Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVY HGL bởi phương pháp keo tụ tạo bông bằng hệ fe3 bùn đỏ và hệ fe3 bã chiết bùn đỏ

30 2.2.4.1.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán Lonsperse NAVY HGL bởi phương pháp keo tụ tạo bông bằng hệ Fe3+/bùn đỏ .... 30 2.2.4.2.Khảo sát các yếu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Trần Thị Yến Nhung

Lớp: 12CHP

1 Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVY HGL bởi phương pháp keo tụ tạo bông bằng hệ Fe3+/bùn đỏ và Fe3+/bã chiết bùn đỏ

2 Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị:

- Nguyên liệu: Bùn đỏ lấy từ nhà máy Alumin Tân Rai – Lâm Đồng, thuốc nhuộm phân tán Lonsperse NAVY HGL

- Dụng cụ: Bình tam giác, bình định mức, pipet các loại, buret, phễu, cốc, ống đong

- Thiết bị: Bếp cách thủy, máy đo pH Branson (Anh), cân phân tích Precisa (Đức), máy quang phổ UV – VIS Lambda 25 – Perkin Elmer (USA), tủ sấy, máy khuấy từ

- Hóa chất: FeCl3.6H2O, H2C2O4.6H2O, H2SO4 đậm đặc 98%, KMnO4, nước cất, MnSO4.4H2O, HCl đậm đặc 36 - 38%, H3PO4 đặc (d = 1.7g/ml)

3 Nội dung nghiên cứu:

- Xác định hàm lượng Fe3+ trong bùn đỏ

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông bằng hệ

Fe3+/bùn đỏ như: nồng độ phèn sắt, pH, thời gian khuấy, lượng bùn đỏ

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông bằng hệ Fe3+/bã chiết bùn đỏ như: nồng độ phèn sắt, pH, thời gian khuấy, lượng bã chiết bùn đỏ

4 Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Xuân Vững

5 Ngày giao đề tài:

6 Ngày hoàn thành:

Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày … tháng … năm 2016

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày … tháng … năm 2016 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ, tên)

LỜI CẢM ƠN

Được sự chấp thuận của Khoa Hóa trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng và của thầy giáo hướng dẫn TS Bùi Xuân Vững tôi đã thực hiện đề tài khóa luận tốt

nghiệp: “Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVY

HGL bởi phương pháp keo tụ tạo bông bằng hệ Fe 3+ /bùn đỏ và Fe 3+

/bã chiết bùn đỏ”

Để hoàn thành khóa luận này, tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong Khoa Hóa Trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng, những người đã tận tình chỉ bảo, dạy dỗ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện tại Trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Bùi Xuân Vững, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi thực hiện khóa luận này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên, ủng hộ rất lớn về mặt tinh thần cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu khóa luận

Mặc dù tôi đã cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, song do lần đầu mới làm quen với công trình nghiên cứu, tiếp cận với thực tế còn ít cũng như còn hạn chế về mặt kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa nhận ra được Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và thông cảm của quý Thầy, Cô giáo và các bạn để khóa luận được hoàn chỉnh hơn

Cuối cùng, kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp trồng người đầy cao quý

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2016

Sinh viên thực hiện Trần Thị Yến Nhung

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.Lý do lựa chọn đề tài 1

2.Mục đích nghiên cứu 3

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4.Phương pháp nghiên cứu 3

4.1.Nghiên cứu lý thuyết 3

4.2.Nghiên cứu thực nghiệm 4

5.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

5.1.Ý nghĩa khoa học 4

5.2.Ý nghĩa thực tiễn 4

6.Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1.TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM 5

1.1.1.Khái quát về thuốc nhuộm 5

1.1.2.Phân loại thuốc nhuộm 5

1.2.TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM PHÂN TÁN 7

1.2.1.Cấu trúc của thuốc nhuộm phân tán 7

1.2.2.Ứng dụng của thuốc nhuộm phân tán 9

1.3.TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 9

1.3.1.Tình hình phát triển của ngành dệt may trên thế giới và ở Việt Nam 9

1.3.2.Thành phần nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm 10

1.3.3.Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường 11

1.4.TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ 11

1.4.1.Giới thiệu về bùn đỏ 11

1.4.2.Công nghệ Bayer 12

1.4.3.Tác hại của bùn đỏ 13

1.4.4.Một số phương pháp xử lý bùn đỏ 13

1.5.PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TẠO BÔNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 14

1.5.1.Cấu tạo hạt keo 14

1.5.2.Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông 15

1.5.2.1.Nguyên tắc 15

1.5.2.2.Quá trình keo tụ bởi muối Fe(III) gồm các giai đoạn sau 16

1.5.3.Cơ chế hấp phụ bắc cầu 17

1.5.4.Keo tụ tạo bông trong xử lý nước thải dệt nhuộm 18

1.6.Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS 19

1.6.1.Cở sở lý thuyết của phương pháp 19

1.6.1.1.Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu 19

1.6.1.2.Các định luật cơ bản về sự hấp thụ ánh sáng 20

1.6.1.3.Các đại lượng hay sử dụng 21

1.6.2.Phân tích định lượng bằng phương pháp đường chuẩn 22

CHƯƠNG 2:ĐỐI TƯỢNG, NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1.NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT 24

2.1.1.Nguyên liệu và hóa chất 24

2.1.2.Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 24

2.1.2.1.Dụng cụ 24

2.1.2.2.Thiết bị 24

2.2.TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 25

2.2.1.Xử lý bùn đỏ và chuẩn bị hóa chất 27

2.2.1.1.Xử lý bùn đỏ 27

2.2.1.2.Chuẩn bị hóa chất 27

2.2.2.Xác định hàm lượng Fe3+ (Fe2O3) trong bùn đỏ 28

2.2.2.1.Phá mẫu 28

2.2.2.2.Chuẩn hóa nồng độ dung dịch chuẩn KMnO 4 0.1N (0.02M) 28

2.2.2.3.Xác định hàm lượng Fe 3+ 29

2.2.3.Xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm phân tán 30

2.2.4.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông 30

2.2.4.1.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán Lonsperse NAVY HGL bởi phương pháp keo tụ tạo bông bằng hệ Fe3+/bùn đỏ 30

2.2.4.2.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán Lonsperse NAVY HGL bởi phương pháp keo tụ tạo bông bằng Fe3+/bã chiết bùn đỏ 31

CHƯƠNG 3:KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1.Xác định hàm lượng Fe3+ (Fe2O3) trong bùn đỏ 33

3.1.1.Chuẩn hóa nồng độ dung dịch chuẩn KMnO4 0.1N (0.02M) 33

3.1.2.Xác định hàm lượng Fe3+ 33

3.2.Xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm 34

3.3.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông bởi hệ Fe3+/bùn đỏ 34

3.3.1.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt 34

3.3.2.Khảo sát ảnh hưởng của pH 36

3.3.3.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy 37

3.3.4.Khảo sát ảnh hưởng của lượng bùn đỏ 39

3.4.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông bởi hệ Fe3+/bã chiết bùn đỏ 40

3.4.1.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt 40

3.4.2.Khảo sát ảnh hưởng của pH 42

3.4.3.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy 43

3.4.4.Khảo sát ảnh hưởng của lượng bã chiết bùn đỏ 45

3.5.So sánh khả năng keo tụ tạo bông thuốc nhuộm phân tán bởi hệ Fe3+/bùn đỏ và Fe3+/bã chiết bùn đỏ 46

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

1.KẾT LUẬN 50

2.Hàm lượng Fe3+ trong bùn đỏ 50 3.Quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán bởi phương pháp keo tụ tạo bông bằng hệ

Fe3+/bùn đỏ 50 4.Quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán bởi phương pháp keo tụ tạo bông bằng hệ

Fe3+/bã chiết bùn đỏ 50 5.Kiến nghị 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sự hấp thụ màu của các dung dịch màu 20

Bảng 3.1 Kết quả chuẩn độ dung dịch chuẩn KMnO4 33

Bảng 3.2 Kết quả chuẩn độ KMnO4 để xác định hàm lượng Fe3+ 33

Bảng 3.3 Bảng giá trị xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm 34

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt đến quá trình keo tụ tạo bông thuốc nhuộm 35

Bảng 3.5 Kết quả ảnh hưởng của pH đến quá trình keo tụ tạo bông thuốc nhuộm phân tán 36

Bảng 3.6 Kết quả ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình keo tụ tạo bông thuốc nhuộm 38

Bảng 3.7 Kết quả ảnh hưởng của lượng bùn đỏ đến quá trình keo tụ tạo bông thuốc nhuộm 39

Bảng 3.8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt đến quá trình keo tụ tạo bông thuốc nhuộm phân tán 41

Bảng 3.9 Kết quả ảnh hưởng của pH đến quá trình keo tụ tạo bông thuốc nhuộm phân tán 42

Bảng 3.10 Kết quả ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình keo tụ tạo bông thuốc nhuộm 44

Bảng 3.11 Kết quả ảnh hưởng của lượng bã chiết bùn đỏ đến quá trình keo tụ tạo bông thuốc nhuộm phân tán 45

Bảng 3.12 Kết quả xử lý tối ưu thuốc nhuộm phân tán bởi hai hệ keo tụ tạo bông Fe3+/bùn đỏ và Fe3+ /bã chiết bùn đỏ 47

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bộ khung cấu trúc của hầu hết các thuốc nhuộm phân tán monoazo 8

Hình 1.2 Bể chứa bùn đỏ 12

Hình 1.3 Quá trình kết bông hạt keo bởi Polymer 18

Hình 1.4 Đồ thị mô tả sự phụ thuộc tuyến tính giữa mật độ quang D và nồng độ C. 23

Hình 2.1 Qui trình xử lý bùn đỏ 25

Hình 2.2 Qui trình keo tụ tạo bông bằng hệ Fe3+/bùn đỏ 26

Hình 2.3 Qui trình keo tụ tạo bông bằng hệ Fe3+/bã chiết bùn đỏ 26

Hình 3.1 Đồ thị xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm 34

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ phèn đến hiệu suất xử lý 35

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý 37

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất xử lý 38

Hình 3.5.Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng bùn đỏ đến hiệu suất xử lý 40

Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ phèn đến hiệu suất xử lý 41

Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý 43

Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất xử lý 44

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng bã chiết bùn đỏ đến hiệu suất xử lý 46

Hình 3.10 Bùn đỏ nguyên chất (bên trái) bã chiết bùn đỏ (bên phải) 48

Hình 3.11 Dung dịch thuốc nhuộm ban đầu (200ppm) 48

Hình 3.12 Dung dịch thuốc nhuộm sau xử lý bằng hệ Fe3+/bùn đỏ 49

Hình 3.13 Dung dịch thuốc nhuộm sau xử lý bằng hệ Fe3+/bã chiết bùn đỏ 49

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AOX :Adsorbable Organohalogens

AQ :Anthraquinon BOD :Biochemical Oxygen Demand COD :Chemical Oxygen Demand QĐTH :Quyết định thế hiệu

Rpm :Revolutions per minute

TS :Total Solids

UV :Utra Violet VIS :Visibility Spectrum

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta đang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ, không những ở thành thị mà ở cả nông thôn, nó đem lại những lợi ích vô cùng lớn cho đất nước, góp phần tăng thu nhập quốc dân Những khu công nghiệp, cụm điểm công nghiệp mọc lên ngày càng nhiều, tạo ra nguồn sản phẩm dồi dào đáp ứng được nhu cầu thiết yếu của xã hội, giải quyết được vấn đề việc làm cho người dân Bên cạnh những lợi ích về mặt kinh tế thì chúng ta cũng thấy rõ mặt tiêu cực của nó đó là vấn đề môi trường tự nhiên đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, chính con người chúng ta đang dần hủy hoại môi trường sống của mình và của các loài sinh vật khác Các chất thải thải ra từ các công đoạn sản xuất mà không qua xử lý hoặc xử lý không triệt để được thải trực tiếp ra ngoài tự nhiên Vì vậy, việc nâng cao ý thức của con người, xiết chặt công tác quản lý môi trường và tìm ra biện pháp giảm thiểu là công việc ý nghĩa hiện nay

Ở Việt Nam, dệt nhuộm và luyện kim là hai trong số những ngành công nghiệp trọng điểm, giữ những vị trí then chốt, chiến lược quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân Tuy nhiên, do đặc thù sản xuất, mỗi ngành công nghiệp trên lại có những ảnh hưởng tiêu cực nhất định tới môi trường Ở ngành dệt nhuộm, vấn đề điển hình nhất là nước thải màu, trong khi đó ngành công nghiệp luyện kim đặc biệt là luyện nhôm từ quặng bauxite đã tạo ra lượng thải bùn đỏ khổng lồ

Hiện nay, ngành công nghiệp dệt nhuộm có những bước phát triển mạnh mẽ, tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng có chất lượng cao đáp ứng được nhu cầu trong nước cũng như xuất khẩu và đồng thời giải quyết vấn đề việc làm trong xã hội, thúc đẩy tăng trưởng nhanh kim ngạch xuất khẩu cho đất nước Trong quá trình hoạt động sản xuất, các cơ sở dệt nhuộm đã tạo ra lượng lớn chất thải có mức độ gây ô nhiễm cao Nuớc thải sinh ra từ dệt nhuộm thuờng có nhiệt độ cao, độ pH lớn, chứa nhiều loại hóa chất, thuốc nhuộm khó phân hủy, chứa nhiều màu Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước và hậu quả là tổn hại đến sức

khỏe con người và các sinh vật thủy sinh Ngoài ra, sự hiện diện của thuốc thuộm trong nước còn ngăn cản sự xuyên thấu của ánh sáng mặt trời vào nước, làm giảm quá trình quang hợp của các loài tảo kéo theo sự giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước Thuốc nhuộm còn có độc tính với nhiều loại động vật thủy sinh, màu của thuốc nhuộm làm mất vẻ mỹ quan của môi trường nước Nếu không được xử lý tốt, nước thải do dệt nhuộm sẽ gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước

và trực tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Để góp phần hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm, nhiều nhà máy dệt nhuộm đã xây dựng các hệ thống, trạm xử lý nước thải với các phương pháp xử lý phổ biến như phương pháp hóa học, sinh học, lọc màng, oxy hóa, xử lý bằng ozon Tuy nhiên những phương pháp xử lý này đạt hiệu quả không cao và cần có kinh phí đầu tư cao Vì vậy cần có phương pháp xử lý triệt

để hơn, giảm giá thành Trước thực trạng đó, người ta đã nghiên cứu một loại vật liệu mới có khả năng xử lý màu, thân thiện với môi trường, giá thành rẻ phù hợp với điều kiện Việt Nam đó là bùn đỏ

Cùng với nước thải dệt nhuộm gây ô nhiễm môi trường nước thì bã thải bùn

đỏ trong công nghiệp sản xuất nhôm (alumin) từ quặng bauxite theo công nghệ Bayer cũng làm cho môi trường đất, nước, không khí bị ô nhiễm nghiêm trọng Lượng bùn đỏ này được bơm vào các hồ chứa mà vẫn chưa có quy trình xử lý cụ thể Đặc trưng của bùn đỏ là có kích thước nhỏ, khi khô dễ phát tán bụi vào không khí gây bệnh về da, mắt, hô hấp Do quá trình sản xuất, nước thải từ bùn đỏ có độ

pH cao từ 10 đến 13 nếu tràn ra ngoài sẽ gây bỏng da, mất độ nhờn làm da khô ráp, sần sùi, nứt nẻ, giết chết sinh vật và cây cỏ xung quanh Lượng bùn này phát tán bụi, hơi hóa chất làm ô nhiễm, ăn mòn các loại vật liệu Ngoài ra việc lưu trữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài làm cho dung dịch thấm vào đất gây ô nhiễm đất và mạch nước ngầm trong đất [6] Do hạt bùn đỏ có kích thước mịn nhỏ nên rất thuận lợi cho hỗ trợ trong việc tạo bông giúp gắn kết các hạt keo lơ lửng lại với nhau Mặt khác trong bùn đỏ cũng chứa một lượng sắt nhất định, sau khi chiết sắt sử dụng cho phương pháp Fenton oxalat, chúng ta cũng có thể tận dụng bã chiết bùn

đỏ để làm chất trợ đông trong xử lý màu thuốc nhuộm bằng phương pháp keo tụ tạo

bông Như vậy, chúng ta vừa có thể tận dụng bùn đỏ, giúp cho việc xử lý chất thải này ở Tây Nguyên, vừa có thể xử lý được màu của thuốc nhuộm còn dư thừa trong nước thải dệt nhuộm

Chính vì vậy tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc nhuộm

phân tán LONSPERSE NAVY HGL bởi phương pháp keo tụ tạo bông bằng hệ

Fe 3+ /bùn đỏ và Fe 3+ /bã chiết bùn đỏ”

2 Mục đích nghiên cứu

- Xác định hàm lượng Fe3+ trong bùn đỏ tồn tại dưới dạng oxit sắt (Fe2O3)

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông bằng bùn đỏ và bã chiết bùn đỏ sau khi chiết sắt

- Đánh giá khả năng xử lý thuốc nhuộm phân tán Lonsperse NAVY HGL bởi hệ

Fe3+/bùn đỏ và Fe3+/bã chiết bùn đỏ

- Đóng góp thêm thông tin cho việc nghiên cứu hướng giải quyết bùn đỏ hiện nay

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Bùn đỏ lấy từ nhà máy Alumin Tân Rai tỉnh Lâm Đồng

- Thuốc nhuộm phân tán Lonsperse NAVY HGL

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Sử dụng phương pháp keo tụ tạo bông bởi hệ Fe3+/bùn đỏ và Fe3+/bã chiết bùn

đỏ

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Tham khảo các thông tin, tài liệu, các bài báo, giáo trình liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu tính chất, tác hại của bùn đỏ và biện pháp xử lý

- Nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng của thuốc nhuộm phân tán Lonsperse NAVY HGL

- Phương pháp keo tụ tạo bông trong xử lý nước thải có màu

- Phân tích và tổng hợp lý thuyết

- Trao đổi với giáo viên hướng dẫn

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Xác định hàm lượng Fe3+ trong bùn đỏ

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông bởi hệ Fe3+/bùn đỏ

và Fe3+/bã chiết bùn đỏ bằng phương pháp đo quang UV-VIS

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học

- Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc nhuộm phân tán Lonsperse NAVY HGL bởi phương pháp keo tụ tạo bông bằng hệ Fe3+/bùn đỏ và Fe3+

/bã chiết bùn đỏ nhằm đưa ra phương pháp xử lý nước thải mới, giảm chi phí xử lý

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Tìm hướng tận dụng nguồn bùn đỏ thải ra sau khi khai thác quặng bauxite

6 Cấu trúc luận văn

Ngoài các phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, nôi dung

luận văn gồm có 3 phần

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 2: Đối tượng, nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM [1]

1.1.1 Khái quát về thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là tên gọi chung của những hợp chất hữu cơ mang màu có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp, chúng rất đa dạng về cả màu sắc cũng như chủng loại Chúng có khả năng bắt màu hay gắn trực tiếp lên các sợi vải Màu sắc của thuốc nhuộm là do cấu trúc hóa học của nó quyết định

Trong phân tử của thuốc nhuộm có chứa những nhóm mang màu, đó là những nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị Những nhóm mang màu quan trọng là:

1.1.2 Phân loại thuốc nhuộm

Tùy thuộc cấu trúc, tính chất và phạm vi sử dụng thuốc nhuộm được phân chia thành các họ, các loại khác nhau Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất: + Phân loại theo cấu trúc hóa học

+ Phân loại theo đặc tính áp dụng

 Phân loại theo cấu trúc hóa học

Đây là cách phân loại căn cứ vào những điểm giống nhau trong cấu tạo hóa học của thuốc nhuộm, đặc biệt là cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó thuốc nhuộm có các họ khác nhau

- Thuốc nhuộm azo: là loại thuốc nhuộm quan trọng và có lịch sử phát triển rất lâu đời, chiếm khoảng 50% tổng sản phẩm lượng thuốc nhuộm

- Thuốc nhuộm nitro: là loại phẩm nhuộm hữu cơ thuộc dãy benzen và naphatalen có chứa ít nhất một nhóm nitro cùng với nhóm hydroxyl (-OH), imin (-NH), sunfo (-SO3H), hoặc các nhóm khác

- Thuốc nhuộm antraquinol: trong phân tử của loại thuốc nhuộm này có chứa một hay nhiều nhóm antraquinol hoặc các dẫn xuất của antraquinol

- Thuốc nhuộm aryl metan: là những dẫn xuất của metan, trong đó nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên kết của hệ thống mang màu

- Thuốc nhuộm phtaloxianin: đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên tử H trong nhóm amin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại còn các nguyên tử N khác thì tham gia tạo phức với ion kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm thay đổi

- Thuốc nhuộm lưu huỳnh: là những gốc thuốc nhuộm có chứa nhiều nguyên

tử lưu huỳnh

Ngoài ra , còn có các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến hơn như: thuốc nhuộm nitrozo, polymetyl, arylamin, azometyl,…

 Phân loại theo đặc tính áp dụng

Đây là cách phân loại các loại thuốc nhuộm thương mại đã được thống nhất trên toàn thế giới, trong đó mỗi thuốc nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa học, đặc điểm về màu sắc và phạm vi sử dụng

- Thuốc nhuộm hoàn nguyên bao gồm:

 Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan

 Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan

 Thuốc nhuộm lưu hóa

 Thuốc nhuộm trực tiếp

- Thuốc nhuộm phân tán

- Thuốc nhuộm bazơ – cation

- Thuốc nhuộm axit

1.2 TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM PHÂN TÁN

1.2.1 Cấu trúc của thuốc nhuộm phân tán [12]

Màu nhuộm phân tán không tan trong nước, tuy nhiên những hạt màu phân tán rất mịn dùng nhuộm các loại sợi polyester, triacetat và sợi 2 1/2 acetat Theo định nghĩa chính xác thì đây là các loại sắc tố màu có kích thước rất nhỏ, và nhờ sự hỗ trợ của chất làm giảm độ căng bề mặt khiến chúng có thể phân tán đều trong nước Trong nhóm màu phân tán này có rất nhiều các loại màu Azo, đã được thay đổi cấu trúc phân tử cho thích hợp Màu nhuộm phân tán là một nhóm màu rất quan trọng đối với sợi polyester bền chắc Vào năm 1999 sản lượng thương mại của dòng màu này tại Tây Âu ở vào khoảng 98 triệu Euro [13]

Đa số (khoảng 50%) thuốc nhuộm phân tán là thuốc nhuộm monoazo có khối lượng phân tử tương đối thấp (rmm) Chúng không chứa nhóm ion hòa tan trong các

bể nhuộm điều kiện, tức là chúng có bản chất không phải ion Một phần đáng kể của thuốc nhuộm phân tán còn lại là dẫn xuất anthraquinon(AQ), (khoảng 25%), nhưng chúng đang dần dần được thay thế (ngoại trừ một số màu hồng sáng và màu xanh)

vì chi phí và các vấn đề môi trường trong sản xuất Các thuốc nhuộm phân tán mới hơn đang ngày càng sử dụng các thành phần dị vòng Tức là, các gốc hóa học có chứa năm hoặc sáu vòng thơm thành phần chúng bao gồm nitơ, lưu huỳnh và oxi ở

vị trí của một hoặc nhiều hơn các nguyên tử carbon bình thường Những dị vòng có thể xuất hiện ở hai bên của nhóm mang màu azo, mặc dù có nhiều nhóm mang màu

ở trong chính phân tử của nó

Một số thuốc nhuộm còn lại đều là các chất hóa học độc đáo và trong sự đa dạng của các loại cấu trúc tìm thấy phù hợp với thuốc nhuộm phân tán là benzodifuranones, coumarin, methines (styryl hoặc arylamine), naphthalimides,

amin nitrodiphenyl và quinophthalones

Mức độ gắn màu của thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao 90 – 95%, nên nước thải ra không chứa nhiều thuốc nhuộm và mang tính axit Môi trường thuốc nhuộm

có tính axit và có nhiều chất hoạt động bề mặt có thể kết hợp trung hòa với dòng thải kiềm tính

 Thuốc nhuộm Monoazo [12]

Chủ yếu dựa vào sự hiện diện các hợp chất aminoazobenzene Trong đó tất cả các nhóm thế nhãn R1- R7 là hydro, -H Aminoazobenzene đã được tìm thấy để nhuộm sợi polyester mà không mang đến một màu tối bình thường của màu vàng với độ bền kém, do đó mà nó không được sử dụng như một loại thuốc nhuộm phân tán hiện nay, thậm chí để nhuộm acetate

R1

R3

R2

N N

Hình 1.1 Bộ khung cấu trúc của hầu hết các thuốc nhuộm phân tán monoazo

Tính chất hóa học của các nhóm thế R1 - R7 quyết định các đặc tính của sản phẩm thuốc nhuộm phân tán, từ chi phí, dễ dàng sản xuất thông qua màu sắc, độ bền màu và các tính chất nhuộm Cấu trúc ban đầu có thể mang thêm bốn nhóm thế

để thay thế tất cả các gốc hydro trên vòng cacbon thơm, nhưng thay thế như vậy sẽ không được bình thường

Sự linh hoạt cực trị của thuốc nhuộm azo và vị trí của nó như là yếu tố mang màu trong thuốc nhuộm thương mại và các chất màu có thể dễ dàng được minh họa bằng cách đầu tiên liệt kê một số các nhóm thông thường mà có thể có mặt tại các

vị trí R1 - R7 trong phân tử của một aminoazobenzene dựa trên thuốc nhuộm phân tán

1.2.2 Ứng dụng của thuốc nhuộm phân tán [13]

Ứng dụng của loại màu nhuộm này là dùng cho các loại sợi nhân tạo, các loại sợi không có nhóm -NH2 hoặc -OH tự do Chỉ dùng loại màu nhuộm này thì độ bền màu của sợi polyester trong ánh sáng và trong lúc giặt mới có thể đạt được Với nhiệt độ và các chất phụ gia, sợi sẽ được làm mềm ra, cấu trúc phân tử polymer sẽ

nở ra và hạt màu sẽ chui vào mạng lưới phân tử đó Trong nhiệt độ xài bình thường, hạt màu bị kẹt trong cấu trúc phân tử và không thể thoát ra ngoài Các loại sợi polyamid và polyacrylnitril cũng có thể nhuộm theo cách này Tuy nhiên độ bền màu nếu đem so với màu nhuộm có tính kềm hoặc màu nhuộm acid sẽ thấp hơn Nguyên nhân là màu được giữ lại theo cơ lý, thay vì phản ứng hóa học của nhóm

màu với các phân tử của sợi

1.3 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

1.3.1 Tình hình phát triển của ngành dệt may trên thế giới và ở Việt Nam

Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành quan trọng và có từ lâu đời vì nó gắn liền với những nhu cầu cơ bản của loài người là may mặc Sản lượng dệt Thế Giới ngày càng tăng cùng với gia tăng về chất lượng sản phẩm đa dạng về mẫu mã, màu sắc của sản phẩm Chẳng hạn như Ấn Độ, hàng năm sản xuất khoảng 4000 triệu mét vải với lực lượng lao động của ngành xấp xỉ 95 vạn người trong 670 xí nghiệp Ở Việt Nam ngành công nghiệp dệt may đang trở thành một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn trong các ngành công nghiệp[10] Ngành dệt may Việt Nam trong nhiều năm qua luôn là một trong những ngành xuất khẩu chủ lực của Việt Nam Với sự phát triển của công nghệ kĩ thuật, đội ngũ lao động có tay nghề ngày càng chiếm tỉ lệ lớn và sự ưu đãi từ các chính sách nhà nước, ngành dệt may

đã thu được nhiều kết quả đáng khích lệ, vừa tạo ra giá trị hàng hóa xuất khẩu, vừa đảm bảo nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu Theo số liệu của Tổng cục Hải quan, năm 2014 giá trị xuất khẩu dệt may đạt 20,91 tỷ USD, tăng 16,6% so với năm

2013 Đây là tốc độ tăng trưởng đáng ngưỡng mộ đối với mặt hàng có giá trị xuất khẩu lớn thứ hai cả nước

Ngành may hiện có 4.424 doanh nghiệp (tính đến 31/12/2013), sử dụng khoảng 2,5 triệu lao động Sản phẩm may đạt 4 tỷ đơn vị Ngành dệt may còn có

các sản phẩm khác bao gồm bông xơ 8000 tấn, sợi 900 nghìn tấn, vải 1,5 tỷ m2 Tỷ

lệ nội địa hóa chung toàn ngành đạt khoảng 50%.[15]

Ngày 19/11/2008, Bộ Công Thương đã ban hành Quyết định số BCT phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp dệt may đến năm 2015, định hướng đến năm 2020 Trong đó, mục tiêu phát triển là: Phát triển ngành dệt may trở thành một trong những ngành công nghiệp trọng điểm, mũi nhọn về xuất khẩu: thoả mãn ngày càng cao nhu cầu tiêu dùng trong nước, tạo thêm nhiều việc làm cho xã hội, nâng cao khả năng cạnh tranh[3] Với định hướng phát triển như trên, ngành dệt may đang dần tạo nên lượng nước thải ngày càng tăng, do đó việc

42/2008/QĐ-xử lý nước thải dệt nhuộm có ý nghĩa hết sức to lớn: đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng, đảm bảo phát triển bền vững ngành dệt may trong môi trường cạnh tranh, đảm bảo luật môi trường của Việt Nam cũng như các cam kết về môi trường của Việt Nam trước Thế giới, đồng thời làm tiền đề để tìm ra phương pháp thích hợp xử

lý các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học khác

1.3.2 Thành phần nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm[10]

Thành phần nước thải dệt nhuộm thải ra phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu nhuộm, bản chất của thuốc nhuộm, các chất phụ trợ và các hóa chất khác được sử dụng Nguồn nước thải bao gồm từ các công đoạn chuẩn bị sợi, chuẩn bị vải, nhuộm

và hoàn tất Nhìn chung nước thải dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải là các chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn và pH của nước thải cao do lượng kiềm trong nước thải lớn Trong số các chất ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm azo không tan – loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50% tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn Khi đi vào dòng thải chúng

không dễ dàng được phân hủy bởi vi sinh vật và các phương pháp xử lý thông thường

1.3.3 Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường[10]

- Độ kiềm cao làm tăng độ pH của nước Nếu pH > 9 sẽ gây độc hại cho các loài thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải

- Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng chất rắn TS Lượng thải lớn gây tác hại đối với các loài thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất của tế bào

- Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước, gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan vào trong nguồn nước

- Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan Các chất độc như sunfit, kim loại nặng, hợp chất halogen hữu cơ (AOX) có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật với hàm lượng tăng dần theo chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nguồn nước, gây ra một số bệnh mãn tính hay ung thư đối với người và động vật

- Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh

1.4 TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ

1.4.1 Giới thiệu về bùn đỏ[7]

Bùn đỏ là tên gọi một sản phẩm chất thải của công nghệ Bayer, phương pháp chủ yếu được áp dụng trong quá trình tinh luyện bauxite sản xuất Alumina Trong quá trình sản xuất Alumina, bauxite được nghiền nhỏ và lọc qua sàn 1mm Do đó, bùn thải khi khô là các hạt bụi mịn (60% hạt có <1 ) dễ phát tán vào trong

không khí gây ô nhiễm môi trường

Bùn đỏ sinh ra là tất yếu vì lượng nhôm trong quặng tính đạt đến 47-49% và phản ứng tách nhôm trong quặng đạt hiệu suất 70-75% Đây là nguồn thải lớn cần được quản lý, xử lý triệt để và an toàn

Hình 1.2 Bể chứa bùn đỏ

1.4.2 Công nghệ Bayer[16]

Hiện nay, 90% alumina được sản xuất theo phương pháp Bayer Phương pháp này do nhà Hóa học Karl Bayer người Áo phát minh vào năm 1887 Nguyên liệu chính để sản xuất alumina là quặng bauxite nhôm Trong bauxit có đến 30-54%

là alumina, Al2O3, phần còn lại là các silica, nhiều dạng ôxít sắt, và điôxít titan Alumina phải được tinh chế trước khi có thể sử dụng để điện phân sản xuất

ra nhôm kim loại Trong công nghệ Bayer, bauxite bị chuyển hóa bởi một luồng dung dịch natri hydroxit (NaOH) nóng lên tới 175 °C để trở thành hydroxit nhôm, Al(OH)3 tan trong dung dịch hydroxit theo phản ứng sau:

Al2O3 + 2OH − + 3 H2O → 2 [Al(OH)4]−Các thành phần hóa học khác trong bauxite không hòa tan theo phản ứng trên được lọc và loại bỏ ra khỏi dung dịch tạo thành bùn đỏ, quặng đuôi hay đuôi quặng của loại quặng bauxite Chính thành phần bùn đỏ này gây nên vấn nạn môi trường

về vấn đề đổ thải giống như các loại quặng đuôi của các khoáng sản kim loại màu nói chung Tiếp theo, dung dịch hydroxit được làm lạnh và hydroxit nhôm ở dạng hòa tan phân lắng tạo thành một dạng chất rắn, bông, có màu trắng Khi được nung nóng lên tới 1050 °C (quá trình canxit hóa), hydroxit nhôm phân rã vì nhiệt trở thành alumina và giải phóng hơi nước:

2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O

1.4.3 Tác hại của bùn đỏ[7]

- Bùn đỏ sau khi thải ra thì được bơm vào các ao bùn đỏ Tuy nhiên, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm bằng cách thấm vào đất và ô nhiễm nước bề mặt do nước mưa, nước chảy tràn mang theo các chất hóa học hòa tan từ các ao bùn đỏ này vào các sông, hồ là rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài

- Tiếp xúc thường xuyên với bụi bùn đỏ sẽ gây ra các bệnh về da, mắt Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, làm mất đi lớp nhờn làm da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy và loét mủ ở vết rách xước trên da

- Pha lỏng của bùn đỏ có tính kiềm gây ăn mòn đối với vật liệu Khi không được thu gom, cách ly với môi trường, nước này có thể thấm vào đất ảnh hưởng đến cây trồng, xâm nhập vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước

Các phương pháp xử lý bùn đỏ hiện nay đang được áp dụng bao gồm các phương án chính sau:

- Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ bằng cách tái sử dụng trong dây chuyền sản xuất hoặc trung hoà bằng nước biển (trường hợp nhà máy đặt cạnh biển) hoặc trung hoà bằng CO2

- Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường

- Xử lý bùn đỏ từ bãi thải, dùng cho các ứng dụng như vật liệu xây dựng (gạch, ngói, bê tông ), làm đường, chế biến sơn, chế tạo các vật liệu đặc biệt khác như: sản xuất xi măng, vật liệu composit bùn đỏ…

1.5 PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TẠO BÔNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.5.1 Cấu tạo hạt keo[9]

Toàn bộ hệ thống gồm có một nhân (hạt keo rắn - thường có cấu tạo tinh thể)

và lớp kép bao quanh được gọi là mixen hay hạt keo

Những ion có khả năng xây dựng mạng lưới tinh thể của nhân được hấp thụ lên bề mặt của nhân làm ion quyết định thế hiệu; các ion ngược dấu được giữ bởi lực hút tĩnh điện của các ion QĐTH được gọi là các ion nghịch (ion bù) và chúng tạo nên lớp hấp thụ cùng lớp khuếch tán Nhân cùng các ion QĐTH được gọi là

nhân mixen

Khi hạt keo chuyển động chỉ có nhân và một phần ion nghịch thuộc lớp hấp thụ là chuyển động, phần này được gọi là granun hay ion keo vì nó tích điện và chuyển dịch toàn bộ ở trong điện trường; phần các ion nghịch thuộc lớp khuếch tán

sẽ bất động một cách tương đối

Mô hình hạt keo Fe(III):

[mFe(OH)3] nFe3+ 3(n-x)Cl- 3xCl

Granun

Lớp điện tích kép Khi hòa tan FeCl3.6H2O trong nước xảy ra quá trình thủy phân:

FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 +3HCl

Fe(OH)3 tổ hợp với nhau tạo nên cấu trúc rắn, bền gọi là nhân Do diện tích bề mặt lớn nên chúng hấp thụ những ion có trong thành phần của tổ hợp Hạt ion gần giống với ion trong tổ hợp về tính chất và kích thước tạo thành nhân mixen Thế trên bề mặt nhân gọi là thế nhiệt động, bằng điện tích của tất cả ion bề mặt nhân (ion QĐTH)

[mFe(OH)3] + nFe3+ [mFe(OH)3] nFe3+

Nhân mixen này có điện tích dương nên phía ngoài lớp ion Fe3+ sẽ có một lớp ion âm trung hòa điện tích, mà ở đây là ion Cl-

, lớp ion được hấp thụ trên bề mặt nhân mixen gọi là lớp ion nghịch, lớp này gồm hai phần: một phần gắn chặt với ion

Fe3+ gọi là lớp hấp phụ, còn một phần lỏng lẻo hơn ở ngoài cùng gọi là lớp khuếch tán

Cả hai lớp ion dương và ion âm tạo thành lớp điện tích kép trên bề mặt hạt keo

1.5.2 Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông

Phương pháp keo tụ thường được dùng để xử lý độ đục, độ màu của nước thải nhuộm

1.5.2.1 Nguyên tắc[14]

Do có độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn nên các hạt keo có xu hướng hút nhau nhờ các lực bề mặt Song, do các hạt keo cùng loại tích điện cùng dấu đặc trưng bằng thế zeta (ξ) nên các hạt keo luôn đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh điện, ngăn chúng hút nhau tạo hạt lớn hơn và lắng xuống Như vậy thế ξ càng lớn hệ keo càng bền (khó kết tủa), thế ξ càng nhỏ hệ keo càng dễ bị keo tụ Trong trường hợp lý tưởng khi ξ=0 thì hạt không tích điện và dễ dàng hút nhau bởi lực bề mặt tạo hạt lớn hơn có thể lắng được Đó là cơ sở của phương pháp keo tụ

 Để thực hiện keo tụ hệ keo, có thể sử dụng các cách sau:

- Phá tính bền của hệ keo do lực đẩy tĩnh điện bằng cách thu hẹp lớp điện kép tới thế ξ = 0, điều này được thực hiện khi các hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu

để trung hòa điện tích hạt keo Điện tích trái dấu này thường là các ion kim loại đa hóa trị trong các muối vô cơ (chất keo tụ)

-Tạo điều kiện để cho hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất keo

tụ nhờ hiện tượng hấp phụ - bám dính (hiệu ứng quét)

- Dùng những chất cao phân tử - chất trợ keo tụ - để khâu (hấp phụ) các hạt keo nhỏ lại với nhau tạo hạt có kích thước lớn (bông cặn) dễ lắng

 Các chất keo tụ thường dùng: [5]

- Các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng Việc lựa chọn phụ thuộc vào: tính chất hóa lý, chi phí, nồng độ tạp chất trong nước, pH, thành phần muối trong nước

-Hay dùng: Al2SO4.18H2O, NaAlO2, NH4Al(SO4)2.12H2O, KAl(SO4)2.12H2O, FeCl3.6H2O, Fe2(SO4)3.2H2O trong đó Al2(SO4)3 được dùng nhiều hơn vì dễ hòa tan trong nước

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

- Trong phần lớn người ta dùng hỗ hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỉ lệ 10:1 – 20:1 Việc sử dụng hỗn hợp cho phép tăng hiệu quả quá trình làm trong nước, tăng khối lượng và tốc độ lắng của các bông keo tụ, mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường

- Đối với các muối sắt cũng hay dùng :

FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl

- Ngoài ra người ta còn dùng chất trợ đông ( hợp chất cao phân tử) để tăng cường quá trình tạo thành bông keo giúp cho lắng tốt hơn (giúp hạ thấp liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và nâng cao tốc độ lắng của các bông keo)

- Các chất trợ đông có nguồn gốc tự nhiên (tinh bột, dextrin, các ete, xenlulo, dioxit silic hoạt tính xSiO2.yH2O) và tổng hợp (polyacrylamit (CH2CHCONH2)n)

1.5.2.2 Quá trình keo tụ bởi muối Fe(III) gồm các giai đoạn sau [11]

- Giai đoạn 1: Tạo các hạt gây keo tụ (phèn sắt tan sẽ phân ly tạo thành Fe3+)

- Giai đoạn 2: Làm mất tính ổn định của hạt keo nhờ tương tác tĩnh điện, Fe3+trung hòa điện tích âm của hạt keo, khi được trung hòa, điện tích bề mặt các hạt keo

dễ dàng hút nhau nhờ lực phân tử để tạo thành các hạt lớn hơn, lắng được

- Giai đoạn 3: Tạo bông, trước hết Fe3+ thủy phân tạo thành Fe(OH)3 Tiếp theo các hạt Fe(OH)3 có xu thế dính với nhau tạo các bông cặn lớn, dễ dàng kết tủa dưới tác dụng của trọng lực Các bông này có diện tích bề mặt lớn, dễ dàng hấp phụ các chất khác trong quá trình kết tủa và làm sạch nước

Muối Fe3+ được đưa vào nước trực tiếp Ở pH trung tính 6 – 8 quá trình thủy phân xảy ra quá nhanh, kết tủa được hình thành ngay và các hạt không thể kiểm soát được

Các phản ứng keo tụ:

Me3+ + HOH Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ +HOH Me(OH)2+ +H+

Me(OH)2+ + HOH Me(OH)3 + H+Me(OH)3 + HOH Me(OH)4- + H+

 Me3+

+ 3OH- Me(OH)3 Các muối sắt thường được dùng làm chất keo tụ vì có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm do:

- Tác dụng tốt ở nhiệt độ thấp

- Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn

- Độ bền lớn và kích thước bông keo có khoảng giới hạn rộng của thành phần muối

- Có thể khử được mùi khi có H2S

Nhưng các muối sắt có nhược điểm là chúng tạo thành các phức hòa tan nhuộm màu qua phản ứng của các cation sắt với một số chất hữu cơ

1.5.3 Cơ chế hấp phụ bắc cầu[4]

Mặc dù các chất vô cơ như muối nhôm, muối sắt được sử dụng làm chất keo

tụ Nhưng yếu tố quan trọng ở đây là muối vô cơ cần một lượng lớn mới hiệu quả Trong khi đó chỉ cần thêm một lượng nhỏ polymer cũng cho hiệu quả keo tụ tăng lên nhiều Vì vậy người ta thường dùng kết hợp cả chất keo tụ và trợ keo tụ để tăng hiệu suất xử lý, giảm lượng bùn thải, giảm chi phí

Khi sử dụng chất trợ keo tụ là các hợp chất polymer, nhờ cấu trúc mạch dài, các đoạn phân tử polymer hấp thụ bề mặt keo, tạo ra cầu nối với nhau, tạo thành bông keo tụ có kích thước lớn hơn làm tăng độ lắng của hạt keo Khả năng tạo bông keo tụ nhờ cơ chế bắc cầu phụ thuộc vào nhóm polymer, vào hạt keo trong nước và phụ thuộc vào quá trình hấp phụ chất polymer lên bề mặt hạt keo cũng như số lượng polymer có trong dung dịch

Lượng polymer đưa vào dung dịch cũng chỉ cần một lượng tối ưu nào đó, nếu vượt giới hạn đó, quá trình hấp phụ dẫn đến hậu quả xấu là sự tạo ra cân bằng trở lại trong hệ keo Thường thì nồng độ polymer đưa vào 0.1-10mg/l Nồng độ tối đa tỷ lệ thuận với nồng độ hạt keo có trong dung dịch, nói đúng hơn là tỷ lệ diện tích bề mặt hạt keo có trong dung dịch

Quá trình tạo bông hạt keo với các polymer nhờ cơ chế bắc cầu thể hiện qua các bước sau:

- Phân tán dung dịch polymer vào hệ huyền phù

- Polymer trong dung dịch di chuyển tới bề mặt hạt keo

- Polymer hấp phụ lên bề mặt hạt keo

- Liên kết giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau

Quá trình hấp phụ polymer xảy ra rất nhanh và không thuận nghịch ngay trên

pH cao, còn polymer cation thì chịu ảnh hưởng pH thấp

Hình 1.3 Quá trình kết bông hạt keo bởi Polymer

1.5.4 Keo tụ tạo bông trong xử lý nước thải dệt nhuộm[3]

Phương pháp keo tụ được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dệt nhuộm có các thuốc nhuộm phân tán và không tan Đây là phương pháp khả thi về mặt kinh tế Tuy nhiên nó không xử lý được tất cả các loại thuốc nhuộm: thuốc nhuộm axit,

thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên keo tụ tốt nhưng không kết lắng

dễ dàng, bông cặn chất lượng thấp, thuốc nhuộm hoạt tính rất khó xử lý bằng các tác nhân keo tụ thông thường và còn ít được nghiên cứu

Phương pháp này sản sinh ra lượng bùn lớn từ 0.5 – 2.5kgTS/m3

Đối với phương pháp này, người ta có thể sử dụng kết hợp cả phèn nhôm và phèn sắt để khử màu của thuốc nhuộm hoàn nguyên, hoạt tính, phân tán

1.6 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS [8]

1.6.1 Cở sở lý thuyết của phương pháp

1.6.1.1 Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu

Dung dịch có màu là do bản thân dung dịch đã hấp thụ một phần quang phổ (một vùng phổ) của ánh sáng trắng, phần còn lại ló ra cho ta màu của dung dịch, chính là màu phụ của phần ánh sáng trắng đã bị hấp thụ (vùng quang phổ còn lại)

Sự hấp thụ bức xạ đơn sắc của dung dịch còn phụ thuộc vào nồng độ của chất hấp thụ

Sự hấp thụ của dung dịch theo màu được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Sự hấp thụ màu của các dung dịch màu

Tia sáng đơn sắc bị hấp thụ Màu của dung dịch

 Định luật Bourguear - Lambert:

Khi chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có cường độ I0 qua một lớp vật chất có bề dày l, thì cường độ bức xạ đơn sắc ló ra I bao giờ cũng nhỏ hơn I0 Có thể biểu diễn bằng biểu thức:

I0 = I + Ia + Ir (1.1) Trong đó:

Ia: là phần cường độ bị hấp thụ

Ir: là phần cường độ bị phản xạ lại I: là phần cường độ ló ra

Dựa vào vô số thực nghiệm, hai nhà bác học đã đưa ra định luật hấp thụ ánh sáng, biểu diễn bằng biểu thức:

Trong đó k là hệ số hấp thụ, giá trị của k phụ thuộc vào bản chất của chất và vào bước sóng λ của bức xạ đơn sắc