Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp lọc sinh học sử dụng than cacbon hoá

Dưới đây là một trong những ứng dụng của than cacbon được dùng làm vật liệu hấp phụ để xử lý nước thải dệt nhuộm ô nhiễm.

Hiện nay, ngành công nghiệp dệt nhuộm có những bước phát triển mạnh mẽ, tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường. Trong nền kinh tế quốc dân, ngành dệt nhuộm chiếm một vị trí khá quan trọng vì đây là một trong những ngành công nghiệp không chỉ góp phần việc giải quyết vấn đề công ăn việc làm trong xã hội mà còn thúc đẩy tăng trưởng nhanh kim ngạch xuất khẩu cho đất nước. Tuy nhiên, hàng năm ngành dệt nhuộm sử dụng hàng triệu tấn thuốc nhuộm để nhuộm vải và tạo ra lượng nước thải lớn chứa nhiều chất độc hại đối với môi sinh và trực tiếp ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. 

Ở nước ta, nhiều nhà máy dệt nhuộm xây dựng các hệ thống, trạm xử lý nước thải với quy mô và mức độ xử lý khác nhau. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm được áp dụng phổ biến là phương pháp hoá học, sử dụng axit trung hoà kiềm và các chất tạo phản ứng oxy hoá khử, tuy nhiên những phương pháp xử lý này đạt hiệu quả không cao và vẫn gây ra ô nhiễm thứ cấp, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.

Bên cạnh các phương pháp xử lý hoá học còn có nhiều phương pháp xử lý khác như phương pháp xử lý bằng ozon, ozon kết hợp sinh học, và công nghệ màng điện hoá. Tuy chất lượng nước thải sau khi xử lý bằng những phương pháp này hoàn toàn có thể tái sử dụng trong sản xuất, nhưng việc ứng dụng lại gặp nhiều khó khăn và giá thành rất cao. Trước sự phát triển mạnh mẽ của ngành dệt nhuộm và yêu cầu khắt khe về xử lý nước thải tránh gây nô himễ môi trường trong những năm gần đây, việc tìm ra công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm đạt hiệu quả cao, giá thành rẻ, ít sử dụng hoá chất, có tính sinh thái, thân thiện với môi trường đã trở thành vấn đề cấp thiết.

Trước nhu cầu thực tế đó, thời gian qua các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ môi trường, phối hợp với Viện Công nghệ hoá học và các đối tác phía Nhật Bản tiến hành nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm sử dụng than cacbon hoá làm giá thể sinh học và thu được nhiều kết quả khả quan. Nghiên cứu được tiến hành thực nghiệm tại một số nhà máy, xí nghiệp dệt nhuộm trong nước như Khu công nghiệp dệt may Phố Nối B (Hưng Yên) và Công ty cổ phần Bitexco Nam Long (Thái Bình).

Than cacbon là sản phẩm được tạo ra thông qua công nghệ cacbon hoá bằng cách nhiệt phân các nguyên liệu như tre, gỗ, trấu, gáo dừa, lõi ngô… trong điều kiện thiếu ôxy hoặc không có ôxy hoàn toàn. Những nguyên liệu trên có thể lấy từ rác thải trong sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp. Qua nghiên cứu, than tre phù hợp làm giá thể vi sinh trong xử lý nước thải nhất vì có nhiều lỗ xốp kích thước nhỏ. Các đặc tính của than cacbon trong quá trình thực nghiệm là than được sinh ra trong quá trình nhiệt phân trong lò cacbon hoá ở nhiệt độ 600-650 độ C, thời gian phản ứng là 60 phút, kích thước mao quan từ 20 – 50nm, diện tích bề mặt 400m2/g.

Thực nghiệm được tiến hành trên 2 hệ thí nghiệm như trong mô hình. Trong đó một hệ có sử dụng than tre của quá trình cacbon hoá làm giá thể vi sinh. Nước thải từ thùng chứa được bơm định lượng cấp đều cho 2 hệ xử lý với lưu lượng như nhau Q=5 l/h. Bể có thể tích V=75 lít, có thiết bị sục khí. Nước thải sau đó được qua bể lắng có thể tích hữu ích V=10 lít. Bùn hoạt tính lắng ở phần đáy thiết bị được bơm tuần hoàn về bể sinh học và bùn dư được xả bằng van xả bùn ở dưới đáy bể lắng. Phương pháp bùn hoạt tính tuần hoàn được ổn định bằng các thông số DO (nồng độ oxy hoà tan), MLSS (nồng độ bùn) và nồng độ pH. Trong cả 2 mô hình thí nghiệm mọi điều kiện được tiến hành song song và như nhau. Chỉ khác nhau ở chỗ một mô hình có đệm sinh học (than cacbon hoá) và mô hình khác không có đệm sinh học. Hai hệ được khởi động trong một tháng để ổn định nồng độ bùn MLSS khoảng 2000-3000 mg/l. Nước thải đầu vào và đầu ra sau xử lý được lấy mẫu phân tích theo các chỉ tiêu COD (nhu cầu oxy hoá), BOD (khả năng phân huỷ sinh học) và TOC (hàm lượng tổng cacbon hữu cơ).

Kết quả thực nghiệm cho thấy ở cùng các điều kiện như nhau, mô hình xử lý vi sinh có than cacbon hoá làm giá thể dính bám cho hiệu suất xử lý TOC (hàm lượng tổng cacbon hữu cơ), COD (nhu cầu oxi hoá), BOD (khả năng phân huỷ sinh học) cao hơn từ 1,5 đến 2,7 lần so với mô hình không sử dụng than cacbon hoá, hàm lượng ô nhiễm tại đầu ra của bình phản ứng có than là thấp và khá ổn định.

Kết quả nghiên cứu trên là một phần quan trọng trong Dự án hợp tác “Nghiên cứu xây dựng công nghệ sinh thái xử lý nước thải nhuộm” giữa Viện Công nghệ môi trường, Viện Công nghệ hoá học và Viện Nghiên cứu quản lý môi trường (Nhật Bản). Đây cũng là một trong những ứng dụng thành công của than cacbon được dùng làm vật liệu hấp phụ xử lý chất thải ô nhiễm môi trường, bên cạnh những ứng dụng hữu ích khác trong đời sống sản xuất, đặc biệt là được dùng làm nhiên liệu trong công nghiệp vì than có nhiệt trị rất cao. Việc sản xuất ra than cacbon nhờ vào công nghệ nhiệt phân các chất thải rắn và ứng dụng than cacbon vào đời sống, sản xuất đang dần thành một xu thế phát triển bền vững trong tương lai.