4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
3.1 Mơ tả đối tƣợng thực nghiệm
3.1.1 Nước thải của nhà máy dệt nhuộm
Ngành cơng nghiệp may mặc và dệt nhuộm đi đầu trong phát triển kinh tế, tạo điều kiện cơng ăn việc làm cho cơng nhân lao động, thúc đẩy GDP tăng. Song cùng với sự phát triển ấy là các phát sinh trong quá trình sản xuất mà tiêu biểu đến là nƣớc thải. Ngành dệt nhuộm sử dụng một lƣợng nƣớc thải lớn để sản xuất và đồng thời thải ra một lƣợng nƣớc thải đáng kể cho mơi trƣờng.
Nhắc đến nƣớc thải ngành dệt nhuộm là một trong những loại nƣớc thải ơ nhiễm nặng, hàm lƣợng các chất hữu cơ cao, khĩ phân hủy, pH dao động từ 9 - 12 do thành phần các chất tẩy. Trong quá trình sản xuất cĩ rất nhiều hĩa chất độc hại đƣợc sử dụng để sản xuất tạo màu: nhƣ là phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo mơi trƣờng, tinh bột, men, chất ơxy hố….Các chất này thƣờng cĩ chứa các ion kim loại hịa tan, hay kim loại nặng rất khĩ phân hủy trong mơi trƣờng, cĩ thể gây ơ nhiễm mơi trƣờng trầm trọng trong thời gian dài. Nếu chƣa đƣợc xử lý và xử lý chƣa đạt QCVN mà thải ra ngồi thì các hĩa chất này cĩ thể giết chết vi sinh vật xung quanh, làm chết cá và các loại động vật sống dƣới nƣớc, các chất độc này cịn cĩ thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hƣởng tới nguồn nƣớc ngầm và bên cạnh đĩ cịn ảnh hƣởng đến đời sống của con ngƣời.
Ngồi ra, nƣớc thải dệt nhuộm thƣờng cĩ độ màu rất lớn và thay đổi thƣờng xuyên tùy loại thuốc nhuộm, và cĩ nhiệt độ cao nên cần phải đƣợc xử lý triệt để đễ trƣớc khi thải ra, tránh gây ơ nhiễm mơi trƣờng.
Hiện nay, các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm đa số đều sử dụng phƣơng pháp hĩa lý, nhƣ vậy sẽ tiêu tốn một lƣợng hĩa chất rất lớn và khơng đáp ứng đƣợc yêu cầu kinh tế, làm cho giá thành xử lý nƣớc 1m3
nƣớc thải sẽ rất lớn
3.1.2 Thu thập mẫu nước thải của nhà máy dệt nhuộm
Nƣớc thải từ cơng nghiệp dệt cũng rất đa dạng và phức tạp, nhu cầu nƣớc cho cơng nghiệp dệt cũng rất lớn. Từ đĩ lƣợng nƣớc thải từ những cơng nghệ này cũng rất nhiều.
- Hàng len nhuộm, dệt thoi là: 100 – 240 m3/tấn
- Hàng vải bơng, nhuộm dệt thoi: 50 – 240 m3/tấn, bao gồm: Hồ sợi: 0.02 m3
Nấu, giũ hồ tẩy: 30 – 120 m3
Nhuộm: 50 – 240 m3
- Hàng vải bơng in hoa, dệt thoi là 65 – 280 m3/ tấn, bao gồm: Hồ sợi: 0.02 m3
Giũ hồ, nấu tẩy: 30 – 120 m3
In sấy: 50 – 20 m3+
Giặt: 30 – 140 m3
- Khăn len màu từ sợi polycrylonitrit là 40 – 140 m3/ tấn, bao gồm: Nhuộm sợi: 30 – 80 m3
Giặt sau dệt: 10 -70 m3
- Vải trắng từ polyacrylonitrit là 40 -140 m3/tấn, bao gồm: Nhuộm sợi: 30 – 80 m3
Giặt sau dệt: 10 – 70 m3
- Vải tráng từ polyacrylonitrit là 20 – 60 m3.
Trên hình… là hình ảnh mẫu nƣớc thải dệt nhuộm thực tế đã thu thập cho thí nghiệm đánh giá và hiệu chỉnh thơng số thiết bị đã xây dựng và phát
triển trong chƣơng 2 của luận văn. Thiết bị đƣợc ứng dụng chủ yếu cho mục tiêu khử màu, và khâu oxi hĩa một số thành phần chất rắn trong mẫu nƣớc để kết tủa và lọc.
Hình 3.1: Mẫu nước thải của nhà máy dệt nhuộm
Mẫu nƣớc thải của nhà máy dệt nhuộm đƣợc thu thập và kiểm tra về mức độ ơ nhiễm trƣớc khi đƣợc đƣa vào thí nghiệm trên mơ hình xử lý nƣớc thải tạo khí ozone ứng dụng kỹ thuật điện cao áp:
Bảng 3.1: Thơng số mẫu nƣớc lấy ngày 15/6/2016
STT Đặc tính Đơn vị Mẫu nƣớc thải dệt nhuộm
1 pH 9
2 BOD5 mg/l 120
3 COD mg/l 430
Từ kết quả đo lƣờng kiểm tra mẫu nƣớc ta cĩ đƣợc kết luận về mức độ ơ nhiễm về mẫu nƣớc theo TCVN5945 -1995:
- Đặc tính BOD5 vƣợt mức 50 (mg/l): BOD5 là lƣợng oxy cần thiết để oxy hĩa hết các chất hữu cơ và sinh hĩa do vi khuẩn (cĩ trong nƣớc nĩi chung và nƣớc thải nĩi riêng) gây ra, với thời gian xử lý nƣớc là 5 ngày ở điều kiện nhiệt độ là 20°C.
- Đặc tính COD cao gấp 4,3 lần mức cho phép: COD (Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hĩa học) là lƣợng oxy cần thiết để oxy hố các hợp chất hố học trong nƣớc bao gồm cả vơ cơ và hữu cơ. Nhƣ vậy, COD là lƣợng oxy cần để oxy hố tồn bộ các chất hố học trong nƣớc, trong khi đĩ BOD là lƣợng oxy cần thiết để oxy hố một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật.
- Đặc tính màu cao hơn rất nhiều sơ với mức quy định là 50 (Pt-Co): Độ màu của nƣớc đƣợc xác định theo thang màu tiêu chuẩn tính bằng đơn vị Pt-Co. Trong thực tế, độ màu cĩ thể phân thành hai loại: độ màu thực và độ màu biểu kiến. Độ màu biểu kiến bao gồm cả các chất hịa tan và các chất huyền phù tạo nên, vì thế màu biểu kiến đƣợc xác định ngay trên mẫu nguyên thủy mà khơng cần loại bỏ chất lơ lửng. Độ màu thực đƣợc xác định trên mẫu đã ly tâm và khơng nên lọc qua giấy lọc vì một phần cấu tử màu dễ bị hấp thụ trên giấy lọc.
Dựa trên các đánh giá về mức độ ơ nhiễm của mẫu nƣớc thải của nhà máy dệt nhuộm trên, mẫu nƣớc cần đƣợc đƣa vào xử lý để giảm thiểu ơ nhiễm ra mơi trƣờng.
3.2 Quy trình thực hiện thí nghiệm
3.2.1 Dụng cụ thí nghiệm
• Thiết bị đo điện
- Gậy đo cao áp: Điện cao áp với khả năng cĩ thể gây thƣơng tích nên khơng bao giờ sử dụng một vơn kế đỉện áp thấp để kiểm tra cao áp. Phải hết sức cẩn thận khi thao tác với các mạch cao áp.
Hình 3.2: Que đo cao áp
- Máy đo hiện sĩng hay cịn gọi là máy Oscilloscope là thiết bị vẽ đồ thị của tín hiệu điện theo 3 trục X (thời gian), Y (điện áp), Z (cƣờng độ sáng), dùng để đo các dạng tín hiệu và các dạng xung dao động. Là thiết bị khơng thể thiếu của các chuyên gia nghiên cứu về Cơng nghệ và những ngƣời làm nghề sản xuất, lắp ráp, sửa chữa thiết bị điện tử viễn thơng, cơng nghệ thơng tin.
Hình 3.3: Máy đo hiện sĩng
- Đồng hồ vạn năng điện tử: Đồng hồ vạn năng điện tử, cịn gọi là vạn năng kế điện tử là một đồng hồ vạn năng sử dụng các linh kiện điện tử chủ động, và do đĩ cần cĩ nguồn điện nhƣ pin. Đây là loại thơng dụng nhất hiện nay cho những ngƣời làm cơng tác kiểm tra điện và điện tử. Kết quả của phép đo thƣờng đƣợc hiển thị trên một màn tinh thể lỏng nên đồng hộ cịn đƣợc gọi là đồng hồ vạn năng điện tử hiện số.
- Đồng hồ cơng suất: Đƣợc sử dụng để đo thơng số đầu vào của nguồn điện cho mạch điều khiển tạo điện cao áp với các thống số bao gồm: điện áp, tần số, dịng điện, cơng suất, điện năng.
Hình 3.5: Đồng hồ đo cơng suất
3.2.2 Các bước thực hiện
• Chuẩn bị
- Sử dụng que đo cao áp để đo đầu ra mạch tạo điện cao áp, điều chỉnh mạch điều khiển để đảm bảo điện áp ngõ đạt mức yêu cầu của thí nghiệm.
- Nguồn cấp đƣợc cắm qua một đồng hồ đo cơng suất để theo dõi dịng điện và cơng suất ngõ vào.
- Điều chỉnh van lƣu lƣợng khí vào ống phĩng điện cao áp tạo khí Ozone theo lƣu lƣợng khơng khí yêu cầu của thí nghiệm.
• Thực hiện thí nghiệm
Mơ hình thiết bị tạo khí ozone ứng dụng kỹ thuật điện cao áp xử lý màu của mẫu nƣớc thải của nhà máy dệt nhuộm dựa trên sự thay đổi của các thơng số là: điện cao áp; lƣu lƣợng khơng khí đi qua ống phĩng điện cao áp.
Từ các thí nghiệm ban đầu với mơ hình đã xây dựng, trong luận văn lựa chọn thời gian với mỗi một lần thực hiện một lần thí nghiệm là 1 giờ nhằm đảm bảo tính hiệu quả của mơ hình đối với mẫu nƣớc thải dệt nhuộm đƣợc thí nghiệm. Trong 1 giờ thực hiện xử lý, các thơng số sẽ đƣợc thay đổi và cài đặt tƣơng ứng để đánh giá kết quả thu đƣợc. Khi chọn thời gian xử lý là 1 giờ, cĩ thể nhận xét đƣợc ảnh hƣởng của các thơng số điều chỉnh đến kết quả thí nghiệm và lựa chọn thơng số tối ƣu.
Ngồi ra, các thơng số khác cũng ảnh hƣởng đến tính hiệu quả của mơ hình bao gồm: nhiệt độ; cơng suất tiêu thụ của mơ hình. Các thơng số này đƣợc đo đạc liên tục trong quá trình thí nghiệm, đảm bảo hoạt động ổn định trong quá trình xử lý nƣớc thải của mơ hình tạo khí ozone ứng dụng kỹ thuật điện cao áp.
Bảng 3.2: Thơng số thu thập trong quá trình thí nghiệm Khoảng cách các bản cực 8mm, thể thích mẫu 1lít Thời gian (giờ) 0
Điện áp (kV) 0
Lƣu lƣợng khí (l/phút) 0 Độ màu (Pt-Co) 300
Thí nghiệm đƣợc thực hiện với mẫu nƣớc thải dệt nhuộm với độ màu ban đầu là 300 Pt-Co, thực hiện với 4 lần thí nghiệm khác nhau. Thành lập 4 bảng dữ liệu khác nhau, giá trị thơng số điện cao áp đƣợc thay đổi trong mỗi lần thí nghiệm là từ 1 – 5 kV, ở mức lƣu lƣợng khác nhau từ 5 – 25 lít/phút.
Ống phĩng điện cao áp sử dụng ở trong thí nghiệm là loại ống cĩ 2 bản cực cách nhau 8mm, thể tích mẫu là 1 lít.
3.3 Mơ tả và đánh giá kết quả
3.3.1 Kết quả
Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm lần 1 Lần 1
Khoảng cách các bản cực 8mm, thể thích mẫu 1lít
Thời gian (giờ) 0 1 1 1 1 1
Điện áp (kV) 0 1 2 3 4 5 Lƣu lƣợng khí l/min 0 5 5 5 5 5 Độ màu (Pt-Co) 300 250 240 238 235 233 Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm lần 2 Lần 2 Khoảng cách các bản cực 8mm, thể tích mẫu 1 lít
Thời gian (giờ) 0 1 1 1 1 1
Điện áp (kV) 0 1 2 3 4 5 Lƣu lƣợng khí (l/min) 0 10 10 10 10 10 Độ màu (Pt-Co) 300 248 210 203 200 197 Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm lần 3 Lần 3 Khoảng cách các bản cực 8mm, thể tích mẫu 1 lít
Thời gian (giờ) 0 1 1 1 1 1
Điện áp (kV) 0 1 2 3 4 5
Lƣu lƣợng khí (l/min) 0 15 15 15 15 15 Độ màu (Pt-Co) 300 245 205 170 165 161
Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm lần 4 Lần 4
Khoảng cách các bản cực 8mm, thể tích mẫu 1 lít
Thời gian (giờ) 0 1 1 1 1 1
Điện áp (kV) 0 1 2 3 4 5 Lƣu lƣợng khí (l/min) 0 20 20 20 20 20 Độ màu (Pt-Co) 300 243 200 155 80 77 Bảng 3. 7: Kết quả thí nghiệm lần 5 Lần 5 Khoảng cách các bản cực 8mm, thể tích mẫu 1 lít
Thời gian (giờ) 0 1 1 1 1 1
Điện áp (kV) 0 1 2 3 4 5
Lƣu lƣợng khí (l/min) 0 25 25 25 25 25 Độ màu (Pt-Co) 300 241 198 152 78 75
3.3.2 Đánh giá
Dựa trên các thơng số thu đƣợc từ thí nghiệm, ta lập đƣợc biểu đồ nhƣ sau:
Hình 3.6: Biểu đồ sự thay đổi độ màu của mẫu nước
Trong biểu đồ trên:
- Series1: Mức lƣu lƣợng khơng khí là 5 lít/phút - Series2: Mức lƣu lƣợng khơng khí là 10 lít/phút - Series3: Mức lƣu lƣợng khơng khí là 15 lít/phút - Series4: Mức lƣu lƣợng khơng khí là 20 lít/phút - Series5: Mức lƣu lƣợng khơng khí là 25 lít/phút
Biểu đồ cho thấy ảnh hƣởng của điện cao áp tác động trực tiếp đến khả năng khử màu của mẫu nƣớc thải của nhà máy dệt nhuộm.
Thơng số trong lần thí nghiệm thứ nhất cho thấy đối với một mức lƣu lƣợng là 5 lít/phút, thì với mức điện cao áp là 1 kV đã đạt đến khả năng xử lý nƣớc thải của nhà máy dệt nhuộm, cho dù cĩ tăng mức điện cao áp lên tới 5kV thì khả năng xử lý nƣớc thải cũng khơng tăng đáng kể.
0 50 100 150 200 250 300 350 0 1 2 3 4 5 Độ màu củ a n ước (Pt -Co) Điện cao áp (kV)
Tƣơng tự đối với lần thí nghiệm thứ 2, 3, 4, 5 nhƣng ở lần thí nghiệm thứ 5, tính hiệu quả của quá trình xử lý bị giảm khi thay đổi lƣu lƣợng khơng khí vào trong ống phĩng điện cao áp.
3.4 Nhận xét và kết luận chƣơng 3
Quá trình thí nghiệm đƣợc thực hiện tại phịng thí nghiệm Điện cao áp, bộ mơn Hệ thống điện, Viện Điện, trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Mơ hình tạo khí ozone ứng dụng cơng nghệ kỹ thuật điện cao áp đã thực hiện việc xử lý độ màu mẫu nƣớc thải của nhà máy dệt nhuộm một cách hiệu quả rõ rệt. Trên thực nghiệm cho thấy rằng, đối với một mơ hình tạo khí ozone ứng dụng kỹ thuật điện cao áp thì việc xử lý nƣớc thải của nhà máy dệt nhuộm cĩ rất nhiều các yếu tố ảnh hƣởng, trong đĩ hai yếu tố ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu suất xử lý các mẫu nƣớc thải dệt nhuộm đã thực nghiệm chính là giá trị điện áp và lƣu lƣợng khơng khí qua ống phĩng điện.
Qua các thí nghiệm, đối với một ống phĩng điện cao áp với khoảng cách 2 bản cực là 8mm thì cần một mức điện cao áp là 4kV và một lƣu lƣợng khơng khí là 20 lít/phut, nhằm đạt hiệu quả của việc xử lý độ màu của nƣớc thải nhà máy dệt nhuộm là tối ƣu. Các kết quả tối ƣu thơng số trên cĩ thể đƣợc sử dụng để phát triển thiết bị thực tế nhằm xử lý nƣớc thải cơng nghiệp.
KẾT LUẬN
Trong lĩnh vực mơi trƣờng, cùng với sự phát triển của các ngành cơng nghiệp nhƣ dệt nhuộm, tái chế, nhựa, giấy… nhu cầu xử lý nƣớc thải hiện đang đƣợc quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên các cơng nghệ xử lý nƣớc thải cũng kèm theo nhiều vấn đề kỹ thuật phức tạp, bao gồm chi phí điện năng, ơ nhiễm cho mơi trƣờng sống, vận hành phức tạp, hiệu quả xử lý chƣa thực sự rõ ràng… Cơng nghệ xử lý nƣớc thải bằng ozone, sử dụng kỹ thuật điện cao áp tỏ ra cĩ những ƣu điểm nhất định khi ứng dụng trong việc xử lí nƣớc thải và mơi trƣờng khơng khí do Ozone là loại khí cĩ tính oxy hĩa mạnh, đƣợc ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực cơng nghiệp cũng nhƣ thực phẩm… Hiện nay tại Việt Nam, cơng nghệ sản xuất khí ozone là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đang đƣợc quan tâm. Việc nghiên cứu để nắm vững và làm chủ cơng nghệ, tối ƣu hĩa thiết bị sản xuất ozone là yêu cầu cấp thiết.
Luận văn đã tìm hiểu phƣơng pháp và cơng nghệ xử lý nƣớc thải tại nƣớc ta và thế giới hiện nay. Trên cơ sở đĩ xây dựng mơ hình thí nghiệm, với thiết bị tạo khí ozone cho việc xử lý nƣớc thải cơng nghiệp, tiến hành thử nghiệm và thu thập số liệu trong việc xử lý nƣớc thải của một nhà máy dệt nhuộm nhằm mục đích tối ƣu hĩa các thơng số của của thiết bị tạo Ozone, giúp nâng cao chất lƣợng các sản phẩm đƣợc sản xuất tại Việt Nam và tối ƣu đƣợc việc xử lý nƣớc thải. Việc tối ƣu hĩa đƣợc thực hiện dựa trên các số liệu thu thập trong quá trình thí nghiệm với mơ hình thiết bị tạo khí ozone.
Quá trình thí nghiệm đƣợc thực hiện tại phịng thí nghiệm Điện cao áp, bộ mơn Hệ thống điện, Viện Điện, trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Mơ hình tạo khí ozone ứng dụng cơng nghệ kỹ thuật điện cao áp đã thực hiện việc xử lý độ màu mẫu nƣớc thải của nhà máy dệt nhuộm một cách hiệu quả rõ rệt. Trên thực nghiệm cho thấy rằng, đối với một mơ hình tạo khí ozone ứng dụng kỹ thuật điện cao áp thì hai yếu tố ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu suất
xử lý các mẫu nƣớc thải dệt nhuộm đã thực nghiệm chính là giá trị điện áp và lƣu lƣợng khơng khí qua ống phĩng điện. Đối với một ống phĩng điện cao áp