặt năng lực keo tụ ion nhôm (và cả Fe (III), nhờ điện tích 3+, có nănglực keo tụ thuộc loại cao nhất (quy tắc Shulz-Hardy) trong số các loại muối ít độc hại mà loài người biết

 Muối nhôm ít độc, sẵn có trên thị trường và khá rẻ

 Công nghệ keo tụ bằng phèn nhôm là công nghệ tương đối đơn giản, dễ kiểm soát, phổ biến rộng rãi

Nhược điểm của phèn nhôm:

 Làm giảm đáng kể độ pH, phải dùng NaOH để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng

 Khi quá liều lượng cần thiết thì hiện tượng keo tụ bị phá huỷ làm nước đục trở lại

 Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng

 Hàm lượng Al dư trong nước lớn hơn so với khi dùng chất keo tụ khác và có thể lớn hơn tiêu chuẩn với (0,2mg/lít)

 Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loại nặng thường hạn chế

 Ngoài ra, có thể làm tăng lượng SO4

2-

trong nước thải sau xử lý là loại có độc tính đối với vi sinh vật

 Phèn sắt : Fe 2 (SO 4 ) 3 nH 2 O hoặc FeCl 3 nH 2 O (n = 1 – 6)

Muối sắt chưa phổ biến ở Việt Nam nhưng rất phổ biến ở các nước công nghiệp Hoá học của muối sắt tương tự như muối nhôm nghĩa là khi thuỷ phân sẽ tạo axit, vì vậy cần đủ độ kiềm để giữ pH không đổi

Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+Phèn sắt (III) khi thuỷ phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ Vùng pH tối ưu: 5 –

9 So sánh keo của phèn nhôm và phèn sắt được tạo thành cho thấy:

 Độ hoà tan của keo Fe(OH)3 trong nước nhỏ hơn Al(OH)3

 Tỷ trọng của Fe(OH)3 = 1,5 Al(OH)3 (trọng lượng đơn vị của Al(OH)3 = 2,4 còn của Fe(OH)3 = 3,6) do vậy keo sắt tạo thành vẫn lắng được khi trong nước có ít chất huyền phù

Ưu điểm của phèn sắt so với phèn nhôm:

 Liều lượng phèn sắt(III) dùng để kết tủa chỉ bằng 1/3 – 1/2 liều lượng phèn nhôm

 Phèn sắt ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ và giới hạn pH rộng

Nhược điểm của phèn sắt(III) là ăn mòn đường ống mạnh hơn phèn nhôm (vì trong quá trình phản ứng tạo ra axit)

 Poly Aluminium Chloride: ( PAC)

Hiện nay, ở các nước tiên tiến, người ta đã sản xuất PAC với lượng lớn và sử dụng rộng rãi để thay thế phèn nhôm sunfat trong xử lý nước thải

Tính chất: PAC có công thức tổng quát là [Al2(OH)nCl6.nH2O]m (trong đó m≤10, n≤ 5) PAC thương mại ở dạng bột thô màu vàng nhạt hoặc vàng đậm, dễ tan trong nước và kèm tỏa nhiệt, dung dịch trong suốt, có tác dụng khá mạnh về tính hút thấm

PAC có nhiều ưu điểm so với phèn nhôm sunfat và các loại phèn vô cơ khác:

 Hiệu quả keo tụ và lắng trong lớn 4-5 lần Tan trong nước tốt, nhanh hơn nhiều, ít làm biến động độ pH của nước nên không phải dùng NaOH để xử lí và do

đó ít ăn mòn thiết bị hơn

 Không làm đục nước khi dùng thừa hoặc thiếu

 Không cần (hoặc dùng rất ít) phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng

 [Al] dư trong nước ít so với khi dùng phèn nhôm sunfat

 Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loại nặng tốt hơn

 Không làm phát sinh hàm lượng SO4

2-

trong nước thải sau xử lý là loại có độc tính đối với vi sinh vật

Cơ chế tác dụng của PAC:

Thông thường khi keo tụ chúng ta hay dùng muối clorua hoặc sunfat của Al(III) hoặc Fe(III) Khi đó, do phân li và thuỷ phân ta có các hạt trong nước: Al3+, Al(OH)2

Với Fe(III) ta có các hạt: Fe3+, Fe(OH)2

+

, Fe(OH) phân tử và Fe(OH)4

–

, ba hạt polime: Fe2(OH)2

Al3+ (cỡ 2nm so với nhỏ hơn 0,1nm) nên bông cặn hình thành cũng to và chắc hơn, thuận lợi cho quá trình lắng tiếp theo

Bảng 2: Độ đục nước và số lượng PAC sử dụng

Độ đục nước 30-100 100-250 250-400 400-1000 1000 – 5000 > 5000

1.2.1.4 Phương pháp trung hòa

Nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5 – 8,5 trước khi thải vào nguồn tiếp nhận Quá trình trung hòa nước thải

có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau :

 Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm ;

 Bổ sung tác nhân hóa học ;

 Lọc nước thải có tính axit qua vật liệu có tác dụng trung hòa ;

 Trung hòa nước thải kiềm bằng các khí axit

Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của các tác nhân hóa học Lượng bùn cặn sinh ra từ quá trình trung hòa phụ thuộc và nồng độ và thành phần nước thải cũng như liều lượng và loại tác nhân sử dụng

Trung hòa bằng cách bổ sung tác nhân hóa học

Để trung hòa nước thải axit có thể sử dụng các tác nhân hóa học như : NaOH, KOH, Na2CO3, NaHCO3, NH4OH, CaCO3,… Trong nước thải axit và kiềm thường chứa các ion kim loại, vì vậy liều lượng tác nhân tham gia phản ứng trung hòa cần tính đến cả yếu tố tạo thành cặn muối kim loại nặng

Trung hòa nước thải axit bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa

Các vật liệu được sử dụng như: MgCO3, đôlômít, đá vôi, đá hoa và các chất rắn như tro xỉ Các vật liệu trên được sử dụng ở dạng cục với kích thước từ 30 – 80mm Quá trình có thể được tiến hành trong các thiết bị lọc nằm ngang hoặc thẳng đứng Tốc độ lọc phụ thuộc vào loại vật liệu, vận tốc lọc < 5m/h Thời gian tiếp xúc

> 10 phút

Trung hòa nước thải kiềm bằng các khí axit

Trong những năm gần đây người ta hay sử dụng các khí chứa CO2, SO2,

NO2, N2O,… Việc sử dụng khí axit không những trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại

1.2.1.5 Phương pháp kết tủa hóa học

Phương pháp này được sử dụng phổ biến để xử lý các ion kim loại có trong nước thải Phản ứng xảy ra như sau :

Men+ + OH-  Me(OH)n (Me là kim loại)

 pH < a: Bơm kiềm tự động hoạt động

 pH > b: Bơm axit hoạt động

+ Bể phản ứng có thời gian phản ứng khoảng từ 15 – 30 phút

1.2.1.6 Phản ứng Fenton

Một số kim loại có đặc tính làm thay đổi các oxy đặc biêt, điều này đã tăng khả năng ứng dụng của hydrogen peroxit (H2O2) Hơn hẳn các kim loại khác, sắt có giá thành rẻ hơn, sắt được kết hợp với hydrogen peroxit sinh ra gốc hydroxyl có đặc tính oxy hóa mạnh Hệ chất gồm dụng dịch H2O2 và xúc tác sắt có tên gọi là hệ chất Fenton

1 Hydrogen peroxit (H2O2) có các đặc điểm sau:

Chất oxy hóa mạnh: H2O2 là chất oxy hóa mạnh, mạnh hơn Cl2, ClO2 và KMnO4 Thông qua xúc tác Fe2+, H2O2 có thể phân hủy tạo gốc tự do hydroxyl (OH0) có hoạt tính chỉ đứng thứ hai sau Flourine

Hình 2: Cấu tạo phân từ H 2 O 2

An toàn: H2O2 là chất được tạo thành một cách tự nhiên trong quá trình trao đổi chất của nhiều vi sinh vật H2O2 thủy phân thành oxy và nước, an toàn cho môi trường theo phản ứng sau:

2H2O2  2H2O + O2

H2O2 cũng được tạo nên khi ánh sáng chiếu xuống nước, đây là một cơ chế của hệ thống tự làm sạch trong môi trường Vì vậy, H2O2 không gây vấn đề giải phóng khí hay dư lượng hóa chất như các chất oxy hóa hóa học khác

Chọn lọc: H2O2 đa dụng nhờ tính chọn lọc này Đơn giản chỉ cần hiệu chỉnh điều kiện phản ứng (pH, liều lượng, thời gian phản ứng, lượng chất xúc tác), H2O2

có thể tác dụng lên các chất ô nhiễm khác nhau H2O2 vừa có tính oxy hóa, vừa có tính khử Nó có thể phân hủy trong cả môi trường axit hay kiềm theo phản ứng sau:

H 2 O 2 + Cl 2  O 2 + 2HCl

H 2O2 + NaClO  NaCl + O 2 + H 2 O

Các ứng dụng trong lĩnh vực môi trường của H 2 O 2

- Khử mùi: oxy hóa H2S, mercaptan, amine, aldehyde H2O2 có thể đưa trực tiếp vào nước thải hoặc đưa vào tháp phun ướt để khử mùi từ dòng khí

- Kiểm soát sự ăn mòn: phân hủy dư lượng clorine và hợp chất lưu huỳnh (thiosulfates, sulfites) tạo ra các axit ăn mòn khi ngưng tụ trong thiết bị và bị oxy hóa bởi không khí

- Khử BOD, COD: oxy hóa các chất ô nhiễm gây ra BOD, COD đối với chất khó phân hủy phải cần xúc tác

- Oxy hóa chất vô cô: oxy hóa cyanide, NOx, SOx,

- Oxy hóa chất hữu cơ: thủy phân formaldehyde, carbon disulfide (CS2), thuốc bảo vệ thực vật

- Oxy hóa kim loại: oxy hóa sắt II, mangan, arsenic, selenium,… để cải thiện khả năng hấp thụ, lọc hay kết tủa từ quá trình xử lý nước và nước thải

- Khử độc: cải thiện khả năng phân hủy sinh học: vôi xúc tác, H2O2 phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành đơn giản hơn, ít độc hơn, dễ phân hủy sinh học hơn

- Khử trùng

- Cung cấp nguồn DO tài chỗ cho quá trình xử lý sinh học

Các dang oxy hóa với H 2 O 2 :

- H2O2 không có xúc tác

- H2O2 với xúc tác

- Các quá trình oxy hóa cao cấp (Advance Oxidation Processes - AOP’s)

2 Hệ chất Fenton (Fenton’s reagent)

Khi cho hỗn hợp H2O2 và Fe2+ vào nước, xảy ra phản ứng sau:

Fe 2+ + H 2 O 2  Fe 3+ OH  + OH - (ở pH < 4) [1]

(Để tiết kiệm hóa chất có thể tiến hành phản ứng [1] ở pH = 7,0)

Gốc Radical OH được tạo ra từ phản ứng [1] thực chất là một chất oxy hóa rất mạnh (thế oxy hóa của gốc OH là 2,8v)

Gốc Radical OH được tạo thành sẽ nhanh chóng phản ứng với các chất hữu

cơ có trong nước thải

Chất hữu cơ PTL cao + OH   Chất hữu cơ PTL thấp + CO 2 + H 2 O [2]

Đồng thời Fe3+ tạo ra từ phản ứng [1] sẽ tham gia vào các phản ứng tạo ra các bông keo (phản ứng keo tụ)

Fe 3+ + OH -  Fe(OH) 3 

Các bông keo Fe(OH)3 sẽ nhanh chóng được hình thành, thực hiện các quá trình keo tụ cộng kết và hấp phụ các chất hữu cơ còn lại trong nước thải tạo thành bông và cụm bông Sau quá trình ta thấy các chất ô nhiễm trong nước thải bị giảm

đi nhanh chóng (COD, độ màu)