Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc

ỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCN TP.HCM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG & CN SINH HỌC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên : Đặng Thị Hằng MSSV : 08B1080020 Ngành : Kỹ thuật Môi Trường Lớp : 08HMT1 1. Đầu đề đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu hoạt tính của nước thải dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc 2. Nhiệm vụ: Ø Tổng quan lý thuyết Ø Xây dựng mô hình thực nghiệm Ø Chạy mô hình thích nghi Ø Khảo sát sự ảnh hưởng của yếu tố tải trọng hữu cơ đến hiệu quả quá trình xử lý của mô hình Ø Khảo sát thời gian vận hành của mô hình các các thời gian lưu khác nhau Ø Tổng hợp, xử lý số liệu, viết báo cáo 3. Ngày giao đồ án tốt nghiệp: 19/04/2010 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/07/2010 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng 5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: TS Lê Đức Trung ………………………………… Nội dung và yêu cầu đồ án tốt nghiệp đã được thông qua bộ môn. Ngày tháng năm 2010 Chủ nghiệm bộ môn. Người hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ):…………………………………………………….. Đơn vị:………………………………………………………………………………………. Ngày bảo vệ:…………………………………………………………………........ Điểm tổng kết:………………………………………………………………........ Nơi lưu trữ đồ án tốt nghiệp:…………………………………………………… Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng LỜI CẢM ƠN Xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô toàn trường ĐH kỹ thuật cơng nghệ nói chung và khoa môi trường nói riêng, đã truyền đạt cho em những kiến thức quí báu trong suốt thời gian học tập tại trường. Em xin gởi lời cảm ơn tới TS Lê Đức Trung. Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt thời gian làm khoá luận tốt nghiệp, cùng toàn thể các thầy cô, anh chị trong phòng thí nghiệm của Viện tài nguyên và môi trường đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu. Mặc dù bận rộn với nhiều công việc nhưng vẫn nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập tại Viện để em có thể hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp này. Con xin gửi lời cảm ơn sự giáo dục và hy sinh lớn lao của ba mẹ cho con từ nhỏ cho đến lúc trưởng thành, luôn sát cánh bên con, giúp con vượt qua những khó khăn trong cuộc sống. Xin cảm ơn tất cả bạn bè đã luôn chia sẻ, giúp đỡ và động viên tôi rất nhiều trong thời gian qua. Và cuối cùng một lần nữa em xin kính chúc Ban Giám Hiệu, Khoa môi trường cùng các quí thầy cô sức khoẻ, thành công hơn nữa trong việc trồng người, và em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của TS Lê Đức Trung và các anh chị trong Viện tài nguyên và môi trường Trong suốt quá trình nghiên cứu tìm hiểu và học tập chắc chắn không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, em rất mong sự đóng góp ý kiến quí báu của quí thầy cô và cùng toàn thể các anh chị trong phòng thí nghiệm của Viện tài nguyên và môi trường, để em có thể nâng cao kiến thức và góp phần tạo công việc của em sau này tốt hơn. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng TpHCM. ngày 18/07/2010 Đặng Thị Hằng Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng MỤC LỤC CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU....................................................................................... 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................... 1 1.2. MỤC TIÊU VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................. 2 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .......................................................................... 2 1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ............................................................................. 3 1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................. 3 1.5.1. Nghiên cứu lý thuyết ............................................................................... 3 1.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm .......................................................................... 3 1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ............ 4 1.6.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................... 4 1.6.2. Ý nghĩa thực tiễn ..................................................................................... 4 1.7. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI .............................................................................. 4 CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 6 2.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM VÀ CÔNG NGHỆ NHUỘM.... 6 2.1.1. Ngành dệt nhuộm .................................................................................... 6 2.1.2. Công đoạn nhuộm hoàn tất : ................................................................... 8 2.1.3. Các công nghệ nhuộm ............................................................................. 8 2.2. TỔNG QUAN VỀ MÀU NHUỘM................................................................ 9 2.2.1. Nguồn gốc ............................................................................................... 9 2.2.2. Phân loại.................................................................................................. 9 2.3. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CỦA NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM Ở VIỆT NAM......................................................................................................... 14 2.4. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM ... 18 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng 2.4.1. Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm trên thế giới bằng công nghệ sinh học kết hợp ..................................................................................... 18 2.4.2. Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam............. 20 2.4.3. Đánh giá các công nghệ xử lý nước thải ngành dệt nhuộm và đề xuất công nghệ mới phù hợp ................................................................................... 21 2.5. LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KỴ KHÍ............... 22 2.5.1. Bản chất và phân loại các quá trình xử lý kỵ khí .................................. 22 2.5.2. Cơ sở sinh hóa và động học của quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ24 2.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của các công trình sinh học kỵ khí ........................................................................................................ 29 2.5.4. Ưu nhược điểm công nghệ sinh học kỵ khí ........................................... 32 2.5.5. Quá trình sinh học kỵ khí nhiều ngăn.................................................... 33 2.6. CƠ CHẾ LOẠI BỎ MÀU HOẠT TÍNH AZO TRONG ĐIỀU KIỆN KỴ KHÍ ............................................................................................................................ 39 2.6.1. Cơ chế ................................................................................................... 39 2.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự loại bỏ màu bằng sinh học ..................... 41 2.7. CÁC NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MÀU NHUỘM BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI ...................................................................................... 43 CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM................................................ 51 3.1. KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................... 51 3.2. CÁC BƯỚC THỰC NGHIỆM..................................................................... 51 3.2.1. Giai đoạn 1: Chạy thích nghi mô hình................................................... 51 3.2.2. Giai đoạn 2: giai đoạn xử lý .................................................................. 52 3.3. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM ................................................. 52 3.3.1. Mô hình sinh học kỵ khí 3 ngăn ............................................................ 52 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng 3.3.2. Mô hình cột lọc kỵ khí:.......................................................................... 56 3.4. NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH............................... 58 3.4.1. Nước thải dệt nhuộm ............................................................................. 58 3.4.2. Sinh khối – bùn kỵ khí .......................................................................... 62 3.4.3. Giá thể vật liệu đệm.............................................................................. 62 3.5. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH ........................................ 63 3.6. CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH MÔ HÌNH ................................................ 64 3.7. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM ......................................................................... 65 3.7.1. Thí nghiệm giai đoạn thích nghi ........................................................... 65 3.7.2. Thí nghiệm giai đoạn tăng tải trọng ...................................................... 66 3.7.3. Thí nghiệm xác định thời gian vận hành tối ưu..................................... 66 3.8. LẤY MẪU, BẢO QUẢN MẪU VÀ PHÂN TÍCH MẪU............................ 67 3.9. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ ..................................... 71 CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN........................................................ 72 4.1. GIAI ĐOẠN CHẠY THÍCH NGHI............................................................. 72 4.2. GIAI ĐOẠN CHẠY TĂNG TẢI TRỌNG .................................................. 75 4.3. XÁC ĐỊNH THỜI GIAN VẬN HÀNH TỐI ƯU ......................................... 79 4.3.1. Thời gian lưu HRT = 24h ...................................................................... 79 4.3.2. Thời gian lưu HRT = 36h ...................................................................... 80 4.3.3. Thời gian lưu HRT = 48h ...................................................................... 82 4.3.4. Thời gian lưu HRT = 54h ...................................................................... 84 4.4. XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH .................................................................. 87 4.4.1 Phương trình sự tương quan giữa hiệu suất sử lý màu vào tải trọng....... 87 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng 4.4.2 Phương trình tương quan giữa tải trọng và thời gian lưu ........................ 88 CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 90 5.1. KẾT LUẬN ................................................................................................. 90 5.2. KIẾN NGHỊ................................................................................................. 91 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Những ưu và nhược điểm chủ yếu của màu nhuộm hoạt tính: .............. 14 Bảng 2.2. Các phân lớp màu nhuộm và phần trăm màu đi vào dòng thải............. 15 Bảng 2.3. Các phản ứng sinh acetate và sự thay đổi năng lượng tự do .......... 26 Bảng 2.4. Phản ứng sinh methane và sự thay đổi năng lượng tự do .............. 28 Bảng 2.5. So sánh quá trình phân huỷ kỵ khí ở hai khoảng nhiệt độ ưa ấm 35 oC và hiếu nhiệt 55 oC ..................................................................................................... 30 Bảng 3.1. Kế hoạch nghiên cứu thực nghiệm........................................................ 51 Bảng 3.2. Thuốc nhuộm REACTIVE BRILLIANT RED K-2BP (C.I.REACTIVE RED 24 ) ................................................................................................................ 59 Bảng 3.3. Chỉ số COD 1 lít nước thải pha với khối lượng tương ứng..................... 59 Bảng 3.4. Thành phần dinh dưỡng bổ sung vào dòng vào mô hình....................... 61 Bảng 3.5. Vạch bơm tương ứng với lưu lượng và thời gian lưu ............................. 67 Bảng 3.6. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích: ................................................ 69 Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm trong giai đoạn thích nghi...................................... 72 Bảng 4.2. Kết quả giai đoạn tăng tải trọng............................................................ 75 Bảng 4.3. Kết quả ở HRT = 24h ............................................................................ 79 Bảng 4.4. Kết quả xử lý nước thải ở HRT = 36h ................................................... 80 Bảng 4.5. Kết quả xử lý nước thải ở HRT = 48h ................................................... 82 Bảng 4.6. Kết quả xử lý nước thải ở HRT = 54h .................................................. 84 Bảng 4.7. Thông số phương trình sự tương quan giữa hiệu suất sử lý màu vào tải trọng....................................................................................................................... 87 Bảng 4.8 Phương trình tương quan giữa tải trọng và thời gian lưu ........................ 88 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Công nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông và các nguồn nước thải ................ 7 Hình 2.2. Công thức cấu tạo hoá học của nhân antraquinon ................................. 10 Hình 2.3. Công thức cấu tạo hoá học của gốc mang màu Azin và Tiazin ............. 11 Hình 2.4. Công thức cấu tạo hoá học của nhóm mang màu Phtaloxianin ............. 11 Hình 2.5. Cấu tạo màu nhuộm Procion Yellow HER (CI Reactive Yellow 84).... 13 Hình 2.6. Cấu tạo hoá học màu nhuộm dẫn xuất của pirimidin ............................ 13 Hình 2.7. Sơ đồ keo tụ - hiếu khí – hồ nhân tạo ở Greven (CHLB Đức) ............. 19 Hình 2.8. Sơ đồ công nghệ Hoá lý – Sinh học....................................................... 20 Hình 2.9. Sơ đồ quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ........................... 23 Hình 2.10. Các loại quá trình kỵ khí. ..................................................................... 24 Hình 2.11. Cấu tạo màng Vi sinh vật..................................................................... 34 Hình 2.12. Hoạt động của màng Vi sinh vật .......................................................... 35 Hình 2.13. Chuỗi các VSV tạo thành màng vi sinh ............................................... 36 Hình 2.14. Các cơ chế khử màu nhuộm azo .......................................................... 40 Hình 3.1. Mô hình sinh học kỵ khí 3 ngăn ............................................................. 53 Hình 3.2. Khung giá thể vật liệu đệm và cách bố trí ............................................. 54 Hình 3.3. Bố trí vật liệu đệm trong mô hình sinh học kỵ khí 3 ngăn ..................... 55 Hình 3.4. Bơm định lượng...................................................................................... 56 Hình 3.5. Mô hình cột lọc sinh học kỵ khí ............................................................. 56 Hình 3.6. Mô hình kỵ khí ba ngăn trong thực nghiệm ........................................... 57 Hình 3.7. Cách bố trí giá thể vào mô hình coat lọc sinh học ................................ 57 Hình 3.8. Mô hình kỵ khí ba ngăn kết hợp với cột lọc kỵ khí trong thực nghiệm.. 58 Hình 3.9. Mẫu nước thải dệt nhuộm mô phỏng ..................................................... 61 Hình 3.10. Bùn vi sinh được nuôi cấy bởi Công ty Phân bón Hoà Bình – Quận Tân Phú – Tp. Hồ Chí Minh ......................................................................................... 62 Hình 3.11.Cấu tạo giá thể ...................................................................................... 63 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Hình 3.12. Giá thể trong mô hình thực nghiệm ..................................................... 63 Hình 3.13. Mô hình sinh học kỵ khí ba ngăn kết hợp với lọc sinh học kỵ khí ...... 64 Hình 3.14. Ống phân tích COD.............................................................................. 70 Hình 3.15. Máy đo pH ........................................................................................... 70 Hình 3.16 Máy đo độ màu ..................................................................................... 70 Hình 4.1.Hàm lượng COD vào và ra trong từng mô hình trong giai đoạn thích nghi ............................................................................................................................... 73 Hình 4.2. Độ màu vào và ra trong từng mô hình trong giai đoạn thích nghi ......... 73 Hình 4.3. Bùn chưa bám vào giá thể ..................................................................... 74 Hình 4.4. Bùn bám vào giá thể .............................................................................. 75 Hình 4.5. Hiệu suất xử lý COD theo tải trọng ...................................................... 76 Hình 4.6. Hiệu suất xử lý BOD theo tải trọng ....................................................... 76 Hình 4.7. Hiệu suất xử lý độ màu theo tải trọng.................................................... 76 Hình 4.8. Sự biến thiên pH qua các quá trình xử lý ............................................... 78 Hình 4.9. Biểu đồ xử lý độ màu và COD, BOD ở HRT =24h................................ 79 Hình 4.10. Sự biến thiên giá trị pH ở HRT = 24h .................................................. 80 Hình 4.11. Hiệu quả xử lý độ màu và COD,BOD ở HRT = 36h........................... 81 Hình 4.12. Sự biến thiên giá trị pH ở HRT = 36h ................................................. 81 Hình 4.13. Hiệu suất xử lý độ màu và COD, BOD ở HRT = 48h.......................... 82 Hình 4.14. Sự biến thiên pH ở HRT =48h ............................................................. 83 Hình.4.15. Mẫu nước thải đầu vào và mẫu đầu ra sau bể sinh học ba ngăn và cột lọc ở HRT = 48h. ................................................................................................... 83 Hình 4.16. Hiệu quả xử lý độ màu và COD, BOD ở HRT = 54h.......................... 84 Hình 4.17. Sự biến thiên pH ở HRT =54h ............................................................. 85 Hình 4.18. Biểu đồ hiệu quả xử lý COD, BOD và màu trong các thời gian lưu .... 86 Hình 4.19. Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD theo thơi giai lưu................... 86 Hình 4.20. Biểu đồ chỉ số BOD và COD trong các thời gian lưu .......................... 86 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Hình 4.21. Biểu đồ thể hiện khả năng xứ lý của mô hình qua các thời gian lưu ... 87 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT VIẾT TẮT CHÚ THÍCH 1. BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa 2. COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học 3. DO Dissolved Oxygen Ôxy hòa tan 4. DTPA Diethylenetriaminepentacetic acid 5. EDTA Ethylenediaminetetracitic acid 6. FAS Ferrous amonium sulfate Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O 7. HRT Hydraulic Retention Time – Thời gian lưu nước 8. MCABR Multichamber anaerobic bioreactors Bể phản ứng kỵ khí nhiều ngăn 9. SRT Sludge retention time - 10. SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng 11. TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 12. VFA Volatile fatty acids Acid béo bay hơi 13. VSV Vi sinh vật 14. UAF Upflow Anaerobic Filter - Lọc kỵ khí với dòng lên Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng TÓM TẮT LUẬN VĂN Dệt nhuộm ở nước ta là ngành công nghiệp có mạng lưới sản xuất rộng lớn với nhiều mặt hàng, nhiều chủng loại và gần đây tốc độ tăng trưởng kinh tế rất cao. Các doanh nghiệp đã sử dụng rất nhiều phẩm màu mà thành phần cấu tạo của hợp chất màu khó xử lý hoặc nếu xử lý rất tốn kém. Mặc khác, vấn đề ý thức môi trường của các doanh nghiệp chỉ mang tính chất đối phó và công tác quản lý chưa chặt chẽ, đồng bộ, nên vấn đề ô nhiễm từ ngành nhuộm chưa được khắc phục triệt để. Từ đó, yêu cầu cần có những nghiên cứu công nghệ xử lý phù hợp cho ngành dệt nhuộm tại TpHCM. Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm bằng mô hình công nghệ sinh học kỵ khí hai bậc ” Nghiên cứu khả năng và hiệu quả xử lý màu của mô hình kết hợp giữa sinh học kỵ khí nhiều ngăn với lọc kỵ khí dòng chảy ngược nhằm nâng cao hiệu quả xử lý màu hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm. Sau thời gian tổng hợp và nghiên cứu lý thuyết đưa ra quyết định tiến hành pha nước thải dệt nhuộm với quy mô phòng thí nghiệm, với hai giai đoạn và cách pha khác nhau: - Giai đoạn chạy thích nghi pha theo phương trình thiết lập dựa trên tỷ lệ COD/BOD. - Giai đoạn nghiên cứu thực nghiệm pha theo đề tài nghiên cứu của nhóm tác giả C. O’Nell, A. Lopez, S. Esteves, F. R. Hawkers được công bố trên tạp chí khoa học với nghiên cứu “ Azo-dye degradation in an anaerobic – aerobic treatment system operating on simulated textile effluent “ và được pha phù hợp với thuốc nhuộm và điều kiện hóa chất nước ta. Trong quá trình tiến hành làm khóa luận thu được nhiều hiện tượng và kết quả tố góp phần mở tiền đề cho các nghiên cứu sau: hiện tượng phú dưỡng, sinh Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng khí có mùi hôi, màng vi sinh bị chết… hiệu suất xử lý màu tối ưu và BOD, COD cao ở HRT = 48h (hiệu suất màu đạt 91%) So với TCVN 5945:2005 - Nước thải công nghiệp - Tiêu chuẩn thải cột A. Cùng với kết quả xây dựng phương trình tương quan giữa hiệu suất xử lý màu và tải trọng, thời gian lưu làm tiền đề và cơ sở xậy dựng trên thực tế và các nghiên cứu sau này. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 1 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngành công nghiệp dệt may đã được hình thành và phát triển hơn một thế kỷ, đã trở thành một trong những ngành công nghiệp quan trọng trong đời sống xã hội và kinh tế nước ta. Giá trị xuất khẩu ngành dệt may chỉ đứng sau công nghiệp dầu khí. Tuy nhiên ngành công nghiệp này làm phát sinh một lượng nước thải lớn và khó xử lý, gây ra nhiều vấn đề cho môi trường nước khi được xả trực tiếp vào hệ thống cống rãnh không qua xử lý. Đáng chú ý hơn, trong quá trình dệt nhuộm hàng trăm loại hoá chất khác nhau đã được sử dụng như alkyl phenol ethoxylates, ethylenediaminetetracitic acid (EDTA) và diethylenetriaminepentacetic acid (DTPA) có độc tính cao đối với môi trường. Bên cạnh đó, sự hiện diện của thuốc nhuộm trong nước ngăn cản sự xuyên thấu của ánh sáng mặt trời vào nước, làm giảm quá trình quang hợp kéo theo sự giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước và làm tăng ô nhiễm nguồn nước. Thuốc nhuộm còn có độc tính đối với nhiều loài động vật thủy sinh, màu của thuốc nhuộm làm mất vẻ mỹ quan của môi trường nước. Hơn thế nữa, trong môi trường kỵ khí, một số loại thuốc nhuộm sẽ bị khử tạo thành những vòng amin thơm, đây là những loại chất độc gây ra ung thư và biến dị cho người và động vật. Nhìn chung, phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm được áp dụng phổ biến ở các cơ sở dệt nhuộm ở nước ta chủ yếu là phương pháp hoá học, sử dụng acid trung hòa kiềm và các chất tạo phản ứng oxy hoá khử. Tuy đem lại hiệu quả xử lý khá cao nhưng giá thành xử lý lại cao. Nên việc vận hành những hệ thống này cũng không thường xuyên, mang tính chất đối phó với các cơ quan quản lý nhà nước về môi trường Bên cạnh phương pháp xử lý hóa học, phương pháp xử lý sinh học đang được quan tâm nghiên cứu để xử lý nước thải dệt nhuộm do hiệu quả xử lý cao, giá Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 2 thành xử lý thấp, dễ vận hành. Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cho thấy màu nhuộm trong nước thải dệt nhuộm có thể được xử lý bằng các chủng vi sinh vật thuần khiết hoặc hỗn hợp trong mô hình liên tục hoặc bán liên tục và bán liên tục Vì vậy nghiên cứu tìm ra các quy trình để xử lý được nước thải mang màu từ các cơ sở dệt nhuộm là nhu cầu của thực tiễn sản xuất, nhằm giải quyết triệt để những tồn tại lâu nay trong nước thải từ ngành dệt nhuộm. Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm bằng mô hình công nghệ sinh học kỵ khí hai bậc” là một hướng nhằm góp phần giảm thiểu tác động của màu từ nước thải dệt nhuộm ra môi trường bên ngoài. 1.2. MỤC TIÊU VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Mục tiêu: Nghiên cứu khả năng và hiệu quả xử lý của mô hình kết hợp giữa sinh học kỵ khí nhiều ngăn với lọc kỵ khí dòng chảy ngược nhằm nâng cao hiệu quả xử lý màu azo (hoạt tính) trong nước thải dệt nhuộm. Đối tượng: nước thải dệt nhuộm pha quy mô phòng thí nghiệm 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tổng quan cơ sở lý thuyết và thực tế áp dụng công nghệ sinh học kỵ khí để xử lý nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm. - Thiết lập và chạy mô hình nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng của mô hình công nghệ kết hợp giữa sinh học kỵ khí nhiều ngăn với mô hình lọc kỵ khí dòng chảy ngược để xử lý màu trong nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm. - Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình công nghệ kết hợp trên cơ sở so sánh với các mô hình công nghệ thông dụng khác trong xử lý màu hoạt tính của nước thải dệt nhuộm. - Thiết lập phương trình trương quan giữa hiệu suất xử lý màu phụ thuộc vào tải trọng và thời gian lưu của nức thải dệt nhuộm Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 3 1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ._. Nước thải dệt nhuộm là một loại nước thải phức tạp về thành phần và tính chất. Mặt khác, muốn đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm thì ta cần đánh giá ở nhiều chỉ tiêu như: pH, độ màu, độ đục, mùi, COD, BOD, SS, N, P, các kim loại nặng, …. Tuy nhiên, một bài luận văn tốt nghiệp với thời gian hoàn thành ngắn nên không thể giải quyết được tất cả các vấn đề trên. Do đó, luận văn này chỉ tập trung giải quyết các vấn đề bức xúc nhất của hầu hết các công trình xử lý nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam đó là vấn đề xử lý màu và COD, BOD, SS của nước thải dệt nhuộm. Về loại màu trong nước thải nhuộm, luận văn chỉ tập trung nghiên cứu nhóm màu azo hiện chiếm khoảng 50 – 70% các loại màu đang sử dụng tại Việt Nam. - Nghiên cứu được thực hiện trong quy mô phòng thí nghiệm tại Viện Môi trường và Tài nguyên. - Các mẫu thí nghiệm được phân tích tại Viện Môi trường và Tài nguyên 1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5.1. Nghiên cứu lý thuyết - Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu. - Điều tra khảo sát thu thập số liệu thực tế về nước thải ô nhiễm của một doanh nghiệp dệt nhuộm điển hình tại Tp.HCM. - Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù hợp. - Phân tích đánh giá điều kiện thực tế về kỹ thuật, kinh tế, xã hội để xác định giới hạn nghiên cứu và phương án thực nghiệm. 1.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm - Xây dựng và vận hành mô hình qui mô phòng thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý màu, COD, BOD trong nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 4 sinh học kỵ khí kết hợp giữa mô hình kỵ khí nhiều ngăn và mô hình lọc kỵ khí dòng chảy ngược. - Lập kế hoạch thực nghiệm. - Xử lý kết quả bằng Excel, phần mềm xử lý dữ liệu Statgraphics 1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.6.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả của đề tài là những dẫn liệu khoa học thực tế cho thấy cái nhìn đúng hơn về tác dụng của các vi sinh vật kỵ khí trong xử lý màu, BOD và COD trong nước thải dệt nhuộm hoạt tính, nó cũng là cơ sở khoa học để ứng dụng trong nghiên cứu để xử lý các loại màu nhuộm khác nhau. 1.6.2. Ý nghĩa thực tiễn Màu là chỉ tiêu rất khó để xử lý. Các nhà máy, xí nghiệp nhuộm đang cần có quy trình công nghệ thích hợp để xử lý hiệu quả màu trong dòng thải. Muốn xử lý màu đạt chuẩn thải ra môi trường cần phải có những công nghệ tiên tiến như lọc màng, oxi hóa.... tuy nhiên giá thành lại rất cao. Trong khi đó, công nghệ xử lý sinh học với ưu điểm của mình là nguyên liệu rẻ, dễ tìm, hệ thống xử lý dễ vận hành, giá thành thấp nên đang ngày càng chiếm dần ưu thế. Vì vậy, kết quả nghiên cứu sẽ góp phần xây dựng quy trình xử lý phù hợp và cải tiến quy trình để nâng cao hiệu quả xử lý màu trong nước thải từ các nhà máy nhuộm. 1.7. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI - Màu hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm là hợp chất khó phân huỷ, khó xử lý bằng phương pháp hóa lý. Công nghệ xử lý sinh học đã phát triển và được ứng dụng rất hiệu quả trong việc xử lý loại nước thải này. Một số nghiên cứu cho thấy xử lý nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ kết hợp giữa kỵ khí và hiếu khí mang lại hiệu quả khử COD rất cao. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng cho thấy rằng, màu của nước thải dệt nhuộm được xử lý chủ yếu ở giai đoạn kỵ khí, giai đoạn hiếu khí mang lại hiệu quả khử màu không cao. Do vậy, luận văn tiến hành Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 5 nghiên cứu thí nghiệm mở rộng với mô hình sinh học kỵ khí nhiều ngăn (MCABR) với lọc kỵ khí dòng chảy ngược (UAF) liên tục để tăng hiệu quả xử lý màu, COD và BOD - Việc áp dụng biện pháp sinh học trong xử lý dệt nhuộm được áp dụng rộng rãi trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu xử lý màu trong nước thải dệt nhuộm của mô hình kết hợp giữa sinh học kỵ khí nhiều ngăn với lọc kỵ khí dòng chảy ngược chưa được nghiên cứu cụ thể tại Việt Nam. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM VÀ CÔNG NGHỆ NHUỘM 2.1.1. Ngành dệt nhuộm Dệt nhuộm là loại hình công nghiệp đa dạng về chủng loại sản phẩm và có sự thay đổi lớn về nguyên liệu, đặc biệt là thuốc nhuộm. Một cách tổng quát, ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta được chia thành các loại sau: - Dệt và nhuộm vải cotton: với loại vải này thuốc nhuộm hoạt tính hoặc thuốc nhuộm hoàn nguyên hoặc thuốc nhuộm trực tiếp được sử dụng ở hầu hết các nhà máy dệt (Công ty dệt may Gia Định, Công ty dệt Sài Gòn,…) - Dệt và nhuộm sợi tổng hợp (polyester): thuốc nhuộm phân tán (Công ty dệt Thành Công, Công ty dệt Sài Gòn,…) - Dệt và nhuộm vải peco: thuốc nhuộm hoàn nguyên và phân tán (Công ty dệt Sài Gòn) - Ươm tơ và dệt lụa: đây là dạng công nghiệp mới được phát triển ở nước ta thời gian sau này, với nguyên liệu chủ yếu là ở trong nước. Với mọi loại xơ thì quy trình sản xuất dệt nhuộm đều có thể chia thành ba bước chính: sản xuất sợi, dệt vải, xử lý hoàn tất vải. Nhuộm được thực hiện để tạo ra màu sắc cho vải. Khâu này nằm trong bước xử lý hoàn tất vải, cơ bản liên quan đến sự khuyếch tán các phân tử màu nhuộm trong tấm vải cần nhuộm màu. Trong quá trình nhuộm, các phân tử màu nhuộm này nhanh chóng liên kết với bề mặt của từng xơ sợi, hình thành nên một lớp mỏng và khuyếch tán vào sâu bên trong xơ sợi. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 7 Hình 2.1. Công nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông và các nguồn nước thải . Kéo sợi, chải, ghép, đánh bóng Hồ sợi Dệt vải Giũ hồ Nấu Xử lý axit, giặt Tẩy trắng Giặt Làm bóng Nhuộm, in hoa Giặt Hoàn tất, văng khổ Sản phẩm Nguyên liệu đầu vào H2O, tinh bột, phụ gia, hơi nước Enzym, NaOH NaOH, hóa chất Hơi nước H2SO4, H2O Chất tẩy trắng H2SO4H2O, chất tẩy giặt NaOH, hóa chất Dung dịch nhuộm H2SO4, H2O2, chất tẩy giặt Hơi nước, Hồ, hóa chất Nước thải chứa hồ tinh bột, hóa chất Nước thải chứa hồ tinh bột bị thủy phân Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Dịch nhuộm thải Nước thải Nước thải H2O2, NaOCl, hóa chất Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 8 2.1.2. Công đoạn nhuộm hoàn tất : Công đoạn nhuộm hoàn tất tại các nhà máy bao gồm ba công đoạn chính là: tiền xử lý, nhuộm và hoàn tất. Nhuộm hoàn tất là công đoạn cuối cùng đem đến sự khác biệt về màu sắc, tính chất cho các sản phẩm dệt. Quá trình tiền xử lý được tiến hành để làm sạch sợi và làm cho sợi đạt đến độ trắng, độ xốp thuận tiện, cho màu phân tán vào sợi. Quá trình hoàn tất bao gồm các thao tác cuối cùng cần thiết để làm cho sản phẩm dệt có sức hấp dẫn và có thể đem trưng bày với khách hàng. Quá trình hoàn tất đem lại cho vải các đặc tính về mỹ quan, hoá học và cơ học cuối cùng để phục vụ các yêu cầu sử dụng. 2.1.3. Các công nghệ nhuộm Trong các nhà máy nhuộm tùy vào điều kiện thiết bị, năng suất, vật liệu mà người ta lựa chọn công nghệ cho phù hợp. Trong sản xuất có 3 phương pháp nhuộm: nhuộm gián đoạn, nhuộm liên tục và bán liên tục. a. Phương pháp nhuộm gián đoạn (từng mẻ): Dịch nhuộm và vật liệu vải được đưa vào trong cùng một thiết bị. Thời gian nhuộm có thể kéo dài từ 1 – 2 giờ. Sau khi nhuộm xong, vải phải được giặt sạch và tiến hành đưa sang cầm màu. Phương pháp này dùng để nhuộm một lượng lớn sợi hoặc vải. b. Phương pháp nhuộm liên tục: Vải luôn chuyển động trong quá trình gia công. Khi nhuộm một pha, vải được ngấm ép dung dịch thuốc nhuộm một lần, còn nhuộm hai pha thì ngấm ép hai lần. Thời gian nhuộm chỉ vài giây. Sau khi ngấm ép, vải có thể được sấy khô, hấp bằng hơi bão hòa, gia nhiệt khô ở 1800C ÷2000C hoặc cuộn ủ để cho thuốc nhuộm bắt màu vào vải. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 9 c. Phương pháp nhuộm bán liên tục: Trong phương pháp nhuộm bán liên tục, vải cũng được ngấm màu như trong nhuộm liên tục sau đó được cuộn thành từng cuộn, rồi đem ủ để màu gắn màu vào vải. 2.2. TỔNG QUAN VỀ MÀU NHUỘM 2.2.1. Nguồn gốc Màu nhuộm là những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên và tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếp vào các vật liệu khác. Màu nhuộm được dùng chủ yếu để nhuộm vật liệu từ xơ thiên nhiên (bông, lanh, gai, len, tơ tằm…), xơ nhân tạo (visco, acetat…), và xơ tổng hợp (polyamid, polieste, polivinyl…). Nó cũng được sử dụng để nhuộm chất dẻo, cao su, tóc, chất béo, sáp, xà phòng, để chế tạo mực in trong công nghiệp ấn loát, để chế tạo văn phòng phẩm, vật liệu làm ảnh màu, dùng làm chất tăng và giảm độ nhạy của ánh sáng,… Màu nhuộm dùng trong nhuộm vải được tạo thành bởi hai thành phần: chất màu và phụ gia. Chất màu được cấu tạo bởi hai nhóm: nhóm mang màu (-CH=CH- , - N=N-, -CH =N-, - N=O…) và nhóm trợ màu (-OH, -NH2, -N(CH3)2, -N(C2H5)2... Đối với các loại màu nhuộm không tan trong nước, các chất màu chính có thể đạt tới 100% khối lượng, nhưng các loại màu nhuộm tan trong nước như hoạt tính, axit, trực tiếp… phần trăm chất màu này luôn < 100% khối lượng. 2.2.2. Phân loại a. Phân lớp theo cấu tạo hóa học · Màu nhuộm azo Màu azo là lớp màu quan trọng nhất và có lịch sử phát triển rất lâu đời. Nó bao gồm hầu hết các loại màu theo phân lớp kỹ thuật. Màu nhuộm azo được sản Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 10 xuất nhiều nhất, chiếm tới gần 50% tổng sản lượng màu nhuộm được sản xuất hàng năm. Trong phân tử loại màu nhuộm này có một hoặc nhiều nhóm azo (-N=N-). Dựa vào số nhóm azo có trong hệ mang màu của màu nhuộm người ta chia ra các nhóm màu nhuộm: ü Monoazobenzen: Ar-N=N-Ar’ ü Diazobenzen: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar’’ ü Tri và Polyazobenzen: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar’’-N=N-Ar’’’… Trong đó Ar, Ar’, Ar’’… là những gốc hữu cơ nhân thơm có cấu tạo đa vòng, dị vòng rất khác nhau. · Màu nhuộm antraquinon Trong phân tử loại màu nhuộm này chứa một hoặc nhiều nhân antraquinon hay các dẫn xuất của antraquinon. Hình 2.2. Công thức cấu tạo hoá học của nhân antraquinon · Màu nhuộm lưu huỳnh Là nhóm màu nhuộm chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, azin... trong đó có cầu nối –S –S–, dùng để nhuộm các loại sợi cotton và visco. Những gốc trên quyết định màu sắc của màu nhuộm. Lớp màu nhuộm này không có màu đỏ và màu tía. Azin Tiazin N N S N N H Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 11 Hình 2.3. Công thức cấu tạo hoá học của gốc mang màu Azin và Tiazin · Màu nhuộm Phtaloxianin Là lớp màu tương đối mới, hệ thống mang màu trong phân tử của chúng là một hệ liên hợp khép kín. Đặc điểm chung của lớp này là: những nguyên tử hidrogen trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi các ion kim loại, còn các nguyên tử nitơ thì lại tham gia tạo phức với kim loại, làm cho màu sắc của màu nhuộm thay đổi Hình 2.4. Công thức cấu tạo hoá học của nhóm mang màu Phtaloxianin b. Phân lớp kỹ thuật Cách phân loại này dựa vào tính chất công nghệ sử dụng của màu nhuộm để nhuộm in hoa các sản phẩm dệt, da, giấy, vật liệu cao phân tử và các vật liệu khác. Theo cách phân lớp này thì những thuốc nhuộm tuy được xếp cùng một lớp theo phân lớp hóa học có thể nằm ở các lớp khác nhau theo phân lớp kỹ thuật. Phân lớp kỹ thuật gồm 11 lớp: 1. Màu nhuộm trực tiếp (Direct dyes) 2. Màu nhuộm axit (Axit dyes) 3. Màu nhuộm hoạt tính (Reactive dyes) 4. Màu nhuộm bazơ-cation (Base & cationic dyes) 5. Màu nhuộm cầm màu (Mordant dyes) 6. Màu nhuộm hoàn nguyên tan và không tan (Vat dyes) 7. Màu nhuộm lưu huỳnh (Sulfur dyes) 8. Màu nhuộm azobenzen không tan (Azobenzenic dyes) Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 12 9. Màu nhuộm phân tán (Disperse dyes) 10. Màu nhuộm oxid hóa anilin đen 11. Màu nhuộm pigment Luận văn chỉ tập trung vào nghiên cứu hỗn hợp màu nhuộm hoạt tính trong quá trình thí nghiệm xử lý màu, nên ở đây chỉ đề cập đến lớp màu này. · Màu nhuộm hoạt tính Đây là lớp màu chứa trong phân tử những nhóm chức, có khả năng thực hiện liên kết hóa học với vật liệu, do vậy độ bền màu khá cao và khá phổ biến ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Lớp màu hoạt tính có đủ các gam màu, màu tươi và thuần sắc, công nghệ nhuộm đa dạng và không quá phức tạp. Công thức tổng quát được biểu diễn như sau: S–R–T–X Trong đó: ü S là nhóm tạo cho màu có khả năng hòa tan trong nước, thường là các nhóm chức –SO3Na; –COONa; –SO2CH3. Trong mỗi phân tử màu thường có từ một hay nhiều nhóm có tính tan. ü R là nhóm mang màu của phân tử màu nhuộm, nó quyết định màu sắc và độ bền màu của màu nhuộm. Nhóm R trong màu hoạt tính có thể là các hợp chất mono hay diazobenzen, phức màu azobenzen với kim loại, hợp chất antraquinon hay gốc màu của màu hoàn nguyên… ü T là nhóm tạo liên kết hóa học với vật liệu, đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định độ bền màu với giặt và cũng là nhóm quyết định hoạt tính của màu nhuộm. Bằng cách thay đổi các nhóm chức trong nhóm T người ta đã tạo ra nhiều chủng loại màu có hoạt tính mong muốn, phù hợp với nhiều loại vật liệu. ü X là các nhóm thế sẽ tách ra khỏi màu trong quá trình nhuộm tạo điều kiện cho màu nhuộm thực hiện phản ứng hóa học với vật liệu. Chúng không ảnh hưởng tới màu sắc nhưng đôi khi ảnh hưởng tới độ tan của màu nhuộm, Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 13 thông thường X là những nguyên tử hay nhóm nguyên tử sau: –Cl-, –SO2-, – OSO3H-, –NR3-… Ví dụ: Procion Yellow HER (CI Reactive Yellow 84) N N N H C l N N C l C H 3 S O 3H S O 3H XS R T Hình 2.5. Cấu tạo màu nhuộm Procion Yellow HER (CI Reactive Yellow 84) Ú Màu nhuộm là dẫn xuất của pirimidin: thường là dẫn xuất của di– triclopirimidin, có cấu tạo chung như sau: S R N H C N C C l N C C l C C l Hình 2.6. Cấu tạo hoá học màu nhuộm dẫn xuất của pirimidin Ú Màu nhuộm vinylsunfon: có nhóm phản ứng T là ester của axit sulfuric. Họ này được biết đến qua những tên gọi remazol, primazin, sunzol hay sulmifix. Màu nhuộm vinilsulfon có hoạt độ thấp hơn màu nhuộm diclotriazin nhưng cao hơn monoclotriazin. Gốc mang màu của nhóm này là gốc màu azo, antraquinon và gốc phtaloxianin. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 14 Bảng 2.1. Những ưu và nhược điểm chủ yếu của màu nhuộm hoạt tính: Ưu điểm Nhược điểm Có gam màu rộng Khó giặt sạch phần màu nhuộm bị phân hủy Màu tươi và thuần sắc Chu kỳ nhuộm dài Có độ bền màu cao với gia công ướt Tốn nhiều hóa chất Phương pháp nhuộm đa dạng Độ bền màu với ánh sáng không cao nhất là các màu đỏ và da cam Dễ tái lập lại màu, dễ làm sạch nước thải, giá thành vừa phải 2.3. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CỦA NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM Ở VIỆT NAM Đặc tính của nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm ở Việt Nam Đặc điểm quan trọng nhất của nước thải ngành dệt nhuộm là sự dao động rất lớn cả về tải trọng và lưu lượng các chất ô nhiễm, nó thay đổi theo mùa, theo mặt bằng sản xuất và chất lượng sản phẩm. Đặc tính chung của nước thải ngành dệt nhuộm có độ kiềm khá cao, độ màu cao, hàm lượng chất hữu cơ, tổng chất rắn cao. - Giặt sợi và giũ hồ: nước thải từ công đoạn này chứa các chất ô nhiễm như tinh bột, cellulose, chất béo, cáp... Nước thải này đi vào nguồn sẽ làm tăng hàm lượng chất hữu cơ, làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước và gây tác hại với các loài thủy sinh. - Nấu tẩy: công đoạn này thường sử dụng các hóa chất như : NaOH, Na2CO3, NaClO, H2O2, Na2SiO3... có tính kiềm. Dư lượng các hợp chất kiềm trong nước thải sẽ làm tăng độ kiềm và pH của nguồn nước. Nước thải có pH > 9 sẽ gây hại cho các động vật sống trong nước, gây ăn mòn các công trình thoát nước và xử lý nước thải. Ngoài ra, trong bước này các tạp chất bẩn, phần hồ còn sót lại và tơ Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 15 sợi vụn đi vào nước... làm tăng hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ, chất rắn lơ lửng và giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước. - Nhuộm: tùy theo từng loại vải, từng loại màu cần nhuộm mà người ta sử dụng các loại thuốc nhuộm, các hóa chất trợ khác nhau. Tỷ lệ gắn màu trong quá trình nhuộm khác nhau giữa các loại thuốc nhuộm và loại vải được nhuộm. Một phần thuốc nhuộm gắn vào vải, còn phần khác (chiếm từ 1 – 50%) được thải ra cùng dòng thải.Các phân lớp màu nhuộm và phần trăm màu đi vào dòng thải (Bảng 2.2) sẽ làm cho độ màu và COD cao. Các chất trợ như các muối Na2SO4, Na2CO3, Na2SiO3... làm tăng hàm lượng tổng chất rắn trong nguồn nước tiếp nhận, gây tác hại đến các loài thủy sinh. Bảng 2.2. Các phân lớp màu nhuộm và phần trăm màu đi vào dòng thải STT Lớp màu nhuộm Loại sợi sử dụng Phẩm màu thải (%) 1 Hoạt tính Bông, cellulose, len 5 – 50 2 Phân tán Polyester, polyamine 8 – 20 3 Hoàn nguyên Bông, visco 5 – 20 4 Cation Polyacrylonitrile 2 – 3 5 Acid Len, lụa, polyamide 7 – 20 6 Pigment Sợ bông 1 7 Trực tiếp Bông, cellulose, tơ lụa 5 – 30 8 Lưu huỳnh Bông, cellulose 30 – 40 (Nguồn: Easton G.A, 1995) - Làm bóng vải: quá trình này sử dụng NaOH có nồng độ từ 280 – 300 g/L để xử lý sợi, làm cho sợi trở nên dễ thấm nước, bóng hơn và tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm. Quá trình này thải ra dung dịch kiềm chứa các tạp chất bẩn tách ra từ tơ sợi, hồ tinh bột. - Các công đoạn khác như hồ sợi, giặt, xử lý acid, ly tâm... cũng góp phần làm tăng nồng độ của các chất ô nhiễm trong nước thải. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 16 Ngoài ra, thành phần nước thải còn thay đổi tùy thuộc vào mặt hàng sản xuất Một đặc điểm khác của nước thải ngành dệt nhuộm, tùy theo yêu cầu của khách hàng mà nhà máy sẽ thay đổi công nghệ nhuộm, nồng độ của thuốc nhuộm, các loại hóa chất trợ, chất hồ, chất tẩy… Từ đó, nước thải sẽ thay đổi theo, ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành công trình xử lý nước thải ngành dệt nhuộm. Bên cạnh đó, các tác nhân gây ô nhiễm nước trong công đoạn nhuộm có thể chia thành ba nhóm: Nhóm thứ nhất: Các chất gây độc với các loại thuỷ sinh - Kiềm (NaOH, bicarbonat) dùng để xử lý vải sợi thải ra với nồng độ cao. - Axit vô cơ (H2SO4) dùng trong các khâu giặt, trung hòa kiềm dư. - Formaldehid trong chất cầm màu, chống nhăn, các chất ngấm, tẩy rửa. - Các kim loại nặng khó có thể có trong một số màu hoạt tính và hoàn nguyên như Cu, Zn, Pb, Hg, Ni… - Các chất ngấm và tẩy rửa không ion. - Các halogen hữu cơ có trong thành phần màu nhuộm. Nhóm thứ hai: Các chất khó phân hủy sinh học - Phần lớn các chất nhũ hồ, các chất làm mềm, chất tạo phức trong xử lý hoàn tất. - Màu và chất tăng trắng quang học. Nhóm thứ ba: Các chất ít độc và dễ phân hủy sinh học - Sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong sợi bị loại bỏ trong các công đoạn xử lý trước. - CH3COOH để điều chỉnh pH. - Các muối trung tính NaCl, Na2SO4 ở nồng độ thấp. Đồng thời, các nhà nghiên cứu đã kết luận rằng các độc chất tồn tại trong nước thải nhuộm là những chất có thể gây tử vong, gây ung thư và biến đổi gen đối với loài thủy sinh và động vật có vú. Các màu nhuộm và những chất có trong Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 17 dòng thải ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí trong hệ thống xử lý nước thải. Riêng đối với thuốc nhuộm azo, trong cấu tạo hóa học có chứa gốc benzidin, có khả năng gây ung thư. Thuốc nhuộm này đã được cấm ở châu Âu nhưng người ta vẫn tìm thấy trên thị trường thế giới do giá rẻ, độ ăn màu cao, quá trình nhuộm ngắn, dễ dàng và hiệu quả cao đặt biệt đối với màu đỏ tươi và màu đen tuyền. Năm 1988, Ủy ban MAK đã phân loại những thuốc nhuộm Azo trong điều kiện khử có thể phân giải ra các arylamin gây ung thư như: - Đối với động vật thí nghiệm: 2,4-Toluenediamine, 2-amino-4Nitrotoluene, 4,4’-diaminodiphenylmethane, 4,4’-Thiodiaminline, 3,3-Dimethoxybenzindine, O-Anisidine, O-Aminoazotoluene, O-Toluidine, P-Aminoazobenzene, P- Cresidine, Dichlorobenzindine, P-Chloroamiline, 3,3’ Dimethybenzidine... - Đối với con người: Benzidine, 4 – Chloro – Toluidine... Trong quá trình nhuộm, phần azo tách ra và tạo thành các amine thâm nhập vào các chất hữu cơ gây độc tính. Bên cạnh đó, một vài amine có chứa các kim loại nặng như kẽm, đồng, cadmium… được sử dụng như các chất tạo màu cho quá trình nhuộm vải. Các kim loại nặng khi thâm nhập vào cơ thể sẽ được giữ lại trong đó và gây ảnh hưởng về lâu dài. Đồng thời, một số amine kim loại nặng dính bám vào sợi vải mà không bị mất đi trong quá trình giặt, có thể thâm nhập vào cơ thể qua nhiều đường khác nhau như hô hấp, bài tiết, tiêu hóa… Do đó, nước thải ngành dệt nhuộm chứa màu nhuộm hoạt tính azo cần được qua tâm nghiên cứu xử lý hiệu quả trước khi được thải ra ngoài. Nước thải dệt nhuộm ô nhiễm hữu cơ: mức độ ô nhiễm do các hợp chất hữu cơ và các chất vô cơ sử dụng oxy hóa được thể hiện bằng các chỉ tiêu đặc trưng, nhất là COD và BOD5. Tỷ lệ COD/BOD của nước thải dệt nhuộm của công ty dệt nhuộm ở nước ta trong khoảng giới hạn 2:1 đến 3:1, tức là còn có thể phân hủy vi Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 18 sinh. Song với xu hướng tăng sử dụng xơ sợi tổng hợp thì nước thải ngày cáng khó phân hủy vi sinh. Nước thải dệt nhuộm có tính độc nhất định với vi sinh và cá do những yếu tố sau: + Nước thải trực tiếp đổ ra cống rãnh không qua xử lý. + Độ pH: nước thải dệt nhuộm ở nước ta hiện nay mà sản phẩm chủ yếu là sợi bông (100 % cotton) và sợi pha polyeste/bông, polieste/visco có tính kiềm cao. Độ pH đo được từ 9 ÷ 12. Nước thải có tính kiềm cao như thế, nếu không được trung hòa sẽ làm tổn hại hệ thống vi sinh. Cá cũng không thể sống được trong môi trường nói trên. + Các chất độc khác: kim loại nặng (đồng, crôm, niken, coban, kẽm, chì, thủy ngân), các halogen hữu cơ, … Nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm có màu rất đậm: màu đậm là do nước thải không được tận dụng hết và không gắn màu vào xơ sợi gây ra. Ngày nay thuốc nhuộm hoạt tính được sử dụng càng nhiều thì nước thải có màu càng đậm. Tóm lại nước thải các cơ sở dệt nhuộm tại nước ta có nhiều chỉ tiêu ô nhiễm vượt quá giới hạn cho phép thải ra môi trường, có màu đậm khó chấp nhận được, có tính độc nhất định với vi sinh vật và cá. Vì vậy phải nhất thiết tiến hành xử lý nước thải dệt nhuộm trước khi thải ra ngoài môi trường. 2.4. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM 2.4.1. Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm trên thế giới bằng công nghệ sinh học kết hợp a) Sơ đồ công nghệ keo tụ - hiếu khí – hồ nhân tạo: Công nghệ này được sử dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm tại Greven, Cộng Hòa Liên Bang Đức, bao gồm các bước như hình 2.7 Hệ thống này thích hợp cho lưu lượng dòng thải Q = 6.000 - 7.000m3/ngày đêm, trong đó, dòng thải bao gồm nước thải dệt nhuộm trộn lẫn với nước thải sinh Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 19 hoạt. Hệ thống có hiệu suất xử lý cao, cách vận hành không phức tạp lắm nhưng tốn diện tích lớn. Hình 2.7. Sơ đồ keo tụ - hiếu khí – hồ nhân tạo ở Greven (CHLB Đức) b) Sơ đồ công nghệ sinh học – hấp phụ - keo tụ: Công nghệ này kết nối các bước xử lý sinh học, hấp phụ và keo tụ. Ở bước xử lý sinh học và hấp phụ có dùng chất mang là than nâu có kích thước hạt nhỏ hơn 5mm, bề mặt riêng 300m2/g, khối lượng riêng 460kg/m3 Công nghệ này được sử dụng để xử lý nước thải của xí nghiệp dệt nhuộm Niederfrohna hãng Schiesser Sachen (CHLB Đức) có quy mô Q = 2.500m3/ngày đêm, xí nghiệp tẩy nhuộm hàng bông với thuốc nhuộm hoạt tính. Nước sau xử lý không màu và hàm lượng chất rắn nhỏ, tuy nhiên lượng bùn sinh khối lẫn bột than Nước Bể điều Ca(OH)2 Phèn sắt Lọc ép Xử lý kỵ khí Nguồn tiếp Hồ nhân tạo Bể lắng 2 Bể sinh học hiếu khí nhiều Bể lắng 1 Keo tụ bùn Nước thải Bùn thải Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 20 tạo ra tương đối lớn. Giá thành xử lý bằng phương pháp này cao (45.000đ/m3 nước thải). c) Sơ đồ công nghệ UASB – bùn hoạt tính hiếu khí: Zaoyan và ctv đã vận hành hệ thống xử lý nối tiếp UASB (HRT = 7h) và bùn hoạt tính hiếu khí (HRT = 5h) để xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm với lưu lượng 24m3/ngày đêm. Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý màu, COD, BOD lần lượt là 72%, 78%, 98%. Công nghệ này cho hiệu suất xử lý khá cao nhưng tốc độ xử lý của bể UASB thấp nên cần cải tiến để gia tăng tốc độ xử lý. 2.4.2. Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam a) Kết hợp hoá lý – sinh học: Các ứng dụng VSV để xử lý màu cho nước thải dệt nhuộm đã được Bộ Công nghiệp nghiên cứu và đề xuất để xử lý nước thải tại nhà máy dệt nhuộm Thành Công, Việt Thắng, Phước Long. Hiệu quả xử lý màu cao và BOD đạt 90%. Chi phí vận hành tương đối thấp nhưng nếu vận hành không tốt thì đầu ra không đạt tiêu chuẩn thải. Hình 2.8. Sơ đồ công nghệ Hoá lý – Sinh học Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 21 b) Công nghệ hiếu khí – hoá lý: Công nghệ này giúp giảm thiểu lượng hoá chất sử dụng cho quá trình keo tụ khử màu vì bùn sinh học có thể hấp phụ màu. Đồng thời chất hữu cơ có thể phân huỷ sinh học giảm đáng kể trong công đoạn sinh học dẫn đến lượng hoá chất keo tụ giảm hẳn đi. Hiệu suất xử lý khá cao, hoá chất sử dụng giảm đi so với công nghệ Hoá lý – Sinh học nhưng đôi lúc khi màu nhuộm đậm thì nước thải đầu ra không đáp ứng TCVN. Công nghệ này được áp dụng tại nhà máy dệt nhuộm: Sài Gòn Jubo, Dệt Tân Tiến, Daewon, Dệt len Bình Lợi… c) Công nghệ Hoá lý – kỵ khí – hiếu khí– hồ sinh thái: Công nghệ này được áp dụng tại Nhà máy xử lý nước thải tập trung Khu Công nghiệp Long Thành. Nước thải tập trung tại nhà máy này 80% là nước thải dệt nhuộm. Qua hệ thống xử lý này nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn xả thải vào rạch Bà Chèo. Một số công trình xử lý do Trung tâm Công nghệ Môi trường CEFINEA (Trường ĐHBK TP.HCM) thiết kế, thi công và vận hành: § Trạm xử lý nước thải của công ty TNHH Hoàng Việt (Khu chế xuất Tân Thuận TP HCM): Kỵ khí – Hiếu khí tiếp xúc – Keo tụ tạo bông – Lắng – Khử trùng. § Trạm xử lý nước thải của Công ty liên doanh dệt lụa tơ tằm VIKOTEX (Thị xã Bảo Lộc – Tỉnh Lâm Đồng): Điều hòa – Sinh học tiếp xúc – Keo tụ - Lắng. 2.4.3. Đánh giá các công nghệ xử lý nước thải ngành dệt nhuộm và đề xuất công nghệ mới phù hợp Từ việc khảo sát các công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm trên thế giới và ở Việt Nam có thể rút ra những nhận xét sau: Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 22 + Trên thế giới đã áp dụng nhiều công nghệ mới tiên tiến, nhưng các công nghệ này chưa được áp dụng nhiều trong thực tế vì giá thành cao, quy trình vận hành rất chặt chẽ và còn nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu tiếp để hoàn thiện. + Ở Việt Nam, tại những cơ sở dệt nhuộm quy mô nhỏ, có lưu lượng nước thải nhỏ hơn 50m3/ngày, công nghệ keo tụ - lắng – lọc từng mẻ thường được sử dụng do phù hợp với điều kiện mặt bằng nhỏ của các cơ sở. Tuy vậy nồng độ chất ô nhiễm sau khi xử lý thường không đạt tiêu chuẩn thải quy định của Việt Nam. Ở những nhà máy quy mô vừa và lớn, nhiều công nghệ khác nhau được áp dụng như hóa lý – sinh học hiếu khí, sinh học hiếu khí – hóa lý kết hợp với lắng và lọc. Mặc dù giá thành xử lý của các công nghệ này khá cao (5.000 ÷10.000đ/m3 nước thải) nhưng ở nhiều nhà máy, nước thải sau xử lý vẫn có màu, không đạt được tiêu chuẩn TCVN 6984 – 2001. Như vậy, thực tiễn cho thấy cần tiến hành nghiên cứu một quy trình công nghệ mới để xử lý nước thải dệt nhuộm, vừa đảm bảo phù hợp với mặt bằng nhỏ hẹp của các cơ sở, các nhà máy, giá thành xử lý vừa phải và đạt tiêu chuẩn thải của Việt Nam. 2.5. LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KỴ KHÍ 2.5.1. Bản chất và phân loại các quá trình xử lý kỵ khí a. Bản chất: Trong tự nhiên có một số loài vi khuẩn có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí như methanosaeta, methanosarcina, methanobacterium, methanobrevibacter, methanothrix… (Zehnder, 1988). Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí là khí methane CH4 và khí carbonic CO2 theo sơ đồ phân huỷ hữu cơ tổng quát được trình bày ở hình dưới đây. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 23 Hình 2.9. Sơ đồ quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ. Cũng như trong trường hợp công nghệ sinh học hiếu khí, để việc sử dụng các vi khuẩn kỵ khí phân huỷ các chất hữu cơ đạt được hiệu quả cao, cần áp dụng các kỹ._.hể 4.2. GIAI ĐOẠN CHẠY TĂNG TẢI TRỌNG · Kết quả Bảng 4.2. Kết quả giai đoạn tăng tải trọng: Chỉ tiêu Tải trọng (kgCOD/m 3.ngày.đêm) STT 1,77 1,974 2,612 3,762 pH 7 7,8 7,5 6,9 Độ màu (Pt-Co) 8581 8581 7025 7125 COD (mg/l) 3983 3948 3918 3762 Đầu vào BOD (mg/l) 640 665 648 650 pH 6,2 6,4 6,3 6 Độ màu (Pt-Co) 1382,5 1320 1655 1815 COD (mg/l) 2133 3273 3207 2961,25 Sau xử lý bậc 1 (bể sinh học 3 ngăn) BOD (mg/l) 118,2 381 410 456 pH 7 6,8 6,8 6,7 Độ màu (Pt-Co) 1048,8 765 1115 1240 COD (mg/l) 1424 2872 2793 2636,5 Sau xử lý bậc 2 ( cột lọc sinh học) BOD (mg/l) 67,5 170 338,5 402 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 76 BIỂU ĐỒ HIỆU SUẤT XỬ LÝ COD THEO TẢI TRỌNG 64.2 27.2 28.7 29.9 0 10 20 30 40 50 60 70 1 1.125 1.5 2.25 (lít/h) % hiệu suất COD Hình 4.5. Hiệu suất xử lý COD theo tải trọng BIỂU ĐỒ BIỂU DIỄN HIỆU SUẤT XỬ LÝ BOD THEO THỜI GIAN LƯU 89.4 74.4 47.8 38.1 0 20 40 60 80 100 54h 48h 36h 24h Thời gian lưu (giờ) H iệ u su ất (% ) hiệu suất BOD Hình 4.6. Hiệu suất xử lý BOD theo tải trọng HIỆU SUẤT XỬ LÝ MÀU THEO THỜI GIAN LƯU 87.7 91 84.1 82.6 78 80 82 84 86 88 90 92 1 1.125 1.5 2.25 Thời gian lưu (giờ) Hi ệu s uấ t (% ) hiệu suất màu Hình 4.7. Hiệu suất xử lý độ màu theo tải trọng Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 77 · Nhận xét: Từ kết quả ở bảng 4.2 và đồ thị 4.3, ta có thể thấy được hiệu quả xử lý COD giảm dần. Ở tải trọng 1,77 (kgCOD/m3.ngày.đêm) hiệu quả xử lý tốt nhất (64,2%). Ở các tải trọng sau hiệu quả xử lý hầu như ổn định không thay đổi (% COD dao động từ 27% à30%). Từ đồ thị 4.4 ta nhận thấy hiệu quả xử lý BOD cũng giản dần theo tải trọng, nhưng hiệu quả xử lý vẫn cao (%BOD từ 38,4% à 89%). Ở tải trọng 1,77 (kgCOD/m3.ngày.đêm) đạt hiệu quả tới 89,4%. Từ đồ thị hình 4.5, hiệu quả xử lý độ màu đạt được là rất cao hầu như không thay đổi nhiều khi tăng tài trọng (từ 1,77 kgCOD/m3.ngày.đêm tới 3,762 kgCOD/m3.ngày.đêm) hiệu quả đạt 8,2% à 91%. Khi ở trọng tăng đến 1,974 kgCOD/m3.ngày.đêm đạt hiệu quả xử lý cao nhất với %Màu = 91%. Độ màu và COD giảm đi chứng tỏ hệ VSV đã sử dụng cơ chất làm thức ăn cho quá trình phân hủy, phá vỡ cấu trúc mạch phân tử, làm mất màu thuốc nhuộm. Khi tải trọng tăng đến 3,762 kgCOD/m3.ngày.đêm, hiệu quả xử lý BOD và COD giảm rõ rệt, điều này có thể lý giải như sau: sự phát triển của VSV tăng theo nồng độ cơ chất đến một giá trị nhất định, sau đó nếu nồng độ cơ chất tiếp tục tăng thì gây ức chế đến sự phát triển của VSV. Trong thí nghiệm này, khi hàm lượng COD tăng cao đã làm cho hệ VSV bị sốc tải. Một số VSV không thích nghi chết đi (chủ yếu là ở ngăn 1 vì ngăn này trực tiếp tiếp nhận nguồn nước thải); một số sống dưới dạng tiềm sinh để thích nghi dần và chỉ một phần VSV có khả năng thích nghi tham gia vào quá trình cắt mạch màu nhuộm và chuyển hoá chất hữu cơ trong nước thải. Nhưng hiệu quả xử lý màu còn rất cao có thể lý giải như sau, tuy VSV đã bị sốc nhưng quá trình xử lý kỵ khí xử lý màu rất hiệu quả chỉ cần một số ít VSV ở ngăn 1 và chủ yếu là 2 ngăn phía sau đã đủ xử lý màu một cách hiệu quả. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 78 ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ BIẾN THIÊN pH TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ 0 2 4 6 8 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Đầu vào 3 ngăn Cột lọc pH Hình 4.8. Sự biến thiên pH qua các quá trình xử lý Dựa vào đồ thị hình 4.6, ta thấy pH của mô hình biến đổi khá phức tạp. Sự thay đổi pH của mô hình tăng giảm khác nhau do sự tạo thành của các axit bay hơi nhưng lại bị tiêu thụ và lại được sinh ra được thực hiện bởi 2 nhóm vi khuẩn acid hóa và vi khuẩn sinh metan. Nước thải trước khi đưa vào đã được đưa về trung tính nên pH của nước thải đầu ra đảm bảo lớn hơn ở giai đoạn ở giữa. Tuy nhiên, ta có thể thấy từ đồ thị, Khi tải trọng tăng đến 3,762 kgCOD/m3.ngày.đêm thì nhận thấy pH giảm. Nguyên nhân là do hệ VSV đã bị ức chế, quá trình xử lý mới chỉ đến giai đoạn sinh axetat và giai đoạn sinh metan chưa xảy ra để nâng pH lên, quá trình kỵ khí chưa xảy ra hoàn toàn. Bàn luận: Như vậy, ở tải trọng từ 1,77 kgCOD/m3.ngày.đêm à 3,762 kgCOD/m3.ngày.đêm có hiện tượng quá tải của vi sinh vật, hiệu quả xử lý COD giảm dần. Nhưng hiệu quả xử lý màu , BOD còn cao đặc biệt là hiệu quả xử lý màu, nước thải đầu ra vẫn thấy trong, không có hiện tượng có hiện tượng sinh khối VSV đi theo nước thải ra và bùn vẫn bám vào giá thể . Từ các kết quả trên, với tải trọng 1,974 kgCOD/m3.ngày.đêm hiệu quả xử lý màu đạt giá trị cao nhất, hiệu quả chung cao nhất ở tải trọng 1,77 kgCOD/m3.ngày.đêm. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 79 4.3. XÁC ĐỊNH THỜI GIAN VẬN HÀNH TỐI ƯU 4.3.1. Thời gian lưu HRT = 24h Bảng 4.3. Kết quả ở HRT = 24h Kết quả 24h Chỉ số đầu vào ra 3 ngăn Ra cột lọc Hiệu xuất 3Ngăn (%) Hiệu xuất cột lọc (%) COD (mg/l) 3762 2961.25 2636.5 21.3 29.9 Màu (Pt-co) 7125 1815 1240 74.5 82.6 BOD (mg/l) 650 456 402 29.8 38.1 pH 6.9 5.8 6.7 3762 7125 650 2961.25 1815 456 2636.5 1240 402 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 đầu vào ra 3 ngăn ra cột lọc ĐỒ THỊ XỬ LÝ Ở THỜI GIAN LƯU 24h COD (mg/l) Màu (Pto) BOD (mg/l) Hình 4.9. Biểu đồ xử lý độ màu và COD, BOD ở HRT =24h Nhận xét: Dựa vào kết quả bảng 4.3 và đồ thị hình 4.7 ta thấy trong khoảng thời gian lưu 24h, hiệu quả xử lý COD, BOD và độ màu tăng dần qua các giai đoạn. Trong khoảng 12h đầu thì hiệu suất xử lý màu cao hơn hiệu suất xử lý COD, BOD. Đồ thị cho thấy hiệu quả xử lý còn tăng theo thời gian, do đó ta chưa thể xác định được thời gian lưu nước tối ưu trong giai đoạn này. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 80 BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ BIẾN THEIN pH Ở THỜI GIAN LƯU 24h 7 6.2 7 5.8 6 6.2 6.4 6.6 6.8 7 7.2 vào ra 3 ngăn ra cột lọc C hỉ s ố pH 24h Hình 4.10. Sự biến thiên giá trị pH ở HRT = 24h Dựa vào đồ thị hình 4.8, giá trị pH ở giai đoạn đầu giảm mạnh do lượng axit sinh ra trong quá trình thuỷ phân nhưng vẫn đảm bảo pH>6, là do quá trình axit hóa. Sau 12h giờ tiếp theo đó, pH tăng dần tuy không ổn định nhưng vẫn dao động trong khoảng 6,2 – 7. Nguyên nhân, do quá trình tiêu thụ cơ chất của vi khuẩn metan chuyển hóa sản phẩm cuối cùng của phản ứng acetat hóa thành khí metan và carbon dioxide; Bên cạnh đó, qua quá trình khử sinh học, các dạng amin thơm trong các liên kết Azo chuyển hóa thành các là hợp chất bazơ. Sự biến đổi của pH trong mô hình minh chứng cho sự hoạt động liên tục của hệ vi sinh vật, chứng tỏ đã có sự phân huỷ và tiêu thụ các cơ chất có trong nước thải. Nước thải sau quá trình xử lý có mùi hôi do quá trình xử lý khị khí có sinh ra các khí H2S, CH4… 4.3.2. Thời gian lưu HRT = 36h Bảng 4.4. Kết quả xử lý nước thải ở HRT = 36h: Kết quả 36h Chỉ số Đầu vào Ra 3 ngăn Ra cột lọc Hiệu xuất 3Ngăn (%) Hiệu xuất cột lọc (%) COD (mg/l) 3918 3207 2793 18.1 28.7 Màu (Pto) 7025 1655 1115 76.4 84.1 BOD (mg/l) 648 410 338.5 36.7 47.8 pH 7.5 6.3 6.8 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 81 3918 7025 648 3207 1655 410 2793 1115 338.5 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 đầu vào ra 3 ngăn ra cột lọc ĐỒ THỊ XỬ LÝ Ở THỜI GIAN LƯU 36H COD (mg/l) Màu (Pto) BOD (mg/l) Hình 4.11. Hiệu quả xử lý độ màu và COD,BOD ở HRT = 36h Nhận xét: Tương tự như kết quả ở HRT = 36h, từ kết quả ở bảng 4.4 và đồ thị hình 4.9, hiệu quả khử COD hầu như không tăng 28,7%, hiệu quả xử lý màu đạt tăng 84,1%, hiệu quả BOD tăng lên 47,8%. Quan sát đồ thị ta thấy hiệu suất xử lý vẫn còn tăng theo thời gian, chưa thể xác định được thời gian lưu nước tối ưu trong khoảng thời gian này. Quan sát hiện tượng thấy có bọt khí và mùi hôi đặc trưng cho thấy khí thoát ở các ngăn kỵ khí, đặc biệt là các ngăn thứ 2 và 3 của mô hình sinh học kỵ khí 3 ngăn. Do quá trình metan hóa đang diễn ra. BIỂU ĐỒ SỰ BIẾN THIÊN pH Ở 36h 6.9 6 6.7 5.4 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6 6.8 7 vào ra 3 ngăn ra cột lọc G iá tr ị p H 36h Hình 4.12. Sự biến thiên giá trị pH ở HRT = 36h Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 82 Nhận xét: Dựa vào đồ thị hình 4.10, pH của quá trình biến đổi phức tạp như pH ở HRT = 36h. Cuối quá trình đạt trung tính (pH = 6,7). 4.3.3. Thời gian lưu HRT = 48h Kết quả: Bảng 4.5. Kết quả xử lý nước thải ở HRT = 48h Kết quả 48h Chỉ số Đầu vào Ra 3 ngăn Ra cột lọc Hiệu xuất 3Ngăn (%) Hiệu xuất cột lọc (%) COD (mg/l) 3948 3273 2872 17.1 27.2 Màu (Pt-co) 8581.3 1320 765 84.6 91 BOD (mg/l) 665 381 170 42.7 74.4 pH 7.8 6.4 6.8 3948 8581.3 665 3273 1320 381 2872 765 170 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 đầu vào ra 3 ngăn ra cột lọc ĐỒ THỊ XỬ LÝ Ở THỜI GIAN LƯU 48h COD (mg/l) Màu (Pto) BOD (mg/l) Hình 4.13. Hiệu suất xử lý độ màu và COD, BOD ở HRT = 48h · Nhận xét: Dựa vào kết quả bảng 4.5 và đồ thị 4.11, hiệu quả xử lý COD vẫn chưa thấy tăng,hiệu suất màu rất cai lên đến 91%, hiệu quả BOD đạt 74,4% nhận thấy khả năng xử lý màu và chất hữu cơ ỡ giai đoạn này rất hiệu quả. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 83 BIỂU ĐỒ SỰ BIẾN THIÊN pH Ở 48h 7.5 6.3 6.8 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 vào ra 3 ngăn ra cột lọc G iá tr ị p H 48h Hình 4.14. Sự biến thiên pH ở HRT =48h Giá trị pH luôn dao động trong khoảng 6,3 : 7,5 đảm bảo điều kiện hoạt động cho VSV kỵ khí, giúp quá trình xử lý không bị ức chế. Ngoài ra khi pH của nước đạt môi trường trung tính, đồng thời với quá trình hình thành ammonia, sẽ hình thành một lượng NH3 tự do. Lượng NH3 tự do này thoát ra ngoài theo quá trình thoát khí của các khí CO2, CH4,… làm tăng pH của nước. Tuy nhiên lượng NH3 tự do này không nhiều. Hình.4.15. Mẫu nước thải đầu vào và mẫu đầu ra sau bể sinh học ba ngăn và cột lọc ở HRT = 48h. Nước thải đầu vào NT sau mô hình lọc sinh học NT sau mô hình 3 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 84 4.3.4. Thời gian lưu HRT = 54h Kết quả: Bảng 4.6. Kết quả xử lý nước thải ở HRT = 54h Kết quả hoàn chỉnh lưu 54h Chỉ số Đầu vào Ra 3 ngăn Ra cột lọc Hiệu xuất 3Ngăn (%) Hiệu xuất cột lọc (%) COD (mg/l) 3982.5 3200 2133 48.3 64.2 Màu (Pto) 8581 1382 1048 83.8 87.7 BOD (mg/l) 640 118.2 67.6 81.5 89.4 pH 7 6.2 7 3982.5 8581 640 3200 1382 118.2 2133 1048 67.6 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 đầu vào ra 3 ngăn ra cột lọc ĐỒ THỊ XỬ LÝ Ở THỜI GIAN LƯU 54h COD (mg/l) Màu (Pto) BOD (mg/l) Hình 4.16. Hiệu quả xử lý độ màu và COD, BOD ở HRT = 54h Ta nhận thấy hiệu quả xử lý COD tăng lên đáng kể lên tới 64,2% là do ở tải trọng này VSV có đủ thời gian xử lý nguồn cơ chất đưa vào mà ở các thời gian khác VSV chưa kịp tiêu thụ đã được thải ra ngoài , hiệu quả BOD cũng tăng rất nhiều 89,4%, nhưng hiệu quả xử lý màu lại giảm xuống (từ 91% : 87,7% ) có thể giả thích khả năng xử lý màu cảu VSV tăng tới mức tối ưu, khi tải trọng quá mức tối ưa thì chính tải trọng này lại ức chế kiềm hãm khả năng xử lý màu. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 85 Nhận xét: Quan sát biểu đồ ta đã thấy đồ thị đi xuống ở khả năng xử lý màu, vậy ta đã xác định được hiệu quả xử lý màu tối ưu ở thời gian lưu là 48h với tải trọng 1,974 kgCOD/m3.ngày.đêm. Còn hiệu quả tối ưu của COD, BOD vẫn còn tăng sẽ được khảo sát trong thời gian sau. ĐỒ THỊ SỰ BIẾN THIÊN pH Ở 54h 7.8 6.4 6.8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 vào ra 3 ngăn ra cột lọc G iá tr ị p H 54h Hình 4.17. Sự biến thiên pH ở HRT =54h Quan sát ta cũng nhận thấy pH thay đổi tương tự các tải trọng trên. Các acid béo có trong nước thải được chuyển hóa thành CO2 và CH4 trong giai đoạn metan hóa, làm giảm các acid béo, ion H+ có trong nước, làm pH tăng lên. Khí CO2 thoát ra, theo phản ứng sau thì chiều phản ứng sẽ dịch chuyển về phía tạo ra CO2 nên H+ giảm, làm tăng pH của nước H2O + CO2 H+ + HCO3- Quá trình phân hủy kỵ khí tạo ra gốc HCOO-, ở pH trung tính sẽ xảy ra phản ứng: HCOO- + H2O = HCO3- + H2 HCO3- + H+ H2O + CO2 Phản ứng xảy ra làm mất ion H+ có trong nước, làm tăng pH của nước. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 86 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 cột lọc cột lọc cột lọc cột lọc 54h 48h 36h 24h ĐỒ THỊ HIỆU SUẤT XỬ LÝ TRONG CÁC THỜI GIAN LƯU COD BOD Màu Hình 4.18. Biểu đồ hiệu quả xử lý COD, BOD và màu trong các thời gian lưu BIỂU ĐỒ BIỂU DIỄN HIỆU SUẤT XỬ LÝ COD THEO THỜI GIAN LƯU 64.2 27.2 28.7 29.9 0 10 20 30 40 50 60 70 54h 48h 36h 24h Thời gian lưu (giờ) Hi ệu s uấ t ( % ) hiệu suất COD Hình 4.19. Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý COD theo thơi giai lưu 0 1000 2000 3000 4000 mg/l 3 ngăn cột lọc 3 ngăn cột lọc 3 ngăn cột lọc 3 ngăn cột lọc 54h 48h 36h 24h BOD Thời gian lưu (giờ) BIỂU ĐỒ CHỈ SỐ BOD VÀ COD TRONG CÁC THỜI GIAN LƯU BOD COD Hình 4.20. Biểu đồ chỉ số BOD và COD trong các thời gian lưu Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 87 Ta quan sát biểu đồ 4.17 nhận thấy tỷ lệ BOD/COD tăng dần, qua quá trình xử lý bậc 1 (3 ngăn) và quá trình xử lý bậc 2 (cột lọc). Điểu này chứng tỏ khả năng xử lý đạt hiệu quả cao, do trong thời gian xử lý sinh học đạt hiệu quả thì tỷ lệ BOD/COD cũng tăng. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 V ào R a 3 ng ăn R A cộ t V ào R a 3 ng ăn R A cộ t V ào R a 3 ng ăn R A cộ t V ào R a 3 ng ăn R A cộ t 54h 48h 36h 24h ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM THEO THỜI GIAN LƯU COD (mg/l) BOD (mg/l) Màu (pt-co) Hình 4.21. Biểu đồ thể hiện khả năng xứ lý của mô hình qua các thời gian lưu 4.4. XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH 4.4.1 Phương trình sự tương quan giữa hiệu suất sử lý màu vào tải trọng - Sử dụng phần mềm thống kê STATGRAPHICS (SGWIN 3.0) Bảng 4.7. Thông số phương trình sự tương quan giữa hiệu suất sử lý màu vào tải trọng: Tên phương trình Dạng phương trình Phương trình S-curve Y = exp(a + b/X) hieu suat = exp(4.32911 + 0.294082/tai trong) Reciprocal-X Y = a + b/X hieu suat = 75.2903 + 25.3454/tai trong Reciprocal- Y Y = 1/(a + b*X) hieu suat = 1/(0.0103828 + 0.000483408*tai trong) Các thông số phương trình: Tên phương trình P F SE R2 S-curve 0,0007 21,43 0,0278239 66,0763 Reciprocal-X 0,0008 20,64 2,4431 65,2361 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 88 Reciprocal-Y 0,0010 19,48 0,000331 63,9115 4.4.2 Phương trình tương quan giữa tải trọng và thời gian lưu Bảng 4.8 Phương trình tương quan giữa tải trọng và thời gian lưu Tên phương trình Dạng phương trình Phương trình Exponential Y = exp(a + b*X) hieu suat = exp(4.32382 + 0.00341395*thoi gian luu) Square root- X Y = a + b*sqrt(X) hieu suat = 64.2608 + 3.57484*sqrt(thoi gian luu) Linear Y = a + b*X hieu suat = 74.806 + 0.294945*thoi gian luu Các thông số phương trình: Tên phương trình P F SE R2 Exponential 0,0000 65,54 0,01810 85,6291 Square root-X 0,0000 58,40 1,64971 84,1488 Linear 0,0000 62,09 1,60743 84,9509 NHẬN XÉT CHUNG · Hiệu suất xử lý độ màu tăng theo HRT, ở thời gian lưu HRT = 48h thì hiệu quả xử lý cao nhất (% màu = 91%). Nhìn chung, nước thải dệt nhuộm là một trong những loại nước thải có thành phần khó phân hủy và mang độc tính cao nên mức độ xử lý của toàn mô hình chưa cao, nước thải đầu ra vẫn chưa đủ tiêu chuẩn thải của nước thải công nghiệp (TCVN 5945 – 2005). · Trong suốt quá trình thực nghiệm, ta thấy rằng hiệu suất xử lý độ màu (91%) cao hơn COD và BOD. Điều này đáp ứng được mục đích của đề tài là nhằm xử lý độ màu của nước thải dệt nhuộm, mà cụ thể là nhóm màu hoạt tính azo. · Tiến hành xác định hàm lượng BOD/COD thấy tỷ lệ tăng qua quá trình xử lý. Với giá trị này có thể cho thấy hàm lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 89 sinh học còn lại trong nước thải sau xử lý của mô hình là rất ít. Điều đó cho thấy khả năng phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải của VSV là rất cao. · Độ pH thay đổi rõ rệt qua từng ngăn của mô hình sinh học kỵ khí 3 ngăn và cột lọc sinh học do giai đoạn acid hóa và methane hóa trong quá trình xử lý sinh học kỵ khí. pH ở bể ba ngăn thấp hơn pH ở cột lọc sinh học, như vậy, sự phân hủy kỵ khí trong mô hình sinh học kỵ khí 3 ngăn diễn ra chủ yếu quá trình thủy phân và acid hóa; trong mô hình lọc sinh học kỵ khí diễn ra chủ yếu quá trình methane hóa. Điều này tạo thuận lợi trong quá trình kiểm soát quá trình xử lý nước thải khi kết hợp 2 mô hình này. · Thông qua việc xây dựng phương trình tương quan giữa tải trọng và lưu lượng và tải trọng và thời gian lưu ta thấy được mối tương quan giữa hiệu suất xử lý màu vào tài trọng và thời gian lưu. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 90 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. KẾT LUẬN Trên cơ sở các kết quả khi tiến hành thử nghiệm mô hình xử lý nước thải dệt nhuộm màu hoạt tính azo trong mô hình công nghệ sinh học kỵ khí hai giai đoạn (bể lọc kỵ khí ba ngăn kết hợp liên tục cột lọc sinh học dòng chảy ngược, ta có những kết luận sau: · Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ: ở tải trọng cao nhất định sẽ xảy ra hiện tượng quá tải trong quá trình phân hủy hữu cơ kỵ khí. Các sản phẩm trung gian như VFAs không kịp chuyển hoá sang các sản phẩm cuối cùng, dẫn đến một sự tích tụ VFAs trong bể, hậu quả là làm giảm mạnh pH, làm cho hiệu quả xử lý COD, BOD của mô hình giảm mạnh, nhưng hiệu quả xử lý màu có giảm nhưng hiệu quả còn rất cao.chứng tỏ giai đoạn kỵ khí đã xử lý hầu như triệt đề màu dù tải trọng còn cao(3,762 kgCOD/m3.ngày.đêm). · Ảnh hưởng của HRT: thời gian lưu thuỷ lực dài cho hiệu quả xử lý cao hơn nhưng không đáng kể khi đã vượt ngưỡng HRT tối ưu. Chọn HRT = 48h là phù hợp cho mô hình bởi hiệu suất vẫn cao mà chịu được tải trọng lớn, chênh lệch hiệu suất so với các HRT lớn hơn không nhiều nhưng tiết kiệm được thời gian, do đó tiết kiệm về mặt kinh tế. Nếu HRT quá ngắn làm tải trọng tăng đột ngột gây ức chế cho hệ thống kéo theo hiệu suất xử lý thấp. Ngược lại, nếu HRT lớn quá đòi hỏi thể tích bể phải lớn, tốn mặt bằng và chi phí xây dựng. · Lượng khí Biogas sinh ra tuy không được kiểm soát nhưng có thể nhận thấy thông qua những bọt khí liên tục xuất hiện trên mặt thoáng của bể, và có mùi khó đặc trưng chứng tỏ đã có H2S sản phẩm đi cùng với CH4. · Ảnh hưởng của pH: Trong các nghiên cứu trước đây người ta cũng đã xác định khoảng pH tối ưu cho quá trình kỵ khí là từ 6,2 trở lên, tốt nhất là pH trung tính. Trong suốt quá trình nghiên cứu cho thấy rằng pH của nước giảm dần ở các ngăn của bể. Sau đó pH lại tăng dần ở cột lọc sinh học. Ở ngăn 1 và ngăn 2 diễn ra Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 91 quá trình thủy phân và acid hoá, các acid được tạo ra như acid acetic, acid fomic làm giảm pH của nước. Ngăn 1 và 2 là ngăn cho sự phát triển của vi khuẩn acid hóa nên một môi trường acid có pH thấp là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của chúng. Chuyển sang ngăn 3 là ngăn dành cho bắt đầu quá trình mê tan hóa, cho sự phát triển dần của vi khuẩn metan hoá, những vi khuẩn này lại đòi hỏi một môi trường trung tính (pH = 6,5 : 7,8). Điều này cho thấy quá trình phân huỷ kỵ khí ở giai đoạn metan hoá các acid acetic, acid fomic và methanol, H2 chuyển hóa thành metan, CO2 và sinh khối mới, nâng dần pH lên tạo nước sau xử lý có pH trung tính. 5.2. KIẾN NGHỊ Như vậy, thời gian lưu nước tối ưu của cả mô hình nghiên cứu khoảng 48h, khi đó hàm lượng COD trong nước thải đầu ra là 2872mg/l, BOD 170 mg/l và độ màu là 765 Pt-Co. So với TCVN 5945:2005 - Nước thải công nghiệp - Tiêu chuẩn thải cột A, thì hàm lượng COD, BOD và độ màu cho phép tương ứng 50mg/l và 20 Pt-Co. Do đó, để đạt tiêu chuẩn thải ra nguồn cần kết hợp với công nghệ xử lý khác để đạt yêu cầu. Khi áp dung mô hình kỵ khí bể sinh học ba ngăn kết hợp với cột lọc dòng chảy ngược bằng VSV dính bám đã cho kết quả khả quan về hiệu quả xử lý màu và COD, BOD. Tuy nhiên trong khuôn khổ của luận văn nên chưa thể nghiên cứu về các mốc thời gian mà ở đó xảy ra từng giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí như: giai đoạn thủy phân, acid hóa, sinh acetat và mê tan hóa. Đồng thời chưa thể nghiên cứu một cách toàn diện về các thời gian lưu tối ưu cụ thể với COD, BOD cũng như các độc chất phát sinh trong quá trình cắt mạch làm mất màu nước thải, phần độc chất chưa xử lý còn trong dòng xả, ... Vì vậy để kết quả của nghiên cứu được ứng dụng ra thực tiễn cần tiến hành nghiên cứu sâu hơn với các nội dung sau: Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 92 ü Nghiên cứu các cơ chế liên quan đến quá trình mất màu trong điều kiện kỵ khí, các quá trình thích nghi từng nhóm màu nhuộm của từng chủng VSV kỵ khí. ü Nghiên cứu ảnh hưởng của các độc chất sinh ra trong quá trình kỵ khí và phần độc chất còn lại trong dòng thải ra nguồn. ü Nghiên cứu thử nghiệm mô hình ra điều kiện thực tiễn trong các cơ sở sản xuất có dòng nước thải duy trì ổn định để kiểm chứng mô hình trước khi đưa ra thiết kế cho cơ sở sản xuất. ü Nghiên cứu khã năng và đo hàm lượng bigas sinh ra trong quá trình từ đó đem kết quả vào tính toán trong thực tế. ü Xác định thời gian đạt hiệu quả xử lý tối ưu với các chỉ tiêu COD, BOD cũng như phân tích thêm các chỉ tiêu khác : coliform, ni tơ tổng, … ü Dựa vào phương trình xây dựng làm tiền đề cho các nghiên cứu sau và tiến hành xây dựng thêm trên các thông số khác nhiều hơn nữa (COD, BOD, nito tổng…). Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Đỗ Hồng Lan Chi, Lâm Minh Triết. Vi sinh vật môi trường, NXB Đại học Quốc gia TP. HCM, 2004. [2] Lê Thanh Hải. Nghiên cứu ứng dụng các quá trình công nghệ để xử lý nước thải ngành dệt nhuộm ở thành phố Hồ Chí Minh, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật môi trường, ĐHBK Tp.HCM, 1996. [3] Tôn Thất Lãng. Ứng dụng công nghệ xử lý kị khí sử dụng lớp bùn hạt mở rộng trong xử lý nước thải dệt nhuộm, Luận án tiến sỹ, Viện Môi Trường và Tài Nguyên, 2006. [4] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga. Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 2002 [5] PGS.TS Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo Dục, 2002. [6] Đặng Trấn Phòng. Sổ Tay Tra Cứu Thuốc Nhuộm, Viện Công Nghiệp Dệt Sợi, NXB Hà Nội,1993. [7] Đặng Trấn Phòng. Sinh thái và môi trường trong dệt nhuộm, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2003. [8] Nguyễn Công Toàn. Công Nghệ nhuộm và hoàn tất, NXB Đại học Quốc Gia Tp. HCM, 2005. [9] Lâm Minh Triết, Nguyễn Phước Dân, Trần Mạnh Cường. “Triển khai công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm trong điều kiện Việt Nam”, Báo cáo khoa học tại Hội nghị chuyên đề “Khoa học công nghệ và quản lý môi trường TP.HCM”, Tp.HCM, 2000. [10] Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân. Xử Lý Nước Thải Đô Thị và Công Nghiệp, NXB Đại học Quốc gia TP. HCM, 2004. [11] Cao Hữu Trượng, Hoàng Thị Lĩnh, Hoá học thuốc nhuộm, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2003. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 94 Tiếng Anh: [12] Abraham R., Freeman H. S. Environmental chemistry of dyes and Pigments, John Wiley & Sons, Canada, 1996. [13] American Public Health Association. Standard methods for the Examination of water and wastewaters, APHA, Washington, 1995. [14] Boone D. R. and Xun L. (1987), “Effect of pH, Temperature and Nutrients on Propionate Degradation by a Methanogenic Enrichment Culture”, Applied and Environmental Microbiology, 53, pp. 1589-1592. [15] Michael h. G. (2003), The microbiology of anaerobic digesters. Published by John Wiley and Sons, Inc.). [16] Nigam P, Banat IM, Singh D, Marchant R. Microbial process for the decolorization of textile effluent containing azo, diazo and reactive dyes, Process Biochemistry 1996; 31(5):435–42. [17] “Wastewater biology: the microlife”, Special publication, 1995 Internet: 1. 2. 3. Google Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 95 PHỤ LỤC: TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5945:2005 Nước thải công nghiệp – Tiêu chuẩn thải Industrial waste water – Discharge standards TCVN 5945:2005 thay thế cho TCVN 5945:1995, TCVN 6980:2001, TCVN 6981:2001, TCVN 6982:2001, TCVN 6983:2001, TCVN 6984:2001, TCVN 6985:2001, TCVN 6986:2001, TCVN 6987:2001. 1.Phạm vi áp dụng 1.1. Tiêu chuẩn này qui định giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm tromg nước thải của cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh dịch vụ,… (gọi chung là “nước thải công nghiệp”). 1.2. Tiêu chuẩn này dùng để kiểm soát chất lượng nước thải công nghiệp khai thải vào các thủy vực có mục đích sử dụng nước cho sinh hoạt, thủy vực có các mục đích sử dụng nước với yêu cầu chất lượng nước thấp hơn, hoặc vào các nơi tiếp nhận nước thải khác. 2.Giá trị giới hạn 2.1. Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm của nước thải công nghiệp khi đổ vào các vực nước không vượt quá các giá trị tương ứng qui định trong bảng 1. 2.2. Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm bằng hoặc nhỏ hơn giá trị qui định trong cột A có thể đổ vào các vực nước thường được dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt. Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 96 2.3. Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm lớn hơn giá trị qui định trong cột A nhưng nhỏ hơn hoặc bằng giá trị qui định trong cột B thì được đổ vào các vực nước nhận thải khác trừ các thủy vực qui định ở cột A. 2.4. Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm lớn hơn giá trị quy định trong cột B nhưng không vượt quá giá trị qui định trong cột C chỉ được phép thải vào các nơi được qui định (như hồ chứa nước thải được xây riêng, cống dẫn đến nhà máy xử lý nước thải tập trung…) 2.5. Thành phần nước thải có tính đặc thù theo lĩnh vực/ngành công nghiệp của một số hoạt động sản xuất, kinh doanh dịch vụ cụ thể được qui định trong các tiêu chuẩn riêng. 2.6. Phương pháp lấy mẫu, phân tích, tính toán, xác định từng thông số và nồng độ cụ thể của các chất ô nhiễm được qui định trong các TCVN hiện hành hoặc do cơ quan có thẩm quyền quy định. Bảng 1 – Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp. Giá trị giới hạn TT Thông số Đơn vị A B C 1 Nhiệt độ oC 40 40 45 2 pH - 6 đến 9 5,5 đến 9 5 đến 9 3 Mùi - Không khó chịu Không khó chịu - Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 97 4 Mầu sắc, Co-Pt ở pH=7 20 50 - 5 BOD5 (20oC) mg/l 30 50 100 6 COD mg/l 50 80 400 7 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 200 8 Asen mg/l 0,05 0,1 0,5 9 Thủy ngân mg/l 0,005 0,01 0,01 10 Chì mg/l 0,1 0,5 1 11 Cadimi mg/l 0,005 0,01 0,5 12 Crom (IV) mg/l 0,05 0,1 0,5 13 Crom (III) mg/l 0,2 1 2 14 Đồng mg/l 2 2 5 15 Kẽm mg/l 3 3 5 16 Niken mg/l 0,2 0,5 2 17 Mangan mg/l 0,5 1 5 18 Sắt mg/l 1 5 10 19 Thiếc mg/l 0,2 1 5 20 Xianua mg/l 0,07 0,1 0,2 Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 98 21 Phenol mg/l 0,1 0,5 1 22 Dầu mở khoáng mg/l 5 5 10 23 Dầu động thực vật mg/l 10 20 30 24 Clo dư mg/l 1 2 - 25 PCBs mg/l 0,003 0,01 0,05 26 Hóa chất bảo vệ thực vật: Lân hữu cơ mg/l 0,3 1 27 Hóa chất bảo vệ thực vật: Clo hữu cơ mg/l 0,1 0,1 28 Sunfua mg/l 0,2 0,5 1 29 Florua mg/l 5 10 15 30 Clorua mg/l 500 600 1000 31 Amoni (tính theo Nitơ) mg/l 5 10 15 32 Tổng nitơ mg/l 15 30 60 33 Tổng phôtpho mg/l 4 6 8 34 Coliform MPN/ 100ml 3000 5000 - 35 Xét nghiệm sinh học (Bioassay) 90% cá sống sót sau 96 giờ trong 100% nước thải - Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc GVHD: TS Lê Đức Trung SVTH : Đặng Thị Hằng Trang 99 36 Tổng hoạt độ phóng xạ á Bq/l 0,1 0,1 - 37 Tổng hoạt độ phóng xạ â Bq/l 1,0 1,0 - ._.