Nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm công suất 1000 m3/ngày

Đồ án môn học Xử lý nước thải ngành dệt nhuộm BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG TRƢỜNG CAO ĐẲNG TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG TP.HCM KHOA MÔI TRƢỜNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM CÔNG SUẤT 1000 M 3 /NGÀY GVHD : NGUYỄN ĐINH TUẤN SVTH : NGUYỄN THỊ ANH TP.HCM, 1/2011 SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 2 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................................3 CHƢƠNG I ..............................................................................................................................4 1.1. KHÁI QUÁT VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM ........................................................4 1.1.1. Các quy trình cơ bản trong công nghệ dệt nhuộm ...................................4 1.1.2. Các loại thuốc nhuộm thƣờng dùng trong ngành dệt nhuộm ................7 1.2. THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH CỦA NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM .........9 1.3. TÁC ĐỘNG Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG ........................................................ 11 CHƢƠNG II ......................................................................................................................... 13 2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÍ NƢỚC THẢI................. 13 .................................................................... 13 .................................................... 14 2.1.3. Xử lý bằng phƣơng pháp sinh học ................................................................ 17 2.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM ............................................................................................................................ 18 2.2.1. Công nghệ xử lí nƣớc thải dệt nhuộm trong nƣớc .................................... 18 2.2.2. Công nghệ xử lý nƣớc thải dệt nhuộm trên thế giới ................................. 21 CHƢƠNG III ....................................................................................................................... 24 3.1. ........................................................................ 24 .................................................. 24 3.1.2. Đề xuất công nghệ ............................................................................................ 26 3.2. TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ ............................................................... 30 3.2.1. Xác định các thông số tính toán .................................................................... 30 3.2.2. Bể aeroten........................................................................................................... 31 SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 3 LỜI MỞ ĐẦU Vấn đề bảo vệ và sử dụng hợp lý tài nguyên nước liên quan mật thiết với các biện pháp tổng hợp về chống ô nhiễm nguồn nước do nước thải công nghiệp dệt nhuộm gây ra. Một trong những biện pháp đó là phải xử lý nước thải trước khi chúng được hòa vào nguồn nước mặt tự nhiên. Để lựa chọn được một phương pháp cần phải có những hiểu biết chung về môi trường và những kiến thức về các nguyên lý cơ bản cũng như công nghệ của phương pháp đó. Trên cơ sở đó mới có thể đưa ra giải pháp phù hợp. Tuy nhiên, xuất phát từ yêu cầu của sự phát triển thân thiện, hài hòa với môi trường và những ưu điểm nổi trội của phương pháp sinh học và sử dụng nó vào công đoạn nào khi đưa ra một phương án cụ thể cho việc xử lý ô nhiễm môi trường nước. Đồng nghĩa với việc tạo ra nhiều loại mặt hàng, mẫu mã phong phú cũng chính là thải ra một lượng lớn nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao vượt quá tiêu chuẩn cho phép, nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường, làm mất cân bằng sinh thái, làm mất cảnh quan môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. Do đó việc xử lý nước thải là một yêu cầu rất cần thiết đòi hỏi chúng ta phải quan tâm. Đồ án được thực hiện nhằm mục đích đề xuất hệ thống xử lý nước thải công nhiệp dệt nhuộm với lưu lượng là 1000 m3/ngđ đạt tiêu chuẩn xả thải, hạn chế việc tác động đến môi trường. Rất mong nhận được những nhận xét, góp ý của thầy cô để kiến thức của em hoàn thiện hơn. SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 4 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM 1.1. KHÁI QUÁT VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dệt nhuộm đã góp một phần lớn vào sự phát triển kinh tế chung của nước ta. Ngành công nghiệp dệt nhuộm đã đáp ứng nhu cầu lớn trong nước và còn thu được một lượng ngoại tệ lớn nhờ xuất khẩu. Mặt khác, ngành dệt nhuộm còn giải quyết việc làm cho một số lượng lớn lao động. Hiện nay công nghiệp dệt nhuộm đã trở thành một ngành mũi nhọn trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội của nước ta, đã và đang được sự quan tâm mạnh mẽ của Nhà nước. Ở nước ta hiện nay ngoài các cơ sở, nhà máy dệt nhuộm lớn thì các làng nghề truyền thống cũng đang phát triển mạnh mẽ. Song cùng với sự phát triển này là những quá trình phát sinh trong sản xuất. Đây luôn là vấn đề khiến cho các nhà quản lí và các nhà khoa học quan tâm. Hàng năm ngành dệt nhuộm sử dụng một lượng lớn nước để sản xuất sau đó thải ra môi trường khi chưa được xử lí hoặc đã xử lí nhưng chưa đạt tiêu chuẩn môi trường. Do vậy việc xử lí nước thải của nhà máy dệt nhuộm ngày càng trở thành vấn đề cấp thiết. 1.1.1. Các quy trình cơ bản trong công nghệ dệt nhuộm Thông thường công nghệ dệt nhuộm gồm 3 quá trình cơ bản: kéo sợi, dệt vải và xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải. Trong đó được chia thành các công đoạn sau: - Làm sạch nguyên liệu: nguyên liệu bông thô được đánh tung, làm sạch và trộn đều. Sau quá trình làm sạch bông được thu dưới dạng các tấm phẳng đều. - Chải: các sợi bông được chải song song và tạo thành các sợi thô. - Kéo sợi, đánh bóng, mắc sợi: tiếp tục kéo thô tại các máy sợi con để giảm kích thước sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống sợi thích hợp cho việc dệt vải. Tiếp tục mắc sợi là dồn qua các quả ống để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi. - Hồ sợi dọc: hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hố bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi để có thể tiến hành dệt vải - Dệt vải: kết hợp sợi ngang với sợi dọc đã mắc thành hình tấm vải mộc. - Giũ hồ: tách các thành phần của hồ bám trên vải mộc bằng phương pháp enzym (1% enzym, muối và các chất ngấm) hoặc axit ( dung dịch H2SO4 0.5%). SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 5 Vải sau khi giũ hồ được giặt bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa sang nấu tẩy. - Nấu vải: loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên như dầu mỡ, sáp...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 – 130 0 C. Sau đó vải được giặt nhiều lần. - Làm bóng vải: làm cho sợi cotton trương nở, làm tăng kích thước các mao quản làm cho xơ sợi trở nên xốp hơn, dễ thấm nước hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm. - Tẩy trắng: mục đích tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các vết bẩn. Các chất tẩy thường dùng là natri clorit NaClO2, natri hypoclorit NaOCl hoặc hydro peroxyte H2O2 cùng với các chất phụ trợ. - Nhuộm vải hoàn thiện: mục đích tạo màu sắc khác nhau của vải.Thường sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các hợp chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu của vải. In hoa là tạo ra các vân hoa có một hoặc nhiều màu trên nền vải trắng hoặc vải màu. Sau khi nhuộm và in, vải được giặt lạnh nhiều lần. Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải và các hóa chất sẽ đi vào nước thải. Văng khổ, hoàn tất vải với mục đích ổn định kích thước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử dụng một số hóa chất chống màu, chất làm mềm và hóa chất như metylic, axit axetic, formaldehit. SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 6 Chuẩn bị sợi nguyên liệu Hồ sợi Chuẩn bị nhuộm: rũ hồ, nấu tẩy Làm bóng Dệt vải Nhuộm In bông Cầm màu Đóng kiện Giặt tẩy Hồ văng Co ủi Kiểm gấp Cào lông Hình 1 : Sơ đồ quy trình công nghệ dệt nhuộm SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 7 1.1.2. Các loại thuốc nhuộm thƣờng dùng trong ngành dệt nhuộm a. Thuốc nhuộm hòa tan trong nước: 1) Thuốc nhuộm trực tiếp Thuốc nhuộm trực tiếp hòa tan trong nước, nhưng ở nhiệt độ nhỏ hơn 25 0C khó hòa tan hơn. Khi nhuộm hoặc in hoa, thuốc nhuộm trực tiếp bắt màu thẳng vào vật liệu không phải qua khâu xử lí trung gian, thường sử dụng để nhuộm các loại vật liệu từ xenlulo như: vải sợi bông, lụa vixco, đay, gai... 2) Thuốc nhuộm axit Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là R- SO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu. Thuốc nhuộm axit dùng để nhuộm và in hoa những loại xơ sợi và vật liệu cấu tạo từ protein như: len, lụa tơ tằm, lông thú, da thuộc và xơ tổng hợp họ polyamid. Thuốc nhuộm axit gồm 3 loại: - Thuốc nhuộm axit thông thường. - Thuốc nhuộm axit cầm màu. - Thuốc nhuộm axit chứa kim loại. 3) Thuốc nhuộm hoạt tính Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là S- Ar-T-X. Trong đó: S là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan; Ar là gốc thuốc nhuộm, thường là các hợp chất Azo (-N=N-), antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin; T là gốc mang nguyên tử phản ứng; X là nguyên tử phản ứng. Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi có khả năng tạo thành các amin thơm được xem là tác nhân gây ung thư. 4) Thuốc nhuộm bazơ – cation Thuốc nhuộm bazơ khi hòa tan trong nước chúng phân ly thành các phần mang màu tích điện dương. Tuy được tổng hợp từ các gốc màu khác nhau nhưng tất cả thuốc nhuộm bazơ đều hòa tan tốt trong nước, có cường độ màu và độ tươi rất cao. SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 8 Thuốc nhuộm cation là một loại thuốc nhuộm bazơ đặc biệt được sản xuất về sau. Chúng có đặc điểm như thuốc nhuộm bazơ, chỉ khác là chúng bắt màu mạnh vào xơ polyacrylnitril và chỉ dùng cho thuốc nhuộm in hoa các loại vải, hàng dệt kim từ loại xơ này. Chúng bắt màu tốt ở nhiệt độ 90 – 100oC. b. Thuốc nhuộm không tan trong nước 1) Thuốc nhuộm hoàn nguyên Là những hợp chất màu hữu cơ không tan trong nước, được sử dụng chủ yếu để nhuộm các chế phẩm từ xenlulo. Thuốc nhuộm hoàn nguyên bao gồm 2 loại hợp chất hữu cơ: - Hợp chất kiểu indigo (xanh chàm). - Các hợp chất thơm đa vòng gồm nhiều phân nhóm. 2) Thuốc nhuộm lưu huỳnh Là những hợp chất màu không tan trong nước và một số dung môi hữu cơ, dưới tác dụng của các chất khử nó chuyển về dạng axit, tan trong môi trường kiềm tạo dạng bazơ dễ phân bị hủy và oxy hóa về màu. Thuốc nhuộm lưu huỳnh có chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, zin...trong đó có cầu nối –S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và viscose. 3) Thuốc nhuộm phân tán Nhóm thuốc nhuộm này có cấu tạo phân tử từ gốc azo và antraquinon và nhóm amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm các loại sợi tổng hợp (sợi axetat, sợi polieste...) không ưa nước. 4) Thuốc nhuộm Pigment Là những chất màu không hòa tan trong nước, dung môi hữu cơ, không có ái lực với xơ sợi và các vật liệu khác. Thuốc in, nhuộm pigment có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxianin, dẫn xuất của antraquinon... 5) Thuốc nhuộm azo không tan Trong phân tử của chúng có chứa nhóm mang màu azo (-N = N-) nhưng không chứa các nhóm có tính tan (- SO3Na, - COONa) nên chúng không tan trong nước. Thuốc nhuộm azo đượcdùng nhiều để nhuộm nền và in hoa theo kiểu in phá gắn màu nhưng không bền dưới tác dụng của ánh sáng. SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 9 1.2. THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH CỦA NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM Nước thải công nghiệp dệt nhuộm có rất đa dạng và phức tạp. Theo tính toán từ các loại hóa chất sử dụng như: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo môi trường, tinh bột, men, chất oxy hóa…đã có hàng trăm loại hóa chất đặc trưng như các chất hòa tan và các kim loại nặng. Nước thải tẩy giặt có pH dao động khá lớn từ 9 – 12, hàm lượng chất hữu cơ cao (COD = 1000 – 3000 mg/l) do thành phần các chất tẩy gây nên. Độ màu của nước thải khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể lên đến 10.000 Pt-Co, hàm lượng cặn lơ lửng SS có thể đạt đến trị số 2000 mg/l, nồng độ này giảm dần ở cuối chu kỳ xả và giặt. Thành phần chủ yếu của nước thải bao gồm: thuốc nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, các chất oxy hóa, cellulose, xáp, xút, chất điện ly… Còn thành phần nước thải nhuộm thường không ổn định và đa dạng, thay đổi ngay trong từng nhà máy khi nhuộm các loại vải khác nhau, thậm chí ngay cả khi cùng một loại vải với loại thuốc nhuộm khác nhau. Môi trường nhuộm có thể là acid hoặc kiềm, hoặc trung tính. Phần lớn hiệu quả hấp thụ thuốc nhuộm của vải chỉ đạt 60 – 70%, 30 – 40% các phẩm nhuộm thừa còn lại ở dạng nguyên thủy hoặc một số đã bị phân hủy ở dạng khác, ngoài ra một số các chất điện ly, chất hoạt động bề mặt, chất tạo môi trường…cũng tồn tại trong thành phần loại nước thải này. Đó là nguyên nhân gây ra độ màu rất cao của nước thải dệt nhuộm. Nhìn chung, thành phần phẩm nhuộm thường chứa các gốc như: R-SO3Na, R- SO3H, N-OH, R-NH2, R-Cl… pH nước thải thay đổi từ 2 – 14, độ màu rất cao đôi khi lên đến 50.000 Pt-Co, hàm lượng COD thay đổi từ 80 – 18000 mg/l. Tùy theo từng loại phẩm nhuộm (phân tán hay trực tiếp, hoạt tính…) mà ảnh hưởng đến tính chất nước thải, riêng trường hợp sử dụng phẩm nhuộm phân tán, đối với một số mẫu nhất định nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng thấp, nước trong suốt, độ màu không đáng kể, đa số cặn không tan lắng được. Ngoài ra, thành phần nước thải chứa các nhóm hòa tan như: acid axetic, formic, chất oxy hóa (NaClO, H2O2), phẩm nhuộm trực tiếp, crom, hoạt tính, acid, bazơ, chất tẩy giặt, chất khử…và các nhóm không tan là: phẩm nhuộm azo, aniline black, naphtine, phẩm nhuộm phân tán, tinh bột… Mặt khác, thành phần và tính chất nước thải thay đổi liên tục trong ngày dẫn đến độ màu, hàm lượng chất hữu cơ, độ pH, hàm lượng cặn đều không ổn định. SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 10 Bảng 1.1 Nồng độ của các thành phần trong nước thải dệt nhuộm: Thành phần Đặc điểm pH 2 - 14 COD (mg/l) 60 - 5000 BOD (mg/l) 20 - 3000 PO4 3- (mg/l) 10 - 1800 SO4 2- (mg/l) < 5 Độ màu (Pt – Co) 40 – 5000 Q (m 3/tấn sp) 4 - 4000 Bảng1.2: Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt - nhuộm Công đoạn Chất ô nhiễm trong nƣớc thải Đặc tính của nƣớc thải Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucozo, carboxy metyl xelulozo, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp. BOD cao (34-50% tổng sản lượng BOD). Nấu, tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda, silicat natri và xo sợi vụn. Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30% tổng BOD). Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH, AOX, axit… Độ kiềm cao, chiếm 5%BOD. Làm bóng NaOH, tạp chất. Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1% tổng BOD). Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axitaxetic và các muối kim loại. Độ màu rất cao, BOD khá cao (6% tổng BOD), TS cao. In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, Độ màu cao, BOD cao và dầu SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 11 Công đoạn Chất ô nhiễm trong nƣớc thải Đặc tính của nƣớc thải muối kim loại,axit… mỡ. Hoàn thiện Vệt tinh bột, mỡ động vật, muối. Kiềm nhẹ, BOD thấp, lượng nhỏ. Trong ngành công nghiệp dệt nhuộm, nước thải nhuộm gồm 3 loại chính:  Nước thải phẩm nhuộm hoạt tính.  Nước thải phẩm nhuộm sunfua.  Nước thải tẩy. Thành phần tính chất nước thải nhuộm được trình bày theo bảng sau: Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Nƣớc thải hoạt tính Nƣớc thải sunfua Nƣớc thải tẩy pH COD BOD5 N tổng P tổng SS Màu Độ đục mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Pt-Co FAU 10-11 450-1.500 200-800 5-15 0.7-3 - 7.000-50.000 140-1.500 >11 10.000-40.000 2.000-10.000 100-1.000 7-30 - 10.000-50.000 8.000-200.000 >12 9.000-30.000 4.000-17.000 200-1.000 10-30 - 500-2.000 1.000-5.000 1.3. TÁC ĐỘNG Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG Nước thải công nghiệp dệt nhuộm gây ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường sống, độ màu, pH, TS, BOD, COD, – SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 12 – 3000 m3 SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 13 CHƢƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÍ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM 2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÍ NƢỚC THẢI Nước thải dệt nhuộm có đặc điểm là tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng, độ màu, BOD, COD cao. Do đặc thù của công nghệ, việc lựa chọn các phương pháp xử lí thích hợp phải dựa vào nhiều yếu tố như lưu lượng nước thải, đặc tính nước thải, hàm lượng các chất ô nhiễm, tiêu chuẩn thải...Có thể dựa theo các phương pháp sau: 2.1.1. Tách các tạp chất vô cơ và hữu cơ có trong nước thải. Công trình xử lí cơ học bao gồm: a. Song chắn rác Nhiệm vụ giữ cặn rác thô như giẻ rách, lá cây, nhựa, gỗ...ra khỏi nước thải. Nhằm bảo vệ bơm, van , đường ống, cánh khuấy. Song làm bằng sắt tròn hoặc vuông (sắt tròn có = 8 – 18mm), thanh nọ cách thanh kia một khoảng bằng 60 – 100mm để chắn vật thô và 10 – 25mm để chắn vật nhỏ hơn, đặt nghiêng theo dòng chảy 1 góc 60 – 90o. b. Lưới chắn rác Để xử lí sơ bộ, thu hồi các sản phẩm quý ở dạng chất không tan trong nước thải, các chất bị giữ lại như sợi, len, lông động vật. Lưới lọc phân biệt thành 2 loại phẳng và loại trụ. Theo phương pháp làm sạch thì phân loại thành loại khô và ướt. c. Bể lắng Là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan khỏi nước thải. Bể lắng có cấu tạo mặt bằng là hình chữ nhật hay hình tròn, được thiết kế để loại bỏ các hạt cặn bằng trọng lực. Phân loại: bể lắng đứng, bể lắng ngang, bể lắng trong, bể lắng tầng mỏng. d. Bể điều hòa Công dụng điều hòa lưu lượng và điều hòa nồng độ. Giảm các chất độc hại đi vào công trình xử lí sinh học. Trung hòa pH phù hợp cho hoạt động của vi sinh vật. Bể điều hòa được phân loại như sau: - Bể điều hòa lưu lượng. SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 14 - Bể điều hòa nồng độ. - Bể điều hòa cả nồng độ và lưu lượng.  Hiệu quả của phương pháp xử lý cơ học: Có thể loại bỏ được đến 60% tạp chất không tan trong nước thải và giảm BOD đến 30% . Để tăng hiệu suất công tác của các công trình xử lý cơ học có thể dùng biện pháp làm thoáng sơ bộ, hiệu quả xử lý có thể đạt 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40 – 50% theo BOD. 2.1.2. Mục đích của phương pháp này là sử dụng các hóa chất và các vật liệu để khử các chất độc hại trong nước thải. Xử lí hóa học bao gồm các phương pháp như đông tụ, keo tụ, hấp phụ, dùng các chất oxy hóa để khử màu, hoặc dùng axit hay bazơ để trung hòa nước thải trước khi đổ ra nguồn. a. Phương pháp trung hòa Trung hòa các loại nước thải có chứa axit hoặc kiềm. Các hóa chất dùng để trung hòa nước thải có tính axit (vôi sữa 5 – 8%), NaOH, Na2CO3, NH4OH, Mg(OH)2), nước thải có tính kiềm (H2SO4, HCl). Có thể trung hòa theo mẻ hoặc trung hòa liên tục. b. Phương pháp trích ly Trích ly pha lỏng được ứng dụng để làm sạch nước thải chứa phenol, dầu, axit hữu cơ, các ion kim loại... Phương pháp này được ứng dụng khi nồng độ chất thải lớn hơn 3 – 4g/l, vì khi đó giá trị chất thu hồi mới bù đắp chi phí cho quá trình trích ly. Làm sạch nước bằng trích ly gồm 3 giai đoạn - Trộn mạnh nước thải với chất trích ly (dung môi hữu cơ) trong điều kiện bề mặt tiếp xúc phát triển giữa các chất lỏng hình thành 2 pha lỏng, một pha là chất trích ly với chất được trích ly, một pha là nước thải với chất trích ly. -Phân riêng hai pha lỏng nói trên. - Tái sinh chất trích ly. Để giảm nồng độ chất tan thấp hơn giới hạn cho phép cần phải chọn đúng chất trích ly và vận tốc của nó khi cho vào nước thải. c. Tạo bông và keo tụ: SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 15 Qúa trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt nhằm tăng vận tốc lắng của chúng. Qúa trình trung hòa điện tích gọi là quá trình đông tụ, còn quá trình tạo thành các hạt bông lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ. Phương pháp này loại bỏ một phần hay toàn bộ các chất lơ lửng, một số chất hòa tan. Các loại phèn thường dùng như phèn nhôm [ Al2(SO4)3].nH2O hay phèn sắt [Fe2(SO4)3].nH2O cùng với sữa vôi Ca(OH)2, PAC( Poly Aluminum chloiride – [Al2(OH)nCl6…n]m… Khi dùng phương pháp này cần điều chỉnh pH, vì pH ảnh hưởng lớn đến khả năng keo tụ. Các chất keo tụ khác nhau cho hiệu quả ở pH khác nhau. Với phèn sắt ở pH = 10 cho hiệu quả cao nhất, phèn nhôm ở pH = 5 – 6 là tốt nhất. nước thải dệt nhuộm thường có pH > 7. Để tăng hiệu quả của quá trình tạo bông keo tụ và tăng tốc độ lắng cũng như tăng độ nén của các bông keo thì trong quá trình keo tụ, người ta thường bổ sung các chất trợ keo tụ, còn gọi là polyme kết bông. Tính hiệu quả cao thể hiện ở chỗ chỉ cần một lượng nhỏ polyme (vài phần triệu) vào nước đục, nó kết các hạt không tan lơ lửng thành khối riêng biệt và nước trở nên trong. Cơ chế của quá trình kết bông là sự trung hòa điện tích của các hạt lơ lửng nhờ tích điện trái dấu của polyme trong dung dịch. Ưu điểm: Phương pháp này ứng dụng để khử màu và làm giảm lượng BOD đáng kể. Nhược điểm: Phương pháp này sinh ra lượng bùn lớn (0.5 – 2.5 kgTS/m3 nước thải xử lý). d. Oxy hóa khử  Sử dụng Clo: Dùng khí Clo là phương pháp kinh tế nhất để xử lí nước thải dệt nhuộm. Xử lí vi sinh tiếp theo sẽ làm giảm đáng kể tải lượng COD và độ độc. Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng: Cl2 + H2O = HOCl + HCl HOCl H + + OCl - Tổng clo, HOCl và OCl - được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính. SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 16 Các nguồn cung cấp clo hoạt tính còn có clorat canxi (CaOCl2), hypoclorit, clorat, dioxyt clo, clorat canxi được nhận theo phản ứng: Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O Lượng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là 10 g/m3 đối với nước thải sau xử lí cơ học, 5 g/m3 sau xử lí sinh học hoàn toàn.  Sử dụng Peoxit: Xử lí nước thải dệt nhuộm bằng H2O2 (hydropeoxit) trong môi trường axit với xúc tác muối Fe(II) thì gốc hydroxyl (OH-) trung gian được tạo ra có thể oxy hóa cao hơn cả ozon. Các sản phẩm cuối cùng là nước và oxy vô hại đối với môi trường. Để hoàn thành phản ứng, trung hòa nước thải bằng xút hay vôi tôi, kết tủa tạo thành được tách ra trong bể lắng.  Điện phân: Nước thải dệt nhuộm sau khi được đưa vào 1 – 30 g/l muối NaCl cho chảy vào bình điện phân, sử dụng dòng điện một chiều dẫn đến hình thành các tác nhân oxy hóa như ozon, natrihypoclorit, clodioxit và gốc hydroxyl. Những chất này khử màu nước thải và tác động lên các chất trong nước thải, biến chúng thành CO2 và H2O. Tuy nhiên, quá trình này cũng tạo ra các hợp chất clo hữu cơ trong các phản ứng phụ.  Sử dụng Ozon: Sử dụng khí Ozon để xử lý nứơc thải là một trong những phưong pháp hiện đại nhưng đòi hỏi chi phí kỹ thuật và giá thành cao. Hiện tại phương pháp này chưa đựơc sử dụng nhiều như các phương pháp khác. Hiệu quả khử màu bằng Ozon cao hơn Clo hay Peoxit. Vì Ozon không chỉ oxy hoá thuốc nhuộm mà còn oxy hoá các hợp chất hữu cơ khác, do đó đối với nước thải có tải lượng hữu cơ lớn thì phải dùng một lượng khá lớn Ozon mới đủ để khử màu. Như vậy, làmcho giá thành đầu tư, vận hành ca. Trong các trưòng hợp xử lý với Ozon, nếu là công đoạn cuối cùng, ví dụ như dùng để tiệt trùng sau xử lý vi sinh thì lại rất cần thiết vì chỉ cần dùng rất ít mà hiệu quả lại cao. Tuy nhiên cũng có những trưòng hợp sau khi xử lý Ozon, nứơc trở nên đục và khi đó lại cần phải có thiế t bị lắng để loại bỏ kết tủa trứơc khi nước được đổ ra môi trường. e. Phương pháp hấp phụ Phương pháp hấp phụ thường được dùng để xử lý các chất không có khả năng phân hủy sinh học. Trong thuốc nhuộm có rất nhiều vi sinh vật không thể phân hủy ngay được, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ có cấu tạo nhân thơm. Vì vậy, để khử màu cho thuốc nhuộm, tốt nhất vẫn là dùng chất hấp phụ. Các chất hấp phụ thường dùng như than hoạt tính, bentonit (đất sét biến tính), than nâu...Trong đó, than hoạt tính là chất hấp phụ được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả, nó có bề mặt riêng lớn (400 – 1500m2/g). Tuy nhiên, thời gian và tốc độ hấp phụ SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 17 phụ thuộc vào nồng độ, bản chất, cấu trúc của chất tan, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, loại chất hấp phụ và chất cần hấp phụ. Nhược điểm của việc dùng than hoạt tính là giá thành cao và khó lắng nếu là than bột, vì vậy nên dùng kết hợp than với các chất tạo bông và keo tụ. Có thể tái sinh để sử dụng lại than hoạt tính bằng cách nung trong điều kiện yếm khí. 2.1.3. Xử lý bằng phƣơng pháp sinh học Bằng phương pháp sinh học yếm khí và hiếu khí đều có thể xử lý được thuốc nhuộm. Tuy nhiên quá trình đòi hỏi rất tốn thời gian. Tốt nhất là phải loại sơ bộ chất màu bằng các phương pháp hóa học, hóa lý (hấp phụ). Phương pháp này dựa trên cơ sở hoạt động phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải của các vi sinh vật. Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình phát triển, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản. Phương pháp này được sử dụng để xử lý hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải. Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã qua xử lý sơ bộ qua các công trình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý. Quá trình sinh học gồm các bước - Chuyển các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và các vỏ tế bào vi sinh. - Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải. - Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng. Chất nhiễm bẩn trong nước thải dệt nhuộm phần lớn là những chất có khả năng phân hủy sinh học. Thường nước thải dệt nhuộm thiếu nguồn N và P dinh dưỡng. Khi xử lý hiếu khí cần cân bằng dinh dưỡng theo tỷ lệ BOD5: N: P = 100: 5: 1 hoặc trộn nước thải dệt nhuộm với nước thải sinh hoạt để các chất dinh dưỡng trong hỗn hợp cân đối hơn. Các công trình sinh học như: lọc sinh học, bùn hoạt tính, hồ sinh học hay kết hợp xử lý sinh học nhiều bậc... SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 18 2.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM 2.2.1. Công nghệ xử lí nƣớc thải dệt nhuộm trong nƣớc a. Quy trình công nghệ tổng quát xử lí nước thải nhuộm vải Bể tạo bông Bể lắng Nguồn tiếp nhận Bể trộn Bể lọc sinh học kỵ khí Máy ép bùn Bồn khuấy nhanh aerotank Bể lắng Nước thải nhuộm hoạt tính Bồn khuấy nhanh Bể tạo bông Bể lắng Nước thải nhuộm sufat Bồn khuấy nhanh Bể tạo bông Bể lắng Nước thải tẩy Bồn hạ pH Bể lắng SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 19 Trong công nghệ này, nước thải nhuộm ở các công đoạn sẽ được thu gom và xử lý sơ bộ riêng: - Nước thải hoạt tính được tiến hành keo tụ bằng phèn sắt với pH là 10-10.5, hiệu quả khử COD là 60-85%. - Nước thải sunfua keo tụ ở pH khoảng 3, hiệu quả khử COD khoảng 70%. - Nước thải tẩy được tiến hành trung hòa nhằm đưa pH về 6.5. Khi đó H2O2 sẽ bị phân hủy thành O2 bay lên gây ra bọt đồng thời hồ sẽ được tách ra khỏi nước. Sau đó, nước tẩy sẽ được đưa vào bể trộn cùng với nước sau lắng của nước thải hoạt tính và nước thải sunfua. Bể trộn đóng vai trò điều hòa chất lượng nước thải, vừa là nơi hiệu chỉnh pH cho quá trình lọc sinh học kỵ khí tiếp theo. Ở bể lọc kỵ khí, chất hữu cơ một phần sẽ bị phân hủy thành khí biogas hoặc chuyển hóa thành những hợp chất dễ phân hủy hơn và sẽ được tiếp tục oxy hóa sinh học trong bể aerotank. Nước thải sau xử lý sinh học vẫn chưa đạt tiêu chuẩn nên phải tiến hành xử lý bậc cao bằng phương pháp keo tụ. Phần bùn thải ra từ các bể lắng được đưa vào máy ép bùn, nước tách từ bùn được đưa trở lại bể trộn, bùn sau ép được đưa đi chôn lấp. SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 20 Hóa chất Nước thải Song chắn rác Bể điều hòa Bể tuyển nổi Bể lọc sinh học Bể chứa Bể lọc áp lực Nguồn tiếp nhận b. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm đang được áp dụng: Mô tả tóm tắt công nghệ thiết bị Nước thải trước tiên theo cống thu gom, qua song chắn rác chảy vào bể điều hòa. Sau khi tập trung tại bể điều hòa, nước thải được bơm lên bể tuyển nổi. Trên ống dẫn vào bể tuyển nổi có 03 đường hóa chất châm vào là dung dịch trung hòa, dung dịch phản ứng và dung dịch trợ lắng. Quá trình xử lý trong bể tuyển nổi được thực hiện bằng cách hòa tan trong nước những bọt khí nhỏ, các bọt khí này bám vào các hạt cặn làm cho tỷ trọng tổ hợp cặn khí giảm, lực đẩy nổi xuất hiện. Khi lực đẩy nổi đủ lớn, hỗn hợp cặn - khí nổi lên mặt nước và được gạt ra ngoài bằng tấm gạt cao su gắn phía trên bể. Bên cạnh đó bể tuyển nổi còn thực hiện chức năng lắng. Do nước thải vào bể đã được hòa trộn với các chất tạo pH, chất keo tụ nên trong bể tuyển nổi còn xảy ra quá trình keo tụ. Trên bể tuyển nổi có sử dụng một môtơ khuấy với tốc độ thích hợp để kích thích quá trình tạo bông. Các hạt bùn keo tụ tạo ra có tỷ trọng lớn lắng xuống đáy bể sẽ được lấy ra ngoài nhờ van xả đáy. Nước thải từ máng thu nước bể tuyển nổi tràn vào bể lọc sinh học từ dưới lên trên qua lớp vật liệu nổi là các hạt polystyren. Các vi khuẩn hiện diện trong nước thải dính bám lên lớp sinh khối nổi là những hạt polystyrene hay còn gọi là Biostyrene và chúng được loại bỏ bằng cách khống chế môi trường hoạt động. Xác vi sinh vật và chất rắn lơ lửng trong nước thải được loại bỏ bằng quá trình rửa ngược. Đây là công nghệ lọc sinh học mới được áp dụng tại Việt Nam, có hiệu quả sử dụng rất cao, chiếm mặt bằng ít, giá thành thấp. Nước thải tiếp tục tự chảy đến bể chứa để từ đó có thể bơm đến thiết bị lọc áp lực Bể lọc áp lực là công trình xử lý cuối cùng trong hệ thống xử lý nước thải. Sau khi qua bể lọc áp lực, nước thải có thể được xả ra cống.  Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khác SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 21 - Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945:1995, nguồn xả thải loại B - Giá thành xử lý 1m3 nước thải: 1500 - 2000đ/m3  Ưu điểm của công nghệ, thiết bị - Các thiết bị được chế tạo bằng thép nên có thể tháo ráp dễ dàng khi cần di dời - Mặt trong thiết bị được phủ epoxy chống ăn mòn, tăng thời gian sử dụng - Hệ thống được điều khiển tự động, tránh cho công nhân có thể tiếp xúc trực tiếp với nước thải độc hại - Diện tích chiếm dụng mặt bằng giảm 50% so với bể xây bằng xi măng - Thời gian thi công ngắn 2.2.2. Công nghệ xử lý nƣớc thải dệt nhuộm trên thế giới a. Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm sợi bông ở Hà Lan Trong hệ thống có công đoạn xử lý hóa lý trước công đoạn xử lý sinh học. Với các thông số như: Nước thải có lưu lượng 3.000 - 4.000 m3/h; COD = 400 - 1.000 mg/l; BOD5 = 200 - 400 mg/l. Nước sau xử lý BOD5 < 50 mg/l, COD < 100 mg/l. SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 22 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước thải của công ty Stork Aqua (Hà Lan) 1. Sàng chắn rác; 2. Bể điều hòa; 3. Bể keo tụ; 4. thiết bị lắng bùn; 5. Bể sinh học; 6. Thiết bị xử lý bùn b. Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm ở Greven (CHLB Đức) Nước thải ở đây có chứa 15-20% nước thải dệt nhuộm. Công suất của hệ thống là 6.000 - 7.000 m 3/ngày, trong đó có 1100 - 1300m3/ngày nước thải dệt nhuộm. Sơ đồ này theo nguyên lý kết hợp xử lý hóa lý và sinh học nhiều bậc, sau lắng 2 là một hồ nhân tạo (có thể là một hồ chứa lớn). Phần bùn lấy ra từ các bể lắng không đưa tuần hoàn sử dụng lại mà đưa vào xử lý kị khí, rồi lọc ép và đưa đi chôn lấp. Nước thải sau bể điều hòa cần điều chỉnh về pH tới 9.5 bằng vôi sữa. Phèn sắt được đưa vào làm keo tụ là 170 g/m3. 6 5 Nước sau xử lý 6 Nước thải 2 3 4 4 Bùn Bùn Sục khí Hóa chất 1 SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 23 Ca(OH)2 Nước thải 1 Nước thải 2 Bể điều hòa Keo tụ Lắng Xử lý sinh học nhiều bậc Lắng Hồ nhân tạo Nguồn tiếp nhận Xừ lý bùn yếm khí Lọc ép Bùn Phèn sắt Hình 3.2:Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt lần nước thải dệt nhuộm (nước thải dệt nhuộm chiếm 15 đến 20%) ở Greven – CHLB Đức ). Ưu điểm: Lượng bùn tạo ra nhỏ (1m3 nước thải tạo ra 0.6 kg bùn khô tuyệt đối). Kết hợp vừa xử lý nước thải sinh hoạt vừa xử lý nước thải dệt nhuộm SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 24 CHƢƠNG III 3.1. 3.1.1. Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ của trạm xử lý dựa vào các yếu tố cơ bản sau: - Công suất của trạm xử lý. - Thành phần và đặc tính của nước thải. - Mức độ cần thiết xử lý nước thải. - Tiêu chuẩn xả nước thải vào các nguồn tiếp nhận tương ứng. - Điều kiện mặt bằng đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựng trạm xử lý nước thải. - Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành và bảo trì. - Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác.  Tính chất nƣớc thải đầu vào: Nước thải sau quá trình nhuộm có thành phần tính chất như sau: TT THÔNG SỐ NƯỚC THẢI CHƯA XỬ LÝ 1 pH 10 – 11 2 BOD5 860 mg/l 3 COD 1200 mg/l 4 SS 560 mg/l 5 Độ màu 1000 Pt – Co 6 Tổng N 2.5 mg/l 7 Tổng P 1.25 mg/l SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 25  Yêu cầu sau xử lý: Sau xử lý nước thải đạt loại B theo QCVN 13:2008 / BTNMT đối với nguồn tiếp nhận loại 2. TT THÔNG SỐ NƯỚC SAU XỬ LÝ 1 pH 5.5 – 9 2 BOD5 50 mg/l 3 COD 100 mg/l 4 SS 100 mg/l 5 Độ màu 150 Pt – Co 6 Tổng N 60 mg/l 7 Tổng P 6 mg/l SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 26 3.1.2. Đề xuất công nghệ Từ những điều kiện đã phân tích, có thể lựa chọn phương án tương ứng với sơ đồ công nghệ như sau: Thuyết minh quy trình công nghệ Chấ Phƣơng án I Sơ đồ công nghệ Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải dệt nhuộm Đường nước Đường bùn Bể điều hoà Bể hấp phụ Bể keo tụ Nước sau tách bùn Chất khử trùng Cl2 Than hoạt tính bột Chất tạo bông keo tụ Bể lắng I Bể lọc Bể Aeroten Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận Bể lắng II Bể lọc Sân phơi bùn Bùn tuần hoàn Bùn dư Nước thải SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 27 Nước thải tại trạm xử lý đầu tiên được đưa qua song chắn rác. Song chắn rác có nhiệm vụ giữ lại các vật liệu thô như giấy, rác, gỗ…và được thu gom thủ công đưa vào thùng chứa rác. Rác sau khi tách ra khỏi nước thải được đưa vào thùng thu gom rác và đem đi xử lý. Sau khi qua song chắn rác, nước thải được đưa đến bể điều hòa lưu lượng và chất lượng nhằm ổn định pH. Tại đây nhờ các vi khuẩn kỵ khí, trong chừng mực nào đó các mạch dài của hợp chất hữu cơ mang màu sẽ có sự phân giải nhất định màu sẽ được giảm đi chút ít. Nước sau khi được xử lý sơ bộ ở đây được bơm lên tháp phản ứng. Than hoạt tính được bổ sung đều đều vào tháp này thông qua thiết bị cấp than. Tại đây toàn bộ khối lượng nước thải được khuấy đều với than hoạt tính bột, sau đó đi qua hệ thống gồm 2 tháp phản ứng lần lượt được cấp chất tạo bông và keo tụ rồi đi xuống bể lắng. Tại bể lắng này, hầu hết lượng bùn lắng được thu gom và lắng xuống đáy bể khi đi qua các ngăn trong bể. Nước qua công đoạn này hầu như trong suốt và màu đã giảm đi rất nhiều. Sau đó, nước được đưa sang bể aeroten. Hệ thống sục khí trong bể làm cho các vi khuẩn hiếu khí hoạt động tiếp tục phân hủy toàn bộ các chất độc hại và màu còn lại trong nước. Cuối cùng nước đi qua bể lọc sinh học có bố trí các giá thể lọc sinh học để loại bỏ các bùn cặn trước khi đổ ra môi trường. SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 28 Thuyết minh quy trình công nghệ Nước thải Đường nước Đường bùn Bể điều hoà Bể lắng sơ bộ Nước sau xử lý Thiết bị xử lý bùn Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải dệt nhuộm Phƣơng án II Sơ đồ công nghệ Bể lắng I Bể SBR Chỉnh pH Oxy hoá nâng cao Thiết bị lọc chậm Bùn Bùn dư FeSO4 H2O2 Chất thải SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 29 Nước thải tại trạm xử lý đầu tiên được đưa qua song chắn rác để giữ lại các vật liệu thô như giấy, rác, gỗ…và được thu gom thủ công đưa vào thùng chứa rác. Rác sau khi tách ra khỏi nước thải được đưa vào thùng thu gom rác và đem đi xử lý. Sau khi qua song chắn rác, nước thải được đưa đến bể lắng sơ bộ để các tạp chất cặn có kích thước lớn được giữ lại trong bể. Từ bể lắng sơ bộ, nước thải được đưa sang bể điều hòa lưu lượng và nồng độ nhằm ổn định pH. Nước thải đưa tiếp tục được đưa sang bể lắng I để loại bỏ các loại cặn thô, nặng có thể gây trở ngại cho các công đoạn xử lý sau. Nước thải từ bể lắng I tự chảy tràn qua bể SBR. Tại bể SBR quá trình sinh học hiếu khí xảy ra và được duy trì nhờ không khí cấp khí từ máy thổi khí, các vi sinh vật hiếu khí (trên bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản. Hiệu suất xử lý của SBR đạt khoảng 90 – 95%. Tiếp đến nước thải được đưa sang bể oxy hóa nâng cao để xử phần màu và một phần chất lơ lửng trong nước thải. Nước sau khi qua bể này sẽ trở nên trong và sạch hơn. Tiếp tục nước thải được đưa sang bể lọc chậm nhằm tạo thời lắng của những hạt cặn có kích thước nhỏ. Phần nước sau khi qua bể lọc sẽ được đưa đến nguồn tiếp nhận, hoặc có thể khử trùng để tái sử dụng. Bảng: So sánh tính khả thi của 2 phương án đề xuất Phương án 1 Phương án 2 Ưu điểm - Hiệu quả xử lý cao - Kết hợp được cả phương pháp hóa lý và sinh học - - Ít tốn diện tích - Nhượ c điểm - Tốn nhiều diện tích hơn - Tốn nhiều hóa chất - Chi phí vận hành cao SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 30 3.2. TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 3.2.1. Xác định các thông số tính toán Nội dung xác định các thông số tính toán cho trạm xử lý nước thải gồm: - Lưu lượng tính toán. - Mức độ cần thiết xử lý nước thải. a. Xác định lưu lượng tính toán của nước thải Lưu lượng trung bình giờ của nước thải công nghiệp trong ngày đêm (Qtb.h): hm Q Q ngàytb htb /67.41 24 1000 24 3. . Lưu lượng trung bình giây của nước thải công nghiệp (Qtb.s): sL Q Q htbstb /57.11 6.3 67.41 6.3 . . Bảng 3-1 Hệ số không điều hòa chung Qtb.s (L/s) 5 11.57 15 30 50 100 200 300 500 800 1250 Kch 3.0 X 2.5 2.0 1.8 1.6 1.4 1.35 1.25 1.2 1.15 Vì 5 < Qtb.s = 11,57 < 15 áp dụng phương pháp nội suy ta tính được Kch như sau: ( 11.57 – 5) / (3 – x) = (15 – 11.57) / (x – 2.5) ↔ 6.57 / (3 – x) = 3.43 / (x – 2.5) ↔ x = 2.67 Vậy hệ số không điều hòa chung của nước thải dệt nhuộm có Qtb.s = 11,57 L/s là Kch = 2.67 Lưu lượng lớn nhất giây (Qmax.s): Qmax.s = Qtb.s x Kch =11.57 x 2.67 = 30.9 L/s Lưu lượng lớn nhất giờ ( Qmax.h): Qmax.h = Qmax.s x 3.6 = 30.9 x 3.6 = 111.24 L/s SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 31 b. Xác định mức độ cần thiết xử lý nước thải Mức độ cần thiết xử lý nước thải thường được xác định theo: Hàm lượng chất lơ lửng ( phục vụ tính toán công nghệ xử lý cơ học). Hàm lượng NOS20 (phục vụ cho việc tính toán các công trình và công nghệ xử lý sinh học). Độ màu của nước thải. Mức độ cần thiết xử lý nước thải theo chất lơ lửng: %14.82%100 560 100560 %100 O raO C CC E Trong đó: CO: Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải vào, CO = 560 mg/l Cra: Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải sau xử lý, Cra= 100 mg/l Mức độ cần thiết xử lý nước thải theo NOS20: %2.94%100 860 50860 %100 O raO L LL E Trong đó: Lo: Hàm lượng BOD5 trong hỗn hợp nước thải vào, Lo = 860 mg/l Lra : Hàm lượng BOD5 trong nước thải sau xử lý, Lra = 100 mg/l Mức độ cần thiết xử lý nước thải theo độ màu: %85%100 1000 1501000 %100 O raO M MM E Trong đó: Mo: độ màu trong hỗn hợp nước thải vào, MO = 1000 Pt-Co Mra: Độ màu trong nước thải sau xử lý, Mra = 150 Pt-Co 3.2.2. Bể aeroten a. Chức năng Là thiết bị chủ yếu để xử lý COD, BOD trong dòng thải bằng hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí. Ngoài ra, nó còn có tác dụng giảm một số tác nhân ô nhiễm khác trong dòng thải như TS, các muối SO4 2- , NO3 -... Bể Aeroten có quá trình cấp khí nhằm SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 32 cung cấp lượng oxy cần thiết cho quá trình hoạt động của các vi sinh vật, đồng thời ngăn ngừa việc lắng bùn trong bể - tránh xảy ra sự phân hủy yếm khí gây ảnh hưởng đến quá trình. Sản phẩm phân hủy sinh học là khí CO2, H2O và bùn hoạt hóa (sinh khối). b. Tính toán Nước thải sau xử lý ở bể lắng đợt I được dẫn đến công trình xử lý sinh học aeroten – Qúa trình bùn hoạt tính vi sinh vật lơ lửng. Tính toán thiết kế aeroren căn cứ vào các yếu tố sau đây: Thành phần và tính chất của nước thải; Nhu cầu oxy cần cho quá trình oxy hóa sinh học; Mức độ xử lý nước thải; Hiệu quả sử dụng không khí. Nội dung tính toán aeroten gồm các phần sau: Xác định lượng không khí cần thiết cung cấp cho aeroten; Chọn kiểu bể và xác định kích thước bể; Chọn kiểu và tính toán thiết bị khuyếch tán không khí. Khi thiết kế công trình xử lý sinh học áp dụng quá trình bùn hoạt tính ta phải xem xét các yếu sau: Kiểu bể bùn hoạt tính (chảy nút, xáo trộn hoàn toàn, chảy tầng…); Tải trọng tiêu chuẩn; Lượng bùn sinh ra; Nhu cầu oxy cung cấp và phương thức cung cấp; Nhu cầu chất dinh dưỡng; Kiểm soát các vi sinh vật dạng sợi; Tính chất nước thải sau xử lý. Giả sử hàm lượng BOD5 sau lắng đợt I giảm 20%. Vậy hàm lượng BOD5 vào aeroten là: So = 860mg/L (1 - 0.2) = 688 mg/L Giả sử theo kết quả thực nghiệm tìm được các thông số động học như sau: SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 33 Ks = 50mg/L; Y = 0.5mgVSS/mgBOD5 ; Kd = 0.05 ngày -1 Trong cách tính này, chọn aeroten kiểu xáo trộn hoàn toàn để tính toán thiết kế. Các thông số cơ bản tính toán aeroten kiểu xáo trộn hoàn toàn (Lâm Minh Triết (chủ biên), xử lí nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình). Lưu lượng trung bình ngày đêm, Q = 1000 m3/ngđ; Tỉ lệ chất rắn lơ lửng dễ bay hơi và chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp bùn và nước thải (MLVSS: MLSS) là 0.8; Hàm lượng bùn tuần hoàn: Cu = 8000 mgSS/L; Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aeroten: MLVSS = 3000 mg/L; Thời gian lưu bùn trung bình: 10 àyc ng ; Nước thải dệt nhuộm cần thiết bổ sung dinh dưỡng theo tỷ số BOD: N: P tối thiểu bằng 100: 5: 1; Nước thải sau lắng II chứa 22 mg/L cặn sinh học, trong đó có 65% cặn dễ phân hủy sinh học; BOD5 = 0.68 BODL; BOD5 sau lắng II còn lại là 50 mg/L. Xác định BOD5 hòa tan sau lắng II theo mối quan hệ sau: Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan + BOD5 của cặn lơ lửng Xác định BOD5 của cặn lơ lửng ở đầu ra: Hàm lượng cặn sinh học dễ phân hủy: 0.65 22 mg/L = 14.3 mg/L BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học của nước thải sau lắng II: 14.3 mg/L 1.42 (mgO2 tiêu thụ / mg tế bào oxy hóa) = 20.3 mg/L BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau bể lắng II: 20.3 mg/L 0.68 = 14 mg/L BOD5 hòa tan của nước thải sau lắng II: 50 = C + 14 C = 36 mg/L SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 34 Hiệu quả xử lý BOD5 của bể aeroten: 688 50 100 100 93% 688 O O S S E S  Tính toán hóa chất Bể chứa Urê (10%) và bơm châm dung dịch Urê Trong xử lý sinh học bằng quá trình bùn hoạt tính tỷ lệ BOD: N = 100: 5, do đó với BODđầuvào= 860mg/L, lượng N cần thiết là: 43 100 8605 N mg/L Phân tử lượng của urê (H2N-CO-NH2) = 60 Khối lượng phân tử N2 = 2 14 = 28. Tỉ lệ khối lượng: 60 28 Urê N Lượng Urê cần thiết 1.92 28 4360 mg/L Lưu lượng nước thải trung bình cần xử lý, Q = 1000m3/ngđ Lượng Urê tiêu thụ 1.92 1000 10001.92 kg/ngày Nồng độ dung dịch Urê sử dụng = 10% hay 100kg/m 3 Lưu lượng dung dịch Urê cung cấp 921.0 100 1.92 m 3/ngđ Thời gian lưu dung dịch = 1 ngày Thể tích bể yêu cầu = 0.921 m3 Chọn 2 máy bơm châm Urê (1 vận hành, 1 dự phòng) Bể chứa H3PO4 và bơm châm H3PO4 Tỷ lệ BOD: P = 100:1, do vậy với BODđầuvào=860mg/L: Lượng P cần thiết là P 6.8 100 8601 mg/L Sử dụng H3PO4 làm tác nhân cung cấp P. Khối lượng phân tử của H3PO4 = 98 Khối lượng nguyên tử P = 31 SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 35 Tỉ lệ khối lượng: 98 31 43POH P Lượng H3PO4 cần thiết 18.27 31 6.898 mg/L Lưu lượng trung bình của nước thải cần xử lý: Q = 1000m3/ngđ Lượng H3PO4 tiêu thụ 18.27 1000 100018.27 kg/ngày Nồng độ H3PO4 sử dụng = 85% = 850 kg/m 3 Dung dịch H3PO4 cung cấp 032.0 /850 /18.27 3mkg ngàykg m 3/ngđ hay 32 L/ngày Thời gian lưu = 2 ngày Chọn: 2 máy bơm châm H3PO4 (1 vận hành, 1 dự phòng).  Xác định thể tích bể aeroten Thể tích aeroten được tính theo công thức sau: 3( ) 10 1000 0.5 (688 36) 724.4 (1 ) 30 (1 0.05 10) C O d C Q Y S S V m X K Trong đó: V: thể tích bể aeroten, m3; Q: lưu lượng nước thải đầu vào, Q = 1000 m3/ngđ; Y: hệ số sản lượng bùn, Y = 0.5 mgVSS/mgBOD5; SO: BOD5 của nước thải vào bể aeroten, SO = 688 mg/L; S: nồng độ BOD5 sau lắng II, S = 36 mg/L; X: nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể aeroten, X = 3000 mg/L; Kd: hệ số phân hủy nội bào, Kd =0.05 ngày -1 ; C = 10 ngày; Chọn kích thước bể: - Chiều cao hữu ích, H = 4m; - Chiều cao bảo vệ, Hbv = 0.5m. Vậy chiều cao tổng cộng của bể: Htc = H + Hbv = 4 + 0.5 = 4.5m Chia bể làm 2 ngăn, kích thước mỗi bể: SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 36 L B H = 11.5 7 4.5 Thời gian lưu nước của bể: 725 24 17.4 1000 V h Q  Lượng bùn phải xả ra mỗi ngày: Hệ số sản lượng quan sát tính theo công thức: 0.5 0.333 1 1 0.05 10 obs d c Y Y K Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS: 3 3 ( ) 0.333 1000 (688 36) 218 / ày 10 / 10 obs O X Y Q S S P kgVSS ng g kg Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS: ( ) 218 273 / ày 0.8 0.8 X X SS P P kgSS ng Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày: Lượng bùn dư cần xử lý = Tổng lượng bùn – Lượng SS trôi ra khỏi lắng II Mdư(SS) = 273 kgSS/ngày – 1000 m 3 /ngày 22g/m 3 10 -3 kg/g = 251kgSS/ngày Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý: Mdư(VSS) = 251 0.8 = 200.8 kgVSS/ngày  Xác định lưu lượng bùn thải: Giả sử bùn dư được xả bỏ từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn, Qra = Q và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS). Khi đó lưu lượng bùn dư được thải bỏ tính theo công thức: rarab C XQXQ XV Trong đó: V: thể tích aeroten, V = 725 m3; X: nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể aeroten, X = 3000mg/L; Xra: nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng, Xra = 0.8 22mg/L = 17.6mg/L; SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 37 Qb: lưu lượng bùn thải, m 3 ; Qra: lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng đợt II, Qra = Q = 1000m 3/ngđ. Từ đó tính được: 3725 3000 (10 1000 17.6) 67 / 10 3000 C ra ra b C V X Q X Q m ngđ X  Tính hệ số tuần hoàn Phương trình cân bằng vật chất cho bể aeroten: QXo + QthXth = (Q + Qth)X Trong đó: Q: lưu lượng nước thải, m3; Qth: lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn, m 3/ngđ; Xo: nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào aeroten, mg/L; X: nồng độ VSS ở bể aeroten; Xth: nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xth = 8000mg/L. Giá trị Xo thường rất nhỏ so với X và Xth, do đó trong phương trình cân bằng vật chất ở trên có thể bỏ qua đại lượng QXo. Khi đó phương trình cân bằng vật chất sẽ có dạng: Qth.Xth = (Q + Qth).X Chia 2 vế của phương trình này cho Q và đặt tỉ số Qth/Q = ( được gọi là tỉ số tuần hoàn), ta được: .Xth = X + .X Hay 6.0 30008000 3000 XX X th  Xác định lượng oxy cấp cho aeroten theo NOS20: Khối lượng NOS20 cần xử lý mỗi ngày là: ) 68.0 36 688(G 1000 10 -3 = 636 kg/ngày Tính lượng oxy yêu cầu theo công thức: M = G – (1.42 Px ) = 636 – (1.42 218) = 326 kg/ngày SVTH: Nguyễn Thị Anh GVHD: Nguyễn Đinh Tuấn 38 Tính thể tích không khí theo yêu cầu: Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 8%, hệ số an toàn ki sử dụng trong thiết kế thực tế là 2. Lượng không khí yêu cầu theo lý thuyết (giả sử không khí chứa 23.2% O2 theo trọng lượng và trọng lượng riêng của không khí ở 20oC là 0.0118 kN/m3 = 1.18 kg/m 3 ) là: 1191 232.018.1 326 m 3 /ngày Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả vận chuyển 8% sẽ bằng: 14888 08.0 1191 m 3 /ngày = 10m 3 /phút Lượng không khí thiết kế để chọn máy nén thổi khí sẽ là: 10 2 = 20 m 3 /phút = 0.33 m 3 /s Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng hữu cơ: Tỷ số F/M xác định theo công thức sau đây: 688 0.3 (17.4 / 24 / ) 3000 / OSF M X h h ngày mg L ngày -1 Giá trị này nằm trong khoảng cho phép (F/M = 0.2 0.6 ngày-1) Tải trọng thể tích của bể aeroten: 91.0 756 100010688 3 V QS L O kgBOD5/m 3 ngày Giá trị này nằm trong khoảng cho phép (L = 0.8 19kg BOD5/m 3 ngày)