Nghiên cứu khả năng xử lý chất hoạt động bề mặt của bùn hoạt tính trong bể aerotank

Gi ớ i thi ệ u ch ấ t ho ạt độ ng b ề m ặ t

Định nghĩa

Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là một loại chất có khả năng giảm sức căng bề mặt của chất lỏng khi được hòa tan trong dung môi Cấu trúc của CHĐBM bao gồm một đầu ưa nước và một đầu kỵ nước, và tính chất hoạt động bề mặt của nó phụ thuộc vào sự tương tác giữa hai phần này.

+ Đầu kỵ nước phải đủ dài, mạch Cacbon từ 8-21, ankyl thuộc mạch ankal, ankle mạch thẳng hay có gắn vòng clo hay benzene…

+ Đầu ưa nước phải là nhóm phân cực mạnh như Cacboxyl (COO-), Hydroxyl(-OH), Amin (-NH2), Sulfat (-OSO3)…

VD : cơ chế tẩy rửa vết bẩn có chất béo:

Đặc điể m

CHĐBM được sử dụng để giảm sức căng bề mặt của chất lỏng Khi thêm nhiều hơn hai chất lỏng không hòa tan, chất hoạt động bề mặt sẽ tăng diện tích tiếp xúc giữa chúng Việc hòa tan chất hoạt động bề mặt vào chất lỏng giúp cải thiện khả năng tương tác giữa các chất này.

Dung dịch chất tẩy rửa

Hình 2: CƠ CHẾ TẨY RỬA CÁC VẾT DẦU MỠ

SVTH: Vương Ngọc Tuấn - Lớp: 08MT, GVHD: Phạm Phú Song Toàn Các phân tử chất hoạt động bề mặt có xu hướng hình thành các đám micelle Nồng độ tại đó các phân tử bắt đầu tạo thành đám được gọi là nồng độ micelle tới hạn.

Khi chất lỏng là nước, các phân tử sẽ tập hợp đuôi kỵ nước lại với nhau và hướng đầu ưa nước ra ngoài, tạo ra các hình dạng đa dạng như hình cầu, hình trụ và màng.

Tính ưa nước và kỵ nước của chất hoạt động bề mặt được xác định bởi độ cân bằng ưa nước, kỵ nước (HLB), với giá trị từ 0 đến 40 HLB cao cho thấy hóa chất dễ hòa tan trong nước, trong khi HLB thấp cho thấy hóa chất dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực như dầu.

Sơ lƣợ c v ề l ị ch s ử ch ấ t ho ạt độ ng b ề m ặ t

Lịch sử của chất tẩy rửa không có một mốc thời gian cụ thể, vì việc vệ sinh cá nhân đã bắt đầu từ khi nền văn minh con người ra đời Nước được coi là chất tẩy rửa cổ xưa nhất, được sử dụng để làm sạch cơ thể và quần áo.

Xà phòng, được tìm thấy trong những cuộc khai quật về người Babylon cổ đại, được cho là có nguồn gốc từ thời kỳ này, đánh dấu lịch sử ra đời của chất tẩy rửa Đến thế kỷ 18, xà phòng bắt đầu được sản xuất trên quy mô lớn với sự phát minh của xút ăn da và việc chế tạo chất kiềm từ muối ăn thay cho tro từ gỗ Đồng thời, việc ép dầu từ các loại hạt và quả đã dẫn đến sự ra đời của nhiều nhà máy ép dầu, thay thế mỡ động vật, cung cấp nguyên liệu phong phú và sẵn có cho ngành sản xuất xà phòng, giúp ngành này phát triển mạnh mẽ.

Phân lo ạ i ch ấ t ho ạt độ ng b ề m ặ t

CHĐBM Anionic

SVTH: Vương Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn

CHĐBM anionic khi hòa tan trong nước sẽ phân ly thành ion âm, có khả năng hoạt động bề mặt mạnh mẽ, khả năng lấy dầu cao và tạo bọt lớn nhưng kém bền Tuy nhiên, chúng bị thụ động hóa trong môi trường nước cứng (chứa Ca2+ và Mg2+) cũng như với các ion kim loại nặng như Al và Fe Loại CHĐBM này rất phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm giặt giũ, nước rửa chén và các chất tẩy rửa gia dụng.

+ SLES : Sodium lauryl ether sulfate hay Sodium Lauryl Sulfate

+ LABS: Linear alkyl benzene sulfonate

+ Xà phòng và các muối của axit béo; các muối ankyl sulfate khác.

CHĐBM Cationic

CHĐBM Cationic là các dẫn xuất của muối amoni bậc 4, có khả năng phân ly thành ion dương trong dung dịch Chúng có tác dụng làm bền bọt, tạo nhũ tốt, và ít lấy dầu, nên rất êm dịu với da Sản phẩm này chủ yếu được sử dụng để làm mềm, xốp xơ sợi và triệt tiêu tĩnh điện.

CHĐBM Non-ionic

CHĐBM non-ionic là một hợp chất có nhóm phân cực không bị ion hóa trong dung dịch nước, với phần ưa nước chứa các nguyên tử oxy, nitơ hoặc lưu huỳnh không ion hóa, giúp hòa tan nhờ vào sự hình thành liên kết hydro với các phân tử nước Phần kỵ nước của nó là mạch hydrocacbon dài Do không bị ion hóa, CHĐBM non-ionic không tích điện, ít bị ảnh hưởng bởi nước cứng và pH môi trường, tuy nhiên vẫn có khả năng tạo phức với các ion kim loại nặng Sản phẩm này êm dịu với da, lấy dầu ít, tạo bọt kém, và thường được sử dụng trong các chất tẩy rửa cho máy rửa chén và giặt giũ.

- Alkyl poly(ethylen oxit) và Copolymer của poly(ethylen oxit) và poly(ethylen oxit) (trong thương mại gọi là Poloxamer hay Poloxamin)

+ Các rƣợu béo của cetyl và oleyl

+ Cocamide MEA, cocamide DEA, cocamide TEA

CHĐBM Amphoteric

CHĐBM Amphoteric là chất hoạt động bề mặt lưỡng cực, có khả năng chuyển đổi thành anionic, cationic hoặc non-ionic tùy thuộc vào pH của dung dịch Với đặc tính lấy dầu nhẹ và ổn định, chúng rất phù hợp cho sản phẩm chăm sóc da và các sản phẩm làm sạch gia dụng Hai loại chất hoạt động bề mặt chủ yếu là imidazoline và betain.

Một số chất hoạt động bề mặt thường gặp:

Tên Tên tắt Công thức phân tử Công thức cấu tạo

ALS C12H29NO4S CH3(CH2)10CH2OSO3NH4

RO (CH2CH2O) XCOCHCH (SO3Na) COONa

Xà phòng và các muối của axit béo

AOS R _CH=CH(CH2)nSO3Na diethanol amin DEA

Các y ế u t ố ảnh hưởng đế n tính ch ấ t c ủ a ch ấ t ho ạt độ ng b ề m ặ t

Nhiệt độ cao giúp tăng cường khả năng hòa tan của các chất hoạt động bề mặt, giảm độ nhớt của chất bẩn dạng lỏng và gia tăng khả năng hòa tan của chúng Điều này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng trung hòa chất bẩn có tính axit và phản ứng xà phòng hóa chất béo, từ đó nâng cao hiệu suất giặt tẩy.

Nhiệt độ cao có thể làm giảm hoạt tính của một số chất hoạt động bề mặt dễ hòa tan, dẫn đến giảm độ bền của hệ nhũ Ngoài ra, một số loại vải không chịu được nhiệt độ của dung dịch cao Đối với các chất hoạt động bề mặt NI, sự hấp phụ tăng theo nhiệt độ, và sau điểm đục, sức căng bề mặt cùng giao diện của các chất này sẽ có sự thay đổi.

Sức căng bề mặt của chất hoạt động bề mặt phụ thuộc vào loại phân tử cấu thành Đối với chất hoạt động bề mặt Anion, việc thêm gốc –CH2 vào chuỗi chất béo sẽ làm giảm sức căng bề mặt Đồng thời, có thể giảm độ hình thành micell bằng cách làm mất tính đối xứng trong phân tử thông qua việc phân nhánh hoặc thay thế hai nhánh ngắn bằng một nhánh dài Độ hấp thụ tăng lên theo độ dài của chuỗi kỵ nước Đối với chất hoạt động bề mặt NI, khi tăng chiều dài chuỗi béo từ C12 đến C14, sức căng bề mặt cũng có sự thay đổi.

SVTH: Vương Ngọc Tuấn - Lớp: 08MT, GVHD: Phạm Phú Song Toàn Bề mặt giảm do khả năng phân cực của đầu phân cực giảm, dẫn đến sự hấp phụ giảm khi tăng số oxyetylen ưa nước.

Sự hấp phụ: thêm chất điện ly sẽ làm giảm độ hòa tan của các tác nhân bề mặt dẫn đến làm tăng sự hấp phụ ở các giao diện

Các chất điện ly sẽ làm giảm CMC vì các chất điện ly trong dung dich chất tẩy rửa sẽngăn cản khảnăng hình thành các Micell.

Ứ ng d ụ ng

CHĐBM ứng dụng rất nhiều trong đời sống hằng ngày Ứng dụng phổ biến nhất là bột giặt, sơn, nhuộm

Ngoài ra còn có những ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhƣ:

+ Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm sợi vải, chất trợ nhuộm

+ Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhủ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp + Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt

+ Trong ngành in: Chất trợ ngấm và chất phân tán mực in

+ Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật

+ Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn của bê tông

+ Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan

+ Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để làm giàu khoáng sản

1.4 Các tính chất cơ bản

Tính thấm ướt của vải rất quan trọng trong việc làm sạch, giúp các vết bẩn tiếp xúc dễ dàng với nước Mặc dù vải sợi có khả năng thấm ướt tốt, nhưng nước khó thấm sâu vào cấu trúc do sức căng bề mặt lớn, đặc biệt trong những trường hợp nhất định.

Vải sợi thường bị bẩn do dầu mỡ, vì vậy việc sử dụng xà phòng là cần thiết để giảm sức căng bề mặt giữa nước và vải sợi.

- Bọt là một hệ phân tán K/L hay K/R mà pha khí chiếm thể tích lớn, chứa tác nhân ổn định

- Bọt không có dạng hình cầu, mà là đa diện

- Bọt có 2 dạng là ổn định hay không ổn định

- Chất lỏng nguyên chất không có khảnăng tạo bọt

- Hiện tƣợng tạo bọt làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tằng lên

Khả năng tạo bọt và độ bền của bọt trong dung dịch chất tẩy rửa phụ thuộc vào cấu trúc của chất, nồng độ, nhiệt độ, độ pH, và hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+.

Tình hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố:

- Bản chất và vị trí của nhóm ưa nước Nhóm ưa nước ởđầu mạch dễhòa tan hơn nhóm ở giữa mạch

- Chiều dài của mạch Hydrocacbon Nhóm kỵnước mạch thẳng dễhòa tan hơn mạch nhánh

- Bản chất của ion kim loại: với ion Na+, K+dễ hòa tan hơn các ion Ca 2+ ,Mg 2+ …

1.4.4 Khảnăng hoạt động bề mặt:

Nước có sức căng bề mặt cao, nhưng khi hòa tan xà phòng, sức căng bề mặt này giảm đi Sự hình thành lớp hấp thụ định hướng trên bề mặt nước diễn ra, trong đó nhóm ưa nước hướng vào nước, còn nhóm kỵ nước hướng ra ngoài Lớp hấp thụ này giúp giảm sức căng bề mặt của nước, vì bề mặt nước – không khí được thay thế bằng bề mặt kỵ nước – không khí giữa các pha.

- Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu được hệ bền vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa

Xà phòng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định nhũ tương bằng cách giảm sức căng bề mặt giữa dầu và nước, từ đó giúp hệ nhũ tương trở nên ổn định hơn.

Khả năng hòa tan của các chất hoạt động bề mặt anion tăng theo nhiệt độ, và sự gia tăng này trở nên đột ngột khi nồng độ tác nhân bề mặt đạt mức đủ để hình thành.

Micell Điểm Kraft là điểm mà tại nhiệt độđó các Micell có thểhòa tan đƣợc

Độ tan của các chất hoạt động bề mặt NI chịu ảnh hưởng bởi liên kết hydro trong nước với chuỗi polyoxyetylen Khi nhiệt độ tăng, năng lượng của liên kết hydro cũng tăng, dẫn đến sự mất nước và giảm độ tan Điểm đục là nhiệt độ tại đó các chất hoạt động bề mặt NI không còn hòa tan được.

1.4.7 HLB (tính ưa nước –tính ưa dầu – cân bằng)

- HLB là một đơn vịđo lường lưỡng tính đối cực của phân tử

1 –4 không phân tán trong nước

8 – 10 phân tán đục nhƣng ổn định

1.5 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến môi trường và sức khỏe con người

* Sau đây là một vài chất hoạt động bề mặt gây ảnh hưởng đến môi trường và con người

SLES được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm như nước rửa xe và chất tẩy rửa nhà cửa, trong đó 90% SLES được áp dụng làm tác nhân tạo bọt trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân.

 SLES có thể gây kích thích cho da ở nồng độcao hơn 40 mg/m 3

 SLES có tiềm năng gây hại cho con người khi tiếp xúc Cụ thể:

+ Kích thích qua da, viêm da hoặc có thể ăn mòn da do tiếp xúc

+ Ảnh hưởng đến mắt, nếu trẻ em tiếp xúc có thể bị tật ở mắt

+ Biến đổi đặc tính của protein trong cơ thể và không cân bằng hormon

Tiếp xúc lâu dài với SLES 0,5% có thể dẫn đến giai đoạn đầu của bệnh ung thư da Khi kết hợp với các hóa chất khác như Amoni Laureth Sulfate (Ales), SLES tạo ra nitroamines, một trong những tác nhân gây ung thư hàng đầu.

- LAS độc đối với sinh vật thủy sản ở nồng độ từ 1- 10 mg/l trong ngắn hạn vì xảy ra quá trình chuyển hóa trong cơ thể chúng

+ LAS có thể xâm nhập vào da và cơ thể khó giải phóng nó ra ngoài

+ Sản phẩm dành cho tóc khi có LAS có thể gây rụng tóc vì LAS tấn công vào các nang tóc làm các nang này chết đi.

+ LAS không trực tiếp gây ung thƣ, LAS phản ứng tốt với một số thành phần hóa học trong cùng sản phẩm tạo thành chất gây ung thƣ

Khi sử dụng chất tẩy rửa, cần đeo bao tay để tránh tiếp xúc trực tiếp và sau khi lau chùi, phải rửa lại bằng nước sạch nhiều lần Việc tiếp xúc trực tiếp có thể gây viêm da kích ứng, đặc biệt là ở trẻ em, với các triệu chứng như đỏ da, sưng tấy và ngứa.

Việc sử dụng các chất tẩy rửa có thể để lại dư lượng trên bề mặt đồ dùng, gây hại cho sức khỏe người tiêu dùng nếu không được rửa sạch Hiện nay, xu hướng toàn cầu đang chuyển sang sử dụng chất hoạt động bề mặt có khả năng phân hủy sinh học, nhằm bảo vệ sức khỏe và môi trường.

Sản phẩm tẩy rửa hiện nay thường có giá thành cao, dẫn đến việc ít người sử dụng Nhiều sản phẩm này chứa thành phần độc hại, gây hại cho hệ sinh vật khi thải ra môi trường Đối với người tiêu dùng, việc sử dụng các sản phẩm này có thể dẫn đến tình trạng khô da, thẩm thấu gây đột biến và mỏng da Nghiêm trọng hơn, điều này có thể làm tăng nguy cơ ung thư da do sự phá hủy tế bào da, đặc biệt khi tiếp xúc với ánh sáng, quá trình hủy hoại da sẽ diễn ra nhanh chóng hơn.

- Ở nồng độ cao (trên 10%) ALS có thể:

+ Gây kích thích mạnh đối với da

+ Ảnh hưởng nghiêm trọng đối với mắt

+ Nếu hít phải có thểảnh hưởng tới hệ hô hấp

+ Uống vào ảnh hưởng hệ tiêu hóa.Ngoài ra, khi sử dụng dầu gội có 31% ALS có thể gây ngứa da đầu, hƣ tóc, sinh nấm,…

Xà phòng, bao gồm muối kali hoặc natri của axit béo và xà phòng tổng hợp, có cấu trúc gồm hai phần: một đầu hiđrocacbon kị nước và một đầu ion kim loại ưa nước Khi tiếp xúc với các vết bẩn và dầu mỡ trên vải, đầu kị nước sẽ hướng vào trong vết bẩn, trong khi đầu ưa nước quay ra ngoài Quá trình này tạo ra micelle, một cấu trúc hình cầu với đầu ưa nước ở bên ngoài, giúp tách vết bẩn ra khỏi bề mặt vải.

- Ảnh hưởng của xà phòng:

Sản phẩm sau khi sử dụng có thể gây ô nhiễm môi trường nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các vi sinh vật sống trong đó Sự tiếp xúc kéo dài với chất ô nhiễm có thể dẫn đến đột biến gen, và khi nồng độ ô nhiễm cao, hệ vi sinh vật sẽ bị hủy hoại hoàn toàn.

SVTH: Vương Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn Ảnh hưởng đến da khi tiếp xúc trực tiếp: làm hại da tay, ăn mòn da,

Gây ra các bệnh vềđường ruột như tiêu chảy, nôn bửa,…

Viêm đường hô hấp cấp tính

1.6 Các phương pháp xử lý chất hoạt động bề mặt

Để giảm thiểu tác động của chất hoạt động bề mặt anion đối với cơ thể người sử dụng, người ta đã bổ sung thêm các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính vào thành phần sản phẩm Việc này giúp ngăn chặn sự hấp thụ của các chất anion trên da, bảo vệ sức khỏe người dùng hiệu quả hơn.

Tính ch ất cơ bả n c ủ a ch ấ t ho ạt độ ng b ề m ặ t

Khả năng tạo bọt

- Bọt là một hệ phân tán K/L hay K/R mà pha khí chiếm thể tích lớn, chứa tác nhân ổn định

- Bọt không có dạng hình cầu, mà là đa diện

- Bọt có 2 dạng là ổn định hay không ổn định

- Chất lỏng nguyên chất không có khảnăng tạo bọt

- Hiện tƣợng tạo bọt làm cho bề mặt dung dịch chất tẩy rửa tằng lên

Khả năng tạo bọt và độ bền của bọt trong dung dịch chất tẩy rửa phụ thuộc vào cấu trúc của chất, nồng độ, nhiệt độ, độ pH, cũng như hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ có trong dung dịch.

Kh ả năng hòa tan

Tình hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố:

- Bản chất và vị trí của nhóm ưa nước Nhóm ưa nước ởđầu mạch dễhòa tan hơn nhóm ở giữa mạch

- Chiều dài của mạch Hydrocacbon Nhóm kỵnước mạch thẳng dễhòa tan hơn mạch nhánh

- Bản chất của ion kim loại: với ion Na+, K+dễ hòa tan hơn các ion Ca 2+ ,Mg 2+ …

Kh ả năng hoạt độ ng b ề m ặ t

Nước có sức căng bề mặt lớn, nhưng khi hòa tan xà phòng, sức căng này giảm đi Điều này xảy ra do một lớp hấp thụ định hướng hình thành trên bề mặt, trong đó nhóm ưa nước hướng vào nước và nhóm kỵ nước hướng ra ngoài Nhờ lớp hấp thụ này, bề mặt nước – không khí được thay thế bằng kỵ nước – không khí, dẫn đến sự giảm sức căng bề mặt của nước.

Kh ả năng nhũ hóa

- Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu được hệ bền vững thì phải cho thêm chất nhũ hóa

Xà phòng là một chất ổn định nhũ tương hiệu quả, giúp giảm sức căng bề mặt giữa dầu và nước, từ đó tạo điều kiện cho hệ nhũ tương dễ dàng ổn định hơn.

Khả năng hòa tan của các chất hoạt động bề mặt anion gia tăng theo nhiệt độ, và sự tăng trưởng này diễn ra đột ngột khi tác nhân bề mặt đạt đến ngưỡng đủ để hòa tan.

Micell Điểm Kraft là điểm mà tại nhiệt độđó các Micell có thểhòa tan đƣợc

Độ tan của các chất hoạt động bề mặt NI chịu ảnh hưởng bởi liên kết hydro trong nước với chuỗi polyoxyetylen Khi nhiệt độ tăng, năng lượng của liên kết hydro trở nên lớn hơn, dẫn đến sự mất nước và giảm độ tan Điểm đục là nhiệt độ mà tại đó các chất hoạt động bề mặt NI không còn hòa tan.

HLB (tính ưa nướ c – tính ưa dầ u – cân b ằ ng)

- HLB là một đơn vịđo lường lưỡng tính đối cực của phân tử

1 –4 không phân tán trong nước

8 – 10 phân tán đục nhƣng ổn định

1.5 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến môi trường và sức khỏe con người

* Sau đây là một vài chất hoạt động bề mặt gây ảnh hưởng đến môi trường và con người

Ảnh hưở ng c ủ a ch ấ t ho ạt độ ng b ề m ặ t t ớ i s ứ c kho ẻ và môi trườ ng

SLES

SLES thường được sử dụng trong các sản phẩm như nước rửa xe và chất tẩy rửa nhà cửa, trong đó 90% SLES được ứng dụng làm tác nhân tạo bọt trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân.

 SLES có thể gây kích thích cho da ở nồng độcao hơn 40 mg/m 3

 SLES có tiềm năng gây hại cho con người khi tiếp xúc Cụ thể:

+ Kích thích qua da, viêm da hoặc có thể ăn mòn da do tiếp xúc

+ Ảnh hưởng đến mắt, nếu trẻ em tiếp xúc có thể bị tật ở mắt

+ Biến đổi đặc tính của protein trong cơ thể và không cân bằng hormon

Tiếp xúc lâu dài với SLES 0,5% có thể dẫn đến nguy cơ mắc bệnh ung thư da Khi kết hợp với các hóa chất khác như Amoni Laureth Sulfate (Ales), SLES tạo ra nitroamines, một trong những tác nhân gây ung thư hàng đầu.

LAS

- LAS độc đối với sinh vật thủy sản ở nồng độ từ 1- 10 mg/l trong ngắn hạn vì xảy ra quá trình chuyển hóa trong cơ thể chúng

+ LAS có thể xâm nhập vào da và cơ thể khó giải phóng nó ra ngoài

+ Sản phẩm dành cho tóc khi có LAS có thể gây rụng tóc vì LAS tấn công vào các nang tóc làm các nang này chết đi.

+ LAS không trực tiếp gây ung thƣ, LAS phản ứng tốt với một số thành phần hóa học trong cùng sản phẩm tạo thành chất gây ung thƣ

Khi sử dụng chất tẩy rửa, cần đeo bao tay và rửa lại bằng nước sạch nhiều lần sau khi lau chùi Việc tiếp xúc trực tiếp có thể gây viêm da kích ứng, đặc biệt là ở trẻ em, với các triệu chứng như đỏ da, sưng tấy và ngứa.

Việc sử dụng các chất tẩy rửa mà không được rửa sạch có thể gây hại cho sức khỏe người dùng Hiện nay, xu hướng toàn cầu đang chuyển sang sử dụng chất hoạt động bề mặt có khả năng phân hủy sinh học, nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe và môi trường.

Sản phẩm tẩy rửa hiện nay thường có giá thành cao và chứa nhiều thành phần độc hại, dẫn đến việc ít người sử dụng Khi thải ra môi trường, chúng có thể gây hại cho hệ sinh vật Đối với người tiêu dùng, các sản phẩm này có thể gây khô da, làm mỏng da và thậm chí dẫn đến ung thư da do tế bào da bị tổn thương Đặc biệt, quá trình phá hủy da sẽ diễn ra nhanh hơn khi tiếp xúc với ánh sáng.

ALS

- Ở nồng độ cao (trên 10%) ALS có thể:

+ Gây kích thích mạnh đối với da

+ Ảnh hưởng nghiêm trọng đối với mắt

+ Nếu hít phải có thểảnh hưởng tới hệ hô hấp

+ Uống vào ảnh hưởng hệ tiêu hóa.Ngoài ra, khi sử dụng dầu gội có 31% ALS có thể gây ngứa da đầu, hƣ tóc, sinh nấm,…

Xà Phòng

Xà phòng, bao gồm muối kali hoặc natri của axit béo và xà phòng tổng hợp, có cấu trúc gồm hai phần: đầu hiđrocacbon kị nước và ion kim loại ưa nước Khi tiếp xúc với các vết bẩn và dầu mỡ trên vải, đầu kị nước sẽ quay vào trong vết bẩn, trong khi đầu ưa nước hướng ra ngoài Quá trình này tạo thành mixen, một cấu trúc hình cầu với đầu ưa nước ở bên ngoài, giúp tách vết bẩn ra khỏi bề mặt vải.

- Ảnh hưởng của xà phòng:

Sản phẩm sau khi sử dụng thải ra môi trường gây ô nhiễm nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các vi sinh vật sống Sự tiếp xúc kéo dài với chất ô nhiễm có thể dẫn đến đột biến gen, và khi nồng độ ô nhiễm cao, hệ vi sinh vật sẽ bị hủy hoại hoàn toàn.

SVTH: Vương Ngọc Tuấn-Lớp:08MT GVHD: Phạm Phú Song Toàn Ảnh hưởng đến da khi tiếp xúc trực tiếp: làm hại da tay, ăn mòn da,

Gây ra các bệnh vềđường ruột như tiêu chảy, nôn bửa,…

Viêm đường hô hấp cấp tính.

Các phương pháp xử lý chất hoạt động bề mặt

Để giảm thiểu tác động của chất hoạt động bề mặt anion đối với cơ thể người sử dụng, người ta đã bổ sung các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính vào thành phần sản phẩm Việc này giúp ngăn chặn sự hấp thụ của các chất độc hại này trên da.

Để giảm thiểu lượng chất hoạt động bề mặt cation, người ta sử dụng các cation thuộc nhóm chức este có khả năng phân giải sinh học cao hơn, từ đó giúp bảo vệ môi trường và giảm nguy cơ gây dị ứng khi sử dụng.

- Xử lý chất hoạt động bề mặt bằng bùn hoạt tính

T Ổ NG QUAN V Ề BÙN HO Ạ T TÍNH

Bùn ho ạ t tính

Trong quá trình xử lý nước thải, các tế bào vi khuẩn phát triển và sinh sản, tạo ra các hạt bông cặn có khả năng phân hủy chất hữu cơ, được đo bằng chỉ số BOD Những hạt này bám vào các hạt rắn lơ lửng và lớn lên nhờ hấp phụ các chất khác trong nước Khi ngừng cung cấp khí hoặc khi nguồn dinh dưỡng cạn kiệt, các hạt bông này sẽ lắng xuống đáy bể, hình thành bùn hoạt tính.

Các sinh v ậ t trong bùn ho ạ t tính

Bùn hoạt tính là tập hợp vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bông với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng trong nước Các bông này có màu vàng nõn và kích thước từ 3-150 µm, bao gồm vi sinh vật sống và cặn rắn Vi sinh vật sống chủ yếu là vi khuẩn, cùng với nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh, dòi và giun Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động từ 10^8 đến 10^12 trên 1 mg chất khô, với các loại chính như Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococcus và Flavobacterium.

Cách hình thành bùn ho ạ t tính

- Lấy mẫu nước thải, lọc nước thải và lấy phần nước trong

- Dùng mẫu nước trong đó cộng với việc bổsung thêm N và P để cân bằng dinh dưỡng

- Tiến hành sục khí và thay nước cho hệ thống, cứ liên tục như vậy cho đến khi đủ lƣợng bùn hoạt tính cần thiết

- Quá trình thay nước nước cho hệ thống khoảng từ 4-8h

2.4 Các yếu tốảnh hưởng đến quá trình quá trình lắng của bùn hoạt tính

- Tỉ số BOD5:N:P phải đảm bảo là 100:5:1

Thiếu hụt nitơ lâu dài sẽ ảnh hưởng đến sự sinh sản và tăng trưởng của vi sinh vật, cản trở các quá trình hóa sinh và làm cho bùn hoạt tính khó lắng, dẫn đến việc bùn bị cuốn trôi ra khỏi bể lắng.

Thiếu photpho (P) sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển theo dạng sợi, dẫn đến quá trình lắng chậm và giảm hiệu suất oxi hóa các chất hữu cơ trong bùn hoạt tính.

- Nồng độoxi hòa tan trong nước hay là điều kiện hiếu khí

- Nồng độ và tuổi của bùn hoạt tính

- Các chất gây độc cho vi sinh vật nước hay trong bùn hoạt tính

2.5 Hoạt động của vsv trong nước thải

Nước thải mới thường có ít vi sinh vật, đặc biệt là nước thải công nghiệp sau quá trình xử lý nhiệt, có thể không chứa vi sinh vật ban đầu Tuy nhiên, sau một thời gian ngắn trong hệ thống thoát nước, vi sinh vật sẽ thích nghi, sinh sản và phát triển, hình thành quần thể vi sinh vật đa dạng Mỗi loại nước thải sẽ có hệ vi sinh vật riêng biệt, nhưng nhìn chung, chúng chủ yếu là vi sinh vật hoại sinh và dị dưỡng Những vi sinh vật này không thể tổng hợp hợp chất hữu cơ để xây dựng tế bào mới, do đó, cần có mặt các chất hữu cơ trong môi trường để phân hủy và chuyển hóa thành vật liệu xây dựng tế bào Đồng thời, chúng cũng phân hủy các hợp chất ô nhiễm trong nước thành sản phẩm cuối cùng như CO2, nước hoặc các loại khí khác như CH4, H2S, Indol, Scatol, N2.

Quá trình làm sạch nước thải gồm giai đoạn sau :

+ Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật

+ Khuếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm vào trong tế bào vi sinh vật

+ Chuyển hóa các chất này trong nội bào để sinh ra năng lƣợng và tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật

2.6 Động học sinh trưởng của vi sinh vật

+ Giai đoạn chậm (lag-phase)

+ Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase):

+ Giai đoạn cân bằng (stationary phase)

+ Giai đoạn chết (log-death phase)

Hình 1: Động học sinh trưởng của vi sinh vật

2.7 Các thông số cần quan tâm trong quá trình xửlý nước thải

- Cung cấp oxy liên tục sao cho lượn oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2

- Nồng độ muối vô cơ trong nước không vượt quá 10mg/l

- Nồng độ cho phép của các chất bẩn hữu cơ

- Nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc

Các thông số cần quan tâm trong quá trình xử lý nước thải bằng bùn

- Cung cấp oxy liên tục sao cho lượn oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2

- Nồng độ muối vô cơ trong nước không vượt quá 10mg/l

- Nồng độ cho phép của các chất bẩn hữu cơ

- Nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U

Thí nghi ệ m

4.2.1 Thí nghiệm với mẫu nước thải sinh hoạt

Bảng 4.2: Biểu đồ thể hiện hàm lượng LAS trước xử lý của nguồn nước thải sinh hoạt so với tiêu chuẩn

TRƯỚC XỬ LÝ TIÊU CHUẨN

*Nhận xét: Từ kết quả phân tích trên ta thấy hàm lƣợng chất hoạt động bề mặt LAS có trong nước thải sinh hoạt là vượt tiêu chuẩn :

+ tại cống Hồ Đầm Rong (cột 1) vƣợt tiêu chuẩn 1.6 lần

+ tại kênh Phú Lộc (cột 2) vƣợt tiêu chuẩn 1.5 lần

+ tại cống đường Tôn Thất Đạm (cột 3) vượt tiêu chuẩn 1.48 lần

4.2.2 Thí nghi ệ m v ớ i m ẫu nướ c th ả i công nghi ệ p

Bảng 4.3: Biểu đồ thể hiện hàm lượng LAS trước xử lý của các nguồn nước thải công nghiệp so với tiêu chuẩn

TRƯỚC XỬ LÝ TIÊU CHUẨN

* Nhận xét: Từ kết quả phân tích trên ta thấy hàm lƣợng chất hoạt động bề mặt LAS có trong nước thải công nghiệp là vượt tiêu chuẩn :

+ tại trạm xửlý nước thải khu công nghiệp hòa khánh (cột 1 )vượt tiêu chuẩn 8.2 lần

+ tại nhà máy dệt phong phú ( cột 2 )vƣợt tiêu chuẩn 8.4 lần

K ế t qu ả sau x ử lý b ằ ng bùn ho ạ t tính

Bảng 4.4: Biểu đồ thể hiện hàm lượng LAS sau xử lý của các nguồn nước thải sinh hoạt so với tiêu chuẩn

SAU XỬ LÝ TIÊU CHUẨN

Bảng 4.5: Biểu đồ thể hiện hàm lượng LAS sau xử lý của các nguồn nước thải công nghiệp so với tiêu chuẩn

SAU XỬ LÝTIÊU CHUẨN

Bảng 4.6: Biểu đồ thể hiện hàm lượng LAS trước và sau xử lý của các nguồn nước thải sinh hoạt

Trước xử lý Sau xử lý

Bảng 4.7: Biểu đồ thể hiện hàm lượng LAS trước và sau xử lý của các nguồn nước thải công nghiệp

1 2 trước xử lýSau xử lý

K Ế T LU Ậ N VÀ KI Ế N NGH Ị

Mô hình xử lý chất hoạt động bề mặt bằng bùn hoạt tính đã được xây dựng thành công, cho thấy khả năng xử lý chất hoạt động bề mặt của bùn hoạt tính đạt hiệu suất cao và đáp ứng các tiêu chuẩn cho phép.

* Hiệu suất xử lý chất hoạt động bề mặt có trong nước thải sinh hoạt đạt từ 78.2%- 83.68%

* Hiệu suất xử lý chất hoạt động bề mặt có trong nước thải công nghiệp đạt từ 89.7%- 90.04%

- Chất lượng nước sau xử lý quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt

Nghiên cứu này nhằm xử lý chất hoạt động bề mặt tại những khu vực có nồng độ cao, với ứng dụng thực tiễn tại nhà máy dệt Phong Phú và trạm xử lý nước thải tập trung KCN Hòa Khánh.

Hướng phát triển của đề tài tập trung vào việc nghiên cứu và hoàn thiện các thông số vận hành tối ưu của bể Aerotank nhằm xử lý hiệu quả chất hoạt động bề mặt Đồng thời, dự án sẽ chuyển giao phương pháp và dây chuyền công nghệ xử lý cho những khu vực có nguồn ô nhiễm tương tự.

[1] Hoàng Huệ (xuất bản năm 2005), Xử lý nước thải, Trường Đại Học Kiến trúc

[2] Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

[3] Trần Văn Nhân-Ngô Thị Nga (2002) Giáo trình công nghệ xử lý nước thải Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại học Đà Nẵng

[4] Trịnh Xuân Lai (2000) Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải Nhà xuất bản Xây dựng

[5] Trần Hiếu Nhuệ (2001) Thoát nước và xửlý nước thải công nghiệp Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội

[6] Trần Hiếu Nhuệ (1990) Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Trường đại học Xây Dựng

[7] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6336:1998, NXB Hà Nội

[8] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6622:2009, NXB Hà Nội

[9] TCVN vềmôi trường (2002), NXB Hà Nội

[10].Tailieu.vn/tim-kiem/tai-lieu/chat%20hoat%20dong%20be%20mat.html

Tiêu đề	Nghiên Cứu Khả Năng Xử Lý Chất Hoạt Động Bề Mặt Của Bùn Hoạt Tính Trong Bể Aerotank
Tác giả	Vương Ngọc Tuấn
Người hướng dẫn	Phạm Phú Song Toàn
Trường học	Trường Đại Học
Chuyên ngành	Môn Học Kỹ Thuật Môi Trường
Thể loại	Đồ Án Tổng Hợp

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	691,5 KB