ĐỊNH PHÊ DUYET, HOP DONG CÓ LIEN QUAN
II. MỤC TIEU, NOI DUNG VA SAN PHAM DỰ KIÊN
10 - Muc tiéu
(Bam sat va cu thể hóa mục tiêu theo đặt hàng)
Mục tiêu chung:
Phân lập và chế tạo chế phâm chứa vi sinh vật ưa ấm, nghiên cứu ứng dụng vào hệ thống xử lý sinh học nước thải dệt nhuộm có nhiệt dé nâng cao hiệu quả, tiết kiệm chi phí.
Mục tiêu cụ thể:
- Phan lập một số chủng vi sinh vật từ các nguồn ô nhiễm khác nhau như trong nước thải dét nhuộm, ô nhiễm dau...; chế tạo chế phẩm chứa hệ vi sinh vật có khả năng thích nghỉ với điều kiện môi trường có nhiệt độ 35-45°C, có tiềm năng phân giải các
chất hữu cơ cao.
- Ung dụng chế phẩm vi sinh vật thu được vào bước xử lý sinh học trong hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm có nhiệt độ 35-45°C nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và tiết
kiệm chi phí.
11 - Tổng quan tình hình nghiên cứu trong, ngoài nước và đề xuất nghiên cứu của đề
tài.
11.1. Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu lý luận và thực tiễn thuộc lĩnh vực của đề tài
Ngoài nước (Phân tích đánh giá được những công trình nghiên cứu có liên quan và những
kết quả nghiên cứu mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu của dé tai; nêu được những bước tiễn về trình độ KH&CN của những kết quả nghiên cứu đó; những vấn dé KHCN dang can phải nghiên cứu và giải quyết).
Vi sinh vật ưa 4m (mesophilic microorganism) là nhóm các vi sinh vật có nhiệt độ phù hợp dé sinh trưởng và phát triển khoảng từ 20-45°C, nhiệt độ tối ưu thường khoảng 35- 45°C. Chúng thường là các nhóm vi khuan, vi khuẩn cổ hoặc một số vi sinh vật nhân thực và nhiều loài trong số có khả năng phân giải các chất hữu cơ. Một số ví dụ về nhóm vi sinh vật ưa ấm có thé ké đến như Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, va
Escherichia coli, ngoài ra còn có Clostridium kluyveri, Pseudomonas maltophila,
Thiobacillus novellus, Streptococcus pyogenes, and Streptococcus pneumoniae. Nhiều loài vi sinh vật trong nhóm ưa ấm đã được biết đến là các vi sinh vật gây bệnh, nhóm vi sinh vật tham gia vào quá trình sản xuất bia, rượu hay phô mai nổi tiếng trên thế giới và đặc biệt ngày nay người ra đã phát hiện ra nhiều vi sinh vật ưa 4m có thể tham gia vào các quá trình phân hủy các chất trong môi trường ô nhiễm có nhiệt độ ấm [4], sản xuất biogas, phân bón
sinh hoc...[1].
Theo Saishali Singh 2019, tiềm năng sản xuất hydro bằng lên men trong điều kiện
tôi, sử dụng các nhóm vi sinh vat ưa âm là rat lớn, có nhiêu ưu điêm hơn nhóm vi sinh vat
3
ưa nhiệt, quy trình ứng dụng nhóm vi sinh vật này dễ tiến hành và hiệu quả cao hơn [2].
Ren, 2007 đã phân lập và ứng dụng vi sinh vật ưa âm C. acetobutylicum và Clostridium populeti trong xử ly xellulose dé thu được hydro với hiệu suất 2,3mol đường/mol chất xơ [3]. Bouallagui, 2003 đã ứng dụng nhóm vi sinh vật ưa ấm trong hệ thống lên men bán liên tục ki khí dé xử lý các chất thải hữu cơ có nguồn gốc từ rau quả, cho hiệu quả tao biogas tới 75% với 64% là khí metan. Trong các ứng dụng xử lý nước thải chứa chất hữu cơ, hệ vi sinh
vật ưa ấm đã được ứng dụng rất nhiều và so sánh với hệ vi sinh vật ưa nhiệt, cho thấy, hiệu
quả xử lý khi có mặt vi sinh vật ưa ấm là rat tốt, giảm được nhiều chi phí [7,8,9,10]. Từ những công bố về các vi sinh vật ưa 4m đã được biết đến, chúng ta có thé thay rằng tiềm năng ứng dụng của nhóm vi sinh vật rất lớn, có thể mở rộng ra nhiều lĩnh vực trong đời sống, sản xuất của con người. Tuy vậy, dé một hệ vi sinh vật có khả năng thích ứng với điều
kiện môi trường đặc thù theo từng định hướng ứng dụng, theo từng vùng khí hậu thì việc
phân lập chúng tại chính nơi có nguồn cơ chất. Chính vì thế, với định hướng ứng dụng hệ vi sinh ưa nhiệt trong bề xử lý sinh học của nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm có nhiệt độ khoảng 35-45°C, việc phân lập và sàng lọc các chủng vi sinh vật từ chính nguồn cơ chất bản
địa, đặc thù sẽ mang lại hiệu quả cao.
Nước thải dệt nhuộm
Ngành dét may là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ phức tạp, áp dung nhiều loại hình công nghệ khác nhau. Đồng thời trong quá trình sản xuất sử dụng các nguồn nguyên liệu, hoá chất khác nhau như sợi bông, sợi nhân tạo, lông thú, đay gai, tơ tằm và nhiều hóa chất đi cùng... Quá trình sản xuất có thể liên quan tới rất nhiều hoạt động như kéo
sợi, dét vải, nhuộm hoàn tất, may.... Tuy thuộc vao từng nhà máy, đặc thù của từng công
đoạn sản xuất mà phát sinh ra nhiều dạng ô nhiễm như: bụi, tiếng ồn, nhiệt dư, chất thải rán,
khí thải và nước thải...Nguồn gốc các thành phần trong nước thải dệt nhuộm có thê là các chất dầu mỡ, tạp chất chứa nito, hóa chất trong hồ SỢI, chất nhuột, trợ màu, ngắm màu, chất tây giặt... Nước thải phat sinh từ quá trình sản xuất dét nhuộm thường 12-300m3/tắn vải, chủ yếu từ công đoạn nhuộm và nấu tây. Đặc trưng chủ yếu của loại nước thải này là có pH kiềm, có nhiệt độ, BOD, COD, chất lơ lửng SS và độ màu khác cao. Độ kiềm cao làm tăng pH của nước, gây độc hai cho các loài thủy sinh. Muối trung tinh làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, gây độc hại cho các loài thủy sinh do tăng áp suất thâm thấu, ảnh hưởng đến quá trình trao đôi chất của tế bào. Hồ tinh bột biến tinh làm tăng BOD, COD làm giảm oxy hòa tan trong nước. Độ màu cao do dư lượng thuốc nhuộm trong nước thải gây màu cho nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thuỷ sinh, ảnh hưởng tới cảnh
quan. Các chất độc nặng như sunfit kim loại nặng, các hợp chất halogen hữu cơ (AOX) có
khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật với hàm lượng tăng dần theo chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nguồn nước, gây ra một số bệnh mãn tính đối với người và động vật. Nước thải từ các quá trình nhuộm, nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực
tiếp hay gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ thể con người và gây các bệnh nghiêm trọng, như viêm loét da, viêm đường hô hấp, eczIma, ung thư,...
Với nguồn phát thải có nhiều thành phần phức tạp và có khả năng gây độc thì các nhà máy đệt nhuộm bắt buộc phải có hệ thống xử lý nước thải riêng, xử lý đạt yêu cầu trước khi xả thải chung vào hệ thống của các khu công nghiệp hoặc xả thải ra môi trường. Cho đến nay, các hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm đã được nghiên cứu và phát triển rất phong phú đa dạng nhằm phù hợp với từng loại hình sản xuất, tuy nhiên cơ bản hau hết các công nghệ xử lý đang được áp dụng đều sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp các phương pháp sau: phương
pháp cơ học, phương pháp hóa học và phương pháp sinh học [14, 21].
Phương pháp cơ học: Phương pháp cơ học là công đoạn đầu tiên giúp loại bỏ các tạp chất vô cơ, hữu cơ không tan có trong nước thải, hình thức xử lý này chủ yếu sử dụng các loại song chắn rác, lưới chắn rac và các loại bé lăng.
Tháp giải nhiệt: luồng nước thải nóng được xả đều trên bề mặt tâm tản nhiệt, thông qua luồng không khí và hơi nước nóng luân chuyền tiếp xúc với nhau, nước nóng và luồng không khí sản sinh trao đổi nhiệt với nhau, đồng thời bộ phận nước nóng bị bốc hơi, hơi nước nóng được hòa vào trong không khí, sau đó nước nóng được giải nhiệt chảy xuống bể điều hòa.
Phương pháp hóa học: Phương pháp hóa học là phương pháp bổ sung thêm các loại hóa chất, chất hỗ trợ vào trong nước thải giúp loại bỏ các hợp chất không mong muốn trong nước thải. Phương pháp hóa học xử lý nước thải bao gồm nhiều công đoạn khác nhau như:
keo tụ tạo bông, hấp phụ, oxy hóa, phương pháp trung hòa, điện phân, hấp phụ, lọc màng...
Xử lý bằng phương pháp sinh học: Phương pháp này dựa trên cơ sở hoạt động phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải của các vi sinh vật, các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng va tao sinh khối. Trong quá trình phát triển, chúng nhận các chất dinh dưỡng dé xây dựng tế bao, sinh trưởng và sinh sản, phương pháp này được sử dụng đề xử lý hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải. Công đoạn xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thường được diễn ra sau khi nước thải đã được xử lý sơ bộ bằng các biện pháp cơ học, giải nhiệt và hóa lý. Theo nghiên cứu của K.Balaji và nhóm nghiên cứu (2012), [22]: Quá trình sản xuất đệt nhuộm có sử dụng nhiều hóa chất nguy hại như thuốc nhuộm, tinh bột, acid, chất kiềm, chất hoạt động bề mặt và các hơp chất hữu cơ,.. do đó nước thải chứa nhiều các thành phần như: độ màu,
COD, BOD, TDS, SS,.. biện pháp xử lý loại nước thải này thường được sử dụng là phương
pháp sinh học sau khi đã được xử lý hóa lý. Phương pháp xử lý băng sinh học thiếu khí và sinh học hiếu khí có hiệu quả xử lý cao đối với những chất quá trình hóa lý chưa xử lý được, các nghiên cứu của ông đã chỉ ra rằng qua trình xử lý sinh học đem lại hiệu quả cao với hiệu xuất xử lý COD là 83,3%, BOD 89%.
Theo nghiên cứu của Zongping Wang và nhóm nghiên cứu (2011), [23]: Công nghệ
xử lý nước thải nhuộm tại trung quốc thường áp dụng kết hợp giữa phương pháp hóa lý và
5
phương pháp sinh học và đã được ứng dụng tại khu công nghiệp dệt may tại Giang Tô -
Trung Quốc có lưu lượng xả thải khoảng 60.000m3/ngày, với tinh chất nước thải có hàm lượng cao các chất hữu cơ như COD (1800-2000 mg/l), BOD (400-500mg/l) và độ mau
(500times), pH (9-13) va TSS (250 -350 mg/l), công nghệ xử lý nước thai tại đây được ap
tại đây gồm những công nghệ xử lý bằng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học hiếu khí và khử trùng bằng Ozon được thé hiện tại Hình 1.
Nước thải
Nước thải đà
Nese J —> =_ âu ra
Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử ly nước thải nhuộm tại KCN Giang Tô—Trung Quốc Chú thích: 1. Giải nhiệt, bé điều hòa — 2. Bể keo tụ 3. Bé lắng 1
4. Bé sinh học hiếu khí 5.bé lắng, khử trùng 6. Máy ép bùn
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm đều có giá trị nằm trong giới hạn cho phép, hiệu qua xử lý qua bề sinh học chiếm vai trò quan trọng, có thé xử lý được nước thải từ nhiều nguồn, xử lý tốt các chất hữu cơ, vận hành đơn giản, tuy nhiên chi phí xây dựng và vận hành lớn, bùn thải phát sinh nhiều. Do quá trình sinh học hiếu khí thường phát sinh lượng bùn nhiều nên nhiều công ty dệt nhuộm đã kết hợp bê sinh học yém khí — hiếu khí dé cải tiện nhược điểm này. Bên cạnh đó, vì nhiều lí do khác nhau mà bước giải nhiệt của hệ thống xử lý không hiệu quả dẫn đến nhiệt độ ở bê sinh học luôn ở mức 35 - 45°C, sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ vi sinh vật trong bể. Chính vì thế, một trong những giải pháp đã được nhiều nghiên cứu và nhà máy tiến hành là ứng dụng các vi sinh vật ưa ấm, có nhiệt độ phát triển phù hợp ở 35 - 45°C [11,12,13].
Trong nước (Phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu trong nước thuộc lĩnh vực
nghiên cứu của dé tài; những kết quả nghiên cứu liên quan đến dé tài mà các cán bộ tham gia đã thực hiện. Nếu có các dé tài cùng lĩnh vực đã và đang được thực hiện ở cấp khác,
nơi khác thì phải phân tích nêu rõ các nội dung liên quan đến dé tài này; Nếu phát hiện có dé tài đang tiến hành mà có thể phối hợp nghiên cứu được thì can ghi rõ Tên dé tài, Tên
Chủ trì và don vị chủ trì dé tai đó).
Hiện nay tại Việt Nam, các công nghệ được ứng dụng trong xử lý nước thải dệt
6
nhuộm được phát triển chủ yếu dé loại bỏ yếu tố nhiệt độ, độ mau, chat rắn lơ lửng, COD, BODs và một số kim loại nặng. Nước thải công nghiệp dệt nhìn chung rất phức tạp và đa dạng: Nhiệt độ, có hàng trăm loại hóa chất đặc trưng như phẩm nhuộm, chất hoạt động bề
mặt, chất điện ly, chất tạo môi trường, tinh bột men, chất oxy hóa,...được đưa vào sử dụng.
Các tạp chất tách ra từ vải sợi như: đầu mỡ, các tạp chất chứa Nito, các chất bụi ban dính vào sợi (chiếm 6% khối lượng xo). Hóa chất sử dụng: hồ tinh bột, H2SOs, CHzCOOH, NaOH, NaOCl, H;O;, Na;COa, NaaSOa,...các loại thuốc nhuộm, các chất tro, chất ngắm, chất cầm màu, chất tây giặt. Thành phần nước thải phụ thuộc vào: đặc tính của vật liệu nhuộm, bản chất của thuốc nhuộm, các chất phụ trợ và các hóa chất khác được sử dụng.
Nguồn nước thải bao gồm từ các công đoạn chuẩn bị sợi, chuẩn bị vải, nhuộm và hoàn tắt.
Các loại thuốc nhuộm 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 thuỷ sinh của nước thải dét nhuộm, đây là thành phần được quan tâm chủ yếu trong các bề sinh học của hệ thống xử lý
nước thải dệt nhuộm. Theo báo cáo thường niên năm 2017 của Tập đoàn dệt may Việt Nam,
mức tiêu thụ nước của các hoạt động kinh doanh sản xuất trong năm 2017 khoảng 3.453.320 m3, Nguồn nước phục vụ cho sản xuất được cung cấp từ nhiều nguồn khác nhau như: nước ngầm, nước sạch từ các nhà máy tại địa phương, nước cấp từ KCN... tỷ lệ phần trăm nước sử dụng phục vụ sản xuất từ tái sử dụng nước thải rất ít [20]. Trước những thách thức về nhu cầu sử dụng nước sạch và xử lý nước thải dệt nhuộm khi quy mô các ngành dệt nhuộm may mặc ở Việt Nam ngày càng được mở rộng thì việc nghiên cứu, đầu tư các hệ thống xử lý nước thải càng ngày càng cần được quan tâm, đầu tư mạnh mẽ.
Các hệ thống cơ bản trong xử lý nước thải dệt nhuộm đã và đang được thực hiện ở Việt Nam cũng tương tự như trên thé giới, bao gồm 3 bậc là bậc 1, bậc 2 và bậc 3. Bậc 1 gồm tiền xử lý, xử lý sơ bộ các chat thải thô, tháp giải nhiệt dé hạ nhiệt độ của nước thải về điều kiện bình thường cho các bước xử lý tiếp theo.
Vv
7 vie, Š :
mm —...
rT=====-———- >
| h
| |
! |
| |
In TT |r~~*
Am... ¥
Mon Ì
3 PAC, Polymer nd
Ì Bùn
thải
" : |
| chlorine ~~ [
Hình 2: Công nghệ xử lý bằng phương pháp hóa lý — sinh học — mang lọc
Bậc 2 có thé kết hợp các quá trình hóa lý, hóa học, sinh học, ở bậc này các thành phần chủ yếu của nước thải sẽ được xử lý trong các quá trình diễn ra ở bậc 2, hoạt động của vi sinh vật trong bé sinh học chính là chìa khóa của quá trình xử lý; Bac 3 là bước khử
khuân, vi lọc cuôi cùng đảm bảo các tiêu chi dau ra của nước thải trước khi xả ra môi trường
8
theo quy định hiện hành. Chính vì vai trò quan trọng của quá trình xử lý sinh học trong hệ
thống này mà việc nghiên cứu, đầu tư, vận hành modul bề sinh học luôn được các nhà sản xuất quan tâm hàng đầu. Hơn nữa, việc sử dụng phương pháp xử lý sinh học được áp dụng khá rộng rãi bởi chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp [14]. Hình 2 mô tả công nghệ xử lý nước thải có thành phần từ nước thải dệt nhuộm tại trạm xử lý nước thải tập trung của KCN
Bảo Minh, Nam Định, tại đây, phương pháp hóa lý, sinh học, màng lọc đã được áp dụng.
Công suất hoạt động của trạm xử lý này là 7.000m/ngày, nước thai đầu vào chứa khoảng
10% nước thải sinh hoạt, nước thải sản suất có 90% , chất lượng nước đầu ra là cột A của
QCVN 13-MT:2015/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT. Hiệu quả xử lý cao, xử ly được
nhiều nguồn nước thai, vận hành tự động, dễ kiểm soát sự cố, tuy nhiên chi phí xây dựng và vận hành và bảo trì bảo dưỡng cao, cần phải giám sát chặt chẽ quy trình hoạt động, diện tích xây dựng lớn [24]. Tại nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm tơ tằm của nhà máy Vikotex Bảo Lộc, công suất 500 m/ngày đêm, có thé xử lý nước thải COD đầu vào là 516 mg/l, BOD = 340 mg/l và dòng ra có BOD < 50 mg/l và COD = 80 mg/l, nước không màu, chất rắn lơ lửng thấp [20].
Quá trình sinh học có thé bao gồm 5 bước chính: hiếu khí, kị khí, trung gian- anoxic, tùy tiện và hồ sinh học. Quá trình xử lý sinh học thường được đặt sau tháp giải nhiệt để cân băng nhiệt độ cho hệ thống và đặt sau quá trình hóa ly dé đảm bảo độ 6n định của các chat 6 nhiễm trong bê, giúp quá trình xử lý bằng vi sinh vật đạt hiệu quả tốt nhất. Các nhóm vi sinh vật chủ yếu được phân lập trong nước thải, bùn thải của hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm thường gặp là phần lớn là Pseudomonas, Achomobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium [10]. Ngoài khả năng phan hủy các chất hữu co từ qua trình
xơ sợi, giảm COD, BOD thì một số vi sinh vật cũng đã biết đến khả năng phân hủy các chất hữu cơ phức tạp có trong thuốc nhuộm và hóa chất của quá trình sản xuất.
Ở Việt Nam va thế giới đã có nhiều chế phẩm chứa vi sinh vật được sản xuất va ứng
dụng trong quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm, ví dụ như BIO-EM chứa các nhóm vi sinh vật như Bacillus sp, Lactobacillus sp, Streptomyces sp, Saccharomyces sp, Aspergillus sp,
Nitrobacter sp, Nitrosomonas sp, chúng có vai trò phân hủy mạnh mẽ các chất hữu cơ như:
xenluloz, tinh bột, protein, lipit, pectin, kitin, kháng các vi sinh vật gây bệnh, giảm COD, BODs, TSS, H2S, NHa, NH3, NO¿... Những nhóm vi sinh vật phan lập từ môi trường nhiệt
độ 35°C - 45°C, nước thải dệt nhuộm, ô nhiễm dau... có tiềm năng ứng dụng rất lớn dé áp dụng vào bề sinh học ở hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm có nhiệt, mang lại nhiều ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn. Lê Thị Nhi Công và nnk đã có nhiều công trình công bố về các vi sinh vật phân lập từ nguồn nước thải ô nhiễm dầu như vi khuẩn tía quang hợp, vi khuẩn tạo màng sinh học có khả năng phân giải hydrocacbon, thử nghiệm ứng dụng chúng vào trong các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, nước thai 6 nhiễm dau, phenol, rác thải...
[16,17,18,19]. Tran Thị Huyén Nga, 2014 đã phân lập được hệ vi sinh vật từ nguồn ô nhiễm dầu, có khả năng tạo màng sinh học và tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải [15].
9