Nghiên cứu tận dụng một số chất thải nông nghiệp trong xử lý nước thải dệt nhuộm

401 NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG MỘT SỐ CHẤT THẢI NÔNG NGHIỆP TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Tạ Trung Kiên, Nguyễn Đình Lộc, Nguyễn Quang Duy, Trần Đình Tuyên Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Lâm Vĩnh Sơn TÓM TẮT Nước thải dệt nhuộm là một trong những loại nước thải khó xử lý do tính chất và thành phần có trong nước thải khiến cho nồng độ COD, độ màu rất cao [1]. Có nhiều phương pháp được đưa ra nhằm loại bỏ và làm hạn chế tình trạng này. Trong đó, giải pháp tận dụng các chất thải bỏ để làm nguyên liệu ứng dụng vào việc xử lý giảm thiểu ô nhiễm môi trường đang được quan tâm hiện nay [6]. Bài báo này trình bày về nghiên cứu tận dụng một số loại phế phẩm nông nghiệp ứng dụng vào xử lý nước thải dệt nhuộm [1]. Kết quả nghiên cứu cho thấy khảo sát các loại phế phẩm nông nghiệp là mùn cưa, thân cây chuối và vỏ đậu phộng có nhiều triển vọng, thân cây chuối cho hiệu quả xử lý cao nhất trong việc loại bỏ độ màu và COD với hiệu suất đạt 83%, tiếp đến lần lượt là vỏ đậu phộng (hiệu suất xử lý đạt 76%) và cuối cùng là mùn cưa (hiệu suất xử lý đạt 75%). Từ khóa: chất thải bỏ, độ màu, hiệu quả xử lý, nước thải dệt nhuộm, phế phẩm nông nghiệp. 1 GIỚI THIỆU Ô nhiễm nước thải trong các ngành công nghiệp đang là vấn đề lớn và ngày càng phức tạp [1]. Hiện nay, cùng với sự gia tăng các khu công nghiệp các nhà máy, lượng nước thải phát sinh trong quá trình hoạt động cũng gia tăng theo khiến cho vấn đề ô nhiễm môi trường càng trở nên nghiêm trọng ở các thành phố [2]. Các phương pháp xử lý chủ yếu hiện nay đa phần đều dựa vào những phương pháp xử lý hoá – lý truyền thống, tuy nhiên vẫn mang một số nhược điểm như chi phí vận hành cũng như thiết bị, hoá chất để xử lý thường rất tốn kém. Hiện nay cũng có nhiều phương pháp thông thường như keo tụ, đông tụ, oxi hóa, công nghệ sinh học có thể được dùng để loại bỏ độ màu và ion kim loại trong nước thải dệt nhuộm [6]. Trong số những kỹ thuật mới thì tận dụng cặn bã thực vật có khả năng hấp phụ cho việc loại bỏ độ màu và ion kim loại là một kỹ thuật ưu việc. Sự đa dạng của than từ chất thải nông nghiệp như vỏ đậu phộng, thân cây chuối, mùn cưa mỗi loại có lợi ích và hạn chế của nó. Trong một quốc gia mà nền kinh tế đóng một vai trò quan trọng như nước ta thì tốt hơn là tìm những chất hấp phụ có chi phí thấp để sử dụng trong lĩnh vực này (xử lý nước thải) [9]. Kết quả nghiên cứu sẽ mở ra một hướng mới cho các xí nghiệp, nhà máy để giảm thiểu ô nhiễm, về mặt khác chúng ta có thể tận dụng các loại chất thải nông nghiệp trong việc xử lý 402 nước thải. Đây là một phương pháp xử lí ít tốn kém và dễ thực hiện cũng như rất thân thiện với môi trường. 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Mùn cưa, vỏ đậu phộng, thân chuối khô: Hình 1. Mùn cưa Hình 2. Vỏ đậu phộng Hình 3. Thân chuố i Nước thải: nước thải được lấy từ công ty Wash- Việt Thắng. 2.2 Nội dung nghiên cứu Tổng hợp các tài liệu, các nghiên cứu có liên quan đến đề tài. Tổng quan về công ty dệt may Wash – Việt Thắng. Phân tích nguồn thải đầu vào sau khi lấy từ công ty Wash - Việt Thắng. Theo dõi các chỉ tiêu COD, độ màu trong nước thải. Bố trí thí nghiệm sơ bộ để từ đó xem xét, so sánh hiệu quả xử lý của 3 loại chất thải nông nghiệp như đã trình bày ở trên trong các thời gian khác nhau. 403 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Phương pháp luận Các nguồn thải công nghiệp là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường. Chất thải nghành công nghiệp dệt nhuộm có độ màu cao, BOD thấp và COD cao [8]. Việc thải nước thải nhiễm màu này vào nguồn tiếp nhận có thể làm độc hại đến đời sống sinh vật dưới nước. Thuốc nhuộm làm đảo lộn hoạt động sinh học của những cá thể trong nước [6]. Chúng cũng là một vấn đề, bởi vì chúng làm cho đột biến và gây ung thư, gây tác hại đến cuộc sống con người, chẳng hạn như: suy giảm chức năng thận, hệ thống sinh sản, gan, não bộ và hệ thống thần kinh trung ương. Chính vì những tác hại tiềm ẩn của nước thải dệt nhuộm như vậy mà hiện nay trên thế giới (cụ thể ở Ấn Độ) người ta cũng đã tiến hành nhiều nghiên cứu bước đầu để loại bỏ COD và độ màu thậm chí loại bỏ kim loại nặng trong nước thải bằng cách sử dụng các vật liệu hấp phụ được tận dụng từ một số chất thải nông nghiệp được thu hồi từ ngành công nghiệp chế biến nông sản như bột sọ sagu, lõi ngô, thân cây sắn làm than hoạt tính [9]. Kết quả của những nghiên cứu này cho thấy tất cả các cacbon có hiệu quả trong việc loại trừ chất ô nhiễm trong nước. Ngoài ra người ta còn tận dụng những nguyên liệu này dùng để sản xuất than hoạt tính ứng dụng để cô đặc Axitsunfuric. Đối với 3 đối tượng nghiên cứu trong đề tài sử dụng là mùn cưa, thân cây chuối và vỏ đậu phộng thì chỉ có đối tượng mùn cưa, đây là đối tượng rất phổ biến mà từ lâu con người đã tận dụng nó với nhiều mục đích khác nhau như làm phân compost, tạo môi trường cho vi sinh vật phát triển trong việc trồng nấm, làm vật liệu chống hạn, hút dầu, Tuy nhiên, cho tới nay chưa thấy có một ứng dụng nào tận dụng ba loại đối tượng thân cây chuối, mùn cưa và vỏ đậu phộng làm than hoạt tính trong việc loại bỏ độ màu và COD của nước thải dệt nhuộm. Thiết nghĩ, đây là một hướng nghiên cứu mới có thể tận dụng được loại vật liệu thải bỏ này làm vật liệu hấp phụ. 3.2 Phương pháp cụ thể Phương pháp điều tra khảo sát. Khảo sát, điều tra hiện trạng hoạt động sản xuất của công ty dệt may Wash – Việt Thắng, phương pháp tiếp cận chọn lọc và mang tính đại diện cho khu vực khảo sát, điều tra. Phương pháp tổng hợp tài liệu. Tổng hợp các tài liệu về công ty dệt may may Wash – Việt Thắng, về hoạt động sản xuất và xả thải nguồn nước là chủ yếu. Tổng hợp các tài liệu, nghiên cứu có liên quan đến đề tài, phân loại và tổng hợp các nội dung cần thiết cho vấn đề cần nghiên cứu. Trên cơ sở nghiên cứu các kiến thức về ngành, tham khảo các tài liệu liên quan, những nghiên cứu trước đây về xử lí nước thải dệt nhuộm, các phương pháp xử lý có hiệu quả COD, độ màu. Từ đó kế thừa những kiến thức ấy. 404 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải. Tiến hành lấy mẫu tại các đường ống xả thải nước thải dệt nhuộm của công ty dệt may Wash – Việt Thắng. Phân tích các chỉ tiêu COD độ màu đối với các mẫu đã lấy. Phương pháp phân tích COD. Tiến hành oxy hóa chất hữu cơ có trong mẫu nước thải dệt nhuộm bằng dung dịch hỗn hợp K2Cr2O7 và H2SO4. Bằng phương pháp này phân hủy khoảng 95 – 100% các chất hữu cơ mạch thẳng và khoảng 60 – 80% các hợp chất thơm bị oxy hóa. Phương pháp đo độ màu. Tiến hành dựng đường chuẩn độ màu, đo độ hấp thu của mẫu, sau đó xác định độ màu thực của mẫu nước thải dệt nhuộm mang về phân tích. Phương pháp thực nghiệm. Tiến hành thí nghiệm, thực nghiệm đối với các nghiệm thức. Đối với mỗi loại vật liệu tiến hành thí nghiệm như nhau với các nghiệm thức giống nhau. Phương pháp so sánh các qui trình công nghệ đã có liên quan đến ngành dệt nhuộm. Từ kết quả nghiên cứu, so sánh với các sơ đồ, qui trình công nghệ hiện nay. Đánh giả hiệu giả xử lý, khả năng loại bỏ độ màu và COD. Rút ra kết luận về hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm từ vật liệu phế phẩm nông nghiệp. 3.3 Quy trình thực hiện Các đối tượng vật liệu sau khi thu gom tiến hành mang đi rửa nước, sau đó mang đi sấy ở nhiệt độ 105 oC trong 24h, tiếp theo các đối tượng được mang đi than hóa ở nhiệt độ 550 oC, các mẫu đã sẵn sàng dùng để thí nghiệm Bước 1: than hoá 3 loại vật liệu mùn cưa, thân cây chuối, vỏ đậu phộng. Bước 2: tiến hành thí nghiệm đối với từng nghiệm thức tỷ lệ thể tích và khối lượng khác nhau. Thí nghiệm 1: nghiên cứu khả năng loại bỏ độ màu và COD của vật liệu mùn cưa: - Nghiệm thức 1: Vmẫu = 50 ml; mthan = 250 mg. - Nghiệm thức 2: Vmẫu = 50 ml; mthan = 500 mg. - Nghiệm thức 3: Vmẫu = 100 ml; mthan = 250 mg. Thí nghiệm 2: nghiên cứu khả năng loại bỏ độ màu và COD của vật liệu thân cây chuối: - Nghiệm thức 1: Vmẫu=50ml; mthan=250mg. - Nghiệm thức 2: Vmẫu=50ml; mthan=500mg. - Nghiệm thức 3: Vmẫu=100ml; mthan=250mg. Thí nghiệm 3: nghiên cứu khả năng loại bỏ độ màu và COD của vật liệu vỏ đậu phộng: - Nghiệm thức 1: Vmẫu = 50 ml; mthan = 250 mg. 405 - Nghiệm thức 2: Vmẫu = 50 ml; mthan = 500 mg. - Nghiệm thức 3: Vmẫu = 100 ml; mthan = 250 mg. Bước 3: tính toán, so sánh hiệu suất xử lý COD, độ màu đối với từng loại vật liệu. Bước 4: kết luận hiệu quả xử lý độ màu, COD khi sử dụng các loại vật liệu là phế phẩm nông nghiệp thân thiện môi trường. 3.4 Bố trí thí nghiệm Hình 4. Sơ đồ nghiệm thức của các thí nghiệm Để kiểm tra ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến tỷ lệ và mức độ tốt / xấu lên chất hấp thu. Ta thực hiện thí nghiệm theo phương pháp từng mẻ, tức là sau khi để mẫu và chất hấp thu là cacbon từ mùn cưa/thân chuối/vỏ đậy lắng yên trong 1h. Ta tiếp tục kiểm tra mẻ thứ hai trong 2h. Tương tự như vậy lần lượt kiểm tra mẻ thứ 3 trong 4h, mẻ thứ 4 trong 12h. Sau đó lấy mẫu và xác định các chỉ tiêu như ở trên. 406 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU (a) (b) Hình 5. Hiệu quả khử COD (a) và độ màu (b) của 3 loại đối tượng nghiên cứu ứng với nghiệm thức 1 (mthan = 250 mg và Vmẫu = 50 ml) Nhận xét: hiệu quả xử lý độ màu và COD của vỏ cây chuối là cao nhất (đạt lần lượt 79,94% và 64,53%), tiếp đến là vỏ đậu phộng (68,79% và 64,44%) và cuối cùng là vật liệu mùn cưa (61,53% và 65,67%). (a) (b) Hình 6. Hiệu quả khử COD (a) và độ màu (b) của 3 loại đối tượng nghiên cứu ứng với nghiệm thức 2 (mthan = 500 mg và Vmẫu = 50 ml) Nhận xét: hiệu quả xử lý độ màu và COD của vỏ cây chuối là cao nhất (đạt lần lượt 69,01% và 64,46%), tiếp đến là vỏ đậu phộng (68,14% và 54,78%) và cuối cùng là vật liệu mùn cưa (65,32% và 52,54%). (a) (b) Hình 7. Hiệu quả khử COD (a) và độ màu (b) của 3 loại đối tượng nghiên cứu ứng với nghiệm thức 3 (mthan = 250 mg và Vmẫu = 100 ml) 407 Nhận xét: hiệu quả xử lý độ màu và COD của vỏ cây chuối là cao nhất (đạt lần lượt 69,01% và 52,03%), tiếp đến là vỏ đậu phộng (68,14% và 40,13%) và cuối cùng là vật liệu mùn cưa (65,33% và 35,33%). 5 KẾT LUẬN Nghiên cứu trình bày hướng tận dụng một số chất thải nông nghiệp như mùn cưa, thân cây chuối khô, vỏ đậu phộng vào việc loại bỏ độ màu và COD có trong nước thải dệt nhuộm. Nói về tổng quan ngành công nghiệp dệt nhuộm, các đặc tính nguyên liệu và các qui trình công nghệ tổng quát như: giai đoạn chuẩn bị sợi nguyên liệu, hồ sợi, chuẩn bị nhuộm, giũ hồ, nhuộm sợi, tẩy giặt, công đoạn hoàn tất. Tổng quan về nước thải cộng nghiệp dệt nhuộm, các đặc tính hay bản chất nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm nói chung và của Việt Nam nói riêng, các đặc tính đó bao gồm: ô nhiễm hữu cơ, tính độc, màu của nước thải. Từ đó phân tích các khả năng gây ô nhiễm môi trường của nước thải công nghiệp dệt nhuộm ở các công đoạn khác nhau trong quá trình sản xuất. Phân tích các thành phần gây ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm ở nước ta và trên thế giới. Đề xuất các biện pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm. Ứng dụng xây dựng mô hình nghiên cứu dựa trên cơ sở của quá trình keo tụ và khả năng hấp phụ. Từ đó khảo sát khả năng hấp phụ của 3 loại đối tượng mùn cưa, thân cây chuối, vỏ đậu phộng trong việc loại bỏ độ màu và COD của nước thải dệt nhuộm. Qua quá trình nghiên cứu, khảo sát khả năng hấp phụ của ba đối tương nghiên cứu là mùn cưa, thân cây chuối khô, vỏ đậu phộng trong bốn thời gian lắng 1h, 2h, 4h và 12h, đề tài đã thu được những kết quả sau: Đối với đối tượng nghiên cứu là mùn cưa Nghiệm thức 1: khảo sát với khối lượng than là mthan = 250 mg và thể tích nước thải sử dụng là Vmẫu = 50 ml thì hiệu quả khử COD trung bình trong 4 thời gian lắng dao động trong khoảng từ 55-61%, hiệu quả loại bỏ độ màu đạt từ 61-65%. Nghiệm thức 2: khảo sát với khối lượng than là mthan = 500 mg và thể tích nước thải sử dụng là Vmẫu = 50 ml thì hiệu quả khử COD trung bình trong 4 thời gian lắng dao động trong khoảng từ 33-52%, hiệu quả loại bỏ độ màu đạt từ 74-76%. Nghiệm thức 3: khảo sát với khối lượng than là mthan = 250 mg và thể tích nước thải sử dụng là Vmẫu = 100 ml thì hiệu quả khử COD trung bình trong 4 thời gian lắng dao động trong khoảng từ 29-35%, hiệu quả loại bỏ độ màu đạt từ 59-65%. 408 Đối với đối tượng nghiên cứu là thân cây chuối Nghiệm thức 1: khảo sát với khối lượng than là mthan = 250 mg và thể tích nước thải sử dụng là Vmẫu = 50 ml thì hiệu quả khử COD trung bình trong 4 thời gian lắng dao động trong khoảng từ 60-64%, hiệu quả loại bỏ độ màu đạt từ 77-79%. Nghiệm thức 2: khảo sát với khối lượng than là mthan = 500 mg và thể tích nước thải sử dụng là Vmẫu = 50 ml thì hiệu quả khử COD trung bình trong 4 thời gian lắng dao động trong khoảng từ 50-64%, hiệu quả loại bỏ độ màu đạt từ 78-83%. Nghiệm thức 3: khảo sát với khối lượng than là mthan = 250 mg và thể tích nước thải sử dụng là Vmẫu = 100 ml thì hiệu quả khử COD trung bình trong 4 thời gian lắng dao động trong khoảng từ 38-52%, hiệu quả loại bỏ độ màu đạt từ 62-69%. Đối với đối tượng nghiên cứu là vỏ đậu phộng Nghiệm thức 1: khảo sát với khối lượng than là mthan = 250 mg và thể tích nước thải sử dụng là Vmẫu = 50 ml thì hiệu quả khử COD trung bình trong 4 thời gian lắng dao động trong khoảng từ 57-64%, hiệu quả loại bỏ độ màu đạt từ 65-68%. Nghiệm thức 2: khảo sát với khối lượng than là mthan = 500 mg và thể tích nước thải sử dụng là Vmẫu = 50 ml thì hiệu quả khử COD trung bình trong 4 thời gian lắng dao động trong khoảng từ 36-54%, hiệu quả loại bỏ độ màu đạt từ 74-75%. Nghiệm thức 3: khảo sát với khối lượng than là mthan = 250 mg và thể tích nước thải sử dụng là Vmẫu = 50 ml thì hiệu quả khử COD trung bình trong 4 thời gian lắng dao động trong khoảng từ 30-40%, hiệu quả loại bỏ độ màu đạt từ 60-68%. Như vậy nếu xét toàn bộ quá trình thí nghiệm trên 3 đối tượng nghiên cứu là mùn cưa, thân cây chuối, vỏ đậu phộng ứng với 3 trường hợp sử dụng thể tích mẫu nước và khối lượng than như trên thì ta thấy đối tượng thân cây chuối cho hiệu quả tối ưu nhất trong việc loại bỏ độ màu và COD của nước thải dệt nhuộm. Kế đến là đối tượng vỏ đậu phộng và cuối cùng là đối tượng mùn cưa. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Báo cáo các đề tài: Xử lý nước thải dệt nhuộm – Sở KHCN và Môi Trường Tp.HCM. [2] Các công trình nghiên cứu và báo cáo khoa học năm 1999 – Trung tâm KHTN và Công nghệ – Viện Khoa học Vật liệu – Tp.HCM – 12/1999. [3] Công ty tư vấn xây dựng và môi trường PVC, 2005, Vật liệu xử lý nước. [4] Kadirvelu, K., 1998. Preparation and characterization of coir pith carbon and it’s application in the treatment of metal bearing wastewater. Ph.D. Thesis, Bharathiar University, Coimbatore, India. [5] Kadirvelu, K., Thamaraiselvi, K., Namasivayam, C., 2001. Adsorption of Nickel (II) from aquoeus solution onto activated carbon prepared from coir pith. Sep. Purif. Technol. 24, 497 – 505. 409 [6] Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [7] Trần Đức Hạ, Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô vừa và nhỏ, NXB. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2002. [8] Trịnh Xuân Lai, Tính toán và thiết kế các công trình xử lý nước thải. Công ty tư vấn cấp thoát nước số 2, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2000. [9] Trung tâm đào tạo ngành nước và môi trường, 1999, Sổ tay xử lý nước tập 1,2, NXB Xây Dựng, Hà Nội.