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 tại công ty TNHH samil vina KCN long thành tam an long thành đồng nai

Nguồn gốc phát sinh nước thải Nước thải dệt nhuộm phát sinh từ các công đoạn sau: - Nước thải từ quá trình pha chế chất tạo màu - Nước thải từ quá trình xả nóng, xả lạnh, hồ in - N

NAI

LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Tài nguyên Và Môi trường

CHUYÊN NGÀNH: Kỹ thuật môi trường

Mã số công trình: ………

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

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

2.1 Mục tiêu tổng quát 2

2.2 Mục tiêu cụ thể 2

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3

4.1 Ý nghĩa khoa học 3

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

5 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về công ty dệt nhuộm và công ty xử lý nước thải dệt nhuộm 4

1.1.1 Tổng quan công ty TNHH SAMIL VINA 4

1.1.2 Công ty TNHH Hóa chất và Môi trường Vũ Hoàng 4

1.2 Tổng quan công nghệ dệt nhuộm 5

1.2.1 Đặc điểm về nghành dệt nhuộm 5

1.2.2 Các loại nguyên liệu của nghành dệt nhuộm 7

1.2.3 Quy trình công nghệ sản xuất tổng quát 7

1.2.4 Các phương diện môi trường của 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 của 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 bằng phương pháp cơ học 17

1.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học 18

1.4.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý 18

1.4.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 18

1.4.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ 18

1.5 Sơ lược về than hoạt tính 24

1.6 Tổng quan tình hình tái sử dụng nước 28

1.7 Các công trình nghiên cứu tái sử dụng nước thải 35

1.7 Giới thiệu về công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm tại công ty Vina Samil 38

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43

2.1 Nội dung nghiên cứu 43

2.2 Vật liệu nghiên cứu 43

2.2.1 Thiết bị và 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 thông số lý, hóa 45

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 45

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 57

3.1 Kết quả 57

a Thí nghiệm 1 57

b Thí nghiệm 2 59

c Thí nghiệm 3 60

d Thí nghiệm 4 61

e Thí nghiệm 5 63

3.2 Đánh giá khả năng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý 64

3.2.1 Ảnh hưởng của than hoạt tính đến cân bằng hấp phụ 65

3.2.2 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 66

3.2.3.Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ 68

3.2.4 Ảnh hưởng của phương pháp hóa lý đến hiệu quả hấp phụ 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

1 KẾT LUẬN 71

2 KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các loại thuốc nhuộm phổ biến 5

Bảng 1.2: Thống kê lưu lượng nước thải qua các giai đoạn 6

Bảng 1.3: Đặc tính nước thải qua các công đoạn 14

Bảng 1.4: Tính chất đầu vào nước thải dệt nhuộm của công ty TNHH SAMIL VINA 16

Bảng 2.1: Danh mục cần thiết cho quá 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 quả chạy mô hình lọc 55

Bảng 3.1: Thí nghiệm thăm dò khoảng giá trị than 0.4% 57

Bảng 3.2: Kết quả 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 quả thăm dò lượng PAC 62

Bảng 3.7: Thí nghiệm thăm giò giá trị Polymer 0.05% tối ưu 63

Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm lượng than ảnh hưởng đến cân bằng hấp phụ 65

Bảng 3.9: Bảng số liệu dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 66

Bảng 3.10: Kết quả thăm dò giá trị pH tối ưu 68

Bảng 3.11: Biểu diễn kết quả rút ra các giá trị Polymer 0.05% tối ưu 69

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Sơ đồ sang sợi và dệt vải 8

Hình 2: Sơ đồ công nghệ dệt nhuộm 9

Hình 3: Than hoạt tính 25

Hình 4: Than hoạt tính dạng bột 26

Hình 5: Gốc OH – Phản ứng phá hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước 29

Hình 6: Cấu trúc màng lọc trong công nghệ màng 30

Hình 7: Tiến sĩ Trần Minh Chí – nguyên Viện trưởng Viện Kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường TP.HCM 34

Hình 8: Sơ đồ công nghệ xử lý của 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 được cho vào chai đựng và đi kiểm nghiệm 54

DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ

Đồ thị 1: Tình hình tái sử dụng nước trên toàn cầu (EPA,2012) 31

Đồ thị 2: Số lượng sáng chế đăng ký bảo hộ về xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp theo thời gian 32

Đồ thị 3: Tỉ lệ các hướng nghiên cứu về xử lý nước thải công nghiệp theo chỉ số phân loại sáng chế quốc tế IPC 33

Đồ thị 4: Đồ thị biểu diễn các giá trị than ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý 57

Đồ thị 5: Đồ thị biểu diễn kết quả rút ra các giá trị than tối ưu 58

Đồ thị 6: Đồ thị biểu diễn các giá trị pH ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý 59

Đồ thị 7: Đồ thị biểu diễn thời gian ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ 60

Đồ thị 8: Đồ thị biểu diễn giá trị PAC 5% ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý 62

Đồ thị 9: Đồ thị biểu diễn kết quả rút ra các giá trị PAC 5% ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý 63

Đồ thị 10: Đồ thị biểu diễn kết quả rút ra các giá trị Polymer 0.05% ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý 64

Đồ thị 11: Đồ thị biểu diễn liên hệ giữa lượng than và 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 ở dạng tuyến tính 67

Đồ thị 14: Đồ thị biểu diễn kết quả rút ra các giá trị pH tối ưu 68

Đồ thị 15: Đồ thị biểu diễn kết quả rút ra các giá trị Polymer 0.05% tối ưu 69

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TSD: Tái sử dụng

CSDL: Cơ sở dữ liệu

SC: Sáng chế

COD: Nhu cầu oxy hóa học

DO: Nồng độ oxy hòa tan trong nước

TSS: Tổng chất rắn lơ lửng

KCN: Khu công nghiệp

Khu CX&CN: Khu chế xuất và công nghiệp

Sản xuất mang lại cho ta nhiều lợi ích tạo ra nhiều sản phẩm để đáp ứng nhu cầu của mỗi con người Thế nhưng theo định luật bảo toàn vật chất thì đi kèm sản phẩm luôn có chất thải Chất thải đặt biệt tôi muốn nhắc đến đó là nước Sau mỗi quá trình sản xuất thì luôn luôn sản sinh ra nước thải Nước thải ở mỗi loại hình sản xuất thì có tính chất khác nhau nên việc xử lý rất khó khăn Mà nước ta đang phải gặp nhiều vấn

đề về nước sạch nên việc cung cấp nước bị hạn chế mỗi khu công nghiệp thì có quy chuẩn cấp nước riêng gây ảnh hưởng không nhỏ đến năng xuất sản phẩm Vì thế việc hoàn lưu nước thải được xem là mối giải nguy hàng đầu Và đặc biệt trong những năm gần đây phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường là chủ đề tập trung sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới Một trong những vấn đề đặt ra cho các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trường ô nhiễm từ các chất độc hại do nền công nghiệp tạo ra Điển hình như các ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kiêm ngạch xuất khẩu cao của Việt Nam

Với nhu cầu sử dụng nước khá lớn (12-65 l/m vải, tùy theo từng giai đoạn mà lượng nước thải trung bình khoảng 50 – 250 m3/ tấn vải Với đặc tính sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau nên nước thải ngành dệt nhuộm cũng vô cùng phức tạp,

các thông số thay đổi liên tục tùy theo giai đoạn sản xuất Vì vậy không chỉ giảm thiểu đến mức tối đa lượng nước thải, chúng ta còn phải đề xuất các giải pháp tái sử dụng nước thải nhằm tiết kiệm nguồn nước quý giá đang ngày càng cạn kiệt hiện nay

Đây cũng chính là lý do khiến nhóm tác giả thực hiện 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 tại công ty TNHH SAMIL VINA – KCN Long Thành – Tam An – Long Thành – Đồng Nai”

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu được công nghệ thích hợp nhất để tái sử dụng nước thải dệt nhuộm sau

xử lý làm nguồn cấp nước trong khâu giặt

2.2 Mục tiêu cụ thể

Xác định các giá trị tối ưu cho các thí nghiệm phản ứng xử lý nước thải sau xử lý

của than hoạt tính

Đánh giá khả năng xử lý của than hoạt tính đối với nước thải dệt nhuộm sau xử lý

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là nước thải sau xử lý của công ty TNHH

SAMIL VINA – KCN Long Thành – Tam An – Long Thành – Đồng Nai

- Các chỉ 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 tại trường Đại học Công nghệ TP.HCM

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

4.1 Ý nghĩa khoa học

- Xác định được các giá trị tối ưu cho các thí nghiệm phản ứng xử lý nước thải

sau xử lý của than hoạt tính

- Đánh giá được khả năng xử lý của than hoạt tính đối với nước thải dệt nhuộm sau

xử lý

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Đề xuất được công nghệ xử lý nước thải đáp ứng yêu cầu làm nguồn cấp nước cho sản xuất tại công ty

5 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm của các nhà máy dệt nhuộm đạt chuẩn xả thải

là hướng của nhiều đề tài trong và ngoài nước Nhưng việc nghiên cứu tái sử dụng nước thải làm nguồn cấp nước cho sản xuất thì đang còn hạn chế ở Việt Nam

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về công ty dệt nhuộm và công ty xử lý nước thải dệt nhuộm [2]

1.1.1 Tổng quan công ty TNHH SAMIL VINA

Tên công ty: Công ty TNHH SAMIL VINA

Địa chỉ: KCN Long Thành – Tam An – Long Thành – Đồng Nai

Đại diện công ty: Ông Lee Kang Yeol

Chức vụ: Tổng giám đốc

Cán bộ phụ trách môi trường: Ông Phạm Đình Công

Nghành nghề sản xuất, kinh doanh: Se sợi, dệt vải và gia công hoàn tất vải thành phẩm xuất khẩu

Tổng diện tích: 147,1715 m2, trong đó diện tích đang sử dụng là 127,1715 m2

Diện tích trồng cây xanh, thảm cỏ: 19.082,2 m2

Khu xử lý nước thải với tổng diện tích khoảng 9.000 m2 trong đó 2.000 m2 dự phòng với khoảng 1.350 m2 là diện tích cây xanh

1.1.2 Công ty TNHH Hóa chất và Môi trường Vũ Hoàng

Tên công ty: Công ty TNHH Hóa chất và Môi trường Vũ Hoàng

Chức vụ: Giám đốc

Cán bộ phụ trách môi trường: Ông Phan Minh Hiệp

Lĩnh vực hoạt động:

- Sản xuất, kinh doanh hóa chất sử dụng trong lĩnh vực môi trường

- Tư vấn các thủ tục về môi trường, thực hiện ĐTM, BCGS…

- Tư vấn, thiết kế, xây dựng trạm xử lý nước cấp, nước thải sản xuất và công nghiệp

- Nhận vận hành thuê trạm xử lý nước thải công nghiệp

- Có chức năng quản lý chất thải nguy hại tại vùng Duyên hải Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Đồng Bằng Sông Cửu Long

1.2 Tổng quan công nghệ dệt nhuộm

1.2.1 Đặt điểm về nghành dệt nhuộm

1.2.1.1 Hóa chất

Cùng với sự phát triển của đất nước, nghành công nghệ dệt nhuộm cũng có nhiều thay đổi, bên cạnh những nhà máy xí nghiệp quốc doanh, ngày càng có nhiều xí nghiệp mới ra đời Kết quả khảo sát cho thấy hầu hết các nhà máy đều nhập thiết bị, hóa chất từ nhiều nước khác nhau:

- Thiết bị: Mỹ, Đức, Nhật, Ba Lan, Ấn Độ, Đài Loan…

- Thuốc nhuộm: Nhật, Đức, Thụy Sĩ, Anh…

- Hóa chất cơ bản: Trung Quốc, Ấn Độ, Đài Loan, Việt Nam…

Bảng 1.1: Các loại thuốc nhuộm phổ biến [2]

gặp Tên tiếng việt Tên tiếng anh

Choramin…

Acid Acid Eriosin, Irganol,

Carbolan…

Rhodamine…

Immedia…

1.2.1.2 Nhu cầu sử dụng nước và nước thải [2]

Công nghệ dệt nhuộm sử dụng nước khá lớn từ 12 – 65 lít nước cho 1 mét vải và

được phân bố như sau:

- Sản xuất hơi nước: : 5,3%

- Làm mát thiết bị: : 6,4%

- Phun mù và khử bụi trong các phân xưởng : 7,8%

- Nước dùng trong các giai đoạn công nghệ: : 72,3%

- Nước về sinh và sinh hoạt : 7,6%

- Cứu hỏa và việc khác: : 0,6%

Bảng 1.2: Thống kê lưu lượng nước thải qua các giai đoạn

(m 3 /tấn)

Len nhuộm Dệt thoi (xử lý sơ bộ và nhuộm) 100 – 250

1.2.2 Các loại nguyên liệu của nghành dệt nhuộm

Nguyên liệu cho các nghành dệt nhuộm chủ yếu là các loại sợi tự nhiên (sợi Cotton), sợi tổng hợp (sợi Poly Ester) và sợi pha, trong đó:

- Sợi Cotton (Co): Được kéo từ sợi bông vải có đặc tính hút ẩm cao, xốp, bền trong môi trường kiềm, phân hủy trong môi trường acid Vải dệt từ loại sợi này thích hợp cho khí hậu nóng mùa hè Tuy nhiên sợi còn lẫn nhiều sợi tạp chất như sáp, mày lông

1.2.3 Quy trình công nghệ sản xuất tổng quát

1.2.3.1 Sang sợi và dệt vải

 Chải

Các bông sợi được chải song song tạo thành sợi thô

 Kéo sợi thành ống, se sợi

Nhuộm

Xử lý sau khi nhuộm

Kiểm tra Đóng gói

Kéo sợi thô để giảm kích thước sợi, tăng độ bền, quấn sợi vào các ống sợi thích hợp cho việc dệt vải sợi con trong các ống nhỏ được đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt vải Mắc sợi là dồn các quả ống để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi

 Hồ sợi

Hồ sợi bằng hồ tinh bột và hồ biến tinh để tạo màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền, trơn và độ bóng của sợi để có thể tiến hành dệt vải Ngoài ra còn dùng các loại hồ nhân tạo như polyvinlalol ( PVA), polyacrylat

1.2.3.2 Công nghệ dệt nhuộm đơn giản

Hình 2: Sơ đồ công nghệ dệt nhuộm

Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải

Nước thải

Vải Giũ hồ

Nấu

Xử lý acid, giặt Tẩy trắng Giặt Làm bóng Nhuộm, in hoa Giặt

Hoàn tất, văng khổ

Nước thải chưa hồ tinh bột,

NAOH Enzym, NaOH

NaOH, Hóa chất, hơi nước

H2S04, chất tẩy giặt, nước

 Chuẩn bị nhuộm

Đây là công đoạn tiền xử lý và quyết định các quá trình nhuộm về sau Vải mộc được tiền xử lý tốt mới đảm bảo được độ trắng cần thiết, đảm bảo cho thuốc nhuộm bám đều lên mặt vải và giữ được độ bền trên đó Các công đoạn chuẩn bị nhuộm bao gồm: đốt lông, rũ hồ, màu tẩy

 Nấu vải

Mục đích của nấu vải là loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của xơ sợi như: dầu, mỡ sáp…Sau khi nấu vải có độ mao dẫn và khả năng thấm ướt cao, hấp thụ hóa chất – thuốc nhuộm cao hơn, vải mềm mại và đẹp hơn Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất cao (2 – 3 at) và nhiệt độ cao

 Tẩy trắng

Công đoạn này dùng để tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các chất bẩn, làm cho vải có độ trắng theo yêu cầu Các hóa chất thường sử dụng: Natriclorit ( NaClO2), natri hypocloric (NaClO), NaHSO4… Và các chất phụ trợ như: Na2SiO3, Slovapon N

 Công đoạn nhuộm

Mục đích là tạo ra những màu sắc khác nhau của vải Để nhuộm vải được người ta

sử dụng chủ yếu các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các chất trợ nhuộm để tạo

sự gắn màu của vải Phần thuốc nhuộm như không gắn vào vải mà theo dòng nước thải đi ra, phần thuốc thải này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ, loại vải, độ màu yêu cầu…

Khi nhuộm vải thì quá trình nhuộm vải xảy ra theo 4 bước:

- Di chuyển các phân tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi

- Gắn màu vào bề mặt sợi

- Khuếch tán màu vào bề mặt sợi, quá trình này xảy ra chậm hơn so với quá trình trên

- Cố định màu vào sợi

Để tăng hiệu quả quá trình nhuộm, các loại hóa chất sử dụng để phụ trợ cho quá trình nhuộm như các loại acid H2SO4, CH3COOH, các muối Natri Sunfat, muối Amoni, các chất cầm màu như Syntephix, Timofix

Sau đây là một số thuốc nhuộm:

- Pigment: Là một số thuốc nhuộm hữu cơ không hòa tan và một số chất vô cơ

có màu như các bôxít và muối kim loại Thông thường pigment được dùng trong

in hoa

- Thuốc nhuộm Azo: Loại thuốc nhuộm này hiện nay đang được sản xuất rất nhiều, chiếm trên 50% lượng thuốc nhuộm Đây là loại thuốc nhuộm có chứa một hay nhiều nhóm Azo: -N=N- Thường có các loại sau:

- Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu, không tan trong nước nên thường nhuộm cho loại sợi tổng hợp ghét nước

- Thuốc nhuộm hoàn nguyên: là những hợp chất màu hữu cơ không tan trong nước, có dạng R=C=O Khi bị khử sẽ tan mạnh trong kiềm và hấp thụ mạnh vào sợi, loại thuốc này cũng dễ bị thủy phân và oxy hóa về dạng không tan ban đầu

- Thuốc nhuộm bazo: là những hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầu hết là các muối clorua, oxalate hoặc muối kép của các bazo hữu cơ Khi acid hòa tan, chúng phân ly thành các cation mang màu và anion không mang màu

- Thuốc nhuộm acid: Khi hòa tan trong nước, bắt màu vào xơ trong môi trường acid Thuốc này thường dùng để nhuộm len và nhuộm trực tiếp (là những hợp chất màu hòa tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào xơ xenlulozo nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm)

- Thuốc nhuộm hoạt tính: Là những hợp chất màu mà trong phân tử có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện các mối liên kết hóa trị với xơ

- Thuốc nhuộm lưu huỳnh: Là những hợp chất màu không tan trong nước và một số dung môi hữu cơ nhưng tan trong môi trường kiềm Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt để nhuộm vải từ xơ xenlulo, không nhuộm được len và tơ tằm vì dung dịch nhuộm có tính kiềm mạnh

- Chất tẩy trắng quang học là những hợp chất hữu cơ trung tính, không màu hoặc có màu vàng nhạt, có ái lực với xơ Đặc điểm của chúng là khi nằm trên xơ sợi, chúng có khả năng hấp thụ một số tia trong miền tử ngoại của quang phổ và phản xạ tia xanh lam và tia tím

 In hoa trên sản phẩm nhuộm

In hoa tạo ra các hoa văn có một hay nhiều màu trên nền vải trắng hoặc vải màu bằng hồ in

Hồ in là một loại thuốc nhuộm ở dạng hòa tan hay pigment dung môi Các loại thuốc nhuộm dùng cho in hoa như pigment, hoạt tính, hoàn nguyên, azo không tan và indigozol Hồ in có nhiều loại như hồ tinh bột, dextrin, hồ liganit natri, hồ nhũ tương hay hồ nhũ hóa tổng hợp

 Giặt

Sau khi nhuộm và in vải được giặt nóng và lạnh nhiều lần để loại bỏ tạp chất hay thuốc nhuộm, in dư trên vải

- Đối với thuốc nhuộm hoạt tính: 4 lần

- Đối với thuốc nhuộm pigment: 2 lần

- Đối với thuốc nhuộm phân tán: 2 lần

Công đoạn văng khổ hoàn tất:

Văng khổ hay hoàn tất vải với mục địch ổn định kích thước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử dụng một số hóa chất chống nhàu, chất làm mềm và hóa chất như metylit, acid acetic, formaldehyt…

1.2.4 Các phương diện môi trường của in

Các thành phần chính của bột in nhão bao gồm chất màu tinh lọc (thuốc nhuộm, thuốc màu), chẩt làm đặc, và trong in bằng bột màu là chết kết dính

Các chất gây ô nhiễm chính liên quan đến quy trình in là việc phát thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) từ các dung môi của bột in nhão Chúng có thể là dung dịch nước, hữu cơ (cồn khoáng) hoặc cả hai Nồng độ dung môi trong bột in nhão có thể thay đổi từ 0 đến 60% khối lượng U rê, được sử dụng như chất hướng nước, là một trong những chất gây ô nhiễm nhất, góp phần vào nồng độ nitơ trong nước thải và vào amoniac trong khí thải vì nó phân hủy trong quá trình sấy khô và in (phản ứng biuret) Ngoại trừ in bằng bột màu và in chuyển nhiệt, công đoạn giặt là cần thiết để loại bỏ màu không cố định trên vải

Các chất gây ô nhiễm chính trong in bằng bột màu là các dầu khoáng (spirit trắng)

từ chất làm đặc và methanol và formaldehyde từ nhựa melamine/các chất cố định Những chất này có thể được thải ra ở mức độ lên đến 10g C ở hữu cơ/kg vải dệt (khoảng 500mg C hữu cơ/m3)

Thành phần mực in

Mực in là dạng hỗn hợp huyền phù gồm các thành phần chính: Chất liên kết, chất

tạo màu, dung môi, ngoài ra còn có các chất phụ gia nhằm điều chỉnh các tính chất khác nhau của mực như độ nhớt, độ dính tốc độ khô, độ pH… Công thức mực khác nhau quyết định bởi công nghệ in khác nhau

Nguyên liệu chính cho sản xuất mực in bao gồm bột màu, chất kết dính, dung môi

1.3 Đặc điểm nước thải dệt nhuộm

1.3.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải

Nước thải dệt nhuộm phát sinh từ các công đoạn sau:

- Nước thải từ quá trình pha chế chất tạo màu

- Nước thải từ quá trình xả nóng, xả lạnh, hồ in

- Nước thải từ quá trình dệt nhuộm, in

- Nước thải từ quá trình vệ sinh máy móc, thiết bị sau in

Bảng 1.3: Đặc tính nước thải qua các công đoạn [2]

Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính nước thải

Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, Glucozo, Carboxy metyl,

xenlulozo, nhựa, chất béo, sáp… BOD, COD cao

Nấu, tẩy NaOH, chất sáp, dầu mỡ, soda, xơ,

Tẩy trắng Hợp chất chứa clo, NaOH, H2O2… pH cao, BOD thấp

Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, thuốc trợ Độ màu rất cao, TSS cao,

nhuộm, các muối kim loại… BOD, COD trung bình

In Chất màu, tinh bột, muối kim loại… Độ màu cao, BOD, COD

cao

Các loại thuốc nhuộm, in được đặc biệt quan tâm vì chúng thường là nguồn sinh ra các kim loại, muối và màu trong nước thải Các chất hồ vải với lượng BOD, COD cao

và các chất hoạt động bề mặt là nguyên nhân chính gây ra tính độc cho thủy sinh của nước thải dệt nhuộm

1.3.2 Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm

Tính chất nước thải giữ vai trò quan trọng trong thiết kế, vận hành hệ thống xử lý

và quản lý chất lượng môi trường Sự dao động về lưu lượng và tính chất nước thải quyết định tải trọng thiết kế cho các công trình đơn vị

Nước thải dệt nhuộm sẽ khác nhau khi sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau Điều này rất quan trọng trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm

Các chất ô nhiễm chính trong nước thải của công đoạn mực in là nhựa hòa tan của acrylic, nhóm màu sắc hữu cơ, các bazơ phân tán cao phân tử và phenyl Hơn nữa, nhựa acrylic là thành phần chính của COD trong Nước thải, chiếm hơn 80%

Hóa chất sử dụng: hồ tinh bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3,

Na2SO3…Các loại thuốc nhuộm, các chất trơ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt…

Thành phần nước thải phụ thuộc vào: đặc tính của vật liệu nhuộm, bản chất của thuốc nhuộm, in các chất phụ trợ và các hóa chất khác được sử dụng

Bảng 1.4: Tính chất đầu vào nước thải dệt nhuộm của công ty TNHH SAMIL VINA

Dệt len Sợi (poly, cotton)

1.3.3 Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường

Với nhiều loại hóa chất sử dụng cho ngành dệt nhuộm thì khi thải ra nguồn tiếp nhận, nhất là ra các sông ngòi, ao hồ sẽ gây độc cho các loài thủy sinh Có thể phân chia các nhóm hóa chất ra làm ba nhóm chính

1.3.3.1 Các chất độc hại đối với vi sinh và cá

NaOH và Na2CO3 được dùng với số lượng lớn để nấu vải sợi bông và xử lý vải sợi pha

H2SO4 dùng để giặt, trung hòa xút, hiện màu thuốc nhuộm hoàn nguyên tan

Clo hoạt động ( nước tẩy Javen) dùng để tẩy trắng vải sợi bông

Fomaderhyt có trong chất cầm màu và các chất dùng xử lý hoàn tất

Dầu hỏa dùng để tạo hồ in pigment

Trong một tấn xút công nghiệp nếu sản xuất bằng điện cực thủy nhân sẽ có 4g thủy ngân ( Hg)

Tạp chất kim loại nặng có trong thuốc nhuộm sử dụng một lượng halogene hữu cơ độc hại đưa vào nước thải từ một số thuốc nhuộm hoàn nguyên, phân tán, hoạt tính, pigment…

1.3.3.2 Các chất khó phân giải vi sinh

Các chất giặt vòng thơm, mạch Ethylenoxit dài hoặc có cấu trúc mạch Alkyl

Các polymer tổng hợp bao gồm các chất hồ hoàn tất, các chất hồ sợi dọc như polyvinylalcol, polyacrylat

Phần lớn các chất làm mềm vải, các chất tạo phức trong xử lý hoàn tất

Nhiều thuốc nhuộm và chất tăng trắng quang học đang sử dụng

1.3.3.3 Các chất ít độc và có thể phân giải vi sinh

Xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong xơ sợi bị loại bỏ trong các công đoạn

xử lý nước

Các chất dùng để hồ sợi dọc

- Acid axetic (CH3COOH), acid fomic (HCOOH) để điều chỉnh Ph

1.4 Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

Do đặc thù của công nghệ, nước thải dệt nhuộm chứa tổng hàm lượng chất rắn TS,

chất rắn lơ lửng, độ màu, BOD, COD cao nên chọn phương pháp xử lý thích hợp phải dựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải, xử lý tập trung hay cục bộ Về nguyên lý xử lý, nước thải dệt nhuộm có thể áp dụng các phương pháp sau:

1.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng Để tách các chất này ra khỏi nước thải Thường sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực li tâm và lọc Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và

mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp Các công nghệ như: song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng cát, bể vớt dầu mỡ,v.v

1.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

Các phương pháp hóa học xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxy hóa và khử Tất

cả các phương pháp này đều dùng tác nhân hóa học nên tốn nhiều tiền Người ta sử dụng các phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và trong các hệ thống nước khép kín Đôi khi phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn

1.4.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý

Cơ chế của phương pháp hóa lý là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó, chất

này phản ứng với các tập chất bẩn trong nước thải và có khả năng loại chúng ra khỏi nước thải dưới dạng cặn lắng hoặc dạng hòa tan không độc hại

Các phương pháp hóa lý thường sử dụng để khử nước thải là quá trình keo tụ, hấp phụ, trích ly, tuyển nổi

1.4.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Là phương pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy sinh hóa các hợp

chất hữu cơ, biến các hợp chất có khả năng thối rữa thành các chất ổn định với sản phẩm cuối cùng là cacbonic, nước và các chất vô cơ khác/

Phương pháp sinh học có thể chia thành hai loại: xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí trên cơ sở có oxy hòa tan và không có oxy hòa tan

1.4.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ

Có thể phân biệt hai loại hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Hấp phụ vật lý:

Trong hấp phụ vật lý các nguyên tử bị hấp phụ liên kết với tiếu phân (nguyên tử, phân tử, ion) ở bề mặt chất hấp phụ bởi lực VanderWalls

Nói cách khác, hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị khu trú trên bề mặt chất hấp phụ và bị giữ trên bề mặt này bằng những liên kết yếu như lực các phân tử (lực VanderWalls) và liên kết hydro, sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch và nhiệt hấp phụ này nhỏ khoảng 8 Kcal/mol

Hấp phụ hóa học:

Trong hấp phụ hóa học có những lực hóa trị mạnh (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí) liên kết các phân tử bị hấp phụ với những tiểu phân của chất hấp phụ thành hợp chất bề mặt Nói cách khác, hấp phụ hóa học xảy ra khi chất bị hấp phụ tạo với chất hấp phụ hợp chất hóa học trên bề mặt pha hấp phụ Lực hóa học khi đó là lực liên kết hóa học, nhiệt tỏa ra lớn ngang với các phản ứng hóa học

Sự hấp phụ hóa học là luôn luôn bất thuận nghịch Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 200 Kcal/mol

Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ - lực tương tác giữa các phân tử gây ra hấp phụ vật lý, trao đổi ion, lực nội phân tử gây

ra hấp phụ hóa học- tạo ra các liên kết hóa học

Hấp phụ xác định một số tính chất của một số vật liệu cố định trên bề mặt chung, các phân tử của một chất có chút ít thuận nghịch, có sự di chuyển từ pha nước lên bề mặt chất rắn Chất rắn thu được những tính ngoài (kị nước hay ưa nước) có thể làm thay đổi trạng thái cân bằng môi trường

Tốc độ quá trình hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ, bản chất và cấu trúc của chất tan, nhiệt độ của nước, loại và tính chất của chất hấp phụ

Trong trường hợp tổng quát quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:

- Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt chất hấp phụ (khuếch tán ngoài)

- Thực hiện quá trình hấp phụ

- Di chuyển chất ran bên trong hạt hấp phụ

Quá trình hấp phụ diễn ra rất nhanh, giai đoạn quyết định tốc độ quá trình có thể là khuếch tán ngoài hoặc khuếch tán trong Trong vùng khuếch tán ngoài tốc độ hấp phụ phụ thuộc vào vận tốc dòng chất lỏng Trong khi ở vùng khuếch tán trong tốc độ phụ thuộc vào bản chất kích thước mao quản, kích thước hạt hấp phụ, kích thước phân tử chất bị hấp phụ

Khả năng hấp phụ của chất rắn phụ thuộc vào

Bề mặt khai triển hay diện tích riêng của vật liệu: chất rắn trong môi trường tự nhiên (đất sét, silic) có diện tích riêng thay đổi với trạng thái hóa lý của môi trường nước Chất hấp phụ công nghiệp (chủ yếu là than hoạt tính) có thể có bề mặt riêng rất lớn khoảng 600-1200 m2/g, các chất hấp phụ khác như hydroxyt kim loại tạo ra trong quá trình đông tụ - kết bông phát triển thành một diện tích rất lớn mà có sự phụ thuộc chặt chẽ vào độ pH

Bản chất của mối liên kết chất bị hấp phụ- chất hấp phụ nghĩa là từ năng lượng tự

do tương tác giữa vị trí hấp phụ và phần phân tử tiếp xúc với bề mặt

Thời gian tiếp xúc giữa chất rắn và chất hòa tan Khi cân bằng có sự trao đổi động lực giữa các phân tử của pha hấp phụ và các phân tử ở lại trong dung dịch

Một số phương trình đẳng nhiệt mô tả quá trình hấp phụ [3]

Hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir: Trong quá trình hấp phụ những phân tử khí

bị hấp phụ sẽ ở lại trên bề mặt hạt xúc tác trong một thời gian nhất định để tiếp nhận năng lượng và thực hiện quá trình nhả hấp phụ Quá trình hấp phụ và quá trình nhả hấp phụ xảy ra đồng thời cho đến khi hạt phản ứng đạt được trạng thái cân bằng Khi thiết lập phương trình Langmuir người ta xuất phát từ giả thuyết sau:

+ Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định

+ Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân

+ Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các trung tâm

là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh

+ Thuyết hấp phụ Langmuir được mô tả bởi phương trình:

𝑞𝑒=𝑞𝑚 𝑏.𝐶𝑒

1+𝑏.𝐶𝑒Trong đó: 𝑞𝑒,𝑞𝑚: dung lượng và dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

𝐶𝑒: Nông độ dung dịch tại thời điểm cân bằng

b: hệ số của phương trình Langmuir (được xác định từ thực nghiệm)

Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich:

Ở nồng độ bề mặt không lớn, khi làm tăng nồng độ chất bị hấp phụ trên pha khu trú cho đến lúc tất cả các vị trí hoạt động (có khả năng liên kết với chất bị hấp phụ) đều bị chiếm Lúc đó bề mặt chất hấp phụ được bảo hòa bằng chất bị hấp phụ

Chúng ta cho rằng, trên bề mặt tiếp xúc diễn ra quá trình hóa học đơn phân tử, trong đó chất phản ứng là chất phản ứng bề mặt và giai đoạn này là giai đoạn quyết định tốc độ của toàn bộ quá trình hấp phụ Có thể tiến hành đo nồng độ chất bị hấp phụ trong pha lỏng khu trú Nếu trạng thái cân bằng hấp phụ tương ứng với giai đoạn

1 của đường đẳng nhiệt thì phương trình động học thực nghiệm sẽ là bậc nhất, trong trường hợp đoạn 2 bậc là phân số, còn đoạn 3 bậc không (tất cả đều đối với nồng độ trong pha lỏng) Khi bậc phản ứng là bậc không thì tốc độ hấp phụ không phụ thuộc vào nồng độ chất bị hấp phụ nữa

Mô hình Freundlich:

𝑞𝑒=𝑘𝐹.𝐶𝑒

1 𝑛

Trong đó: 𝑞𝑒 : Lượng hấp phụ đơn vị, mg chất bẩn/cm3 chất hấp phụ (mg/g)

𝐶𝑒 : Nồng độ cân bằng, mg/l

𝑘𝐹,1/n : Là các hằng số đặc trưng, kF đặc trưng cho khả năng hấp phụ

của vật liệu đối với chất bị hấp phụ, n là đặc trưng định tính cho bản chất

tương tác của hệ hấp phụ Phương trình được chuyển về dạng đường thẳng

𝑙𝑜𝑔𝑞𝑒=𝑙𝑜𝑔𝑘𝐹+1

𝑛𝑙𝑜𝑔𝐶𝑒Người ta phân biệt hai kiểu hấp phụ: hấp phụ trong điều kiện tĩnh và hấp phụ trong

điều kiện động

Hấp phụ trong điều kiện tĩnh: là không có sự chuyển dịch tương đối của phân tử chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ mà chúng cùng chuyển động với nhau Biện pháp thực hiện cho chất hấp phụ vào nước và khuấy trong một thời gian đủ để đạt được trạng thái cân bằng (nồng độ cân bằng) Tiếp theo cho lắng hoặc lọc để giữ chất hấp phụ lại và tách nước ra

Hấp phụ trong điều kiện động là có sự chuyển động tương đối của phân tử chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ Biện pháp thực hiện là cho nước lọc qua lớp lọc vật liệu hấp phụ

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xỉ mạt sắt, Trong số này than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất Than hoạt tính có hai dạng: dạng bột và dạng hạt đều được dùng để hấp thụ Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước

Phương pháp này có khả năng hấp phụ 58 – 95% các chất hữu cơ và màu Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được tính đến là phenol, ankylbenzen, sulfonic axit, các hợp chất thơm

Hiện nay người ta áp dụng than hoạt tính để xử lý chất hữu cơ trong nước thải: Bột than hoạt tính và nước thải (thường là nước thải sau xử lý sinh học) cho vào một bể tiếp xúc, sau một thời gian nhất định bột than hoạt tính được cho lắng hoặc lọc Do than hoạt tính rất mịn nên phải sử dụng thêm các chất trợ lắng polyelectrolyte

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hấp phụ [4]

Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học đều tỏa nhiệt Tuy nhiên, ở hấp phụ vật lý tỏa

nhiệt yếu, khoảng vài chục kJ/mol Còn ở hấp phụ hóa học tỏa nhiệt mạnh có thể đạt tới hàng trăm kJ/mol vào cỡ hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học Vì sự hấp phụ hóa học tỏa nhiệt, nên theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng, lượng chất bị hấp phụ phải giảm khi nhiệt độ tăng Tuy vậy, ở nhiệt độ thấp hấp phụ hóa học thường diễn ra chậm

và khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hấp phụ có thể tăng theo Điều này có thể liên quan đến hàng rào hoạt hóa đặc trưng cho tương tác hóa học giữa các phân tử bị hấp phụ và các tiểu phân của lớp bề mặt Hấp phụ hóa học mà tốc độ phụ thuộc vào hàng rào hoạt hóa gọi là hấp phụ hoạt hóa

Trong hấp phụ vật lý, lượng chất bị hấp phụ ở áp suất không đổi sẽ giảm đi khi tăng nhiệt độ Tốc độ của quá trình hấp phụ vật lý ít bị phụ thuộc vào nhiệt độ, vì trong toàn cục tốc độ này được xác định bởi tốc độ của sự khuyếch tán Trong hấp phụ hóa học thường lượng chất bị hấp phụ cũng giảm đi khi nhiệt độ tăng nhưng tỉ lệ này là một tỉ lệ dễ thay đổi và thường thường thì lượng chất bị hấp phụ hóa học lớn hơn lượng chất bị hấp phụ vật lý, còn tốc độ quá trình lại phụ thuộc hẳn vào nhiệt độ (phụ thuộc kiểu hàm số mũ với sự tăng nhiệt độ) và được đặc trưng bằng năng lượng hoạt hóa xác định và tương đối lớn (khoảng vài chục ngàn kJ/mol)

Cơ chế hấp phụ lỏng – rắn

Xét tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

trong môi trường lỏng – rắn: xảy ra ít nhất 3 cặp tương tác là chất hấp phụ-chất bị hấp phụ, chất hấp phụ- dung môi nước, chất bị hấp phụ- dung môi nước

Có thể coi đây là một sự cạnh tranh tương tác của lực các phân tử, lực nào tương tác mạnh hơn sẽ đóng vai trò quyết định Nước là chất phân cực mạnh

Nếu chất hấp phụ và chất bị hấp phụ không phân cực thì hệ có lực tương tác cao do

chúng trái dấu nên đẩy nhau và lượng chất bị hấp phụ ít nên bị chèn ép Cơ chế này cho phép hiểu vì sao để hấp phụ chất hữu cơ trong nước người ta thường sử dụng than hoạt tính Nếu chất hấp phụ và bị hấp phụ cùng phân cực thì tương tác giữa chúng với nước tốt hơn dẫn tới giảm tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Silicagel, nhôm oxit hấp phụ rượu, hợp chất amin tốt hơn nhiều so với benzen trong khi than hoạt tính thì ngược lại do độ phân cực của bề mặt các chất hấp phụ lớn

1.5 Sơ lược về than hoạt tính

Than hoạt tính là một thuật ngữ chung để gọi tên một dãy các vật liệu cacbon có độ

xốp cao và do đó có một bề mặt riêng rất lớn 500-1500m2/g Than xốp chứa 88 - 98% than tuỳ theo điều kiện chế tạo, thu được bằng cách than hoá nguyên liệu hữu cơ (vd: than mỏ, gỗ, sọ dừa, xương, xenlulose, tre, nứa, mùn cưa ) và hoạt hoá sản phẩm nhận được ở khoảng 900oC Hoạt hoá là quá trình cho than phản ứng với hơi nước, khí cacbonic, kẽm clorua,…

Vd: do phản ứng C + CO2 = 2CO một phần than bị cháy tạo thành khí CO để lại lỗ hổng làm cho than trở nên xốp (độ xốp khoảng 60 - 70%) và do đó có khả năng hấp phụ tốt Là chất hấp phụ tốt đối với các chất không phân cực, thường là chất hữu cơ, hấp phụ yếu các chất phân cực như nước, amoniac Thực nghiệm chỉ ra rằng than hoạt tính là chất hấp phụ phổ biến, phần lớn các phân tử hữu cơ có sự cố định trên bề mặt của chúng, các phân tử có độ phân cực lớn và có cấu tạo hàng với khối lượng mol nhỏ thì rất khó giữ lại, các phân tử mol cao bị than hoạt tính hấp phụ khá tốt Than hoạt tính còn có khả năng hấp phụ tối đa các chất ion dương như SO2, Cl2, NH3, CO2, H2S,

CH4, H2, vv vốn được đánh giá là các tác nhân gây hại không chỉ với môi trường mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ con người

Than hoạt tính thương phẩm thường được chia làm hai loại: than hoạt tính dạng bột

và than hoạt tính dạng hạt Nó có đặc điểm chung nhất là hấp phụ trong pha lỏng, diện tích bề mặt không lớn lắm, độ xốp cao tạo điều kiện cho quá trình khuếch tán Than hoạt tính dạng bột có kích thước từ 10-50 µm, được sử dụng kết hợp với xử lý lọc, đưa vào giai đoạn đầu của dây chuyền xử lý sau keo tụ- tủa bông nhằm giảm bớt ô

nhiễm tạm thời hoặc bất thường Mặt khác điều đó cho phép giảm bớt liều lượng ozon hóa trung gian và tăng thời gian làm việc của lớp lọc than hoạt tính dạng hạt trong xử

lý nước

Than hoạt tính dạng hạt: được cấu thành từ những hạt than nhỏ và bền hơn dạng

bột, GAC được sử dụng rộng rãi trong hệ thống lọc máy lọc nước hay xử lý nước gia đình Than hoạt tính dạng bột có thể lọc mùi, xử lý nước nhiễm bẩn… nhưng hiệu quả lọc phụ thuộc khá nhiều vào tốc độ dòng nước, nếu tốc độ dòng nước quá lớn mà không có cách hãm thì hiệu quả sẽ không cao

Hình 3: Than hoạt tính Than hoạt tính dạng bột : Thường được sử dụng để lọc mùi, lọc một số chất màu và cả chất béo hòa tan trong nước Tuy nhiên do tính chất dễ bị rửa trôi và không ổn định, nên than hoạt tính dạng bột chủ yếu được sử dụng dưới dạng bổ trợ ở các hệ thống lọc nước công nghiệp lớn

Hình 4: Than hoạt tính dạng bột Than hoạt tính chỉ có tác dụng với một lượng nước nhất định Sau khi lọc được một khối lượng nước theo chỉ định của nhà sản xuất, than sẽ không còn khả năng hấp phụ nữa (no/ bão hòa)

Đánh giá khả năng hấp phụ [4]

Để đánh giá khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên than thông qua khảo sát đẳng

nhiệt hấp phụ trong các điều kiện khác nhau Các số liệu thực nghiệm được xử lý theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich

Ảnh hưởng của pH lên khả năng hấp phụ của than đối với các chất hữu cơ

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ: Hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt, khi

nhiệt độ tăng sẽ làm giảm lực tương tác của hệ dẫn đến làm giảm khả năng hấp phụ của các hệ

Ứng dụng hấp phụ trong xử lý nước thải

Hấp phụ: Asen có thể được hấp phụ lên bề mặt của các vật liệu dạng hạt, hạt sét

hay vật liệu gốc xenlulo như: than hoạt tính các hợp chất oxyt sắt, oxyt titan, oxyt silic sét khoáng (cao lanh, bentonite, ) boxit, hematite, felspat nhựa tổng hợp trao đổi anion than xương các vật liệu xellulo (mùn cưa, bột giấy…)

Mỗi loại vật liệu có những đặc tính và yêu cầu chi phí khác nhau Một số loại đã được sản xuất riêng để xử lý nước nhiễm Asen Hiệu suất xử lý của từng loại vật liệu còn phụ thuộc vào việc sử dụng các chất oxy hoá hỗ trợ quá trình hấp phụ Asen

Nhóm các nhà khoa học của Khoa Hoá - Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) đã nghiên cứu và chế tạo thành công thiết bị xử lý asen trong nước sinh hoạt Về cơ bản, bình lọc này có cấu tạo như các bình lọc thông thường nhưng bộ cột lọc có tính năng ô xi hoá và hấp phụ để giữ lại asen Lớp vật liệu ô xi hoá và hấp phụ được làm từ các vật liệu tự nhiên là đất sét, đá ong, limônit đã được biến tính nhiệt và biến tính nhiệt hoá bề mặt Trong đó, đá ong được đánh giá cao hơn cả do nguồn nguyên liệu dồi dào, dễ khai thác, quá trình biến tính và hoạt hoá đơn giản, tải trọng và khả năng hấp phụ asen cao, khả năng tái sinh và tái tạo bề mặt hoạt động đơn giản

Đặc biệt, sau một thời gian lọc asen (khoảng 1 năm) cột lọc có thể được “tái sử dụng, - 30.000 đồng Quá trình xử lý tập trung asen lưu giữ trong cột lọc sẽ tránh ô nhiễm thứ cấp cho môi trường Cùng với giá thành rẻ (khoảng 200.000 đồng nếu sản xuất theo dây chuyền), đây cũng là ưu điểm nổi bật của loại” sau khi thau rửa hết lượng asen đã lưu giữ Việc thau rửa rất đơn giản, chi phí thấp

Than hoạt tính

Không chỉ có khả năng hấp phụ tối đa các chất độc, than hoạt tính, vốn được làm

từ gỗ hoặc từ nhiều phế chất hữu cơ khác từ vỏ, xơ dừa, v.v , còn tỏ ra khá thân thiện với môi trường và không gây độc hại (kể cả khi ăn) Với tính năng hấp thụ tốt, sạch và không gây độc hại, than hoạt tính được thiết kế thành bó, mỗi bó từ 10-15 thanh cao khoảng 30cm, đựng trong giỏ tre, giỏ nhựa, v.v Loại than sạch này có thể đặt bất cứ

đâu trong nhà, dưới gầm nhà, cạnh bàn uống nước, trong ngăn tủ đựng quần áo, gầm giường, trạm để bát đũa, hoặc treo trên tường, v.v

Than hoạt tính là một loại chất hấp phụ được dùng rất phổ biến trong công nghệ xử

lý nước Than hoạt tính có thể hấp phụ không chỉ các chất hữu cơ mà cả các chất vô

cơ

Lọc than hoạt tính có thể khử mùi trong nước và tách 80-95% các chất tẩy rửa hoặc hoá chất trừ sâu có trong nước Nếu nước có nhiều ion kim loại thì nên loại các ion đó trước khi lọc than

Phương pháp sử dụng than hoạt tính

Cho bột than vào nước (50 đến 70mg/l) khuấy đều trong 15 phút, sau đó để lắng,

gạn lấy phần nước trên và lọc

Lọc qua ống hình trụ có chứa than hoạt tính Tuy nhiên bột than hoạt tính rất mịn nên lọc rất chậm, nên dùng than ép viên hay nghiên thô để lọc được thuận lợi hơn Tuy nhiên, ở vùng miền núi, than hoạt tính rất khó mua do đó có thể thay thế bằng than củi bình thường nhưng chất lượng không đảm bảo bằng than hoạt tính Đối với ống hình trụ dùng chứa bột than, có thể sử dụng bất kỳ vật liệu nào có hình trụ là được, nhưng tốt nhất là sử dụng ống nhựa PVC

Phương pháp hấp phụ là phương pháp được dùng để xử lý màu, mùi vị, các chất

hữu cơ khó phân hủy sinh học, kim loại nặng…đặc biệt là để xử lý nước thải của các nghành công nghiệp như nước thải dệt nhuộm, nước thải nhà máy giấy…ngày càng được áp dụng phổ biến

1.6 Tổng quan về tình hình tái sử dụng nước

Tình trạng thiếu nước sạch ngày càng nghiêm trọng, nên tái sử dụng (TSD) nước

đóng vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển của mỗi quốc gia Việc TSD nước mang lại nhiều lợi ích và có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

Theo ước tính, tổng lượng nước trên Trái đất khoảng 1.386 triệu km3, trong đó, trên 96% là nước mặn Trong số hơn 3% nước ngọt còn lại, 68% tồn tại ở dạng băng

và sông băng; 30% là nước ngầm Nguồn nước mặt (sông, hồ) chỉ khoảng 93.100

km3 , là nguồn nước chủ yếu mà con người sử dụng hàng ngày Trong khi dân số không ngừng tăng thì các nguồn nước ngọt lại đang ngày một bị thu hẹp Tình trạng thiếu nước sạch đã, đang và sẽ còn nghiêm trọng hơn trong tương lai Vì vậy, việc TSD nước thải, nhất là nước thải công nghiệp được quan tâm ngày càng nhiều, đặc biệt trong những ngành sử dụng nhiều nước

Công nghệ tái sử dụng nước

Có nhiều cách khác nhau để xử lý TSD nước thải công nghiệp dựa trên nguyên lý hóa

học, vật lý hoặc sinh học

Hình 5: Gốc OH – Phản ứng phá hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước

Công nghệ oxy hóa nâng cao: tạo ra gốc OH-, một tác nhân oxy hóa cao, phản ứng đồng thời phá hủy hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước

Công nghệ màng: nước thải được thấm xuyên qua vách màng vào ống mao dẫn nhờ những lỗ rỗng cực nhỏ từ 0,01 – 0,2 μm Màng chỉ cho nước sạch đi qua còn

những tạp chất rắn, hữu cơ, vô cơ sẽ được giữ lại trên bề mặt màng Nước sạch sẽ bơm hút sang bể chứa và thoát ra ngoài mà không cần qua bể lắng, lọc và khử trùng

Hình 6: Cấu trúc màng lọc trong công nghệ màng [5]

Công nghệ hấp phụ: có thể dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khoáng sản như đất sét, silicagen…để loại những chất ô nhiễm trong nước như: chất hoạt động bề mặt, chất màu tổng hợp, dung môi clo hóa, dẫn xuất phenol và hydroxyl…

Công nghệ trao đổi ion: là quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong nước thải khi tiếp xúc với nhau Các chất này được gọi là các ionit (chất trao đổi ion) Công nghệ này có tác dụng làm mềm nước, khử khoáng, cô đặc NH4+ có trong nước thải…

Công nghệ xử lý điện hóa: phương pháp này oxy hóa ở anod và khử ở catod nhằm tạo ra hoạt chất có hoạt tính cao để kéo tụ các hợp chất ô nhiễm trong nước thải, đặc biệt là chất màu hữu cơ

Công nghệ sinh học: ứng dụng hoạt động của vi sinh vật để xử lý phân huỷ các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, sunfit, ammonia, nitơ…

Tái sử dụng nước thải trên thế giới

TSD nước trong sản xuất công nghiệp bắt đầu tại Mỹ vào những năm 1940: nước

thải sau xử lý được khử trùng và sử dụng trong dây chuyền sản xuất thép Tại Thụy Điển, từ năm 1930 đến năm 1970, tổng lưu lượng TSD nước đã tăng 5-6 lần Ở Israel, nước thải công nghiệp và sản xuấtđược thu gom vào các hệ thống xử lý nước thải; hơn 80% lượng nước thải của các hộ gia đình được TSD, đạt tới 400 triệu m3 nước/năm; khoảng ½ lượng nước dùng để tưới tiêu là nước thải đã qua TSD

Đồ thị 1: Tình hình tái sử dụng nước trên toàn cầu (EPA,2012)

Tại Nhật Bản, do hạn chế về nước nên ứng dụng TSD nước từ rất sớm, nhờ vậy, năm 1995 đã có 89,6% dân số tại các thành phố lớn hơn 50.000 dân được sử dụng nước sạch Ở Singapore, năm 2003 đã xử lý và cung cấp nguồn nước TSD với chất lượng khá cao (đáp ứng tiêu chuẩn sử dụng cho ăn uống), cấp trực tiếp cho các ngành công nghiệp, các trung tâm thương mại và tòa nhà Trung Quốc đã đạt được tỷ lệ 56% TSD nước trên tổng số 82 thành phố lớn (1989) và tỷ lệ TSD cao nhất đạt 93%

Theo CSDL Thomson Innovation về lĩnh vực xử lý và TSD nước thải công nghiệp, hiện có 1.663 sáng chế (SC) đã đăng ký bảo hộ SC đầu tiên về xử lý và TSD nước thải công nghiệp được nộp đơn đăng ký bảo hộ ở Mỹ vào năm 1972, đề cập tới xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp hấp phụ Lượng SC tăng mạnh từ năm 2000 cho đến nay, đạt đỉnh điểm vào năm 2013 (259 SC)

Đồ thị 2: Số lượng sáng chế đăng ký bảo hộ về xử lý và tái sử dụng nước thải công

nghiệp theo thời gian Hiện tại, SC về xử lý và TSD nước thải công nghiệp được nộp đơn đăng ký bảo hộ

ở 33 quốc gia trên toàn thế giới Tuy đến năm 1994 mới bắt đầu có SC nộp đơn đăng

ký bảo hộ ở Trung Quốc, đến nay, Trung Quốc là quốc gia có số lượng SC đăng ký bảo hộ nhiều hơn hẳn các quốc gia còn lại

Trong hơn 1.600 SC đăng ký bảo hộ về xử lý TSD nước thải công nghiệp, nhóm

SC xử lý bằng các phương pháp lý hóa nói chung, như sử dụng chất keo tụ, phương pháp hấp phụ, thẩm thấu,… và SC xử lý bằng phương pháp sinh học chiếm tỉ lệ cao nhất

Đồ thị 3: Tỉ lệ các hướng nghiên cứu về xử lý nước thải công nghiệp theo chỉ số phân

loại sáng chế quốc tế IPC

Tái sử dụng nước thải tại Việt Nam

Theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới, Việt Nam thuộc diện quốc gia thiếu nước

Nguồn nước nội địa Việt Nam chỉ đạt mức trung bình kém của thế giới, khoảng 3.600

m3/người/năm, thấp hơn mức bình quân toàn cầu là 4.000 m3/người/năm

Trong những năm gần đây, hệ thống pháp lý và các cơ chế quản lý tài nguyên nước của Việt Nam rất được quan tâm Gần đây nhất, Chính phủ vừa ban hành Nghị định số 38/2015/NĐ-CP về quản lý chất thải và phế liệu Nghị định này khuyến khích các hoạt động nhằm giảm thiểu và TSD nước thải Theo quy định, nước thải phải được quản lý thông qua các hoạt động giảm thiểu, TSD, thu gom, xử lý đạt quy chuẩn kỹ thuật môi trường Điều này cho thấy mối quan tâm rất lớn của Nhà nước đối với công tác bảo vệ môi trường, bên cạnh yêu cầu phát triển kinh tế

Về phía các nhà khoa học Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu về TSD nước thải và đạt được một số kết quả đáng khích lệ: tác giả Trà Văn Tùng và cộng sự (2011) đã thực hiện đề tài nghiên cứu trên quy mô pilot, về ứng dụng màng lọc (MBR) và hệ thống bùn hoạt tính, kết hợp siêu lọc để TSD nước thải công nghiệp trên địa bàn TP HCM Mô hình được thực hiện tại khu công nghiệp Lê Minh Xuân với nước thải đầu vào là nước đã qua xử lý sinh học Kết quả cho thấy, hiệu suất loại COD của mô hình