Đồ án: tốt nghiệp thiết kế hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp xuyên

Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp xuyên á giai đoạn mở rộng công suất 4000m3 ngày cho giáo dục đào tạo chuyên nghiệp

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Sơn
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Thái Anh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Dệt Nhuộm Khu Công Nghiệp Xuyên Á (Giai Đoạn Mở Rộng), Công Suất 4000m³/Ngày
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề án thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm là một đề án tốt nghiệp quan trọng tại ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường. Đề án này tập trung vào việc xây dựng một trạm xử lý nước thải với công suất 4000m³/ngày cho khu công nghiệp Xuyên Á. Nước thải từ ngành dệt nhuộm chứa nhiều chất ô nhiễm phức tạp như: axit, kiềm, chất màu hữu cơ và các hóa chất độc hại khác. Do đó, việc thiết kế hệ thống xử lý hiệu quả không chỉ bảo vệ môi trường mà còn giúp các doanh nghiệp tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật về xả nước. Đề án được thực hiện với sự hướng dẫn của các chuyên gia, sử dụng các phương pháp xử lý tiên tiến và công nghệ hiện đại để đảm bảo chất lượng nước xả đạt chuẩn môi trường.

1.1. Các quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm

Xử lý nước thải dệt nhuộm bao gồm nhiều giai đoạn liên tiếp: xử lý cơ học (lọc rác, keo tụ), xử lý hóa lý (nổi váng, lắng), và xử lý sinh học (vi sinh vật phân hủy). Mỗi bước đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nồng độ chất ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước. Công nghệ MBR (Membrane Bioreactor) được áp dụng để tăng hiệu quả xử lý, đồng thời giảm thể tích bùn thải.

1.2. Ý nghĩa của đề án trong bảo vệ môi trường

Đề án thiết kế hệ thống xử lý nước không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm nước mà còn góp phần phát triển bền vững cho khu công nghiệp. Nước thải được xử lý đạt chuẩn có thể tái sử dụng hoặc xả ra môi trường an toàn. Điều này góp phần giảm áp lực lên các nguồn nước tự nhiên và bảo vệ hệ sinh thái.

II. Thông số kỹ thuật và công suất thiết kế

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải với công suất 4000m³/ngày là một dự án lớn nhằm đáp ứng nhu cầu xử lý nước thải của toàn bộ khu công nghiệp Xuyên Á. Thông số thiết kế bao gồm các yêu cầu về nồng độ chất ô nhiễm đầu vào, tiêu chuẩn chất lượng nước xả đầu ra, và các điều kiện vận hành. Công suất 4000m³/ngày tương đương khoảng 2.78 lít/giây, đủ để xử lý nước thải dệt nhuộm từ hàng chục nhà máy dệt trong khu vực. Thiết kế phải tính toán kỹ lưỡng về kích thước bồn chứa, công suất các thiết bị bổ trợ, và khả năng xử lý trong các điều kiện hoạt động khác nhau.

2.1. Các thông số đầu vào và yêu cầu xử lý

Nước thải từ ngành dệt nhuộm có nồng độ cao của COD (Nhu cầu Oxy Hóa học), BOD (Nhu cầu Oxy Sinh học), màu sắc, độ pH không ổn định. Tiêu chuẩn xả nước yêu cầu COD < 100mg/l, BOD < 25mg/l, loại bỏ hoàn toàn màu sắc. Hệ thống xử lý phải được thiết kế để đạt những tiêu chuẩn này một cách ổn định.

2.2. Các giai đoạn xử lý chính trong đề án

Hệ thống xử lý gồm: (1) Xử lý cơ học - loại bỏ rác thô bằng lưới chắn; (2) Keo tụ - Lắng - tách các chất lơ lửng; (3) Xử lý sinh học - bể kị khí và hiếu khí với vi sinh vật; (4) Lọc áp lực - cải thiện độ trong; (5) Khử trùng bằng UV hoặc Clo; (6) Xử lý bùn - nén và xử lý bùn thải.

III. Hai phương án thiết kế và so sánh hiệu quả

Trong đề án thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm, hai phương án được đề xuất và so sánh chi tiết. Phương án 1 sử dụng công nghệ xử lý sinh học thông thường với các bể kị khí-hiếu khí kết hợp lọc cát và MBR. Phương án 2 áp dụng công nghệ MBR (Membrane Bioreactor) kỹ thuật cao với hiệu quả xử lý tốt hơn. Cả hai phương án đều đảm bảo đạt tiêu chuẩn nước xả, nhưng khác nhau về chi phí đầu tư, chi phí vận hành, diện tích chiếm dụng, và độ phức tạp vận hành. Phương án 1 có chi phí xây dựng thấp hơn nhưng chi phí vận hành cao, trong khi phương án 2 đòi hỏi đầu tư lớn ban đầu nhưng vận hành hiệu quả hơn lâu dài.

3.1. Phương án 1 Xử lý sinh học thông thường

Phương án 1 bao gồm các công trình: hố thu gom, tháp giải nhiệt, bể keo tụ, bể tạo bông, bể lắng sinh học, bể lọc áp lực, bể khử trùng. Công nghệ này đơn giản, dễ vận hành, chi phí ban đầu tương đối thấp. Hiệu quả xử lý đạt tiêu chuẩn nhưng yêu cầu diện tích lớn hơn phương án 2.

3.2. Phương án 2 Công nghệ MBR hiện đại

Phương án 2 sử dụng công nghệ MBR (Membrane Bioreactor) với bộ lọc màng tiên tiến. Hệ thống này tiết kiệm diện tích, giảm thể tích bùn thải, hiệu quả xử lý cao hơn 95%. Tuy nhiên, chi phí đầu tư thiết bị cao hơn, yêu cầu kỹ thuật nhân viên tốt hơn trong vận hành và bảo dưỡng.

IV. Chi phí và khả năng ứng dụng thực tiễn

Khai toán chi phí cho cả hai phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải là một phần quan trọng của đề án. Chi phí bao gồm: xây dựng công trình, mua thiết bị, phụ kiện, hóa chất xử lý, điện năng, nhân công, và nước cấp. Phương án 1 có tổng chi phí xây dựng khoảng 15-20 tỷ đồng, chi phí vận hành hàng ngày khoảng 25-30 triệu đồng. Phương án 2 đầu tư cao hơn (20-25 tỷ) nhưng chi phí vận hành thấp hơn (18-22 triệu/ngày). Lựa chọn phương án phụ thuộc vào điều kiện tài chính, diện tích đất, và yêu cầu xử lý cụ thể của khu công nghiệp Xuyên Á. Đề án cung cấp cơ sở khoa học để chủ đầu tư và các cơ quan quản lý đưa ra quyết định phù hợp.

4.1. Chi phí đầu tư và vận hành các phương án

Chi phí đầu tư cho thiết kế hệ thống bao gồm: xây dựng bộ khung công trình (35-40%), thiết bị máy móc (30-35%), hệ thống điện-cơ khí (15-20%), và chi phí khác (10%). Chi phí vận hành chủ yếu từ hóa chất (40-45%), điện năng (30-35%), nhân công (15-20%). Phương án nào chi phí thấp hơn sẽ được ưu tiên lựa chọn.

4.2. Ứng dụng thực tiễn và khả năng mở rộng

Đề án thiết kế hệ thống xử lý nước thải 4000m³/ngày có thể được áp dụng trực tiếp cho khu công nghiệp Xuyên Á giai đoạn mở rộng. Thiết kế linh hoạt cho phép mở rộng công suất trong tương lai. Kết quả đề án cung cấp kinh nghiệm quý báu cho thiết kế các hệ thống xử lý tương tự ở các khu công nghiệp khác trong cả nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ KHU CÔNG NGHIỆP XUYÊN Á 1. KHÁI QUÁT VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM TRONG NƯỚC 1. Các nguyên liệu của ngành dệt nhuộm 1. Nguyên liệu dùng cho dệt Nguyên liệu cho các ngành dệt chủ yếu là các loại sợi tự nhiên (sợi Cotton), sợi tổng hợp (sợi Poly Ester) và sợi pha.

Sợi Cotton (Co): Được kéo từ sợi bông vải có đặc tính hút ẩm cao, xốp, bền trong môi trường kiềm, phân hủy trong môi trường axit. Sợi Viscose: Chất liệu liệu sợi được làm từ chất xơ của sợi cenllulosse tái sinh của các loại cây như đậu nành, tre, mía,…. Cấu trúc của sợi vải này tương tự với cotton. Sợi tổng hợp (PE): Là sợi hóa học dạng cao phân tử được tạo thành từ quá trình tổng hợp chất hữu cơ.

Sợi này bền với axit nhưng dễ bị ăn mòn trong môi trường kiềm. Sợi pha (sợi Polyeste kết hợp với sợi cotton): Là sợi hóa học dạng cao phân tử được tạo ra từ quá trình tổng hợp hữu cơ, hút ẩm kém, cứng bền ở trạng thái ướt xơ. Tuy nhiên kém bền với ma sát loại sợi này thường được trộn chung với các loại xơ khác. Có tính bền với axit nhưng dễ bị ăn mòn trong môi trường kiềm.

Nguyên liệu dùng cho nhuộm và in Các loại sản phẩm nhuộm chủ yếu sử dụng được chia làm các loại : Phẩm nhuộm phân tán: Là loại phẩm nhuộm không tan trong nước, nhưng tồn tại trong nước dưới dạng phân tán và huyền phù. Nhóm phẩm nhuộm này có cấu tạo phân tử từ các gốc azo, antraquinon và nhóm amin. Phẩm nhuộm trực tiếp: Là nhóm phẩm nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ sợi mà không phải bất kì giai đoạn xử lý trung gian. Đa phần phẩm nhuộm trực tiếp có chứa azo (monodi và poliazo) và một số dẫn xuất của dioxazin.

Phẩm nhuộm axit: Là các muối sulfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là R - SO3Na. Các phẩm nhuộm này thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn suất của antraquinon, triaryl metan… Phẩm nhuộm lưu huỳnh: là phẩm nhuộm chứa các liên kết -S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và visco. 3 Phẩm nhuộm hoạt tính: Loại phẩm nhuộm này gây độc hại cho môi trường nếu không xử lý, vì phẩm nhuộm này có khả năng tạo thành các amin thơm có khả năng gây ung thư ở người. Phẩm hoàn nguyên: Gồm 2 nhóm chính là nhóm đa vòng có chứa nhân antraquinon và nhóm indigoit có chứa nhân indigo.

Phẩm in, nhuộm pigment: Gồm các nhóm azo, nhóm đa vòng, ftaloxiamin, dẫn xuất của antraquinon. CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM Tùy theo công suất và loại hình sản xuất của các nhà máy dệt may thì tính chất của nguyên liệu đầu vào, yêu cầu của sản phẩm, dẫn đến công nghệ sản xuất của các nhà máy là khác nhau. Tuy nhiên, nhìn chung công nghệ dệt - nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: kéo sợi, dệt vải; xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải. Hình 1: Quy trình tổng quát của các nhà máy dệt nhuộm hiện nay 1.

Kéo sợi Đầu tiên, làm sạch xơ bằng cách loại bỏ các tạp chất. Tùy vào yêu cầu sản phẩm, tỷ lệ pha trộn xơ sẽ khác nhau, sau đó xơ được kéo dài dưới dạng cúi sợi để các xơ gần 4 như là song song mà không xoắn vào nhau. Quá trình pha trộn được tiếp tục bằng cách kết hợp các cuộn cúi và xe mảnh, được gọi là kéo duỗi. Việc loại bỏ các xơ sợi quá ngắn và đảm bảo chắc chắn rằng xơ sợi trong con cúi đều nằm trong giới hạn chiều dài nhất định được gọi là chải thô.

Công đoạn chải kỹ sẽ tiếp tục làm các sợi song song với nhau và lặp lại cho đến khi không có hoặc còn rất ít sợi bị quấn vào nhau. Lúc này, xơ sợi được gọi là sợi thô có đủ độ bền để không bị đứt khi bị kéo sợi. Lượng ô nhiễm sinh ra chủ yếu trong bước đầu tiên khi làm sạch xơ và khi chải thô. Chất ô nhiễm sinh ra trong quá trình làm sạch xơ cotton thường là cành vụn, bụi và đất.

Xơ len thô chứa khoảng 50% tạp chất ở dạng dầu mỡ tự nhiên. Các loại tạp chất này được loại bỏ bằng cách nấu trong dung dịch xà phòng có chứa kiềm. Khoảng 25% lụa thô có chứa nhựa tơ, có thể loại bỏ bằng cách nấu tơ trong dung dịch xà phòng đậm đặc. Hình 2: Quy trình kéo sợi 1.

Dệt vải Xơ và sợi là nguyên liệu sản xuất vải. Các loại vải được sản xuất gồm: vải dệt thoi; vải dệt kim; vải không dệt. 5 Vải dệt thoi: Vải dệt thoi được tạo thành từ hai bộ sợi dọc và sợi ngang. Sợi được căng theo chiều dài của vải được gọi là sợi dọc, và các sợi vắt theo khổ vải được gọi là sợi ngang.

Để sợi dọc không bị đứt gãy trong quá trình dệt, người ta tăng cường độ bền bằng cách phủ một lớp hồ mỏng và sau đó sấy khô. Hồ tinh bột chủ yếu được dùng cho loại vải cotton, còn loại hồ có chứa polymer tổng hợp được dùng cho sợi tổng hợp. Vải không dệt: Vải không dệt là sự pha trộn của nhiều loại xơ. Một trong các loại xơ được phân bố đồng đều trong hỗn hợp đó là một loại xơ đặc biệt, có khả năng trở thành xơ dính tại bất kỳ công đoạn gia công phù hợp nào, từ đó đóng vai trò như một chất kết dính.

Vải dệt kim: Dệt kim được tiến hành thủ công hoặc máy. Các hàng mũi đan được hình thành sao mỗi hàng sau lại nối tiếp với hàng trước nó. Trong máy dệt kim, có một loạt các kim được sắp cách đều nhau với khoảng cách tỉ lệ với kích thước mắt sợi cần dệt. Quanh mỗi kim là một vòng sợi để hình thành mắt sợi trong quá trình dệt.

Sợi được dẫn theo từng kim (hoặc ngược lại) và sự di chuyển của cả kim và sợi diễn ra theo cách thức một mắt sợi sẽ được tạo thành từ vòng sợi và để lại một vòng sợi mới quanh mũi kim. Quá trình này cứ thế lặp đi lặp lại. Các mũi kim đặt cạnh nhau và thao tác như trên sẽ diễn ra lần lượt với từng mũi kim. Lượng ô nhiễm phát thải sinh ra trong giai đoạn sản xuất vải chủ yếu là ở khâu hồ sợi.

Dịch hồ đã sử dụng chứa hoá chất hồ dư bị thải ra ngoài ngay sau khi sử dụng hoặc sau một vài lần tuần hoàn. Lượng ô nhiễm sinh ra ở các công đoạn khác của quá trình sản xuất vải trong thực tế hầu như không đáng kể. Xử lý vải Các công đoạn chính được áp dụng trong giai đoạn này bao gồm: - Xử lý sơ bộ (giũ hồ, nấu chuội, kiềm bóng, tẩy trắng). - Nhuộm và in hoa.

 Xử lý sơ bộ Giũ hồ: Giũ hồ là quy trình để loại bỏ các chất hồ. Sự có mặt của các chất hồ trên vải cản trở khả năng thấm của các hóa chất khác trong các công đoạn tiếp theo. Ngoài loại bỏ các chất hồ, quy trình giũ hồ cũng tách loại được phần nào các tạp chất lẫn trong vải. Những chất không tan trong nước và phần hồ còn sót lại sẽ bị phân huỷ một phần do thuỷ phân và một phần do bị ôxy hoá và sau đó sẽ được tách ra.

6 Tùy theo loại hồ, giũ hồ có thể được thực hiện bằng nước, bằng enzyme ở nhiệt độ cao, hay bằng hóa chất (xút). Hiệu quả việc giũ hồ tiếp tục đạt được khi nấu trong kiềm và tẩy trắng. Nấu: Quá trình nấu được thực hiện để tách triệt để các tạp chất ngoại lai sau khi đã được loại bỏ sơ bộ khi giũ hồ, cũng như loại bỏ các tạp chất như sáp, axit béo, dầu… có trong vải. Nấu được thực hiện trong môi trường kiềm ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao.

Kiềm hóa: Quy trình nấu vải không thể loại bỏ hoàn toàn tất cả các tạp chất có trong vải. Thực ra là các tạp chất đó đã bị phân huỷ hoá học và phải được tiếp tục phân huỷ ôxy hoá, thuỷ phân và loại bỏ trong công đoạn tẩy trắng tiếp theo. Tẩy trắng: Người ta dùng các hoá chất khác nhau như hypochlorite, hydrogen peroxide,. làm các tác nhân tẩy trắng.

Nước thải ra trong quá trình này có bản chất kiềm tính, chứa chlorides và chất rắn hoà tan.  Nhuộm và in hoa Nhuộm: Quá trình nhuộm được thưc hiện để phân bố đều ánh sắc trên mặt vải, trong đó xảy ra sự khuếch tán của phân tử thuốc nhuộm vào bên trong sợi vải để tạo cho vải màu sắc mong muốn. In hoa: Tạo hoa văn trên vải nhiều màu sắc có bằng cách đặt các khuôn in sắc nét có hồ in lên vải trắng hoặc vải đã được nhuộm nền.  Hoàn tất Công đoạn này bao gồm các thao tác giúp cho vải đẹp và bắt mắt.

Hoàn tất vải có thể bao gồm xử lý bằng hoá học và cả cơ học bao gồm: Sấy, cán láng, làm mềm. Nhuộm vải Các loại thuốc dệt nhuộm thường dùng trong ngành dệt nhuộm: – Thuốc nhuộm Azo. – Thuốc nhuộm phân tán. – Thuốc nhuộm hoàn nguyên.

– Thuốc nhuộm cation. – Thuốc nhuộm axit. – Thuốc nhuộm hoạt tính. 7 – Thuốc nhuộm lưu huỳnh.

Nước thải dệt nhuộm 1. Tính chất nước thải dệt nhuộm Nước thải công nghiệp dệt nhuộm có thành phần ô nhiễm thường xuyên biến động và không ổn định, thay đổi theo loại thiết bị nhuộm, nguyên liệu nhuộm, và loại thuốc nhuộm. Nước thải nhuộm thường có độ nhiệt độ, độ màu và COD cao. Nước thải phát sinh từ nhà máy dệt nhuộm thường khó xử lý do cấu tạo phức tạp của thuốc nhuộm cũng như nhiều loại thuốc nhuộm và trợ nhuộm được sử dụng trong quá trình nhuộm và hoàn tất.

TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM HIỆN NAY. Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm của một số công ty trong nước 1. Nhà máy dệt nhuộm vải DENIM, Khu công nghiệp Hòa Xá, TP. Hình 3: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy DENIM 3 Hệ thống trên xử lý được lưu lượng nước thải 500 m /ngày.

Chất lượng nước thải đầu ra đạt cột B theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm 8 (QVCN13:2015/BTNMT) trước khi được thu gom về khu xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp. Nhà máy dệt nhuộm tơ tằm VIKOTEX Bảo Lộc. Hình 4: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy VIKOTEX 3 Công nghệ có công suất xử lý nước thải 500 m /ngày.