Đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ S K C 0 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: SV 2010 - 74 S K C 0 0 2 8 1 8 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2010
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ MÃ SỐ: SV2010-74 NGƯỜI THỰC HIỆN: TRẦN VĂN BÉ BA ĐỖ PHƯƠNG THẢO NGUYỄN THỊ THANH TRÚC ĐƠN VỊ: KHOA CNHH&TP TP. HỒ CHÍ MINH – 2010
3. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức MỤC LỤC Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG 4 1.1. Đặt vấn đề 4 1.2. Thành phần của nước thải dệt nhuộm 4 1.3. Mục đích của đề tài 5 Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ DÙNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 6 2.1. Cơ sở lý thuyết về keo tụ 6 2.1.1. Keo tụ 6 2.1.2. Các phương pháp keo tụ 6 2.1.3.Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông 7 2.2. Hóa chất keo tụ 8 2.2.1. Muối nhôm 8 2.2.1.1. Phèn nhôm Al2(SO4)3 8 2.2.1.2. Sunphat nhôm + vôi sống 9 2.2.1.3. Sunphat nhôm +cacbonat natri 9 2.2.1.4. Aluminat natri 9 2.2.2. Phèn sắt 9 2.2.2.1. Phèn sắt Ferrous sulfate 9 2.2.2.2. Sắt Ferric sulfate –Fe2(SO4)3 10 2.2.2.3. Phèn sắt Feric chloride –FeCl3: (lỏng, đôi khi kết tinh) 10 2.2.2.4. Sulfat ferric + vôi 10 2.2.2.5. Sắt sulfat +Clo 10 2.2.2.6. Sắt sulfat +vôi 10 2.2.3. Hỗn hợp: sản phẩm hỗn hợp Al3+/Fe3+ 11 2.2.4. PAC ( Polialumium chloride) 11 2.2.5. Các hóa chất keo tụ tự nhiên 12 Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ Trang 1
4. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 2.2.5.1. Chitosan 12 2.2.5.2. Bentonite 12 2.2.5.3. Alginate – CaCl2 12 Chương III: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 3.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 13 3.1.1. Hóa chất: 13 3.1.2. Dụng cụ: 13 3.1.3. Thiết bị 13 3.2. Chuẩn bị mẫu, hóa chất để phân tích 13 3.2.1. Pha dung dịch Al2(SO4)3 nồng độ 20g/l 13 3.2.2. Pha dung dịch FeCl3 nồng độ 20g/l 14 3.2.3. Pha dung dịch PAC nồng độ 20g/l 14 3.2.4. Pha dung dịch polimer nồng độ 0.1% 15 3.3. Phương pháp nghiên cứu: 15 3.4 Phân tích các thông số 16 Chương IV: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 17 4.1.Thí nghiệm : xác định giá trị pH tối ưu. 17 4.2.Thí nghiệm 2: xác định liều lượng phèn tối ưu 17 4.3. Thí nghiệm 3: xác định liều lượng chất polimer (trợ keo tụ) tối ưu 17 Chương V: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 19 5.1. Chất keo tụ : Al2(SO4)3 19 5.1.1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo bông 19 5.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Al2(SO4)3 đến quá trình tạo bông 20 5.1.3. Ảnh hưởng của Polimer đến quá trình tạo bông 21 5.2.Chất keo tụ: FeCl3 22 5.2.1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo bông 22 5.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng FeCl3 đến quá trình tạo bông 23 5.2.3. Ảnh hưởng của Polimer đến quá trình tạo bông 24 5.3. Chất keo tụ : PAC (polyaluminium chloride) 25 Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ Trang 2
5. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 5.3.1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo bông 25 5.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến quá trình tạo bông 26 5.3.3. Ảnh hưởng của Polimer đến quá trình tạo bông 27 Chương VI: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 28 6.1. Kết luận 28 6.2. Khuyến nghị 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH . .31 Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ Trang 3
6. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Đặt vấn đề - Ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đang phát triển đa dạng với những quy mô khác nhau. Trong quá trình hoạt động sản xuất, các cơ sở dệt nhuộm đã tạo ra lượng lớn chất thải có mức độ gây ô nhiễm cao. Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường có nhiệt độ cao, độ pH lớn, chứa nhiều loại hóa chất, thuốc nhuộm khó phân hủy, độ màu cao. Nếu không được xử lý tốt, nước thải do dệt nhuộm sẽ gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm. - Ba phương pháp thường được ứng dụng riêng rẽ hoặc kết hợp để xử lý nước thải dệt nhuộm là: phương pháp hóa lý, phương pháp oxy hóa bậc cao và phương pháp sinh học . - Quá trình xử lý sinh học giúp loại bỏ các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và xử lý một phần các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học dưới tác dụng của quá trình sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật, giúp giảm bớt tải lượng hoạt động của quá trình xử lý hóa lý keo tụ-tạo bông. - Với quá trình keo tụ, người ta có thể tách được hoặc giảm đi các thành phần có trong nước thải như : các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng, đồng thời có thể cải thiện được độ đục, mùi và độ màu của nước. 1.2. Thành phần của nước thải dệt nhuộm Nước thải dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp. 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 oxi hóa đã có hàng trăm loại hóa chất đặc trưng, các chất này hòa tan dưới dạng ion và các chất kim loại nặng đã làm tăng thêm tính độc hại không những trong thời gian trước mắt mà cón về lâu dài sau này đến môi trường sống. Công nghệ dệt nhuộm sử dụng một lượng nước thải lớn phục vụ cho các công đoạn sản xuất đồng thời thải ra một lượng nước thải rất lớn tương ứng bình quân khoảng 12 – 300 m3 / tấn vải. Trong số đó hai nguồn nước cần giải quyết chính là từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy. Nước thải tẩy giặt có pH 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 tẩy khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể ên đến 10.000 Pt – Co, hàm lượng cặn lơ lửng SS có thể đạt đền trị số 2000 mg/l, nồng độ này giảm dần ở cuối chu kì xả và giặt. Thành phần của nước thải chủ yếu bao gồm: thuốc nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, các chất oxi hóa, chất điện ly v.v Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ Trang 4
7. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức Còn thành phần nước thải nhuộm thì không ổn định và đa dạng, thay đổi ngay trong từng nhà máy khi nhuộm các loại vải khác nhau. Nhìn chung nước thải dệt nhuộm bao gồm các gốc như : R – SO3Na, 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 mà ảnh hưởng đến tính chất nước thải. Thành phần và tính chất nước thải thay đổi liên tục trong ngày. Nhất là tại các nhà máy sản xuất theo qui trình gián đoạn, các công đoạn như giặt, nấu tẩy, nhuộm đều thực hiện trên cùng một máy, do vậy tùy theo giai đoạn nước thải cũng biến đổi, dân đến độ màu, hàm lượng chất hữu cơ, độ pH, hàm lượng cặn đều không ổn định. Bên cạnh hai nguồn đặc trưng trên, nước thải ở các khâu hơ sợi, giặt xả cũng có hàm lượng hữu cơ cao, pH vượt tiêu chuẩn xả thải. tuy nhiên công đoạn hồ sợi, lượng nước được sử dụng rất nhỏ, hầu như toàn bộ phẩm hồ đượ bám trên vải, nước thải chỉ xả ra khi làm vệ sinh thiết bị nên không đáng kể. Nước thải công nghệ dệt nhuộm gây ra ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường sống: độ màu, pH, TS, COD, nhiệt độ vượt quá tiêu chuẩn cho phép xả vào nguồn. Hàm lượng chất bề mặt đôi khi quá cao, khi thải vào nguồn nước như sông, kênh rạch tạo màng nội trên bề mặt, ngăn cản sự khuếch tán của oxi vào môi trường gây nguy hại chi hoạt động của thủy sinh vật, mặt khác một số các hóa chất chứa kim loại như crôm, nhân thơm, các phần chứa độc tố không những có thể tiêu diệt thủy sinh vật mà cón gây hại trực tiếp đến dân cư ở khu vực lân cận gây ra một số bệnh nguy hiểm như ung thư. Điều quan trọng là độ màu quá cao, việc xả thải liên tục vào nguồn nước đã làm cho độ màu tăng dần, dẫn đến hiện trạng nguồn nước bị vẫn đục, chính các thuốc nhuộm thừa có khả năng hấp thụ ánh sáng, ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nước, do vậy thực vật dần dần bị hủy diệt, sinh thái nguồn nước có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Cần đưa ra công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm. Ở đây ta chỉ nghiên cứu khả năng xử lý độ màu của nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ tạo bông. 1.3. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu khả năng keo tụ của Al2(SO4)3, FeCl3, PAC, các số liệu về liều keo tụ ,ảnh hưởng của pH và hàm lượng của polimer (chất trợ keo tụ). Đưa ra những kết luận và kiến nghị về xử lý độ màu của nước thải dệt nhuộm. Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ Trang 5
8. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ DÙNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 2.1. Cơ sở lý thuyết về keo tụ 2.1.1. Keo tụ Keo tụ là phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất. Trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông có kích thước lớn hơn và có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các phương pháp lắng lọc và tuyển nổi. Các chất keo thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng dung dịch hòa tan, các chất điện ly hoặc các chất cao phân tử. Bằng cách sử dụng quá trình keo người ta có thể tách được hoặc giảm đi các thành phần có trong nước thải như: các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng, đồng thời có thể cải thiện được độ đục, mùi và độ màu của nước. Nguyên tắc: Hạt keo từ trạng thái ổn định và rất khó lắng thành trạng thái mất ổn định và lắng được. 2.1.2. Các phương pháp keo tụ Trong công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt và phương pháp keo tụ dùng các chất polymer. Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trị III, gọi là phèn nhôm hay phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan, trong dung dịch chúng phân ly thành các anion và cation theo phản ứng sau: 3+ 2- Al2(SO4)3 2Al + 3SO4 3+ - FeCl3 2Fe + 3Cl Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành 3+ các phức chất hexa Me(H2O)6 (trong đó Me có thể Al hoặc Fe). Tùy thuộc vào giá trị pH của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau, thí dụ với nhôm các phức chất này tồn tài ở pH từ 5.5 đến 7.5, với sắt chúng tồn tại ở pH từ 1 đến 3. Khi tăng pH, các phản ứng xảy ra như sau: Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ Trang 6
9. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức 3+ 2+ + Me(H2O)6 + H2O Me(H2O)5OH + H3O 2+ + + Tăng axit Me(H2O)5 + H2O Me(H2O)4(OH)2 + H3O + + + Tăng kiềm Me(H2O)4(OH)2 + H2O Me(H2O)3 + 3H2O + H3O - - Me(OH)3 + OH Me(OH)4 Các sản phẩm hydroxyt tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6, đó là các sản 5+ phẩm mang nhiều các nguyên tử kim loại, ví dụ Al3(OH)4 .Các hợp chất này mang điện tích dương mạnh và có khả năng kết hợp với các hạt keo mang điện tích âm trong nước thải tạo thành các bông cặn. Các hydroxit nhôm hoặc sắt tạo thành khác nhau tùy thuộc vào pH và các điều kiện của quá trình, song chúng đều là các hợp chất mang điện dương và có hoạt tính tạo bông keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bông keo tụ này lắng xuống sẽ hấp thụ, cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn hữu cơ mang mùi vị, tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong nước. Mặt khác, các ion kim loại tự do còn liên kết với nước qua phản ứng thủy phân cũng tạo thành các hydroxyt như sau: 3+ + Al + 3H2O Al(OH)3 + 3H 3+ + Fe + 3H2O Fe(OH)3 + 3H Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhôm, sắt ta thấy có khả năng tạo 3 loại bông cặn sau: + Loại thứ nhất là tổ hợp các hạt keo tự nhiên, loại này chiếm số ít. + Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và trung hòa về điện tích. Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong quá trình lắng tiếp theo vì vậy số lượng cũng không đáng kể. + Loại thứ ba được hình thành từ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các anion có trong nước nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, các có năng hấp thụ các chất bản trong khi lắng, tạo thành các bông cặn lớn hơn. Trong xử lý nước bằng keo tụ loại bông thứ ba chiếm ưu thế và có tính quyết định đến hiệu quả keo tụ. -Keo tụ hoặc tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử Quá trình này sử dụng các chất cao phân tử tan trong nước, chúng có cấu tạo mạch dài, với phân tử lượng từ 103 đến 107g/mol và đường kính phân tử trong dung dịch vào khoảng 0,1 đến 01m. Chúng còn được sử dụng làm chất trợ keo tụ, tức là sử dụng phèn sắt phèn nhôm là những chất trợ keo tụ chính. Chúng giúp cho quá trình keo xảy ra nhanh hơn. 2.1.3.Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông - Cơ chế nén lớp điện tích kép: quá trình đòi hỏi nồng độ cao của các ion trái dấu cho vào để giảm thế điện động Zeta. Khi các ion trái dấu bổ sung vào nước Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ Trang 7