XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH DỆT NHUỘM

Ngành dệt nhuộm sử dụng một lượng nước thải lớn để sản xuất và đồng thời thải ra một lượng nước thải đáng kể cho môi trường. Nhắc đến nước thải ngành dệt nhuộm là một trong những loại nước thải ô nhiễm nặng, hàm lượng các chất hữu cơ cao, khó phân hủy, pH dao động từ 9- 12 do thành phần các chất tẩy. Trong quá trình sản xuất có rất nhiều hóa chất độc hại được sử dụng để sản xuất tạo màu: như là phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo môi trường, tinh bột, men, chất ôxy hoá….Các chất này thường có chứa các ion kim loại hòa tan, hay kim loại nặng rất khó phân hủy trong môi trường, có thể gây ô nhiễm môi trường trầm trọng trong thời gian dài. Nếu chưa được xử lý và xử lý chưa đạt QCVN mà thải ra ngoài thì các hóa chất này có thể giết chết vi sinh vật xung quanh, làm chết cá và các loại động vật sống dưới nước, các chất độc này còn có thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm và bên cạnh đó còn ảnh hưởng đến đời sống của con người. Ngoài ra, nước thải dệt nhuộm thường có độ màu rất lớn và thay đổi thường xuyên tùy loại thuốc nhuộm, và có nhiệt độ cao nên cần phải được xử lý triệt để đễ trước khi thải ra, tránh gây ô nhiễm môi trường.

 Trong quá trình sản xuất của ngành dệt nhuộm thì sử dụng nước nhiều và nguồn phát sinh ra nước thải ngành dệt nhuộm ở rất nhiều công đoạn khác nhau, thay đổi theo từng loại sản phẩm. Nhưng đặc trưng của loại nước thải này có pH, nhiệt độ, COD cao và độ màu tương đối cao. Do vậy cần có biện pháp hợp lý để quản lý được lượng nước thải này triệt để hơn.

 1) Nguồn gốc phát sinh nước thải dệt nhuộm:

 Sơ đồ chung cho sản xuất dệt nhuộm:

Các tạp chất tách ra từ vải sợi như : dầu mỡ , các tạp chất chứa Nitơ , các chất bụi bẩn dính vào sợi (chiếm 6% khối lượng xơ)

 2) Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm:

 Tính chất nước thải giữ vai trò quan trọng trong thiết kế, vận hành hệ thống xử lý và quản lý chất lượng môi trường. Sự dao động về lưu lượng và tính chất nước thải quyết định tải trọng thiết kế cho các công trình đơn vị.

 Nước thải dệt nhuộm sẽ khác nhau khi sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau.Chẳng hạn như len và cotton thô sẽ thải ra chất bẩn tự nhiên của sợi. Nước thải này có độ màu, độ kiềm, BOD và chất lơ lửng (SS) cao. Ở loại nguyên liệu sợi tổng hợp, nguồn gây ô nhiễm chính là hóa học do các loại hóa chất sử dụng trong giai đoạn tẩy và nhuộm.

Hóa chất sử dụng : hồ tinh bột , H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCL, H2O2, Na2CO3, Na2SO3 …các loại thuốc nhuộm , các chất trơ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt.

Thành phần nước thải phụ thuộc vào : đặc tính của vật liệu nhuộm , bản chất của thuốc nhuộm, các chất phụ trợ và các hóa chất khác được sử dụng . Nguồn nước thải bao gồm từ các công đoạn chuẩn bị sợi, chuẩn bị vải, nhuộm và hoàn tất

Nước thải dệt nhuộm nhìn chung rất phức tạp và đa dạng, đã có hàng trăm loại hóa chất đặc trưng như phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất tạo môi trường, tinh bột men,chất oxy hóa…được đưa vào sử dụng. Trong quá trình sản xuất, lượng nước thải ra 12-300 m3/tấn vải, chủ yếu từ công đoạn nhuộm và nấu tẩy. Nước thải dệt nhuộm ô nhiễm nặng trong môi trường sống như độ màu, pH, chất lơ lửng, BOD, COD, nhiệt độ đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép xả vào nguồn tiếp nhận .

 Nước thải dệt nhuộm gây ô nhiễm cho nguồn xả chủ yếu do độ đục, độ màu, lượng chất hữu cơ và pH cao. Nhiều công trình nghiên cứu trước đây cho thấy keo tụ bằng phèn nhôm có thể khử màu hiệu quả 50-90%, đặc biệt hiệu quả cao với loại thuốc nhuộm sulfur.

 Các loại thuốc nhuộm được đặc biệt quan tâm vì chúng thường là nguồn sinh ra các kim loại, muối và màu trong nước thải. Các chất hồ vải với lượng BOD, COD cao và các chất hoạt động bề mặt là nguyên nhân chính gây ra tính độc cho thuỷ sinh của nước thải dệt nhuộm

 Theo nghiên cứu của CIBA GELGY Service Limited (1993) thì phèn nhôm và phèn sắt có thể loại bỏ 40% COD và 80% Crom tổng cộng từ 0,6mg/l xuống còn 0,1mg/l. Nghiên cứu TURKMAN (1991) cho thấy với liều lượng phèn sắt 500mg/l hiệu quả khử độ đục là 98,3%

 Bảng: Các chất ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm

 Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axít axetic, các muối kim loại Độ màu rất cao BOD khá cao (6% BOD tổng) , SS cao In Chất màu , tinh bột , dầu muối , kim loại, axít … Độ màu cao , BOD cao Hoàn tất Vết tinh bột , mỡ động vật , muối Kiềm nhẹ , BOD thấp …

 Công nghệ xử lý nước thải đề xuất:

 Bể thu gom:

Các nguồn nước thải khác nhau theo hệ thống thoát nước sẽ đi qua song chắn rác được đặt trước bể thu gom nhằm giữ lại các chất thải rắn có trong nước thải, tránh các sự cố về máy bơm (nghẹt bơm, gãy cánh bơm…) đồng thời làm giảm 5% lượng SS và 5% lượng COD. Các chất thải rắn bị giữ lại tại song chắn rác được vớt bỏ định kỳ. Sau đó, nước thải từ Bể thu gom sẽ được bơm về Bể điều hòa.

 Bể điều hòa Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hố thu chảy về luôn dao động trong ngày. Trong khi đó các hệ thống sinh học phải được cung cấp nước thải đều đặn về thể tích cũng như hàm lượng các chất cần xử lý 24/24 giờ. Do đó cần thiết phải có một bể điều hòa. Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng nước thải và các chất cần xử lý để bảo đảm hiệu quả cho các quy trình xử lý sinh học về sau, nó chứa nước thải và các chất cần xử lý ở các giờ cao điểm, phân phối lại trong các giờ không hoặc ít sử dụng để cung cấp ở một lưu lượng nhất định 24/24 giờ cho các hệ thống sinh học phía sau. Nhiệm vụ của bể điều hòa: điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải, làm giảm kích thước và tạo chế độ làm việc liên tục ổn định cho các công trình xử lý tiếp theo, tránh hiện tượng quá tải, nhằm hạn chế việc gây “shock” tải trọng cho vi sinh vật cũng như giữ cho hiệu quả xử lý nước thải được ổn định, các bể sinh học phía sau hoạt động hiệu quả. Tại bể điều hòa, chất dinh dưỡng (N – P) được châm vào bể với liều lượng nhất định được điều khiển bởi Bơm định lượng nhằm cân bằng về tỷ lệ chuẩn hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước thải (BOD:N:P = 100:5:1) để cho quá trình xử lý sinh học phía sau diễn ra thuận lợi hơn. Dưới tác dụng của hệ thống sục khí được lắp dưới đáy bể, hàm lượng các chất dinh dưỡng được hòa trộn nhanh và đều vào trong nước thải. Nhờ quá trình xáo trộn này mà hỗn hợp nước thải qua bể điều hòa được hòa trộn giải phóng các chất hoạt động bề mặt trong nước thải, đồng thời phân hủy một phần chất hữu cơ trong nước thải (khoảng 10% BOD) Nước thải sau đó sẽ được bơm điều hòa bơm với một lưu lượng dòng chảy ổn định vào bể phản ứng để thực hiện quá trình xử lý keo tụ tạo bông.

 Tại bể keo tụ – tạo bông (fenton) sẽ được bổ sung hóa chất để tăng hiệu suất của quá trình keo tụ, tạo bông thông thường thì sẽ bổ sung hóa chất như phèn nhôm PAC, polymer… Tiếp đó nước thải sẽ được bơm sang bể lắng 1 để loại bỏ phần cặn lơ lững (SS) có trong nước thải, các bông cặn đã được tạo ra ở qui trình trước cũng sẽ được lắng tại đây. Sau đó nước thải được đưa sang bể sinh học thiếu khí để xử lý quá trình sinh học tiếp theo Bể sinh học thiếu khí – Anoxic Tại Bể Anoxic, NO3- trong nước thải sinh ra từ quá trình oxy hóa amoni ở trong bể hiếu khí, được bơm tuần hoàn về bể anoxic, cùng với bùn hoạt tính, và nước thải nạp vào, với điều kiện thiếu oxy (anoxic), quá trình khử NO3- thành N2 tự do được thực hiện,và N2 tự do sẽ thoát ra ngoài không khí. Hàm lượng Nitơ tổng trong nước thải giảm xuống mức cho phép. Quá trình chuyển hóa Nitơ hữu cơ trong nước thải dưới dạng amoni thành nitơ tự do được diễn ra theo 2 bước liên quan đến 2 loại vi sinh vật tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter:

 1. Quá trình Nitrification: NH4+ + 1.5 O2 => NO 2- + 2 H+ + H2O

 2. Quá trình Denitrification: NH4+ à NO2- => NO3- => N2

Tại bể Bể Anoxic có gắn máy khuấy chìm – Mixer nhằm tạo ra điều kiện thiếu khí cho sự hoạt động của chủng vi khuẩn khử nitrat sẽ tách oxy từ nitrat cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ.

 Tiếp theo, nước thải sẽ được dẫn vào 2 Module công trình xử lý hoạt động song song. Mỗi Module bao gồm 2 hạng mục công nghệ là: Bể sinh học hiếu khí – MBBR & Bể lắng sinh học. Bể sinh học hiếu khí – MBBR

 Tại Bể sinh học hiếu khí – MBBR hỗn hợp bùn và nước được xáo trộn đều bằng hệ thống phân phối khí từ Máy thổi khí. Thiết bị thổi khí được vận hành liên tục nhằm cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí hoạt động. Trong điều kiện thổi khí liên tục, quần thể vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải thành các hợp chất vô cơ đơn giản như CO2 và nước… theo phản ứng sau: Chất hữu cơ + Vi sinh vật hiếu khí à H2O + CO2 + sinh khối mới +… Bên cạnh đó, trong bể được lắp đặt các giá thể vi sinh đặt ngập trong nước và có khả năng di động. Giá thể vi sinh di động dính bám (vật liệu đệm dạng quả cầu) có chức năng xử lý hoàn thiện các hợp chất Nitơ, Phospho còn lại trong nước thải. Khối vật liệu này bằng nhựa PP, có đỗ rỗng và diện tích tiếp xúc lớn giữ để các vi sinh vật xử lý nước thải bám vào đó mà sinh trưởng và phát triển, tạo thành màng mỏng nhầy nhầy gelatin bám quanh quả cầu. Sau một thời gian, chiều dày lớp gelatin dày lên ngăn cản oxy của không khí không thấm vào trong lớp màng nhầy được. Do thiếu oxy, vi khuẩn yếm khí phát triển tạo ra sản phẩm phân hủy yếm khí cuối cùng làm mêtan và CO2 làm tróc lớp màng nhầy ra khỏi quả cầu rồi bị nước cuốn trôi. Sau đó, trên bề mặt quả cầu tiếp tục hình thành lớp màng mới, hiện tượng này được lập đi lập lại tuần hoàn và nước thải được làm sạch BOD và các chất dinh dưỡng. Ngoài ra, trong bể sinh học hiếu khí – MBBR có một lượng khá lớn các vi sinh hiếu khí dạng lơ lửng. Chúng tồn tại dưới dạng các bông bùn hoạt tính lơ lửng, cùng sinh trưởng và phát triển song song các vi sinh vật hiếu khí dạng dính bám. Nhờ vậy, hiệu quả xử lý của bể sinh học hiếu khí – MBBR sẽ cao hơn nhiều so với các dạng bể sinh học hiếu khí khác. hiệu quả xử lý của bể sinh học hiếu khí – MBBR: BOD giảm 85 ÷ 95%, Nitơ tổng giảm: 80 ÷ 85%, lượng Phospho tổng giảm 70 ÷ 75%,… sau đó nước chảy qua bể lắng sinh học. Bể lắng sinh học

Sau khi ra khỏi bể sinh học MBBR trong nước vẫn còn một lượng bông bùn lơ lửng, thực chất là màng sinh học già cỗi và cũng có một lượng sinh khối vi sinh lơ lửng trôi theo dòng nước. Do đó, để giảm lượng chất rắn thải ra ngoài, nước thải được đưa qua bể lắng để lắng các bông cặn này nhờ phương pháp lắng trọng lực. Bể này cũng được thiết kế dạng vát đáy hình côn, dưới đáy bể có lắp bơm chìm để thu hồi bùn. Đây là nơi xảy ra quá trình lắng tách pha và giữ lại phần bông cặn (bùn sinh học). Bùn này sẽ được tuần hoàn về bể sinh học hiếu khí để ổn định mật độ vi sinh, phần dư thừa xả bỏ qua bể chứa bùn. Nước thải từ bể lắng sinh học sẽ đi theo đường ống, trên đường ống này có sẽ được châm hóa chất khử trùng trước khi xả thải ra ngoài. Giai đoạn khử trùng Khử trùng là một khâu quan trọng cuối cùng trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt. Sau quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lắng, phần lớn các vi sinh vật đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước. Khử trùng nước thải là nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước thải. Hầu hết các loại vi khuẩn có trong nước thải không phải là vi trùng gây bệnh nhưng không loại trừ khả năng có vi khuẩn gây bệnh. Vì vậy cần phải tuyệt trùng nước thải trước khi xả ra ngoài. Có nhiều phương pháp để xử lý nước thải, ở đây ta chọn phương pháp khử trùng bằng chất oxy hóa mạnh (Chroline hoặc hợp chất của Chroline). Chroline hay hợp chất của Chroline đều là chất diệt trùng mạnh sẽ khuyếch tán qua lớp vỏ tế bào sinh vật ⇒ gây phản ứng với men tế bào ⇒ làm phá hoại các quá trình trao đổi chất của tế bào vi sinh vật.

 Khâu cuối cùng trong hệ thống xử lý nước thải chính là bể chứa bùn. Bể chứa bùn Bùn dư sẽ được bơm từ bể lắng về bể chứa bùn. Tại bể này, bùn sẽ được lưu một thời gian để tách bớt nước, nén giảm thể tích. Lớp nước trong tách ra trên mặt được tuần hoàn lại bể điều hòa để xử lý lại. Lớp bùn cô đặc dần dưới đáy định kỳ sẽ gọi xe chuyên dụng đến thu gom và xử lý theo quy định.