Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm

I. MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường là chủ đề tập trung sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới.
Một trong những vấn đề đặt ra cho các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trường ô nhiễm từ các chất độc hại do nền công nghiệp tạo ra. Điển hình như các ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu cao của Việt Nam.
Ngành dệt nhuộm đã phát triển từ rất lâu trên thế giới nhưng nó chỉ mới hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nước ta. Trong những năm gần đây, nhờ chính sách đổi mới mở cửa ở Việt Nam đã có 72 doanh nghiệp nhà nước, 40 doanh nghiệp tư nhân, 40 dự án liên doanh và 100% vốn đầu tư nước ngoài cùng các tổ hợp đang hoạt động trong lĩnh vực dệt nhuộm. Ngành dệt may thu hút nhiều lao động góp phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nước đang phát triển không có nền công nghiệp nặng phát triển mạnh như nước ta. Tuy nhiên, hầu hết các nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm ở ta đều chưa có hệ thống xử  lý nước thải mà đang có xu hướng thải trực tiếp ra sông, suối, ao, hồ… loại nước thải này có độ kiềm cao, độ màu lớn, nhiều hóa chất độc hại đối với loài thủy sinh.

Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm :

1.2. Mục tiêu xử lý

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải công suất 1.500m3/ngày.đêm công ty... xác định các nguồn gây ô nhiễm và mức độ ô nhiễm của công ty. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhằm giảm thiểu tác hại đến môi trường .Yêu cầu là khi nước thải ra theo tiêu chuẩn QUY CHUẨN QCVN 13:2008/BTNMT.

1.3. Phương pháp thực hiện

a. Điều tra khảo sát thu thập số liệu tài liệu liên quan, quan sát trực tiếp, lấy mẫu đo đạc và phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải trước và sau xử lý, đánh giá tác động môi trường của nguồn thải.
b. Phương pháp kế thừa, tham khảo kết quả xử lý của các công ty trên thực tế.
c. Tham khảo kết quả của mô hình xử lý trong phòng thí nghiệm.
d. Tính toán thiết kế theo những chuẩn mực đã quy định.
Từ những số liệu đo đạc tính chất nước và yêu cầu đầu ra của nguồn thải, ta có phương pháp xử lý gồm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Xử lý bằng phương pháp cơ học và hóa học - keo tụ, tạo bông, lắng cặn.
- Giai đoạn 2: Xử lý bằng phương pháp sinh học MBBR.
- Giai đoạn 3: Xử lý tăng cường, cho nước thải qua bồn lọc áp lực, khử màu để xử lý triệt để độ màu của nước, đảm bảo tiêu chuẩn dầu ra và khử trùng nước thải trước khi thải vào hệ thống thoát nước.

II. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XLNT DỆT NHUỘM

2.1. Đặc điểm về ngành dệt nhuộm

Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành công nghiệp dệt nhuộm cũng có nhiều thay đổi, bên cạnh những nhà máy xí nghiệp quốc doanh, ngày càng có nhiều  xí nghiệp mới ra đời. Kết quả khảo sát cho thấy hầu hết các nhà máy đều nhập thiết bị, hoá chất từ nhiều nước khác nhau :
- Thiết bị : Mỹ, Đức, Nhật, Ba Lan, Ấn Độ, Đài Loan, …
- Thuốc nhuộm : Nhật, Đức, Thụy Sĩ, Anh, …
- Hóa chất cơ bản : Trung Quốc, Ấn Độ, Đài Loan, Việt Nam, …

               công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm

Với khối lượng lớn hóa chất sử dụng, nước thải ngành dệt nhuộm có mức ô nhiễm cao. Tuy nhiên, trong những năm gần đây khi nền kinh tế phát triển mạnh đã xuất hiện nhiều nhà máy, xí nghiệp với công nghệ hiện đại ít gây ô nhiễm môi trường.

2.2. Công nghệ sản xuất - công nghệ XLNT dệt nhuộm

a. Các loại nguyên liệu của ngành dệt nhuộm:

Nguyên liệu cho các ngành dệt nhuộm chủ yếu là các loại sợi tự nhiên (sợi Cotton), sợi tổng hợp (sợi Poly Ester) và sợi pha, trong đó:
- Sợi  Cotton (Co): được kéo từ sợi bông vải có đặc tính hút ẩm cao, xốp, bền trong môi trường kiềm, phân hủy trong môi trường axít. Vải dệt từ loại sợi này thích hợp cho khí hậu nóng mùa hè. Tuy nhiên sợi còn lẫn nhiều sợi tạp chất như sáp, mày lông và dễ nhăn.
- Sợi tổng hợp (PE): là sợi hóa học dạng cao phân tử được tạo thành từ quá trình tổng hợp chất hữu cơ. Nó có đặc tính là hút ẩm kém, cứng, bền ở trạng thái ướt.
- Sợi pha (sợi Poly ester kết hợp với sợi cotton): sợi pha này khi tạo thành sẽ khắc phục được những nhược điểm của sợi tổng hợp và sợi tự nhiên.

b. Quy trình công nghệ XLNT dệt nhuộm tổng quát:

 Chuẩn bị nguyên liệu:
· Làm sạch nguyên liệu:
Nguyên liệu thường được đóng dưới dạng các kiện bông thô, chứa các sợi bông có các kích thước khác nhau cùng với các tạp chất tự nhiên như: bụi, đất,… Nguyên liệu bông thô được đánh tung, làm sạch và trộn đều. Sau quá trình làm sạch bông tồn tại dưới dạng các tấm bông phẳng đều.
· Chải:
Các bông sợi được chải song song tạo thành sợi thô.
· Kéo sợi thành ống, mắc sợi:
Kéo sợi thô để giảm kích thước sợi, tăng độ bền, quấn sợi vào các ống sợi thích hợp cho việc dệt vải sợi con trong các ống nhỏ được đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt vải. Mắc sợi là dồn các quả ống để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi.
· Hồ sợi:
Hồ sợi bằng hồ tinh bột và hồ biến tính để tạo màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi để có thể tiến hành dệt vải. Ngoài ra còn dùng các loại hồ nhân tạo như: polyvinlalol (PVA), polyacrylat,…
Chuẩn bị nhuộm :- công nghệ XLNT dệt nhuộm
Đây là công đoạn tiền xử lý và quyết định các quá trình nhuộm về sau. Vải mộc được tiền xử lý tốt mới đảm bảo được độ trắng cần thiết, đảm bảo cho thuốc nhuộm bám đều lên mặt vải và giữ được độ bền trên đó. Các công đoạn chuẩn bị nhuộm bao gồm: đốt lông, giũ hồ, mấu tẩy,…
· Rũ hồ:
Các loại vải mộc xuất ra khỏi phân xưởng dệt mang nhiều tạp chất thiên nhiên của sợi bông, vải còn mang nhiều bụi, dầu mỡ, lượng hồ đáng kể trong quá trình dệt. Do đó, mục đích của rũ hồ là dùng một số hóa chất hủy bỏ lớp hồ này. Người ta thường dùng axit loãng như: axit sunfuric 0.5, bazo loãng, men vi sinh vật, muối, các chất ngấm. Vải sau khi rũ hồ được giặt bằng nước, xà phòng, chất ngấm rồi đưa sang nấu tẩy.
· Nấu vải:
Mục đích của nấu vải là 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 thụ hóa chất-thuốc nhuộm cao hơn, 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 nhiệt độ cao (120-1300C).
· Tẩy trắng:
Công đoạn này dùng để tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các chất bẩn, làm cho vải có độ trắng theo yêu cầu. Các hóa chất thường sử dụng: Natriclorit (NaClO2), natri hypoclric (NaClO),… và các chất phụ trợ như: Na2SiO¬3, Slovapon N.
Công đoạn nhuộm: công nghệ XLNT dệt nhuộm
Mục đích là tạo ra những màu sắc khác nhau của vải. Để nhuộm vải được người ta sử dụng chủ yếu các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu của vải. Phần thuốc nhuộm như không gắn vào vải mà theo dòng nước thải đi ra, phần thuốc thải này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ, loại vải, độ màu yêu cầu,…
· Pigment:
Là một số thuốc nhuộm hữu cơ không hòa tan và một số chất vô cơ có màu như các bôxit và muối kim loại. Thông thường pigment được dùng trong in hoa.
· Thuốc nhuộm Azo:
Loại thuốc nhuộm này hiện nay đang được sản xuất rất nhiều, chiếm trên 50% lượng thuốc nhuộm.
Đây là loại thuốc nhuộm có chứa một hay nhiều nhóm Azo: -N= N-, nó có các loại sau:
- Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu, không tan trong nước nên thường nhuộm cho loại sợi tổng hợp ghét nước.
- Thuốc nhuộm  hoàn nguyên: là những hợp chất màu hữu cơ không tan trong nước,có dạng R=C=O. Khi bị khử sẽ tan mạnh trong kiềm và hấp thụ mạnh vào sợi, loại thuốc này cũng dễ bị thủy phân và oxy hóa về dạng không tan ban đầu.
- Thuốc nhuộm bazơ: là những hợp chất mày có cấu tạo khác nhau, hầu hết là các muối clorua, oxalate hoặc muối kép của các bazơ hữu cơ. Khi axit hòa tan, chúng phân ly thành các cation mang màu và anion không mang màu.
- Thuốc nhuộm axit: khi hòa tan trong nước, bắt màu vào xơ trong môi trường axit. Thuốc này thường dùng để nhuộm len và nhuộm trực tiếp (là những hợp chất màu hòa tan trong nước, có khả năng tự bắt mày vào xơ xenlulôz nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm).
- Thuốc nhuộm hoạt tính: là những hợp chất màu mà trong phân tử có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện các mối liên kết hóa trị với xơ.
· Thuốc nhuộm lưu huỳnh:
Là những hợp chất màu không tan trong nước và một số dung môi hữu cơ nhưng tan trong môi trường kiềm. Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt để nhuộm vải từ xơ xenlulo, không nhuộm được len và tơ tằm vì dung dịch nhuộm có tính kiềm mạnh.
· Chất tẩy trắng quang học:
Là những hợp chất hữu cơ trung tính, không màu hoặc có màu vàng nhạt, có ái lực với xơ. Đặc điểm của chúng là khi nằm trên xơ sợi, chúng có khả năng hấp thụ một số tia trong miền tử ngoại của quang phổ và phản xạ tia xanh lam và tia tím.
Một số tên gọi tương ứng của các thuốc nhuộm đang dùng trong thực tế ở nước ta và trên thế giới như bảng 2.2.
· Phạm vi sử dụng thuốc - công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm:
Thuốc nhuộm trong dịch nhuộm có thể ở dạng hòa tan hay phân tán, và mỗi loại thuốc nhuộm khác nhau sẽ thích hợp cho từng loại vải khác nhau. Để nhuộm vải từ những nguyên liệu ưa nước, người ta dùng thuốc nhuộm hòa tan trong nước. Các loại thuốc nhuộm này sẽ khuếch tán và gắn màng vào xơ sợi nhờ các lực liên kết hóa lý (thuốc nhuộm trực tiếp), liên kết ion (thuốc nhuộm axit, bazơ), liên kết đồng hóa trị (thuốc nhuộm hoạt tính). Còn để nhuộm vải từ những nguyên liệu sợi kỵ nước như sợi tổng hợp thì người ta thường dùng thuốc nhuộm không tan trong nước (thuốc nhuộm phân tán).
Đối với các loại vải dệt từ sợi pha thì có thể chia làm hai lần, mỗi lần nhuộm một thành phần hay nhuộm một lần cho cả hai thành phần.
· Mức độ gắn màu của các loại thuốc nhuộm
Khi nhuộm vải thì quá trình nhuộm vải xảy ra theo 4 bước:
- Di chuyển các phân tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi;
- Gắn màu vào bề mặt sợi;
- Khuếch tán màu vào bề mặt sợi, quá trình này xảy ra chậm hơn so với quá trình trên;
- Cố định màu vào sợi.
Để tăng hiệu quả quá trình nhuộm, các hóa chất sử dụng để phụ trợ cho quá trình nhuộm như các loại axít H2SO4, CH3COOH, các muối Natri sulfat, muối Amôni, các chất cầm màu như Syntephix, Tinofix.
Công đoạn in hoa: công nghệ XLNT dệt nhuộm
In hoa tạo ra các văn hoa có một hay nhiều màu trên nền vải trắng hoặc vải màu bằng hồ in.
Hồ in là một loại hỗn hợp các loại thuốc nhuộm ở dạng hòa tan hay pigment dung môi. Các loại thuốc nhuộm dùng cho in hoa như pigment, hoạt tính, hoàn nguyên, azo không tan và indigozol. Hồ in có nhiều loại như hồ tinh bột, dextrin, hồ liganit natri, hồ nhũ tương hay hồ nhũ hóa tổng hợp.
· Hồ tinh bột:
- Tinh bột: 199 g
- Nước: 987 g
- HCl 28%: 1.5 g
- CH3COONa:1.5g
+ Hồ dextrin:
- British gum D: 500g
- Nước: 500g
Hồ dextrin được dùng để in thuốc nhuộm hoàn nguyên và in phá gắn màu.
· Hồ nhũ tương:
- Chất nhũ tương dispersal PR 8 – 15g
- Nước: 185 – 192g
Khuấy đều để nguội, trong lúc khuấy tốc độ cao cho thêm vào xăng công nghệ hay dầu khác 800g, tiếp tục khuấy cho đến khi hồ đồng nhất.
Công đoạn sau in hoa: công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm
· Cao ôn:
Sau khi in, vải được cao ôn để cầm màu:
- Thuốc hoạt tính:1500C trong 5 phút;
- Thuốc pigment: 1400C - 1500C trong 3 phút;
- Thuốc nhuộm phân tán: 2150C.
· Giặt:
Sau khi nhuộm và in vải được giặt nóng và lạnh nhiều lần để loại bỏ tạp chất hay thuốc nhuộm, in dư trên vải.
- Đối với thốc nhuộm hoạt tính: 4 lần
- Đối với thuốc nhuộm pigment: 2 lần
- Đối với thuốc nhuộm phân tán: 2 lần
Công đoạn văng khổ hoàn tất:
Văng khổ hay 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 nhàu, chất làm mềm và hóa chất như mêtylit, axít axetic, formaldehyt,…
Ngoài công nghệ xử lý cơ học , người ta còn kết hợp với việc xử lý hóa học .
· Mặt hàng in bông 100% cotton:
- Finish KVS 40g/l: chống nhàu và nhăn vải.
- Ceramine HCL 10g/l: làm mềm vải.
- Slovapon N 0.1g/l: tăng khả năng thấm hóa chất.
+ Mặt hàng in bông PE/Co:
- Polysol S5 1g/l: chống nhàu và nhăn vải.
- Repellan 77 10g/l: làm mềm vải sợi PE.
- Softener NN 5g/l: làm mềm vải sợi Co.
- Slovapon N 0.1g/l: tăng khả năng thấm hóa chất.
+ Mặt hàng nhuộm 100% cotton:
- Finish PU 20g/l.
- Calalyst PU 1g/l.
· Mặt hàng nhuộm PE/Co:
- Hồ mềm: giống như bông PE/Co.
- Repellan HYN 40g/l: chất béo để tạo savon, làm mềm vải.
-  Al2(S04)3 2g/l: muối làm tác nhân savon hóa.
· Mặt hàng in bông có diện tích ăn mòn nhỏ cần tăng độ trắng:
- Leucophor BRB 2g/l: chất hoạt quang.
- Cibaoron BBlue 0.02g/l: màu hoạt tính.

2.3. Đặc điểm nước thải - công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm

a. Nguồn gốc phát sinh nước thải:

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).
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.
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.

b. Thành phần tính chất nước thải - công nghệ XLNT 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.
Công nghệ XLNT dệt nhuộm: nước thải  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 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.

2.4. Tác động môi trường - công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm

Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm là từ các công đoạn hồ sợi, rũ hồ, nấu tẩy, nhuộm và hoàn tất.
Bảng 2:  Các chất ô nhiễm và đặc tính của công nghệ XLNT dệt nhuộm
Với các hóa chất sử dụng như trên thì khi thải ra nguồn tiếp nhận, nhất là ra các sông ngòi, ao hồ sẽ gây độc cho các loài thủy sinh. Có thể phân chia các nhóm hóa chất ra làm 3 nhóm chính:
Nhóm 1: Các chất độc hại đối với vi sinh và cá
- Xút (NaOH) và Natri Cacbonat (Na2CO3) được dùng với số lượng lớn để nấu vải sợi bông và xử lý vải sợi pha (chủ yếu l Poslyeste, bông).
- Axít vô cơ (H2SO4) dùng để giặt, trung hòa xút, hiện màu thuốc nhuộm hoàn nguyên tan (Indigisol).
- Clo hoạt động (nước tẩy Javen) dùng để tẩy trắng vải sợi bông.
- Fomatđêhyt có trong chất cầm màu và các chất dùng xử lý hoàn tất.
- Dầu hỏa dùng để chế tạo hồ in pigment.
- Một hàm lượng kim loại nặng đi vào nước thải:
• Trong một tấn xút công nghiệp nếu sản xuất bằng điện cực thuỷ ngân sẽ có 4g thuỷ ngân (Hg).
• Tạp chất kim loại nặng có trong thuốc nhuộm sử dụng.
- Một lượng halogen hữu cơ độc hại đưa vào nước thải từ một số thuốc nhuộm hoàn nguyên, phân tán, hoạt tính, pigment …
Nhóm 2 : Các chất khó phân giải vi sinh
- Các chất giặt vòng thơm, mạch Etylenoxit dài hoặc có cấu trúc mạch nhánh Alkyl.
- Các Polyme tổng hợp bao gồm các chất hồ hoàn tất, các chất hồ sợi dọc như polyvinylalcol, polyacrylat,…
- Phần lớn các chất làm mềm vải, các chất tạo phức trong xử lý hoàn tất.
- Nhiều thuốc nhuộm và chất tăng trắng quang học đang sử dụng,…
Nhóm 3: Các chất ít độc và có thể phân giải vi sinh
- Xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong xơ sợi bị loại bỏ trong các công đoạn xử lý trước.
- Các chất dùng để hồ sợi dọc.
- Axít axetic (CH3COOH), axít fomic (HCOOH) để điều chỉnh pH…
- Tải lượng ô nhiễm phụ thuộc vào nhiều loại sợi thuộc thiên nhiên hay tổng hợp, công nghệ nhuộm (nhuộm liên tục hay gián đoạn), công nghệ in hoa và độ hòa tan của hóa chất sử dụng. Khi hòa trộn nước thải của các công đoạn, thành phần nước thải có thể khái quát như sau:
· pH: 4 – 12 (pH = 4.5 cho công nghệ nhuộm sợi PE, pH = 11 cho công nghệ nhuộm sợi Co).
· Nhiệt độ: dao động theo thời gian và thấp nhất là 400C. So sánh với nhiệt độ cao nhất không ức chế hoạt động của vi sinh là 370C thì nước thải ở đây gây ảnh hưởng bất lợi đến hiệu quả xử lý sinh học.
· COD: 250 – 1500 mg 02/l ( 50 – 150 kg/tấn vải)
· BOD5: 80 – 500 mg 02/l
· Độ màu: 500 – 2000 Pt – Co
· Chất rắn lơ lửng: 30 – 400 mg/l, đôi khi cao đến 1000 mg/l (trường hợp nhuộm sợi cotton).
· SS: 0 – 50 mg/l
· Chất hoạt tính bề mặt: 10 – 50 mg/l
Qua những số liệu vừa nêu cho thấy nước thải ngành dệt nhuộm rất độc cho hệ sinh thái nước. Những ảnh hưởng cho các chất ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm tới nguồn tiếp nhận có thể tóm tắt như sau :
- Độ kiềm cao làm tăng pH của nước, nếu pH >9 sẽ gây độc hại cho các loài thủy sinh.
- Muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn. Nếu lượng nước thải lớn sẽ gây độc hại cho các loài thủy sinh do tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của tế bào.
- Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước gây tác hại đối với đời sống thuỷ sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nước.
- Độ màu cao do dư lượng thuốc nhuộm trong nước thải gây màu cho nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thuỷ sinh, ảnh hưởng tới cảnh quan. Các chất độc nặng như sunfit kim loại nặng, các hợp chất halogen hữu cơ (AOX) có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật với hàm lượng tăng dần theo chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nguồn nước, gây ra một số bệnh mãn tính đối với người và động vật.
- Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng đến sự sống các loài thuỷ sinh.

III. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

3.1. Cơ sở thiết kế

a. Lưu lượng và tính chất dòng thải:

 Hệ thống xử lý nước thải có nhiệm vụ tiếp nhận và xử lý lượng nước thải dệt nhuộm có lưu lượng 1500 m3/ngày.đêm. Nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn Việt Nam QUY CHUẨN QCVN 13:2008/BTNMT.

- Lưu lượng nước thải ngày: Q = 1500 m3/ngày.đêm.

- Thời gian hoạt động của trạm T = 24 h
- Số ngày hoạt động n = 7 ngày/tuần

b. Tính chất nước thải trước xử lý: (xem phần trên)

3.2. Thuyết minh công nghệ XLNT dệt nhuộm

a. Hố thu công nghệ XLNT dệt nhuộm:

      Nước thải từ các nguồn phát sinh theo mạng lưới thu gom chảy vào hố thu của trạm xử lý. Bẫy cát đặt trước hố thu nhằm loại bỏ cát và các vật thể nặng để bảo vệ thiết bị và hệ thống đường ống công nghệ phía sau, song chắn rác thô để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn ra khỏi nước thải. Sau đó nước thải sẽ được bơm lên tháp giải nhiệt.
Thiết bị lọc rác tinh đặt sau hố thu trước khi bơm lên tháp giải nhiệt để loại bỏ rác có kích thước nhỏ như: sợi vải, vải vụn…, làm giảm SS trong nước thải.

b. Tháp giải nhiệt công nghệ XLNT dệt nhuộm:

     Tháp giải nhiệt có chức năng luồng nước nóng xả đều trên bề mặt tấm tản nhiệt, thông qua luồng không khí và hơi nước nóng luân chuyển tiếp xúc với nhau, nước nóng và luồng không khí sản sinh trao đổi nhiệt với nhau, đồng thời bộ phận nước nóng bị bốc hơi, hơi nước nóng được hòa vào trong không khí, sau đó nước nóng được giải nhiệt chảy xuống bể điều hòa.

c. Bể điều hòa công nghệ XLNT dệt nhuộm:

     Tại bể điều hòa, chúng tôi bố trí máy khuấy trộn chìm nhằm mục đích hòa trộn đồng đều nước thải trên toàn diện tích bể, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn ở bể, sinh ra mùi khó chịu. Điều hòa lưu lượng là phương pháp được áp dụng để khắc phục các vấn đề sinh ra sự dao động của lưu lượng, cải thiện hiệu quả hoạt động của các quá trình xử lý tiếp theo. Bơm được lắp đặt trong bể điều hòa để đưa nước lên các công trình phía sau.

d. Bể phản ứng công nghệ XLNT dệt nhuộm:

     Trong nước thải các cặn bẩn, thuốc nhuộm, các sản phẩm vô cơ, chất ô nhiễm …có kích thước nhỏ nên chúng tham gia vào chuyển động nhiệt cùng với phân tử nước tạo nên một hệ keo phân tán trong toàn bộ thể tích nước. Chúng có độ bền nhỏ hơn độ bền phân tử nên dễ phá huỷ bằng phèn. Phèn cho vào nước thải nhằm làm mất độ keo thiên nhiên trong nước thải, đồng thời tạo ra hệ keo mới có khả năng kết hợp chất ô nhiễm thành những bông cặn, có hoạt tính bề mặt cao, dễ lắng. Các quá trình phản ứng diễn ra như sau:
- Khuấy trộn phèn với nước thải;
- Thuỷ phân của phèn;
- Phá huỷ độ bền của keo (làm mất ổn định của hệ keo);
- Dính kết hấp thụ và keo tụ do chuyển động nhiệt và do khuấy trộn.
Tại bể phản ứng, hoá chất keo tụ (PAC và phèn Sắt) được châm vào bể với liều lượng nhất định và được kiểm soát chặt chẽ bằng các thiết bị điện tử. Dưới tác dụng của hệ thống cánh khuấy với tốc độ lớn được lắp đặt trong bể, các hóa chất được hòa trộn nhanh và đều vào trong nước thải.
Trong điều kiện môi trường thuận lợi cho quá trình keo tụ, hóa chất keo tụ và các chất ô nhiễm trong nước thải tiếp xúc, tương tác với nhau, hình thành các bông cặn nhỏ li ti trên khắp thể tích bể. Hỗn hợp nước thải này tự chảy qua bể keo tụ tạo bông.

e. Bể keo tụ tạo bông công nghệ XLNT dệt nhuộm:

      Chất keo tụ được cho vào nước thải mang điện tích dương (+), bao gồm phèn Nhôm, phèn Sắt và các loại Polymer cao phân tử khác (Polymer +) tạo nên hệ keo mang điện tích dương. Chất trợ keo tụ là các Polymer âm (-) phối hợp với hệ keo mang ion dương giúp cho quá trình lắng các bông bùn xảy ra nhanh hơn.
Tại bể keo tụ tạo bông, hóa chất trợ keo tụ (Polymer -) được châm vào bể với liều lượng nhất định. Dưới tác dụng của hóa chất này và hệ thống motor cánh khuấy với tốc độ chậm, các bông cặn li ti từ bể phản ứng sẽ chuyển động, va chạm, dính kết và hình thành nên những bông cặn tại bể keo tụ tạo bông có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông cặn ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng ở bể lắng. Hỗn hợp nước và bông cặn hữu dụng tự chảy sang bể lắng hóa lý.

f. Bể lắng hóa lý công nghệ XLNT dệt nhuộm:

      Nước thải từ bể keo tụ tạo bông được phân phối vào vùng phân phối nước của bể lắng.
Nước và bông cặn chuyển động qua vùng phân phối nước đi vào vùng lắng của bể lắng theo phương pháp lắng trọng lực. Khi hỗn hợp nước và bông cặn đi vào bể, các bông bùn va chạm với nhau, tạo thành những bông bùn có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông bùn ban đầu. Các bông bùn này sẽ có khối lượng riêng lớn hơn nước nên tự lắng xuống  tại vùng chứa cặn của bể lắng. Nước sạch được thu ở phía trên máng răng cưa bể lắng và chảy vào bể sinh học giá thể lưu động MBBR (moving bed biological reactor).

g. Bể sinh học MBBR công nghệ XLNT dệt nhuộm:

      Phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3- , SO42- ,…Vi sinh vật tồn tại trong bùn hoạt tính của bể sinh học bao gồm Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum cũng tồn tại.
Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ hòa tan, chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn chính như sau:
- Chuyển các chất ô nhiễm từ  pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật;
- Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào;
- Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới.
Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ các chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất, mật độ vi sinh vật và mức độ ổn định lưu lượng của nước thải ở trạm xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng… Tải trọng chất hữu cơ của bể sinh học hiếu khí truyền thống thường dao dộng từ 0,32-0,64 kg BOD/m3.ngày đêm. Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải ở bể sinh học hiếu khí cần được luôn luôn duy trì ở giá trị lớn hơn 2,5 mg/l.
Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể sinh học hiếu khí phụ thuộc vào:
- Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M;
- Nhiệt độ;
- Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật (bùn hoạt tính);
- Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất;
- Lượng các chất cấu tạo tế bào;
- Hàm lượng oxy hòa tan.
Các phản ứng sinh hóa cơ bản của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải gồm có:
• Oxy hóa các chất hữu cơ:
CxHyOz + O2                        CO2 + H2O + H
• Tổng hợp tế bào mới:
CxHyOz + NH3 + O2                Tế bào vi khuẩn+CO2+H2O+C5H7NO2 - H
• Phân hủy nội bào:
C5H7NO2 + 5O2                     5CO2 + 2H2O + NH3  H
Ưu điểm của công nghệ XLNT dệt nhuộm MBBR so với công nghệ truyền thống:
- Tất cả mọi thiết kế đều nhằm mục đích là hiệu quả xử lý, tiết kiệm năng lượng. Với công nghệ sinh học xử lý nước thải, chúng ta cần mật độ vi sinh vật cao nhằm mục đích đẩy nhanh quá trình oxy hóa sinh hóa. Nói nôm na là càng nhiều vi sinh ăn chất hữu cơ có trong nước thì quá trình xử lý sẽ nhanh hơn. Vấn đề ở đây là làm sao cho bề mặt tiếp  xúc giữa nước thải, oxi và vi sinh vật càng cao càng tốt.
- Giá thể lưu động MBBR được ứng dụng rộng rãi trên thế giới vài năm trở lại đây. Giá thể MBBR dạng hình cầu có kích thước Ø 10-Ø 20 cm, có tỷ trọng nhẹ hơn nước nên trong quá trình sục khí sẽ có giá thể vi sinh bám dính di chuyển khắp nơi trong bể MMBR. Các giá thể này cho phép tăng mật độ vi sinh lên đến 9.000-14.000 g/m3. Với mật độ này các quá trình oxy hóa để khử BOD, COD và NH4 diễn ra nhanh hơn gần 10 lần so với phương pháp truyền thống. (Ở phương pháp bùn hoạt tính Aeroten thông thường nồng độ vi sinh chỉ đạt 1.000-1.500 g/m3, ở các thiết bị với đệm vi sinh bám cố định chỉ đạt 2.500-3.000 g/m3). Do đó, thời gian lưu của bể MBBR chỉ cần 4h, trong khi bể Aeroten là 8-12h.
Điều quan trọng hơn nữa của phương pháp MBBR là chúng ta không cần phải tuần hoàn bùn hiếu khí lại như phương pháp Aeroten, nhược điểm của việc tuần hoàn bùn là làm giảm đi sự hoạt động của vi sinh hiếu khí vì vi sinh phải nằm ở bể lắng, không có dưỡng khí, khi bơm bùn hoàn lưu về bể aeroten làm cho vi sinh bị “shock” tải trọng, do đó hiệu quả xử lý sẽ không cao bằng phương pháp giá thể MBBR.
Chúng ta cũng không cần phải xây dựng bể thiếu khí Anoxic để khử N, P là do bể MBBR chứa đựng các giá thể di động cũng là nơi lưu trú cho các chủng vi sinh bám dính nên quá trình nitrat hoá xảy ra liên tục ở đây. Hai loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosomonas và Nitrobacter.
Ta có phương trình như sau:
NH4+          Oxidation          NO2-  + NO3- + H+ + H2O
NO2-,NO3-        Redution              N2   => escape to air
PO4-3            Microorganism                (PO4-3)salt   =>sludge
Như vậy bể sinh học hiếu khí MBBR có nhiệm vụ xử lý các chất hữu cơ còn lại trong nước thải. Trong bể MBBR diễn ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải dưới sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí. Tại bể MBBR có hệ thống sục khí trên khắp diện tích bể nhằm cung cấp ôxy, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sống, phát triển và phân giải các chất ô nhiễm. Vi sinh vật hiếu khí sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ dạng keo và hòa tan có trong nước để sinh trưởng. Ở điều kiện thuận lợi, vi sinh vật phát triển mạnh, sinh khối tăng và tồn tại dưới dạng bông bùn dễ lắng tạo thành bùn hoạt tính. Sau quá trình oxy hóa (bằng sục không khí) với đệm vi sinh di động, bùn hoạt tính (tức lượng vi sinh phát triển và hoạt động tham gia quá trình xử lý) được bám giữ trên các giá thể bám dính di động dạng cầu. Nước thải sau khi qua bể MBBR sẽ tự chảy vào bể lắng sinh học.

h. Bể lắng sinh học công nghệ XLNT dệt nhuộm:

      Nước thải sau khi qua bể MBBR được phân phối vào vùng phân phối nước của bể lắng sinh học lamella. Cấu tạo và chức năng của bể lắng sinh học lamella tương tự như bể lắng hóa lý. Nước sạch được thu đều trên bề mặt bể lắng thông qua máng tràn răng cưa. Nước thải sau bể lắng sẽ tự chảy sang bể trung gian chứa nước kết hợp khử màu, khử trùng.

i. Bể trung gian kết hợp khử màu công nghệ XLNT dệt nhuộm:

      Với thời gian lưu thích hợp, bể được sục khí để hoà trộn đều hoá chất khử màu với nước thải. Hiện nay trên thị trường có nhiều loại hóa chất khử màu rất hiệu quả, đặc biệt là hóa chất khử màu có tên gọi HANO. Đây là hóa chất đặc biệt, khử được tất cả các màu, kể cả các màu khó như chất quang sắc, đặc biệt hơn là HANO hoạt động tốt mà không phụ thuộc vào các yếu tố nhiệt độ, pH, độ oxi hóa… Nước sau khi qua bể trung gian kết hợp khử màu sẽ được bơm qua cụm lọc áp lực.

j. Cụm lọc áp lực công nghệ XLNT dệt nhuộm:

      Bể lọc áp lực sử dụng trong công nghệ này là bể lọc áp lực đa lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh và than hoạt tính để loại bỏ các chất lơ lửng, các chất rắn không hòa tan, các nguyên tố dạng vết, halogen hữu cơ nhằm đảm bảo độ trong của nước .
Nước sau khi qua cụm lọc áp lực đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo QCVN 24:2009 cột B.

k. Bể chứa bùn công nghệ XLNT dệt nhuộm:

      Bùn từ hố thu, bể lắng 1 và phần bùn dư trong bể lắng 2 được đưa tới bể chứa bùn để lưu trữ trong khoảng thời gian nhất định. Tại bể chứa bùn, không khí được cấp vào bể để tránh mùi hôi do sự phân hủy sinh học các chất hữu cơ.
Sau đó bùn được bơm qua máy ép bùn khuôn bản để loại bỏ nước. Bùn khô được lưu trữ tại nhà chứa bùn trong thời gian nhất định. Sau đó, bùn được các cơ quan chức năng thu gom và xử lý theo quy định.
Nước từ bể nén bùn và máy ép bùn theo đường ống chảy trở lại hố thu gom của trạm để tái xử lý.
Kết luận:
Công nghệ XLNT dệt nhuộm nêu trên giải quyết tất cả các vấn đề khó khăn trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm như nhiệt độ, độ màu khó phân giải vi sinh, COD cao … Đây là một công nghệ mới, hiện đại, tiết kiệm được nhiều diện tích đất, hiệu quả xử lý cao, giảm chi phí vận hành đến mức thấp nhất.

      Hãy liên hệ Công ty môi trường Ngọc Lân để biết thêm về Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm.

Chúc các bạn có một ngày làm việc vui vẻ và hiệu quả !