Tài liệu Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit từ tính từ chất thải nông nghiệp và thử nghiệm khả năng xử lý phẩm màu db71 trong môi trường nước

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOZIT TỪ TÍNH TỪ CHẤT THẢI NÔNG NGHIỆP VÀ THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ LÝ PHẨM MÀU DB71 TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG ĐOÀN MẠNH CƯỜNG Hà Nội, Năm 2018 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOZIT TỪ TÍNH TỪ CHẤT THẢI NÔNG NGHIỆP VÀ THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ LÝ PHẨM MÀU DB71 TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC ĐOÀN MẠNH CƯỜNG CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 6044030 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Trần Đình Trinh 2. TS. Mai Văn Tiến Hà Nội, Năm 2018 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI KHOA HOÁ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐHQGHN Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Trần Đình Trinh Cán bộ hướng dẫn phụ : TS. Mai Văn Tiến Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Huy Tùng Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS. Đào Ngọc Nhiệm Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 24 tháng 05 năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nếu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Đoàn Mạnh Cường i LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành theo chương trình đào tạo Cao học khoá 2016-2018 tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Trần Đình Trinh đã hướng dẫn tôi trong suốt thời gian qua, truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm quý báu, chỉ bảo tận tình và động viên giúp tôi hoàn thành bài báo cáo luận văn này. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn TS.Mai Văn Tiến cũng đã có những nhận xét, góp ý, chỉ bảo để tôi có thể hoàn thành bài luận văn này. Tôi xin cảm ơn các anh chị em trong Phòng thí nghiệm hoá Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN. Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý giá trong suốt thời gian học cao học tại trường. Cảm ơn các anh chị, bạn bè những người bạn đồng hành trong quãng thời gian học cao học, những người đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên và là nguồn động lực để tôi vươn lên. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót vì vậy tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy – cô để luận văn được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn!. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Đoàn Mạnh Cường ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ vi DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................... viii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .........................3 1.1. Tổng quan ô nhiễm nước thải từ các ngành dệt nhuộm .......................................3 1.1.1. Thực trạng ô nhiễm nước thải từ các ngành dệt nhuộm ....................................3 1.1.2. Các chất ô nhiễm phát ra từ ngành dệt nhuộm ..................................................7 1.2. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm ....................................................10 1.3. Tổng quan về vật liệu nanocompozit..................................................................14 1.3.1. Khái niệm và ứng dụng của vật liệu nanocompozit .......................................14 1.3.2. Vật liệu nanocompozit từ tính trên cơ sở than sinh học .................................18 1.3.3. Ứng dụng của vật liệu compozit từ tính trên cơ sở than sinh học...................21 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................23 2.1. Thiết kế nghiên cứu ..........................................................................................23 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................23 2.3. Hoá chất, dụng cụ và thiết bị ..............................................................................23 2.3.1. Thiết bị sử dụng ..............................................................................................23 2.3.2. Hoá chất ..........................................................................................................24 2.4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................24 2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp .............................................................24 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu chế tạo than sinh học ..............................................25 2.4.2.1. Chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở than sinh học và oxit sắt từ ...............25 2.4.3. Các phương pháp phân tích xác định đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu đã tổng hợp .........................................................................................................28 2.4.4. Phương pháp xác định đặc tính của vật liệu....................................................33 iii 2.4.5. Nghiên cứu xử lý phẩm màu DB71 trong môi trường nước ...........................34 2.4.6. Phương pháp định lượng phẩm màu Direct Blue 71 trong dung dịch ............36 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................39 3.1. Đặc tính vật liệu nghiên cứu ban đầu ................................................................ 39 3.2. Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đối với đặc trưng về khối lượng của than sinh học tạo thành......................................................................................................42 3.3. Đặc trưng cấu trúc của các vật liệu compozit đã tổng hợp được .......................43 3.3.1. Phổ XRD của các vật liệu ...............................................................................43 3.3.2. Phổ IR của các vật liệu ....................................................................................44 3.3.3. Phổ SEM, EDX của các vật liệu .....................................................................46 3.3.4. Xác định diện tích bề mặt của vật liệu ............................................................50 3.3.5. Xác định pH tại điểm đẳng điện của các vật liệu đã tổng hợp được ...............51 3.4 Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ DB71 của vật liệu nanocompozit ..............52 3.4.1. Ảnh hưởng của thời gian .................................................................................52 3.4.2. Ảnh hưởng của pH ..........................................................................................53 3.4.3. Ảnh hưởng của lượng vật liệu .........................................................................54 3.4.4. Ảnh hưởng của nồng độ đầu củas DB71 ........................................... 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................59 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................61 PHỤ LỤC iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Họ và tên học viên: Đoàn Mạnh Cường Lớp : CH2AMT Khoá: 2A (2016-2018) Cán bộ hướng dẫn 1 : TS. Trần Đình Trinh Cán bộ hướng dẫn 2 : TS. Mai Văn Tiến Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit từ tính từ chất thải nông nghiệp và thử nghiệm khả năng xử lý phẩm màu DB71 trong môi trường nước Tóm tắt Hiện nay vấn đề rác thải đã và đang được con người rất quan tâm, nguồn rác thải phát sinh từ mọi hoạt động như công nghiệp, nông nghiệp, y tế, dịch vụ,...một trong những nguồn rác thải đó phải kể đến hoạt động nông nghiệp. Với khối lượng lớn phế phụ phẩm nông nghiệp đó nếu không có biện pháp xử lý thì đây sẽ là một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường, góp phần gây nên hiệu ứng khí nhà kính, đồng thời lãng phí nguồn tài nguyên. Phẩm màu được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như giấy, cao su, chất dẻo và đặc biệt là công nghiệp dệt nhuộm. Trong quá trình nhuộm, các phẩm màu không bám dính hết vào sợi vải, nên sau công đoạn nhuộm, trong nước thải thường tồn dư một lượng nhất định. Tuy nhiên, phẩm màu nói chung và DB71 nói riêng đều rất khó bị phân hủy sinh học. Quá trình xử lý loại chất thải này bằng phương pháp hấp phụ thường cho hiệu quả xử lý khá cao và thân thiện, ít tốn kém. Vật liệu nanocompozit tổng hợp được có chứa các tinh thể hạt oxit sắt có kích thước nano (khoảng 20-30 nm). Diện tích bề mặt của vật liệu nanocompozit đạt khoảng 200 m2/g. Nghiên cứu quá trình xử lý DB71 trong nước cũng cho thấy các vật liệu compozit có thể xử lý tốt chất ô nhiễm này (trên 95% sau 4h). Quá trình xử lý DB71 chủ yếu là do hấp phụ vật lý và tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, với tải trọng hấp phụ cực đại đạt khoảng 10 mg/g. Nghiên cứu tận dụng phế phẩm nông nghiệp để xử lý phẩm màu DB71 trong môi trường nước không những có ý nghĩa về mặt khoa học, tính ứng dụng thực tiễn mà còn có ý nghĩa lớn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường hiện nay. v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết đầy đủ STT Viết tắt 1 DB71 Direct Blue 71 2 CTR Chất thải rắn 3 TSH Than sinh học 4 VT Vỏ trấu 5 LN Lõi ngô 6 ASH Độ tro 7 CEC Khả năng trao đổi cation 8 EC Độ dẫn điện 9 IM Độ ẩm 10 FC Cacbon cố định 11 VM Vật chất bay hơi 12 VT - Fe Vỏ trấu – oxit sắt 13 LN - Fe Lõi ngô – oxit sắt vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Đặc trưng ô nhiễm từ sản xuất của một sô loại hình làng nghề .................5 Bảng 1.2. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt - nhuộm ...............9 Bảng 1.3. Phầm trăm khối lượng các thành phần trong vỏ trấu................................20 Bảng 1.4. Tổng hợp các công trình gần đây về sử dụng vật liệu compozit/nanocompozit trong xử lý nước thải công nghiệp. ...................................22 Bảng 2.1. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ của dung dịch DB71 .........37 Bảng 3.1. Đặc trưng pH, EC của các loại phế phụ phẩm trong nghiên cứu .............39 Bảng 3.2. Đặc trưng của phế phụ phẩm sử dụng trong nghiên cứu ..........................40 Bảng 3.3. Thành phần tương đối của vỏ trấu ...........................................................41 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đến đặc trưng về khối lượng của than sinh học tạo thành......................................................................................................43 Bảng 3.5. Thành phần các nguyên tố trên bề mặt vật liệu VT-Fe ............................47 Bảng 3.6. Thành phần các nguyên tố trên bề mặt vật liệu LN-Fe ............................49 Bảng 3.7. Diện tích bề mặt của các vật liệu compozit ..............................................51 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Ô nhiễm nguồn nước bởi ngành công nghiệp dệt may của 20 quốc gia ......4 Hình 1.2 Biểu đồ tỷ lệ các khí thải chính phát sinh từ hoạt động chăn nuôi ..............5 Hình 1.3 (a) Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir; (b) Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf ...... 14 Hình 1.4. Một số phương án cốt đa sợi của compozit ..............................................16 Hình 1.5. Vỏ trấu sau khi tách khỏi hạt lúa...............................................................19 Hình 1.6. Lõi ngô sau khi đã tách hạt ngô ................................................................20 Hình 2.1. Thiết bị tổng hợp compozit trên cơ sở than sinh học ................................25 Hình 2.2. Sơ đồ nghiên cứu chế tạo vật liệu .............................................................26 Hình 2.3. Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, tại Đại học Quốc gia Hà Nội ......................................................................29 Hình 2.4. Máy quang phổ IR – 4700 (Jasco – Nhật) ................................................30 Hình 2.5. Sự nhiễm xạ tia X qua mạng tinh thể ........................................................32 Hình 2.6. Đường chuẩn xác định nồng độ DB71 ......................................................37 Hình 2.7. Thí nghiệm xây dựng đường chuẩn DB71 ................................................38 Hình 3.1. Vỏ trấu sau khi nung .................................................................................40 Hình 3.2. Lõi ngô sau khi nung .................................................................................40 Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các vật liệu tổng hợp được ............................44 Hình 3.4. Phổ IR của vật liệu LN-Fe ........................................................................44 Hình 3.5. Phổ IR của vật liệu VT-Fe ........................................................................45 Hình 3.6. Ảnh SEM Vỏ trấu (trái), Lõi ngô (phải) trước khi biến tính ....................46 Hình 3.7. Ảnh SEM của VT-Fe (trái), LN-Fe (phải) ................................................46 Hình 3.8. Ảnh SEM Vị trí xác định phần trăm các nguyên tố trên VT-Fe ...............47 Hình 3.9. Ảnh EDX xác định thành phần các nguyên tố trên VT-Fe .......................48 Hình 3.10. Ảnh SEM Vị trí xác định phần trăm các nguyên tố trên LN-Fe .............48 Hình 3.11. Ảnh EDX xác định thành phần các nguyên tố trên LN-Fe ......... 49 Hình 3.12. Phổ BET của các vật liệu tổng hợp được ................................................50 Hình 3.13. Đồ thị xác định pH tại điểm đẳng điện ...................................................52 Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý DB71 của vật liệu ............53 viii Hình 3.15. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý DB71 của vật liệu .....................53 Hình 3.16. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến hiệu quả xử lý DB71 của vật liệu ..................................................................................................... 55 Hình 3.17. Đường cong phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào nồng độ còn lại của DB71 ...................................................................................................... 56 Hình 3.18. Đường đẳng nhiệt Langmuir để xác định tải trong hấp phụ cực đại của VT-Fe ..................................................................................................... 56 Hình 3.19. Đường cong phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào nồng độ còn lại của DB71 ...................................................................................................... 57 Hình 3.20. Đường đẳng nhiệt Langmuir để xác định tải trong hấp phụ cực đại của LN-Fe ..................................................................................................... 58 ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận văn Hiện nay vấn đề rác thải đã và đang được con người rất quan tâm, nguồn rác thải phát sinh từ mọi hoạt động như công nghiệp, nông nghiệp, y tế, dịch vụ,...một trong những nguồn rác thải đó phải kể đến hoạt động nông nghiệp, bởi Việt Nam là một nước nông nghiệp, có đến 70% số dân sống ở nông thôn, nghề nghiệp chủ yếu là tham gia vào quá trình sản xuất nông nghiệp. Và sau mỗi vụ thu hoạch , một lượng lớn phế phụ phẩm nông nghiệp đã bị đốt cháy hoặc bị phân huỷ và phát thải các khí ô nhiễm là CO2 và CH4 vào khí quyển. Với khối lượng lớn phế phụ phẩm nông nghiệp đó nếu không có biện pháp xử lý thì đây sẽ là một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường, góp phần gây nên hiệu ứng khí nhà kính, đồng thời lãng phí nguồn tài nguyên. Nên đây là một thực tế cần có biện pháp giải quyết phù hợp, bởi nếu có các hình thức xử lý phù hợp thì các phế phụ phẩm nông nghiệp này sẽ tạo ra được một nguồn tài nguyên lớn là than sinh học có khả năng lưu giữ khí nhà kính CO2, xử lý ô nhiễm nước, cải tạo chất lượng đất nông nghiệp, và giúp tăng khả năng sinh trưởng, phát triển của cây trồng. Phẩm màu được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như giấy, cao su, chất dẻo và đặc biệt là công nghiệp dệt nhuộm. Thông thường trong quá trình nhuộm, các phẩm màu không bám dính hết vào sợi vải, nên sau công đoạn nhuộm, trong nước thải thường tồn dư một lượng nhất định, thậm chí lên tới 50% tổng lượng phẩm màu được sử dụng ban đầu [1]. Đây là thành phần rất khó xử lý, đặc biệt là phẩm màu họ azo, chiếm tới 60 - 70% thị phần, đang được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra tính độc hại và nguy hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường và sức khỏe con người, đặc biệt chúng có thể gây ung thư [2]. Phẩm màu Direct Blue (DB71) là một trong những loại phẩm màu họ azo, được dùng để nhuộm các loại sợi xenlulozơ, sợi viscose, viscose/PVA, bông và sử dụng trong ngành thuộc da, giấy, nhựa.Vì vậy, việc xử lý nước thải chứa phẩm màu là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, phẩm màu nói chung và DB71 nói riêng đều rất khó bị phân hủy sinh học, do cấu 1 trúc bền vững và sự có mặt của vòng thơm. Các quá trình xử lý cơ bản (hấp phụ, siêu lọc, thẩm thấu ngược và keo tụ) không thể giải quyết triệt để các chất ô nhiễm mà chỉ có thể chuyển chất ô nhiễm từ môi trường nước sang môi trường mới. Mặt khác khả năng tái sinh vật liệu là khó khăn và giá thành tái sinh thường rất cao. Xuất phát từ những lý do trên, với mục đích tìm ra biện pháp xử lý ô nhiễm môi trường nước đồng thời góp phần nhằm giảm phát thải khí nhà kính, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit từ tính từ chất thải nông nghiệp và thử nghiệm khả năng xử lý phẩm màu DB71 trong môi trường nước”. Đây là một vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa lớn trong việc tận thu các phế phụ phẩm nông nghiệp có để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu nanocompozit từ tính từ lõi ngô, vỏ trấu và oxit sắt từ. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý phẩm màu Direct Blue 71 trong môi trường nước của vật liệu nanocompozit từ tính đã tổng hợp được. 3. Nội dung nghiên cứu  Tổng quan tài liệu về vật liệu nanocompozit từ tính trên cơ sở than sinh học từ các phế phẩm nông nghiệp và oxit sắt từ.  Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit từ tính từ lõi ngô, vỏ trấu và oxit sắt từ.  Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc của vật liệu đã tổng hợp được.  Nghiên cứu thử nghiệm đánh giá khả năng xử lý phẩm màu DB71 của vật liệu nanocompozit từ tính trên cơ sở than sinh học và oxit sắt từ. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan ô nhiễm nước thải từ các ngành dệt nhuộm 1.1.1. Thực trạng ô nhiễm nước thải từ các ngành dệt nhuộm a. Thực trạng ô nhiễm nước thải từ các ngành dệt nhuộm trên thế giới Ngày nay, các quốc gia trên thế giới luôn phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường, trong đó có ô nhiễm nước thải từ các nhà máy sản xuất, nước thải ngành dệt nhuộm cũng là một trong các thành phần hóa học độc hại. Mặc dù, ở các quốc gia đã có nhiều biện pháp xử lý cũng như tìm ra các thuốc nhuộm công nghiệp có nguồn gốc tự nhiên nhưng tình trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm vẫn ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống của người dân cũng như tăng mức độ ô nhiễm nguồn nước sạch trên các sông, ngòi, biển. Trong tờ New York Times cũng từng đề cập, sự ảnh hưởng trực tiếp của nước thải ngành dệt nhuộm đối với môi trường và sức khỏe con người ở nước Mỹ. Mặc dù chính phủ đã thực hiện nhiều biện pháp để xử lý môi trường nước trước khi xả thải ra biển nhưng người dân ở gần nơi có nhà máy sản xuất vẫn phải chịu ảnh hưởng nghiêm trọng về sức khỏe. Gần 50% công nhân làm việc trong các nhà máy dệt nhuộm mắc chứng bệnh ung thư bàng quang vì tiếp xúc thường xuyên với benzidine một trong những thành phần có trong thuốc nhuộm trong suốt nửa cuối thế kỷ 20. Năm 2015, trong một nghiên cứu khảo sát về tình trạng ô nhiễm nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm ở khu vực Đông Âu đã đưa ra một bảng số liệu thống kê thực trạng ô nhiễm nước thải ở 20 quốc gia (hình 1.1) [10]. 3 Hình 1.1 Ô nhiễm nguồn nước bởi ngành công nghiệp dệt may (theo % tổng lượng BOD thực tế) của 20 quốc gia Những đề cập ở trên cho chúng ta thấy một thực trạng báo động về vấn đề xử lý nước thải của các ngành công nghiệp nói chung và ngành dệt nhuộm nói riêng cần được quan tâm nhiều hơn, đặc biệt đối với các phẩm nhuộm độc hại được sử dụng. b. Thực trạng ô nhiễm nước thải từ các ngành dệt nhuộm ở Việt Nam Những năm gần đây kinh tế nước ta ngày càng phát triển, kèm theo đó là nhu cầu đời sống của người dân ngày càng cao. Áp lực về môi trường cũng ngày càng gia tăng, tình trạng ô nhiễm nguồn nước, không khí và đất ngày càng một nghiêm trọng trong những năm gần đây. Năm 2015, một bài báo về dự báo, phòng ngừa và giảm thiểu các nguồn gây ô nhiễm môi trường do hoạt động kinh tế tại khu vực nông thôn được thực hiện và đưa ra số liệu thống kê của một số ngành nghề và áp lực mang lại đối với môi trường như ngành chăn nuôi thủy hải sản, trồng trọt, lâm nghiệp, thực phẩm, một số làng nghề. Cả nước hiện này hiện có 12 triệu hộ gia đình có hoạt động chăn nuôi và 23500 trang trại chăn nuôi tập trung, hoạt động chăn nuôi chiếm khoảng 25% tổng sản lượng sản xuất nông nghiệp. Cùng với sự gia tăng dân số và số lượng vật nuôi thì tình trạng ô nhiễm môi trường do chăn nuôi ngày càng tăng, nguồn chất thải từ 4 chăn nuôi hàng năm lên đến 84,5 triệu tấn, hình 1.2 thể hiện mức độ tỷ lệ của các khí thải phát sinh từ chăn nuôi. Hình 1.2 Biểu đồ tỷ lệ các khí thải chính phát sinh từ hoạt động chăn nuôi (Nguồn: Tổng cục Môi trường, Bộ TN & MT, 2003) Đặc biệt một số làng nghề thủ công với hình thức phát triển nhỏ lẻ, với các công nghệ và thiết bị thủ công đơn giản, lạc hậu, mặt bằng sản xuất lại nhỏ hẹp, tận dùng nguồn lao động rẻ và trình độ nhận thức của người dân tại các làng nghề còn hạn chế... tạo nên nguồn áp lực lớn đối với môi trường tại các nơi này. Bảng 1.1 cho chúng ta một số chi tiết việc ô nhiễm từ sản xuất của một số loại làng nghề ở Việt Nam. Bảng 1.1. Đặc trưng ô nhiễm từ sản xuất của một sô loại hình làng nghề Các dạng chất thải Khí thải Nước thải Chất thải rắn COD,BOD5, Chế biến SS, tổng N, lương thực, tổng P, Bụi, CO, SO2, Xỉ than, CTR thực phẩm và Coliform và NOx, CH4 từ nguyên liệu chăn nuôi, giết trong nước mổ ngầm (COD, TS, NH4+) BOD5, COD, Bụi, CO, SO2, Dệt nhuộm, độ màu, tổng Xỉ than, tơ sợi, NOx, hơi axit, ươm tơ, thuộc N, hóa chất vải vụn, cặn và hơi kiềm, da thuốc tẩy, Cr6+ bao bì hóa chất dung môi (thuộc da) Loại hình sản xuất 5 Ô nhiễm khác Ô nhiễm nhiệt, độ ẩm Ô nhiễm nhiệt, độ ẩm và tiếng ồn Thủ công mỹ nghệ (gốm sứ, sơn mài, gỗ mỹ nghệ, chế tác đá) – Bụi, CO, SiO2, SO2, NOx, - Bụi, hơi xăng, dung môi, Oxit Fe, Zn, Cr, Pb HF, THC BOD5, COD, SS, độ mầu, dầu mỡ công nghiệp Xỉ than (gớm sứ), phế phẩm, cặn hóa chất Ô nhiễm nhiệt (gốm sứ) Tái chế phế liệu (giấy, nhựa, kim loại) Bụi, SO2, H2S, hơi kiềm. – Bụi, Co, hơi kim loại, hơi axit, Pb, Zn, HF, HCL, THC. – Bụi, CO, Cl2, HCL, THC, hơi dung môi pH, BOD5, COD, SS, tổng N, tổng P, độ mầu – COD, SS, dầu mỡ, CN-, kim loại – BOD5, COD, tổng N, tổng P, độ màu, dầu mỡ, tổng N, hóa chất, thuốc tẩy, Cr6+ - Bụi giấy, tạp chất từ giấy, phế liệu, bao bì hóa chất – Xỉ than, rỉ sắt, vụn kim loại nặng (Cr6+, Zn2+…) – Nhãn mác, tạp chất không tái sinh, cao su Ô nhiễm nhiệt Vật liệu xây dựng, khai thác đá Bụi, CO, SO2, Ô nhiễm nhiệt, Xỉ than, xỉ đá, NOx, HF, SS, Si, Cr tiếng ồn, độ đá vụn THC rung (Nguồn: Tổng cục Môi trường, Bộ TN & MT, 2016) Hiện nay, ngành công nghiệp dệt nhuộm phát triển mạnh mẽ, tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng có chất lượng cao, đáp ứng trào lưu 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 mang lại nguồn thu về kinh tế mà còn góp phần giải quyết vấn đề thất nghiệp trong xã hội. Tuy vậy, ô nhiễm môi trường do nước thải ngành dệt nhuộm là một thực tế đáng báo động, cần phải có phương hướng xử lý và là nhiệm vụ rất cần thiết. Theo kết quả phân tích nước thải ở làng nghề dệt nhuộm Vạn Phúc (Hà Tây) năm 2003 thì chỉ số BOD là 67 – 159mg/l; COD là 139 – 423mg/l; SS là 167 – 350mg/l, và kim loại nặng trong nước như Fe là 7,68mg/l; Pb là 2,5mg/l; Cr6+ là 0,08mg/l [3]. Theo số liệu của Sở Tài nguyên Môi trường Thái Bình, hàng năm làng nghề Nam Cao sử dụng khoảng 60 tấn hóa chất các loại như oxy già, nhớt thủy tinh, 6 xà phòng, bồ tạ, Javen, thuốc nhuộm nấu tẩy và in nhuộm. Các thông số ô nhiễm môi trường ở Nam Cao cho thấy hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải cao hơn tiêu chuẩn cho phép 3,75 lần, hàm lượng BOD cao hơn tiêu chuẩn cho phép tới 4,24 lần, hàm lượng COD cao hơn tiểu chuẩn cho phép 3 lần. Cho tới nay, tình trạng ô nhiễm nguồn nước ở các làng nghề nói trên vẫn chưa được xử lý triệt để, làm ảnh hưởng nguồn nước cung cấp cho đời sống sinh hoạt của người dân trong vùng. Vì thế, vấn đề xử lý nguồn nước thải trong các ngành công nông nghiệp nói chung và nước thải ngành dệt nhuộm nói riêng trước khi xả vào nguồn tiếp nhận là việc bắt buộc và cần thiết. Cho nên, việc nghiên cứu các phương pháp phù hợp để xử lý nguồn nước thải này một cách dễ dàng và ít hao phí là cần thiết. 1.1.2. Các chất ô nhiễm phát ra từ ngành dệt nhuộm Các thuốc nhuộm sử dụng trong công nghiệp dệt nhuộm thường là các hóa chất độc hại, ngày nay một số xưởng sản xuất lớn, do áp lực từ các chế độ của chính phủ về vấn đề ô nhiễm môi trường, đã nghiên cứu chuyển sang sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ, tuy có thể giảm một lượng đáng kể các hóa chất độc hại mạnh, nhưng sự độc hại của các hóa chất trong quá trình dệt nhuộm công nghiệp vẫn là điều đáng được quan tâm. a. Các loại thuốc nhuộm thường dùng Thuốc nhuộm hoạt tính Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là S-FT-X trong đó: S là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan, F là phần mang màu, thường là các hợp chất Azo (-N=N-), antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin; T là gốc mang nhóm phản ứng; X là nhóm phản ứng. Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được xem là tác nhân gây ung thư. Thuốc nhuộm trực tiếp Đây là thuốc nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ sợi không qua giai đoạn xử lý trung gian, thường sử dụng để nhuộm sợi 100% cotton, sợi protein (tơ tằm) và sợi 7 poliamid, phần lớn thuốc nhuộm trực tiếp có chứa azo (mono, di hoặc poliaza) và một số là dẫn xuất của diozaxin. Phẩm màu Direct Blue (DB71) là một loại phẩm màu trực tiếp họ azo, được dùng để nhuộm các loại sợi cellulose, sợi viscose, viscose/PVA, bông và sử dụng trong ngành thuộc da, giấy, nhựa. Thuốc nhuộm hoàn nguyên Thuốc nhuộm này gồm 2 nhóm chính: nhóm đa vòng có chứa nhân antraquinon và nhóm indigoit có chứa nhân indigo. Công thức tổng quát là R=C-O; trong đó R là hợp chất hữu cơ nhân thơm, đa vòng. Các nhân thơm đa vòng trong các loại thuốc nhuộm này cũng là tác nhân gây ung thư, vì vậy khi không được xử lý, thải ra môi trường có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Thuốc nhuộm phân tán Nhóm thuốc nhuộm này có cấu tạo phân tử gốc azo và antraquinon và nhóm amin (NH3, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm các loại sợi tổng hợp (sợi axetat, sợi polieste...) không ưa nước. Thuốc nhuộm huỳnh quang Là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch dị hình tiazol, tiazin, zin... trong đó có cầu nối disulfur (-S-S-) dùng đề nhuộm các loại sợi cotton và viscose. Thuốc nhuộm axit Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là RSO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu. Các thuốc nhuộm này thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquinon, triaryl metan... Thuốc in, nhuộm pigmen Có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxiamin, dẫn xuất của antraquinon... b. Các chất ô nhiễm chính Nước thải công nghiệp dệt nhuộm thường chứa các chất ô nhiễm chính như các tạp chất tách ra từ vải sợi như dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, pectin, các chất bụi bẩn dính vào sợi; các hóa chất sử dụng trong quy trình công nghệ như hồ tinh 8