5. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Lựa chọn công nghệ
Vấn đề song song giữa phát triển công nghiệp dệt may và bảo vệ môi trƣờng đòi hỏi phải thiết kế một hệ thống xử lý đạt một số tiêu chuẩn sau xử lý nƣớc thải hiệu quả, phù hợp với tiêu chuẩn QCVN 13: 2008/BTNMT đối với nƣớc thải ngành dệt nhuộm, phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ doanh nghiệp, trang thiết bị dễ vận hành, dễ thay thế, phù hợp với trình độ của ngƣời lao động, hoá chất thông dụng trên thị trƣờng, rẻ tiền, có thể thay thế hoặc tái sử dụng đƣợc…
Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp tìm ra và áp dụng vào xử lý ở các khu công nghiệp nhƣ:
+ Xử lý sơ bộ
- Sàng lọc: mục đích là loại bỏ các rác thải có kích thƣớc lớn bằng song chắn rác, lƣới chắn rác. Đây là khâu không thể thiếu để tránh rác thải làm tắc đƣờng ống dẫn hay bơm. Các tạp chất thu đƣợc phải lấy định kì theo phƣơng pháp thủ công hoặc máy móc. Để tách đƣợc nhiều xơ rác có thể bố trí nhiều song chắn hoặc nhiều lƣới, các mắt lƣới có kích thƣớc nhỏ. Dùng thêm các vật liệu lọc tăng hiệu quả.
- Lắng: dƣới tác dụng của trọng lực các tạp chất dƣới dạng huyền phù rắn sẽ đƣợc tách ra khỏi nƣớc. Trong công nghệ xử lý nƣớc thải các bể lắng đƣợc phân thành: bể lắng cát, bể lắng cấp I và bể lắng cấp II.
- Lắng cát: giữ lại các chất không tan gồm 80% ở dạng vô cơ, 20% ở dạng hữu cơ.
Nguyễn Thị Hường 28 K34B- Hóa Học
- Lắng cấp I: trƣớc công đoạn làm sạch sinh học nhằm loại bỏ các chất hữu cơ không tan và các chất rắn khác.
- Lắng cấp II: sau công đoạn làm sạch sinh học nhằm loại bỏ các loại bông sinh học (bùn hoạt tính) từ các bể sinh học hiếu khí (bể Aeroten, mƣơng oxi hoá, đĩa sinh học, bể lọc sinh học…) hoặc bùn từ bể xử lý sinh học yếm khí.
- Tuyển nổi: tách các tạp chất dƣới dạng các hạt keo có kích thƣớc nhỏ, nhẹ. Ƣu việt hơn phƣơng pháp lắng nhƣng không áp dụng xử lý nƣớc thải trong trƣờng hợp này.
- Điều hòa: tƣơng ứng với lƣợng nƣớc thải bao nhiêu thì cần lƣợng hóa chất là bao nhiêu. Vì vậy để ổn định nồng độ chất có trong nƣớc thải cũng nhƣ lƣu lƣợng dòng thải cần thiết kế bể điều hòa vừa tăng hiệu quả xử lý, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.
+ Phƣơng pháp hoá lý:
- Trung hòa: Mục đích là điều chỉnh pH tới giá trị phù hợp với quá trình keo tụ hoặc cho khâu xử lý sinh học. Trung hòa cũng là để đạt tiêu chuẩn thải. Về mặt lý thuyết ngƣời ta tiến hành trung hòa bằng cách trộn dòng thải mang tính axit với dòng thải mang tính kiềm. Trên thực tế ngƣời ta điều chỉnh pH bằng hóa chất. Quá trình này đƣợc thực hiện sau quá trình đông keo tụ và trƣớc quá trình xử lý sinh học.
- Đông keo tụ: Phƣơng pháp này sử dụng các loại phèn nhôm và phèn sắt có thể kết hợp thêm sữa vôi. Khi đƣa các chất trên vào nƣớc sẽ tạo thành các hyđroxit không tan. Trong quá trình lắng xuống các chất màu và các chất khó phân huỷ sinh học sẽ bị hấp phụ vào các bông keo này và lắng xuống tạo thành bùn. Đôi khi để tăng quá trình tạo bông và trợ lắng ngƣời ta bổ sung các chất trợ tạo bông nhƣ các polyme hữu cơ.
Nguyễn Thị Hường 29 K34B- Hóa Học
Ngoài ra phèn nhôm hoặc phèn sắt cũng tạo ra môi trƣờng axit trung hòa một phần của dòng thải bổ trợ thêm cho quá trình trung hòa đồng thời nó cũng là hóa chất rẻ tiền, dễ kiếm. Công nghệ tìm vật liệu mới đã tìm các polyme ƣa nƣớc đang đƣợc quan tâm là polyme tạo ra từ quá trình đồng trùng hợp axit acrylic và acrylamit. Các polyme này có khả năng tạo cầu nối giữa hai hay nhiều hạt huyền phù do lực hấp phụ có tính cộng hƣởng nên tƣơng tác giữa polyme và hạt huyền phù rất tốt. Tƣơng tác đặc thù giữa polyme với các hạt huyền phù còn xảy ra giữa nhóm chức của polyme với các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất rắn lơ lửng. Quá trình keo tụ bằng polyme phụ thuộc vào loại bề mặt của chất rắn lơ lửng nhƣ: một số vị trí hút bám trên một đơn vị bề mặt chất rắn, kích thƣớc hạt, nồng độ chất rắn trong huyền phù, pH của dung dịch, cấu trúc và trọng lƣợng của polyme, mức độ phân ly và loại nhóm ion của polyme. Giá thành sản xuất cao hơn.
- Hấp phụ: Là quá trình hiệu quả trong việc xử lý các phẩm nhuộm hữu cơ, thuốc nhuộm hoạt tính, các chất độc ở dạng vết, khử muối và các chất hữu cơ không có khả năng phân huỷ sinh học…, thu hồi thuốc nhuộm cũng nhƣ các chất có giá trị trong nƣớc thải. Phƣơng pháp này thƣờng sử dụng than hoạt tính.
- Một số phƣơng pháp khác nhƣ: trao đổi ion, phƣơng pháp màng, phƣơng pháp dùng chất oxi hoá mạnh nhƣ: phƣơng pháp xử lý bằng ozon, ozon kết hợp sinh học, và công nghệ màng điện hóa. Dƣới đây là một số phƣơng pháp hiện đại đã đƣợc áp dụng ở một số khu công nghiệp nhƣ Phố Nối – Hƣng Yên, công ty Bitexco Nam Long (Thái Bình).
Phƣơng pháp mới dùng cacbon hoá từ than tre làm giá thể vi sinh: Than cacbon là sản phẩm đƣợc tạo ra thông qua công nghệ cacbon hoá bằng cách nhiệt phân các nguyên liệu nhƣ tre, gỗ, trấu, gáo dừa, lõi ngô… trong điều kiện thiếu oxy hoặc không có oxy hoàn toàn. Những nguyên liệu trên có thể
Nguyễn Thị Hường 30 K34B- Hóa Học
lấy từ rác thải trong sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp. Qua nghiên cứu, than tre phù hợp làm giá thể vi sinh trong xử lý nƣớc thải nhất vì có nhiều lỗ xốp kích thƣớc nhỏ. Các đặc tính của than cacbon trong quá trình thực nghiệm là than đƣợc sinh ra trong quá trình nhiệt phân trong lò cacbon hóa ở nhiệt độ 600- 0
650 C, thời gian phản ứng là 60 phút, kích thƣớc mao quản từ 20 – 50nm, diện tích bề mặt 400m2/g.
Hình 2.1. Ảnh SEM cấu trúc than cacbon hoá từ tre Việt Nam
+ Phƣơng pháp sinh học:
Quá trình xử lý sinh học có khả năng làm giảm BOD, COD, SS… những chất có khả năng phân huỷ sinh học. Đây là phƣơng pháp thân thiện với môi trƣờng nhƣng ít hiệu quả để khử màu do đó phải tiến hành khử màu trƣớc khi xử lý sinh học. Để xử lý sinh học thì nƣớc thải phải đáp ứng một số điều kiện sau:
_ pH = 6,5 – 8
_ BOD5 / COD ≥ 0,5
_ Không có các tác nhân gây ức chế hoạt động của vi sinh vật nhƣ các kim loại nặng,…
Nguyễn Thị Hường 31 K34B- Hóa Học
Vì vậy muốn áp dụng hệ thống xử lý sinh học thì bắt buộc phải trung hòa dòng thải của các chất gây độc, giảm tỉ lệ các chất khó bị phân huỷ sinh học cũng nhƣ bổ sung các chất dinh dƣỡng cần thiết từ nƣớc thải sinh hoạt.
Đối với nƣớc thải ngành dệt nhuộm sử dụng phƣơng pháp hiếu khí sẽ có hiệu quả. Trong đó bao gồm: xử lý nƣớc thải nhờ quá trình bùn hoạt tính (bể Aeroten), lọc sinh học , hồ oxi hóa hay kết hợp xử lý sinh học nhiều bậc. Hay dùng bể Aeroten vì thiết kế cũng nhƣ vận hành tƣơng đối dễ dàng, giá thành lại không cao. Trong khi đó phƣơng pháp hồ sinh học thì đòi hỏi diện tích lớn, hiệu quả xử lý thấp. Sử dụng bể lọc sinh học thì hiệu quả xử lý cao nhƣng chi phí lớn do phải sử dụng vật liệu lọc, vận hành phức tạp hơn và cần thiết phải thƣờng xuyên vệ sinh thiết bị, sửa chữa, bảo dƣỡng thiết bị thay thế vật liệu lọc đã hƣ hỏng…
- Phƣơng pháp xử lý bằng quá trình Peroxone: quá trình oxy hóa của ozone với sự có mặt của H2O2 đƣợc gọi là quá trình Peroxone hoặc Perozone. Sự khác nhau giữa quá trình Ozone và Peroxone là ở quá trình Ozone thực hiện oxy hóa các chất ô nhiễm trực tiếp bằng phân tử O3 trong nƣớc, còn quá trình Peroxone thực hiện oxy hóa chất ô nhiễm gián tiếp thông qua gốc OH.
. Cơ chế phản ứng tạo gốc OH.
từ hệ O3/H2O2 theo phƣơng trình. H2O2 + 2O3 → 2OH. + 3O2
Phản ứng cho thấy, quá trình Peroxone có thể tiến hành trong điều kiện pH trung tính. Hiệu quả phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ của hệ O3/H2O2
cao hơn nhiều so với tác dụng oxy hóa của O3 đơn vì có tác nhân OH. đƣợc sinh ra trong quá trình phản ứng.
-
Nguyễn Thị Hường 32 K34B- Hóa Học
. Vi lên
. Các vi sinh gồm: vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm. Các vi sinh trong nƣớc hoàn toàn có thể bổ sung bằng cách nuôi cấy trong các môi trƣờng khác nhau với giá thành nuôi cấy rẻ.
Hình 2.2. Sinh khối của vi khuẩn tăng lên trong môi trường nước dừa.
- Màng MBR: màng MBR phổ biến rộng rãi trên thế giới. Màng sinh học MBR có các ống nhỏ cấu tạo từ polypropylen (màng sợi rỗng) khoảng 1 mm tạo thành một mạng lƣới các xúc tu siêu nhỏ (0,001m) nhằm loại bỏ các tạp chất hữu cơ lơ lửng hiệu quả nhất hiện nay, thay thế hoá chất khử trùng, duy trì nồng độ BOD < 2 mg/lít, SS < 1 mg/lít một giải pháp xử lý nitơ mà lâu nay ở nƣớc ta với công nghệ truyền thống khó đạt đƣợc.
Nguyễn Thị Hường 33 K34B- Hóa Học Hình 2.3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ bùn hoạt tính kết hợp màng vi sinh
MBR.