Tài liệu Nghiên cứu khả năng ứng dụng sản phẩm than cacbon hóa từ chất thải rắn đô thị để xử lý cod và độ màu

Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT Më ®Çu Tèc ®é c«ng nghiÖp ho¸ vµ ®« thÞ ho¸ kh¸ nhanh vµ sù gia t¨ng d©n sè g©y ¸p lùc ngµy cµng nÆng nÒ ®èi víi viÖc b¶o vÖ m«i tr−êng. M«i tr−êng ë nhiÒu ®« thÞ, khu c«ng nghiÖp vµ lµng nghÒ ngµy cµng bÞ « nhiÔm bëi n−íc th¶i, khÝ th¶i vµ chÊt th¶i r¾n. Chuyªn gia m«i tr−êng dù ®o¸n mçi n¨m ViÖt Nam t¹o ra kho¶ng 15 triÖu tÊn chÊt th¶i vµ tØ lÖ chÊt th¶i r¾n t¨ng tõ 24% cho ®Õn 30%. C¸c biÖn ph¸p xö lý truyÒn thèng nh− lµ ch«n lÊp, composting hay lµ thiªu ®èt th«ng th−êng hiÖn nay hÇu nh− kh«ng ®¸p øng ®−îc. BiÖn ph¸p ch«n lÊp tèn diÖn tÝch, mÆt kh¸c l¹i g©y « nhiÔm mïi, nguån n−íc. BiÖn ph¸p thiªu ®èt truyÒn thèng g©y « nhiÔm kh«ng khÝ ®ång thêi kh«ng thu l¹i ®−îc nhiÒu nguån lîi nh− nhiÖt l−îng hay s¶n phÈm xö lý « nhiÔm m«i tr−êng. Cacbon hãa lµ qu¸ tr×nh lo¹i bá c¸c hîp chÊt h÷u c¬ nhÑ cã thÓ bay h¬i trong nhiªn liÖu nh»m môc ®Ých thu nhËn cacbon. §©y lµ qu¸ tr×nh ®èt ch¸y kh«ng hoµn toµn nhiªn liÖu. C¸c hîp chÊt h÷u c¬ ph©n hñy d−íi t¸c dông cña nhiÖt vµ t¹o thµnh cacbon. C«ng nghÖ cacbon hãa cã thÓ xö lý ®−îc l−îng chÊt th¶i r¾n ®« thÞ ph¸t sinh, t¹o ra c¸c s¶n phÈm hÊp phô, cã thÓ sö dông nh− vËt liÖu läc sinh häc ®Ó xö lý « nhiÔm kh«ng khÝ, n−íc. Bªn c¹nh ®ã víi sù ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp dÖt may th× sù « nhiÔm cña nã còng kh«ng ph¶i lµ nhá, nhÊt lµ « nhiÔm vÒ n−íc th¶i. N−íc th¶i dÖt nhuém víi nh÷ng chØ sè COD, BOD rÊt cao, ®é mµu lín ®ång thêi rÊt khã xö lý. Môc tiªu cña ®Ò tµi nµy t«i muèn nghiªn cøu kh¶ n¨ng øng dông s¶n phÈm than cacbon hãa tõ chÊt th¶i r¾n ®« thÞ ®Ó xö lý COD vµ ®é mµu cña n−íc th¶i dÖt nhuém b»ng ph−¬ng ph¸p läc sinh häc ngËp n−íc cã thæi khÝ víi vËt liÖu läc lµ than cacbon Trong néi dung b¸o c¸o luËn v¨n tèt nghiÖp nµy t«i xin tr×nh bµy c¸c vÊn ®Ò chÝnh sau: Ch−¬ng I. Tæng quan chÊt th¶i r¾n ®« thÞ, ph−¬ng ph¸p cacbon hãa Ch−¬ng II. Tæng quan vÒ c«ng nghiÖp vµ n−íc th¶i dÖt nhuém Ch−¬ng III. §èi t−îng vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu Ch−¬ng IV. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ T« ThÞ Hoμng YÕn 1 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT Ch−¬ng I. Tæng quan c«ng nghÖ cacbon hãa I.1. T×nh h×nh ph¸t sinh chÊt th¶i ®« thÞ L−îng chÊt th¶i r¾n hµng n¨m kho¶ng 15 triÖu tÊn (h¬n 40 ngh×n tÊn/ngµy), trong ®ã kho¶ng 80% lµ chÊt th¶i sinh ho¹t, tiÕp ®ã lµ chÊt th¶i ph¸t sinh tõ c¸c khu c«ng nghiÖp lµ 2,6 triÖu tÊn chiÕm kho¶ng 17%, trong ®ã cã kho¶ng 80% lµ chÊt th¶i ph¸t sinh tõ khu c«ng nghiÖp miÒn B¾c vµ miÒn Nam. Kho¶ng 50% chÊt th¶i c«ng nghiÖp ë ViÖt Nam ph¸t sinh tõ Thµnh Phè Hå ChÝ Minh vµ c¸c tØnh l©n cËn, 30% cßn ph¸t sinh ë vïng ®ång b»ng s«ng Hång vµ B¾c Trung Bé. Thªm vµo ®ã gÇn 1500 lµng nghÒ (tËp trung chñ yÕu ë vïng n«ng th«n miÒn B¾c) th¶i ra 774.000 tÊn chÊt th¶i c«ng nghiÖp mçi n¨m. B¶ng 1: T×nh h×nh ph¸t sinh chÊt th¶i r¾n C¸c lo¹i chÊt th¶i r¾n Tæng l−îng ph¸t sinh chÊt Toµn quèc th¶i §« thÞ N«ng th«n sinh 12.800.000 6.400.000 6.400.000 ho¹t(tÊn/n¨m) ChÊt th¶i nguy h¹i c«ng nghiÖp(tÊn/n¨m) ChÊt th¶i kh«ng nguy h¹i tõ 128.400 125.000 2.400 c«ng 2.510.000 1.740.000 770.000 nghiÖp(tÊn/n¨m) ChÊt th¶i y tÕ l©y nhiÔm(tÊn/n¨m) 21.000 - - Tû lÖ thu gom trung b×nh (%) - 71 20 Tû lÖ ph¸t th¶i chÊt th¶i ®« thÞ b×nh qu©n theo - 0.8 0.3 ®Çu ng−êi (kg/ng−êi/ngµy) (Nguån: B¸o c¸o diÔn biÕn m«i tr−êng ViÖt Nam 2004-chÊt th¶i r¾n) Kho¶ng 160.000 tÊn/n¨m chiÕm 1% trong tæng sè l−îng chÊt th¶i r¾n lµ chÊt th¶i nguy h¹i bao gåm: chÊt th¶i y tÕ nguy h¹i, chÊt dÔ ch¸y, chÊt ®éc h¹i ph¸t sinh tõ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt c«ng nghiÖp vµ c¸c lo¹i thuèc trõ s©u phôc vô cho c¸c ho¹t ®éng n«ng nghiÖp. Trong thèng kª, l−îng chÊt th¶i c«ng nghiÖp nguy h¹i ph¸t sinh tõ vïng kinh tÕ träng ®iÓm phÝa Nam chiÕm tíi 75% tæng l−îng chÊt th¶i y tÕ nguy h¹i trong c¶ n−íc. Trong ®ã l−îng chÊt th¶i nguy h¹i ph¸t sinh tõ Hµ Néi, thµnh phè Hå ChÝ Minh, Thanh Hãa chiÕm 27% l−îng chÊt T« ThÞ Hoμng YÕn 2 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT th¶i y tÕ nguy h¹i cña c¶ n−íc. L−îng chÊt th¶i nguy h¹i ph¸t sinh ë phÝa Nam lín gÊp 3 lÇn chÊt th¶i nguy h¹i ph¸t sinh ë phÝa B¾c vµ lín gÊp 20 lÇn l−îng chÊt th¶i nguy h¹i ë miÒn Trung. Thµnh phÇn cña chÊt th¶i ®« thÞ Hµ Néi ®a d¹ng tõ chÊt th¶i h÷u c¬, v¶i giÊy hay chÊt tr¬ ®−îc thu thËp nh− sau B¶ng 2: Thµnh phÇn chÊt th¶i ë Hµ Néi Thµnh phÇn Tû lÖ phÇn tr¨m so víi tæng l−îng chÊt th¶i r¾n (n¨m) chÊt th¶i 1995 2003 H÷u c¬ 51,8 48,1 V¶i, giÊy 4,2 1,8 Nhùa, cao su, 4,3 10,5 da, gç, l«ng da Nhùa lµ 15% cÇm Kim lo¹i 5,5 5,0 Thñy tinh 0,5 7,2 ChÊt tr¬ 30,0 10,4 Kh¸c 0,2 0,4 (Nguån: Sè liÖu n¨m 2005 lÊy tõ M. Digregorso, 1997 – Trung t©m §«ng T©y Hawai; sè liÖu n¨m 2003 lÊy tõ sè liÖu quan tr¾c cña CEETIA, 2003) I.2. §Æc ®iÓm c«ng nghÖ cacbon hãa Cacbon hãa lµ qu¸ tr×nh lo¹i bá c¸c hîp chÊt h÷u c¬ nhÑ cã thÓ bay h¬i cã mÆt trong nhiªn liÖu nh»m môc ®Ých thu nhËn cacbon. §©y lµ qu¸ tr×nh ®èt ch¸y kh«ng hoµn toµn nguyªn liÖu. C¸c hîp chÊt h÷u c¬ ph©n hñy d−íi t¸c dông cña nhiÖt vµ t¹o thµnh cacbon. Qu¸ tr×nh cacbon hãa cã thÓ chia thµnh 2 b−íc: sÊy kh« vµ ®èt ch¸y kh«ng hoµn toµn nguyªn liÖu. Cã mét sè kh¸c biÖt gi÷a ph−¬ng ph¸p thiªu ®èt truyÒn thèng vµ c«ng nghÖ míi: - Ph−¬ng ph¸p thiªu ®èt truyÒn thèng biÕn toµn bé chÊt th¶i ®Çu vµo thµnh khÝ th¶i vµ tro, sinh ra l−îng khÝ th¶i ®éc h¹i vµ nhiÒu. Ng−îc l¹i ph−¬ng ph¸p T« ThÞ Hoμng YÕn 3 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT nhiÖt ph©n biÕn chÊt th¶i thµnh c¸c lo¹i nhiªn liÖu giµu n¨ng l−îng b»ng viÖc ®èt chÊt th¶i ë tr¹ng th¸i kiÓm so¸t, quy tr×nh xö lý nhiÖt l¹i h¹n chÕ sù biÕn ®æi ®Ó qu¸ tr×nh ®èt ch¸y kh«ng x¶y ra trùc tiÕp, chÊt th¶i ®−îc biÕn thµnh nh÷ng chÊt trung gian, cã thÓ xö lý thµnh c¸c vËt liÖu t¸i chÕ hoÆc thu håi n¨ng l−îng. D−íi t¸c dông cña nhiÖt, c¸c lo¹i r¸c th¶i chuyÓn hãa kÌm theo qu¸ tr×nh ph©n hñy t¹o thµnh n−íc, khÝ vµ than tæng hîp. Than tæng hîp ®−îc lµm l¹nh trong vßng 90 gi©y mµ kh«ng cÇn mét s¶n phÈm phô gia nµo trong khoang gi¶m nhiÖt, ®©y lµ s¶n phÈm chÝnh cña qu¸ tr×nh xö lý nhiÖt ph©n r¸c th¶i ë nhiÖt ®é thÊp, lo¹i than nµy cã chøa hµm l−îng l−u huúnh thÊp kho¶ng 0,2%. §iÒu ®¸ng l−u ý lµ, c«ng nghÖ nhiÖt ph©n r¸c th¶i nhiÖt ®é thÊp nµy sÏ gióp tr¸nh ®−îc nguy c¬ ph¶n øng sinh ra c¸c chÊt ®éc h¹i, ®Æc biÖt lµ c¸c hîp chÊt ®ioxin v× xö lý ë nhiÖt ®é thÊp. - NhiÖt ph©n lµ qu¸ tr×nh lµm suy gi¶m nhiÖt cña c¸c vËt liÖu cacbon ë nhiÖt ®é tõ 400oC - 800oC hoÆc trong ®iÒu kiÖn thiÕu oxy hoÆc cã nguån cung cÊp oxy rÊt h¹n chÕ. Qu¸ tr×nh nµy lµm bay h¬i vµ ph©n hñy c¸c vËt liÖu r¸c h÷u c¬ b»ng nhiÖt, kh«ng b»ng ®èt löa trùc tiÕp. Khi chÊt th¶i bÞ nhiÖt ph©n (ng−îc víi qu¸ tr×nh ®èt trong lß thiªu ®èt), khÝ vµ than ë d¹ng r¾n ®−îc sinh ra. Than d−íi d¹ng r¾n lµ hîp chÊt cña c¸c nguyªn liÖu khã ch¸y víi cacbon. KhÝ tæng hîp ®−îc sinh ra lµ hçn hîp cña c¸c khÝ gåm cacbon monoxit, hydro, metan vµ mét sè lo¹i hîp chÊt h÷u c¬ kh¸c dÔ bay h¬i. KhÝ tæng hîp cã nhiÖt trÞ lµ 10 – 20 MJ/Nm3. I.3. Nh÷ng øng dông chñ yÕu cña ph−¬ng ph¸p - Xö lý chÊt th¶i sinh ho¹t, c«ng nghiÖp, n«ng nghiÖp - Thu håi n¨ng l−îng vµ s¶n phÈm tõ nh÷ng chÊt d− thõa trong qu¸ tr×nh t¸i chÕ c¸c vËt liÖu (chÊt cßn l¹i trong m¸y nghiÒn tù ®éng, phÕ liÖu s¶n xuÊt ®iÖn vµ ®iÖn tö, c¸c lo¹i lèp cao su, chÊt th¶i nhùa tæng hîp vµ c¸c chÊt d− thõa trong qu¸ tr×nh bao gãi). Thu håi s¶n phÈm v¶i ®¹t 83,63%, giÊy ®¹t 41,97%. Hµm l−îng TOC trong s¶n phÈm cacbon hãa giÊy lµ 39%, v¶i ®¹t 73% (hiÖu suÊt tèi −u thu ®−îc khi cacbon hãa r¸c th¶i ë 300oC- 400oC- 500oC) [nghiªn cøu thùc nghiÖm cña nhãm nghiªn cøu khoa häc tr−êng ®¹i häc Ph−¬ng §«ng - 2008] T« ThÞ Hoμng YÕn 4 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT - T¹o ra c¸c vËt liÖu øng dông trong xö lý m«i tr−êng: than ho¹t tÝnh, vËt liÖu läc sinh häc Xö lý nhiÖt lµ biÖn ph¸p thay thÕ cho ph−¬ng ph¸p ch«n lÊp, khi xö lý mét l−îng lín c¸c chÊt cã thµnh phÇn thay ®æi, ®Æc biÖt lµ c¸c chÊt th¶i r¾n ®« thÞ. BiÖn ph¸p ñ ph©n vµ ñ yÕm khÝ chØ ®Ó xö lý c¸c thµnh phÇn thèi r÷a. HÇu hÕt c¸c quy tr×nh xö lý b»ng nhiÖt tiªn tiÕn sö dông chÊt th¶i r¾n ®« thÞ ®· ®−îc xö lý ban ®Çu. Mét sè hÖ thèng xö lý sinh häc t¹o ra lo¹i nhiªn liÖu s¶n xuÊt chñ yÕu gåm c¸c thÎ giÊy vµ c¸c lo¹i chÊt dÎo t¹o ra tõ nhiªn liÖu cã nguån gèc lµ chÊt th¶i. I.4. T×nh h×nh nghiªn cøu trªn thÕ giíi vµ trong n−íc I.4.1. T×nh h×nh nghiªn cøu trªn thÕ giíi NhiÖt ph©n mét sè nhiªn liÖu trong tù nhiªn ®Ó t¹o thµnh nh÷ng s¶n phÈm, nhiªn liÖu cã gi¸ trÞ cao h¬n vµ ®· ®−îc thÕ giíi nghiªn cøu vµ sö dông trong ph¹m vi s¶n xuÊt c«ng nghiÖp tõ rÊt l©u, vÝ dô: luyÖn coke trong s¶n xuÊt gang thÐp, chÕ biÕn s¶n phÈm tõ dÇu má, dÇu th«. NhiÖt ph©n víi c¸c môc ®Ých thu håi s¶n phÈm kh¸c nhau th× cã quy tr×nh c«ng nghÖ kh¸c nhau. ChÊt th¶i r¾n (xö lý NOx, SO2, HCL, CO, CO2 èng SÊy thïng quay Qu¹t Buång chøa C©n o >200o Lß nung (nhiÖt ®é 500 C) ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt Buång xö lý khÝ NhiÖt ®é buång xö lý 8001000oC S¶n phÈm cacbua H×nh 1: S¬ ®å c«ng nghÖ quy m« c«ng nghiÖp cacbon hãa chÊt th¶i ®« thÞ T« ThÞ Hoμng YÕn 5 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT C¸c thµnh phÇn chÊt h÷u c¬ trong chÊt th¶i ®« thÞ cã tèc ®é ph©n hñy chËm trong b·i ch«n lÊp nh− x−¬ng ®éng vËt, h¶i s¶n, gç, cao su, giÊy. Tuy nhiªn, thµnh phÇn cacbon trong c¸c chÊt nªu trªn t−¬ng ®èi cao. Ngoµi ra ®èi t−îng ¸p dông ®Ó xö lý cã thÓ ¸p dông cho chÊt th¶i n«ng nghiÖp. NhiÒu kÕt qu¶ nghiªn cøu thu håi cacbon tõ sinh khèi (chÊt th¶i n«ng nghiÖp) b»ng c«ng nghÖ cacbon hãa ®−îc c¸c t¸c gi¶ Kazuhiro, Lloyd S, Paredes, Michael J. Antal cña tr−êng §¹i Häc n¨ng l−îng thiªn nhiªn Hawaii cho thÊy s¶n phÈm thu ®−îc cã gi¸ trÞ nhiÖt n¨ng cao. ChØ sè vÒ c¸c thµnh phÇn ch¸y ®−îc thÓ hiÖn ë b¶ng sau: B¶ng 3:Thµnh phÇn nguyªn tè s¶n phÈm cacbon tõ chÊt th¶i r¾n n«ng nghiÖp. Tªn Thµnh phÇn, % NhiÖt chÊt trÞ, th¶i C H O N S Tro kJ/kg Gç 48.47 5.90 42.41 0.51 0.08 3.49 18.100 Gç såi 46.44 6.45 47.42 0.10 0.02 0.39 7.700 Lâi ng« 43.42 6.32 46.69 0.67 0.07 2.30 17.400 TrÊu 38.38 5.47 39.46 0.37 0.06 16.01 15.500 th«ng thãc Nguån: ASTME 1756-95 [Huffman Labs, Inc., USA] Trong thµnh phÇn chÊt th¶i l−îng Èm th−êng chøa tõ 15-25%. Nh»m gi¶m chi phÝ cho qu¸ tr×nh sÊy chÊt th¶i, Frank ®Ò xuÊt tËn thu nhiÖt tõ lß khÝ cacbon hãa theo s¬ ®å c«ng nghÖ h×nh d−íi ®©y: T« ThÞ Hoμng YÕn 6 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT ChÊt th¶i ®« thÞ c«ng nghiÖp S¬ chÕ (ph©n lo¹i, nghiÒn, t¹o h¹t) NhiÖt tuÇn hoµn SÊy kh« Xö lý khÝ Cacbon hãa KhÝ s¹ch th¶i S¶n phÈm cacbon H×nh 2: S¬ ®å cacbon hãa r¸c th¶i sinh ho¹t ®« thÞ, n«ng nghiÖp Theo s¬ ®å h×nh trªn ta thÊy, r¸c th¶i tr−íc khi ®−a vµo lß nhiÖt ph©n ®−îc ph©n lo¹i, nghiÒn, phèi trén vµ t¹o ®−îc h¹t theo kÝch th−íc nhÊt ®Þnh. Qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n sinh ra « nhiÔm thø cÊp lµ khÝ th¶i. KhÝ th¶i ®−îc ®−a qua hÖ thèng xö lý, nhiÖt cña khÝ th¶i cã thÓ tËn thu cho qu¸ tr×nh sÊy kh« cña c¸c giai ®o¹n trªn. Tuy nhiªn, viÖc nghiªn cøu nh»m ®−a ra c¸c th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n lµ v« cïng quan träng vµ phøc t¹p v× tÝnh ®a d¹ng vµ phøc t¹p cña thµnh phÇn r¸c th¶i. I.4.2. T×nh h×nh nghiªn cøu trong n−íc Theo «ng TrÇn ThÕ Ngäc, gi¸m ®èc Së Tµi Nguyªn M«i tr−êng Thµnh Phè Hå ChÝ Minh: xö lý r¸c lu«n lµ vÊn ®Ò ®au ®Çu cña c¸c nhµ qu¶n lý m«i tr−êng ®« thÞ. §èi víi c¸c ®« thÞ ®«ng d©n nh− thµnh phè Hå ChÝ Minh vµ Hµ Néi, chän c«ng nghÖ xö lý r¸c nh− thÕ nµo ®Ó ®¹t hiÖu qu¶ cao, kh«ng g©y nªn nh÷ng hËu qu¶ xÊu vÒ m«i tr−êng cho t−¬ng lai vµ Ýt tèn kÐm lu«n lµ nçi bøc xóc cña c¸c T« ThÞ Hoμng YÕn 7 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT nhµ chøc n¨ng. Nghiªn cøu c«ng nghÖ xö lý c¸c chÊt th¶i thø cÊp, nh÷ng lîi Ých ®¹t ®−îc, trong ®iÒu kiÖn ph©n lo¹i r¸c cã thÓ thùc hiÖn, víi c«ng nghÖ chÕ t¹o thiÕt bÞ hiÖn t¹i cña ViÖt Nam lµ cÇn thiÕt ®Ó chóng ta cã nh÷ng th«ng tin vÒ kh¶ n¨ng ph¸t triÓn nghµnh c«ng nghiÖp trong n−íc, còng nh− dù ®o¸n ®−îc nh÷ng khã kh¨n sÏ gÆp ph¶i, nh÷ng c«ng viÖc chóng ta ph¶i tiÕp tôc tiÕn hµnh ë møc ®é chuyªn s©u h¬n. Tuy nhiªn, t¹i ViÖt Nam hiÖn nay míi chØ cã c¸c nghiªn cøu xö lý theo ph−¬ng ph¸p thiªu ®èt ch¸y hoµn toµn, øng dông ®Ó xö lý chÊt th¶i r¾n y tÕ vµ chÊt th¶i c«ng nghiÖp nguy h¹i, ch−a cã ®Ò tµi nµo nµo nghiªn cøu hoÆc triÓn khai øng dông c«ng nghÖ c¸cbon hãa r¸c th¶i nãi chung vµ r¸c th¶i sinh ho¹t nãi riªng. Mét sè kÕt qu¶ nghiªn cøu cña ViÖn C«ng nghÖ vµ M«i tr−êng n¨m 2006 cho biÕt mét c¸ch cô thÓ h¬n vÒ mét sè nÐt ®Æc tr−ng cña r¸c th¶i sinh ho¹t tõ c¸c hé gia ®×nh ë ®« thÞ ViÖt Nam, mét thµnh phÇn ®¸ng kÓ cña r¸c th¶i ®« thÞ nãi chung. T¹i Hµ Néi, tæng l−îng chÊt th¶i r¾n thu gom riªn ë khu vùc néi thµnh lµ 722,335 tÊn/n¨m (kho¶ng 2450 tÊn/ngµy). [Nguån: URENCO, 2006]. Theo kÕt qu¶ ®iÒu tra, kh¶o s¸t cña ViÖn C«ng NghÖ M«i tr−êng – ViÖn Khoa Häc vµ C«ng NghÖ ViÖt Nam n¨m 2006, tû lÖ thµnh phÇn h÷u c¬ ph¸t sinh tõ c¸c hé gia ®×nh lµ kh¸ cao, dao ®éng xung quanh møc 80-85%, trong ®ã cã kho¶ng 55% lµ r¸c th¶i h÷u c¬ thùc phÈm thÝch hîp cho lµm ph©n composting phôc vô s¶n xuÊt n«ng nghiÖp. C¸c chÊt h÷u c¬ kh¸c nh− Plastic, giÊy, v¶i, cao su, da, cµnh l¸ c©y, tãc… lµ nh÷ng chÊt ph©n hñy vi sinh chËm trong ®iÒu kiÖn ch«n lÊp, chiÕm kho¶ng 30% (~ 750 tÊn/ngµy). NÕu xem xÐt c¸c thµnh phÇn nµy trong r¸c th¶i cña c¸c hé gia ®×nh ®æ vµo xe thu gom r¸c cña C«ng ty vÖ sinh m«i tr−êng sau khi cã sù ph©n lo¹i tù ph¸t c¸c thµnh phÇn cã thÓ b¸n cho ®ång n¸t th× cßn kho¶ng 26%, tøc kho¶ng 611 tÊn/ngµy ë riªng thµnh phè Hµ Néi. T« ThÞ Hoμng YÕn 8 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT Ch−¬ng II. Tæng quan vÒ n−íc th¶i dÖt nhuém II.1. Vµi nÐt vÒ ngµnh c«ng nghiÖp dÖt may ë ViÖt Nam. ¤ng Lª Quèc ¢n - Chñ tÞch HiÖp héi DÖt may ViÖt Nam cho biÕt tÝnh ®Õn cuèi n¨m 2007, riªng ngµnh dÖt may ViÖt Nam cã kho¶ng h¬n 2000 doanh nghiÖp víi trªn 2 triÖu lao ®éng. Kim ng¹ch xuÊt khÈu ®¹t h¬n 7,8 tû USD, t¨ng gÊp 2,2 lÇn so víi n¨m 2004 vµ xÕp thø 9 trong c¸c n−íc xuÊt khÈu ngµnh hµng may mÆc trªn thÕ giíi. Môc tiªu ®Ò ra ®Õn 2010 doanh thu xuÊt khÈu ®¹t 10 tû USD. Trong c¸c doanh nghiÖp dÖt hiÖn nay vÊn ®Ò « nhiÔm m«i tr−êng còng rÊt nÆng nÒ. ¤ nhiÔm tõ khãi th¶i cña viÖc ®èt lß h¬i dïng than, « nhiÔm nguån n−íc do n−íc th¶i tõ c¸c c«ng ®o¹n nhuém, giÆt. §a sè c¸c doanh nghiÖp hiÖn nay ®Òu thiÕu hÖ thèng xö lý n−íc th¶i. N−íc th¶i cña c«ng ®o¹n nhuém, giÆt th−êng ®−îc th¶i trùc tiÕp ra m«i tr−êng. B¶ng 4: Tæng khèi l−îng cña n−íc th¶i trong nghµnh dÖt (tÝnh b»ng m3/tÊn s¶n phÈm) C¸c ph©n x−ëng tÈy len 20-70 m3/tÊn s¶n phÈm C¸c ph©n x−ëng nhuém 29-50 m3/tÊn s¶n phÈm C¸c ph©n x−ëng tÈy tr¾ng 50-100 m3/tÊn s¶n phÈm C¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt quÇn ¸o 60-100 m3/tÊn s¶n phÈm Sîi visco, len ®−îc t¸i chÕ biÕn hoÆc 50-100 m3/tÊn s¶n phÈm c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt lôa 350-1000 m3/tÊn s¶n phÈm C¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt t¬ nh©n t¹o Nguån:[3] II.2. Thµnh phÇn n−íc th¶i dÖt nhuém DÖt nhuém lµ mét trong nh÷ng ngµnh ®ßi hái sö dông nhiÒu ®Õn n−íc vµ hãa chÊt. C¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch ®Æc ®iÓm n−íc th¶i cho thÊy: + L−îng n−íc th¶i th−êng lín (kho¶ng 50 ®Õn 300 m3 n−íc cho 1 tÊn hµng dÖt) chñ yÕu tõ c«ng ®o¹n dÖt nhuém vµ nÊu tÈy. T« ThÞ Hoμng YÕn 9 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT + N−íc th¶i chøa hçn hîp phøc t¹p c¸c ho¸ chÊt d− thõa (phÈm nhuém, chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt, chÊt ®iÖn ly, chÊt ngËm, chÊt t¹o m«i tr−êng, men, chÊt oxy ho¸) d−íi d¹ng c¸c ion, c¸c kim lo¹i nÆng vµ c¸c t¹p chÊt t¸ch ra tõ x¬ sîi. + N−íc th¶i tÈy giÆt cã pH dao ®éng tõ 9 ®Õn 12, hµm l−îng chÊt h÷u c¬ cao (COD cã thÓ lªn tíi 1000 - 3000 mg/l). + §é mµu cña n−íc th¶i kh¸ lín ë nh÷ng giai ®o¹n tÈy ban ®Çu vµ cã thÓ lªn tíi 10.000 Pt-Co, hµm l−îng cÆn l¬ löng ®¹t gi¸ trÞ 2000 mg/l. + N−íc th¶i nhuém th−êng kh«ng æn ®Þnh vµ ®a d¹ng (hiÖu qu¶ hÊp thô thuèc nhuém cña v¶i chØ ®¹t 60 - 70%, 30 - 40% c¸c phÈm nhuém thõa ë d¹ng nguyªn thuû hoÆc bÞ ph©n huû ë mét d¹ng kh¸c, do ®ã n−íc cã ®é mÇu rÊt cao ®«i khi lªn ®Õn 50.000 Pt-Co, COD thay ®æi tõ 80 ®Õn 18.000 mg/l. C¸c phÈm nhuém ho¹t tÝnh, hoµn nguyªn, th−êng th¶i trùc tiÕp ra m«i tr−êng, l−îng phÈm nhuém thõa lín dÉn ®Õn gia t¨ng chÊt h÷u c¬ vµ ®é mµu. + Møc ®é « nhiÔm cña n−íc th¶i dÖt nhuém phô thuéc rÊt lín vµo lo¹i vµ l−îng ho¸ chÊt sö dông, vµo kÕt cÊu mÆt hµng s¶n xuÊt (tÈy tr¾ng, nhuém, in hoa...), vµo tû lÖ sö dông sîi tæng hîp, vµo lo¹i h×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt (gi¸n ®o¹n, liªn tôc hay b¸n liªn tôc), vµo ®Æc tÝnh m¸y mãc thiÕt bÞ sö dông... T« ThÞ Hoμng YÕn 10 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT B¶ng 5: §Æc tÝnh n−íc th¶i mét sè c«ng ®o¹n chÝnh cña C«ng ty dÖt Minh Khai C«ng ®o¹n Nhuém NÊu L−u l−îng pH (m3/ngµy) 18 >12 COD 15 NÊu, tÈy, 16 nhuém Bobin 0,3 Hå 10 TÈy GiÆt nhuém sau 170 GiÆt sau nÊu GiÆt sau tÈy 140 90 Sinh ho¹t Dßng chung 121 th¶i 580,3 >12 > 12 6,5 - 7,0 >12 7 ,5 – 8,2 9 - 10 9 - 10 6,5 – 7,5 8,5 - 10 BOD 2100 – 2700 T¶i l−îng, BOD5, mg/l kg/ngµy 45,0 550 – 700 T¶i l−îng SS, mg/l kg/ngµy 11,9 40 - 60 5800 – 6700 100,5 3200 - 3700 53,1 700 – 900 12,8 260 - 340 4,9 22000 - 28000 7,5 13000 - 17000 4,5 420 - 610 5,0 130 - 180 1,5 150 - 200 30,6 50 - 70 10,2 700 – 900 96,8 410 - 520 56,9 100 - 150 17,5 30 - 50 5,6 120 – 170 13,5 65 - 90 7,2 420 – 610 341 210 - 300 155 COD, mg/l T-N, mg/l T-P, mg/l 0,37 0,32 380 - 420 3,51 1,92 110 - 170 2,50 1,12 400 - 450 6,40 2,22 40 - 50 0,51 0,42 30 - 40 0,24 0,06 190 - 230 2,98 0,46 20 - 40 0,25 0,06 50 - 70 25,0 7,0 120 - 150 4,5 – 5,6 1,0 – 1,5 Nguån: Nghiªn cøu viÖn c«ng nghÖ vµ m«i tr−êng ViÖt Nam - 2008 T« ThÞ Hoμng YÕn 11 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT II.3. C¸c ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc th¶i dÖt nhuém II.3.1. Ph−¬ng ph¸p c¬ häc Xö lý c¬ häc truyÒn thèng th−êng ®ãng vai trß nh− mét c«ng ®o¹n xö lý s¬ bé. Tr−íc khi xö lÝ n−íc th¶i cÇn ph¶i ®−îc lo¹i bá c¸c t¹p chÊt lÉn trong n−íc nh− bôi, ®Êt, x¬ sîi vôn, hå s¸p b»ng c¸ch g¹n, l¾ng, läc b»ng kü thuËt song ch¾n r¸c, l−íi r¸c, bÓ l¾ng c¸t, bÓ thu dÇu mì. C¸c biÖn ph¸p xö lý c¬ häc th−êng ®−îc thùc hiÖn víi môc ®Ých lo¹i t¸ch c¸c t¹p chÊt kh«ng tan, ph©n t¸n th« ra khái n−íc theo nguyªn t¾c träng lùc. II.3.2. Ph−¬ng ph¸p hãa lý vµ hãa häc + HÊp phô Ph−¬ng ph¸p nµy th−êng ®−îc dïng ®Ó khö mµu n−íc th¶i chøa thuèc nhuém hoµ tan vµ thuèc nhuém ho¹t tÝnh. HÊp phô lµ qu¸ tr×nh t¨ng nång ®é cña chÊt tan (chÊt bÞ hÊp phô) trªn bÒ mÆt chÊt r¾n (chÊt hÊp phô) so víi vïng xung quanh. HiÖn t−îng hÊp phô x¶y ra do lùc t−¬ng t¸c cña c¸c nguyªn tö trªn bÒ mÆt chÊt r¾n víi c¸c chÊt tan trªn c¬ së lùc hót tÜnh ®iÖn, lùc c¶m øng, lùc ph©n t¸n (hÊp phô vËt lý), trong tr−êng hîp lùc t−¬ng t¸c ®ñ m¹nh cã thÓ g©y ra liªn kÕt hãa häc hoÆc t¹o phøc, trao ®æi ion. Lùc t−¬ng t¸c gi÷a chÊt hÊp phô vµ chÊt bÞ hÊp phô cµng m¹nh th× kh¶ n¨ng hÊp phô cµng lín, kh¶ n¨ng gi÷ c¸c chÊt bÞ hÊp phô trªn chÊt r¾n cµng cao. DiÖn tÝch bÒ mÆt riªng, ®é xèp còng nh− ph©n bè lç xèp cña chÊt hÊp phô ®ãng vai trß quan träng ®èi víi kh¶ n¨ng hÊp phô cña mét hÖ, diÖn tÝch cµng lín kh¶ n¨ng hÊp phô cµng cao. ChÊt hÊp phô cã thÓ cã nguån gèc tõ tù nhiªn nh−: zeolit, nh«m oxit, bentonit, mordenit… hoÆc cã nguån gèc nh©n t¹o nh−: than ho¹t tÝnh, zeolit, nh«m oxit, silicagen, c¸c polyme ®Æc thï. Thµnh phÇn chÝnh cña c¸c lo¹i chÊt hÊp phô lµ c¸c oxit kim lo¹i, oxit silic hay hçn hîp gi÷a chóng, ngo¹i trõ tr−êng hîp than ho¹t tÝnh cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ cacbon. Trong ®ã than ho¹t tÝnh vµ zeolit ®−îc xem lµ hÖ cã ®é ph©n t¸n cao, cã diÖn tÝch lín cã thÓ ®¹t trªn 1.000 m2/g. T« ThÞ Hoμng YÕn 12 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT Trong m«i tr−êng n−íc tù nhiªn hay trong c«ng nghÖ xö lý n−íc, n−íc th¶i, qu¸ tr×nh hÊp phô x¶y ra rÊt phøc t¹p do sù cã mÆt ®ång thêi cña c¸c chÊt hÊp phô vµ chÊt bÞ hÊp phô. HÊp phô lµ do t−¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö trªn bÒ mÆt chÊt r¾n vµ chÊt tan nªn cã thÓ xÐt tíi c¸c qu¸ tr×nh sau: ” T¹o phøc chÊt trªn bÒ mÆt chÊt r¾n (chÊt hÊp phô): thñy ph©n c¸c nhãm chøc bÒ mÆt, t¹o liªn kÕt phøc chÊt trªn bÒ mÆt víi c¸c ion kim lo¹i hay víi c¸c phèi tö. ” T−¬ng t¸c tÜnh ®iÖn gi÷a bÒ mÆt chÊt r¾n víi c¸c ion mang ®iÖn tÝch cña m«i tr−êng víi kho¶ng c¸ch lín h¬n kho¶ng c¸ch cña liªn kÕt hãa häc. ” HÊp phô c¸c chÊt h÷u c¬ kh«ng ph©n cùc, c¸c ph©n tö trung hßa do t−¬ng t¸c hÊp phô vËt lý, t−¬ng t¸c Van der Waals. ” HÊp phô c¸c chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt do t−¬ng t¸c hÊp phô vËt lý vµ t−¬ng t¸c Van der Waals, chóng lµm gi¶m søc c¨ng bÒ mÆt ph©n c¸ch pha. ” HÊp phô c¸c chÊt polyme, c¸c chÊt ®a ®iÖn ly, axit humic, protein, c¸c h¹t keo (kÓ c¶ vi sinh) trªn chÊt hÊp phô r¾n. Cã rÊt nhiÒu ph−¬ng tr×nh kh¸c nhau ®−îc sö dông ®Ó m« t¶ qu¸ tr×nh c©n b»ng hÊp phô nh− ph−¬ng tr×nh Langmuir, Freundlich, … Qu¸ tr×nh hÊp phô ®−îc sö dông ®Ó t¸ch c¸c chÊt h÷u c¬ nh− phenol, alkylbenzen – sulphonic axit, thuèc nhuém, c¸c hîp chÊt th¬m tõ n−íc th¶i b»ng than ho¹t tÝnh. + Ph−¬ng ph¸p trung hoµ, ®iÒu chØnh pH Tr−íc khi ®−a sang thiÕt bÞ xö lý, dßng th¶i cÇn ®−îc ®iÒu chØnh pH tíi gi¸ trÞ thÝch hîp. Trung hßa cã thÓ thùc hiÖn b»ng trén dßng th¶i cã tÝnh axit víi dßng th¶i cã tÝnh kiÒm hoÆc sö dông c¸c ho¸ chÊt nh− H2SO4, HCl, NaOH, NaHCO3, Na2CO3... §iÒu chØnh pH th−êng kÕt hîp thùc hiÖn ë bÓ ®iÒu hoµ hay bÓ chøa n−íc th¶i T« ThÞ Hoμng YÕn 13 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT + Ph−¬ng ph¸p ®«ng keo tô §©y lµ ph−¬ng ph¸p th«ng dông ®Ó xö lý n−íc th¶i dÖt nhuém. Ng−êi ta dïng c¸c lo¹i phÌn nh«m, phÌn s¾t, hay hçn hîp cña hai lo¹i phÌn nµy hoÆc PAC cïng víi s÷a v«i vµ hydroxyt canxi Ca(OH)2 víi môc ®Ých khö mµu vµ mét phÇn COD. §Ó t¨ng qu¸ tr×nh t¹o b«ng vµ trî l¾ng, ng−êi ta th−êng bæ sung chÊt trî t¹o b«ng nh− polymer h÷u c¬. + Ph−¬ng ph¸p oxy ho¸ Do cÊu tróc ho¸ häc cña thuèc nhuém bÒn trong kh«ng khÝ nªn trong khö mµu n−íc th¶i dÖt nhuém b»ng ph−¬ng ph¸p oxy ho¸ ph¶i dïng c¸c chÊt oxy ho¸ m¹nh. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ®· chØ ra mét sè chÊt oxy ho¸ cã kh¶ n¨ng khö mµu tèt: ozone, t¸c nh©n Fenton (hydroperoxit kÕt hîp Fe (II)), tia cùc tÝm kÕt hîp oxit titan. HiÖu qu¶ xö lý cña ph−¬ng ph¸p nµy rÊt tèt tuy nhiªn chi phÝ cho ph−¬ng ph¸p xö lý nµy kh¸ cao. §Ó gi¶m chi phÝ xö lý trong nhiÒu tr−êng hîp ng−êi ta ¸p dông ph−¬ng ph¸p oxy hãa kh«ng hoµn toµn. Thuèc nhuém d− trong n−íc th¶i sÏ ®−îc oxy ho¸ ph©n hñy thµnh c¸c c¸c s¶n phÈm kh«ng cßn mang mµu, dÔ ph©n huû sinh häc h¬n ®Ó cã thÓ dÔ dµng xö lý trong c¸c b−íc tiÕp theo. + Ph−¬ng ph¸p mµng §©y lµ ph−¬ng ph¸p míi, hiÖn ®¹i, ®ang ®−îc ph¸t triÓn rÊt nhanh trong nhiÒu ngµnh kü thuËt trong ®ã cã xö lý n−íc th¶i. Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc øng dông trong xö lý n−íc th¶i ngµnh dÖt nhuém víi môc ®Ých thu håi ho¸ chÊt ®Ó t¸i sö dông l¹i nh− thu håi tinh bét, PVA, thuèc nhuém in®igo b»ng siªu läc ®ång thêi thu håi muèi vµ thuèc nhuém b»ng mµng thÈm thÊu ng−îc. Ph−¬ng ph¸p mµng cã −u ®iÓm t¸ch ®−îc c¸c chÊt cã ®é tinh khiÕt cao, tuy nhiªn do gi¸ thµnh thiÕt bÞ, chi phÝ vËn hµnh cao nªn ph¹m vi øng dông ch−a ®−îc réng r·i + Ph−¬ng ph¸p ®iÖn hãa: - Oxy hãa ®iÖn hãa: §−îc dïng ®Ó xö lý n−íc th¶i víi môc ®Ých ph©n hñy c¸c chÊt ®éc trong n−íc th¶i hoÆc thu håi cÆn quý trªn c¸c ®iÖn cùc anèt. C¸c qu¸ tr×nh nµy ®· ®−îc nghiªn cøu ®Ó lµm s¹ch n−íc th¶i khái c¸c t¹p chÊt xyanua, amin, alcol, aldehit, c¸c hîp chÊt nit¬, thuèc nhuém azo, sunfit, mecaptan… Trong qu¸ tr×nh oxy hãa ®iÖn hãa, c¸c chÊt h÷u c¬ trong n−íc bÞ oxi hãa t¹o T« ThÞ Hoμng YÕn 14 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT thµnh c¸c chÊt kh«ng ®éc vµ ®¬n gi¶n h¬n ®Ó cã thÓ t¸ch ra b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c. C¬ së cña ph−¬ng ph¸p lµ: trªn cùc d−¬ng (anot) c¸c ion cho ®iÖn tö nghÜa lµ ph¶n øng oxy hãa ®iÖn hãa x¶y ra, cßn trªn cùc ©m (catot) x¶y ra qu¸ tr×nh nhËn ®iÖn tö, nghÜa lµ ph¶n øng khö x¶y ra. Tuy nhiªn, nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy tiªu hao ®iÖn n¨ng lín. - Keo tô ®iÖn hãa: Bªn c¹nh ph−¬ng ph¸p keo tô ho¸ lý, ph−¬ng ph¸p keo tô ®iÖn ho¸ ®−îc øng dông ®Ó khö mµu ®èi víi c¸c chÊt g©y « nhiÔm cã ®é bÒn mµu cao. Nguyªn lý cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ trong thiÕt bÞ keo tô cã c¸c ®iÖn cùc cã dßng ®iÖn mét chiÒu, chÊt keo tô ®−îc t¹o thµnh “t¹i chç” tõ qu¸ tr×nh hoµ tan ®iÖn cùc kim lo¹i t¹o thµnh c¸c b«ng cÆn dÔ l¾ng. §èi víi ph−¬ng ph¸p nµy, ng−êi ta cã thÓ sö dông kÕt hîp c¶ phÌn nh«m vµ phÌn s¾t ®Ó khö mµu cña thuèc nhuém hoµn nguyªn, ho¹t tÝnh vµ ph©n t¸n. ChÊt keo tô còng cã thÓ t¹o thµnh tõ qu¸ tr×nh hoµ tan anot + Ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion: Dïng ®Ó t¸ch c¸c kim lo¹i vµ thu håi c¸c s¶n phÈm cã gi¸ trÞ. Qu¸ tr×nh trao ®æi ion lµ qu¸ tr×nh trong ®ã c¸c ion trªn bÒ mÆt pha r¾n cña chÊt trao ®æi ion trao ®æi víi c¸c ion cïng ®iÖn tÝch cña dung dÞch khi cho n−íc th¶i tiÕp xóc víi chÊt trao ®æi ion. C¸c chÊt trao ®æi ion gåm chÊt v« c¬ hoÆc h÷u c¬ cã nguån gèc tù nhiªn hay nh©n t¹o. Trong qu¸ tr×nh xö lý n−íc th¶i ngµnh dÖt nhuém ng−êi ta th−êng dïng nhùa cationit ®Ó t¸ch ion kim lo¹i trong n−íc th¶i b»ng ph¶n øng: mA + RmB ⇔ mRA + B A lµ chÊt trao ®æi ion (ionit) vµ RmB lµ dung dÞch cÇn trao ®æi II.3.3. Ph−¬ng ph¸p sinh häc Ph−¬ng ph¸p nµy dùa trªn kh¶ n¨ng lµm s¹ch mét sè chÊt « nhiÔm cã trong n−íc th¶i cña c¸c vi sinh vËt. Trong qu¸ tr×nh sèng, c¸c vi sinh vËt sö dông c¸c chÊt h÷u c¬, c¸c chÊt dinh d−ìng (N, P), mét sè chÊt kho¸ng vµ n¨ng l−îng ®Ó t¨ng tr−ëng vµ x©y dùng tÕ bµo míi. Nhê enzim do chóng tiÕt ra, vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng ph©n huû c¸c chÊt h÷u c¬ ®Ó t¹o ra n¨ng l−îng cho qu¸ tr×nh nµy. Nh− vËy, trong qu¸ tr×nh sinh tr−ëng vi sinh vËt ®· lµm s¹ch c¸c chÊt « nhiÔm T« ThÞ Hoμng YÕn 15 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT trong n−íc. §èi víi c¸c t¹p chÊt v« c¬ cã trong n−íc th¶i, ph−¬ng ph¸p xö lý sinh häc cã thÓ khö c¸c chÊt sulfit, muèi amon, nitrat. N−íc th¶i dÖt nhuém chøa c¶ thµnh phÇn h÷u c¬ cã kh¶ n¨ng ph©n huû sinh häc (hå tinh bét dïng trong hå v¶i, chÊt h÷u c¬ tõ n−íc th¶i sinh ho¹t) còng nh− c¸c thµnh phÇn khã ph©n hñy sinh häc (thuèc nhuém, dÇu kho¸ng, t¹p chÊt thiªn nhiªn tõ x¬ sîi). Trong mét sè tr−êng hîp n−íc th¶i dÖt nhuém cã thÓ chøa c¸c chÊt cã tÝnh ®éc ®èi víi vi sinh vËt nh− c¸c chÊt khö v« c¬, formaldehit, kim lo¹i nÆng, clo, v.v… Do ®ã tr−íc khi ®−a vµo xö lý sinh häc, n−íc th¶i cÇn ®−îc khö c¸c chÊt g©y ®éc vµ gi¶m tû lÖ c¸c chÊt khã ph©n huû sinh häc b»ng ph−¬ng ph¸p xö lý s¬ bé. C¸c ph−¬ng ph¸p sinh häc ®−îc ¸p dông cho xö lý n−íc th¶i c«ng nghiÖp dÖt nhuém hiÖn nay chñ yÕu lµ c¸c ph−¬ng ph¸p xö lý hiÕu khÝ nh− ph−¬ng ph¸p bïn ho¹t tÝnh, läc sinh häc, hå oxy ho¸. GÇn ®©y còng cã mét sè nghiªn cøu øng dông ph−¬ng ph¸p sinh häc yÕm khÝ ®Ó ph©n hñy c¸c chÊt h÷u c¬ khã ph©n hñy vµ mµu trong n−íc th¶i dÖt nhuém. * C¬ chÕ ph©n huû c¸c chÊt h÷u c¬ nhê vi sinh vËt C¬ chÕ qu¸ tr×nh ph©n hñy c¸c chÊt h÷u c¬ bao gåm c¸c qu¸ tr×nh: Oxi hãa (ph©n hñy) chÊt h÷u c¬, tæng hîp tÕ bµo (®ång hãa) vµ tù oxy hãa (h« hÊp néi bµo). Trong qu¸ tr×nh oxy hãa (ph©n hñy) chÊt h÷u c¬, vi sinh vËt sö dông oxy ®Ó chuyÓn hãa c¸c chÊt h÷u thµnh c¸c s¶n phÈm oxy hãa. Qu¸ tr×nh nµy sinh ra n¨ng l−îng vµ vi sinh vËt sö dông n¨ng l−îng nµy ®Ó tæng hîp tÕ bµo míi. Trong qu¸ tr×nh tæng hîp tÕ bµo (®ång hãa), vi sinh vËt sö dông chÊt h÷u c¬, oxy, c¸c chÊt dinh d−ìng N, P, vi l−îng vµ n¨ng l−îng tõ qu¸ tr×nh oxy hãa ®Ó tæng hîp nªn tÕ bµo míi. Bªn c¹nh qu¸ tr×nh tæng hîp tÕ bµo còng x¶y ra qu¸ tr×nh tù «xi hãa tÕ bµo (h« hÊp néi bµo). Ph−¬ng tr×nh hãa häc biÓu diÔn c¸c qu¸ tr×nh nh− sau: T« ThÞ Hoμng YÕn 16 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT C¸c s¶n phÈm cuèi cïng CO2, H2O, (NH4+)... Ph©n hñy ChÊt h÷u c¬ CxHyOz(N) Vi sinh vËt O2 Sinh tr−ëng Tù oxi ho¸ N, P CO2, H2O, NH4+ H×nh 3: C¬ chÕ lµm s¹ch chÊt h÷u c¬ nhê vi sinh vËt Oxy hãa (ph©n hñy) chÊt h÷u c¬: CxHyOz + (x + y/4 – z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O + ΔH Tæng hîp tÕ bµo (®ång hãa): n CxHyOz + n NH3 + n(x + y/4 –z/2 – 5) O2 → (C5H7NO2)n (vi sinh vËt) + n (x-5) CO2 + n/2 (y-4) H2O - ΔH Tù oxy hãa tÕ bµo (H« hÊp néi bµo): (C5H7NO2)n + 5n O2 → 5n CO2 + 2n H2O + n NH3 + ΔH * Qu¸ tr×nh ph©n huû c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong n−íc th¶i nhê vi sinh vËt bao gåm c¸c giai ®o¹n: Giai ®o¹n 1: c¸c hîp chÊt h÷u c¬ tiÕp xóc víi bÒ mÆt tÕ bµo. Giai ®o¹n 2: hÊp phô, khuyÕch t¸n c¸c chÊt h÷u c¬ qua mµng b¸n thÊm vµo trong tÕ bµo vi sinh vËt. Giai ®o¹n 3: chuyÓn ho¸ c¸c chÊt trong néi bµo ®Ó sinh ra n¨ng l−îng vµ tæng hîp c¸c vËt liÖu míi cho tÕ bµo vi sinh vËt. Giai ®o¹n 4: di chuyÓn c¸c s¶n phÈm oxy ho¸ tõ trong tÕ bµo ra bÒ mÆt tÕ bµo vi sinh vËt. Giai ®o¹n 5: di chuyÓn c¸c chÊt tõ bÒ mÆt tÕ bµo ra pha láng do khuyÕch t¸n vµ ®èi l−u. T« ThÞ Hoμng YÕn 17 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng tíi qu¸ tr×nh xö lý sinh häc hiÕu khÝ - Nång ®é «xy hoµ tan trong n−íc (DO): Nång ®é «xy hoµ tan trong bÓ xö lý thÊp sÏ t¹o ®iÒu kiÖn cho vi khuÈn d¹ng sîi ph¸t triÓn sinh ra hiÖn t−îng bïn khã l¾ng (bulking) lµm cho n−íc ra khái hÖ bÞ ®ôc, khã duy tr×, kiÓm so¸t ®−îc nång ®é bïn ho¹t tÝnh trong bÓ. DO qu¸ thÊp thËm chÝ lµm chÕt vi sinh vËt. Tuy nhiªn nÕu duy tr× nång ®é DO qu¸ cao tiªu hao n¨ng l−îng ®Ó sôc khÝ sÏ lín lµm t¨ng gi¸ thµnh xö lý. - C¸c chÊt dinh d−ìng vµ c¸c nguyªn tè vi l−îng: Ngoµi hai c¬ chÊt lµ nguån cacbon vµ oxy, ®Ó duy tr× qu¸ tr×nh sèng vi sinh vËt cßn cÇn c¸c chÊt dinh d−ìng N, P vµ mét sè chÊt kho¸ng nh− Ca, K, Mg, Zn, Mn, Fe, Co... ë møc ®é vi l−îng. - pH cña n−íc th¶i: b¶ng pH tèi −u cho xö lý vi sinh tõ 6,5 - 8,5. NÕu pH < 6,5 sÏ t¹o ®iÒu kiÖn cho nÊm vµ vi khuÈn d¹ng sîi ph¸t triÓn, ng¨n c¶n viÖc t¹o b«ng vµ lµm bïn khã l¾ng. NÕu pH > 8,5 tèc ®é trao ®æi chÊt sÏ bÞ chËm, cã thÓ ngõng do vi sinh vËt kh«ng thÓ ph¸t triÓn ë ®iÒu kiÖn pH nµy. - NhiÖt ®é: Khi nhiÖt ®é t¨ng qu¸ ng−ìng cã thÓ lµm vi sinh vËt bÞ chÕt, cßn nhiÖt ®é qu¸ thÊp tèc ®é lµm s¹ch bÞ gi¶m, qu¸ tr×nh thÝch nghi cña vi sinh vËt víi m«i tr−êng bÞ chËm, kh¶ n¨ng l¾ng bïn gi¶m. NhiÖt ®é n−íc th¶i cho xö lý sinh häc hiÕu khÝ tèt nhÊt th−êng trong kho¶ng 20 - 30oC. - Nång ®é cho phÐp cña chÊt bÈn h÷u c¬ trong n−íc th¶i. - Nång ®é c¸c chÊt ®éc h¹i. - Nång ®é c¸c kim lo¹i nÆng. - Nång ®é muèi v« c¬ trong n−íc th¶i. - Nång ®é c¸c chÊt l¬ löng. ë ViÖt Nam hiÖn nay ®Ó xö lý n−íc th¶i dÖt nhuém th−êng sö dông ph−¬ng ph¸p bïn ho¹t tÝnh tuÇn hoµn vµ hiÕu khÝ, kÞ khÝ kÕt hîp, läc sinh häc. * Ph−¬ng ph¸p bïn ho¹t tÝnh T¸c nh©n sinh häc trong qu¸ tr×nh xö lý n−íc th¶i b»ng ph−¬ng ph¸p bïn ho¹t tÝnh hiÕu khÝ chÝnh lµ c¸c vi sinh vËt cã mÆt trong bïn ho¹t tÝnh. Bïn ho¹t T« ThÞ Hoμng YÕn 18 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT tÝnh lµ tËp hîp c¸c vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng hÊp phô trªn bÒ mÆt vµ «xy ho¸ c¸c chÊt h÷u c¬ trong n−íc th¶i víi sù cã mÆt cña «xy. Bïn ho¹t tÝnh lµ mét hÖ sinh vËt phøc t¹p bao gåm: vi khuÈn, aetiponicer, nguyªn sinh vËt, nÊm, t¶o, vi rót. Trong ®ã vi khuÈn ®ãng vai trß quan träng nhÊt trong viÖc ph©n huû chÊt h÷u c¬ vµ lµ thµnh phÇn cÊu t¹o chñ yÕu cña bïn ho¹t tÝnh. Bïn ho¹t tÝnh d¹ng b«ng, mµu vµng n©u dÔ l¾ng. Cø 1 gam bïn ho¹t tÝnh kh« chøa tõ 108 - 1014 tÕ bµo víi kÝch th−íc 0,1 - 3 μm. Thµnh phÇn vi khuÈn cã trong bïn ho¹t tÝnh trong qu¸ tr×nh lµm s¹ch n−íc th¶i thay ®æi theo nhiÖt ®é vµ thµnh phÇn n−íc th¶i. B¶n chÊt cña c¸c chÊt h÷u c¬ cã trong n−íc th¶i sÏ quyÕt ®Þnh c¸c lo¹i vi khuÈn nµo cã trong bïn lµ chñ ®¹o H×nh 4: S¬ ®å bïn ho¹t tÝnh theo mÎ * Ph−¬ng ph¸p läc sinh häc Läc sinh häc (biofiltration) lµ mét c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn sù « nhiÔm míi. Nã bao gåm sù lo¹i bá vµ « xi hãa nh÷ng hîp chÊt khÝ bÞ nhiÔm bÈn nhê vi sinh vËt. Läc sinh häc cã thÓ xö lý nh÷ng ph©n tö khÝ h÷u c¬- nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬ bay h¬i ( Volatile Organic Compound- VOC's) hoÆc c¸c hîp chÊt cacbon, hay nh÷ng chÊt khÝ ®éc v« c¬- amoniac hay H2S. T« ThÞ Hoμng YÕn 19 505303073 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT - Nguyªn lý. Läc sinh häc sö dông vi sinh vËt ®Ó ph©n hñy nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬ (hoÆc biÕn ®æi nh÷ng hîp chÊt v« c¬) thµnh cac-bon-nic, n−íc vµ muèi. Khi hÖ thèng läc sinh häc ®−îc l¾p ®Æt, vi sinh vËt ®· cã s½n trong nguyªn liÖu mµ ë ®ã nã ®−îc sö dông nh− mét líp läc. Trong c¸c phßng thÝ nghiÖm, víi môc ®Ých t¨ng c−êng tèc ®é ph©n hñy, vi sinh vËt ®−îc c©n nh¾c ®Õn ®Çu tiªn lµ hiÖu qu¶ cña chóng trong viÖc ph©n hñy cña nguyªn liÖu ®−îc nghiªn cøu. Nguyªn liÖu läc th−êng lµ than bïn, ®Êt, ph©n compèt hay c©y th¹ch nam, tuy nhiªn than cacbon ®· ®−îc ho¹t hãa vµ polysterene còng cã thÓ ®−îc sö dông. Sù lùa chän nguyªn liÖu läc lµ v« cïng quan träng bëi v× nã ph¶i cung cÊp cho vi sinh vËt dinh d−ìng, sù ph¸t triÓn vÒ mÆt sinh häc, vµ cã dung tÝch hÊp thô tèt. Qu¸ tr×nh sinh häc lµ mét sù « xi hãa nhê vi sinh vËt, vµ cã thÓ ®−îc viÕt nh− sau: Hîp chÊt g©y « nhiÔm + Oxi -> CO2+ H2O + nhiÖt + sinh khèi Vi sinh vËt sèng trong líp mµng sinh häc Èm, máng, n¬i ®−îc bao bäc xung quanh c¸c phÇn tö cña nguyªn liÖu läc. KhÝ bÈn ®−îc khuyÕch t¸n trong hÖ thèng läc vµ ®−îc hÊp thô bªn trªn mµng sinh häc. Thùc tÕ ®©y lµ vÞ trÝ mµ qu¸ tr×nh « xi hãa ®−îc thùc hiÖn. C¸c chÊt bÈn kh«ng ®−îc lu©n chuyÓn cè ®Þnh ®Õn nguyªn liÖu läc. H×nh 5: S¬ ®å läc sinh häc T« ThÞ Hoμng YÕn 20 505303073