ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN Tôn Thất Lãng NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM XỬ LÝ KỊ KHÍ TỐC ĐỘ CAO ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÁT SINH TỪ CÔNG NGHIỆP DỆT NHUỘM CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI Mà SỐ: 2.10.10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH, năm 2006 Công trình hoàn thành tại: VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN- ĐHQG TP HCM Đòa chỉ: 142 Tô Hiến Thành, Quận 10, TP HCM Điện thoại: 08.8651132 Fax: 08.8655670 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Đào Văn Lượng PGS.TS Trần Linh Thước Phản biện 1: ……………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………… Phản biện 3: ……………………………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án cấp nhà nước họp Viện Môi trường Tài nguyên, số 142 Tô Hiến Thành, Quận 10 vào hồi …… giờ, ngày …… tháng … năm 2006 Có thể tìm hiểu Luận án thư viện: Viện Môi trường Tài nguyên – ĐHQG TP HCM Tổng hợp Khoa học TP HCM CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết Luận án Ngành dệt may Việt Nam hình thành phát triển kỷ, trở thành ngành công nghiệp quan trọng đời sống xã hội kinh tế nước ta Trong 10 ngành mang lại giá trò xuất cao cho đất nước, ngành dệt may xếp thứ hai, đứng sau ngành công nghiệp dầu khí Tuy nhiên, ngành dệt may làm phát sinh lượng nước thải lớn khó xử lý Thuốc nhuộm từ dòng thải có khả gây ung thư, biến dò cho người, gây độc số loài động vật thủy sinh làm ô nhiễm môi trường nước [4], [7], [9], [36] Tại nước ta, nhiều nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm xây dựng công nghệ nước lẫn nước Tuy nhiên, công nghệ có chi phí hoạt động giá thành xử lý cao, nhiều trường hợp lên đến 10.000 đồng/m3 nước thải Hầu hết nhà máy xử lý có dây chuyền công nghệ xử lý phức tạp, chiếm nhiều diện tích xây dựng, nước thải sau xử lý có độ màu chưa đạt tiêu chuẩn TCVN 6984 - 2001 Thực tiễn yêu cầu phải có nghiên cứu để tìm công nghệ có hiệu suất xử lý màu ô nhiễm hữu cao, ổn đònh, chiếm diện tích giá thành phù hợp với khả kinh tế doanh nghiệp nước ta 1.2 Mục đích nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục đích nghiên cứu Luận án thực nhằm nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất điều kiện ứng dụng công nghệ xử lý kò khí sử dụng lớp bùn hạt mở rộng (Expanded Granular Sludge Bed - EGSB) xử lý nước thải dệt nhuộm Trên sở này, tiến hành nối kết công nghệ EGSB với công nghệ khác tạo thành dây chuyền công nghệ hoàn chỉnh để xử lý nước thải dệt nhuộm đạt hiệu suất xử lý cao, ổn đònh, chiếm diện tích giá thành phù hợp với điều kiện doanh nghiệp nước ta 1.2.2 Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu thực nghiệm luận án bao gồm: - Khảo sát ảnh hưởng chất xúc tiến phản ứng phân hủy thuốc nhuộm azo điều kiện kò khí Từ đó, tiếp tục phát triển mô hình hóa trình phân hủy - Đánh giá độ ổn đònh bùn hạt suốt trình vận hành hệ thống EGSB xử lý nước thải dệt nhuộm, từ đề xuất phương pháp tăng độ ổn đònh cho trình vận hành hệ thống EGSB - Đánh giá độ ổn đònh khả chòu tải hệ thống EGSB xử lý nước thải dệt nhuộm, xác đònh số thông số hoạt động tối ưu mô hình EGSB số thông số động học hệ thống - Xác đònh thông số thích hợp vận hành dây chuyền công nghệ xử lý xác đònh hiệu suất xử lý kết nối công nghệ EGSB với công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí, hấp phụ … để xử lý nước thải dệt nhuộm 1.3 Ý nghóa khoa học thực tiễn Luận án 1.3.1 Ý nghóa khoa học Luận án Luận án đóng góp điểm sau đây: - Là công trình Việt Nam nghiên cứu phát triển sở lý thuyết phân tích yếu tố để đẩy mạnh trình xử lý kò khí nước thải dệt nhuộm công nghệ xử lý kò khí với lớp bùn hạt mở rộng EGSB mô hình hóa trình này; - Đề xuất dây chuyền công nghệ EGSB – bùn hoạt tính hiếu khí – hấp phụ để xử lý nước thải dệt nhuộm đạt yêu cầu chất lượng nước thải đầu Việt Nam Với luận điểm trên, luận án đóng góp cho sở lý thuyết kỹ thuật chuyên ngành công nghệ Nước Nước thải 1.3.2 Ý nghóa thực tiễn luận án Luận án góp phần xây dựng dây chuyền công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm phù hợp với điều kiện mặt nhỏ hẹp sở, nhà máy dệt nhuộm, có chi phí phù hợp với điều kiện kinh tế doanh nghiệp nước ta đảm bảo nước thải đầu đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan ngành dệt nhuộm Dệt nhuộm ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ phức tạp, sử dụng nhiều nguyên liệu, hóa chất khác sản xuất nhiều mặt hàng đa dạng Thông thường, công nghệ dệt nhuộm bao gồm trình kéo sợi, dệt vải, tẩy, nhuộm, in hoa xử lý hoàn tất 2.2 Ô nhiễm môi trường ngành dệt nhuộm Từ công đoạn sản xuất, ngành dệt nhuộm thải lượng nước thải lớn khó xử lý, công đoạn nhuộm xử lý hoàn tất Do đặc trưng công nghệ dệt nhuộm, đặc tính nước thải thay đổi tùy theo công đoạn sản xuất Tùy theo loại vải, loại màu cần nhuộm mà người ta sử dụng loại thuốc nhuộm, chất trợ khác Một phần thuốc nhuộm gắn vào vải, phần khác (chiếm từ - 50%) thải dòng thải [4], [6], [36], [37] Đặc tính nước thải dệt nhuộm số nhà máy trình bày Bảng 2.1 Bảng 2.1 Đặc tính nước thải số nhà máy dệt nhuộm Thông số Nước thải pH TS BOD5 COD Độ màu Đơn vò m3/tấn vải mg/L mg/L mg/L Pt – Co Việt Nam [4], [7] Hàng Hàng pha dệt thoi dệt kim 394 280 – 11 400 – 1000 70 – 135 150 – 380 350 – 600 – 10 800 – 1100 120 – 400 570 – 1200 1000 - 1600 Dệt len Sợi 114 236 420 120 – 130 400 – 450 260 – 300 – 11 800 - 1300 90 – 130 210 – 230 - Nhìn chung, nước thải từ xí nghiệp dệt nhuộm có tính kiềm (pH = – 11), TS cao (400 – 1.300 mg/L), độ màu cao (260 1.600Pt-Co) COD cao (150 - 1.200mg/L) Do vậy, luận án tập trung vào vấn đề xử lý màu ô nhiễm hữu để chọn lựa công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm phù hợp 2.3 Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm giới Để xử lý nước thải dệt nhuộm, giới sử dụng nhiều dây chuyền công nghệ khác công nghệ keo tụ - hiếu khí hồ nhân tạo [4], công nghệ sinh học - hấp phụ - keo tụ [13], [14], [20], công nghệ điện hóa - keo tụ - lắng – lọc [82], [102], công nghệ ozone [4], [60], 61], công nghệ sử dụng phản ứng Fenton Fenton quang hóa [59], [99], công nghệ sử dụng H2O2/UV - C TiO2/UV – A [44], [96], [101], công nghệ UASB – bùn hoạt tính hiếu khí [105] v.v… 2.4 Các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm Việt Nam Tại Việt Nam, nhiều dây chuyền công nghệ nghiên cứu ứng dụng dây chuyền công nghệ hóa lý – sinh học hiếu khí, công nghệ sinh học hiếu khí – hóa lý, công nghệ keo tụ - lắng – lọc v.v… 2.5 Đánh giá công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm đề xuất công nghệ Từ việc khảo sát công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm giới Việt Nam rút nhận xét sau: - Trên giới, áp dụng nhiều công nghệ điện hóa, ôxi hóa tiên tiến v.v… Tuy vậy, công nghệ chưa áp dụng nhiều thực tế giá thành cao, qui trình vận hành chặt chẽ nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu tiếp để hoàn thiện [87], [88] - Tại Việt Nam, sở dệt nhuộm qui mô nhỏ, có lưu lượng nước thải nhỏ 50m3/ngày, công nghệ keo tụ - lắng – lọc mẻ thường sử dụng, phù hợp với điều kiện mặt nhỏ sở Tuy vậy, nồng độ chất ô nhiễm sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn thải qui đònh Việt Nam Ở nhà máy qui mô vừa lớn, nhiều công nghệ khác áp dụng hóa lý - sinh học hiếu khí, sinh học hiếu khí - hóa lý kết hợp với lắng - lọc Mặc dù giá thành xử lý công nghệ cao (5.000 - 10.000đ/m3 nước thải), nhiều nhà máy, nước thải sau xử lý có màu, không đạt tiêu chuẩn TCVN 6984-2001 Hệ thống EGSB có nhiều tiềm để xử lý nước thải dệt nhuộm nhiều nghiên cứu chứng minh thuốc nhuộm không bò phân hủy trình xử lý hiếu khí [65], [80] mà dễ dàng bò phân hủy điều kiện kò khí [21], [29], [92] Sau đó, amin nhân thơm- sản phẩm trình phân hủy kò khí thuốc nhuộm lại dễ dàng phân hủy điều kiện hiếu khí [21], [57] Do đó, việc nối tiếp công nghệ kò khí – hiếu khí điều cần thiết để khoáng hoá hoàn toàn loại thuốc nhuộm.Tuy vậy, sau trình xử lý sinh học thuốc nhuộm không bò phân hủy Để đảm bảo khử màu đạt tiêu chuẩn thải, điều tất yếu phải nối kết công nghệ xử lý kò khí – hiếu khí công nghệ hấp phụ 2.6 Tiềm công nghệ xử lý kò khí Công nghệ kò khí hoạt động tốt điều kiện nước thải có nồng độ COD thấp 100mg/L nhiệt độ thấp 4oC [71], [72] hay điều kiện nhiệt độ cao 45 - 70oC [92], với nhiều loại nước thải khác nước thải giấy [49], nước thải dệt nhuộm [51], [62], [70], nước thải chứa sulfate [40], nước thải lò giết mổ, trại chăn nuôi [78], [106], nước thải sinh hoạt nước thải từ cống rãnh, bùn cống rãnh [97] 2.7 Những yếu tố môi trường ảnh hưởng đến trình phân hủy sinh học kò khí bao gồm: pH, nhiƯt ®é, chất dinh dưỡng, ôxi hóa – khử chất độc 2.8 Cơ sở sinh hóa động học tr×nh phân hủy kò khÝ chất hữu Quá trình phân hủy kò khí chia làm bước: thủy phân (hydrolysis), lên men axit (acidogenesis), sinh acetate (acetogenesis) sinh methane (methanogenesis).Trong thực tiễn, động học trình phân hủy kò khí mô tả mô hình động học Monod [5], [54] 2.9 Cơ sở lý thuyết mô hình xử lý kò khí UASB EGSB Hệ thống UASB EGSB dựa sở bùn kò khí có khả lắng tốt, lượng bùn giữ lại hệ thống dựa tích tụ hình thành bùn cuộn bùn hạt Với tốc độ lắng tốt bùn hạt, hệ thống EGSB hoạt động với tốc độ dòng lên lớn 6m/h, nên nước thải xử lý tốc độ cao (thời gian lưu HRT từ – giờ) 2.10 Cơ sở lý thuyết trình tạo hạt bùn Sự hình thành bùn hạt thực tế trình tự nhiên [39] Lý thuyết hình thành bùn hạt đề xuất nhiều tác giả khác [66], [79], [84] 2.11 Thuốc nhuộm azo phân hủy màu azo Thuốc nhuộm azo thuốc nhuộm thành phần phân tử có hay nhiều nhóm azo (-N=N-) [3], [7], [16] Thuốc nhuộm azo thuốc nhuộm có vai trò quan trọng công nghệ dệt nhuộm, thuốc nhuộm sản xuất nhiều nhất, chiếm đến 50-70% tổng sản lượng thuốc nhuộm [3], [29], [30], [62] Thuốc nhuộm azo dùng để nhuộm màu nhiều loại vật liệu xơ sợi thiên nhiên, xơ sợi tổng hợp, giấy, da, chất dẻo, màu mỹ phẩm, thực phẩm v.v… Trong điều kiện kò khí thuốc nhuộm azo màu, kết khử nhóm azo tạo thành amin thơm [21], [22], [23], [24], [29], [30] 2.12 Mô trình phân hủy thuốc nhuộm điều kiện kò khí: theo phương trình động học bậc nhất: Ct = C0e-kt CHƯƠNG MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 Mô hình phương pháp thí nghiệm dạng mẻ Thí nghiệm dạng mẻ tiến hành luận án bao gồm thí nghiệm sau: - Thí nghiệm xác đònh hoạt tính bùn; - Thí nghiệm xác đònh hệ số động học mô hình EGSB; - Thí nghiệm khử sulfate điều kiện kò khí; - Thí nghiệm xác đònh vai trò chất xúc tiến phản ứng kò khí chất điều hòa điện (sulfate, anthraquinone sulfonate); - Thí nghiệm phân hủy màu phân hủy tinh bột điều kiện kò khí 3.2 Mô hình phương pháp thí nghiệm dạng liên tục Thí nghiệm tiến hành Phòng thí nghiệm Môi trường trường Đại học Wageningen, Hà Lan, sử dụng mô hình EGSB thủy tinh đường kính 0,05m, thể tích 4,3L (Hình 3.1) có chế độ vận hành khác Mẫu nước lấy đầu vào đầu tuần lần để phân tích COD SS, thành phần VFA dòng ra, mẫu khí (CH4, CO2, H2) phân tích tuần / lần Hàng ngày đo nhiệt độ nước, 11 3.4.4 Hình thái hạt bùn Hạt bùn cắt dao thép Quan sát bùn hạt kính hiển vi chụp hình bùn để ghi nhận hình thái mặt cắt bùn 3.5 Phương pháp chỉnh lý tính toán số liệu 3.5.1 Phương pháp thống kê toán học Các phân tích thống kê thực gồm có trò số trung bình độ lệch chuẩn lần lặp lại giá trò đo đạc phân tích 3.5.2 Tính toán thí nghiệm phân hủy màu Tốc độ phân hủy thuốc nhuộm ban đầu tính toán dựa phần tuyến tính đường cong phân hủy màu Giá trò k hệ số phương trình mũ mô tả trình khử màu thuốc nhuộm (Ct = C0.e-kt) 3.5.3 Cân COD Để kiểm tra tính xác phân tích thí nghiệm, tính toán cân COD xác lập dựa nguyên tắc COD đầu vào COD đầu cộng với COD chuyển hóa vào vi sinh vật CODbiom, total 3.5.4 Các hệ số động học hệ thống Hệ số phân hủy nội bào kd bùn tính công thức: Ln(A/A0) = -kd t (4.2) A A0 hoạt tính phân hủy chất thời điểm t t0 (t0 = 0) Hệ số km tính toán dựa vào đường cong phân hủy chất, dựa vào thuật toán Nelder Mead Thuật toán cung cấp phần mềm Matlab (Math works Inc., Natrick, Massachusetts, USA) [71] 12 CHƯƠNG KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 4.1 Vai trò chất xúc tiến chất truyền điện tử phân hủy kò khí thuốc nhuộm azo 4.1.1 nh hưởng sulfate lên tốc độ phân hủy kò khí Để xác đònh nồng độ sulfate cho hiệu suất khử thuốc nhuộm cao, sulfate bổ sung vào thí nghiệm với nồng độ khác nhau: 0,0, 0,02, 0,20, 0,50, 1,00 2,00g/L Kết thí nghiệm cho thấy tốc độ phân hủy thuốc nhuộm DR81 tăng cao nồng độ sulfate 0,01g/L, nồng độ khác, khác biệt không lớn 4.1.2 nh hưởng anthraquinone sulfonate (AQS) lên tốc độ phân hủy màu azo DR81 Không có khác biệt rõ rệt khả khử màu Nồng độ thuốc nhuộm (mg/L) nồng độ khác anthraquinone (Hình 4.1) 200 0 m m o l/L A Q S 160 6 m m o l/L A Q S 120 8 m m o l/L A Q S 80 40 0 ,0 ,2 ,4 ,6 ,8 ,0 ,2 T h ời gia n (n ga øy ) Hình 4.1 Sự phân hủy màu thuốc nhuộm DR81 nồng độ khác AQS thí nghiệm sử dụng bùn hoạt tính Tóm lại, vai trò chất xúc tiến chất truyền điện tử phân hủy kò khí thuốc nhuộm azo khảo sát luận án, sử dụng SO42- AQS Kết thí nghiệm cho thấy: - SO42- làm tăng tốc độ màu DR81 giảm thời gian bán phân hủy rõ rệt nồng độ thấp (0,01g/L) 13 - AQS có tác dụng thúc đẩy nhẹ trình khử màu thuốc nhuộm DR81 nồng độ thấp (0,045mmol/L) 4.2 Thí nghiệm xác đònh phân hủy thuốc nhuộm khác điều kiện kò khí Hai mươi mốt loại thuốc nhuộm khác thuộc nhóm phân tán nhóm hoạt tính sử dụng để khảo sát thời gian phân hủy điều kiện kò khí Khi thuốc nhuộm bổ sung vào bình thí nghiệm, trước tiên xảy tượng hấp phụ màu bề mặt bùn làm giảm 10 - 30% độ màu Kết luận phù hợp với nghiên cứu trước Shaul ctv [80], Idaka ctv [46] Sau màu hấp phụ bùn, phân hủy màu hoạt động vi sinh vật bắt đầu xảy Trong giai đoạn đầu, tốc độ phân hủy màu xảy nhanh, thay đổi từ 4,6 – 10,3mg/giờ thuốc nhuộm thí nghiệm Sau phân hủy 60 – 70% lượng thuốc nhuộm, tốc độ phân hủy chậm dần Thuốc nhuộm gốc azo có chứa nhóm hydroxyl nitro có tốc độ phân hủy ban đầu cao thuốc nhuộm gốc anthraquinone Kết thí nghiệm cho thấy quan hệ bậc nồng độ thuốc nhuộm bò phân hủy theo thời gian xác lập với hệ số tương quan r > 0,9 Sai số giá trò tính toán từ phương trình mô phân hủy loại thuốc nhuộm so với thực đo biến thiên khoảng chấp nhận (1 % - 19%) 4.3 Phân hủy sinh học tinh bột Trong luận án thí nghiệm xác lập nhằm kiểm chứng khả lên men phân hủy hồ tinh bột điều kiện kò khí Kết thí nghiệm mẻ cho thấy trình lên men hồ 14 tinh bột hoàn tất 10 Tinh bột chủ yếu chuyển hoá thành methane (60%), axit báo bay hơi- VFA (18,3%), ethanol (11,8%) Thí nghiệm chứng tỏ hồ tinh bột bò phân hủy sinh học hoàn toàn điều kiện kò khí, sản phẩm phân hủy trở thành chất, cung cấp cho hoạt động vi sinh vật kò khí 4.4 Phân hủy kò khí nước thải chứa tinh bột mô hình EGSB: Kết thí nghiệm phân hủy nước thải chứa tinh bột VFA mô hình EGSB trình bày Bảng 4.1 tóm tắt sau: Bảng 4.1 Hoạt động mô hình EGSB (mô hình 1) Thời gian Cơ chất (ngày) HRT OLR Hiệu suất xử lý COD Hiệu suất sinh khí CH4 (giờ) (g COD/L.ngày) (%) (%) 0-15 Tinh boät 13,0 2,0 85-90 45-50 16-37 Tinh boät 5,0 4,0 70-80 15-20 38-45 VFA 5,0 10,0 70-90 30-60 46-60 VFA 2,0 10,0 70-80 60-70 61-87 VFA 1,2 15,0-20,0 80-95 65-80 88-115 VFA 1,2 20,0 >95 60-70 - Sự loại bỏ hồ tinh bột hệ thống EGSB khả thi Hệ thống lên men hồ tinh bột với hiệu suất từ 90 – 98% tạo thành VFA ethanol HRT - Tại giá trò tải trọng hữu 3g tinh bột-COD/L.ngày làm bùn trôi tượng piston xuất 15 - Tại giá trò tải trọng hữu (OLR) 2g tinh bộtCOD/L.ngày, khả loại bỏ COD hệ thống 85 - 90% Tuy nhiên, tải trọng hữu 4g tinh bột-COD/L.ngày, hiệu suất loại bỏ COD giảm 70 - 75% - Để phục hồi chất lượng bùn, cần axit hóa nước thải bể axit hóa trước cấp nước thải vào hệ thống EGSB 4.5 Đặc tính bùn hạt hệ thống EGSB xử lý nước thải chứa tinh bột, VFA DR81 Để nghiên cứu ảnh hưởng nước thải chứa tinh bột, VFA thuốc nhuộm đến đặc tính vật lý sinh học bùn hạt, thí nghiệm lên men kò khí thực cách sử dụng hệ thống EGSB vòng 197 ngày (mô hình 1) 185 ngày (mô hình 2) Mẫu bùn thu nhận nhiều thời điểm khác để khảo sát đặc tính hóa lý sinh học Kết thí nghiệm tổng hợp Bảng 4.2 Bảng 4.2 Đặc tính bùn nhiều thời điểm khác mô hình EGSB Thời TSS VSS (% Độ tro Độ bền gian (%bùn bùn ướt) (%TSS) (kN/m2) (ngày) ướt) 24 44 74 9,1 7,5 17,6 17,63 (0,203) (0,109) (0,203) (0,537) 9,2 8,1 12,0 32,72 (0,164) (0,131) (0,039) (1,526) 13,2 10,0 24,2 111,52 (0,063) (0,037) (0,027) (15,263) 16,0 9,8 38,8 (0,098) (0,037) (0,061) Maät ñoä (kg/m3) 1.025,0 (0,009) 1.020,6 (0,390) 1.042,2 (8,57) 1.065,7 (6,697) Hoạt tính methane (gCOD/gVSS ngày) 0,037 (0,007) 0,325 (0,025) 0,435 (0,001) - 16 129 184 38,4 (0,361) 48,6 (0,277) 11,6 70,0 (0,072) (0,426) 10,5 78,4 (0,03) (0,304) 530,63 1.195,8 - 1.242,8 (32,378) 0,368 (0,067) 0,095 (0,029) Ghi chú: số đặt ngoặc ( ) biểu thò độ lệch chuẩn Hoạt tính tạo khí methane bùn tăng dần từ ngày đến ngày 44 mô hình đưa vào VFA sau ngày giảm dần Các kết phân tích mẫu bùn nhiều thời điểm khác thí nghiệm cho thấy có thay đổi kích thước hạt, độ tro, độ bền, hoạt tính bùn theo thời gian, phụ thuộc vào nồng độ, loại chất tải trọng hữu mô hình Các ảnh chụp bùn cho thấy rõ hình thái bên cấu trúc bên bùn hạt (Hình 4.2D) với dạng hạt bò phá vỡ ảnh hưởng nước thải chưa axit hóa (Hình 4.2B) so với bùn nhân ban đầu (Hình 4.2A) vi khuẩn lên men dạng sợi bám quanh hạt bùn (Hình 4.2C) A: bùn hạt làm nhân ban đầu B: Hạt bùn bò phá vỡ cấu trúc C: vi khuẩn lên men bám quanh hạt bùn D: mặt cắt hạt bùn Hình 4.3 Hình thái hạt bùn giai đoạn khác 17 4.6 Ứng dụng mô hình EGSB để xử lý nước thải dệt nhuộm 4.6.1 Phân hủy kò khí nước thải dệt nhuộm tổng hợp (mô hình 1) Chế độ hoạt động mô hình EGSB từ lúc bắt đầu thí nghiệm đến lúc kết thúc thí nghiệm mô tả Bảng 4.3 Thêi gian Bảng 4.3 Hoạt động mô hình EGSB DR81 HiƯu st xử lý (%) HRT OLR (ngμy) (mg/L) (giê) (gCOD/L.ng) 0-6 10 1,2 15,0 - 20,0 - 28 20 - 25 1,2 15,0 - 20,0 29 - 52 20 - 25 1,6 13,0 - 15,0 53 - 63 40 - 60 1,6 14,0 - 15,0 64 - 72 * 60 - 100 1,6 15,0 - 20,0 (*) Bắt đầu thêm SO42Keỏt quaỷ thớ nghieọm cho thaỏy: COD > 95 > 95 > 95 > 95 > 95 DR81 90 - 95 85 - 90 88 - 90 86 - 88 90 - 95 HS sinh khí CH4 75 70 - 75 75 - 80 70 - 80 60 - 70 - Trò số pH đầu mô hình giữ ổn đònh xung quanh giá trò 6,7 - 7,0; - Tải lượng hữu giữ giá trò cao: từ 15 25gCOD/Lngày Tuy vậy, hiệu suất xử lý COD mô hình đạt trò số cao (>95%); hiệu suất sinh khí methane sinh cao (75 - 80%) dù thời gian lưu ngắn (HRT = 1,2 - 1,6 giờ) - Sulfate có ảnh hưởng tích cực đến khả phân hủy thuốc nhuộm Nếu sulfate bổ sung với dòng nước thải vào hệ thống với nồng độ 10mg/L, tăng khả khử màu hệ thống lên đến giá trò 95% (tăng 7%) - Khi tăng nồng độ thuốc nhuộm đầu vào đến giá trò 60 80mg/L vài ngày hiệu suất xử lý COD giảm xuống (chỉ 85 - 90%) Sau giảm nồng độ thuốc nhuộm hiệu suất xử lý tăng lên Như vậy, với thời gian lưu HRT 1,6 giờ, nồng độ 18 thuốc nhuộm 60mg/L, hiệu suất khử thuốc nhuộm đạt đến 90%, hiệu suất khử COD đạt 95% 4.6.2 Phân hủy kò khí nước thải dệt nhuộm tổng hợp (mô hình 2) Nồng độ thuốc nhuộm nước thải tăng dần bước từ lúc bắt đầu (5mg/L) đến trò số 10mg/L (ngày 140), 15mg/L (ngày 141 đến ngày 162), hiệu suất xử lý màu mô hình giảm mức cao (88%) Khi nồng độ thuốc nhuộm tăng đến giá trò 40mg/L, hiệu suất xử lý giảm xuống 80% Điều chứng tỏ hệ thống EGSB xử lý thuốc nhuộm với nồng độ đầu vào đạt đến 40mg/L, tải trọng cao 0,68g/L.ngày với hiệu suất xử lý đạt 80 - 88% Kết phân hủy thuốc nhuộm hai mô hình EGSB cho thấy khả chòu tải của hệ thống thuốc nhuộm đầu vào thay đổi từ 40mg/L đến 60mg/L (tải trọng 0,68 – 0,90g/L.ngày), tuỳ thuộc vào chất lượng bùn hạt hệ thống Ở mô hình 2, trình lên men xảy thời gian lâu, chất lượng bùn giảm sút, nên khả chòu tải thấp (0,68g/L.ngày) Ở mô hình 1, sau thời gian hồi phục, chất lượng bùn nâng cao, nên có khả chòu tải đến 60mg/L (0,9g/L.ngày) Cả hai mô hình cho thấy đưa thuốc nhuộm vào làm giảm hiệu suất khử COD từ 10 – 15%, phải sau thời gian thích nghi hiệu suất xử lý trở lại ổn đònh đạt giá trò khoảng 80 - 90% Tuy hiệu suất xử lý ô nhiễm hữu màu cao nước thải sau trình xử lý chưa đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn loại B, đó, cần phải nối tiếp công nghệ EGSB với công nghệ khác để tiếp tục xử lý màu ô nhiễm hữu 19 4.7 Nối kết mô hình EGSB - aerotank – hấp phụ để xử lý nước thải dệt nhuộm 4.7.1 Phân hủy kò khí nước thải dệt nhuộm thực tế Kết thí nghiệm cho thấy: - So với nước thải tổng hợp phải thời gian lâu (3 tháng) mô hình đạt đến trò số 10gCOD/L.ngày, chất nước thải tổng hợp VFA tinh bột chất dễ phân hủy chất nước thải dệt nhuộm thực tế Tải trọng tối đa mô hình chòu đạt đến trò số 25gCOD/L.ngày với hiệu suất xử lý 90% - Thời gian lưu lúc khởi động hệ thống 13 giờ, sau thời gian lưu giảm dần, trò số thấp thời gian lưu mà mô hình đạt đến giờ, trò số mà mô hình mô hình đạt đến - Hiệu suất xử lý COD đạt đến giá trò lớn 80% sau 50 ngày hoạt động hệ thống đạt đến trò số ổn đònh 90% ứng với tải trọng hữu 25gCOD/L.ngày Tuy nhiên, hiệu suất xử lý màu hệ thống không cao, hiệu suất xử lý cao đạt đến từ 60 – 65%, thấp nhiều so với mô hình xử lý nước thải tổng hợp (hiệu suất đạt đến trò số 90 – 95%) Với hiệu suất này, công nghệ EGSB xử lý đảm bảo chất lượng nước thải đầu đạt tiêu chuẩn Do đó, cần nối kết công nghệ EGSB với công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí hấp phụ để tiếp tục phân hủy chất hữu cơ, hấp phụ thuốc nhuộm khó phân hủy sinh học 4.7.2 Các thông số vận hành hiệu suất xử lý bể sinh học hiếu khí (aerotank) Kết thí nghiệm cho thấy: 20 - Trò số pH đầu vào mô hình thay đổi khoảng 7,5 – 7,7 - Quá trình thích nghi thực với tải trọng 0,2kgCOD/m3.ngày với thời gian lưu 15 – 18 Hiệu suất khử COD sau ba tuần vận hành từ 26 – 30% hiệu suất xử lý màu từ 35 – 42 % Kết tương tự với kết nghiên cứu Idaka ctv [46], Loy vaø ctv [57], Shaul vaø ctv [80] nghiên cứu khả hấp phụ màu bùn hoạt tính Hiệu suất tương ứng với nghiên cứu trước Lâm Minh Triết ctv., 2000 [11] ứng dụng bùn hoạt tính để xử lý độ màu nước thải nhà máy Vikotek cho hiệu suất xử lý khoảng 40% Hiệu suất xử lý tăng lên dần theo thời gian đạt đến trò số 70 – 72% ứng với tải trọng hữu 0,8kgCOD.m3/ngày Kết thấp kết Lâm Minh Triết ctv [11] (hiệu suất xử lý đạt đến trò số 80% tải trọng hữu 0,5 – 1kgCOD/L.ngày) Sau xử lý bùn hoạt tính hiếu khí, nồng độ COD đầu mô hình thay đổi khoảng 45 – 105mg/L, độ màu thay đổi khoảng 50 – 120 Pt – Co, vượt tiêu chuẩn TCVN 6984 – 2001 Do đó, cần phải nối kết công nghệ hiếu khí với công nghệ hấp phụ để tiếp tục xử lý ô nhiễm hữu độ màu lại dòng thải 4.7.3 Các thông số vận hành hiệu suất xử lý bể lọc - hấp phụ Sau qua hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí nước thải đưa qua bể lắng bể lọc – hấp phụ Kết thí nghiệm cho thấy chu kỳ lọc – hấp phụ hữu hiệu có thời gian khoảng 40 – 45 ngày Hiệu suất xử lý COD thay đổi khoảng 55 – 75%, hiệu suất xử lý màu thay đổi khoảng 55 – 80% Các giá trò 21 thấp giá trò báo cáo Nguyễn Văn Phước ctv [9], hiệu suất xử lý COD đạt trò số 90%, hiệu suất khử màu đạt trò số 95% Sau qua hệ thống lọc – hấp phụ, trò số COD màu giảm thấp, thay đổi khoảng 15 – 40mg/L, 15 – 50 Pt – Co, đạt yêu cầu TCVN 5945 – 1995 (nguồn loại B) TCVN 6984 – 2001 4.7.4 Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý Dựa kết thí nghiệm dạng mẻ, dạng liên tục, qui trình công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm đề xuất EGSB – bùn hoạt tính hiếu khí – hấp phụ than hoạt tính Giá thành đầu tư cho hệ thống giá xử lý 1m3 nước thải hệ thống tính toán cho thấy giá xử lý khoảng 4.646 đồng/m3, thấp so với hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm nhiều nhà máy (5.000 - 10.500 đồng/m3) CHƯƠNG KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Từ kết nghiên cứu thực nghiệm mô hình dạng mẻ dạng liên tục rút kết luận sau đây: Đối với nước thải chứa hồ tinh bột: công nghệ kò khí làm hồ tinh bột lên men hoàn toàn 5-10 Tinh bột chủ yếu chuyển hoá thành methane (60%), VFA (18,3%) ethanol (11,8%) Hiệu suất xử lý hệ thống EGSB vượt 90% giá trò OLR 2,3gCODtinh 3,9gCODtinh bột/L.ngày bột/L.ngày vượt 80% giá trò OLR Trong trình xử lý này, nước thải chưa axit hóa hình thành tượng piston, bùn trào làm giảm hiệu suất xử lý tải trọng tinh bột đạt giá trò 3gCODtinh 22 bột/L.ngày Điều khắc phục cách axit hoá hồ tinh bột cấp cho mô hình Sau đó, hiệu suất xử lý ổn đònh trò số 92% Khả chòu tải của hệ thống EGSB thuốc nhuộm đầu vào làø 40mg/L đến 60mg/L (tải trọng 0,68 – 0,90g thuốc nhuộm/L.ngày), với hiệu suất xử lý đạt 88 – 95%, tuỳ thuộc vào chất lượng bùn hạt hệ thống Tại giá trò thời gian lưu HRT 1,6 giờ, nồng độ thuốc nhuộm 60mg/L, hiệu suất khử thuốc nhuộm đạt đến 90% hiệu suất khử COD đạt 95% Đối với nước thải thực tế, tải trọng hữu tối đa mô hình EGSB đạt đến trò số 25gCOD/L.ngày với hiệu suất xử lý COD đạt 90% Hiệu suất xử lý màu cao mô hình EGSB đạt đến từ 60 – 65% Sulfate có ảnh hưởng tích cực đến khả phân hủy thuốc nhuộm Nếu sulfate bổ sung vào dòng nước thải vào hệ thống với nồng độ 10mg/L, tăng khả khử màu hệ thống lên đến giá trò 95% Do đó, thiết kế hệ thống cần tính toán thời gian lưu để muối sunfate có dòng thải chuyển hóa thành sulfide nồng độ phù hợp để tăng hiệu suất khử màu hệ thống Hiệu suất xử lý ô nhiễm hữu dòng thải dệt nhuộm bể aerotank đạt đến 70 – 72% ứng với tải trọng hữu 0,8gCOD.L/ngày Hiệu suất xử lý màu bể aerotank thấp, thay đổi khoảng 35 – 42% Hiệu suất xử lý COD hệ thống lọc - hấp phụ cát than hoạt tính thay đổi khoảng 55 – 75%, hiệu suất xử lý màu thay đổi khoảng trò số 55 – 80% 23 Dây chuyền công nghệ đề xuất kò khí EGSB – bùn hoạt tính hiếu khí – hấp phụ dây chuyền công nghệ có tính kinh tế (giá thành xử lý khoảng 4.646 đồng/m3), tốc độ xử lý cao (HRT = 1,2 - 1,6 giờ), hiệu suất ổn đònh (hiệu suất từ 92 – 98% COD, 90 – 93% độ màu), đáp ứng yêu cầu chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam (COD sau xử lý nhỏ 35mg/L, độ màu sau xử lý nhỏ 50 Pt – Co) Mô hình động học bậc áp dụng cho việc dự báo nồng độ thuốc nhuộm sau công nghệ xử lý kò khí với sai số nhỏ 20% 5.2 Kiến nghò - Cần có biện pháp nghiên cứu triển khai công nghệ thực tế để hoàn chỉnh qui trình công nghệ - Một số nghiên cứu cần tiếp tục tiến hành để phục vụ cho việc ổn đònh nâng cao hiệu suất xử lý hệ thống EGSB: + Nghiên cứu bể axit hoá tốc độ cao (HRT