Nghiên cứu công nghệ tái sử dụng nước thải dệt nhuộm bằng than hoạt tính

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƢỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XIX NĂM 2017 TÊN CƠNG TRÌNH: NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ THÍCH HỢP TÁI SỬ DỤNG NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM SAU XỬ LÝ LÀM NGUỒN CẤP NƢỚC CHO SẢN XUẤT NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH TẠI CƠNG TY TNHH SAMIL VINA - KCN LONG THÀNH - TAM AN - LONG THÀNH - ĐỒNG NAI LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Tài nguyên Và Môi trường CHUYÊN NGÀNH: Kỹ thuật môi trường Mã số cơng trình: …………………………… i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu tổng quát 2.2 Mục tiêu cụ thể ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 4.1 Ý nghĩa khoa học 4.2 Ý nghĩa thực tiễn TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan công ty dệt nhuộm công ty xử lý nước thải dệt nhuộm 1.1.1 Tổng quan công ty TNHH SAMIL VINA 1.1.2 Cơng ty TNHH Hóa chất Mơi trường Vũ Hoàng 1.2 Tổng quan công nghệ dệt nhuộm 1.2.1 Đặc điểm nghành dệt nhuộm 1.2.2 Các loại nguyên liệu nghành dệt nhuộm 1.2.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất tổng qt 1.2.4 Các phương diện môi trường in 12 1.3 Đặc điểm nước thải dệt nhuộm 14 1.3.1 Nguồn phát sinh nước thải 14 1.3.2 Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm 15 1.3.3 Ảnh hưởng nước thải dệt nhuộm đến môi trường 16 1.4 Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 17 1.4.1 Xử lý nước thải phương pháp học 17 1.4.2 Xử lý nước thải phương pháp hóa học 18 ii 1.4.3 Xử lý nước thải phương pháp hóa lý 18 1.4.4 Xử lý nước thải phương pháp sinh học 18 1.4.5 Xử lý nước thải phương pháp hấp phụ 18 1.5 Sơ lược than hoạt tính 24 1.6 Tổng quan tình hình tái sử dụng nước 28 1.7 Các cơng trình nghiên cứu tái sử dụng nước thải 35 1.7 Giới thiệu công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm công ty Vina Samil 38 CHƢƠNG 2: NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43 2.1 Nội dung nghiên cứu 43 2.2 Vật liệu nghiên cứu 43 2.2.1 Thiết bị vật liệu nghiên cứu 43 2.3 Phương pháp nghiên cứu 45 2.3.1 Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu 45 2.3.2 Phương pháp phân tích thơng số lý, hóa 45 2.3.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 45 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 57 3.1 Kết 57 a Thí nghiệm 57 b Thí nghiệm 59 c Thí nghiệm 60 d Thí nghiệm 61 e Thí nghiệm 63 3.2 Đánh giá khả ảnh hưởng đến hiệu xử lý 64 3.2.1 Ảnh hưởng than hoạt tính đến cân hấp phụ 65 3.2.2 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 66 3.2.3.Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ 68 3.2.4 Ảnh hưởng phương pháp hóa lý đến hiệu hấp phụ 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 KẾT LUẬN 71 KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các loại thuốc nhuộm phổ biến Bảng 1.2: Thống kê lưu lượng nước thải qua giai đoạn Bảng 1.3: Đặc tính nước thải qua cơng đoạn 14 Bảng 1.4: Tính chất đầu vào nước thải dệt nhuộm công ty TNHH SAMIL VINA 16 Bảng 2.1: Danh mục cần thiết cho trình nghiên cứu 44 Bảng 2.2: Danh mục hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 44 Bảng 2.3: Thứ tự cho hóa chất thí nghiệm 49 Bảng 2.4: Kết chạy mô hình lọc 55 Bảng 3.1: Thí nghiệm thăm dò khoảng giá trị than 0.4% 57 Bảng 3.2: Kết thăm dò khoảng giá trị than 0.4% 58 Bảng 3.3: Thí nghiệm thăm dò giá trị pH tối ưu 59 Bảng 3.4: Thí nghiệm thăm dò thời gian hấp phụ tối ưu 60 Bảng 3.5: Thí nghiệm thăm dò giá trị PAC 5% tối ưu 61 Bảng 3.6: Kết thăm dò lượng PAC 62 Bảng 3.7: Thí nghiệm thăm giò giá trị Polymer 0.05% tối ưu 63 Bảng 3.8: Kết thí nghiệm lượng than ảnh hưởng đến cân hấp phụ 65 Bảng 3.9: Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 66 Bảng 3.10: Kết thăm dò giá trị pH tối ưu 68 Bảng 3.11: Biểu diễn kết rút giá trị Polymer 0.05% tối ưu 69 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ sang sợi dệt vải Hình 2: Sơ đồ cơng nghệ dệt nhuộm Hình 3: Than hoạt tính 25 Hình 4: Than hoạt tính dạng bột 26 Hình 5: Gốc OH – Phản ứng phá hủy chất ô nhiễm hữu nước 29 Hình 6: Cấu trúc màng lọc công nghệ màng 30 Hình 7: Tiến sĩ Trần Minh Chí – nguyên Viện trưởng Viện Kỹ thuật nhiệt đới bảo vệ môi trường TP.HCM 34 Hình 8: Sơ đồ cơng nghệ xử lý công ty SAMIL VIN 38 Hình 9: Các cốc 1000ml chứa nước thải 50 Hình 10: Châm than vào cốc 50 Hình 11: Châm H2SO4 10% vào cốc 51 Hình 12: Khuấy Jatest 51 Hình 13: Châm PAC 5% 52 Hình 14: Châm Polymer A 53 Hình 15: Khuấy Jatest 53 Hình 16: Lắng 54 Hình 17: Nước lắng cho vào chai đựng kiểm nghiệm 54 v DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ Đồ thị 1: Tình hình tái sử dụng nước tồn cầu (EPA,2012) 31 Đồ thị 2: Số lượng sáng chế đăng ký bảo hộ xử lý tái sử dụng nước thải công nghiệp theo thời gian 32 Đồ thị 3: Tỉ lệ hướng nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp theo số phân loại sáng chế quốc tế IPC 33 Đồ thị 4: Đồ thị biểu diễn giá trị than ảnh hưởng đến hiệu xử lý 57 Đồ thị 5: Đồ thị biểu diễn kết rút giá trị than tối ưu 58 Đồ thị 6: Đồ thị biểu diễn giá trị pH ảnh hưởng đến hiệu xử lý 59 Đồ thị 7: Đồ thị biểu diễn thời gian ảnh hưởng đến hiệu hấp phụ 60 Đồ thị 8: Đồ thị biểu diễn giá trị PAC 5% ảnh hưởng đến hiệu xử lý 62 Đồ thị 9: Đồ thị biểu diễn kết rút giá trị PAC 5% ảnh hưởng đến hiệu xử lý 63 Đồ thị 10: Đồ thị biểu diễn kết rút giá trị Polymer 0.05% ảnh hưởng đến hiệu xử lý 64 Đồ thị 11: Đồ thị biểu diễn liên hệ lượng than hiệu suất hấp phụ 66 Đồ thị 12: Đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 67 Đồ thị 13: Đồ thị biểu thị phương trình hấp phụ đẳng nhiệt dạng tuyến tính 67 Đồ thị 14: Đồ thị biểu diễn kết rút giá trị pH tối ưu 68 Đồ thị 15: Đồ thị biểu diễn kết rút giá trị Polymer 0.05% tối ưu 69 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TSD: Tái sử dụng CSDL: Cơ sở liệu SC: Sáng chế COD: Nhu cầu oxy hóa học DO: Nồng độ oxy hòa tan nước TSS: Tổng chất rắn lơ lửng KCN: Khu công nghiệp Khu CX&CN: Khu chế xuất công nghiệp BYT: Bộ y tế PAC: poly-aluminum chloride dạng chất keo tụ TNHH: Trách nhiệm hữu hạn TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam MỞ ĐẦU 1.ĐẶT VẤN ĐỀ Với kinh tế phát triển dân số tăng nhanh dẫn đến phát sinh nhiều hệ lụy liên quan tình trạng nhiễm mơi trường ngày trầm trọng Ô nhiễm xuất nhiều nơi môi trường đất, nước không khí Một hình thức phổ biến dễ nhận thấy nhiễm nước Một vấn đề đặt cho nước phát triển có Việt Nam cải thiện môi trường nước ô nhiễm chất độc hại cơng nghiệp tạo Điển nghành cơng nghiệp cao su, hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt nghành dệt nhuộm phát triển mạnh mẽ chiếm kim ngạch xuất lớn Việt Nam [1] Sản xuất mang lại cho ta nhiều lợi ích tạo nhiều sản phẩm để đáp ứng nhu cầu người Thế theo định luật bảo tồn vật chất kèm sản phẩm ln có chất thải Chất thải đặt biệt tơi muốn nhắc đến nước Sau q trình sản xuất ln ln sản sinh nước thải Nước thải loại hình sản xuất có tính chất khác nên việc xử lý khó khăn Mà nước ta phải gặp nhiều vấn đề nước nên việc cung cấp nước bị hạn chế khu cơng nghiệp có quy chuẩn cấp nước riêng gây ảnh hưởng không nhỏ đến xuất sản phẩm Vì việc hồn lưu nước thải xem mối giải nguy hàng đầu Và đặc biệt năm gần phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường chủ đề tập trung quan tâm nhiều nước giới Một vấn đề đặt cho nước phát triển có Việt Nam cải thiện môi trường ô nhiễm từ chất độc hại cơng nghiệp tạo Điển ngành cơng nghiệp cao su, hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy đặc biệt ngành dệt nhuộm phát triển mạnh mẽ chiếm kiêm ngạch xuất cao Việt Nam Với nhu cầu sử dụng nước lớn (12-65 l/m vải, tùy theo giai đoạn mà lượng nước thải trung bình khoảng 50 – 250 m3/ vải Với đặc tính sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm khác nên nước thải ngành dệt nhuộm vô phức tạp, thông số thay đổi liên tục tùy theo giai đoạn sản xuất Vì khơng giảm thiểu đến mức tối đa lượng nước thải, phải đề xuất giải pháp tái sử dụng nước thải nhằm tiết kiệm nguồn nước quý giá ngày cạn kiệt Đây lý khiến nhóm tác giả thực đề tài “ Nghiên cứu công nghệ thích hợp tái sử dụng nước thải dệt nhuộm sau xử lý làm nguồn cấp nước cho sản xuất Nghiên cứu điển hình cơng ty TNHH SAMIL VINA – KCN Long Thành – Tam An – Long Thành – Đồng Nai” MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu tổng qt Nghiên cứu cơng nghệ thích hợp để tái sử dụng nước thải dệt nhuộm sau xử lý làm nguồn cấp nước khâu giặt 2.2 Mục tiêu cụ thể Xác định giá trị tối ưu cho thí nghiệm phản ứng xử lý nước thải sau xử lý than hoạt tính Đánh giá khả xử lý than hoạt tính nước thải dệt nhuộm sau xử lý ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu đề tài nước thải sau xử lý công ty TNHH SAMIL VINA – KCN Long Thành – Tam An – Long Thành – Đồng Nai - Các tiêu phân tích: pH, COD, Độ màu, Mùi vị, Amoni (NH4), Độ cứng, Sắt, Clorua, Asen, Florua, Clo dư, Độ đục - Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 02/2017 đến tháng 05/2017 - Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường trường Đại học Công nghệ TP.HCM Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 4.1 Ý nghĩa khoa học - Xác định giá trị tối ưu cho thí nghiệm phản ứng xử lý nước thải sau xử lý than hoạt tính - Đánh giá khả xử lý than hoạt tính nước thải dệt nhuộm sau xử lý 4.2 Ý nghĩa thực tiễn - Đề xuất công nghệ xử lý nước thải đáp ứng yêu cầu làm nguồn cấp nước cho sản xuất công ty TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm nhà máy dệt nhuộm đạt chuẩn xả thải hướng nhiều đề tài nước Nhưng việc nghiên cứu tái sử dụng nước thải làm nguồn cấp nước cho sản xuất hạn chế Việt Nam 68 Cũng từ số liệu ta xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ dạng tuyến tính: 2.58 y = 0.3952x + 1.7079 R² = 0.991 2.48 2.38 2.28 2.18 2.08 0.99 1.19 1.39 1.59 1.79 1.99 Đồ thị 13: Đồ thị biểu thị phương trình hấp phụ đẳng nhiệt dạng tuyến tính Từ phương trình ta xác định số phương trình Freundlich: k = 101.7 n = 2.53 chứng tỏ trình hấp phụ xảy tốt 3.2.3 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ Từ thí nghiệm thăm dò giá trị pH ta rút bảng sau: Bảng 3.10: Kết thăm dò giá trị pH tối ưu Cốc pH 6.5 7.5 Nước thải (ml) 100 100 100 100 Than (mg) 36 COD (mg/l) 115.4 109.7 110.2 121.1 Hiệu xử lý (%) 44.5 47.3 47 41.8 69 140 120 121.1 115.4 109.7 110.2 100 80 COD (mg/l) 60 44.5 47.3 47 6.5 Hiệu suất xử lý (%) 41.8 40 20 7.5 Đồ thị 14: Đồ thị biểu diễn kết rút giá trị pH tối ưu Khi pH cao khả hấp phụ giảm tỷ lệ phân ly để tích điện âm than tăng, làm giảm lực hút tăng lực đẩy với bề mặt than Từ ta rút ảnh hưởng pH lên khả hấp phụ than chất hữu phụ thuộc vào tương tác không đặc thù hệ (tĩnh điện, Van der Waals, trao đổi ion…), tức phụ thuộc lớn vào trạng thái tích điện chất hấp phụ chất bị hấp phụ 3.2.4 Ảnh hƣởng phƣơng pháp hóa lý đến hiệu hấp phụ Từ bể lắng hệ than hoạt tính xem kết thúc q trình hóa lý Từ kết thực nghiệm q trình ta có bảng sau Bảng 3.11: Biểu diễn kết rút giá trị Polymer 0.05% tối ưu Cốc pH Nước thải (ml) 100 100 6.5 100 100 Than (mg) 36 Thời gian hấp phụ( phút) 120 70 PAC (ml) 0.7 Polymer (ml) 1.3 1.5 Khuấy phút, lắng, phân tích COD 90 COD (mg/l) 42.8 37.2 35.7 33.9 Hiệu xử lý (%) 79.4 82.1 82.8 83.7 79.4 82.1 82.8 83.7 37.2 35.7 33.9 80 70 60 50 42.8 40 COD (mg/l) Hiệu xử lý (%) 30 20 10 0.7 1.3 1.5 Đồ thị 15: Đồ thị biểu diễn kết rút giá trị Polymer 0.05% tối ưu Từ đồ thị ta thấy q trình hóa lý ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý nhiều, từ hiệu suất cao trình hấp phụ 55.4% sau q trình hóa lý hiệu suất xử lý lên đến 83.7% Điều giải thích thân than dạng hợp chất hữu cơ, lơ lửng nước, có khả lắng giới hạn đó, nên qua q trình hóa lý đặc biệt q trình keo tụ - tạo bơng có chức keo tụ lượng than hấp phụ chất hữu tạo nên bơng than to giúp q trình lắng hiệu 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.KẾT LUẬN Từ mơ hình thực nghiệm ta rút sơ đồ công nghệ: Nước thải dệt nhuộm sau xử lý H2SO4 10% Dung dịch A/C % Bể phản ứng số pH 6-8 - BOD ≤ 200 mg/l COD ≤ 400 mg/l TSS ≤ 150 mg/l Độ ≤ 278 Pt Co màu Bể phản ứng số Dung dịch PAC % Dung dịch polymer 0.05 % Xả bùn cặn Máy ép bùn hữu Bể keo tụ Bể tạo CHẤT LƯỢNG NƯỚC Bể lắng Bể chứa nước xử lý Lọc Hố chứa nước ĐẦU RA pH 6-9 - Độ màu ≤ 55 Pt - Co BOD ≤ 30 mg/l COD ≤ 50 mg/l QCVN 02 -BYT 72 (*)Ghi Đường nước thải Đường bùn Đường hóa chất Thuyết minh cơng nghệ xử lý nƣớc cho mục đích cấp nƣớc sản xuất khâu giặc Bể chứa nƣớc thải dệt nhuộm xử lý: Nước thải dệt nhuộm sau xử lý (bởi hệ thống xử lý nước thải ) vào bể chứa nước thải dệt nhuộm xử lý Tại đây, phần nước cấp vào hệ thống tiền xử lý nhờ hoạt động hai bơm chìm nước thải Bể phản ứng số Quá trình phản ứng than hoạt tính chất nhiễm nước khoảng pH thích hợp Vì vậy, dung dịch H2SO4 châm vào kiểm soát nhờ kiểm sốt pH để trì giá trị pH thích hợp cho trình phản ứng Máy khuấy bể phản ứng số giúp cho hóa chất nước thải khuấy trộn nhằm tăng hiệu suất trình phản ứng Hỗn hợp nước thải sau dẫn chảy vào bể phản ứng số Bể phản ứng số Tại bể này, thiết bị khuấy trộn chìm lắp đặt bể hoạt động liên tục đồng thời trì thời gian tiếp xúc ( thời gian lưu khoảng 04 giờ) than hoạt tính nước thải giúp loại bỏ màu chất hữu nước thải Hệ thống đĩa lắp đặt đáy bể, tạo hiệu ứng dòng nước xốy để tăng hiệu khuấy trộn, tiếp xúc nước thải với than Nước thải sau chảy tràn qua bể phản ứng keo tụ 73 Bể phản ứng keo tụ Tại bể này, dung dịch PAC châm vào liên tục với liều lượng thích hợp để thực phản ứng keo tụ, tăng khả để liên kết thành phần lơ lửng có nước thải với Trong bể lắp đặt cánh khuấy hoạt động liên tục, để gia tăng khả tiếp xúc phản ứng dung dịch PAC với nước thải Sau bể phản ứng keo tụ, nước thải tiếp tục dẫn chảy vào bể tạo Bể tạo Các hạt keo tạo từ bể keo tụ nhỏ Vì vậy, hóa chất Polymer với độ nhớt cao châm vào bể tạo để làm hạt keo trở nên lớn dễ dàng tách nước cho trình lắng cặn bể lắng Máy khuấy với tốc độ chậm hỗ trợ q trình tăng kích thước bơng cặn hiệu Nước thải sau keo tụ tạo dẫn qua bể lắng cặn Bể lắng cặn Hỗn hợp nước thải cặn tiếp tục vào bể lắng Tại đây, phần bơng cặn theo qn tính trọng lực lắng xuống đáy bể Phần cặn lắng gom vào tâm đáy bể nhờ hệ thống motor cánh gạt hướng tâm hoạt động Rất chậm Lượng bùn cặn tích tụ bơm xả bỏ định kỳ vào bể chứa bùn để đưa vào máy ép bùn trạm xử lý Phần nước sau lắng cặn chảy tràn mặt bể lắng theo hệ thống máng thu cưa dẫn chảy bể chứa nước cấp cho giai đoạn xử lý để tái xử dụng cho sản xuất Nước thải sau bước tiền xử lý đảm bảo đạt tiêu chuẩn độ màu, nồng độ COD, TSS theo yêu cầu chất lượng nước cho qui trình xử lý tái sử dụng nước thải 74 Bể chứa nƣớc xử lý Nước xử lý hệ thống tiền xử lý chảy tràn lưu trữ bể chứa nước xử lý Tại bể có lắp đặt thiết bị đo COD liên tục để kiểm soát chất lượng COD sau xử lý Tiêu chuẩn nước thải sau xử lý kiểm soát COD < 50ppm độ màu