1. Tính chất nước thải dệt nhuộm.

Nhưng đặc trưng của loại nước thải này thường chứa các thành phần như: hồ tinh bột (COD), độ màu (thuốc nhuộm), hóa chất (cầm màu), hóa chất kiềm (Xút, chất giặt tẩy). Đặc điểm của nước thải dệt nhuộm là:

– Độ màu của nước thải cao.

– pH, nhiệt độ của nước thải cao.

– COD trong dòng thải lớn.

– Hàm lượng các hóa chất trong nước thải rất cao.

Đặc tính của nước thải công nghiệp dệt nhuộm và giới hạn xả thải:

TT	Thông số	Giá trị đầu vào	Đơn vị	QCVN 13:2015/BTNMT
TT	Thông số	Giá trị đầu vào	Đơn vị	A	B
1	pH	8 – 12	–	6 – 9	5,5 – 9
2	Độ màu	350 – 3710	Pt-Co	50	150
3	BOD5 (20 0C)	188 – 1450	mg/L	30	50
4	COD	360 – 2440	mg/L	75	150
5	Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)	250 – 700	mg/L	50	100
6	Tổng chất rắn hòa tan	800 – 1200	mg/L	500	1000
7	Xyanua	0,09 – 0,36	mg/L	0,07	1,1
8	Clo dư	0,01 – 0,2	mg/L	1	2
9	Crom VI (Cr6+)	0,1 – 0,3	mg/L	0,05	0,1
10	Tổng các chất hoạt động bề mặt	0,5 – 2	mg/L	5	10

2.Quy trình công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm

Hố thu: Nước thải từ các nguồn phát sinh theo mạng lưới thu gom chảy vào hố thu của trạm xử lý. Bẫy cát đặt trước hố thu nhằm loại bỏ cát và các vật thể nặng để bảo vệ thiết bị và hệ thống đường ống công nghệ phía sau, song chắn rác thô để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn ra khỏi nước thải. Sau đó nước thải sẽ được bơm lên tháp giải nhiệt.

Thiết bị lọc rác tinh đặt sau hố thu trước khi bơm lên tháp giải nhiệt để loại bỏ rác có kích thước nhỏ như: sợi vải, vải vụn…, làm giảm SS trong nước thải.

Tháp giải nhiệt: Tháp giải nhiệt có chức năng luồng nước nóng xả đều trên bề mặt tấm tản nhiệt, thông qua luồng không khí và hơi nước nóng luân chuyển tiếp xúc với nhau, nước nóng và luồng không khí sản sinh trao đổi nhiệt với nhau, đồng thời bộ phận nước nóng bị bốc hơi, hơi nước nóng được hòa vào trong không khí, sau đó nước nóng được giải nhiệt chảy xuống bể điều hòa.
Bể điều hòa: Tại bể điều hòa, bố trí máy khuấy trộn chìm nhằm mục đích hòa trộn đồng đều nước thải trên toàn diện tích bể, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn ở bể, sinh ra mùi khó chịu. Điều hòa lưu lượng là phương pháp được áp dụng để khắc phục các vấn đề sinh ra sự dao động của lưu lượng, cải thiện hiệu quả hoạt động của các quá trình xử lý tiếp theo. Bơm được lắp đặt trong bể điều hòa để đưa nước lên các công trình phía sau.
Bể phản ứng: Trong nước thải các cặn bẩn, thuốc nhuộm, các sản phẩm vô cơ, chất ô nhiễm …có kích thước nhỏ nên chúng tham gia vào chuyển động nhiệt cùng với phân tử nước tạo nên một hệ keo phân tán trong toàn bộ thể tích nước. Chúng có độ bền nhỏ hơn độ bền phân tử nên dễ phá huỷ bằng phèn. Phèn cho vào nước thải nhằm làm mất độ keo thiên nhiên trong nước thải, đồng thời tạo ra hệ keo mới có khả năng kết hợp chất ô nhiễm thành những bông cặn, có hoạt tính bề mặt cao, dễ lắng. Các quá trình phản ứng diễn ra như sau: Khuấy trộn phèn với nước thải; Thủy phân của phèn; Phá hủy độ bền của keo (làm mất ổn định của hệ keo);

Dính kết hấp thụ và keo tụ do chuyển động nhiệt và do khuấy trộn.
Tại bể phản ứng, hoá chất keo tụ (PAC và phèn Sắt) được châm vào bể với liều lượng nhất định và được kiểm soát chặt chẽ bằng các thiết bị điện tử. Dưới tác dụng cử hệ thống cánh khuấy với ốc độ lớn được lắp đặt trong bể, các hóa chất được hòa trộn nhanh và đều vào trong nước thải.

Trong điều kiện môi trường thuận lợi cho quá trình keo tụ, hóa chất keo tụ và các chất ô nhiễm trong nước thải tiếp xúc, tương tác với nhau, hình thành các bông cặn nhỏ li ti trên khắp thể tích bể. Hỗn hợp nước thải này tự chảy qua bể keo tụ tạo bông.

Bể keo tụ tạo bông: Chất keo tụ được cho vào nước thải mang điện tích dương (+), bao gồm phèn Nhôm, phèn Sắt và các loại Polymer cao phân tử khác (Polymer +) tạo nên hệ keo mang điện tích dương. Chất trợ keo tụ là các Polymer âm (-) phố hợp với hệ keo mang ion dương giúp cho quá trình lắng các bông bùn xảy ra nhanh hơn.

Tại bể keo tụ tạo bông, hóa chất trợ keo tụ (Polymer -) được châm vào bể với liều lượng nhất định. Dưới tác dụng của hóa chất này và hệ thống motor cánh khuấy với tốc độ chậm, các bông cặn li ti từ bể phản ứng sẽ chuyển động, va chạm, dính kết và hình thành nên những bông cặn tại bể keo tụ tạo bông có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông cặn ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng ở bể lắng. Hỗn hợp nước và bông cặn hữu dụng tự chảy sang bể lắng hóa lý.

Bể lắng hóa lý: Nước thải từ bể keo tụ tạo bông được phân phối vào vùng phân phối nước của bể lắng.

Nước và bông cặn chuyển động qua vùng phân phối nước đi vào vùng lắng của bể lắng theo phương pháp lắng trọng lực. Khi hỗn hợp nước và bông cặn đi vào bể, các bông bùn va chạm với nhau, tạo thành những bông bùn có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông bùn ban đầu. Các bông bùn này sẽ có khối lượng riêng lớn hơn nước nên tự lắng xuống tại vùng chứa cặn của bể lắng. Nước sạch được thu ở phía trên máng răng cưa bể lắng và chảy vào bể sinh học giá thể lưu động MBBR (moving bed biological reactor).

Bể sinh học MBBR: Phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42- ,…Vi sinh vật tồn tại trong bùn hoạt tính của bể sinh học bao gồm Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum cũng tồn tại. Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ hòa tan, chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn như sau:

Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật;

Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào;

Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hơp tế bào mới.

Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ các chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất, mật độ vi sinh vật và mức độ ổn định lưu lượng của nước thải ở trạm xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng… Tải trọng chất hữu cơ của bể sinh học hiếu khí truyền thống thường dao dộng từ 0,32-0,64 kg BOD/m3.ngày đêm. Nồng độ oxy hòa tan trong nước thải ở bể sinh học hiếu khí cần được luôn luôn duy trì ở giá trị lớn hơn 2,5mg/l. Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể sinh học hiếu khí phụ thuộc vào:

Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật tỷ lệ F/M;

Nhiệt độ;

Tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật (bùn hoạt tính);

Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất;

Lượng các chất cấu tạo tế bào;

Hàm lượng oxy hòa tan.

Các phản ứng sinh hóa cơ bản của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải gồm có:

Oxy hóa các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 → CO2 + H2O + DH

Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 → Tế bào vi khuẩn+CO2+H2O+C5H7NO2 – DH

Phân hủy nội bào: C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 ± DH

Ưu điểm của công nghệ XLNT dệt nhuộm MBBR so với công nghệ truyền thống:

Tất cả mọi thiết kế đều nhằm mục đích là hiệu quả xử lý, tiết kiệm năng lượng. Với công nghệ sinh học xử lý nước thải, chúng ta cần mật độ vi sinh vật cao nhằm mục đích đẩy nhanh quá trình oxy hóa sinh hóa. Nói nôm na là càng nhiều vi sinh ăn chất hữu cơ có trong nước thì quá trình xử lý sẽ nhanh hơn. Vấn đề ở dây là làm sao cho bề mặt tiếp xúc giữa nước thải, oxy và vi sinh vật càng cao càng tốt.

Giá thể lưu động MBBR được ứng dụng rộng rãi trên thế giới vài năm trở lại đây. Giá thể MBBR dạng hình cầu có kích thước Ø 10-Ø 20 cm, có tỷ trọng nhẹ hơn nước nên trong quá trình sục khí sẽ có giá thể vi sinh bám dính di chuyển khắp nơi trong bể MMBR. Các giá thể này cho phép tăng mật độ vi sinh lên đến 9.000-14.000 g/m3. Với mật độ này các quá trình oxy hóa để khử BOD, COD và NH4 diễn ra nhanh hơn gần 10 lần so với phương pháp truyền thống. (Ở phương pháp bùn hoạt tính Aeroten thông thường nồng độ vi sinh chỉ đạt 1.000-1.500 g/m3, ở các thiết bị với đệm vi sinh bám cố định chỉ đạt 2.500-3.000 g/m3). Do đó, thời gian lưu của bể MBBR chỉ cần 4h, trong khi bể Aeroten là 8-12h.

Điều quan trọng hơn nữa của phương pháp MBBR là chúng ta không cần phải tuần hoàn bùn hiếu khí lại như phương pháp Aeroten, nhược điểm của việc tuần hoàn bùn là làm giảm đi sự hoạt động của vi sinh vật hiếu khí vì vi sinh phải nằm ở bể lắng, không có dưỡng khí, khi bơm bùn hoàn lưu về bể Aeroten là cho vi sinh vật bị “shock” tải trọng, do đó hiệu quả xử lý sẽ không cao bằng phương pháp giá thể MBBR.

Chúng ta cũng không cần phải xây dựng bể thiếu khí Anoxic để khử N, P là do bể MBBR chứa đựng các giá thể di động cũng là nơi lưu trú cho các chủng vi sinh bám dính nên quá trình nitrat hoá xảy ra liên tục ở đây. Hai loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosomonas và Nitrobacter. Ta có phương trình như sau:

NH4 + Oxidation → NO2- + NO3- + H+ + H2O
NO2-,NO3- Redution N2 => escape to air
PO4-3 Microorganism (PO4-3)salt =>sludge

Như vậy bể sinh học hiếu khí MBBR có nhiệm vụ xử lý các chất hữu cơ còn lại trong nước thải. Trong bể MBBR diễn ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải dưới sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí. Tại bể MBBR có hệ thống sục khí trên khắp diện tích bể nhằm cung cấp ôxy, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sống, phát triển và phân giải các chất ô nhiễm. Vi sinh vật hiếu khí sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ dạng keo và hòa tan có trong nước để sinh trưởng. Ở điều kiện thuận lợi, vi sinh vật phát triển mạnh, sinh khối tăng và tồn tại dưới dạng bông bùn dễ lắng tạo thành bùn hoạt tính. Sau quá trình oxy hóa (bằng sục không khí) với đệm vi sinh di động, bùn hoạt tính (tức lượng vi sinh phát triển và hoạt động tham gia quá trình xử lý) được bám giữ trên các giá thể bám dính di động dạng cầu. Nước thải sau khi qua bể MBBR sẽ tự chảy vào bể lắng sinh học.

Bể lắng sinh học: Nước thải sau khi qua bể MBBR được phân phối vào vùng phân phối nước của bể lắng sinh học lamella. Cấu tạo và chức năng của bể lắng sinh học lamella tương tự như bể lắng hóa lý. Nước sạch được thu đều trên bề mặt bể lắng thông qua máng tràn răng cưa. Nước thải sau bể lắng sẽ tự chảy sang bể trung gian chứa nước kết hợp khử màu, khử trùng.
Bể trung gian kết hợp khử màu: Với thời gian lưu thích hợp, bể được sục khí để hoà trộn đều hoá chất khử màu với nước thải. Hiện nay trên thị trường có nhiều loại hóa chất khử màu rất hiệu quả, đặc biệt là hóa chất khử màu có tên gọi HANO. Đây là hóa chất đặc biệt, khử được tất cả các màu, kể cả các màu khó như chất quang sắc, đặc biệt hơn là HANO hoạt động tốt mà không phụ thuộc vào các yếu tố nhiệt độ, pH, độ oxi hóa… Nước sau khi qua bể trung gian kết hợp khử màu sẽ được bơm qua cụm lọc áp lực.
Cụm lọc áp lực: Bể lọc áp lực sử dụng trong công nghệ này là bể lọc áp lực đa lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh và than hoạt tính để loại bỏ các chất lơ lửng, các chất rắn không hòa tan, các nguyên tố dạng vết, halogen hữu cơ nhằm đảm bảo độ trong của nước .

Nước sau khi qua cụm lọc áp lực đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo QCVN 13-MT:2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm.

Bể chứa bùn: Bùn từ hố thu, bể lắng 1 và phần bùn dư trong bể lắng 2 được đưa tới bể chứa bùn để lưu trữ trong khoảng thời gian nhất định. Tại bể chứa bùn, không khí được cấp vào bể để tránh mùi hôi do sự phân hủy sinh học các chất hữu cơ.
Sau đó bùn được bơm qua máy ép bùn khuôn bản để loại bỏ nước. Bùn khô được lưu trữ tại nhà chứa bùn trong thời gian nhất định và thuê đơn vị thu gom xử lý tho đúng quy định.
Nước từ bể nén bùn và máy ép bùn theo đường ống chảy trở lại hố thu gom của trạm để tái xử lý.