Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ kết hợp với hấp phụ

Sinh viên: Nguyễn Đức Toàn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường MỞ ĐẦU Những năm gần đây, phát triển mạnh mẽ hoạt động công nghiệp tiểu thủ công nghiệp Việt Nam thúc đẩy phát triển kinh tế đất nước Sự hoạt động 500.000 nhà máy 1.000 bãi rác đô thị Việt Nam, hàng ngày thải mơi trường lượng nước thải lớn Trong đó, ngành cơng nghiệp dệt may có tác động tiêu cực đến môi trường công đoạn nấu, tẩy nhuộm Đặc biệt nước thải cơng đoạn nhuộm cịn chứa chất hữu khó phân hủy nhóm phức mang màu có cấu trúc bền vững Vì vậy, dư lượng chúng nước thải gây ô nhiễm trầm trọng đến môi trường, ảnh hưởng đến động thực vật thủy sinh tác nhân gây ung thư cho người động vật Trước sức ép môi trường ngày lớn, sở sản xuất dệt nhuộm, sản xuất sơn,…không phải sản xuất phù hợp với tiêu chuẩn môi trường Việt Nam ban hành mà phấn đấu đạt tiêu chuẩn quản lý chất lượng môi trường ISO 14000 để đảm bảo xuất cạnh tranh thương trường quốc tế, đặc biệt bối cảnh Việt Nam nhập WTO Vì vậy, vấn đề xử lý nước thải sở sản xuất công nghiệp tiểu thủ công nghiệp quan tâm Để xử lý nước thải chứa chất hữu khó phân hủy người ta áp dụng kỹ thuật xử lý khác q trình sinh học hiếu khí yếm khí, q trình hóa lý: keo tụ, đơng tụ, lắng, lọc,…Tuy nhiên, áp dụng công nghệ kết hợp chúng với thường khơng có hiệu cao, nước thải sau xử lý không đảm bảo tiêu chuẩn thải Một nguyên nhân làm ảnh hưởng đến hiệu xử lý có mặt chất nhiễm, chất hữu khó phân hủy nước thải Đây vấn đề nghiêm trọng Việt Nam Giải pháp mong đợi tương lai khoảng 20 – 30 năm chất nhiễm khó phân hủy cấm sử dụng hoạt động sản xuất Tuy nhiên, giải pháp trước mắt vòng 10 – 15 năm chất hữu khó phân hủy phải loại bỏ khỏi nước thải Để loại bỏ chất ô nhiễm hữu khó phân hủy người ta áp dụng cơng nghệ xử lý nước thải tiên tiến hấp phụ than hoạt tính, cơng nghệ màng Tuy nhiên, chi phí cơng nghệ màng tốn Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đức Toàn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường Việc lựa chọn phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm phù hợp mặt kỹ thuật kinh tế cần thiết Vì vậy, đề tài khóa luận tốt nghiệp là: “Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ kết hợp với hấp phụ’’ lựa chọn Nhiệm vụ đề tài: - Tìm hiểu quy trình dệt nhuộm, chất thải phát sinh trình dệt nhuộm phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm - Tìm điều kiện tối ưu trình xử lý phương pháp keo tụ - Tìm điều kiện tối ưu trình xử lý phương pháp hấp phụ Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đức Toàn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Một vài nét ngành công nghiệp dệt may Việt Nam Dệt may coi ngành trọng điểm mũi nhọn công nghiệp Việt Nam Với lợi riêng biệt vốn đầu tư không lớn, thời gian thu hồi vốn nhanh, thu hút nhiều lao động, có nhiều điều kiện mở rộng thị trường nước với tham gia nhiều thành phần kinh tế khác Trong năm qua, gặp nhiều khó khăn nhiều mặt, lại bị cạnh tranh gay gắt thị trường quốc tế nước, nhiên toàn ngành dệt may đẩy mạnh sản xuất có mức tăng trưởng cao Việt Nam lọt vào tốp 10 nước vùng lãnh thổ có kim ngạch xuất ngành may mặc lớn giới, mặt hàng dệt may vượt qua mặt hàng dầu thô, lần trở thành mặt hàng có kim ngạch xuất lớn Kim ngạch năm 2009 đạt 9,2 tỷ USD, tăng 1% so với năm 2008 Trong năm 2010, ngành dệt may dự kiến kim ngạch xuất đạt khoảng 10,5 tỷ USD, tăng trưởng 12% (tin từ VietnamPlus, TTXVN 9/1/2010) Tuy nhiên, ngành dệt nhuộm với khâu nhuộm hoàn tất vải nguồn gây ô nhiễm môi trường mạnh lượng chất Ước tính lượng nước thải, thải từ công đoạn nhuộm vải lớn, từ 120-300 m3/tấn vải Nước thải ngành nhuộm đa dạng phức tạp Theo tính tốn, hóa chất sử dụng công đoạn nhuộm như: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngấm, chất tạo môi trường, hồ, men, chất oxi hóa…Với hàng trăm loại hố chất đặc trưng hòa tan dạng ion với kim loại nặng làm tăng thêm tính độc hại nước thải ngành nhuộm, làm ảnh hưởng lâu dài đến môi trường sức khỏe người Hơn nữa, thành phần tính chất nước thải ngành nhuộm hồn tồn khơng ổn định, thay đổi theo cơng nghệ mặt hàng Vì vậy, việc xác định thành phần tính chất nước thải khơng dễ dàng 1.2 Cơng nghệ dệt nhuộm 1.2.1 Quy trình cơng nghệ dệt nhuộm Hiên nay, Ngành sản xuất diệt nhuộm Việt Nam áp dụng theo quy trình chung sau: Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Nguyên liệu đầu Ngành Kỹ thuật Môi trường Kéo sợi, chải, ghép, đánh đống H2O, tinh bột, phụ gia Hồ sợi Nước thải chứa hồ tinh bột, hóa chất Dệt vải NaOH NaOH, hóa chất , H2O Giũ hồ Nước thải chứa hồ tinh bột bị thủy phân NaOH Nấu Nước thải Xử lý axit, giặt Nước thải H2O2, NaOCl, hóa chất Tẩy trắng Nước thải H2SO4, H2O chất tẩy giặt Giặt Nước thải Làm bóng Nước thải H2SO4,H2O, chất tẩy giặt NaOH, hóa chất Dung dịch nhuộm H2SO4,H2O chất tẩy giặt H2O, hồ, hóa chất Nhuộm, in hoa Dung dịch nhuộm Giặt Nước thải Hoàn tất,văng khổ Nước thải Sản phẩm Hình 1.1: Sơ đồ cơng nghệ dệt nhuộm hàng sợi & nguồn nƣớc thải Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường - Nhập nguyên liệu: nguyên liệu nhập điều kiên khơ, chứa sợi bơng có kích thước khác tạp chất tự nhiên bụi đất, hạt cỏ rác Ngồi cịn sử dụng ngun liệu lông thú, đay gai, tơ tằm để sản xuất mặt hàng - Làm sạch: đánh tung, làm trộn khô để thu nguyên liệu đồng Sau q trình làm sạch, bơng thu dạng phẳng - Chải: sợi chải song song tạo thành sợi thô xoắn máy chải - Kéo sợi: kéo sợi để giảm kích thước tăng độ bền sợi - Hồ sợi: sợi sử dụng hồ tinh bột tinh bột biến tính, sợi nhân tạo sử dụng PVA (polyvinylancol), polycrylat Mục đích trình tạo màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền, độ bôi trơn độ sợi để tiến hành dệt - Dệt vải: kết hợp sợi ngang sợi dọc để hình thành vải - Giũ hồ: sử dụng xút để tách phần hồ lại vải - Nấu vải: loại trừ phần hồ lại tạp chất thiên nhiên bám vào sợi tách dầu mỡ - Tẩy trắng: làm cho vải màu, vết dầu mỡ làm cho vải đạt độ trắng theo tiêu chuẩn đặt Chất tẩy trắng thường dùng NaClO, NaClO2, H2O2 hóa chất phụ trợ khác để tạo môi trường Nếu sử dụng H2O2 giá thành sản phẩm cao không ảnh hưởng tới môi trường sinh thái Nước thải chủ yếu chứa kiềm dư chất hoạt động bề mặt Nếu sử dụng chất tẩy chứa Clo: giá thành thấp tạo hàm lượng AOX (hợp chất halogen hữu dễ hấp phụ) nước thải Các chất gây ung thư ảnh hưởng tới môi trường sinh thái - Nhuộm vải: công đoạn phức tạp, sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm hóa chất để tạo màu sắc khác cho vải Thuốc nhuộm có nhiều loại như: trực tiếp, hồn ngun, lưu huỳnh, hoạt tính…tồn dạng tan hay phân tán dung dịch Tỉ lệ màu thuốc nhuộm gắn vào sợi từ 50-98%, phần lại vào nước thải Quá trình nhuộm xảy theo bước: - Di chuyển phần tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi - Gắn màu vào bề mặt sợi Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường - Khuếch tán màu vào sợi, trình xảy chậm - Cố định màu vào sợi - In hoa: để tạo vân hoa, có hay nhiều màu vải Các loại thuốc in hoa dạng hoà tan hay dung môi chất màu Các thuốc in hoa chất màu, hoạt tính, hồn ngun azo khơng tan Indigozol Hồ in hoa hồ tinh bột dextrin, natrialginat, hồ nhũ tương tổng hợp - Văng khơ, hồn tất: mục đích ổn định kích thước vải chống màu ổn định nhiệt Trong sử dụng số hóa chất chống nhàu, chất làm mềm hóa chất metylic, axitaxetic, focmandehit 1.2.2.Các loại hóa chất sử dụng sản xuất dệt nhuộm a) Các loại thuốc nhuộm sử dụng sản xuất dệt nhuộm Để sản xuất mặt hàng vải màu in hoa công nghiệp dệt nhuộm người ta phải sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm khác Thuốc nhuộm chủ yếu hợp chất hữu có màu, tiếp xúc với vật liệu khác khả bắt màu giữ màu vật liệu khác lực liên kết vật lý hóa học Hầu hết thuốc nhuộm hợp chất màu hữu trừ thuốc nhuộm pigment có số màu từ hợp chất vơ Các loại thuốc nhuộm thường gặp, gồm:  Thuốc nhuộm trực tiếp Thuốc nhuộm trực tiếp hay gọi thuốc nhuộm tự bắt màu hợp chất hòa tan nước, có khả bắt màu vào số vật liệu sợi xenlulo, giấy, tơ tằm sợi polyamit cách trực tiếp nhờ lực hấp phụ mơi trường trung tính kiềm Hầu hết loại thuốc nhuộm trực tiếp có nhóm azo, số dẫn xuất dioazin flatoxianim, tất sản xuất dạng muối natri axit sunforic cacbonyl hữu cơ, vài trường hợp sản xuất dạng muối amoni kali nên viết dạng tổng quát là: Ar-SO3-Na ( Ar: gốc hữu mang màu thuốc nhuộm) Khi hòa tan vào nước thuốc nhuộm phân ly sau: Ar-SO3-Na → Ar-SO3 - + Na+ Ar-SO3- : ion mang màu có điện tích âm Thuốc nhuộm trực tiếp có hiệu suất bắt màu cao 90% nhuộm màu nhạt nồng độ thấp, màu đậm, lượng thuốc nhuộm bị thải tương đối lớn Do khả tự bắt màu, đơn giản sử dụng rẻ tiền nên thuốc nhuộm trực tiếp Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đức Toàn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác ngành dệt vải, sợi bông, hàng dệt kim từ Một số sản phẩm dệt từ polyamit ngành thuộc da sử dụng thuốc nhuộm trực tiếp màu nâu, đen số màu xanh Gần phát thấy nguyên nhân gây ung thư amin thơm thoát từ thuốc nhuộm có chứa gốc azo, nên nước EU cấm không sử dụng loại thuốc nhuộm này, phạm vi sử dụng loại thuốc nhuộm thu hẹp dần  Thuốc nhuộm hoạt tính Là loại thuốc nhuộm anion, có phần mang màu thường gốc azo, antraquinon, axit chứa kim loại ftaloxianin chứa vài ngun tử hoạt tính có độ hịa tan nước cao khả chịu ẩm tốt Cơng thức tổng qt thuốc nhuộm hoạt tính là: S - F – T – X, đó: S: nhóm cho thuốc nhuộm có tính tan F: phần mang màu phân tử thuốc nhuộm, định màu thuốc nhuộm T: gốc mang nhóm phản ứng X: nhóm mang phản ứng nhóm khác nhau, nhóm halogen hữu nhóm hữu chưa no CH2=CH2 phân tử thuốc nhuộm chứa nhiều nhóm phản ứng Mức độ khơng gắn màu thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao khoảng 30% có chứa gốc Halogen hữu nên làm tăng lương độc hại (AOX) nước thải Mặt khác trình nhuộm phải sử dụng chất điện li lớn (NaCl, Na2SO4) chúng bị thải hoàn toàn sau nhuộm giặt Vì vậy, nước thải có hàm lượng muối cao có hại cho thủy sinh cản trở xử lý nước phương pháp vi sinh  Thuốc nhuộm hoàn nguyên Thuốc nhuộm hoàn nguyên dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, sợi vải bông, lụa vixco Thuốc nhuộm hồn ngun bao gồm nhóm chính: nhóm indigoit ( có chứa nhân indigo dẫn xuất nó) nhóm hồn ngun đa vịng (có chứa nhân Antraguinon dẫn xuất) Tuy có cấu tạo màu sắc khác tất có nhóm axeton (C=O) phân tử nên công thức tổng quát R=C=O Tất loại thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan nước kiềm Để nhuộm in hoa, người ta khử mơi Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đức Toàn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường trường kiềm chất khử mạnh NaHSO3, H2O2, hay dùng dung dịch Na2SO4 + NaOH nhiệt độ 50 – 600C Tùy thuộc vào công nghệ nhuộm khác mà tỷ lệ bắt màu thuốc nhuộm hoàn nguyên khác nhau, dao động khoảng 70 – 80% Phần không bắt màu vào nước thải, có cấu trúc bền vững vấn đề đáng quan tâm xử lý nước thải dệt nhuộm  Thuốc nhuộm phân tán Là chất màu không tan nước, sản xuất dạng hạt phân tán cao thể keo nên phân bố nước kiểu dung dịch huyền phù, đồng thời có khả chịu ẩm cao, có cấu tạo phân tử từ gốc azo (- N=N -) antraquinon, có chứa nhóm amin tự (- NH2, - NH-CH2=CH2-OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán nước Mức độ gắn màu thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao 90 – 95%, nên mức độ thải ngồi mơi trường khơng cao Mơi trường thuốc nhuộm có tính axit có nhiều chất hoạt động bề mặt kết hợp trung hịa với dịng thải kiềm tính  Thuốc nhuộm lưu huỳnh: Trong phân tử có chứa disunfua (- S – S) nhiều nguyên tử lưu huỳnh Là hợp chất không màu, tan nước số dung môi hữu Dùng để nhuộm sợi cotton, thuốc nhuộm tương đối đủ màu trừ màu tím màu đỏ chưa tổng hợp Mơi trường nhuộm mang tính kiềm độ hấp thụ loại thuốc nhuộm khoảng 60 – 70%, phần lại vào nước thải làm cho nước thải có chứa hợp chất lưu huỳnh chất điện li Ngồi cịn có số loại thuốc nhuộm khác thuốc nhuộm pigment, thuốc nhuộm phân tán… b) Các loại hóa chất khác sử dụng sản xuất dệt nhuộm Trong sản xuất dệt nhuộm loại thuốc nhuộm thường dùng, người ta cịn sử dụng loại hóa chất sau: - NaOH Na2CO3 dùng nấu tẩy, làm bóng với số lượng lớn - H2SO4 dùng để giặt trung hòa màu thuốc nhuộm - H2O2, NaOCl dùng để tẩy trắng vật liệu - Các chất khử vơ như: Na2S2O3 dùng nhuộm hồn ngun, Na2S dùng để khử thuốc nhuộm lưu huỳnh Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đức Toàn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường Các chất cầm màu thường nhựa cao phân tử syntephix, tinofic - Những chất khó tan nước lại dễ tan dung dịch axit axetic, chúng tạo thành phức khó tan cation chất cầm màu anion thuốc nhuộm Nó sử dụng để nâng cao độ bền màu cho vải nhuộm thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên… - Các chất hoạt động bề mặt như: chất ngấm, chất màu, chất chống bọt, chất chống nhăn…, xà phòng chất tẩy giặt tổng hợp sử dụng tất công đoạn nhóm anion, cation Các chất làm giảm sức căng bề mặt nước thải ảnh hưởng tới đời sống thủy sinh, đơi có sản phẩm khó phân giải vi sinh - Các polymer tổng hợp dùng hồ sợi hồ vải PAC, polycrylat Khi vào nước thải chất khó phân hủy sinh học - Các chất làm mềm vải dùng khâu hoàn tất phần lớn hợp chất cao phân tử có gốc silion : polisiloxan, silicon biến tính Các chất có khả tạo thành lớp màng mỏng vải làm cho vải mềm mịn 1.2.3 Vấn đề ô nhiễm môi trường công nghệ dệt nhuộm 1.2.3.1 Các công đoạn phát sinh chất ô nhiễm trình dệt nhuộm Trong trình dệt nhuộm, lượng nước hoá chất sử dụng lớn cho công đoạn khác Để sản xuất 1m vải cần dùng từ 12 – 60 lít nước thải từ 10 – 40 lít nước thải (Trần Văn Nhân, 2002) Do nước thải công nghệ dệt nhuộm cần quan tâm Các chất gây nhiễm cơng nghiệp dệt nhuộm gồm: - Các tạp chất tách từ vải sợi: hợp chất chứa nitơ, dầu mỡ, bụi bám vào sợi…(trung bình chiếm khoảng 6% khối lượng xơ sợi) - Các hố chất sử dụng cơng nghệ dệt nhuộm: hồ tinh bột, H2O2, NaOH, nước javen, H2SO4…, loại thuốc nhuộm, thuốc ngấm, thuốc trợ, chất cầm màu, chất tẩy giặt…Lượng hoá chất sử dụng với loại vải, loại màu khác vào cơng đoạn q trình dệt nhuộm - Các chất tẩy rửa thành phần gây ô nhiễm hữu đáng kể Chất tẩy rửa bao gồm: chất hoạt động bề mặt, chất phụ gia…, chúng gây cản trở trình xử lý nước Mức độ ô nhiễm nước thải dệt nhuộm dao động lớn lưu lượng thành Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường phần chất ô nhiễm Nó thay đổi theo mùa, theo nguyên liệu, hoá chất sử dụng, theo yêu cầu sản xuất dây chuyền cơng nghệ Nói chung, nước thải sở dệt nhuộm thường có mơi trường kiềm cao mơi trường axit có pH dao động lớn từ đến 14 Các chất ô nhiễm đặc trưng công đoạn sản xuất dệt nhuộm bảng 1.1 Bảng 1.1: Các chất gây ô nhiễm đặc tính nƣớc thải ngành dệt nhuộm qua công đoạn [1] STT Công đoạn Chất ô nhiễm Đặc tính nƣớc Nƣớc thải thải Tinh bột, glucozơ, cacbonyl metyl, Hồ sợi, giũ hồ xenlulozơ, poli vinylancol, nhựa, chất béo sáp Nấu, tẩy Tẩy trắng NaOH, chất sáp dầu mỡ, tro, soda, silicat natri xơ sợi vụn BOD cao (chiếm 34 – 50% tổng BOD) Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30% tổng BOD) Hipoclorit, hợp chất chứa clo, Độ kiềm cao, chiếm NaOH, AOX, axit… 5%BOD Độ kiềm cao, BOD Làm bóng NaOH, tạp chất thấp (dưới 1% tổng BOD) Nhuộm In Hoàn thiện Các loại thuốc nhuộm, axitaxetic muối kim loại Độ màu cao, BOD cao (6% tổng BOD), TS cao Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, Độ màu cao, BOD cao muối kim loại, axit… dầu mỡ Vệt tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp 1.2.3.2 Thành phần nước thải dệt nhuộm Trong nước thải dệt nhuộm, chất thải phân thành nhóm: - Các hố chất: chất trợ, chất xử lý hoàn tất, phẩm nhuộm sử dụng công đoạn khác hồ tách Khóa luận tốt nghiệp 10 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường Bảng 3.5 Ảnh hƣởng pH tới khả hấp phụ vật liệu hấp phụ CODvào= 444 (mg/l) Liều chất hấp phụ Thời gian hấp (g/l) phụ (phút) 45 206 53.53 45 194 56.40 45 191 57.07 45 157 64.53 45 169 61.73 45 185 58.40 10 45 198 55.32 STT pH CODr (mg/l) Hiệu suất (%) 250 CODra (mg/l) 200 150 100 50 10 pH Hình 3.4 Đồ thị ảnh hƣởng pH đến hiệu suất hấp phụ Từ đồ thị cho thấy COD nước thải dệt nhuôm giảm dần pH tăng dần từ đến nhỏ pH 7, sau COD nước thải lại tăng dần pH tiếp tục tăng Vì hiệu suất xử lý COD cao trình xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp hấp phụ với vật liệu xơ dừa 70.47 %, pH =7 Khóa luận tốt nghiệp 35 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường 3.3.2 Kết ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Thời gian yếu tố quan trọng q trình hấp phụ, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất khử COD Vì vậy, việc tìm thời gian thích hợp cho q trình hấp phụ bảng 3.6 hình 3.5 Bảng 3.6: Kết ảnh hƣởng thời gian đến trình hấp phụ CODvào= 444 (mg/l); pH= STT Liều chất hấp Thời gian phụ (g/l) ( phút) 10 188 57.67 2 20 176 60.27 30 162 63.53 60 131 70.47 90 142 68.07 120 159 64.40 CODra(mg/l) Hiệu suất (%) COD sau hấp phụ (mg/l) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 20 30 60 90 120 Thời gian (phút) Hình 3.5 Ảnh hƣởng thời gian đến nồng độ sau hấp phụ Từ đồ thị cho thấy thời gian hấp phụ tăng từ 10 phút đến 60 phút hiệu suất khử COD tăng theo đạt cao thời gian hấp phụ 60 phút Khi tiếp tục tăng thời gian hấp phụ từ 60 phút đến 120 phút hiệu suất khử COD lại giảm dần Chứng tỏ, thời Khóa luận tốt nghiệp 36 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường gian tối ưu trình xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp hấp phụ với vật liệu xơ dừa 60 phút 3.3 Kết xác định tải trọng hấp phụ cực đại theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Việc nghiên cứu tìm liều chất hấp phụ trình hấp phụ cần thiết, liên quan đến hiệu suất hấp phụ cao vật liệu hấp phụ Kết bảng 3.7 Bảng 3.7 Kết xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu STT Liều chất hấp phụ (g/l) pH= 7; Thời gian hấp phụ 60 phút Ci Ce (mg/l) (mg/l) qe(mg/g) 1/qe 1/Ce 0.4 444 230 535 0.0019 0.0044 0.8 444 206 297.5 0.0034 0.0049 1.2 444 184 216.6 0.0046 0.0054 1.6 444 152 182.5 0.0055 0.0066 444 130 157 0.0064 0.0076 2.4 444 114 137.5 0.0073 0.0087 2.8 444 101 122.5 0.0081 0.0099 3.2 444 86 111.86 0.0089 0.0116 3.6 444 84 100 0.01 0.0119 Theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir: qe qm bCe (1.1) b.Ce Từ (1.1) ta biến đổi thành thành phương trình sau: qe 1 b.qm Ce (1.2) qm Để xác định số trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, ta sử dụng phương pháp đồ thị cách đưa phương trình phương trình đường thẳng Dựa vào số liệu thực nghiệm bảng 3.7, vẽ đồ biểu diễn phụ thuộc 1/qe vào 1/Ce theo lý thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir cho xơ dừa thể hình 3.6 Khóa luận tốt nghiệp 37 Sinh viên: Nguyễn Đức Toàn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường 0.0140 y = 1.0972x + 0.0009 0.0120 R = 0.9973 1/qe 0.0100 0.0080 0.0060 0.0040 0.0020 0.0000 0.0000 0.0020 0.0040 0.0060 0.0080 0.0100 0.0120 1/Ce Hình 3.6 Sự phụ thuộc 1/qe vào 1/Ce Sự phụ thuộc 1/qe vào 1/Ce mô tả theo phương trình: y = 1.0972x + 0.0009 (1.3) Tức phương trình (1.2) mơ tả dạng phương trình (1.3) (trong y 1/qe x 1/Ce) Từ phương trình đường thẳng (1.3), ta tính b qm: 1/qm = 0.0009 suy qm = 1111(mg/g) 3.4 Nghiên cứu xử lý nƣớc thải dệt nhuộm sau keo tụ hấp phụ điều kiện động Sau nghiên cứu điều kiện tối ưu để xử lý nước thải dệt nhuộm sau keo tụ phương pháp hấp phụ (điều kiện pH, tải trọng hấp phụ, thời gian cân hấp phụ) Đề tài thực xử lý nước thải dệt nhuộm sau keo tụ phương pháp hấp phụ cột động Tiến hành nhồi vật liệu hấp phụ chế tạo từ xơ dừa vào cột với khối lượng tính tốn dựa tải trọng hấp phụ cực đại nghiên cứu Cho nước thải có nồng độ đầu 444 mg/l qua cột theo hình 3.7, sau 100ml lấy mẫu lần đo máy đo quang Ta thu kết bảng 3.8 Khóa luận tốt nghiệp 38 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường Hình 3.7: Mơ hình nghiên cứu khả xử lý nƣớc thải xơ dừa hấp phụ cột động Bảng 3.8: Kết xử lý COD vật liệu V mẫu qua cột CODđầu (mg/l) CODcuối (mg/l) Hiệu suất xử lý (%) 100 444 40.3 90.93 200 444 53.8 87.87 300 444 68.9 84.47 400 444 87.3 80.33 500 444 139.7 68.53 600 444 190.0 57.20 700 444 206.8 53.41 800 444 232.1 47.73 900 444 258.9 41.67 1000 444 292.7 34.07 1100 444 321.2 27.65 1200 444 358.2 19.32 1300 444 400.3 9.85 1400 444 423.9 4.53 (ml) Khóa luận tốt nghiệp 39 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường 100 90 Hiệu suất (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 500 1000 1500 V mẫu (ml) Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn khả xử lý COD vật liệu Từ kết thấy vật liệu có khả làm giảm COD nước thải dệt nhuộm với hiệu suất cao lên đến 90.93% giảm dần lượng nước thải tăng lên Khóa luận tốt nghiệp 40 Sinh viên: Nguyễn Đức Toàn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường KẾT LUẬN Nước thải sản xuất dệt nhuộm có mức độ nhiễm cao Hầu hết thông số vượt tiêu chuẩn cho phép, COD, BOD5, SS Sau thời gian thực đề tài khoá luận “Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ kết hợp với hấp phụ“, nhằm loại bỏ chất hữu khó phân huỷ cống thải chung, đưa kết luận sau:  Quá trình keo tụ: Các điều kiện tối ưu cho trình keo tụ nước thải sản xuất dệt nhuộm:  pH tối ưu  Nồng độ PAC tối ưu 0,6 g/l, tiêu COD giảm xuống 458 mg/l, hiệu suất xử lý COD đạt 71.26%  Nồng độ chất trợ keo A101 tối ưu 0.04 g/l, tiêu COD giảm xuống 444 mg/l, hiệu suất xử lý COD 75.87 %  pH tối ưu trình keo tụ 7,0, tiêu COD giảm xuống 330 mg/l, hiệu suất xử lý COD đạt 72.15 %  Quá trình hấp phụ: Các điều kiện tối ưu cho trình xử lý nước thải dệt nhuộm sau keo tụ phương pháp hấp phụ:  pH tối ưu  Thời gian tối ưu 60 phút, tiêu COD giảm xuống 131 mg/l, hiệu suất xử lý COD đạt 70,47 % Khóa luận tốt nghiệp 41 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường KIẾN NGHỊ Đề xuất nghiên cứu tiếp theo: - Xử lý nước thải phương pháp keo tụ kết hợp hấp phụ áp dụng vào thực tế Tuy nhiên, nghiên cứu tập trung vào nước thải chung sản xuất dệt nhuộm Để nâng cao hiệu xử lý mặt kinh tế cần phải tách dòng nước thải từ sản xuất dệt nhuộm riêng rẽ Những loại nước thải chứa hợp chất hữu dễ phân hủy công đoạn như: công đoạn hồ vải, công đoạn làm mềm vải cần tập trung lại để đưa vào xử lý phương pháp sinh học biện pháp khác có chi phí thấp Cịn dịng thải chứa chất hữu khó phân hủy cơng đoạn nhuộm tách riêng để xử lý theo phương pháp keo tụ kết hợp với hấp phụ - Do điều kiện nghiên cứu, việc khảo sát biến đổi số tiêu chưa thực trình nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm nên cần có cơng trình nghiên cứu tiếp theo, như; khảo tốc độ khuấy ảnh hưởng đến trình keo tụ hấp phụ, ảnh hưởng điều kiện nhiệt độ đến trình xử lý, ảnh hưởng số loại vật liệu hấp phụ khác đến hiệu suất xử lý chất hữu nước thải dệt nhuộm, … Khóa luận tốt nghiệp 42 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đình Bảng, 2004, “Bài giảng Chuyên đề phương pháp xử lý nước, nước thải”, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga – Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải – Nhà Xuất Khoa học kỹ thuật – HN – 1999 Nguyễn Xuân Nguyên, 2003, nước thải xử lý nước thải, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Hoàng Kim Cơ, Trần Hữu Uyển, Lương Đức Phẩm, Lý Kim Bảng, Dương Đức Hồng - Kỹ Thuật Môi trường – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – HN – 2001 Th.s Bùi Thị Vụ, Th.s Nguyễn Văn Dưỡng – Đề tài nghiên cứu khoa học_ Xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ kết hợp oxi hóa H2O2 sử dụng tia UV thử nghiệm mơ hình Pilot– Trường ĐHDL Hải Phịng Nguyễn Xuân Tùng – Khóa Luận tốt nghiệp – Xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ kết hợp oxi hóa tiên tiến – Trường ĐHDL Hải Phịng http://www.google.com.vn/ Hiện trạng mơi trường sản xuất dệt nhuộm Việt Nam Khóa luận tốt nghiệp 43 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chú giải COD Nhu cầu oxi hóa học QCVN Quy chuẩn Việt Nam VLHP Vật liệu hấp phụ Khóa luận tốt nghiệp 44 Sinh viên: Nguyễn Đức Toàn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường LỜI CẢM ƠN Với lịng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn Th.s Bùi Thị Vụ - Bộ môn Kỹ thuật Môi trường, trường Đại học Dân lập Hải Phòng, người giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực hoàn thành đề tài Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô Khoa Mơi trường tồn thể thầy dạy em suốt khóa học trường ĐHDL Hải Phịng Việc thực khóa luận bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học, thời gian có hạn nên khóa luận em khơng tránh khỏi thiếu sót, mong thầy giáo bạn góp ý để khóa luận em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, tháng 11 năm 2011 Sinh viên Nguyễn Đức Tồn Khóa luận tốt nghiệp 45 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.2 Công nghệ dệt nhuộm 1.2.1 Quy trình cơng nghệ dệt nhuộm .3 1.2.2.Các loại hóa chất sử dụng sản xuất dệt nhuộm 1.2.3 Vấn đề ô nhiễm môi trường công nghệ dệt nhuộm .9 1.2.3.1 Các công đoạn phát sinh chất nhiễm q trình dệt nhuộm 1.2.3.2 Thành phần nước thải dệt nhuộm 10 1.3 Các phương pháp xử lý nước thải .13 1.3.1 Xử lý nước thải phương pháp học 13 1.3.2 Xử lý nước thải phương pháp hoá học 14 1.3.3 Phương pháp hoá lý 16 1.3.4 Phương pháp sinh học 16 1.4 Xử lý nước thải sản xuất dệt nhuộm phương pháp keo tụ kết hợp hấp phụ 16 1.4.1 Xử lý nước thải diệt nhuộm phương pháp keo tụ 17 1.4.2 Xử lý nước thải nhuộm phương pháp hấp phụ .18 1.4.2.1 Khái niệm hấp phụ 18 1.4.2.2 Các mơ hình q trình hấp phụ 19 1.3.2.3 Bản chất trình hấp phụ .21 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 Đối tượng, mục đích nghiên cứu .23 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 23 2.1.2 Mục đích nghiên cứu 23 2.2 Phương pháp nghiên cứu 23 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu thực địa 23 2.2.2 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu 23 2.2.3 Phương pháp phân tích 23 2.2.3.2 Chuẩn bị hóa chất 24 2.2.3.3 Phương pháp xác định COD 24 2.2.4 Phương pháp chế tạo vật liệu 26 Khóa luận tốt nghiệp 46 Sinh viên: Nguyễn Đức Toàn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Môi trường 2.2.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ dùng phèn PAC 28 2.2.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng phèn PAC .28 2.2.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng chất trợ keo A101 28 2.2.5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ vật liệu 28 2.2.5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian cân hấp phụ .28 2.2.5.3 Xác định tải trọng hấp phụ cực đại theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir.29 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.2 Kết xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ 31 3.2.1 Kết ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ .31 3.2.2 Kết ảnh hưởng hàm lượng phèn PAC đến hiệu suất keo tụ 32 3.2.3 Kết ảnh hưởng chất trợ keo đến hiệu suất xử lý COD 33 3.3.1 Kết ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ 34 3.3.2 Kết ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ 36 3.3 Kết xác định tải trọng hấp phụ cực đại theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 37 3.4 Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm sau keo tụ hấp phụ điều kiện động 38 KẾT LUẬN .41 KIẾN NGHỊ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO .43 Khóa luận tốt nghiệp 47 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ cơng nghệ dệt nhuộm hàng sợi & nguồn nước thải 2.2 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, tgα = 1/qm .21 2.3 Sự phụ thuộc Ce/qe vào Ce, ON = .21 b.qm Hình 2.2: Quá trình biến tính xơ dừa thành VLHP 27 Hình 3.1: Ảnh hưởng pH đến hiệu suất khử COD trình keo tụ 31 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất khử COD vào hàm lượng PAC 32 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất khử .34 COD vào hàm lượng trợ keo A101 34 Hình 3.4 Đồ thị ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ 35 Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian đến nồng độ sau hấp phụ 36 Hình 3.6 Sự phụ thuộc 1/qe vào 1/Ce 38 Hình 3.7: Mơ hình nghiên cứu khả xử lý nước thải xơ dừa hấp phụ cột động 39 Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn khả xử lý COD vật liệu 40 Khóa luận tốt nghiệp 48 Sinh viên: Nguyễn Đức Tồn – MT1101 Ngành Kỹ thuật Mơi trường DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các chất gây ô nhiễm đặc tính nước thải ngành dệt nhuộm qua công đoạn [1] 10 Bảng 2.1: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang ABS vào COD 25 Bảng 3.1: Kết phân tích nước thải dệt nhuộm 30 Bảng 3.2: Ảnh hưởng pH đến hiệu suất khử COD trình keo tụ 31 Bảng 3.3: Ảnh hưởng hàm lượng phèn tới hiệu suất khử COD 32 Bảng 3.4: Ảnh hưởng hàm lượng trợ keo đến hiệu suất khử COD .33 Bảng 3.5 Ảnh hưởng pH tới khả hấp phụ vật liệu hấp phụ 35 Bảng 3.6: Kết ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ 36 Bảng 3.7 Kết xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu 37 Bảng 3.8: Kết xử lý COD vật liệu 39 Khóa luận tốt nghiệp 49 ... phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm phù hợp mặt kỹ thuật kinh tế cần thiết Vì vậy, đề tài khóa luận tốt nghiệp là: ? ?Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ kết hợp với hấp phụ? ??’... 3.4 Nghiên cứu xử lý nƣớc thải dệt nhuộm sau keo tụ hấp phụ điều kiện động Sau nghiên cứu điều kiện tối ưu để xử lý nước thải dệt nhuộm sau keo tụ phương pháp hấp phụ (điều kiện pH, tải trọng hấp. .. dệt nhuộm, chất thải phát sinh trình dệt nhuộm phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm - Tìm điều kiện tối ưu trình xử lý phương pháp keo tụ - Tìm điều kiện tối ưu trình xử lý phương pháp hấp phụ