Hiện nay, ngành dệt nhuộm đang có những tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái, đặc biệt là gây ô nhiễm nguồn nước. Để giải quyết thực trạng này, GS.TS Nguyễn Văn Phước, nguyên Viện trưởng Viện Môi trường và Tài nguyên (Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh) đã nghiên cứu hệ thống loại bỏ các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm, và tái sử dụng nước thải cho mục đích nhuộm.
“Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nước thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất” – GS.TS Nguyễn Văn Phước, nguyên Viện trưởng Viện Môi trường và Tài nguyên - Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh cho biết trong bản mô tả sáng chế về hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm được Cục Sở hữu trí tuệ cấp vào năm 2019. “Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn. Nước thải này có nhiệt độ cao (thấp nhất là 400C) và giá trị độ pH cũng cao do lượng kiềm trong nước thải lớn”.
“Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nước thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất” – GS.TS Nguyễn Văn Phước, nguyên Viện trưởng Viện Môi trường và Tài nguyên - Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh cho biết trong bản mô tả sáng chế về hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm được Cục Sở hữu trí tuệ cấp vào năm 2019. “Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn. Nước thải này có nhiệt độ cao (thấp nhất là 400C) và giá trị độ pH cũng cao do lượng kiềm trong nước thải lớn”.
Hệ thống xử lý sẽ tích hợp các loại bộ lọc khác nhau như bể keo tụ tạo bông, bể lọc sinh học kỵ khí, bể lọc sinh học hiếu khí, bể sinh học màng vi lọc, bể lọc thẩm thấu ngược…
Là người quan tâm đến các vấn đề xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp, GS Phước đã tìm hiểu về các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm phổ biến tại nước ta. “Đối với những cơ sở dệt nhuộm có quy mô nhỏ, lưu lượng nước thải chỉ khoảng 50 đến 100m3/ngày, hệ thống xử lý được áp dụng chỉ là keo tụ tạo bông và lắng, do đó chất lượng nước thải sau xử lý không đảm bảo, phần lớn là không đạt tiêu chuẩn môi trường” – ông nhận định.
Trong khi đó, các cơ sở hay nhà máy có quy mô lớn có thể áp dụng công nghệ hóa lý kết hợp sinh học. Những phương pháp này có thể loại bỏ các chất hữu cơ dễ phân hủy, nhưng khả năng loại bỏ độ màu và một số hợp chất bền sinh học chưa cao nên phải áp dụng các phương pháp oxy hóa nâng cao, làm gia tăng phí xử lý gây khó khăn trong kinh doanh cho các doanh nghiệp.
Sau những lần tiến hành dự án tái chế, xử lý nước thải tại các khu công nghiệp, bệnh viện, khu dân cư, giao thông,…; đặc biệt là lần hợp tác với Công ty DYTEC, Viện nghiên cứu Samyoung, Công ty ESSA trong nghiên cứu phát triển các công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm, GS.TS Nguyễn Văn Phước đã nảy ra ý tưởng về một hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm tối ưu đảm bảo được chất lượng nước xả thải an toàn với môi trường.
Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu, tác giả gặp khó khăn khi thiết kế hệ thống xử lý nước thải, đó là yếu tố về kết cấu mặt hàng sản xuất. Thành phần, tính chất nước thải dệt nhuộm thay đổi rất khác nhau tùy thuộc vào kết cấu mặt hàng sản xuất: tẩy trắng, nhuộm hay in hoa, tỷ lệ sử dụng sợi tổng hợp, công nghệ sản xuất như gián đoạn, liên tục hay bán liên tục, đặc tính máy móc và các loại hóa chất thuốc nhuộm sử dụng.
Với mỗi một kết cấu, các yêu cầu của bộ lọc nước thải lại khác nhau. Thêm vào đó, nước thải dệt nhuộm còn có những chỉ tiêu đặc trưng, phức tạp như nhiệt độ cao, giá trị độ pH dao động lớn, độ màu cao và luôn thay đổi màu sắc, chất rắn lơ lửng, nhu cầu oxy sinh học (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD) đều ở mức cao.
Là người quan tâm đến các vấn đề xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp, GS Phước đã tìm hiểu về các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm phổ biến tại nước ta. “Đối với những cơ sở dệt nhuộm có quy mô nhỏ, lưu lượng nước thải chỉ khoảng 50 đến 100m3/ngày, hệ thống xử lý được áp dụng chỉ là keo tụ tạo bông và lắng, do đó chất lượng nước thải sau xử lý không đảm bảo, phần lớn là không đạt tiêu chuẩn môi trường” – ông nhận định.
Trong khi đó, các cơ sở hay nhà máy có quy mô lớn có thể áp dụng công nghệ hóa lý kết hợp sinh học. Những phương pháp này có thể loại bỏ các chất hữu cơ dễ phân hủy, nhưng khả năng loại bỏ độ màu và một số hợp chất bền sinh học chưa cao nên phải áp dụng các phương pháp oxy hóa nâng cao, làm gia tăng phí xử lý gây khó khăn trong kinh doanh cho các doanh nghiệp.
Sau những lần tiến hành dự án tái chế, xử lý nước thải tại các khu công nghiệp, bệnh viện, khu dân cư, giao thông,…; đặc biệt là lần hợp tác với Công ty DYTEC, Viện nghiên cứu Samyoung, Công ty ESSA trong nghiên cứu phát triển các công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm, GS.TS Nguyễn Văn Phước đã nảy ra ý tưởng về một hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm tối ưu đảm bảo được chất lượng nước xả thải an toàn với môi trường.
Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu, tác giả gặp khó khăn khi thiết kế hệ thống xử lý nước thải, đó là yếu tố về kết cấu mặt hàng sản xuất. Thành phần, tính chất nước thải dệt nhuộm thay đổi rất khác nhau tùy thuộc vào kết cấu mặt hàng sản xuất: tẩy trắng, nhuộm hay in hoa, tỷ lệ sử dụng sợi tổng hợp, công nghệ sản xuất như gián đoạn, liên tục hay bán liên tục, đặc tính máy móc và các loại hóa chất thuốc nhuộm sử dụng.
Với mỗi một kết cấu, các yêu cầu của bộ lọc nước thải lại khác nhau. Thêm vào đó, nước thải dệt nhuộm còn có những chỉ tiêu đặc trưng, phức tạp như nhiệt độ cao, giá trị độ pH dao động lớn, độ màu cao và luôn thay đổi màu sắc, chất rắn lơ lửng, nhu cầu oxy sinh học (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD) đều ở mức cao.
Nước thải từ làng nghề dệt vải.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý:
Để giải quyết những khó khăn trên, hệ thống xử lý sẽ tích hợp các loại bộ lọc khác nhau như bể keo tụ tạo bông, bể lọc sinh học kỵ khí, bể lọc sinh học hiếu khí, bể sinh học màng vi lọc, bể lọc thẩm thấu ngược… Mỗi bể lọc sẽ xử lý những đặc trưng khác nhau của nước thải dệt nhuộm.
Theo đó, hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm được thu gom vào bể điều hòa sẽ được bơm vào bể keo tụ tạo bông. Tại bể keo tụ tạo bông, nước thải được loại bỏ độ màu và các chất rắn lơ lửng trong nước, trong đó hóa chất sử dụng trong bể keo tụ tạo là hỗn hợp của hai loại phèn Fe2(SO4)3.9H2O và Al2(SO4)3.18H2O được sản xuất từ bùn đỏ phế thải của chế biến nhôm từ quặng bauxit – được cho vào để tiến hành loại bỏ độ màu và các chất rắn lơ lửng, liều lượng sử dụng phèn là 1000 mg/L, giá trị độ pH keo tụ là 6.
Bể lắng vách nghiêng tiếp nhận nước thải từ bể keo tụ tạo bông và loại bỏ các bông cặn, bổ sung dinh dưỡng bao gồm K2HPO4, NH4Cl và một phần nước thải sinh hoạt sao cho tỷ lệ nồng độ nhu cầu oxy hóa COD:N:P = 150:5:1. Tỷ lệ này rất thích hợp cho các sinh vật kỵ khí và hiếu khí phát triển ở các giai đoạn tiếp theo.
Nước thải sau khi được xử lý ở bể lắng vách nghiêng được dẫn vào bể lọc sinh học kỵ khí để xử lý màu trong nước thải, với vật liệu lọc là xơ dừa được bố trí trên giá đỡ là một tấm nhựa có nhiều lỗ rỗng. Bùn hoạt tính cho vào bể có tỷ lệ các chất dễ bay hơi/tổng chất rắn là 0,68, trong đó bể xử lý màu ở độ màu 900 Pt-Co.
Nước thải tiếp tục được dẫn vào bể lọc sinh học hiếu khí để xử lý nồng độ nhu cầu oxy hóa học, vật liệu đệm được sử dụng là xơ dừa, khí được cấp liên tục bằng máy thổi khí và được phân tán vào nước nhờ đá bọt, trong đó bể xử lý nồng độ nhu cầu oxy hóa học khoảng 1600 mg/L.
Sau khi nước thải được xử lý ở bể lọc sinh học hiếu khí, tiếp tục được dẫn vào bể sinh học màng vi lọc nhằm tăng hiệu quả xử lý màu và nồng độ nhu cầu oxy hóa học trong nước thải, trong đó màng vi lọc có dạng tấm phẳng đặt chìm trong bể, máy thổi khí hoạt động liên tục để cấp khí cho vi sinh phát triển, giá trị độ pH của màng vi lọc là 3 và nồng độ chất rắn lơ lửng trong bể bùn hoạt tính (MLSS – Mixed Liquoz Suspended Solids) nằm trong khoảng 6500 mg/L, thời gian lưu bùn là 40 ngày.
Để xử lý nước thải một cách triệt để, tiếp tục dẫn nước thải từ bể sinh học hiếu khí sang bể lọc thẩm thấu ngược để tái sử dụng nước thải, tại đây nước thải được tách dòng với tỷ lệ 60:40. Nước trong được tái sử dụng để nhuộm, nước đục thì qua bể oxy hóa nâng cao để xử lý độ màu và nồng độ nhu cầu oxy hóa học trước khi xả thải ra môi trường. Trong đó áp suất làm việc của bể lọc thẩm thấu ngược là 3000 kPa và giá trị độ pH trong bể oxy hóa nâng cao là 3, trong đó tỷ số Fe(II)/H2O2 là tỷ lệ phản ứng của hệ xúc tác đồng thể, ảnh hưởng đến sự tạo thành và mất gốc hydroxyl tự do, nằm trong khoảng 0,02-0,43/l.
Với những ưu điểm này này, hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm nêu trên đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp Bằng giải pháp hữu ích số 2-0002171, được công bố vào ngày 25.11.2019.
Để giải quyết những khó khăn trên, hệ thống xử lý sẽ tích hợp các loại bộ lọc khác nhau như bể keo tụ tạo bông, bể lọc sinh học kỵ khí, bể lọc sinh học hiếu khí, bể sinh học màng vi lọc, bể lọc thẩm thấu ngược… Mỗi bể lọc sẽ xử lý những đặc trưng khác nhau của nước thải dệt nhuộm.
Theo đó, hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm được thu gom vào bể điều hòa sẽ được bơm vào bể keo tụ tạo bông. Tại bể keo tụ tạo bông, nước thải được loại bỏ độ màu và các chất rắn lơ lửng trong nước, trong đó hóa chất sử dụng trong bể keo tụ tạo là hỗn hợp của hai loại phèn Fe2(SO4)3.9H2O và Al2(SO4)3.18H2O được sản xuất từ bùn đỏ phế thải của chế biến nhôm từ quặng bauxit – được cho vào để tiến hành loại bỏ độ màu và các chất rắn lơ lửng, liều lượng sử dụng phèn là 1000 mg/L, giá trị độ pH keo tụ là 6.
Bể lắng vách nghiêng tiếp nhận nước thải từ bể keo tụ tạo bông và loại bỏ các bông cặn, bổ sung dinh dưỡng bao gồm K2HPO4, NH4Cl và một phần nước thải sinh hoạt sao cho tỷ lệ nồng độ nhu cầu oxy hóa COD:N:P = 150:5:1. Tỷ lệ này rất thích hợp cho các sinh vật kỵ khí và hiếu khí phát triển ở các giai đoạn tiếp theo.
Nước thải sau khi được xử lý ở bể lắng vách nghiêng được dẫn vào bể lọc sinh học kỵ khí để xử lý màu trong nước thải, với vật liệu lọc là xơ dừa được bố trí trên giá đỡ là một tấm nhựa có nhiều lỗ rỗng. Bùn hoạt tính cho vào bể có tỷ lệ các chất dễ bay hơi/tổng chất rắn là 0,68, trong đó bể xử lý màu ở độ màu 900 Pt-Co.
Nước thải tiếp tục được dẫn vào bể lọc sinh học hiếu khí để xử lý nồng độ nhu cầu oxy hóa học, vật liệu đệm được sử dụng là xơ dừa, khí được cấp liên tục bằng máy thổi khí và được phân tán vào nước nhờ đá bọt, trong đó bể xử lý nồng độ nhu cầu oxy hóa học khoảng 1600 mg/L.
Sau khi nước thải được xử lý ở bể lọc sinh học hiếu khí, tiếp tục được dẫn vào bể sinh học màng vi lọc nhằm tăng hiệu quả xử lý màu và nồng độ nhu cầu oxy hóa học trong nước thải, trong đó màng vi lọc có dạng tấm phẳng đặt chìm trong bể, máy thổi khí hoạt động liên tục để cấp khí cho vi sinh phát triển, giá trị độ pH của màng vi lọc là 3 và nồng độ chất rắn lơ lửng trong bể bùn hoạt tính (MLSS – Mixed Liquoz Suspended Solids) nằm trong khoảng 6500 mg/L, thời gian lưu bùn là 40 ngày.
Để xử lý nước thải một cách triệt để, tiếp tục dẫn nước thải từ bể sinh học hiếu khí sang bể lọc thẩm thấu ngược để tái sử dụng nước thải, tại đây nước thải được tách dòng với tỷ lệ 60:40. Nước trong được tái sử dụng để nhuộm, nước đục thì qua bể oxy hóa nâng cao để xử lý độ màu và nồng độ nhu cầu oxy hóa học trước khi xả thải ra môi trường. Trong đó áp suất làm việc của bể lọc thẩm thấu ngược là 3000 kPa và giá trị độ pH trong bể oxy hóa nâng cao là 3, trong đó tỷ số Fe(II)/H2O2 là tỷ lệ phản ứng của hệ xúc tác đồng thể, ảnh hưởng đến sự tạo thành và mất gốc hydroxyl tự do, nằm trong khoảng 0,02-0,43/l.
Với những ưu điểm này này, hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm nêu trên đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp Bằng giải pháp hữu ích số 2-0002171, được công bố vào ngày 25.11.2019.
Nguồn: noip.gov.vn
