Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu khả năng xử lý sinh học chất màu sau oxi hóa xúc tác

Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu khả năng xử lý sinh học chất màu sau oxi hóa xúc tác, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

• Tác giả: Đồng Thị Mai Anh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Cao Thế Hà
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng xử lý sinh học của chất màu sau oxi hóa xúc tác
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Qui trình công nghệ ngành dệt nhuộm
• 1.2. Ô nhiễm môi trường của nước thải ngành dệt nhuộm ở Việt Nam
• 1.2.1. Thực trạng sử dụng hóa chất trong ngành dệt nhuộm
• 1.3. Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm
• 1.3.1. Phương pháp hóa lý
• 1.3.2. Phương pháp điện hóa
• 1.3.3. Phương pháp hóa học
• 1.3.3.1. Phương pháp oxi hóa pha lỏng (WAO - wet air oxidation)
• 1.3.4. Phương pháp sinh học
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Nguyên vật liệu, thiết bị và dụng cụ
• 2.2.1. Nguyên vật liệu
• 2.2.2. Quy trình thực nghiệm
• 2.3. Khảo sát các thông số của nước thải trước và sau oxi hóa xúc tác pha lỏng
• 2.3.1. Thí nghiệm với hệ BHT
• 2.3.2. Khả năng xử lý vi sinh nước thải sau oxi hóa pha lỏng
• 2.3.3. Khảo sát việc xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxi hóa ở nhiệt độ 70 – 80oC (gần nhiệt độ nước thải thực), áp suất khí quyển
• 2.4. Phương pháp phân tích
• 2.4.1. Phương pháp phân tích COD
• 2.4.2. Phương pháp Pt – Co
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả khảo sát các thông số của nước thải trước và sau oxi hóa xúc tác
• 3.2. Kết quả của quá trình nuôi vi sinh
• 3.2.1. Nuôi theo chế độ lượng thức ăn cung cấp ban đầu là không đổi
• 3.2.2. Nuôi theo chế độ lượng thức ăn cung cấp ban đầu tăng dần
• 3.2.3. Nuôi theo chế độ thích nghi với nước thải
• 3.3. Khả năng xử lý vi sinh nước thải sau oxi hóa pha lỏng
• 3.4. Đánh giá khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxi hóa ở nhiệt độ gần nhiệt độ nước thải thực, áp suất khí quyển
• 3.5. So sánh kết quả các phương pháp tiền xử lý nước thải dệt nhuộm
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu khả năng xử lý sinh học chất màu

Nghiên cứu khả năng xử lý sinh học chất màu sau oxi hóa xúc tác là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp dệt nhuộm. Ngành này đã phát triển mạnh mẽ, nhưng cũng gây ra nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường. Nước thải từ ngành dệt nhuộm chứa nhiều chất màu khó phân hủy, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái. Việc tìm ra các phương pháp xử lý hiệu quả là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

1.1. Tình hình ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm

Ngành dệt nhuộm thải ra hàng triệu mét khối nước thải mỗi năm, chứa nhiều hóa chất độc hại. Các chất màu trong nước thải không chỉ gây ô nhiễm mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc xử lý nước thải là một thách thức lớn cho ngành công nghiệp này.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu xử lý sinh học

Nghiên cứu khả năng xử lý sinh học chất màu sau oxi hóa xúc tác giúp tìm ra giải pháp hiệu quả cho việc xử lý nước thải. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý chất màu

Xử lý chất màu trong nước thải dệt nhuộm gặp nhiều thách thức. Các chất màu thường khó phân hủy sinh học, đòi hỏi các phương pháp xử lý tiên tiến. Việc sử dụng hóa chất trong xử lý cũng gây ra nhiều vấn đề về chi phí và hiệu quả. Do đó, cần có các nghiên cứu sâu hơn để tìm ra giải pháp tối ưu.

2.1. Các chất màu khó phân hủy trong nước thải

Chất màu trong nước thải dệt nhuộm thường có cấu trúc phức tạp, khó phân hủy sinh học. Điều này làm cho việc xử lý trở nên khó khăn và tốn kém. Các chất màu này có thể tồn tại lâu dài trong môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng.

2.2. Chi phí và hiệu quả của các phương pháp xử lý

Nhiều phương pháp xử lý hiện tại như keo tụ, oxi hóa hóa học đều có chi phí cao và hiệu quả không ổn định. Việc tìm kiếm các phương pháp xử lý mới, hiệu quả và tiết kiệm chi phí là rất cần thiết.

III. Phương pháp oxi hóa xúc tác trong xử lý chất màu

Phương pháp oxi hóa xúc tác là một trong những giải pháp hiệu quả để xử lý chất màu trong nước thải. Phương pháp này giúp phân hủy các chất màu khó xử lý thành các hợp chất dễ phân hủy hơn. Việc áp dụng các loại xúc tác tự nhiên có sẵn tại Việt Nam cũng giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả xử lý.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp oxi hóa xúc tác

Phương pháp oxi hóa xúc tác hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra các gốc tự do, giúp phân hủy các chất màu trong nước thải. Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ và áp suất thấp, giúp tiết kiệm năng lượng.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng xúc tác tự nhiên

Sử dụng xúc tác tự nhiên không chỉ giảm chi phí mà còn bảo vệ môi trường. Các loại quặng chứa oxit kim loại chuyển tiếp có sẵn tại Việt Nam có thể được sử dụng làm xúc tác hiệu quả trong quá trình xử lý.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng xử lý sinh học chất màu sau oxi hóa xúc tác đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Việc áp dụng phương pháp này trong thực tiễn đã giúp giảm thiểu ô nhiễm nước thải từ ngành dệt nhuộm. Các thí nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý cao, góp phần bảo vệ môi trường.

4.1. Kết quả thí nghiệm xử lý nước thải

Các thí nghiệm cho thấy khả năng xử lý chất màu trong nước thải dệt nhuộm đạt hiệu suất cao. Việc kết hợp giữa oxi hóa xúc tác và xử lý sinh học đã mang lại kết quả tích cực, giảm thiểu ô nhiễm.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp dệt nhuộm

Phương pháp này đã được áp dụng thành công trong một số nhà máy dệt nhuộm, giúp giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm chi phí xử lý nước thải. Điều này mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp dệt nhuộm tại Việt Nam.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng xử lý sinh học chất màu sau oxi hóa xúc tác là một bước tiến quan trọng trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm nước thải từ ngành dệt nhuộm. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp hiệu quả hơn, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

5.1. Tương lai của phương pháp xử lý sinh học

Phương pháp xử lý sinh học kết hợp với oxi hóa xúc tác có tiềm năng lớn trong việc xử lý nước thải. Nghiên cứu và phát triển thêm các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả xử lý.

5.2. Khuyến nghị cho ngành dệt nhuộm

Ngành dệt nhuộm cần áp dụng các phương pháp xử lý tiên tiến để giảm thiểu ô nhiễm. Việc đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ mới là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp dệt may Việt Nam ghi nhận sự tăng trưởng vượt bậc khi đứng trong nhóm 10 quốc gia xuất khẩu hàng đầu thế giới giai đoạn 2007 - 2009 và vươn lên vị trí thứ 7 trong năm 2010. Đi kèm với sự phát triển này là áp lực môi trường ngày càng nặng nề khi mỗi năm ngành thải ra trên 30 triệu mét khối nước thải với hàm lượng tải lượng hữu cơ tính theo nhu cầu oxy hóa học (COD) lên đến hàng chục nghìn tấn. Trong số các chất gây ô nhiễm, thuốc nhuộm hoạt tính là thành phần phức tạp và khó phân hủy sinh học nhất do tỷ lệ thất thoát vào dòng thải dao động từ 10% đến 50% cùng độ bền hóa học rất cao. Nước thải dệt nhuộm thực tế thường có độ kiềm cao với pH đạt khoảng 12, độ màu lên tới 3.507 Pt-Co và nồng độ COD vượt mức 915 mg/L, gây cản trở quang hợp và có nguy cơ phân hủy thành các amin thơm gây độc cho hệ sinh thái nước.

Trước thực trạng các phương pháp keo tụ hay than hoạt tính đòi hỏi chi phí hóa chất lớn và tạo bùn thải thứ cấp, luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp kết hợp giữa quá trình oxi hóa xúc tác pha lỏng (CWAO) và công nghệ bùn hoạt tính (BHT). Mục tiêu cụ thể là đánh giá hiệu quả phá vỡ mạch thuốc nhuộm khó phân hủy bằng xúc tác quặng Mangan Cao Bằng (Mn-CB) tự nhiên, đồng thời kiểm tra khả năng xử lý sinh học hiếu khí của dòng thải sau oxi hóa. Nghiên cứu thực nghiệm được triển khai trực tiếp trên mẫu nước thải thu nhận từ Công ty TNHH Trường Thịnh (Mỹ Đức, Hà Nội) vào năm 2011. Đề tài mang ý nghĩa quan trọng khi mở ra hướng xử lý triệt để nước thải dệt nhuộm bằng cách tận dụng nhiệt dư của dòng thải ở nhiệt độ 70 - 80°C, giúp tăng tỷ lệ BOD/COD từ dưới 0,15 lên trên 0,40 và giảm thiểu chi phí xử lý cho doanh nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp giữa lý thuyết oxi hóa nâng cao và mô hình động học vi sinh hiếu khí. Cơ chế oxi hóa pha lỏng xúc tác (CWAO) diễn ra theo phản ứng gốc tự do chuỗi, trong đó oxy hòa tan dưới sự kích hoạt của ion kim loại chuyển tiếp sẽ sinh ra các gốc tự do có tính oxi hóa mạnh như hydroxyl (•OH) và peroxy (ROO•). Các gốc này tấn công có chọn lọc vào các liên kết đôi (-N=N-, >C=C<) và vòng thơm của thuốc nhuộm hoạt tính, cắt mạch phân tử lớn thành các axit cacboxylic mạch ngắn như axit axetic hay axit focmic.

Quá trình xử lý sinh học tiếp theo áp dụng mô hình động học Monod và cân bằng vật chất cacbon của hệ bùn hoạt tính hiếu khí. Trong điều kiện sục khí liên tục, quần thể vi sinh vật dị dưỡng sử dụng các axit hữu cơ và hợp chất trung gian làm cơ chất dinh dưỡng để thực hiện quá trình đồng hóa tạo sinh khối tế bào mới (C5H7NO2) và dị hóa khoáng hóa hoàn toàn thành CO2 và nước. Các khái niệm nền tảng bao gồm nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh học (BOD5), độ màu theo thang chuẩn Pt-Co, thế zeta (ξ) của hệ keo và tỷ lệ dinh dưỡng tiêu chuẩn BOD:N:P = 100:5:1.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm toàn diện từ các mẫu nước thải thực tế của xưởng nhuộm với cỡ mẫu khảo sát gồm 6 hệ phản ứng sinh học song song (thể tích 1,5 lít mỗi hệ) và hàng loạt mẻ oxi hóa xúc tác trên thiết bị áp suất cao Parr Instrument dung tích 1 L cùng hệ bình phản ứng lắc nhiệt 50 ml. Phương pháp chọn mẫu tập trung vào dòng thải có mức độ ô nhiễm cao điển hình với COD ban đầu dao động từ 763 đến 915 mg/L và độ màu từ 2.335 đến 3.507 Pt-Co.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích COD bằng bicromat (K2Cr2O7) và đo quang phổ UV-VIS trên máy Shimadzu 1240 tại các bước sóng 450 nm, 596 nm, 608 nm là nhằm định lượng chính xác mức độ khoáng hóa cũng như sự biến mất của các nhóm mang màu hữu cơ. Nồng độ sinh khối vi sinh (X) được xác định chính xác thông qua hiệu số COD giữa hỗn hợp bùn và dịch lọc. Toàn bộ tiến trình thực nghiệm được phân kỳ khoa học qua 3 giai đoạn nuôi thích nghi vi sinh theo mẻ và theo dõi phản ứng trong các khoảng thời gian từ 1 đến 8 giờ và đo đạc động học liên tục đến 420 phút.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận nhiều phát hiện khoa học mang tính đột phá về hiệu quả phân hủy chất màu:

1. Quặng Mangan Cao Bằng (Mn-CB) tự nhiên không qua nung nhiệt thể hiện hoạt tính xúc tác cao nhất trong dòng quặng kim loại tự nhiên. Khi thực hiện phản ứng ở 150°C và áp suất oxy 13 bar trong 175 phút, xúc tác Mn-CB (10 g/L) giúp chuyển hóa độ màu đạt 93,6% và khử COD đạt 32,5%, vượt trội hơn hẳn so với quặng sắt Trại Cau (22,7%) hay quặng mangan Hà Giang (18,5%).
2. Quá trình tiền xử lý CWAO làm thay đổi cấu trúc cơ chất và tăng khả năng phân hủy sinh học của nước thải. Chỉ số BOD5 của mẫu nước thải gốc chỉ đạt 138 mg/L nhưng đã tăng mạnh lên mức 246 - 252 mg/L ở các mẫu sau tiền oxi hóa xúc tác, giúp đưa tỷ lệ BOD/COD từ khoảng 0,15 lên trên ngưỡng 0,40 - 0,50, tạo nguồn thức ăn lý tưởng cho vi sinh vật hiếu khí.
3. Hệ bùn hoạt tính (mật độ vi sinh X duy trì từ 2,5 đến 3,0 g/L, oxy hòa tan DO từ 5,5 đến 6,5 ppm) đạt hiệu suất xử lý COD và khử màu trên 80% chỉ sau 4 đến 8 giờ phản ứng đối với các mẫu nước thải đã qua tiền xử lý CWAO.
4. Ở điều kiện nhiệt độ thực tế của nước thải (70 - 80°C) và áp suất khí quyển 1 atm, việc sử dụng bột quặng Mn-CB kích thước hạt dưới 45 μm với nồng độ 17 g/L đến 22 g/L (chia làm hai lần cấp xúc tác 11 g/L) đã làm giảm độ màu và COD đáng kể, chứng minh tiềm năng áp dụng trực tiếp mà không cần thiết bị chịu áp suất cao đắt tiền.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý vượt bậc của quy trình kết hợp bắt nguồn từ sự chuyển hóa hóa học triệt để của thuốc nhuộm hoạt tính. Dưới tác dụng của các gốc tự do sinh ra từ bề mặt quặng Mn-CB, các liên kết azo và nhân thơm cồng kềnh bị phân cắt thành các hợp chất trung gian mạch thẳng và axit cacboxylic dễ tiêu hóa.

Dữ liệu thực nghiệm khi biểu diễn qua biểu đồ phổ UV-VIS cho thấy sự suy giảm rõ rệt và biến mất hoàn toàn của các đỉnh hấp thụ cực đại tại 450 nm, 596 nm và 608 nm sau các giai đoạn phản ứng. Bảng theo dõi động học COD cũng chỉ ra tốc độ tiêu thụ cơ chất (rSU) của vi sinh vật tăng nhanh trong 4 giờ đầu và đạt trạng thái ổn định sau 8 giờ. So với các công nghệ keo tụ truyền thống vốn chỉ chuyển chất ô nhiễm sang pha bùn thải và tiêu tốn hóa chất, giải pháp tiền oxi hóa bằng quặng tự nhiên kết hợp sinh học giúp khoáng hóa chất ô nhiễm thành sinh khối và CO2, mang lại hiệu quả kinh tế và độ an toàn sinh thái vượt trội.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm ứng dụng công nghệ vào thực tế sản xuất:

1. Thiết lập hệ thống tiền xử lý oxi hóa xúc tác tận dụng nhiệt độ dòng thải 70 - 80°C từ các công đoạn giặt nhuộm, kết hợp bổ sung bột quặng Mn-CB với liều lượng 15 - 22 g/L nhằm đạt hiệu suất khử màu trên 75% trong vòng 6 tháng đầu triển khai tại các xưởng nhuộm. Trách nhiệm thực hiện thuộc về kỹ sư công nghệ môi trường tại nhà máy dệt may.
2. Nâng cấp và vận hành hệ thống bể aerotank bùn hoạt tính hiếu khí với mật độ vi sinh kiểm soát ở mức 2,5 - 3,5 g/L, duy trì nồng độ oxy hòa tan DO từ 5,5 - 6,5 ppm và bổ sung dinh dưỡng theo tỷ lệ nghiêm ngặt BOD:N:P = 100:5:1 trong lộ trình 3 tháng để đảm bảo hiệu suất khử COD tổng thể đạt trên 85%. Chủ thể thực hiện là đơn vị vận hành trạm xử lý nước thải.
3. Chuẩn hóa quy trình cơ học nghiền mịn quặng Mangan Cao Bằng đạt kích thước hạt dưới 45 μm trực tiếp mà không cần nung ở 600°C, giúp giảm ít nhất 40% chi phí tiêu hao năng lượng sản xuất vật liệu xúc tác trong chu kỳ hoạt động thường niên. Nhiệm vụ này do các trung tâm chuyển giao công nghệ và cơ sở sản xuất xúc tác phối hợp triển khai.
4. Ban hành quy chế phân luồng riêng biệt đối với các dòng nước thải nhuộm đậm đặc có nồng độ COD trên 800 - 1.500 mg/L để tiền xử lý trước khi hòa trộn vào hệ thống chung trong quý 4 hàng năm. Chủ thể chịu trách nhiệm là Ban quản lý khu công nghiệp và bộ phận kiểm soát môi trường địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và số liệu thực nghiệm trong luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng sau:

1. Kỹ sư môi trường và nhà thiết kế trạm xử lý nước thải: Tiếp cận các thông số vận hành thực tế như tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1, thời gian lưu bùn 4 - 8 giờ và liều lượng quặng 17 - 22 g/L để thiết kế cải tạo các trạm xử lý nước thải dệt nhuộm công suất từ 500 đến 5.000 m³/ngày.
2. Học viên cao học và nhà nghiên cứu chuyên ngành Hóa lý, Kỹ thuật Môi trường: Khai thác mô hình động học Monod, cơ chế phản ứng gốc tự do CWAO và phương pháp định lượng sinh khối qua hiệu số COD hỗn hợp và dịch lọc để phát triển các đề tài xử lý hợp chất hữu cơ khó phân hủy.
3. Ban giám đốc và nhà quản lý doanh nghiệp dệt may: Tham khảo giải pháp thay thế hóa chất keo tụ đắt đỏ bằng quặng tự nhiên giá rẻ, giúp tối ưu hóa chi phí vận hành xử lý nước thải từ 30% đến 50% mỗi năm.
4. Cán bộ quản lý môi trường và chuyên gia thẩm định: Sử dụng các dữ liệu về đặc tính dòng thải (độ màu 2.300 - 3.500 Pt-Co, COD 750 - 950 mg/L) làm cơ sở xây dựng quy chuẩn kỹ thuật và lộ trình thanh tra xả thải ngành dệt nhuộm.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính lại rất khó xử lý chỉ bằng phương pháp sinh học thông thường?

Thuốc nhuộm hoạt tính có cấu trúc vòng thơm phức tạp, liên kết cộng hóa trị bền vững và tổn thất từ 10% đến 50% trong quá trình nhuộm. Tỷ lệ BOD/COD của dòng thải gốc rất thấp (dưới 0,15), gây ức chế hệ enzyme của vi sinh vật hiếu khí khiến quá trình phân hủy sinh học đơn thuần hầu như không đạt hiệu quả.

Quá trình oxi hóa xúc tác pha lỏng (CWAO) đóng vai trò then chốt như thế nào trước bể vi sinh?

CWAO đóng vai trò cắt mạch phân tử hữu cơ lớn và bẻ gãy các nhóm mang màu azo. Quá trình này giúp nâng nồng độ BOD từ 138 mg/L lên 246 - 252 mg/L, biến đổi các hợp chất bền vững thành các axit cacboxylic mạch ngắn dễ phân hủy sinh học, tạo điều kiện thuận lợi cho bùn hoạt tính hấp thụ.

Việc sử dụng quặng Mangan Cao Bằng tự nhiên mang lại lợi ích gì so với các xúc tác kim loại quý?

Quặng Mangan Cao Bằng (Mn-CB) tự nhiên có nguồn cung dồi dào, giá thành rất rẻ và không cần nung ở 600°C nhưng vẫn đạt hiệu suất khử màu 93,6% và khử COD 32,5%. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí đầu tư ban đầu so với các hệ xúc tác quý đắt tiền như Pt hay Pd trên chất mang.

Có thể áp dụng quá trình oxi hóa ở điều kiện nhiệt độ thực tế của dòng thải dệt nhuộm hay không?

Có thể áp dụng trực tiếp tại nhiệt độ 70 - 80°C và áp suất khí quyển 1 atm bằng cách tận dụng nhiệt dư của nước thải vừa xả từ máy nhuộm. Khi sử dụng nồng độ xúc tác Mn-CB từ 17 đến 22 g/L, hệ thống đạt hiệu suất khử màu và COD rất khả quan mà không tốn chi phí gia nhiệt.

Chế độ dinh dưỡng và nồng độ vi sinh tối ưu cho bể bùn hoạt tính sau oxi hóa là bao nhiêu?

Chế độ dinh dưỡng tối ưu cần duy trì ở tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1 với nguồn nitơ từ NH4Cl, photpho từ KH2PO4 và NaHCO3 để giữ pH trung tính khoảng 7,0. Mật độ sinh khối vi sinh trong bể aerotank cần được kiểm soát ổn định ở mức 2,5 - 3,0 g/L cùng nồng độ oxy hòa tan DO đạt 5,5 - 6,5 ppm.

Kết luận

• Công trình khẳng định tính ưu việt của giải pháp tích hợp giữa tiền xử lý oxi hóa xúc tác pha lỏng (CWAO) và phân hủy sinh học bùn hoạt tính (BHT) trong việc xử lý triệt để nước thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính.
• Xác định quặng Mangan Cao Bằng (Mn-CB) chưa qua nung với kích thước hạt dưới 45 μm là xúc tác tự nhiên hiệu quả nhất, đạt độ chuyển hóa màu 93,6% và khoáng hóa COD 32,5% ở điều kiện áp suất cao.
• Chứng minh tiền oxi hóa giúp nâng tỷ lệ BOD/COD từ 0,15 lên trên 0,40, tạo điều kiện cho hệ bùn hoạt tính (mật độ 2,5 - 3,0 g/L) đạt hiệu suất xử lý COD và độ màu trên 80% chỉ trong 4 - 8 giờ.
• Đề xuất thành công phương án oxi hóa ở nhiệt độ thực 70 - 80°C tại áp suất khí quyển với nồng độ xúc tác 17 - 22 g/L, mở ra giải pháp tiết kiệm năng lượng vượt trội cho quy mô công nghiệp.
• Hoàn thiện phương pháp gián tiếp xác định mật độ vi sinh thông qua hiệu số COD hỗn hợp và dịch lọc với độ chính xác cao.

Luận văn đã đóng góp một quy trình công nghệ giàu tính thực tiễn và thân thiện với môi trường cho ngành dệt may Việt Nam. Các doanh nghiệp và đơn vị nghiên cứu nên tiến hành thử nghiệm mô hình pilot trong vòng 6 - 12 tháng tới để hoàn thiện dây chuyền xử lý nước thải đạt chuẩn trước khi xả thải ra môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 – TỔNG QUAN 1. Qui trình công nghệ ngành dệt nhuộm [1, 2, 3] Ngành Dệt là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ nhiều giai đoạn và sử dụng nhiều nguyên vật liệu cũng như hóa chất khác nhau, bao gồm các công đoạn: nhập nguyên liệu (kiện bông, sợi tổng hợp); làm sạch nguyên liệu; kéo sợi, đánh ống; hồ sợi dọc bằng hồ tinh bột, tinh bột biến tính hoặc polyvinylalcol (đối với sợi tổng hợp); tẩy vải, nhuộm vải bằng các loại thuốc nhuộm khác nhau (thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm phân tán …); làm bền màu và giặt; sấy khô, in hoa và hoàn thiện sản phẩm. * Làm sạch nguyên liệu, chải, kéo sợi, đánh ống, mắc sợi Nguyên liệu trong công nghệ dệt nhuộm chủ yếu là xơ bông, xơ nhân tạo để sản xuất các loại vải cotton và vải pha. Ngoài ra, còn sử dụng lông thú, đay gai, tơ tằm để sản xuất các mặt hàng tương ứng.

Nguyên liệu bông thô thường có lẫn các tạp chất tự nhiên như bụi, đất, cỏ rác… Do đó, nguyên liệu bông thô sẽ được đánh tung, làm sạch, trộn đều thành các tấm bông phẳng đều. Các sợi bông được chải song song và tạo thành các sợi thô. Sau đó, dùng các máy kéo sợi thô dể giảm kích thước và tăng độ bền của sợi. Máy quấn các ống sợi hoặc đánh thành các quả sợi và chuẩn bị công đoạn hồ sợi dọc.

* Hồ sợi dọc Hồ sợi bằng hồ tinh bột hoặc tinh bột biến tính để tạo màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền, độ bóng, độ trơn của sợi để tiến hành dệt vải. Ngoài ra, còn dùng các loại hồ nhân tạo như polivinylalcol (PVA), poliacrylat… * Dệt vải Kết hợp sợi ngang với sợi dọc đã mắc để hình thành tấm vải mộc. * Giũ hồ Tách các thành phần của hồ bám trên vải mộc bằng phương pháp enzim (1 % enzim, muối và các chất ngấm) hoặc axit (dung dịch axit sunfuric 0,5 %). Vải sau khi giũ hồ được giặt bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa sang nấu tẩy.

* Nấu tẩy Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của xơ sợi như dầu, mỡ, sáp… Sau khi nấu, vải có độ mao dẫn và khả năng thấm ướt cao, hấp phụ hóa chất, 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] thuốc nhuộm tốt, vải mềm mại và đẹp hơn. Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất cao (2 – 3 at) và ở nhiệt độ cao (120 – 1300C). Sau đó, vải được giặt nhiều lần. * Làm bóng vải Mục đích làm cho sợi cotton trương nở, làm tăng kích thước các mao quản giữa các mạch phân tử, làm cho sơ sợi trở nên xốp hơn, dễ thấm nước, sợi bóng hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm.

Làm bóng vải thông thường bằng dung dịch kiềm NaOH có nồng độ 280 – 300 g/l, ở nhiệt độ thấp 10 – 200C. Sau đó, vải được giặt nhiều lần. Đối với vải nhân tạo thì không cần làm bóng. * Tẩy trắng Mục đích làm cho vải sạch màu tự nhiên, sạch các vết dầu mỡ, bẩn, và chính là làm cho vải đạt độ trắng đúng yêu cầu.

Vải thường được tẩy bằng dung dịch clo, hypochrorit hoặc peroxit cùng với các chất phụ trợ khác để tạo môi trường và các chất hoạt động bề mặt. Tẩy trắng bằng peroxit tuy giá thành sản phẩm đắt nhưng không ảnh hưởng đến môi trường sinh thái. Nước thải chủ yếu chứa kiềm dư, các chất hoạt động bề mặt. Tẩy vải bằng các hợp chất chứa clo giá thành rẻ, nhưng sẽ làm tăng hàm lượng hợp chất halogen hữu cơ trong nước thải (thực chất đó là những hợp chất clo hữu cơ sinh ra từ phản ứng phụ trong quá trình tẩy).

Các chất này có khả năng gây ung thư ( như triclometan). * Nhuộm, in hoa Mục đích, tạo các màu sắc khác nhau của vải hoặc in các vân hoa một hoặc nhiều màu. Để nhuộm vải, người ta thường sử dụng chủ yếu các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng các hóa chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu của vải. Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải, đi vào nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ nhuộm, loại vải cần nhuộm, loại thuốc nhuộm, độ màu yêu cầu… Tỷ lệ màu gắn vào sợi nằm trong khoảng 50 – 98 %.

Thuốc nhuộm trong dung dịch nhuộm có thể ở dạng tan hoặc phân tán. Quá trình nhuộm xảy ra theo bốn bước: di chuyển các phần tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi; gắn màu vào bề mặt sợi; khuyếch tán màu vào trong sợi, quá trình này xảy ra chậm hơn so với quá trình trên; cố định màu vào sợi. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Để tăng hiệu quả quá trình nhuộm, các hóa chất được sử dụng như axit H2SO4, CH3COOH, các muối sunfat natri, muối amon, các chất cầm màu như syntephix, tinofix. Sau nhuộm và in, vải được giặt nóng, giặt lạnh nhiều lần.

Phần thuốc nhuộm không gắn vào vải và các hóa chất sẽ đi vào nước thải. * Văng khố, hoàn tất Mục đích ổn định kích thước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử dụng một số loại hóa chất chống màu, chất làm mềm và hóa chất như metylic, axit axetic, focmaldehit. Ô nhiễm môi trường của nước thải ngành dệt nhuộm ở Việt Nam 1. Thực trạng sử dụng hóa chất trong ngành dệt nhuộm Theo báo cáo tổng kết của Tổng Công ty Dệt may Việt Nam, khối lượng thuốc nhuộm sử dụng trong ngành được thống kê theo bảng 1.1 - Thực trạng xử dụng thuốc nhuộm toàn ngành Dệt may Việt Nam STT Tên thuốc nhuộm Lượng dùng (kg) Năm 1996 Năm 2000 Năm 2010 1 Hoàn nguyên 42.300 2 Hoàn nguyên tan 2.080 Từ số liệu bảng 1.1 ta thấy lượng thuốc nhuộm được sử dụng tăng lên rõ rệt.

Với sự gia tăng nhanh chóng lượng thuốc nhuộm như vậy, vấn đề ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm đang bức xúc hiện nay sẽ trở nên ngày càng trầm trọng hơn nếu không có biện pháp giảm thiểu ô nhiễm và xử lý thích hợp. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trong công nghiệp xử lý hóa học vật liệu dệt, bên cạnh thuốc nhuộm, các hóa chất và chất trợ được sử dụng rất nhiều. Mức độ gây ô nhiễm và độc hại của nước thải dệt nhuộm tùy thuộc vào chủng loại, số lượng và công nghệ được áp dụng. Có thể phân chia các chất đó thành 3 nhóm chính sau [12].

- Nhóm các chất độc đối với vi sinh vật và cá bao gồm: + NaOH và Na2CO3; dùng nấu vải sợi bông, xử lý trước sợi vải pha, làm bóng và dùng giảm trọng + NaClO, NaClO2: dùng tẩy trắng vải, sợi bông, vải dệt kim bông và giặt mài quần áo bò + H2SO4: dùng hiện màu thuốc nhuộm hoàn nguyên tan (inđigosol) + Na2S, Na2S2O4: dùng để nhuộm thuốc nhuộm lưu huỳnh và nhuộm hoàn nguyên không tan + Dung môi hữu cơ clo hóa (các chất tải): dùng nhuộm polieste hay nhuộm vải pha polietylen + Dẫn xuất phenol và điphenol + HCHO: trong các chất cầm màu, xử lý chống màu, trong in pigment + K2Cr2O7: sử dụng trong nhuộm len bằng thuốc nhuộm axit – crom + Các kim loại nặng (Cu, Cr, Zn, Pb, Hg, Co, Ni): có trong thuốc nhuộm hoàn nguyên và thuốc nhuộm hoạt tính + Halogen hữu cơ AOX: đi vào nước thải từ quy trình tẩy trắng + Na2SO4: dùng nhuộm tận trích + Dầu hóa: dùng tạo hồ nhũ hóa in pigment - Nhóm các chất khó phân giải sinh học bao gồm: + Các thuốc nhuộm và các chất tăng trắng quang học + Các chất tạo phức, nhũ hóa và làm mềm + Các chất hồ sợi dọc polieste và sợi pha như polyvinyl ancohol + Các polime tổng hợp dùng làm chất hoàn tất 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] + Các chất hồ tổng hợp dùng trong in pigment + Dầu khoáng và silicon dùng trong xử lý trước vải, sợi tổng hợp + Các chất giặt vòng thơm, mạch ankylen oxit dài hay mạch nhánh ankyl - Nhóm các chất ít độc có thể phân giải bằng vi sinh vật bao gồm: + Bột sắn không biến tính hóa học dùng để hồ sợi dọc + Các chất giặt ankyl mạch thẳng, các chất tẩy rửa mềm + CH3COOH và HCOOH + Muối trung tính ở nồng độ không cao Theo quy trình công nghệ ngành dệt nhuộm các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải được trình bày theo bảng 1.2 - Nguồn gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính của nước thải Hồ sợi, giũ Tinh bột, glucose, cacboxyl metyl BOD cao (34 – 50 % hồ xelulo, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo tổng BOD) và sáp Nấu tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda, Độ kiềm cao, màu tối, silicat natri, xơ sợi vụn COD cao Tẩy trắng Hypoclorơ, hợp chất chứa clo hoạt Độ kiềm cao, BOD động khác, NaOH, AOX, axit… chiếm 5 %, chất tẩy cao Làm bóng NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1 % tổng BOD) Giặt axit H2SO4… Nước thải có pH thấp Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axit acetic và Độ màu rất cao, COD các muối kim loại rất cao, chất hữu cơ khó phân hủy In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối Độ màu cao, BOD cao kim loại, axit và dầu mỡ Hoàn thiện Vết tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính [15] Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện nhất định (tính gắn màu). Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay, con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp.

Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị phân hủy bởi những điều kiện, tác động khác nhau của môi trường, đây vừa là yêu cầu với thuốc nhuộm lại vừa là vấn đề với xử lý nước thải dệt nhuộm. Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π linh động như >C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N-. Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử, như -SOH, -COOH, -OH, NH2., đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử.

Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử dụng.