Nước thải phẩm nhuộm sau khi xử lý loại bỏ màu bằng Ozon, về mặt cảm quan đã đạt mức chấp nhận, tuy nhiên trong dung dịch có thể vẫn còn chứa một số các sản phẩm trung gian nên chất lượng nước cần được đánh giá. Do nước thải sau xử lý sẽ được xả ra môi trường, nguồn tiếp nhận thông thường là các ao hồ, kênh rạch; nếu trong nước xả thải có chứa các hợp chất gây độc sẽ ảnh hưởng tới hệ sinh vật tự nhiên ở nguồn tiếp nhận.
Vì vậy, mục đích của thí nghiệm này là đánh giá khả năng phân hủy sinh học của nước sau xử lý thông qua một số thông số và khả năng phát triển của sinh khối trong sinh học hiếu khí.
Bảng 3.12. Kết quả một số thông số đánh giá chất lượng nước sau xử lý bằng Ozon
Thông số Đơn vị
Nƣớc thải phẩm nhuộm làng nghề Vạn Phúc
sau xử lý bằng Ozon với hệ injector - ống dòng QCVN 13:2009/
/BTNMT Cột B Phẩm đỏ - trực tiếp Sau 8h Phẩm xanh – hoạt tính Sau 5h pH - 7,35 7,67 5,5 – 9 Độ màu Pt – Co 104 117 150 TSS mg/l 15,6 14,7 100 COD mg/l 96,4 89,4 100 BOD5 mg/l 44,6 38,2 50
Từ bảng kết quả trên, thấy các chỉ tiêu chính để đánh giá chất lượng nước thải phẩm nhuộm - mẫu thực tế, sau xử lý bằng Ozon đều đạt tiêu chuẩn cho phép.
Lấy nước sau xử lý để thử nghiệm làm dung môi pha môi trường nuôi cấy vi khuẩn cho quá trình sinh học hiếu khí.
Thí nghiệm được tiến hành: lấy 20 lít nước thải đã qua xử lý bằng Ozon (mẫu thực tế đỏ - trực tiếp), cho vào bể sinh học (có V = 20 lít), thêm một lượng sinh khối (đã được xác định khối lượng m1 = 2,12g = 2120 mg – sinh khối này được tạo ra từ việc tuyển lưa các chủng vi khuẩn có khả năng phát triển trong môi trường là nước sau quá tình sử lý bằng O3 từ một hệ với rất nhiều loại khác nhau –được trình bày trong phụ lục 3). Sau đó, bổ sung một số loại muối (NH4SO4, KH2PO4) sục khí oxy liên tục đảm bảo lượng DO= 3,4 – 4 mgO2/l.
Tiến hành nuôi sinh khối trong vòng 2 ngày, sau đó đánh giá khả năng phát triển sinh khối (sự gia tăng về hàm lượng sinh khối tế bào trong dung dịch) thông qua việc xác định lượng TSS của mẫu nước, kết quả thu được:
TSSsau sinh học 2 ngày = 160,52 (mg/l)
mSK tăng = (TSSsau sinh học 2 ngày* 20) – (m1+ TSSsau Ozon*20) (mg) = (160,52*20) – ( 2120 + 15,6*20) = 78 (mg) = 0,78 (g) (***)
Tiếp tục phân tích, so sánh và đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng nước liên quan đối với mẫu nước trước và sau khi chạy sinh học. Kết quả thu được như sau: Bảng 3.13. Kết quả đánh giá khả năng phân hủy sinh học của nước thải dệt nhuộm
sau xử lý bằng Ozon
Thông số Đỏ - trực tiếp (mẫu thực tế) QCVN
40:2011/BTNMT , cột B
Đơn vị Mẫu đầu Sau sinh học 2 ngày
pH - 7,04 7,12 5,5 - 9
COD mg/l 202 54 150
BOD5 mg/l 78,3 28 50
N – NH4+ mg/l 25,6 1,05 5
P – PO43- mg/l 8,23 0,66 4
Qua bảng 3.13 và (***) thấy: sau 2 ngày làm giàu hàm lượng sinh khối tăng 0,78g, các chỉ tiêu phân tích đều giảm so với nước ban đầu và đạt tiêu chuẩn cho phép so với Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT, cột B). Điều này chứng tỏ: nước thải dệt nhuộm sau khi xử lý bằng Ozon không gây ảnh hưởng đến sự sống của các vi sinh vật, có khả năng tiếp tục phân hủy sinh học trong môi trường tự nhiên.
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu trên có thể đưa ra một số kết luận sau:
1. Ozon có khả năng phản ứng phá vỡ cấu trúc của các hợp chất màu có trong nước
thải dệt nhuộm dẫn đến làm mất màu của chúng. Quá trình Ozon đã xử lý được màu và COD của hai loại phẩm nhuộm Direct Red 23 và Reactive Blue 19.
2. Đã xác định lượng Ozon hấp thụ vào các loại dung dịch khác nhau hay cùng một
loại dung dịch nhưng có nồng độ khác nhau là khác nhau, nồng độ chất trong dung dịch càng cao, sự hấp thụ Ozon vào dung dịch càng nhiều.
3. Hiệu quả của trình Ozon phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ chất và thời gian
phản ứng. Độ pH càng cao, thời gian cho quá trình Ozon càng dài thì hiệu suất xử lý màu càng tăng. Đối với thí nghiệm trên mẫu tự pha tại pH = 11 cho hiệu quả xử cao nhất (đạt 98,31% đối với Direct Red 23 và 99,78% với Reactive Blue 19).
4. Để dễ ứng dụng vào thực tế, chọn pH = 9 cho quá trình Ozon nhằm xử lý nước thải
từ công đoạn nhuộm của làng nghề Vạn Phúc, đã cho hiệu quả xử lý cao (đạt 98,05% đối với phẩm màu đỏ - trực tiếp và 99,81% với phẩm màu xanh – hoạt tính).
5. Chọn phương pháp đưa Ozon vào dung dịch qua hệ injector - ống dòng thay cho
việc sục Ozon trực tiếp vào dung dịch nước thải phẩm nhuộm, đã tận dụng và hạn chế lượng khí Ozon dư thoát ra ngoài, đồng thời làm giảm thời gian phản ứng và nâng cao hiệu quả xử lý màu bằng tác nhân Ozon. Cụ thể: đối với phẩm màu đỏ - trực tiếp thời gian phản ứng từ 9h xuống 6h mà hiệu suất xử lý màu tăng từ 95,03% lên 98,05%; đối với phẩm màu xanh hoạt tính thời gian phản ứng giảm từ 6h xuống còn 4h mà hiệu suất xử lý màu tăng từ 96,73% lên 97,89%.
6. Các thông số đầu ra của nước thải dệt nhuộm từ làng nghề Vạn Phúc sau khi được xử
lý bằng phương pháp Ozon với hệ injector - ống dòng đều đạt tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 13:2009/BTNMT, cột B (với màu đỏ - sau 8h xử lý: COD = 96,4mg/l, độ màu = 104 Pt-Co, BOD5 = 44,6 mg/l; với màu xanh – sau 5h xử lý: COD = 89,4 mg/l, độ màu 117 Pt-Co và BOD5 = 38,2mg/l). Ngoài ra, qua khảo sát, nước sau xử lý có khả năng phân hủy sinh học tiếp tục trong điều kiện môi trường tự nhiên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt
1. Cao Hữu Trượng, Hoàng Thị Lĩnh (2008), Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội.
2. Đặng Trấn Phòng (2006), Xử lý nước cấp và nước thải dệt nhuộm, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nôi.
3. Đặng Xuân Hiển, Cơ sở lý thuyết của phương pháp oxi hóa và khử trùng bằng ozon, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Đại học Bách khoa Hà Nội.
4. Đặng Xuân Việt (2006), Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thích hợp, có hiệu quả để khử màu phẩm nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội.
5. Hiệp hội dệt may Việt Nam (VITAS) (2011), Thông tin kinh tế - dệt may, Hà Nội.
6. Nguyễn Thị Hoàng Mai (2011), “Ngành dệt may Việt Nam 10T’2011”, báo cáo cập nhập ngành.
7. Tập đoàn dệt may Việt Nam (2006), Xây dựng, rà soát các chỉ tiêu, định mức phát thải nước thải đặc trưng cho các loại nguyên liệu, Ban Kỹ thuật công nghệ và môi trường, Hà Nội.
8. Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2006), Các quá trình oxi hóa nâng cao trong xử lý nước và nước thải, NXB khoa học kĩ thuật, Hà Nội.
9. Trung tâm sản xuất sạch Việt Nam (2008), Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn ngành dệt nhuộm, Viện khoa học công nghệ và môi trường – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
10. Trung tâm xúc tiến thương mại và đầu tư nước ngoài, Tài liệu nghiên cứu ngành hàng dệt may Việt Nam (2007), NXB Thương mại Thành phố Hồ Chí Minh.
Tài liệu tiếng Anh
11. Akal Solmaz S.K, Birgül A., Üstün G.E., Yonar T (2006), “Color and COD removal from textile effluent by coagulation and advanced oxidation processes”,
Coloration Technology, 122, pp.102-109.
12. Akmehmet Balcıoğlu I., Arslan Alaton I (2001), “Partial oxidation of reactive dyestuffs and synthetic textile dye-bath by the O3 and O3/H2O2 processes”, Water
Science Technology, 43(2), pp.221-228.
13. Arslan Alaton Đ (2007), “Degradation of a commercial textile biocide with advanced oxidation processes and ozone”, Journal of Environmental Management,
82, pp.145–154.
14. Arslan Alaton Đ., Eremektar G., Germirli-Babuna F., Đnsel G., Selçuk H., Özerkan B., Teksoy S (2005), “Advanced oxidation of commercial textile biocides in aqueous solution: effects on acute toxicity and biomass inhibition”, Water Science & Technology, 52, pp.309–316.
15. Anouzla A., Abrouki Y., Souabi S., Safi M., Rhbal H (2009), “Color and COD removal of disperse dye solution by a novel coagulant: Application of statistical design for the optimization and regression analysis”, Journal of Hazardous Materials, 166, pp.1302–1306.
16. Assalin M.R., dos Santos A.E., Duran N (2009), “Combined System of Activated Sludge and Ozonation for the Treatment of Kraft E1 Effluent”, International Journal Environmental Research and Public Health, pp.1145–1154.
17. Baban A., Yediler A., Lienert D., Kemerdere N., Kettrup A (2003), “Ozonation of high strength segregated effluents from a woollen textile dyeing and finishing plant”,
Dyes and Pigments, 58, pp.93–98.
18. Baig S., Liechti P (2001), “Ozone treatment for biorefractory COD removal”,
19. Birgül A., Solmaz S.K.A (2007), „Investigation of COD and color Removal in textile industry by using advanced oxidation and chemical treatment”, Ekoloji, 62, pp.72-80.
20. Ciardelli G., Capanelli G., Bottino A (2001), “Ozone treatment of textile wastewaters for reuse”, Water Science and Technology - IWA Publishing, 44 (5), pp.61–67.
21. Demirbas, A. (2009), “Agricultural based activated carbons for the removal of dyes from aqueous solutions: A review”, Journal of Hazardous Materials, 167, pp.1–9.
22. Doble M., Kumar A (2005), “Biotreatment of Industrial Effluents”, Elsevier Inc., Oxford, United Kingdom,.
23. Doğruel S., Germirli Babuna F., Kabdaslı I., Güçlü I., (2002), “Effect of stream segregation on ozonation for the removal of significant COD fractions from textile wastewater”, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 78,pp.6-14.
24. Dos Santos A.B., Cervantes F.J., Van Lier J.B., (2007), “Review paper on current technologies for decolorisation of textile wastewaters: Perspectives for anaerobic biotechnology”, Bioresource Technology, 98, pp.2369–2385.
25. Fernando J.Beltrans (2005), “Ozone reaction kinetics for water and wastewater systems”, Lewis pulishers, (53), pp.121-127.
26. Gharbani P., Tabatabaii S.M., Mehrizad A., (2008), “Removal of Congo red from textile wastewater by ozonation”, Enviromental. Science and Tecnology, 5 (4), 495- 500.
27. Glaze, W.H. and Kang, J.W. (1989) “Advanced Oxidation processes” Ind. Eng. Chem. Res. 28, 1573-1580, 1580-1587.
28. In-Soung Chang, Sang-Soon Lee, Eun Kyung Choe (2009), “Digital textile printing (DTP) wastewater treatment using ozone and membrane filtration”,
29. La‟szlo‟ Wojna‟ rovits, Erzse‟bet Taka‟cs (2008), “Irradiation treatment of azo dye containing wastewater”, An overview Radiation Physics and Chemistry, 77, pp.225 - 244.
30. Meriç S., Selçuk H., Belgiorno V., (2005), “Acute toxicity removal in textile finishing wastewater by Fenton‟s oxidation, ozone and coagulation–flocculation processes”, Water Research, 39, pp.1147–1153.
31. Metcalf &Eddy Inc., Tchobanoglous G., Burton F.L., Stensel H.D., (2003), “Wastewater Engineering : Treatment and Reuse”, McGraw-Hill, 4th edition, New York, USA,.
32. Mock M., Hamouda H., (1998), “Ozone application to color destruction of industrial wastewater- Part I: Experimental”, American Dyestuff Reporter, 87, pp.18- 22.
33. Oğuz E., Keskinler B., (2008), “Removal of color and COD from synthetic textile wastewaters using O3, PAC, H2O2 and HCO3-”, Journal of Hazardous Materials, 151, pp.753–760.
34. Rai H.S., (2005), “Removal of dyes from the effluent of textile and dyestuff manufacturing industry: A review of emerging techniques with reference to biological treatment”, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 35 (3), pp.219 - 238.
35. Rice, R.G., P.K. Overbeck, K. Larson (1998), “Ozone Treatment for Small Water Systems. First International Symposium on Safe Drinking water in Small Systems”, NSF International/PAHP/WHO, Arlington, VA.
36. Robinson T., McMullan G., Marchant R., Nigam P., (2001), “Remediation of dyes in textile effluent: A critical review on current treatment technologies with a proposed alternative”, Bioresource Technology, 77, pp.247-255.
37. Sevimli M.F., Sarıkaya H.Z., (2002), “Ozone treatment of textile effluents and dyes: Effect of applied ozone dose, pH and dye concentration”, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 77, pp.842-850.
38. Shaw C.B., Carliell C.M., Wheatley A.D., (2002), “Anaerobic/aerobic treatment of colored textile effluents using sequencingbatch reactors”, Water Research, 36, pp.193- 2001
39. Somensi C.A., Simionatto E.L., Bertoli L.S., Wisniewski A., Radetski M.C., (2010), “Use of ozone in a pilot-scale plant for textile wastewater pre-treatment: Physicochemical efficiency, degradation by-products identification and environmental toxicity of treated wastewater”, Journal of Hazardous Materials, 175, pp.235–240. 40. Sundrarajan M., Vishnu G., Joseph K., (2007), “Ozonation of light-shaded exhausted reactive dye bath for reuse”, Dyes and Pigments, 75, 273-278.
41. Swaminathan K. , Pachhade K., Sandhya S., (2005), “Decomposition of a dye intermediate, (H-acid) 1amino-8-naphthol-3,6 disulfonic acid in aqueous solution by ozonation”, Desalination, 186, 155–164.
42. Wang X.J., Chen S.L., Gu X.Y., Wang K.Y. and Y.Z. Qian (2008), “Biological aerated filter treated textile washing wastewater for reuse after ozonation pretreatment”, Water Science and Technology, 58(4), 919-923.
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Một số hình ảnh nghiên cứu thực nghiệm và lấy mẫu thực tế
Thí nghiệm kiểm tra công suất thực trung bình của máy Ozon
Thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý màu đối với mẫu thực tế lấy tại làng nghề Vạn Phúc bằng cách sục Ozon trực tiếp
Thí nghiệm xử lí màu của phẩm Direct Red 23 bằng sinh học hiếu khí
Phụ lục 2. Lập đƣờng chuẩn thể hiện mối tƣơng quan giữa nồng độ phẩm nhuộm và độ hấp thụ quang đối với hai loại phẩm tự pha
Sau khi quét phổ UV – VIS xác định được bước sóng cực đại của phẩm Reactive Blue 19 có λmax = 593.0 nm và phẩm Direct Red 23 có λmax = 495 nm
Sử dụng phương pháp đo quang để xây dựng đường chuẩn thể hiện mối liên hệ giữ nồng độ phẩm và độ hấp thụ quang. Cân 0,05g phẩm Reactive Blue 19 (tương tự với phẩm Direct Red 23) rồi pha trong 1 lít nước. Lấy lần lượt vào các ống nghiệm các thể tích dung dịch phẩm nhuộm khác nhau sao cho phù hợp với các bảng dưới đây, sau đó đi đo độ hấp thụ quang ở các bước song đặc trưng đã được xác định đối với từng loại phẩm. Kết quả thể hiện như sau:
Mối quan hệ giữa nồng độ phẩm và mật độ quang của Reactive Blue 19
Stt Vphẩm (ml) VH2O (ml) C (mg/l) ABS 1 5 0 0.0503 0.612 2 5 2.5 0.0355 0.413 3 5 5 0.0258 0.321 4 5 7.5 0.0201 0.248 5 5 10 0.0168 0.208 6 5 12.5 0.0144 0.197 7 5 15 0.0126 0.158 8 5 17.5 0.0116 0.142 9 5 20 0.0101 0.129 10 5 22.5 0.0092 0.116
Mối quan hệ giữa nồng độ phẩm và mật độ quang của Direct Red 23 Stt Vphẩm (ml) VH2O (ml) C (mg/l) ABS 1 5 0 0.0503 0.622 2 5 2.5 0.0355 0.417 3 5 5 0.0258 0.328 4 5 7.5 0.0201 0.256 5 5 10 0.0168 0.217 6 5 12.5 0.0144 0.199 7 5 15 0.0126 0.168 8 5 17.5 0.0116 0.150 9 5 20 0.0101 0.132 10 5 22.5 0.0092 0.121 y = 11.89x + 0.008 R² = 0.997 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 0.02 0.04 0.06 A B S Nồng độ(mg/l) Reactive Blue 19 y = 11.76x + 0.015 R² = 0.996 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 0.02 0.04 0.06 ABS Nồng độ (mg/l) Direct Red 23
Phụ lục 3. Cách thức tiến hành nhân giống và chọn lựa tự nhiên các loài vi sinh vật có khả năng xử lý màu nƣớc thải phẩm nhuộm
- Chuẩn bị 20 lít nước thải có chứa phẩm Direct Red 23 có nồng độ 500mg/l.(1)
- Lấy sinh khối của hỗn hợp các hệ vi khuẩn khác nhau – được nuối sẵn bằng tổ hợp các loại nước thải khác nhau. (2)
- Cho phần sinh khối (2) – với khối lượng 2g sinh khối khô (có hàm ẩm 20%), cho vào 20 lít dung dịch phẩm tự pha (1). Sau đó tạo các điều kiện thích hợp cho quá trình sinh học hiếu khí trong bình nuôi cấy bằng cách sục không khí vào bình bằng máy sục khí với các quả sục nhằm chia nhỏ và phân tán các bọt khí một cách đồng đều hơn. Kiểm soát hàm lượng DO trong nước (thường từ 3,4 4 mgO2/L). Cứ 3 ngày một lần bổ sung thêm các nguồn dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng phát triển của vi sinh vật (như bổ sung khoảng 1 - 2g đường saccarozo, một số muối vô cơ như NH4Cl, (NH4)2SO4, KH2PO4, K2HPO4, ……). Duy trì ổn định và theo dõi quá trình tăng sinh khối của vi sinh vật trong 7 ngày liên tục.
Sau thời gian 7 ngày thu toàn bộ lượng sinh khối trong bình nuôi vi sinh để cho vào bể phản ứng mới (sử dụng nước thải mới) để đánh giá khả năng xử lý (COD và độ màu) của các loài vi sinh đã được hoạt hóa.
2 - Kết quả thu được.