Tài liệu Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu xử lý chất nhuộm màu reactive red 24 trong môi trường nước

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ MAI LINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ VỎ TRẤU XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU REACTIVE RED 24 TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Thái Nguyên - 2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ MAI LINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ VỎ TRẤU XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU REACTIVE RED 24 TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên ngành: Quản lý Tài Nguyên và Môi trường Mã số: 885 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Cán bộ hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Đặng Văn Minh 2. PGS.TS. Nguyễn Văn Đăng Thái Nguyên - 2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Thị Mai Linh xin cam đoan luận văn này, công trình nghiên cứu“Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 trong môi trường nước’’ là do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS. Đặng Văn Minh và PGS.TS. Nguyễn Văn Đăng, không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác.Số liệu và kết quả của luận văn chưa từng được công bố ở bất kỳ một công trình khoa học nào khác. Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng quy cách. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn. Tác giả Nguyễn Thị Mai Linh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Đặng Văn Minh (Đại học Thái Nguyên) và PGS.TS. Nguyễn Văn Đăng (Đại học Khoa học) đã định hướng cho tôi hướng nghiên cứu và hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình thực hiện luận văn này trong khuôn khổ của đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ - xúc tác dạng màng và sợi cấu trúc nano trên cơ sở nano kim loại hoặc oxit kim loại phân tán trên phế phụ phẩm nông - công nghiệp biến tính bằng các phương pháp tổng hợp hóa lý, ứng dụng trong xử lý nước thải” do PGS.TS. Nguyễn Văn Đăng chù trì. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Tài nguyên & Môi trường, đặc biệt là TS. Văn Hữu Tập đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như nghiên cứu tại trường. Sau cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận luận văn này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii MỤC LỤC ............................................................................................................ iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. vii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu ...................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................................2 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu ........................................................... 2 5. Những đóng góp mới của đề tài ........................................................................ 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................. 4 1.1. Nước thải dệt nhuộm và đặc điểm của nước thải dệt nhuộm......................... 4 1.1.1. Nguồn gốc phát sinh nước thải dệt nhuộm ..................................................4 1.1.2. Đặc tính nước thải dệt nhuộm.......................................................................6 1.1.3. Đặc trưng của chất nhuộm màu trong dệt nhuộm .......................................8 1.2. Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm ......................................... 15 1.2.1. Phương pháp trung hòa, điều chỉnh pH .....................................................15 1.2.2. Phương pháp đông keo tụ ...........................................................................15 1.2.3. Phương pháp hấp phụ .................................................................................16 1.2.4. Phương pháp oxy hóa bằng O3...................................................................16 1.2.5. Phương pháp oxy hóa bằng clo ..................................................................17 1.2.6. Phương pháp màng ....................................................................................17 1.2.7. Phương pháp sinh học ...............................................................................18 1.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm ........................................ 18 1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới .............................................................................18 1.3.2. Trong nước...................................................................................................21 1.4. Than sinh học ............................................................................................... 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................................................................................... 27 2.1. Đối tượng, phạm vi và vật liệu nghiên cứu .................................................. 27 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................27 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .....................................................................................28 2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 28 2.3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 29 2.3.1. Chế tạo và đánh giá đặc điểm than sinh học từ vỏ trấu.............................29 2.3.2. Bố trí các thí nghiệm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của than sinh học từ vỏ trấu để xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24..........32 2.3.3. Phương pháp phân tích, tổng hợp và xử lý số liệu ....................................36 2.3.4. Đánh giá và biểu diễn số liệu......................................................................36 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 37 3.1. Đặc điểm của than sinh học từ vỏ trấu ......................................................... 37 3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của than sinh học từ vỏ trấu để xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 ............................................ 39 3.2.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý Reactive Red 24 bằng vật liệu hấp phụ than sinh học từ vỏ trấu.........................................................................................39 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý Reactive Red 24 bằng vật liệu hấp phụ than sinh học từ vỏ trấu..................................................................................42 3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ Reactive Red 24 đến hiệu quả xử lý bằng vật liệu hấp phụ than sinh học từ vỏ trấu..................................................................................45 3.3. Mô hình động học hấp phụ........................................................................... 47 3.4. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ......................................................................... 50 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 55 PHỤ LỤC ............................................................................................................ 58 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CÁC CHỮ VIẾT TẮT AOX : Halogen hữu cơ dễ bị hấp phụ BOD : Nhu cầu oxy hóa hóa sinh - Biochemical Oxygen Demand COD : Nhu cầu oxy hóa hóa học - Chemical Oxygen Demand. MT : Môi trường RR24 : Reactive Red 24 SEM : Kính hiển vi điện tử - Scanning Electron Microscope TSS : Tổng chất rắn lơ lửng - Total suspended solids UV : Phổ cực tím – Ultraviolet VLHP : Vật liệu hấp phụ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ nguồn phát sinh nước thải trong quy trình dệt nhuộm ............... 4 Chất nhuộm màu hoạt tính .................................................................................. 12 Hình 1.2. Cấu trúc của chất nhuộm hoạt tính...................................................... 12 Hình 1.3. Cấu trúc chất nhuộm thuộc nhóm ethylsulfonyl ................................. 13 Hình 2.1. Cấu tạo chất nhuộm Reactive Red 24 ................................................. 28 Hình 2.2. Bếp than sinh học B4SS ...................................................................... 29 Hình 2.3. Sơ đồ quy trình vận hành lò đốt than sinh học B4SS ......................... 31 Hình 3.1. Đặc điểm của than sinh học từ vỏ trấu ................................................ 37 Hình 3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng than sinh học từ vỏ trấu ......................................................................... 40 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng than sinh học từ vỏ trấu ........................................... 43 Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất nhuộm màu Reactive Red 24 đến khả năng hấp phụ bằng than sinh học từ vỏ trấu ................................................................ 46 Hình 3.5. Các mô hình động học của sự hấp phụ chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng than sinh học từ vỏ trấu ......................................................................... 49 Hình 3.6. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng than sinh học từ vỏ trấu................................................... 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Tỷ lệ nước thải từ các nguồn phát sinh ........................................................... 5 Bảng 1.2. Dòng thải và chất ô nhiễm cần quan tâm trong nước thải .............................. 6 Bảng 1.3. Tên thương phẩm của các chất nhuộm trực tiếp thường sử dụng ................. 11 Bảng 2.1.Các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu .......................... 32 Bảng 3.1. So sánh diện tích bề mặt riêng của biochar từ vỏ trấu với một số loại biochar sản xuất từ các vật liệu khác .......................................................................................... 38 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý chất nhuộm Reactive Red 24 bằng than sinh học từ vỏ trấu ......................................................................................................... 40 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu quả xử lý chất nhuộm Reactive Red 24 bằng than sinh học từ vỏ trấu ................................................................................................. 43 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Reactive Red 24 đến hiệu quả xử lý bằng than sinh học từ vỏ trấu ................................................................................................................. 45 Bảng 3.5.Các thông số của các mô hình động học hấp phụ chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng than sinh học từ vỏ trấu ............................................................................ 48 Bảng 3.6. Các tham số và hệ số tương quan của các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng than sinh học vỏ trấu ................................................................................................................................. 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước đã và đang ngày càng trở nên nghiêm trọng. Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng là nước thải hầu hết của các cơ sở sản xuất chỉ được xử lý sơ bộ thậm chí là xả thải trực tiếp ra bên ngoài môi trường. Hậu quả là nguồn nước (cả nước mặt và nước ngầm) ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm trầm trọng. 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. Mặc dù, công nghiệp dệt liên tục đổi mới để hạn chế việc sử dụng nước cũng như giảm thiểu tác động đối với môi trường, do lượng nước thải quá lớn so với các ngành công nghiệp khác, ngành dệt may đã gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng đối với nguồn nước, đặc biệt là ở các quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Nước thải ngành dệt chứa nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau, song các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng, chất nhuộm là nguồn chính gây ô nhiễm nguồn nước. Đa phần các chất nhuộm đều là các hợp chất hữu cơ độc hại, gần như không phân hủy sinh học. Sau khi đi vào môi trường, chúng sẽ tồn tài rất lâu hoặc chỉ phân hủy một phần thành các tác nhân gây đột biến đối với sinh vật thủy sinh, gây ung thư đối với người và động vật. Vì vậy, việc loại bỏ chất màu khỏi nước thải dệt nhuộm đã và đang là vấn đề rất đáng quan tâm. 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 nói chung và xử lý màu nói riêng bao gồm: xử lý hóa - lý (màng lọc, keo tụ, đồng kết tủa, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion,...), xử lý hóa học (oxy hóa, điện hóa,...) và xử lý sinh học. Phương pháp xử lý sinh học thường chỉ có hiệu quả trong xử lý các tác nhân ô nhiễm hữu cơ mà ít có hiệu quả trong loại màu. Đồng thời, nước thải dệt nhuộm có độc tính cao, có thể gây ảnh hưởng đến vi sinh vật có trong nước thải. Trong số các phương pháp hoá lý, hấp phụ được Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn coi là một trong các phương pháp có hiệu quả trong việc loại màu và cũng góp phần làm giảm đáng kể hàm lượng COD trong nước thải. Vỏ trấu là phụ phẩm của nông nghiệp, rẻ tiền, dễ kiếm, không làm nguồn nước bị ô nhiễm. Mặt khác, Việt Nam là một nước có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào, song việc sử dụng chúng vào việc chế tạo VLHP nhằm xử lý nước thải còn ít được quan tâm. Tôi hy vọng rằng vật liệu này có thể ứng dụng vào xử lý nước thải, góp phần làm cho môi trường xanh – sạch – đẹp. Trước sự phát triển mạnh mẽ của ngành dệt nhuộm và yêu cầu khắt khe về xử lý nước thải tránh gây ô nhiễm 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. Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 trong môi trường nước”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Sử dụng VLHP chế tạo từ vỏ trấu để xử lý chất nhuộm màu RR 24. - Tìm được các điều kiện tối ưu để hấp phụ chất nhuộm màu RR 24. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu khả năng xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng phương pháp hấp phụ. - Xác định các giá trị thích hợp của các thông số: pH ban đầu của dung dịch chất nhuộm màu, thời gian hấp phụ và nồng độ ban đầu chất nhuộm màu Reactive Red 24có ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của VLHP nghiên cứu. Đồng thời, tôi cũng phân tích các mô hình động học và mô hình đẳng nhiệt hấp phụ để đánh giá quá trình hấp phụ. 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu Hướng nghiên cứu về sử dụng các phế phẩm nông nghiệp tạo thành VLHP Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn để xử lý các chất nhuộm màu trong nước thải dệt nhuộm là vấn đề đang được thế giới quan tâm. Nghiên cứu này góp phần làm phong phú về vật liệu trong phương pháp xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng cách sử dụng than sinh học từ vỏ trấu. 5. Những đóng góp mới của đề tài - Kết quả nghiên cứu của đề tài là nội dung báo cáo chính trong báo cáo luận văn cao học của tác giả. - Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo có hàm lượng khoa học và có độ tin cậy cao, từ đó làm nền tảng cho việc nghiên cứu phát triển cao hơn theo hướng này để xây dựng các công nghệ xử lý hiện đại đạt hiệu quả và thân thiện với môi trường . - Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo cho học tập, nghiên cứu và công tác giảng dạy. - Tính mới của kết quả đề tài: Đề tài này sử dụng VLHP từ vỏ trấu để xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 trong môi trường nước. Đồng thời, đánh giá được mức độ hiệu quả xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 từ việc tạo VLHP từ vỏ trấu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Nước thải dệt nhuộm và đặc điểm của nước thải dệt nhuộm 1.1.1. Nguồn gốc phát sinh nước thải dệt nhuộm Trong các nguồn phát sinh ô nhiễm từ ngành dệt may, nước thải là mối quan tâm đặc biệt do quá trình nhuộm và hoàn tất sử dụng một lượng lớn nguyên liệu thô, nước, thuốc nhuộm và chất trợ nhuộm [15]. Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lượng nước thải chủ yếu là do quá trình giặt sau mỗi công đoạn. Hình 1.1. Sơ đồ nguồn phát sinh nước thải trong quy trình dệt nhuộm [5] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hầu như tất cả các công đoạn của quá trình nhuộm và hoàn tất đều phát sinh nước thải, thành phần nước thải thường không ổn định, thay đổi theo loại thiết bị nhuộm, nguyên liệu nhuộm, khi sử dụng các loại thuốc nhuộm khác nhau có bản chất và màu sắc khác nhau. Nước thải nhuộm thường có nhiệt độ, độ màu và COD cao. Nước thải phát sinh từ nhà máy dệt nhuộm thường khó xử lý do cấu tạo phức tạp của thuốc nhuộm cũng như nhiều loại thuốc nhuộm và trợ nhuộm được sử dụng trong quá trình nhuộm và hoàn tất. Trong đó, nguồn ô nhiễm chính xuất phát từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy[15]. Bảng 1.1. Tỷ lệ nước thải từ các nguồn phát sinh Sản xuất hơi: 5,3% Nước làm lạnh thiết bị: 6,4% Nước làm mát và xử lý bụi trong xí nghiệp sợi, dệt: 7,8% Nước cho các quá trình chính trong xí nghiệp dệt - nhuộm 72,3% Nước vệ sinh: 7,6% Nước cho việc phòng cháy và các vấn đề khác: 0,6% Tổng: 100% Theo H.Ruffer [25], lượng nước thải tính cho 1 đơn vị sản phẩm của một số mặt hàng như sau: - Hàng len nhuộm, dệt thoi là 100 - 250 m3/1 tấn vải - Hàng vải bông, nhuộm, dệt thoi là 80 - 240 m3/1 tấn vải, bao gồm: Hồ, sợi : 0,02 m3/1 tấn vải Nấu, giũ hồ, tẩy : 30 - 120 m3/1 tấn vải Nhuộm : 50 - 120 m3/1 tấn vải - Hàngvải bông nhuộm, dệt kim là 70 - 180 m3/1 tấn vải - Hàng vải bông in hoa, dệt thoi là 65 - 280 m3/1 tấn vải, bao gồm: Hồ, sợi : 0,02 m3/1 tấn vải Nấu, giũ hồ, tẩy : 30 - 120 m3/1 tấn vải In, sấy : 5 - 20 m3/1 tấn vải Giặt : 30 - 40 m3/1 tấn vải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn - Chăn lông màu từ sợi polyacrylonitrit là 40 - 140 m3/1 tấn vải, bao gồm: Nhuộm sợi : 30 - 80 m3/1 tấn vải Giặt sau dệt : 10 - 70m3/1 tấn vải - Vải trắng từ polyacrylonitrit là 20 - 60 m3/1 tấn vải (cho tẩy giặt). 1.1.2. Đặc tính nước thải dệt nhuộm Hàng năm, ngành công nghiệp dệt nhuộm sử dụng hàng nghìn tấn thuốc nhuộm.Hiệu suất sử dụng của các loại thuốc nhuộm vào khoảng 70-80% và tối đa là 95%. Tùy theo từng loại vải, loại sản phẩm mà người ta có thể sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm thích hợp như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm phân tán. Với mỗi loại thuốc nhuộm ở môi trường khác nhau thì tính chất nước thải cũng khác nhau [12].Đặc tính nước thải và các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm được thể hiện trong bảng 1.2. Bảng 1.2. Dòng thải và chất ô nhiễm cần quan tâm trong nước thải ngành dệt Công Hóa chất sử dụng đoạn Giũ hồ Nước dùng để tách chất hồ sợi khỏi vải BOD, COD Hồ in, chất khử bọt có trong vải Nước dùng để nấu Nấu tẩy Chất ô nhiễm cần quan tâm Chất hoạt động bề mặt Dầu khoáng Lượng nước thải lớn, có BOD, COD, nhiệt độ cao, kiềm tính BOD, COD Tác nhân chelat hóa (chất tạo phức) chất ổn định, chất điều chỉnh pH, chất Photpho, kim loại nặng mang Tác nhân tẩy trắng hypoclorit Nước dùng để nhuộm, giặt AOX Lượng nước thải lớn có màu, BOD, COD, nhiệt độ cao Nhuộm với các thuốc nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên và sunfua, kiềm bóng, pH kiềm tính nấu, tẩy trắng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Nhuộm với thuốc nhuộm bazo, phân tán, axit, hoàn tất pH tính axit Thuốc nhuộm, chất mang, tẩy trắng bằng Clo, chất bảo quản, chất chống AOX Nhuộm mối mọt, Clo hóa len Thuốc nhuộm sunfua Sunfua Nhuộm hoạt tính Muối trung tính Các thuốc nhuộm phức chất kim loại và pigment Các chất giặt, tẩy dầu mỡ, chất mang, tẩy trắng bằng Clo Các thuốc nhuộm hoạt tính và sunfua In hoa Hoàn tất Kim loại nặng Hydrocarbon chứa halogen Màu BOD, COD, TSS, đồng, nhiệt Dòng thải từ công đoạn in hoa độ, pH, thể tích nước Dòng thải từ các công đoạn xử lý nhằm tạo ra các tính năng mong muốn cho BOD, COD, TSS thành phẩm (Nguồn: Bộ Công thương, 2008) [1] Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm là sự dao động rất lớn về lưu lượng và tải trọng các chất ô nhiễm. Lưu lượng và tải trọng các chất ô nhiễm thay đổi theo mùa, theo mặt hàng sản xuất và chất lượng sản phẩm. Thành phần nước thải của công nghệ dệt nhuộm rất đa dạng, bao gồm các chất ô nhiễm dạng hữu cơ và dạng vô cơ. Nhìn chung, nước thải dệt nhuộm có độ kiềm khá cao, có độ màu và hàm lượng các chất hữu cơ COD cao. Thành phần nước thải dệt nhuộm thường chứa các gốc như RSO3Na, RSO3, N-OH, R-NH2,... Do các phẩm nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên và lượng phẩm nhuộm thừa lớn dẫn đến gia tăng chất hữu cơ và độ màu, làm nước có độ màu rất cao, đôi khi lên đến 50.000 Pt-Co, hàm lượng COD thay đổi từ 80 -18.000 mg/l, pH của nước thay đổi từ 2-14. Mức độ ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm phụ thuộc rất lớn vào loại và lượng hóa chất sử dụng, vào kết cấu mặt hàng sản xuất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn (tẩy trắng, nhuộm, in hoa,...), vào tỷ lệ sử dụng sợi tổng hợp, vào loại hình công nghệ sản xuất (gián đoạn, liên tục hay bán liên tục), vào đặc tính máy móc thiết bị sử dụng,... Nước thải tẩy dệt: có pH từ 9-12, hàm lượng chất hữu cơ COD từ 10003000 mg/l. Độ màu của nước ở giai đoạn đầu có thể lên đến 10000 Pt-Co, hàm lượng cặn lơ lửng khoảng 200mg/l (nồng độ này giảm ở những giai đoạn cuối). Thành phần của nước thải gồm thuốc nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, các chất oxy hóa cellulose, xút, chất điện ly,... Nước thải nhuộm: thường không ổn định và đa dạng, do hiệu quả hấp phụ thuốc nhuộm của vải chỉ đạt 60- 70% và 30-40% các phẩm nhuộm thừa ở dạng nguyên thủy hoặc bị phân hủy ở một dạng khác. Ngoài ra, một số các chất điện ly, chất hoạt động bề mặt, chất tạo môi trường cùng tồn tại đã gây ra độ màu rất cao của nước thải nhuộm[12]. 1.1.3. Đặc trưng của chất nhuộm màu trong dệt nhuộm Đặc điểm nổi bật của các loại chất nhuộm là độ bền màu cao - tính chất không bị phân hủy bởi những điều kiện tác động khác nhau của môi trường.Đây vừa là yêu cầu với chất nhuộm, lại vừa là vấn đề với xử lý của chất nhuộm màu trong quá trình dệt nhuộm. Màu sắc của chất nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó: Cấu trúc chất nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π linh động như >C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N-,... Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử, như – SO3H, -COOH, -OH, NH2,... đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử. - Phân loại theo cấu trúc hóa học: Đây là cách phân loại dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó chất nhuộm được phân thành 20-30 họ chất nhuộm khác nhau. Các họ chính bao gồm: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Chất nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), đây là họ chất nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các chất nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index. Chất nhuộm antraquinon: Trong phân tử chất nhuộm chứa một hay nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó. Họ chất nhuộm này chiếm đến 15% số lượng chất nhuộm tổng hợp. Chất nhuộm triaryl metan: Triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu.Họ chất nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng chất nhuộm. Chất nhuộm taloxyanin: Hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên hợp khép kín. Họ chất nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng chất nhuộm. - Phân loại theo đặc tính áp dụng: Là cách phân loại các loại chất nhuộm thương mại đã được thống nhất trên toàn cầu và liệt kê trong bộ đại từ điển về chất nhuộm (Color Index (CI)).Trong đó, mỗi chất nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa học, đặc điểm về màu sắc và phạm vi sử dụng. Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm nhiều nhất đến chất nhuộm sử dụng cho xơ sợi xenlullo (các chất nhuộm hoàn nguyên, lưu hóa, hoạt tính và trực tiếp). Sau đó là các chất nhuộm cho xơ sợi tổng hợp, len, tơ tằm như: chất nhuộm phân tán, chất nhuộm bazơ(cation), chất nhuộm axit. Chất nhuộm hoàn nguyên khoảng 80% chất nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon, bao gồm: Chất nhuộm hoàn nguyên không tan: Là hợp chất màu hữu cơ không tan trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát R=C=O. Trong quá trình nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit không tan trong nước nhưng tan trong kiềm tạo thành layco bazơ. Hợp chất này bắt màu mạnh vào xơ, sau đó khi rửa sạch kiềm thì nó lại trở về dạng layco axit và bị oxy không khí oxy hóa về dạng ban đầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Chất nhuộm hoàn nguyên tan: Là muối este sunfonat của hợp chất layco axit của chất nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO3Na. Nó dễ bị thủy phân trong môi trường axit và bị oxy hóa về dạng không tan ban đầu. Chất nhuộm lưu hóa: Chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm mang màu chất nhuộm có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-)) qua quá trình khử. Giống như chất nhuộm hoàn nguyên, chất nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: Hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxy hóa trở lại. Chất nhuộm phân tán: Đây là loại chất nhuộm hòa tan rất ít trong nước. Xét về mặt hóa học có đến 59% chất nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc antraquinon, còn lại thuộc các lớp hóa học khác. Chất nhuộm bazơ – cation: Các chất nhuộm bazơ là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ. Chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu. Các chất nhuộm bazơ biến tính - phân tử được đặc trưng bởi một điện tích dương không định vị - gọi là chất nhuộm cation dùng để nhuộm xơ acrylic. Trong các màu chất nhuộm bazơ, các lớp hóa học được phân bố: Azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%), arcrydin (7%), antraquinon (5%) và 17% các loại khác. Chất nhuộm axit: Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh, xét về cấu tạo hóa học có 79% chất nhuộm axit azo, 10% là antraquinon, 5% triarylmetan và 6% các loại khác. Chất nhuộm trực tiếp: Chất nhuộm trực tiếp hay còn gọi là chất nhuộm tự bắt màu là những hợp chất hoà tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu (như: Xơ xenlulo, giấy, tơ tằm, da và xơ polyamit) một cách trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm. Hầu hết chất nhuộm trực tiếp thuộc về nhóm azo, số ít hơn là dẫn xuất của đioxazin và ftaloxyanin. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Bảng 1.3. Tên thương phẩm của các chất nhuộm trực tiếp thường sử dụng Tên nhóm 1 2 3 4 Benzo ánh Sirius bền Benzo cuprol Benzamin Chlorazol Durazol,fixazol Durazol cupro Chlorazol Columbia Solamin Cupracon Naftogen Direct Helion Diazo Sirius supra Benzo cuper Benzo para Remastral Dianin Solamin –fau Zambenzi pontamine Pomtamin fast Lurantin Pontamin cup Khả năng tự bắt màu của chất nhuộm trực tiếp phụ thuộc vào 3 yếu tố dưới đây: Phân tử chất nhuộm luôn ở trạng thái chưa bão hoà hoá trị và có khả năng thực hiện các liên kết Van der Waals và liên kết hydro với vật liệu. Phân tử chất nhuộm có cấu tạo mạch thẳng.Phân tử chất nhuộm phải có cấu tạo phẳng. Theo cấu tạo hoá học, chất nhuộm trực tiếp được chia thành các nhóm sau đây: Nhóm nhuộm trực tiếp azo, chất nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của đioxazin và chất nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của ftaloxyanin. Tính chất của chất nhuộm trực tiếp: Nhiệt độ nhuộm và độ hấp phụ tối ưu: Chỉ tiêu này được xác định theo mức độ hấp phụ tối đa của vải bông trong các dung dịch chất nhuộm có nồng độ khác nhau để nhận được màu có nồng độ trung bình. Nhiệt độ nhuộm tối ưu của chất nhuộm trực tiếp trong khoảng từ 750C - 950C tuỳ thuộc vào mỗi màu và mỗi loại vật liệu. Độ hấp phụ tối ưu được xác định khi nhuộm sợi bông đã làm bóng ở nhiệt độ tối ưu với dung tỉ bằng 40 khi có mặt 15% muối ăn[10]. Độ bền màu và sự biến sắc: chất nhuộm trực tiếp có ưu điểm là có đủ gam màu từ vàng đến đen, màu tương đối tươi, song nhiều chất nhuộm trực tiếp kém Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn