Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học bách khoa hà nội - NGUYễN THế CƯờNG Nghiên cứu QUá TRìNH Xử Lý NƯớc thảI chứa thuốc nhuộm phơng pháp fentơn Luận văn thạc sĩ khoa học NGàNH: CÔNG NGHệ HOá HọC Hà nội - 2009 -1- MụC LụC Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt - Danh mục bảng - Danh mục hình vẽ, đồ thị - Mở ĐầU - Chơng 1- TổNG QUAN - 1.1 Giới thiệu chung công nghệ ngành dệt nhuộm - 1.2 Các tiêu đánh giá chất lợng nớc thải - 12 1.2.1 Các thông số vật lý quan trọng - 12 1.2.1.1 Màu sắc - 12 1.2.1.2 Độ đục - 13 1.2.1.3 Mùi vị - 13 1.2.1.4 Nhiệt độ - 14 1.2.1.5 Độ dẫn điện - 14 1.2.1.6 Độ cứng nớc - 15 1.2.2 Các thông số ô nhiễm hoá học - 15 1.2.2.1 Hàm lợng oxy hoà tan - DO (Dissolved oxygen) - 15 1.2.2.2 Nhu cầu oxy hoá học - COD (Chemical oxygen demand) - 16 1.2.2.3 Nhu cầu oxy sinh hoá - BOD (Biochemical oxygen demand) - 17 - 1.3 Hiện trạng nớc thải nhà máy Dệt Len Mùa Đông - 18 1.3.1 Tình hình chung - 18 1.3.2 Nớc thải nhà máy Dệt Len Mùa Đông - 26 1.3.2.1 Giới thiệu sơ lợc nhà máy Dệt Len Mùa Đông - 26 1.3.2.2 Qui trình công nghệ sản xuất nhà máy Dệt Len Mùa Đông - 27 1.3.2.3 Đánh giá chất lợng nớc thải nhà máy Dệt Len Mùa Đông - 28 - 1.4 Sơ lợc phơng pháp xử lý nớc thải dệt nhuộm - 29 1.4.1 Các phơng pháp ngăn ngừa, giảm thiểu - 29 1.4.2 Phơng pháp học - 30 1.4.3 Phơng pháp hoá lý - 31 1.4.4 Phơng pháp sinh học - 36 1.4.5 Phơng pháp hoá học - 40 - 1.5 Chọn công nghệ xử lý - 41 1.5.1 Quy trình công nghệ - 41 1.5.2 Phơng pháp hoá học Oxy hoá Fentơn - 42 - Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn -2- Chơng 2- CƠ Sở Lý THUYếT CủA QUY HOạCH HOá THựC NGHIệM - 49 2.1 Giới thiệu chung - 49 2.1.1 Xác định hệ - 49 2.1.2 Xác định cấu trúc hệ - 50 2.1.3 Xác định hàm toán mô tả hệ - 51 2.1.4 Xác định thông số mô hình thống kê - 52 2.1.5 Cơ sở chọn tâm thí nghiệm - 53 2.1.6 Kiểm tra tính có nghĩa hệ số hồi quy - 55 2.1.7 Kiểm tra tính tơng hợp mô hình thống kê - 56 - 2.2 Phơng pháp quy hoạch hoá tuyến tính bậc bậc - 56 2.2.1 Quy hoạch tuyến tính bậc - 56 2.2.2 Quy hoạch tuyến tính bậc hai mức tối u riêng phần - 58 2.2.3 Quy hoạch thực nghiệm bậc - 60 - CHƯƠNG 3- THựC NGHIệM - 64 3.1 Mô tả thực nghiệm - 64 3.1.1 Đối tợng nghiên cứu - 64 3.1.2 Mục đích nghiên cứu - 64 3.1.3 Quy trình thực nghiệm - 64 - 3.2 Các phơng pháp phân tích sử dụng nghiên cứu - 64 3.2.1 Dụng cụ hoá chất - 64 3.2.2 Phân tích định tính - 65 3.2.3 Phân tích định lợng - 66 - Chơng 4- KếT QUả Và THảO LUậN - 67 4.1 Sự ảnh hởng yếu tố công nghệ - 68 4.1.1 Khảo sát ảnh hởng nồng độ Fe2+ - 68 4.1.2 Khảo sát ảnh hởng nồng độ H2O2 - 69 4.1.3 Khảo sát ảnh hởng pH - 71 4.1.4 Khảo sát ảnh hởng thời gian - 73 - 4.2 Quy hoạch thực nghiệm bậc nghiên cứu ảnh hởng đồng thời yếu tố - 74 4.3 Quy hoạch thực nghiệm bậc nghiên cứu ảnh hởng đồng thời yếu tố - 79 - KếT LUậN - 90 TàI LIệU THAM KHảO - 91 - Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn -3- Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt DO: hàm lợng oxy hoà tan COD: nhu cầu oxy hoá học BOD: nhu cầu oxy sinh hóa Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn -4- Danh mục bảng Bảng 1.1 Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc phạm vi sử dụng Bảng 1.2 Các sản phẩm phân huỷ thuốc nhuộm azo Bảng 1.3 Nguyên nhiên vật liệu sử dụng Bảng 1.4 Kết phân tích nuớc thải phân xởng nhuộm ngày 31-03-2006 Bảng 1.5 Các yếu tố dinh dỡng cần thiết cho vi sinh vật phát triển Bảng 1.6 Thế oxy hoá tác nhân oxy hoá truyền thống Bảng 1.7 So sánh hệ phản ứng tạo gốc OH Bảng 2.1 Hệ số , tơng ứng với số biến k Bảng 4.1 ảnh hởng nồng độ Fe2+ đến hiệu xử lý COD nớc thải chứa nhuộm màu xanh BB161 Bảng 4.2 ảnh hởng nồng độ H2O2 đến hiệu xử lý COD nớc thải chứa thuốc nhuộm màu xanh BB161 Bảng 4.3 ảnh hởng độ pH đến hiệu xử lý COD nớc thải chứa thuốc nhuộm màu xanh BB161 Bảng 4.4 ảnh hởng thời gian phản ứng đến hiệu xử lý COD nớc thải chứa thuốc nhuộm màu xanh BB161 Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn -5- Danh mục hình vẽ, đồ thị Hỡnh 1.1 S cụng ngh dt nhum Hình 1.2 Một số cấu trúc thuốc nhuộm phân tán điển hình Hình 1.3 Ví dụ cấu trúc thuốc nhuộm azo (Remazol Black 5) Hình 1.4 Ví dụ thuốc nhuộm azo hoạt tính (C.I Reactive Blue 238) Hình 1.5 Ví dụ phân huỷ thuốc nhuộm azo vi sinh vật yếm khí Hình 1.6 Quy trình công nghệ xử lý nớc thải Công ty Dệt Len Mùa Đông Hỡnh 2.7 Vựng xỏc nh ABCD cỏc yu t nh hng v vựng lõn cn im M: 1234-dng t nhiờn Hỡnh 2.8 Vựng xỏc nh ABCD cỏc yu t nh hng v vựng lõn cn im M: 1234-dng mó hoỏ Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thí nghiệm Hình 4.1 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý COD vào nồng độ Fe2+ Hình 4.2 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý COD vào nồng độ H2O2 Hình 4.3 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý COD vào độ pH Hình 4.4 Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý COD vào thời gian phản ứng Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất xử lý COD vào pH nồng độ H2O2 nồng độ Fe2+ không đổi, thời gian phản ứng không đổi Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất xử lý COD vào pH nồng độ Fe2+ nồng độ H2O2 không đổi thời gian phản ứng không đổi Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất xử lý COD vào Fe2+ nồng độ H2O2 độ pH không đổi thời gian phản ứng không đổi Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất xử lý COD vào Fe2+ thời gian T nồng độ H2O2 độ pH không đổi Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất xử lý COD vào độ pH thời gian phản ứng nồng độ Fe2+ nồng độ H2O2 không đổi Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn -6- Mở ĐầU Ngày nay, với phát triển ngành công nghiệp, nông nghiệp dịch vụ, tiến đời sống sinh hoạt hàng ngày, ngời thải hàng trăm triệu chất thải vào môi trờng, nhiều chất thải có độc tính cao làm cho môi trờng bị ô nhiễm ngày gay gắt Vấn đề ô nhiễm môi trờng, đặc biệt môi trờng nớc đã, thách thức với phát triển tồn vong xã hội loài ngời, nớc phát triển, có Việt Nam Một nguồn thải gây ô nhiễm nguồn nớc lớn sở sản xuất hàng dệt may Ngành công nghiệp dệt may ngành mang tính xã hội cao, đợc nhà nớc quan tâm đầu t nên có tốc độ phát triển nhanh ngành có kim ngạch xuất lớn, liên tục tốp dẫn đầu năm gần Sức ép môi trờng ngày lớn, công ty, xí nghiệp ngành dệt may phải sản xuất phù hợp với tiêu chuẩn môi trờng Việt Nam ban hành, mà phải phấn đấu đạt tiêu chuẩn quản lí chất lợng môi trờng ISO 14000 để đảm bảo xuất cạnh tranh thắng lợi thơng trờng quốc tế Chính vậy, vấn đề sinh thái môi trờng sản xuất ngành dệt may, đặc biệt tẩy, nhuộm, in hoa xử lí hoàn tất cuối đòi hỏi phải xem xét cẩn thận xử lý nghiêm túc Trong bối cảnh chung toàn ngành, Công ty Dệt Len Mùa Đông đơn vị liên doanh với Đan Mạch, chuyên cung cấp sản phẩm dệt may đợc thị trờng a dùng, với đặc thù công nghệ sử dụng lợng lớn nớc hoá chất Lu lợng nớc thải 30 m3/ ngày đêm, chủ yếu nớc thải phân xởng nhuộm chứa chủ yếu loại thuốc nhuộm azo, có phần thuốc nhuôm phân tán thuốc nhuộm cation Các loại thuốc nhuộm thờng có đặc tính bền với điều kiện môi trờng khó phân huỷ sinh Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn -7- học Do nớc thải Công ty có nguy gây ô nhiễm môi trờng lớn nên việc xử lý nớc thải công ty trở thành nhu cầu cấp bách Nhằm góp phần tìm hiểu giải vấn đề trên, em tiến hành "Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn -8- Chơng 1- TổNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung công nghệ ngành dệt nhuộm Hiện nay, dệt may ngành công nghiệp mang lại lợi nhuận kinh tế cao, thu hút nhiều lao động góp phần quan trọng việc giải vấn đề công ăn việc làm xã hội Trong năm gần ngành công nghiệp có bớc phát triển đáng kể Hiện ngành dệt may nớc ta có 1000 doanh nghiệp, khoảng 230 doanh nghiệp nhà nớc (chiếm 28%), 450 doanh nghiệp quốc doanh (42%), 250 doanh nghiệp có vốn đầu t nớc (30%) với số lao động triệu ngời Trong năm gần trình độ công nghệ ngành dệt may Việt Nam đợc cải thiện đáng kể, số đơn vị doanh nghiệp sản xuất đạt trình độ công nghệ tiên tiến giới Thị trờng đợc mở rộng góp phần thúc đẩy tăng trởng nhanh kim ngạch xuất Theo thống kê ngành dệt may Việt Nam, kim ngạch sản phẩm nhuộm sang thị trờng EU tháng đầu năm 2004 đạt 360 triệu USD, chiếm 18% tổng kim ngạch xuất khẩu, riêng xuất sang 15 nớc thành viên EU cũ đạt 320 triệu USD, tăng 50% so với kỳ năm trớc Hiện hàng dệt may Việt Nam có mặt 100 nớc chủ yếu tập trung vào ba thị trờng EU, Nhật Bản, Mỹ [1] Bên cạnh thành tích, ngành dệt nhuộm nớc ta gặp nhiều khó khăn, chủ yếu lực thiết bị Hiện toàn ngành dệt tỷ lệ đổi thiết bị đạt 7%, thấp so với nớc khu vực (20 ữ 25%) Mặt khác, thiết bị ngành dệt nhuộm tình trạng xuống cấp nghiêm trọng Công nghệ thiết bị lạc hậu dẫn đến tiêu hao nguyên vật liệu lớn Vấn đề ảnh hởng đến lợi nhuận doanh nghiệp sản xuất mà gây tác động tiêu cực đến môi trờng Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn -9- Ngành dệt nhuộm ngành công nghiệp đa sản phẩm, áp dụng nhiều quy trình sản xuất khác nhau, sử dụng nhiều chủng loại nguyên vật liệu, hoá chất Nớc thải dệt nhuộm, đặc biệt nớc thải từ công đoạn nhuộm, nấu có độ màu độ ô nhiễm cao, chứa chất hữu khó phân huỷ, có tính độc cao sinh vật ngời Do vậy, xử lý nớc thải sở dệt nhuộm ngày trở thành vấn đề cấp thiết Tuỳ đặc thù công nghệ sản phẩm sở sản xuất khác mà quy trình sản xuất áp dụng thay đổi phù hợp Dây chuyền công nghệ tổng quát ngành dệt nhuộm bao gồm bớc sau (Hình1.1) [2] Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn - 83 S b21234 = 0,0269 Tra bảng chuẩn số Student với mức có nghĩa p=0,05; phơng sai lăp f2=2 ta có t0,05,3= 4,303 Nh b có nghĩa khi: tb = b > t 0, 05,3 = 4,303 ; sb Nh hệ số có nghĩa bo, b1, b2, b3, b4, b23, b13, b24, b14, b34, b123, b134, b1234, b11, b33, b22, b44 Mô hình hồi quy tìm đợc: y = 81 ,394 + 1,9222 x1 , 0445 x + 3, 4715 x + 1,3158 x + , 7688 x1 x , 7938 x x + ,1813 x x + 1, 0688 x1 x 1,9063 x x 1,9813 x1 x x 3, 4313 x1 x x 12 ,1814 x12 ,7058 x 22 , 6562 x 32 ,3058 x 42 (3) 1, 6688 x1 x x x Kiểm tra tính tơng hợp mô hình, tính y i theo bảng ma trận thực nghiệm phơng trình hồi quy ta có: Thí nghiệm Giá trị y i 52.08 58.487 38.591 46.248 69.123 66.13 53.709 49.466 56.224 10 46.506 11 56.785 12 61.667 Nghiên cứu trình xử lý nớc thải chứa thuốc nhuộm phơng pháp Fentơn - 84 - 13 45.242 14 66.924 15 57.228 16 64.31 17 54.321 18 59.757 19 78.875 20 73.093 21 59.178 22 68.996 23 74.923 24 78.644 25 81.394 N Phơng sai d đợc tính theo S du2 yi yi = i =1 N l N= 25 số thí nghiệm l= 17 số hệ số có nghĩa phơng trình hồi quy Tính ta có: S du2 = 5,3812 Chuẩn số Fisher đợc tính theo F= S du2 5,3812 = = 12,5145 0,43 S ts Tra bảng tìm chuẩn số Fisher ứng với bậc tự lặp f2= 3-1= 2, bậc tự d f1= 20-3= 17 mức có nghĩa p=0,05 ta có Fbảng= 19,4 So sánh ta thấy F