Nghiên cứu thử nghiệm phân giải sinh học màu hữu cơ congored – metylen blue và độ màu trong nước thải dệt nhuộm bằng các chủng vi sinh vật.pdf

51 2.5.3 ND4: Đánh giákhả năng phân giải màu đa sắccủacác chủng vsv từ bộ chủng phân giải màu Methyl Orange...53 2.5.4 ND3: Đánh giá khả năng phân giải màu đa sắccùa các tổ hợp chủng vs

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành

Tên đề tài: NGHIÊN cửu THỦ NGHIỆM PHÂN GIẢI SINH HỌC MÀU HỮU Cơ CONGORED - METYLEN BLUE VÀ ĐỘ MÀU TRONG NƯỚC

THẢI DỆT NHUỘM BANG CÁC CHỦNG VI SINH VẬT

Chủ nhiệm đề tài: TRẦN THÀNH

Đơn vị công tác: Viện kỳ thuật công nghệ cao NTT

Thời gian thực hiện: 04-2019 đến 11 - 2019

Tháng 11 -2019

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành

Tên đề tài: NGHIÊN cứu THỬ NGHIỆM PHÂN GIẢI SINH HỌC MÀU HỮU Cơ CONGORED - METYLEN BLUE VÀ ĐỘ MÀU TRONG NƯỚC

số hợp đồng : 2019.01.45/HĐ-KHCN

Chủ nhiệm đề tài: TRẦN THÀNH

Đơn vị công tác: Viện kỹ thuật công nghệ cao NTT

Thời gian thực hiện: 04-2019 đến 11 - 2019

Các thành viên phối hợp và cộng tác:

TÓM TẮT

Dệt nhuộm là một trong những ngành mũi nhọn của Việt Nam, đóng góp từ 10- 15% GPD cả nước Bên cạnh thúc đẩy kinh tế thì đây cũng là một trong những ngànhgây ảnh hưởng nhiều nhất tới môi trường chù yếu do lượng nước thải phát sinh từ các công đoạn nấu, tay, nhuộm vì chứa một lượng lớn thuốc nhuộm Azo Mà theo nghiên cứu các nhà khoa học trên thế giới thì Azo là một trong những nhóm thuốc nhuộm phổbiến có chứa gốc có chứa p-phenylenediamine và các gốc benzidine là các thành phầngây các căn bệnh ác tính như ung thư qua con đường phơi nhiễm.

Hiện nay trên the giới có rất nhiều phương pháp xử lý nhưng vần còn một số bấtlợi xung quanh Phương pháp ứng dụng sinh học xử lý nước thải dệt nhuộm bằng các chủng vi sinh vật là phương pháp đang được the giới quan tâm và không ngừng pháttriến Song các nghiên cứu hiện chỉ tập trung sâu vào màu đơn sắc ở các bộ chùng kếthọp, chưa kết họp các bộ chủng xử lý đa sắc, chưatiếp cận nhiều đến xử lý trực tiếp tớinước thải dệt nhuộm Đe tài triển khai với mục tiêu nâng cao hiệu quảnâng cao việc xử

lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp sinh học

3 Xác định được 15 tô họp chủng vi sinh vật từ bộ phân giải màu Methyl Orange

có hiệu suất phân giải màu đa sắc >70%

4 Hệ vi khuấn có khả năng thích nghi tốt đối với môi trường nước thải dệtnhuộmtrong 1 tuần

5 Phát hiện được cơ chế Quorum Sensing củachùngvikhuẩn 05 thôngqua nhuộm gram, soi bào tử

6 Qua đánh giá đặc điểm hìnhthái, định danh bằng 16S rRNA và tra cứu BLAST search cho thấy chủng 02, 09 tương tự như Bacillus subtilis SR3-30 và 05, 06 tương tự như Bacillus subtilis E1

SẢN PHẨM NCKH CHÍNH CỦA

ĐỀ TÀI NGHIỆM THƯ

Đăng kí thuyết minh (số lượng, yêu cầu)

Sản phẩm hoàn thành

Sản phẩm dạng I:

1

Chủng vi sinh có khả năng phân giải

màu

Định danh 4chủng

Đã định danh 4 chủng (02, 05, 06,

09)

Sản phẩm dạng II: Nguyên lý ứng dụng, bản vẽ, thiết kế.

Sản phẩm dạng III: Bài báo, sách chuyên khảo và sản phẩm khác

2 Bài báo khoa học Bài báo quốc tế Đẫ hoàn thành

Đã hoàn thành hướng dần khóa luận tốt nghiệp cho sinh viên Võ Hòa-khóa 2015 - Khoa

Kỳ thuật thực phẩm

và Môi trường

MỤC LỤC

TÓM TẤT ỉ

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC BẢNG VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3. Phương pháp nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 3

5. Ý nghĩa thực hiện 3

Chương 1. TÓNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 5

1.1 Tổng quan về nước thải dệt nhuộm 5

1.1.1 Thành phần, tính chất nước thải dệtnhuộm 5

1.1.2 Quy trình công nghệ tống quát 12

1.1.3 Các thông sốđánh giá nước thải dệt nhuộm 14

1.1.4 Sơ lược về thuốc nhuộm thường gặp trong dệt nhuộm 16

1.1.5 Độc tính của thuốc nhuộm azo 18

1.1.6 Tình hình sửdụng và vấn đề ô nhiễm môi trườngdo thuốc nhuộm trên thế giới và Việt Nam 22

1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 24

1.2.1 Các phương pháp hóa lý 28

1.2.2 Phương pháp điện hóa 31

1.2.3 Phương pháp hóa học 32

1.2.4 Phương pháp hấp phụ 33

1.2.5 Phươngpháp sinh học 34

1.3 Tổng quan về các nghiên cứu về xử lý theo phưoìig pháp sinh học 38

1.3.1 Tình hình nghiên cứu thếgiới 38

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở ViệtNam 40

1.4 Đánh giá tổng quan nghiên cứu 42

Chương 2 NGUYÊN LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cúu 43

2.1 Quy trình nghiên cứu 43

2.2 Nguyên liệu nghiên cứu 44

2.3 Dụng cụ - Thiết bị - Hóa chất 45

2.4 Phương tiện nghiên cứu 45

2.4.1 Thời gian nghiên cứu: 45

2.4.2 Địa điểm nghiên cứu: 45

2.5 Phương pháp nghiên cứu 46

2.5.1 ND1: Phân lập và tuyến chọn các chủng vsv có khả năng phân giải màu 46 2.5.2 ND2: Thử nghiệm chủng vsv khử được đồng thời màu Methyl Orange, Methyl Blue, Congo Red từ các chủng vsv có dấu hiệu phân giải màu Methyl Orange 51

2.5.3 ND4: Đánh giákhả năng phân giải màu đa sắccủacác chủng vsv từ bộ chủng phân giải màu Methyl Orange 53

2.5.4 ND3: Đánh giá khả năng phân giải màu đa sắccùa các tổ hợp chủng vsv.53 2.5.5 ND4: Đánh giá khả năng thích nghi của hệ vi khuấn trong môi trường nước thải dệt nhuộm trong 1 tuần- Bước đầu ứng dụng phương pháp sinh học nâng cao xử lý nước thải dệt nhuộm 54

2.5.6 ND5: Xác định hình thái các chủng vsv có khả năng phân giải màu đa sắc 57 2.5.7 ND6: Định danh các chủng vsv theo trình tự 16S-rDNA 57

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58

3.1 Đánh giá khả năng phân giải các màu của các chủng vsv được phân lập từ

nước thải dệt nhuộm 58

3.1.1 Kết quả kiểm tra định tính các chủng vsv có khả năng phân giải màu Methyl Orange 58

3.1.2 Kết quả kiểm tra định tính các chủng vsv có khả năng phân giải màu Methyl Orange 60

3.2 Đánh giá khả năng phân giải đồng thời đơn màu Methyl Blue, Congo Red từ bộ chủng vsv phân giải màu Methyl Orange 63

3.2.2 Ket quả kiếm tra định tính các chủng vsv phân giải màu Methyl Blue, Congo Red từbộchủng phân giải màu Methyl Orange 63

3.2.3 Kết quả kiểm tra định lượng các chùng vsv phân giải màu Methyl Blue, Congo Red từbộchủng phân giải màu MethylOrange 68

3.3 Đánh giá khả năng phân giải màu đa sắc của các chủng vsv phân giải màu Methyl Orange 71

3.4 Đánh giá khả năng phân giải màu đa sắc của các tổ hợp chủng vsv 73

3.5 Đánh giá khả năng thích nghi ciia hệ vi khuẩn trong môi trường nước thải dệt nhuộm qua các thông số kiểm soát SV30, MLSS, SVI trong 1 tuần 76

3.6. Ket quả xác định hình thái các chủng từ tổ họp chủng có khả năng phân giải màu đa sắc 78

3.7. Kết quả định danh và giải trình gene các chủng vi khuẩn theo trình tự 16S-rDNA 83

3.7.2 Ket quả giải trình gene từ chủng từ các tổ họp chủngtuyến chọn 83

3.7.3 Kết quả định danh theo trình tự 16S-rDNA 91

3.7.4 Sơ lượt về loài Bacillus subtilis 91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

PHỤ LỤC 99

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1:0 nhiềm nguồi nước thải dệt nhuộm 8

Hình 1.2: Các phương pháp loại bở màu thuốc dệt nhuộm 24

Hình 2.1: Lưu đồ thí nghiệm 43

Hình 2. 2: Bản đồ tọa độ công ty dệt nhuộm ULHWA 44

Hình 2.3: Bùn (a) và nước thải (b) thu được từ công ty Dệt Nhuộm 44

Hình 2.4: Quá trình phân lập vi sinh vật tổng quát 46

Hình 2.5: Đường chuẩn màu Pt-Co 49

Hình 2.6: Máy so màu UV-VIS Thermo scientific- Evolution 60S 49

Hình 2.7: Sơđồ khối mô hình xử lý 55

Hình 2.8: Mô hình thực tế 55

Hình 3.1: Biếu đồ khả năng phân giải màu thuốc nhuộm Methyl Orange của 6 chủng vsv sau 7 ngày nuôi cấy 61

Hình 3.2: Khả năng phân giải màu thuốc nhuộm Methyl Orange của chủng 07 sau 7 ngày nuôi cấy 62

Hình 3.3: Khả năng phân giải màu thuốc nhuộm Methyl Orange của chủng 05 sau 7 ngày nuôi cấy 62

Hình 3.4: Mầu nước chủng 07 và 05 phân giải sau 7 ngày 62

Hình 3.5: Bieu đo khả năng phân giải màu thuốc nhuộm Congo Red từ bộchủng vsv phân giải màu Methyl Orange tính theo đường chuẩn màu Pt-Co sau 7 ngày nuôi cấy .68

Hình 3.6: Khả năng phân giải màu thuốc nhuộm Congo Red củachủng R5 sau 7 ngày nuôi cấy 69

Hình 3.7: Mầu nước chủng R5 phân giải ởngày thứ 7 69

Hình 3.8: Biểu đồ khả năng phân giải màuthuốc nhuộm Methyl Blue từ bộ chủng vsv Methyl Orange tính theo đường chuẩn màu Pt-Co sau 7 ngày nuôi cấy 70

Hình 3.9: Khả năng phân giải màuthuốc nhuộm Methyl Blue của chủng B5 sau 7ngày nuôi cấy 71

Hình 3.10: Biểu đồ khả năng phân giải đa màu thuốc nhuộm từbộ chủng vsv MethylOrange tính theo đuờng chuẩn màu Pt-Co sau 7 ngày nuôi cấy 72

Hình 3.11: Biểuđồkhả năng phân giải đa màu thuốc nhuộm của 7 cặp chủng vsvcộngsinh tính theo đường chuẩn màu Pt-Co sau 7 ngày nuôi cấy 74

Hình 3.12: Khả năng phân giải thuốc nhuộm đa màu của cặp 02-9 sau 7 ngày nuôi cấy

Hình 3.15: Thể tích bùn lắng sau 7 ngày nuôi cấy 77

Hình 3.16: Ành soi bào tử của chủng 05 79

Hình 3.17: Anh minhhọa quá trình các vi khuẩn sử dụng “Quorum Sensing” và ảnh soi bào tử của chủng 05 thông qua kính hiến vi lOOx 80

Hình 3.18: Quá trình các vi khuấn sử dụng QS đe liên kết hình thành màng Biofílm.81

Hình 3.19: Lớp màng Biofilmcùa chủng 05 qua ảnh soi bào tử 81

Hình 3.20: Hình thái vi khuẩn và màng Biofilm tạo thành từ cơ chế QS của vi khuấn

Lactobacillus spp (A) và chủng 05 (B) 82

DANH MỤC BANG

Bảng 1.1: Các nguồn nước thải 5

Bảng 1.2: Các chất gây ô nhiễm và đặc tínhcủa nước thải ngành dệt nhuộm 8

Bảng 1.3: Đặc tính nước thải sản xuất xí nghiệp dệt- nhuộm 11

Bảng 1.4: Các chấttạo màu có độ độc cao ảnh hưởng đến sức khỏe con người 20

Bảng 1.5: Ưu và nhược của một số phương pháp xử lý các hợp chất hữu cơmàu 25

Bảng 2.1: Các bước tiến hành phân lập các chủng vi sinh vật 46

Bảng 2.2: Đường chuẩn Pt-Co 49

Bảng 2.3: Các nghiệm thức tổ hợp chùng đánhgiá hiệu quả phân hủy đa màu 53

Bảng 3.1:Đường kính của các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải các màu nước dệt nhuộm Methyl Orange 58

Bảng 3.2: Đánh giá khả năng phân giải màu Congo Red từ bộ chủng phân giải màu Methyl Orange và đoi kí hiệu theo màu 63

Bảng 3.3: Đánh giá khả năng phân giải màu Methyl Blue từ bộ chủng phân giải màu Methyl Orange và đoi kí hiệu tên theo màu 66

Bảng 3.4: Đánh giá khả năng tương tác giữa các cặp chủng vsvphân giải màu đa màu sau 7 ngàynuôi cấy 73

Bảng 3.5: Ket quả sau nuôi bùn trong thời gian 7 ngày 76

Bảng 3.6: Kết quả soi nhuộm gram của các chủng từ tổ hợp chủng lựa chọn 78

ThOD Nhu cầu oxy lý thuyết -Theoretical

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Dệt nhuộm là một trong những ngành mũi nhọn của Việt Nam, là ngành công nghiệp có mạng lưới sảnxuất rộng lớn với nhiềumặthàng, nhiều chùng loại và gần đây tốc độ tăng trưởng kinh tế rất cao, có kim ngạch xuất khấuxuấtkhẩu lớn thứ hai với giátrị xuất khẩuđóng góp từ 10 - 15% vào GDP cả nước [1Ị.

Thành phần nước thải dệt nhuộm bao gồm mộtlượng lớn các họp chất hữu cơđộchại như thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, kim loại, muối và các họp chất hữu cơbền. Dư lượng thuốc nhuộm azocó trong nước thải gây ra các mối đe dọa cho đời sốngđộng, thực vật thủy sinh, làm mấtđi khả năng tự sạch của nguồn nước, ảnh hưởng đếnđời sống dân cư sống ven khu vực xả thải, lượng độc tính trong nước thải dệt nhuộm gây ra các bệnh về da, tim, thận, gan và hệ thần kinh trung ương, rối loạn chức năng sinh sản và củng là các tác nhân gây ung thư và độtbiến gen [2].

Nhiều phương pháp xử lý đà được phát triển và ứng dụng như: phương pháp oxyhóa bậc cao, phương pháp hóa lý: keo tụ, tạo bông, lắng, tuyển nổi, hấp phụ Tuy nhiên,khi áp dụng các phương này đều không mang lại hiệu quảcao,nước thải sau xử lý cũng không đảm bảo tiêu chuẩn xả thải song lại phát sinh thêm chất thải nguyhại là bùn hóaphẩm làm tốn thêm chi phí xử lý Nhằm khắc phục những nhược điểm trên, phươngpháp xử lý sinh học có thể được ứng dụng mang lại hiệu quả cao, ít ton kém chi phí,thân thiện với môi trường Hiệu quả cùa việc khử màu bằng vi sinh vật được quan tâmrất nhiều gần đây như Nawang và các cộng sự (2017) đã nghiên cứu được một loại nấmmới là Ceriporia lacerata được phân lập từ các chi dâu tằm đã chết có khả năng phân hủy mạnh màu Congo Red, tỷ lệ khử màu với 3g nấm lên đến 90% sau 48 giờ [3] MohamedEl Bouraie (2016) đã khử màuthànhcông thuốc nhuộm Reactive Black (RB5)với tỷ lệ khử màu 76% trong 3 ngày [4], Priscila Maria Dellamatrice và các cộng sự(2017) đã nghiên cứu 3 chủng cyanobacteria Anabaena flos- aqua UTCC64,

bỏ độc tính trong nước thải dệt nhuộm, kết quả cho thấy, các vi khuẩn p.autumanale UTEX1580 có khả năng phân hủy màu tốt nhất (90%) và loại bỏ một số độc tính hóa

học trong nước thải [5]. Nhìn chung, các nghiên cứu đều đạt được hiệu suất xử lý cao

và cho thấy tiềm năng của việc ứng dụng phương pháp xử lý sinh học nhưng vẫn còn nhiều hạn chế, chưa nghiên cứu sâu, cụ thể và chưa kết hợp ứng dụng các chủng vsv, chỉ dừng lại ở mức xử lý màu đơn màu, xử lý trên nền màu nhân tạo, chưa áp dụng xừ

lý nước thải dệt nhuộm

Do đó, đe đóng góp cho việc phát triến phương pháp xử lý sinh học nước thải dệtnhuộm Đe tài “úng dụng phưong pháp sinh học nâng cao xử lý nước thải dệt nhuộm” được thực hiện dựa trên việc ứng dụng kết hợp các chủng vsv và tuyểnchọncác chùng có khảnăng xử lý đa màuđồng thời ứng dụng phương pháp sinh học đe nâng cao xử lý trực tiếp nước thải dệt nhuộm với mong muốn mở ra hướng đi mới cho các phương pháp xử lý thải dệt nhuộm bằng các chế phẩm sinh học an toàn, thân thiện môi trường và kinh tế hơn cho ngành dệt nhuộm ở Việt Nam.

2 Mục tiêu nghiên cứu.

3 Phương pháp nghiên cứu.

Đe thực hiện các nội dung nghiên cứu trên, các phương pháp nghiên cứu sau đây

sẽ được sử dụng trong đề tài:

• Phương pháp tổng quan tài liệu: Phương pháp này sẽ kếthừa các thông tin từ các tài liệu, kết quả nghiên cứu có liên quan trước đây để tổng họp các thông tin cần thiết phục vụ đề tài.

• Phương pháp thống kê và tổng họp số liệu: Các kết quả thí nghiệm được thu thập, lưutrừ và thống kê lưu trữ bằngphầnmềm Excel Khi đã có số liệu thu thập được, dựa trên phương pháp phântích,đánh giá và kết họp với kiếnthức chuyên ngành đe tồng họp và đưa ra nhận xét, đánh giá khách quan, đề xuất giải pháp vànhững ý kiến cầnthiếthỗ trợ cho những vấn đề đặt ra.

• Phương pháp nghiên cứu mô hình:

- Tìm hiểu chức năng của các bể xử lý và thiết kế trong quy mô phòng thí nghiệm

4 Phạm vi nghiên cứu.

Nguồn vi sinh và nước thải dệt nhuộm được phân lập lấy từ nước thải và bùn lấy

từ Công Ty Dệt Nhuộm ULHWA tại KCN Loteco - Long Bình(Biên Hòa -ĐồngNai)

5 Ý nghĩa thực hiện.

Ý nghĩa khoa học

Từ các kết quả đạt được của đề tài đã góp phần cung cấp các cơ sở khoa học vềviệc cộng sinh các hệ vi khuẩn để xử lý được tổ hợp màu nhân tạo với nồng độ cao,thích nghi được hệ vi khuẩn với môi trường nước thải dệt nhuộm, tạo bước đầu thuận lợitrong việc ứng dụng phương pháp sinh học để nâng cao xử lý nước thải dệt nhuộm hiện nay.

Từ đó sè nâng caohồ trợ việc xử lý nước thải dệtnhuộm với công nghệ xử lý thích hợp cho các bên liên quan đe hướng đến giải pháp xử lý bền vừng vừa đáp ứng đượccáctiêu chuẩn, quy chuan môi trường, và có thể tái sửdụng nguồn nước thải đã ô nhiễm

Ý nghĩa kinh tế - xã hội và môi trường

4- về mặt kinh tế - xã hội

Xử lýđộ màu là công việc tốn nhiều chi phí, nước thải xử lýđạtchuẩnthải ra môi trường cần phải có những công nghệ tiên tiến như lọc màng, oxi hóa và có giá thành rất cao Trong khi đó, công nghệ xử lý sinh học có ưu điếm là chi phí vận hành rẻ, dề vận hành, giá thành thấp Vì vậy, kết quả nghiên cứu sẽ góp phần xử lý sinh học phùhợp, cải tiến quy trình để nâng cao hiệu quả xử lýmàu và giảm bớt các công đoạn xừ lý

từ đó giảm chi phí xử lý nước thải từ các nhà máy nhuộm.

4- về mặt môi trường

Là giải pháp hữu hiệu đe hạn chế vấn đề xả thắng nước thải dệt nhuộm chưa đạttiêu chuẩn môi trường ra ngoài của các khu công nghiệp đồng thời giữ gìn mỹ quan đôthị ở các tuyến sông trên địa bàn gần các khu công nghiệp

Ngăn ngừa các hiểm họa môi trường như : chết các động vận thủy sinh, gây biến đoi gen, Góp phần củng cố thông tin về các chủng vi khuấn có khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm đạt hiệu suất cao.

Giảm lượng chất thải rắn nguy hại như bùn hóa phẩm phát sinh ra sauquá trình xử

lý hóa lý từ các công ty dệt nhuộm, đong thời củng làm giảm lượng hóa chất sử dụng trongquá trình xử lý phát sinh ra môi trường

CHƯƠNG 1 TÓNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

1.1 Tổng quan về nước thải dệt nhuộm.

Dệt nhuộm là một trong nhùng ngành mũi nhọn của Việt Nam, là ngành công nghiệp có mạng lưới sảnxuấtrộng lớn với nhiều mặthàng, nhiều chủng loại và gần đây tốc độ tăng trưởng kinh tế rất cao, có kim ngạch xuất khẩuxuất khẩu lớn thứ hai với giátrị xuất khẩu đóng góp từ 10 - 15% vào GDP cả nước

Nguyên liệu chù yếu của công nghiệp dệt là xơbông, xơnhân tạo hoặc tổng họp

và len. Ngoài ra còn dùng cácxơ đay gai, tơ tằm.

1.1.1 Thành phần, tính chất nước thải dệt nhuộm.

Lượng nước được sử dụng trong các công đoạn này chiếm 72,3% Nước thải dệtnhuộm là hồn họp gồm nhiều chất thải (waste) Các chất thải có thể chia thành các loạisau:

- Những tạp chất thiên nhiên được tách ra và loại bỏ từ bông, len như bụi, muối, dầu, sáp, mở

- Hoá chất các loại (bao gồm cả thuốc nhuộm) thải ra từ các quá trình công nghệ

và giặt giũ.

- Xơ sợi tách ra bởi các tác động hóa học vàcơhọc trong các công đoạn xử lý.

Bảng 1.1: Các nguồn nước thải

Qua đó cho thấy lượng nước phát sinh từ cácnhà máydệtnhuộm làrất lớn và ứngvới mồi công đoạn khác nhau trong quá trình dệt nhuộm sè có lưu lượng nước thải vànồng độ các chất ô nhiễm khác nhau. Lượng nước thải tính cho một đơn vị sản phẩm của một số mặthàng như sau:

Hànglen, nhuộm dệt thoi

4- Hàng vải bông nhuộm, dệt thoi

J Nấu, rũ hồ, tay

J Nhuộm

4- Hàngvải bông, nhuộm, dệtkim

4- Hàngvải bông in hoa dệt thoi

50 - 120 m3/1 tấn.70- 180 m3/ 1 tấnvải

65 -280 m3/ 1 tấn vải, bao gồm:

0,02 m3/1 tấn.30- 120 m3/1 tấn.5-20 m3/1 tấn

30 - 140 m3/1 tấn.40- 140 m3/1 tấn, bao gồm:

30 - 80 m3/1 tấn.10-70 m3/1 tấn

CH.ìCOOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CƠ3, Na2SƠ4, các loại thuốc nhuộm, các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt Lượng hóa chất sử dụng với từng loại vải,từng loại màu thường khác nhau và chủ yếu đi vào nước thải củatừng côngđoạn tươngứng.

Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải của nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm

là sự dao động lớn cả về lưu lượng và tải lượng các chấtônhiễm, nó thay đoi theo mùa,theo mặt hàng xuất và chất lượng sản phẩm Nhìn chung nước thải từ các cơ sở dệt -nhuộm có độ kị nước khá cao, có độmàu, nhiệt độ và hàm lượng các chất hữu cơ, tổngchấtrắn cao.

Ngành dệt nhuộm sử dụng một lượng nướcthải lớn đế sản xuất và đồng thời thải

ra một lượng nước thải đáng ke cho môi trường Nhắc đến nước thải dệt nhuộm là một trong những loại nước thải ô nhiễm nặng,hàm lượng các chất hữu cơcao,khó phân hủy,

pH dao động từ 9- 12 do thành phần các chất tay. Trong quá trình sản xuất có rất nhiềuhóa chất độc hại được sửđe sản xuất tạo màu: như là phẩm nhuộm, chấthoạt động bềmặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo môi trường, tinh bột, men, chất oxy hoá Các chất này thường có chứa các ion kim loại hòa tan, hay kim loại nặng rất khó phân hủy trong môi trường, có the gây ô nhiễm môi trường trầm trọng trong thời gian dài Neuchưa được xử lý và xử lý chưa đạt ỌCVN mà thải ra ngoài thì các hóa chất này có thegiết chết vi sinh vật xung quanh, làm chết cá và các loại động vật sống dưới nước, các chấtđộc này còncóthe thấmvào đất, tồn tại lâudài và ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm

và bên cạnh đó còn ảnh hưởng đến đời sống của con người Ngoài ra, nước thải dệtnhuộm thường có độ màu rất lớn và thay đối thường xuyên tùy loại thuốc nhuộm, và có nhiệtđộ cao nên cầnphải được xử lý triệt để đề trước khi thải ra, tránh gây ô nhiễm môi trường

Hình 1.1: Ò nhiễm nguồi nước thăi dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm lă sựtổng hợp nước thải phât sinh từ tất cả câc côngđoạnhosợi, nấu tẩy, tẩy trắng, lăm bóng sợi, nhuộm in vă hoăn tất Theo phđn tích của câc chuyín gia, trung bình, một nhămây dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đângkể, trong

đó, lượng nước được sử dụng trong câc công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu lă trong công đoạn nhuộm văhoăn tất sảnphăm Xĩthai yếu tố lă lượng nước thải vă thănhphần câc chất ô nhiễmtrongnước thải, ngănh dệtnhuộm được đânh giâ lẵnhiễm nhấttrong số câc ngănh côngnghiệp Câc chất ô nhiềm chủ yếu cótrongnước thải dệt nhuộm

lă câc họp chất hữu cơ khó phđn hủy, thuốc nhuộm, câc chấthoạt động bề mặt, câc hợpchấthalogen hữu cơ (AOX Adsorbable Organohalogens), muốitrungtính lăm tăng tổng hăm lượng chất rắn, nhiệt độ cao (thấp nhất lă 40°C) vă pH của nước thải cao từ 9 đen

12, do lượng kiềm trong nước thải lớn Trong số câc chất ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm lă thănh phần khó xừ lý nhất, đặc biệt lă thuốc nhuộm azo không tan - loại thuốc nhuộm được sửdụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần

Bảng 1.2: Câc chất gđy ô nhiễm vă đặc tính cùa nước thải ngănh dệt nhuộm

Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính của nước thải

Hồ sợi, giũ hồ

Tinh bột, glucose, carboxymetylcellulose, polyvinyl alcol, nhựa,chấtbĩo vă sâp.

BOD cao (34 - 50 % tổngBOD)

Với cáchoá chất sửdụng như trên thì khi thải ra ngoài, ra nguồn tiếp nhận, nhất là

ra các sông ngòi, ao ho sẽ gây độc cho các loài thuỷ sinh. Có the phân chia các nhóm hoá chất ra làm 3 nhóm chính ởbảng dưới đây:

Tẩy trắng Hypoclorit,

họp chất chứa clo,NaOH, AOX, acid

Độ kiềm cao, chiếm 5%BOD

Nhóm3: Các chấtítđộcvà

có thể phân giải vi sinh:

- Xút (NaOH) và Natri

Cacbonat (Na2CO3)

được dùng với số lượng

lớn đế nấu vải sợi bông

và xử lý vải sợi pha (chủ

yếu là Polyeste, bông).

- Acid vô co (H2SO4)

dùng để giặt, trung hòa

xút, hiện màu thuốc

nhuộm hoàn nguyên tan

(Indigosol).

- Các chất giặt vòngthơm, mạch etylenOxytdài hoặc có cấu trúc mạch nhánh Alkyl

- Các Polyme tông hợp bao gồm các chất hồhoàn tất, các chathố sợi dọc như polyvinylalcol, polyacrylat

- Phần lớn các chất làm mềm vải, các chất tạophức trong xử lý hoàn tất.

- Sơ sợi và các tạp chấtthiên nhiên có trong sơ sợi bị loại bỏ trong cáccôngđoạn xử lýtrước

- Các chất dùng để hồ sợi dọc

(CH3COOH), axítfomic (HCOOH), đếđiều chỉnh pH

Tải lượng ô nhiềm phụ thuộc vào nhiều loại sợi thuộc thiên nhiên hay tổng hợp, công nghệ nhuộm (nhuộm liên tục hay gián đoạn), công nghệ in hoa và độ hoà tan của hóa chất sử dụng Khi hòa trộn nước thải của các công đoạn, thành phần nước thải cóthe khái quát như sau:

- Clo hoạtđộng(nước tấy

- Mộthàm lượng kim loại

nặng đi vào nước thải.

- Trong một tấn xút công

nghiệp nếu sản xuất

bằngđiệncực thủy ngân

sẽ có 4g thủy ngân (Hg).

- Tạp chất kim loại nặng

có trong thuốc nhuộm

sử dụng.

- Một lượng halogen hừu

cơ độchạiđưavàonước

Bảng 1.3: Đặc tính nước thài sân xuất xí nghiệp dệt - nhuộm

Các thông

số Đơn vị Giá trị• nhỏ nhất

Giá trị trung bình

Giá trị cực đại

1.1.2 Quy trình công nghệ tổng quát.

Thông thường công nghệ dệt - nhuộmgồm ba quá trình cơbản: kéo sợi, dệtvải và

xừ lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải. Trong đóđược chia thành các công đoạn sau: a) Làm sạch nguyênliệu: nguyên liệu thường được đóngdưới các dạngkiện bông thô chứa các sợi bong có kích thước khác nhau cùng với các tạp chất tự nhiên như bụi, đất, hạt, cỏ rác Nguyên liệu bông thô được đánh tung, làm sạch và trộn đều Sau quá trình là, sạch, bông được thu dưới dạng các tấm phẳng đều b) Chải: các sợi bông được chải song song và tạo thành các sợi thô

c) Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: tiếp tục kéo thô tại các máy sợi con để giảm kích thước sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống sợi thích họp choviệc dệt vải Sợi con trong các ống nhỏ được đánh ốngthành các quả to đế chuẩn bị dệtvải.Tiếp tục mắc sợi là dồn qua các quả ống để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi d) Hồ sợi dọc: hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hố baoquanh sợi, tăng độbền, độ trơn và độ bóng của sợi để có the tiến hành dệt vải.Ngoài ra còn dùng các loại hồ nhân tạo như polyvinylalcol PVA, polyacrylat,. e) Dệt vải: kết hợp sợi ngang với sợi dọc đã mắc thành hình tấm vải mộc.

f) Giũ hồ: tách các thành phần của hồ bám trên vải mộc bằng phương phápenzyme (1 % enzym, muối và các chất ngấm) hoặc acid (dung dịch acid sunfuric 0.5%) Vải sau khi giũ hồ được giặc bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồiđưa sang nâu tây

g) Nấu vải: Loạitrừphầnhồ còn lại và cáctạp chấtthiên nhiên như dầu mỡ, sáp. Sau khi nấu vải có độ mao dẫn và khả năng thấm nước cao, hấp thụ hóa chất,thuốc nhuộmcao hơn,vải mềm mại vàđẹp hơn Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chấttaygiặtởáp suất cao (2 -3 at) và ở nhiệtđộ cao (120 - 130oC) Sau đó, vảiđược giặt nhiều lần.

h) Làm bóng vải: mục đích làmcho sợi cotton trươngnở, làm tăngkíchthước các mao quản giữacác phần tử làm cho xơ sợi trở nên xốp hơn, dễ thấm nước hơn, bóng hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm Làm bóng vải thông thườngbằng dung dịch kiềm dung dịch NaOH có nồng độ từ 280 đến 300g/l, ở nhiệt

độ thấp 10-20°C sau đó vải được giặt nhiều lần Đối với vải nhân tạo không

i) Tẩy trắng: mục đích tấy màu tự nhiên cùa vải, làm sạch các vết bẩn, làm chovải có độ trắng đúng yêu cầu chất lượng Các chất tay thường dùng là natri clorit NaClƠ2, natri hypoclorit NaOCl hoặc hyrdo peroxyte H2O2 cùng với các chất phụ trọ Trong đó đối với vải bông có thể dùng các loại chất tẩy H2O2, NaOCl hay NaC102.

j) Nhuộm vải hoàn thiện: mục đích tạo màu sắc khác nhau của vải Thường sửdụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các hợp chất trợ nhuộm đế tạo

sựgắn màu của vải Phần thuốc nhuộm dư không ganvào vải, đi vào nước thải phụthuộcvào nhiềuyếu tố như công nghệ nhuộm, loại vải cầnnhuộm, độ màu yêu cầu,

Thuốc nhuộm trong dịch nhuộm có thể ở dạng tan hay dạng phân tán Quá trìnhnhuộm xảy ra theo 4 bước:

Di chuyến các phân tử thuốc nhuộm đen bề mặt sợi

Gắn màu vào bề mặt sợi.

Khuyếttán màu vào trong sợi, quátrình xảy ra chậm hon quá trình trên

Cố định màu và sợi.

In hoa là tạo ra các vân hoa có một hoặc nhiều màu trên nền vải trắng hoặc vảimàu, hồ in là một hồn hợp gồm các loại thuốc nhuộm ở dạng hòa tan hay pigment dung môi Các lớp thuốc nhuộm cùng cho in như pigment, hoạt tính, hoàn nguyên,azo không tan và indigozol. Hồ in có nhiều loại như ho tinh bột, dextrin, ho alginate natri, hồ nhũtương hay ho nhũ hóa tống hợp

Sau nhuộm và in, vải được giặt lạnh nhiều lần Phần thuốc nhuộm không gắn vàovải và các hóa chất sè đi vào nước thải Văng khổ, hoàn tất vải với mục đích ổn định kích thước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử dụng một số hóa chất chốngmàu, chất làm mềm và hóa chất như metylic, acid axetic, íbrmaldehit.

1.1.3 Các thông số đánh giá nước thải dệt nhuộm.

> ĐộpH

Trị so pH chobiếtnướcthải có tínhacid,kiềm hay trung tính Quátrình xử lýnướcthảibằng phương pháp sinh học rất nhạycảm với sựdao động củagiá trị pH (các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc bị chết khi có sự thay đổi pH) Vì vậy cầnkiểm tra giátrị pH trong khoảng thích hợp trước khi cho nước thải vào hệ thống xử lý.

> Màu sắc

Màu sắc củanước là do các chấtbẩn trong nước gây nên Màu sắc cùanước cụthế

là do các chất hữu cơ và phần chiết của thực vật gọi là màu thực. Ngoài ra do các chất

vô cơ là những hạt rắn có màu gây ra, gọi là màu biểu kiến

> Độ đục

Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới thủysinh gâyra Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hưởngđến khảnăng quang hợp cùa các vi sinh vật tự dường trong nước Nước càng bẩn, độ đục càngcao Đơn vị chuẩn đo độ đục là sự cản quang do 1 mg S1O2 hòa tan trong 1 lít nước cấtgây ra.

> Tông lượng chất rắn (TS)

Tong lượng chấtrắn là trọng lượng khô tínhbằng mg củaphần còn lại saukhi bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấykhô ở 103°Ccho tới khi trọng lượng khôngđổi (đơn vị: Mg/1).

> Chat rắn huyền phù (SS)

Là chấtrắn ở dạng lơ lửng trong nước Hàm lượng chấtrắn huyền phù ss là trọng lượng khí củaphầnchấtrắncòn lại trêngiấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít mẫunước quaphễu rồi sấykhô (đơn vị: Mg/1)

> Chất rắn hòa tan

Hàm lượng chat rắn hòa tan chính là thông số của tổng lượng chất rắn và hàm lượng chất rắn huyền phù.

Là lượng oxy không khí cóthể hòa tan vào nước trong điều kiện nhiệtđộ thấp, ápsuất xác định Chỉ số DO thấp có nghĩa là nước có nhiều chất hữu cơ, nhu cầu Oxyhóatăng nên tiêu thụ nhiều oxy trong nước Ngược lại, chỉ số DO cao có nghĩa là nước có nhiều rong tảo tham gia vào quá trình quang họp giải phóng oxy Chỉ số DO rất quantrọng để duy trì điều kiện hiếu khí và làcơ sởđe xác định nhu cầu Oxyhóa sinh học.

> Nhu cầu Oxy hóa sinh học (BOD- Biochemical Oxygen Demand)

BOD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết đểOxyhóa các chất hữu cơ có trong nước thải bằng vi sinh vật (chù yếu là vi khuấn) hoại sinh, hiếu khí. Chỉ tiêu này xác địnhđộ ô nhiễmcủanước thải hoặc nước sông, hodochứacácchất dạng tan, keo, khôngtan khó lắng

Quá trình này được tómtắt như sau:

Chất hữu cơ + O2 + (vi sinh vật) —> CO2 +H2O Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxy cần thiếtđể phân hủy hoàntoàn chất hừu cơ bằng phương pháp sinh học, mà chỉ xác định lượng oxy cầnthiết trong

5 ngày đầu (BOD5) ở nhiệt độ 20°C trong bóng tối (để tránh hiện tượng quang họp ởtrong nước)

> Nhu cầu oxy hóa học (COD- chemical Oxygen Demand)

COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho quá trinh Oxy hóa toàn bộ các chất hữu cơ có trong mầu thành CO2 và H2O. Chỉ số COD được dùng rộng rãi để đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ cùa nước thải và sự ô nhiềm cùa nước tự nhiên Đe xác địnhCOD người ta thường sử dụng một chất Oxy hóa mạnh trong môi trường acid,như kali bicromat (fcCftO?).

Ngoài ra còn có các chỉ tiêu:

- Tổng cacbon hữu cơ (TOC- Total Organic Carbon)

- Nhu cầu oxy lý thuyết (ThOD- Theoretical Oxygen Demand)

- Nhu câu oxy tông cộng (TOD- Total Oxygen Demand)

TOC chỉ được dùng khi hàm lượng các chất hữu cơ rất nhỏ trong nước. ThODchính là lượng oxy cần thiết để Oxyhóahoàn toàn các chất hừu cơcó trong nước thành

CƠ2 và H2O ThOD chỉ tính được giá trị khi biếtrõ công thức hóa học cùa các chấthữu

cơ Vì thành phần của nước thải rất phức tạp nên không the tính được ThOD chính xác

vì vậy có thể tính gần đúng dựa vào giá trị COD Các thông số này có độ lớn như sau: ThOD> COD > BOD cuối > BOD

1.1.4 Sơ lược về thuốc nhuộm thường gặp trong dệt nhuộm.

Thuốc nhuộm lànhững chất hừu cơ có màu, hấp thụ mạnh mộtphần nhấtđịnh củaquang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệttrong những điềukiện quy định (tính gắn màu)

Thuốc nhuộm có thế có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổnghợp Hiện nay con người hầu như chỉ sừdụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điềm nổi bật cùa các loại thuốc nhuộm

là độ bền màu và tính chất không bịphân hủy.

Các nhóm thuốc nhuộm thông dụng trên thế giới hiện nayđại diện như nhóm azo (-N=N-), nhóm ethylene (=c=c =), nhóm methine (-CH =), nhóm carbonyl (=C=O), carbon-nito (=C=NH; -CH =N-), carbon-sulfur (=C=S; C-S-S-C=), nitro (-NO2; -NO-OH), nitrozo (-N=O; = N-OH) hoặc nhóm chinoid [6]

Khái quát về một so loại nhóm thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sửdụng. Có cách phân biệt thuốc nhuộmcơ bản:

Thuốc nhuộm hoạt tính

Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này cócông thứccấutạo tổng quát là S-F-T-X trongđó: s là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan; F là phần mang màu, thường là các hợp chatAzo (-N=N-), antraquinon, acid chứa kim loại hoặc ftalOxyamin; 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 làtác nhân gây ung thư

Thuốc nhuộm trực tiếp

Đâylà thuốc nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ sợi không qua giai đoạn xử lý trung gian, thường sử dụng đe nhuộm sợi 100% cotton, sợi protein (tơ tằm) và sợi poliamid, phần lớn thuốc nhuộm trực tiếp có chứaazo (môn,di andpoliazo) và một số làdẫnxuất

của dioxazin Ngoài ra, trong thuốc nhuộm còn có chứa các nhóm làm tăng độ bắt màunhư triazin và salicylic acid có the tạo phức với các kim loại đe tăng độ bền màu.

Thuốc nhuộm hoàn nguyên

Thuốc nhuộm hoàn nguyên gom 2 nhóm chính: nhóm đa vòng có chứa nhân antraquinon và nhóm indigoit có chứa nhân indigo Công thức tống quát là R=C-O;trong đó R là hợp chất hữu cơ nhân thơm, đa vòng Các nhân thơm đa vòng trong loại thuốc nhuộm này cũng làtác nhân gây ung thư, vì vậy khi khôngđược xử lý, thải ra môi trường, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Thuốc nhuộm phân tán

Nhóm thuốc nhuộm này có cấu tạo phân tử tư gốc azo và antraquinon và nhómamin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu đế nhuộm các loại sợi tổng họp (sợi axetat, sợi polieste ) không ưa nước.

Thuốc nhuộm lưu huỳnh

Là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch dịhình như tiazol, tiazin, zin trong đó có cầunối -S-S- dùng đenhuộm các loại sợi cotton và viscose

Thuốc nhuộm acid

Là cácmuối sunfonatcùacác họp chất hữu cơ khác nhau có công thức là R- SCLNakhi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu Các thuốc nhuộm này thuộcnhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquinon, triaryl metan.

Thuốc in, nhuộm pigmen

Có chứa nhóm azo, hoànnguyên đa vòng,ftaOxyanin, dần suất cùa antraquinon.

■ Do sự phổ biến và nguy hiểm của nhóm Azo, nên đề tài tập trung về nhóm này,với thông tin chi tiết về những loại thuốc nhuộmsửdụng trong bàibáo cáo:

Nhóm azo: trongphân tử thuốc nhuộm này có một hoặc nhiều nhóm azo (-N=N)

Và phân tử thuốc nhuộm có một nhóm azo là monoazo, cóhai nhóm azo là diazo và cónhiều nhóm azo là tri và polyazo Thuốc nhuộm azo được sản xuất nhiều, chiếm 50%tống sản lượng thuộc nhuộm Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát R - SO?,Na. Khi hoà tan trong nước nóphân ly cho về dạng anion thuốc

nhuộm và bắt màu vào sợi trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tínhhoặc môi trường kiềm Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có 92% thuốc nhuộm azo.

Cl4Hi4N3NaO3S

(M= 327.33 g/mol)

C3?H27N3Na2OọS3(M= 799,814g/mol)

C32H22NóNa2OóS2(M= 696.6 g/mol)

1.1.5 Độc tính ciia thuốc nhuộm azo.

Trong công nghiệp may, khoảng 200.000tấn thuốc nhuộm bị mất trong quá trình nhuộm và hoàn thiện, lượng thuốc nhuộm này đi vào trong nước thải do việc sử dụng không hiệu quả cùa quá trình nhuộm Hầuhết lượng thuốc nhuộmthoát khỏi quá trình

xử lý nước thải thông thường và tồn tại trong môi trường Nước thải từ nhà máy dệtđược phân loại như là chất ô nhiễm trong các ngành công nghiệp, xét cả về tổng khối lượng phát sinh cũng như thành phần trong nước thải, vì thế nước thải màu nhuộm trở thành một trong những nguồn ô nhiễm môi trường trong thời điếm hiện tại Nước thải nhuộm dệt đặc trưng bởi sự biến động của nhiều thông số như nhu cầy oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), pH, màu sắc, tính kiềm Thành phần nước thải phụ thuộc vào các hợp chất hừu cơ, chất phụ trợ, thuốc nhuộmkhác nhau, và là những chấtgâyô nhiềm chính trong nước thải dệtnhuộm Đáng chú là một so sắc to có độ tínhcao và gây độc biếngen, cũng làm giảm sựkhuếchtán ánh sáng, giảmhoạt động hôhấp

và gây thiếu oxy trong nước [7].

Với một lượng lớn thuốc nhuộm tống hợp được sản xuất hằng năm, trong đóthuốc nhuộm azo chiến lượng lớn nhất trong số các loại thuốc nhuộm hữu cơđược sảnxuất trên thế giới do quá trình tổng hợp dễ dàng, hiệu quả cao, chi phí thấp, đa dạngchùng loại và bền màu Ảnh hưởng độc tính của thuốc nhuộmdo các tác nhân gây độc

của thuốc nhuộm hoặc do các dần xuất của aryl amin tạo ra những biến đổi sinh học trong co the sinh vật Các tác nhân gây độc hay dần xuất của thuốc nhuộm xâm nhậpvào cơ thể qua đường tiêu hóa, sau đỏ chuyển đổi thành các amine thơm nhờ enzyme azoreductase của các vi sinh vật đường ruột Neu là thuốc nhuộm có chứa nitro, việcchuyển hóa nitro thông qua enzyme nitroreductase Trong quá trình chuyển quá N- hydroxylamine được hình thành sè gây hại cho DNA của tế bào [2Ị.

Việc các hợp chất nhuộm đưa vào môi trường không chỉ gây ra một số vấnđề vềmặtthẩm mỹ do màusắc cùanước màcònđe dọa tới đời sống của những thực vật, động vật thủy sinh và ảnh hưởng đến sức khỏe con người [8] Thuốc nhuộmcó tính bền cao

và là những hóa chất khó phân hủy. Thậm chí, ở nồng độ thấp màu thuốc nhuộm gây tác động đến trực quan cùađộngvật, làm cản trở quá trình quang hợp, hòatan khí trong

ao, hồ, sông và các nguồn nước mặt khác gây thiệt hại cho động vật và thực vật thủy sinh Ngoài ra, nước thải chất nhuộm màu có thể chứa một lượng đáng ke các hợp chất độchại ảnh hưởng đến sức khỏe con người gây ra hiện tượng như buồn nôn, xuất huyết,loét da và màng nhầy, gây hại nghiêm trọng đến thận, hệ sinh sản, gan và hệ thần kinh trung ương, đồngthờicònđượcbiết đến như một chất gây ung thư cao [9], Thuốc nhuộm

có hoạt tính càng cao thì thường trong nước thải có màu càng đậm gây ra sự thay đổiđáng kế những đặc tính của nước như màu sắc, nhu cầu oxygen hóa, các chất rắn hòatan và giá trị pH dao động cao [10].

Azo là một trong những nhóm thuốc nhuộm thông dụng nhất trên thế giới [11Ịđược sử dụng rộng rãi trong các ngành dệt, in, mỹ phẩm, dược phẩm và chế biến thực phẩm cả trong phòng thí nghiệm [12] Ngày nay do vấn đề công nghiệp hóa đang diễn

ra mà vì vậy thuốc nhuộm azo ngày càng được ưa chuộng và sử dụng nhiều vì đặc tínhmàu sắc cao và cấu trúc -N=N- vòng arene ổn định [13] Và theo nhừng thống kê đượcnghiên cứu thì thuốc nhuộm azo là loại thuốc nhuộm hữu cơ lớn nhất và linh hoạt nhất

Có ít nhất 3.000 thuốc nhuộm azo được sử dụng cho các mục đích khác nhau trong ngành dệt, sản xuất giấy và thực phẩm và ở mức độ thấp hơn trong phòng thí nghiệmnghiên cứu [14] Có hơn 10.000 tên chung Chỉ so màu (CI) được gán cho các chất màuthương mại; khoảng4.500 đang được sửdụng và hơn 50% trong số này thuộc vềnhómazo [15], Vàmộtvài dần chứngcho thấy ở các nước cónềncông nghiệp hóa cao thì ungthư trở nên pho biến hơn và cóthe tồn tại mối liên hệ giữa sự gia tăng số ca ung thư và

sử dụng thuốc nhuộm azo [16] qua con đường phơi nhiễm trực tiếp, lâu dài với đường

hô hấp, da người hoặc khoang miệng thông qua các hoạt động thường ngày

Mối quan ngại về khả năng ô nhiễm lón nhất cùa thuốc nhuộm dệt chủ yếu là dođộc tính rõ ràng và khả năng gây ung thư từ thành phần nguồn gốc sản xuất như benzidine và các hợp chất thơm khác 117] Azo là nhóm thuốc nhuộm đặc biệt đượcquan tâm mà khi đi vào nguồn nước tự nhiên sẽ dần đến sự chuyển đổi nhóm azo sangcác amin thơm tạo thành việc tíchtụ sinh học gâyra nhữngcăn bệnh ác tính đối với sứckhỏe con người [18] Với thành phần cấu trúc hóa học của nhiều loại thuốc nhuộm azo chù yếu giới hạn ở những hợp chất có chứa p-phenylenediamine và các gốc benzidine

[19] là các thành phần gây ung thư [20] Thế giới đang bị hủy hoại bởi azo Một số dẫnchứng đã cho thấy rằng,tỷlệ mắc ung thư bàng quang là rấtcao ở những công nhân tiếp xúc với các amin thơm 2-naphthylamine, benzidine và 4 aminobiphenyl [21] thông quađường hô hấp và ăn uống

Bảng 1.4 trình bày một số chấttạomàucóđộđộc cao ảnhhưởng đến sức khỏe conngười.

Bảng 1.4: Các chất tạo màu có độ độc cao ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Nhóm thuốc azo có thể sinh ra hợp chất amit gây ung thư (loại Al)

(Nguồn: Trung tâm Khoa học và Công nghệ Môi trường, 2005)

1.1.6 Tình hình sử dụng và vấn đề ô nhiễm môi trường do thuốc nhuộm trên thế giới và Việt Nam.

Tình hình sửdụng thuốc nhuộm trong ngành dệtmay và các ngành khác liên quantrên thế giới:

Ngành công nghiệp thuốc nhuộm là một trong những ngành hóa học lâu đời Với

sự phát triển cùa khoa học kỳ thuật dần đen sự đa dạng về các loại thuốc nhuộm màu Trong đó, thị trường thuốc nhuộm lớn nhất là ngành công nghiệp dệt may, vần trong giai đoạn cạnh tranh khốc liệt và ngày càng gia tăng trên toàn cầu Ngành công nghiệp dệt may là một trong những ngành lớn nhất trên toàn cầu và sản xuất 60 tỷkg vải hàngnăm, sử dụng lên đen nghìn tỷ gallon nước, ước tính hơn 10.000 loại thuốc nhuộm khác nhau và các chất màu được sử dụng trong công nghiệp và hơn 7.105 tấn thuốcnhuộm tổng họp được sản xuất mồi năm trên toàn the giới Ngày nay châu Á đã trở thành thị trường thuốc nhuộm lón nhất, chiếm khoảng 42% giá trị của thị trường thuốcnhuộm toàn cầu Các giá trị của thị trường thuốc nhuộm toàn cầu năm 1999 được ước tính vào khoảng 6,6 tỷ USD, tăng 18% giá trị so với năm 1996. Bắc Mỹ chiếm 1,2 tỷ USD, Trung và Nam Mỹ 0,7 tỉ USD, Tây Âu chiếm 1,2 tỷ USD và châu Á (trong đó có

a Vấn đề ô nhiềm môi trường do thuốc nhuộm trên thế giới

Hàng năm khoảng 280.000 tấn thuốc nhuộmđược thải ra môi trường trên toàn thếgiới chủ yếu từ ngành công nghiệp dệt may, các chấtnhuộm màu độc hại và khó phânhủy sinh học Chất ô nhiễm chính trong nước thải dệt may chủ yếu từ quá trìnhhoàn tất

và nhuộm Nước thải từ ngành công nghiệp dệt may gồm hồn họp của nhiều chất gây ô nhiễm môi trường như muối, acid, kim loại nặng, thuốc trừ sâu chlor hữu cơ, bột màu

và thuốc nhuộm Hiệu suất thấp trong việc nhuộm màu dẫn đến một lượng lớn thuốcnhuộm còn dư hoà vào trong nước thải, trong quá trình dệt và cuối cùng được thải ra môi trường [23].

Van đe ô nhiễm môi trường từ ngành công nghiệp dệt may có một chiều hướngnghiêm trọng, trong đó Ản Độ là nơi sản xuất và xuất khấu hàng dệt may lớn trên thếgiới Vấn đe chính cùa ngành công nghiệp dệt may chù yếu là tạo ra một lượng lớn nguồn nước thải ô nhiềm và nhu cầunước cao Trong nước thải chứa một lượng lớn các hóa chất hừu cơ và muối [24].

Trong năm 2010, ngành công nghiệp dệt may của Trung Quốc đứng thứ ba trên thế giới với lượng xả nước thải 2,5 tỷ tấn nước thải mỗi năm Các ngành công nghiệp dệt may thải khoảng 300.600 tấn COD và đóng góp tới 8,2% ô nhiễm COD ở Trung Quốc. Với khoảng 6.000nhà máydệt vi phạm các quy định về môi trường như: xả chất

ô nhiễm chưa được xử lý, xử lý không đúng cách, vượt quá tổng lưu lượng chất gây ônhiễm cho phép [25].

b Vấn đề ô nhiềm môi trường do thuốc nhuộm ở Việt Nam

Theo tạp chí khoa học của cục Môi Trường (2005), tại Việt Nam ước tính khoảng120-300 m3 nước/tấn vải được thải ra môi trường từ công đoạn nhuộm vải Trong nướcthải ngành dệt nhuộm chứa lượng lớn màu nhuộm và các họp chất khó phân huỷ khác Nước thải dệt nhuộm có mức ô nhiễm các họp chất hừu cơ vàcác chất vôcơ cao, đượcthểhiện qua chỉ số COD và BODs, tỷlệ COD/BOD nàynằm trong khoảng 2:1 - 3:1, có khả năngphân huỷ sinh học Ngoài ra, trongnước thải dệtnhuộm có độc tính cao, đongthời pH cao khoảng 9-12, ngoài ra, còn chứa các halogen hữu cơ, kim loại nặng như đồng, niken, thuỷ ngân, chì, kẽm

Nước thải dệt may cùa Việt Nam có thành phần rất đa dạng gồm các hoá chất phụ trợ, một số kim loại nặng (crom, nhân thơm benzen), chất hoạt động bề mặt (hàmlượng khá cao 10-12 Mg/1) Một lượng lớn các họp chất rất bền khác cùng thải vào môi trường [26].

1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm.

Trong vòng vài năm trở lại đây con người nhận thức rõ ràng hơn về những tácđộng đối với môi trường và sức khoẻ con người của các loại thuốc nhuộm màu, do vậy việc phát triển các phương pháp nhằm xử lý tình trạng ô nhiễm môi trường cũng nhưchù động xử lýnước thải của các nhà máy có sử dụng thuốc nhuộm là nhu cầu tất yếu

và bắt buộc Có rấtnhiều phương pháp đã được sử dụng cóhiệuquảtrong việc loại màuthuốc nhuộm, được chiathành 3 nhóm lớn là các phương pháp sinh học, hoá học và vật

lý Các phương pháp vật lý và hoáhọcbao gồmhấpphụ, quangxúc tác, phân huỷ quangxúc tác hấp phụ, ozone hoá, đông tụ, điện đông tụ các phương pháp điện hoá, phươngpháp tách màng, phương pháp siêu âm, Oxy hoá không khí ướt, phương pháp màng nhũtương lỏng, đã ứng dụng thành công trong việc xừ lý các chất màu khác nhau Cácphương pháp loại bỏ màu thuốc nhuộm có thể được chia thành hai nhóm phân huỷ vàkhông phân huỷ (Hình 1.2) Bảng 1.5 đã tong kết các ưu điếm và nhược điểm của một

số phương pháp hiện nayđang sử dụngtrong công nghệ loại bỏ thuốc nhuộm.

Bảng 1.5: ưu và nhược của một số phương pháp xừ lý các hợp chất hữu cơ màu

Quang hóa

Không tạo ra lượng bùnlớn, tốc độ xử lý nhanh vàhiệu quả hấp phụ các chất màu tốt.

Hình thành các sảnphẩm phụ, giá thành năng lượng cao

Phân hủy sinh học

Giá thành kinhtế, cóthethực hiện ở tất cả các quymô

Tốc độ xử lý chậm, cầnthiết lập điều kiện môi trường tối ưu, đòi hỏi các điều kiện giàu dinh dưỡng

để duy trì.

Hấp phụ lên cacbon hoạt

tính

Khả năng hấp phụ cao vàkhông có sự phân hủy hóahọc Có khả năng thực hiện ở mô hình có dòng chảy lớn, chất lượng nướcsau xử lýtốt mà không

Giá thành vận hành cao, do vậy khó có thể mở rộng quy trình ở quy mô lớn; Không hiệu quả đốivới một số loại thuốcnhuộm có độ phân tán cao.

tồn dư bùn củng như cáccặn chứa.

Điệnhóa

Không cần bổ sung các chấthóa học, dề dàng vậnhành và khả năng loại bỏchất màu cao, sảnphấmcuối cùng không độc hại

Giá thành điện cao

Trao đôi ion

Không thất thoát các chất hấp phụ, cóhiệu quả loạimàu tốt.

Giá thành cao, không hiệu quả đối với thuốcnhuộm có độ phântán cao Không hiệu quả trong các

hệ thống cột hoặc dòng chảyhấp phụ

Oxy hóa nâng cao (AOPs)

Không chuyến các chất độc hại từ pha này sang pha khác, đồng thời củng không tạo ra một lượnglớn bùn thảiđộc hại Chỉ mộtlượng nhở hóa chất bịtiêu hao và có hiệuquảcao đối với các loại màu

Giá thành vận hành cao. Hiệu quả xử lý chưa tưong xứng với thành phần

đa dạng cùa nước thải dệtnhuộm.

bển vững Những chất hừu cơ thường bị Oxyhóađến sản phẩm CO2.

Hấp phụ

Vận hành đơn giản, không

có tính chọn lọc các chất độc và có the tái sừ dụng các vật liệu hấp phụ Quytrình được thực hiện nhanh, rè, thân thiện với môi trường vàcó the tái

sử dụng các vật liệu thải.

Đòi hỏi phải thay đối thành phần hóa học, quátrình không phân hủy. Quá trình vận hành và tái hoạthóa thường làm mất hoạt tính hấp phụ của cacbon,

do đó dẫn đến giá thành sửdụng phương pháp nàychưakinh tế

Điện đông tụ Có hiệu quả cao

Đòi hỏi một lượng lớn nước đe tạo ra năng lượngcho quá trình đông tụ Thiếu một thiết kế chungcho các nồi phản ứng theo

mẻhoặc liên tục Quytrìnhbào gồm nhiều cơ chết phức tạp

Sinh khối

Giá thànhvận hành thấp, hiệu quả tốt đối với một

số loại thuốc màu, không gâyđộc hại lêncác tế bào

vi sinh vật

Tốc độ xử lý chậm vàdiễn ra phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như pH, nồng độ và thành phần muối

Phương pháp thường được sử dụng hiện nay để xử lý nước thải dệt nhuộm là phương pháp hoá lý và phương pháp oxy hóa bậc cao Với phương pháp hóa lý như keo

tụtạo bông, tuyển nồi và hấp phụ thu được hiệu quả cao trong việc khử độ màu và giảm nồng độ COD nhưng có nhược điểm là chi phí hóa chất cao và tạo ra chất thải nguy hạilớn bùn hóa phẩm. Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa bậc cao sửdụng các chất oxy hóa như Chlorine (CI2), Hydroxy PerOxyde (H2O2) và Ozone (O3),với CI2 được đánh giá là chất oxy hóa kinh tế nhất nhưng vẫn cónhược điếm là chi phíđầu tư và chi phí vậnhànhcao,đặcbiệtlà không thích họp để xửlýnướcthải dệt nhuộm

có nồng độ chất ônhiễm lớn

Mặt khác, quá trình xử lý sinh học cũng có thể được ứng dụng để xử lý nước thải dệtnhuộm với hiệu quảcao, không tốn nhiềuchiphí và khôngtạo ra nhiều chất thải gây ảnh hưởng đến môi trường nhưng lại không được ứng dụng phổ biến ở Việt Nam.Phương pháp này đà được ứng dụng rất nhiều ở quốc tế nhưng ở Việt Nam thì việc nghiên cứu này vẫn chưa được nghiên cứu sâu và chưađược quan tâm.

1.2.1 Các phương pháp hóa lý.

Các phương pháp hóa lý đơn thuần có đặc diem chung là chuyển chất ô nhiễm(chất màu)từphanày sang phakhác màkhông làm biếnđổibản chất, cấu trúc chất màu

Do đó, trong xử lý chất màu thì các phươngpháp hóa lý có nhược diêm chung là không

xừ lý triệt để chất màu để chuyển chúng thành các chất không gây ô nhiễm hoặc các chất dề phân hủy sinh học hơn

Phương pháp keo tụ

Keo tụ là hiện tượng các hạtkeo cùng loại có khả năng hút nhau tạo thành những tập họp hạt có kích thước và khối lượngđủ lớn đe có thế lắng xuống do trọnglực trongmột thời gian ngắn Phương pháp keo tụ để xử lý chất màu dệt nhuộm là phương pháptách loại chấtmàu gây ô nhiễm ra khỏi nước dựa trên hiện tượng keo tụ về nguyên tắc,

do có độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn nên các hạtkeo cóxu hướng hút nhaunhờcác lực be mặt. Tuy nhiên, do cáchạtkeo có cùng loại điện tích cùng dấuđặc trưng bang the zeta (ệ) nên các hạt keo luôn đấy nhau bởi lực tình điện, cản trở sự hút nhau tạo các hạt và lắng xuống Như vậy thế ệ càng lớn hệ keo các bền (khó kết tủa), thế ệcàng nhỏ thì các hạtkeo càng dề bị keo tụ Trong trường họp lý tưởng khi thế ệ bằng 0

thì các hạt không tích điện và dễ dàng hút nhau bởi lực bề mặt đế tạo thành các hạt có khối lượng lớn và lắng xuống.

Phương pháp keo tụ được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dệt nhuộm đốivới các thuốc nhuộm phân tán và khôngtan Đây là phương pháp khả thi vềmặtkinhtế,tuy nhiên nó không xử lý được tất cả các loại thuốc nhuộm : thuốc nhuộm acid, thuốc nhuộm trực tiếp; thuốc nhuộm hoàn nguyên kẹo tụ tốt nhưng không lắng kết dễ dàng, bông cặn chất lượng thấp, thuốc nhuộm hoạttính rất khó xử lý bằng các tác nhân kẹo tụ thông thường và còn ít được nghiên cứu Bên cạnh đó phương pháp keo tụ cũng tạo ra một lượng bùn thải lớn vàkhông làm giảm tong chất rắn hòa tan nên gây khó khăn chotuần hoàn nước.

Phương pháp hấp phụ

Nguyên lý của phương pháp dựa vào đặc tính bên trong vật rắn thường chứa các nguyên tử (ion hoặc phân tử), giữa chúng có các liên kết cân bang để tạo ra các mạngliên kết cứng (chất vô định hình) hoặc các mạng tinh thể có qui luật (chất tinh thể).Trong khi đó, các nguyên tử (ion hoặc phân tử) nằm ở bề mặt ngoài không được cân bằng liên kết,dođókhitiếp xúc với mộtchấtkhí (hơi hoặc lỏng),vậtrắn luôn có khuynh hướng thu hút các chất này lên bề mặt của nó để cân bằng liên kết Ket quả là nồng độcủa chất bị hấp phụ (khí, lỏng) ở trên pha bề mặt lớn hơn trên pha thể tích Vậy, hiện tượng hấp phụ là sự tăng nồng độ cùa khí (hơi hoặc lỏng) trên bề mặt phân cách pha(rắn - khí hoặc rắn - lỏng)

Ngay cả khi bề mặt được làm nhằn một cách cấn thận thì nó cũng không thực sựbằngphăngtrên phương diệnvi cấu trúc. Thực ra trên bề mặt củanó luôn tồn tại những vùng bất thường với những vết gấp, khe nứt. .không đong nhấthình học Những vùng này thườngtồn tại những trường lực dư Đặc biệt, cácnguyêntừbềmặt của chấtrắn cóthe hấp dần các nguyêntử hay phân tử trong pha khí hay pha lỏng ở môi trường xung quanh Tương tự như thế, bề mặt của tinhthe hoàn thiện cũng tồn tại những trường lựckhông đồng nhất do cấu trúc nguyên tử trong tinh the Những be mặt như thế tồn tại nhữngtrung tâm hay tâm hoạt tính có khả năng hấp phụ cao.

Rõ ràng, chất hấp phụcóbềmặtcàngphát triển thì khảnăng hấp phụ càng tốt Vớichất hấp phụ có bề mặtcàng phân cực thì khả năng hấp phụ các chất phân cực tốt hơn