Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ bằng h2c2o4 H2SO4 và tận dụng bã chiết để hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm

Các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm bao gồm các chất hữu cơ khó phân hủy và các nhóm phức mang màu có cấu trúc bền vững thuốc nhuộm, tinh bột, tạp chất và các chất vô cơ các muối

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA -

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG DUNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA -

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

TRƯỜNG ĐHSP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHÓA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Phương Dung

Lớp :11CHP

1 Tên đề tài: “Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ bằng H 2 C 2 O 4 /H 2 SO 4 và tận dụng

bã chiết để hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm”

2 Nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị :

Nguyên liệu và hóa chất

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

- Nước thải dệt nhuộm lấy từ công ty may mặc Hai Chín Tháng Ba

- Nước biển lấy từ biển Phạm Văn – thành phố Đà Nẵng

Thiết bị nghiên cứu

- Máy quang phổ UV-Vis Lambda 25, Perkin Elmer (USA)

- Cân phân tích Precisa (Đức) với độ chính xác 0,001g

- Máy đo pH Branson (Anh)

- Bếp cách thủy

- Tủ sấy

- Máy khuấy từ

3 Nội dung nghiên cứu:

Xây dựng đường chuẩn sắt(III) oxalat

Khảo sát quá trình chiết sắt từ bùn đỏ bằng H2C2O4/H2SO4

Khảo sát quá trình hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm bằng bã bùn đỏ sau khi chiết sắt

4 Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Xuân Vững

5 Ngày giao đề tài: tháng 5 năm 2014

6 Ngày hoàn thành: tháng 03 năm 2015

Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hướng dẫn

( Ký và ghi rõ họ tên) ( Ký và ghi rõ họ tên)

Sinh viên hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày.….tháng … năm 2015

Kết quả đánh giá điểm: ………

Ngày …… tháng …… năm 2015

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

( Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Bùi Xuân Vững

đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn trong suốt quá trình làm nghiên cứu khoa học

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô quản lý phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Chúng em xin cảm ơn các thầy cô giáo, các bạn cùng lớp đã nhiệt tình, động viên giúp đỡ để hoàn thành đề tài

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, song

do buổi đầu mới làm quen với công trình nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế còn

ít cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy, Cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn chỉnh hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

A PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 15

2 Mục đích nghiên cứu 17

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 17

3.1.Đối tượng nghiên cứu 17

3.2 Phạm vi nghiên cứu 18

4 Phương pháp nghiên cứu 18

4.1 Nghiên cứu lý thuyết: 18

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm: 18

5 Kết cấu luận văn 19

B NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 20

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 20

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM 20

1.1.1 Sự phát triển của ngành dệt trên thế giới và ở Việt Nam 20

1.1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm 23

1.1.2.1 Độ pH 23

1.1.2.2 Màu sắc 23

1.1.2.3 Tổng lượng chất rắn (TS) 23

1.1.2.4 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) 23

1.1.2.5.Hàm lượng oxy hòa tan trong nước (DO) 23

1.1.2.6 Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD) 24

1.1.2.7.Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) 24

1.1.3 Ảnh hưởng của nước thải ngành dệt nhuộm đến môi trường 26

1.2 TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM TRONG CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM 28

1.2.1 Khái quát về thuốc nhuộm 28

1.2.1.1 Khái niệm về thuốc nhuộm 28

1.2.1.2 Nguồn gốc của thuốc nhuộm 28

1.2.2 Phân loại thuốc nhuộm 30

1.2.2.1.Theo cấu tạo hóa học [7] 30

1.2.2.2.Theo tính chất và kĩ thuật sử dụng thuốc nhuộm: 34

1.2.2.3 Một số loại thuốc nhuộm thường gặp: 34

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 37

1.3.1 Phương pháp cơ học 37

1.3.1.1 Lọc qua song chắn rác 38

1.3.1.2 Bể lắng 38

1.3.2 Phương pháp sinh học 38

1.3.3 Phương pháp hóa lí 39

1.3.3.1 Phương pháp keo tụ [17] 39

1.3.3.2 Phương pháp tuyển nổi 40

1.3.3.3.Phương pháp hấp phụ 40

1.3.3.4.Phương pháp trao đổi ion 41

1.3.4 Phương pháp hóa học 41

1.3.4.1 Phương pháp trung hòa [17] 41

1.3.4.2 Phương pháp oxi hóa-khử 42

1.3.5 Phương pháp điện hóa 44

1.3.7 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 44

1.3.7.1 Các khái niệm [9], [17], [18] 44

1.3.7.2 Hấp phụ trong môi trường nước 46

1.3.8 Giới thiệu về vật liệu hấp phụ bùn đỏ 48

1.3.8.1 Khái quát về Bôxit 48

1.3.8.2 Bùn đỏ và tác hại của bùn đỏ 49

1.3.8.3 Thực trạng thải bùn đỏ trên thế giới và Việt Nam 49

1.3.8.4 Một số công trình nghiên cứu việc sử dụng bùn đỏ để xử lý nước thải ở Việt Nam và trên thế giới 51

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 54

2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 54

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 54

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 54

2.2 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 54

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu 54

2.2.1.1 Phương pháp xử lý bùn đỏ 54

2.2.1.2.Phương pháp lấy mẫu 55

2.2.1.3 Phương pháp chuẩn bị hóa chất 55

2.2.1.4 Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý 55

2.2.2 Xây dựng đường chuẩn Fe(III)-oxalat 56

2.2.3 Khảo sát quá trình chiết sắt từ bùn đỏ 56

2.2.3.1 Khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt (III) oxalat 56

2.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến quá trình chiết sắt (III) oxalat 57

2.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun đến quá trình chiết sắt (III) oxalat 57

2.2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm đến quá trình chiết sắt (III) oxalat 57

2.2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit sunfuaric đến quá trình chiết sắt (III) oxalat 57

2.2.3.6 Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit sunfuaric đến quá trình chiết sắt (III) oxalat

58

2.2.3.7 Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến quá trình chiết sắt (III) oxalat 58

2.2.4 Khảo sát quá trình hấp phụ màu của nước thải bằng bã bùn đỏ sau quá trình chiết sắt 58

2.2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bã bùn đỏ đến quá trình hấp phụ 59

2.2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình hấp phụ 59

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 60

3.1 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA BÙN ĐỎ BAN ĐẦU VÀ BÃ BÙN ĐỎ SAU KHI CHIẾT SẮT 60

3.1.1 Đặc điểm hình thái bề mặt của bùn đỏ ban đầu và bùn đỏ sau khi chiết sắt 60

3.1.2 Thành phần hóa học chính của bùn đỏ Tân Rai, Lâm Đồng 61

3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT SẮT TỪ BÙN ĐỎ 61

3.2.1 Xây dựng đường chuẩn sắt oxalate 61

3.2.2 Kết quả khảo sát điều kiện tối ưu cho quá trình chiết sắt từ bùn đỏ 62

3.2.2.1 Kết quả khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt oxalat 62

3.2.2.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đun đến quá trình chiết phức sắt oxalat 64

3.2.2.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đun đến quá trình chiết phức sắt oxalat 65

3.2.2.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm đến quá trình chiết phức sắt oxalat 67

3.2.2.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit sunfuaric đến quá trình chiết sắt (III) oxalat 68

3.2.2.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit sunfuaric đến quá trình chiết

phức sắt oxalat 70

3.2.2.7 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit oxalic đến quá trình chiết phức sắt oxalat 72

3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG BÃ BÙN ĐỎ 74

3.3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bã đến quá trình hấp phụ 75

3.3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến quá trình hấp phụ 77

3.3.2 Các thông số nước thải sau quá trình hấp phụ bằng bã bùn đỏ 79

C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

KẾT LUẬN 81

1 Đặc điểm hình thái bề mặt bùn đỏ trước và sau khi chiết sắt 81

2 Thành phần hóa học chính của bùn đỏ Tân Rai, Lâm Đồng 81

3 Quá trình chiết phức sắt oxalat 81

4 Quá trình hấp phụ 82

KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 : Đặc trưng ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm[31………]25Bảng 1.2: Một số tiêu chuẩn của nước thải Việt Nam 26Bảng 1.3 Thành phần nguyên tố hóa học của bùn đỏ [12] 50Bảng 3.1 Một số chỉ tiêu phân tích bùn đỏ của Trung tâm Khí Tượng thủy Văn Quốc Gia – Đài Khí Tượng Thủy Văn khu vực Trung Trung Bộ 61Bảng 3.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III)-Oxalat 62Bảng 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết sắt oxalat 62Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đun đến hiệu suất chiết sắt oxalat 64Bảng 3.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đun đến hiệu suất chiết sắt oxalate 65Bảng 3.6 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm đến hiệu suất chiết phức sắt oxalat 67Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit sunfuaric đến hiệu suất chiết phức sắt oxalat 69Bảng 3.8 Khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit sunfuaric đến hiệu suất chiết phức sắt oxalate 71Bảng 3.9 Khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit oxalic đến hiệu suất chiết sắt(III) oxalat 72Bảng 3.10 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bả đến quá trình hấp phụ 76Bảng 3.11 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến quá trình hấp phụ 77Bảng 3.12 Một số chỉ tiêu phân tích nước thải sau hấp phụ của Trung tâm Khí Tượng thủy Văn Quốc Gia – Đài Khí Tượng Thủy Văn khu vực Trung Trung Bộ 79

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Quy mô ngành dệt toàn cầu 21

Hình 1.2 : Công thức và màu của thuốc nhuộm alizarin 29

Hình 1.3 Thuốc nhuộm nhóm Nitro 30

Hình 1.4 Thuốc nhuộm azo 31

Hình 1.5 Thuốc nhuộm Antraquinon 32

Hình 1.6 Thuốc nhuộm Indigoit 32

Hình 1.7 Thuốc nhuộm lưu huỳnh 33

Hình 1.8 Thuốc nhuộm Arylmetan 33

Hình 1.9 Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng 34

Hình 3.1.b Ảnh SEM của bùn đỏ ban đầu với độ phân giải là 3000 60

Hình 3.1.a Ảnh SEM của bùn đỏ ban đầu với độ phân giải là 1500 60

Hình 3.2.a Ảnh SEM của bã bùn đỏ sau khi chiết sắt độ phân giải là 3000 60

Hình 3.2.b Ảnh SEM của bã bùn đỏ sau khi chiết sắt độ phân giải là 1500 60

Hình 3.3 Đường chuẩn Fe(III) oxalat 62

Hình 3.4 Đồ thị ảnh hưởng của trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết sắt 63

Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian đun đến hiệu suất chiết sắt 65

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đun đến hiệu suất chiết sắt 66

Hình 3.7 Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến hiệu suất chiết sắt 68

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nồng độ axit sunfuaric đến hiệu suất chiết sắt 70

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thể tích axit sunfuaric đến hiệu suất chiết sắt 71

Hình 3.10 Ảnh hưởng của thể tích axit oxalic đến hiệu suất chiết sắt 73

Hình 3.11 Bùn đỏ ban đầu 74

Hình 3.12 Bùn đỏ sau khi chiết sắt (Bã bùn đỏ) 74

Hình 3.13 Ảnh hưởng của khối lượng bã đến hiệu suất hấp phụ 76

Hình 3.14 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ 78

Hình 3.15 Nước thải ban đầu 79

Hình 3.16 Nước thải sau khi hấp phụ bằng bã bùn đỏ 79

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AOPs : Advanced Oxydation Processes BOD : Biochemical Oxygen Demand BTNMT : Bộ tài nguyên môi trường COD : Chemical Oxygen Demand MKN : Mất khi nung

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam TSS : Total Suspended Solids

UV : Ultra Violet VIS : Visibility Spectrum QĐTH : Quyết đinh thế hiệu

A PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của các hoạt động công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp Việt Nam đã thúc đẩy sự phát triển kinh tế của đất nước Kèm theo đó là nhu cầu đời sống của người dân càng nâng cao và vấn đề bảo vệ môi trường gắn liền với phát triển kinh tế là chủ đề tập trung sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới Môi trường ở nhiều đô thị, khu vực công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm nặng nề do quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa và sự gia tăng dân Các cơ sở sản xuất công nghiệp do không có quy trình và thiết bị xử lý chất thải đã gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt nguồn nước Một trong những vấn đề đặt ra cho các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trường ô nhiễm do các chất độc hại do sự hoạt động của hơn 500.000 nhà máy và hơn 1.000 bãi rác thải đô thị của Việt Nam, hàng ngày thải ra môi trường một lượng nước thải rất lớn Điển hình như các ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược ,luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con người, xiết chặt công tác quản lý môi trường thì việc tìm ra phương pháp là có ý nghĩa hết sức to lớn

Hiện nay, ở nước ta nền 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 nhu cầu ngày càng tăng của thị trường Trong nền kinh tế quốc dân, ngành dệt nhuộm chiếm một vị trí khá quan trọng vì đây là một trong những ngành công nghiệp không chỉ 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 Tuy vậy, ô nhiễm môi trường do nước thải ngành dệt nhuộm là một thực tế cần có giải pháp xử lý và là nhiệm vụ rất cần thiết Các cơ sở sản xuất dệt nhuộm với quy mô ngày càng dùng một lượng nước ngày càng tăng đồng thời cũng thải ra một lượng nước thải lớn, lượng nước

thải này có đặc tính là có độ màu đậm đặc, độ pH lớn, nhiệt độ cao, hàm lượng các chất hữu cơ, chất rắn lơ lững, các chỉ tiêu BOD, COD vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần Môi trường nước bị ảnh hưởng nhiều nhất do nước thải sản xuất có sử dụng nhiều hóa chất, thuốc nhuộm, làm cho nước thải có nồng độ các chất ô nhiễm cao Các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm bao gồm các chất hữu cơ khó phân hủy và các nhóm phức mang màu có cấu trúc bền vững (thuốc nhuộm, tinh bột, tạp chất) và các chất vô cơ (các muối trung tính, các chất trợ nhuộm, chất dùng trong quá trình tẩy ) Hiện nay các nhà khoa học, các nhà quản lý môi trường và nhân dân đang rất quan tâm đến vấn đề xử lý nước thải của ngành dệt nhuộm Những công trình nghiên cứu của rất nhiều nhà khoa học về vấn đề này đã được công bố rộng rãi Rất nhiều dự án cấp nhà nước, cấp tỉnh đã đầu tư cho việc hỗ trợ nghiên cứu và xử lý nước thải của ngành dệt nhuộm Nước thải dệt nhuộm là tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước và hậu quả là tổn hại đến con người và các sinh vật sống, làm giảm quá trình quang hợp 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 mặt, nước ngầm và trực tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe con người Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải chủ yếu là các phương pháp hóa học cần có công nghệ 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 được áp dụng phổ biến là phương pháp hoá học, sử dụng axit trung hoà kiềm

và các chất tạo phản ứng oxy hoá khử, tuy nhiên những phương pháp xử lý này đạt hiệu quả không cao và vẫn gây ra ô nhiễm thứ cấp, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường tiên tiến như lọc màng, oxi hóa…

Bùn đỏ là tên gọi một sản phẩm thải của công nghệ Bayer, phương pháp chủ yếu được áp dụng trong quá trình tinh luyện bauxite để sản xuất nhôm Bùn thải khi

khô dễ phát tán bụi vào không khí gây ô nhiễm, tiếp xúc thường xuyên với bụi này gây ra các bệnh về da, mắt Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, gây mất độ nhờn làm da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy, loét mủ ở vết rách vết xước trên da Đặc biệt, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài vì bùn đỏ có kích thước rất nhỏ Tuy nhiên, dựa trên đặc tính của bùn đỏ vốn có khả năng hấp phụ cao, người ta đã sử dụng bùn đỏ như một vật liệu để hấp phụ kim loại nặng, xử

lý ô nhiễm trong nước thải, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường Ngoài ra, bã bùn đỏ sau khi chiết sắt có chứa một lượng SiO2 được tận dụng để sử dụng cho quá trình hấp phụ màu của nước thải dệt nhuộm Việc tái chế tận dụng chất thải từ bùn

đỏ không những đem lại các lợi ích kinh tế, xã hội mà còn có ý nghĩa quan trọng trong bảo vệ môi trường

Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu chiết sắt từ

bùn đỏ bằng H2 C 2 O 4 /H 2 SO 4 và tận dụng bã chiết để hấp phụ màu nước thải dệt nhuộm”

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu quá trình hấp phụ các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm với

bả bùn đỏ sau khi được chiết từ bùn đỏ

Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VLHP là bùn đỏ

Đóng góp thêm những thông tin, tư liệu và thực trạng của bùn đỏ hiện nay để nghiên cứu hướng giải quyết hợp lý

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1.Đối tượng nghiên cứu

- Bùn đỏ

- Nước thải dệt nhuộm

3.2 Phạm vi nghiên cứu

axit hoạt hóa, thời gian hoạt hóa bùn đỏ, khối lượng bùn đỏ hấp phụ, thời gian hấp phụ đến quá trình hấp phụ màu nươc thải dệt nhuộm

- Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết sắt(III)oxalate

- Khảo sát yếu tố vật lý đặc trưng của bùn đỏ và bùn đỏ sau khi đã chiết sắt

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 và tác hại của nước thải nhà máy dệt nhuộm

- Các phương pháp hấp phụ xử lý nước thải có màu

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm:

- Trung hòa bùn đỏ bằng nước biển đến pH gần bằng 8

- Xác định chỉ tiêu COD của nước thải dệt nhuộm

- Xác định các chỉ số BOD, TSS của nước thải dệt nhuộm

- Xác định hàm lượng tổng kim loại nặng của nước thải dệt nhuộm

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết sắt trong bùn đỏ sau trung hòa bằng hỗn hợp H2C2O4 + H2SO4 như: nhiệt độ, nồng độ axit, thể tích axit, thời gian, khối lượng bùn đỏ, sử dụng máy quang phổ UV-VIS

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quá trình hấp phụ như pH, thời gian, nhiệt độ, khối lượng bã, nồng độ thuốc nhuộm, nồng độ C2O42-

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu quá trình hấp phụ bằng bã bùn đỏ sau khi chiết sắt và oxy hóa Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/ H2O2/ánh sáng mặt trời để tìm ra giải pháp xử lý nước thải đạt hiệu suất cao nhất

- Nghiên cứu quá trình chiết sắt từ bùn đỏ bằng hỗn hợp axit H2C2O2 và H2SO4 và

sử dụng cho quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/ H2O2/ánh sáng mặt trời nhằm đưa đến một phương án xử lý nước thải mới: đơn giản, chi phí đầu tư thấp và hiệu quả

cao

5 Kết cấu luận văn

B NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Chương 1: Tổng quan lý thuyết

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 3: Kết quả và thảo luận

C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

B NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM

1.1.1 Sự phát triển của ngành dệt trên thế giới và ở Việt Nam

Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành lâu đời nhất vì nó gắn liền với nhu cầu cơ bản của loài người về may mặc, đóng một vai trò không thể thiếu trong cuộc sống của con người từ khi họ biết đến may mặc Trải qua quá trình lâu dài của thời kỳ ăn lông ở lỗ, lấy da thú che thân thì con người cũng đã biết đan lát cỏ cây trong thiên nhiên để làm thành nguyên liệu Theo các nhà khảo cổ thì sợi lanh (flax)

là nguyên liệu dệt may đầu tiên của con người Sau đó sợi len xuất hiện ở vùng Lưỡng Hà (Mésopotamia) và sợi bông (cotton) ở ven sông Indus (Ấn Độ) Trong thời kỳ cổ đại, may dệt cũng tuỳ thuộc vào thổ nhưỡng và sinh hoạt kinh tế: các dân tộc sống về chăn nuôi dùng len (Lưỡng Hà, Trung Đông và Trung Á), vải lanh phổ biến tại Ai Cập và miền Trung Mỹ, vải bông tại Ấn Độ và lụa (tơ tằm) tại Trung Quốc Các dân tộc Inca, Maya, Tolteca, v.v [4] Ngày nay thì sản lượng của ngành ngày càng tăng cùng với gia tăng về chất lượng sản phẩm, đa dạng về màu sắc, mẫu

mã của sản phẩm

Ngày nay, ở các nước tiên tiến, các sản phẩm dệt may chủ yếu được nhập khẩu từ các nước đang và chậm phát triển Với các quốc gia đang phát triển do nguyên vật liệu và nhân công rẻ nên ngành dệt nhuộm là ngành có khả năng đem lại lợi nhuận lớn nhờ xuất khẩu các sản phẩm dệt may Tuy nhiên, do điều kiện lịch sử

và hoàn cảnh kinh tế, các cơ sở của ngành dệt nhuộm sử dụng các thiết bị và dây chuyền công nghệ với mức độ hiện đại khác nhau

Quy mô thị trường dệt may thế giới năm 2012 đạt 1.105 tỷ USD; chiếm khoảng 1,8% GDP toàn cầu Dự báo đến năm 2025, quy mô ngành dệt may toàn cầu đạt 2.110 tỷ USD, tương ứng CAGR giai đoạn 2012-2025 đạt khoảng 5%/năm 4 thị

trường tiêu thụ chính là EU-27, Hoa Kỳ, Trung Quốc, Nhật Bản với dân số chỉ khoảng 1/3 dân số toàn cầu nhưng chiếm hơn 75% tổng giá trị dệt may toàn cầu EU-27 hiện là thị trường lớn nhất với giá trị đạt 350 tỷ USD mỗi năm Tuy nhiên,

dự báo đến năm 2025 Trung Quốc sẽ trở thành thị trường lớn nhất với giá trị 540 tỷ USD, tương ứng CAGR giai đoạn 2012-2025 đạt 10%/năm Các thị trường lớn tiếp theo là Brazil, Ấn Độ, Nga, Canada, Úc Ấn Độ được dự báo sẽ là thị trường có tốc

độ tăng trưởng cao nhất với CAGR đạt 12%/năm và giá trị năm 2025 đạt 200 tỷ USD, qua đó sẽ vượt Nhật Bản, Brazil để trở thành quốc gia có quy mô thị trường lớn thứ 4 thế giới Các quốc gia khác chiếm khoảng 44% dân số thế giới nhưng thị trường dệt may chỉ chiếm khoảng 7% quy mô thị trường dệt may toàn cầu[1]

Hình 1.1: Quy mô ngành dệt toàn cầu

Ở Việt Nam, công nghiệp dệt may đang trên đà phát triển mạnh và đem lại nhiều lợi nhuận trong thu nhập kinh tế Tuy nhiên, do đặc thù của ngành mà ngành công nghiệp dệt may luôn là một trong những ngành công nghiệp có mức độ ô nhiễm môi trường trầm trọng, đặc biệt là ô nhiễm nước thải Nguyên nhân ô nhiễm

cơ bản không thể thay đổi được đó là ngành dệt may sử dụng các hóa chất mang màu làm nguyên liệu chính trong công đoạn nhuộm và hàng loạt các hóa chất khác Cải tiến trang thiết bị cũng đem lại những giảm thiểu ô nhiễm môi trường đáng kể Cho đến nay, toàn ngành dệt may của Việt Nam đã đổi mới thiết bị đạt 7% Tuy nhiên, tỷ lệ này vẫn còn thấp hơn so với các nước trong khu vực (20 - 25%) Thiết

bị còn lại ngành dệt hư mòn nặng nề, nhiều thiết bị quá cũ kỹ, ngành không có đủ phụ tùng thay thế, khôi phục các tính năng công nghệ Đây cũng là một nguyên nhân làm gia tăng chất thải, cần được khảo sát kỹ và nghiên cứu các phương pháp

xử lý kịp thời [12]

Dệt may là ngành xuất khẩu chủ lực của Việt Nam trong những năm qua Năm 2013, sản phẩm dệt may Việt Nam xuất khẩu đến hơn 180 quốc gia và vùng lãnh thổ với kim ngạch xuất khẩu đạt 17,9 tỷ USD; chiếm 13,6% tổng kim ngạch xuất khẩu Việt Nam và 10,5% GDP cả nước Tốc độ tăng trưởng dệt may trong giai đoạn 2008-2013 đạt 14,5%/năm đưa Việt Nam trở thành một trong những quốc gia

có tốc độ tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu dệt may nhanh nhất thế giới[1]

Chiến lược phát triển ngành công nghiệp dệt may Việt Nam đến năm 2015, định hướng 2020 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 10/3/2008 tại quyết định số 36/2008/QĐ-TTg nêu rõ mục tiêu định hướng phát triển ngành, phấn đấu đạt mức tăng trưởng hàng năm từ 16-18%, xuất khẩu tăng 20%/năm (giai đoạn 2008-2010) và tăng sản lượng từ 12-14%, xuất khẩu tăng 15% (giai đoạn 2011-2020) với tổng kim ngạch xuất khẩu ngành dệt may sẽ tăng gấp đôi so với năm

2005, đạt khoảng 10-12 tỷ USD và đến năm 2020 con số này sẽ đạt 25 tỷ USD Doanh thu toàn ngành đạt khoảng 14,8 tỷ USD vào năm 2010; 22,5 tỷ USD năm

2015 và 31 tỷ USD vào năm 2020 [2]

Bên cạnh sự phát triển của ngành dệt nhuộm thì việc xử lý nước thải dệt nhuộm với lượng ngày càng tăng có ý nghĩa to lớn: đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng, đảm bảo phát triển bền vững ngành 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

1.1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm

1.1.2.1 Độ pH

Giá trị pH cho phép ta quyết định xử lý theo phương pháp thích hợp hoặc điều chỉnh lượng hóa chất trong quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học Sự thay đổi giá trị pH trong nước có thể dẫn tới những thay đổi về thành phần các chất trong nước

bị loại bỏ bởi các phương pháp lọc, hấp phụ, keo tụ tạo bông

1.1.2.5.Hàm lượng oxy hòa tan trong nước (DO)

Là lượng oxy không khí có thể hòa tan vào nước trong điều kiện nhiệt độ áp suất xác định Chỉ số DO thấp, có nghĩa là nước có nhiều chất hữu cơ, nhu cầu oxi hóa tăng nên tiêu thụ nhiều oxi trong nước Chỉ số DO cao, có nghĩa là nước có nhiều rong tảo tham gia vào quá trình quang hợp giải phóng oxi

Chỉ số DO rất quan trọng để duy trì điều kiện hiếu khí và là cơ sở để xác định

nhu cầu oxy hóa sinh học

1.1.2.6 Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD)

Là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình oxy hóa chất hữu cơ trong nước Chỉ số BOD là chỉ số quan trọng của sự ô nhiễm nước thải, chỉ

số này chỉ ra mức độ ô nhiễm của nước ô nhiễm dựa trên các chất hữu cơ

Xác định BOD được dùng rộng rãi trong kỹ thuật môi trường để:

+Tính gần đúng lượng oxi cần thiết oxi hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy có trong nước thải

+Làm cơ sở tính toán kích thước các công trình xử lí

+Xác định hiệu suất xử li của một số quá trình

+Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lí được phép thải vào các nguồn nước Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxi cần thiết để phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học, mà chỉ xác định lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 200C trong bóng tối (để tránh hiện tượng quang hợp ở trong nước) Chỉ số này được gọi BOD5

BOD = DOđầu - DOsau

1.1.2.7.Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD)

Là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa học các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O COD biểu thị lượng chất hữu cơ có thể oxy hóa bằng hóa học Việc xác định BOD đòi hỏi thời gian lâu hơn xác định COD nên trong thực tế thường xác định COD để đánh giá mức độ ô nhiễm

Để xác định COD người ta thường sử dụng một chất oxi hóa mạnh trong môi trường axit Chất oxi hóa hay dùng là kali bicromat (K2Cr2O7)

Chất hữu cơ + K2Cr2O7 + H+ CO2 + H2O + 2 Cr+3 + 2 K+

Với lượng bicromat dư được chuẩn độ bằng dung dịch muối mohr – Fe(NH4)2(SO4)2

Với chất chỉ thị là dung dịch Ferroin:

Cr+3 + Fe+3 + H2O Cr2O7-2 + Fe+2 + H+

Chỉ thị chuyển từ màu xanh lam sang nâu đỏ

Bảng 1.1 : Đặc trưng ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm[31]

Thông số

Mặt hàng

Lượng nước thải (m 3 /tấn)

TS (mg/l)

BOD (mg/l)

COD ( mg/l)

* Một số tiêu chuẩn của nước thải Việt Nam [13]

Bảng 1.2: Một số tiêu chuẩn của nước thải Việt Nam

1.1.3 Ảnh hưởng của nước thải ngành dệt nhuộm đến môi trường

Sự gia tăng đáng kể của ngành dệt may là nhờ sự đóng góp rất lớn của ngành dệt nhuộm Chất lượng vải, màu sắc và kiểu dáng ưa chuộng là những yếu tố không thể thiếu trong lĩnh vực thời trang Tuy nhiên, với nhu cầu ngày càng cao về màu sắc và độ bền của thuốc nhuộm, dưới góc độ môi trường thì sự đa dạng về màu sắc

và độ bền màu ngày một tăng cao của thuốc nhuộm lại là sự ô nhiễm môi trường mức độ ngày càng trầm trọng hơn và càng khó khăn hơn trong nghiên cứu cơ chế và công nghệ xử lý nước thải Theo số liệu thống kê, ngành dệt may thải ra môi trường

khoảng 24 - 30 triệu m3 nước thải/năm Trong đó mới chỉ có khoảng 10% tổng lượng nước thải đã được qua xử lý, số còn lại đều thải trực tiếp ra môi trường tiếp nhận

Nước thải dệt nhuộm ảnh hưởng rất lớn đến môi trường Trong nước thải của công nghiệp dệt nhuộm có rất nhiều chất ô nhiễm như H2SO4, CH3COOH, Na2SO4, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, nito, pectin, các chất bụi bẩn dính vào sợi, loại thuốc nhuộm, các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt… Nước thải trong công nghệ dệt nhộm phát sinh từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lượng nước thải chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn Hàm lượng các chất gây ô nhiễm nước thải trong từng loại hình công nghệ và từng loại sản phẩm thường khác nhau Nước thải dệt nhuộm có các tính chất nhiệt độ cao, tính chất nước thải thay đổi liên tục theo giờ, lưu lượng nước thải luôn đột biến, độ pH của nước thải biến động, tỷ lệ COD/BOD cao, độ màu cao do lượng dư màu nhuộm bị rửa trôi, môi trường bị ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng việc quang hợp

và hô hấp của sinh vật [33], ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan

Đa số các loại thuốc nhuộm có tính bền vững và có thể được coi là không mang tính sinh thái hoặc khá nguy hiểm đối với môi trường Nhiều loại thuốc nhuộm cho cấu trúc hoá học có một số chất gây ung thư như hợp chất di, tri và poly-azo Một số loại thuốc nhuộm còn chứa các kim loại nặng như đồng, crom hoặc cobalt Các loại thuốc nhuộm phản ứng màu và thuốc nhuộm trực tiếp thường không độc Các chất mang độc tố được tìm thấy trong phần dư của bồn nhuộm và trong nước thải; tuy nhiên các chất này được coi là ít độc đối với các tổ chức nước tuy nhiên vẫn có tính bền vững Các chất độc như sunfit, kim loại nặng, hợp chất halogen hữu cơ 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 [17]

1.2 TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM TRONG CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM 1.2.1 Khái quát về thuốc nhuộm

1.2.1.1 Khái niệm về thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm, hay còn gọi là phẩm nhuộm, là tên gọi chung của các hợp

chất hữu cơ mang màu (có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp) và rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại Chúng có khả năng nhuộm màu nghĩa là có khả năng bắt màu hay gắn màu trực tiếp [34]

Trong phân tử những hợp chất hữu cơ mang màu chúng có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện mối liên kết hóa trị với vật liệu nói chung và xơ dệt nói riêng trong quá trình nhuộm Thuốc nhuộm có đủ gam màu, màu tươi và thuần sắc, công nghệ nhuộm đa dạng và không quá phức tạp Chúng được sử dụng để nhuộm

và in hoa cho các vật liệu xenlulo, tơ tằm, len, vật liệu từ xơ polyamit

1.2.1.2 Nguồn gốc của thuốc nhuộm

Từ thời xa xưa tổ tiên loài người đã biết dùng thuốc nhuộm để nhuộm quần áo

Từ hơn 2000 năm, thời Xuân Thu Chiến Quốc, người Trung Quốc đã biết dùng cỏ tím để nhuộm quần áo người Phênixi cổ cũng đã tìm được thuốc nhuộm màu tím,

họ lặn sâu xuống biển để thu nhặt ốc biển và thấy rằng phải 8.000 con ốc mới thu được lkg thuốc nhuộm Vào thời cổ đại, người ta chỉ có thể thu nhận thuốc nhuộm

từ giới tự nhiên Đến năm 1857, do nỗ lực của nhiều nhà khoa học, người ta mới chế tạo được thuốc nhuộm tổng hợp đầu tiên: Đó là thuốc nhuộm tím anilin Sau đó người ta lại tiếp tục chế tạo được thuốc nhuộm inđigo Vào năm 1897, ở Ấn Độ ước tính có 65.000 ha được trồng cây có thuốc nhuộm inđigo (chàm) Ngày nay loại thực vật này khá hiếm, hầu như bị tuyệt chủng [34]

Ngày nay người ta đã tổng hợp được đến hơn một vạn loại thuốc nhuộm và hình thành một khoa học mới "hóa học thuốc nhuộm" Loại thuốc nhuộm phổ biến nhất hiện nay là thuốc nhuộm azo Có rất nhiều loại thuốc nhuộm azo, với nhiều

màu: màu đỏ tươi, màu đỏ, nâu, vàng, xanh, lam, chàm, tím từ màu sẫm đến màu nhạt, rất đầy đủ

Antraquinon cũng là một họ thuốc nhuộm lớn, trong đó quan trọng nhất là alizarin Alizarin là hợp chất màu đỏ cam, là những tinh thể phát quang lấp lánh Đầu tiên alizarin vốn được trích ly từ cây thiên thai, đến năm 1871 mới được tổng họp với số lượng lớn từ họp chất antraquinon Nổi tiếng nhất có loại thuốc nhuộm cho màu xanh đặc thù gọi là màu xanh sĩ lâm Loại thuốc nhuộm này được tổng hợp vào năm 1901 và được người ta hết sức hoan nghênh vì có màu xanh tươi, rất bền Giặt không phai Loại thuốc nhuộm này có phản ứng với sợi vải (có phản ứng nhuộm màu) nên rất bền khi giặt giũ Người Trung Quốc gọi đây là thuốc nhuộm xanh hoàn nguyên (thuốc nhuộm xanh khử, sở dĩ gọi thuốc nhuộm xanh khử vì trong quá trình nhuộm cần phải qua giai đoạn xử lý thuốc nhuộm bằng chất khử trong môi trường kiềm)

Hình 1.2 : Công thức và màu của thuốc nhuộm alizarin Nguồn gốc của thuốc nhuộm có thể từ tự nhiên hoặc do con người tổng hợp Hiện nay, hầu như chúng ta chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm nổi bậc của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân huỷ Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hoá học Một cách chung nhất cấu trúc thuốc 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 không cố định như: C=C, C= N-, -NO2….Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: -NH2,

-COOH, -SO3H, -OH…đóng vai trò tăng cuờng màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng luợng của hệ điện tử [4]

1.2.2 Phân loại thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc , phạm vi

sử dụng Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân

chia thành các họ, các loại khác nhau

1.2.2.1.Theo cấu tạo hóa học [7]

Căn cứ đặc điểm giống nhau trong cấu tạo của chúng Sự phân loại này giúp các nhà sản xuất thuốc nhuộm dễ dàng định hướng phương pháp tổng hợp các loại thuốc nhuộm và giúp cho con người dễ dàng sử dụng nắm vững các tính chất hóa học của thuốc nhuộm

+ Thuốc nhuộm Nitro: Phân tử thuốc nhuộm có từ hai hoặc nhiều nhân đơn

(benzen, naphtalen) ít nhất là một nhóm nitro (NO2) và một nhóm cho điện tử (NH2,OH)

Hình 1.3 Thuốc nhuộm nhóm Nitro Trong phân tử thuốc nhuộm nitrozo có nhóm nitrozo (NO).Thuốc nhuộm beta-naphtolnitrozo có khả năng tạo phức nội phân tử với sắt có màu xanh lục thường được sử dụng làm pigment, nếu tiến hành tạo phức với Cr+3

sẽ cho màu gạch, với Ni2+ và Zn2+ cho màu vàng Lớp thuốc nhuộm này ít có ý nghĩa thực tế

+ Thuốc nhuộm azo: là loại thuốc nhuộm quan trọng và có lịch sử phát triển

rất lâu đời, chiếm khoảng 50% tổng sản phẩm lƣợng thuốc nhuộm Trong phân tử chứa một hoặc nhiều nhóm azo

+ Thuốc nhuộm Antraquinon: trong phân tử có một hoặc nhiều nhóm

Antraquinon hoặc dẫn xuất gốc của nó Gốc mang màu:

Hình 1.5 Thuốc nhuộm Antraquinon -Thuốc nhuộm amino - antraquinon

-Thuốc nhuộm hydroxyl – antraquinon

-Thuốc nhuộm axylamino - antraquinon

-Thuốc nhuộm antrimit

-Thuốc nhuộm antraquinon đa vòng

Thuốc nhuộm antraquinon chiếm vị trí thứ hai sau thuốc nhuộm azo Nó bao gồm các loại thuốc nhuộm cầm màu, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp và thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng

+ Thuốc nhuộm Indigoit: loại thuốc nhuộm này trước kia có nguồn gốc từ

thực vật màu xanh sẫm trích từ lá cây chàm Hiện nay, người ta tổng hợp được thuốc nhuộm Indigoit có công thức của gốc mang màu như sau:

Hình 1.6 Thuốc nhuộm Indigoit

Trong đó: X,Y là O, Se, NH…

+ Thuốc nhuộm lưư huỳnh: là những gốc thuốc nhuộm có chứa nhiều nguyên

tử lưu huỳnh Gốc mang màu:

Hình 1.7 Thuốc nhuộm lưu huỳnh + Thuốc nhuộm Arylmetan: là những dẫn xuất của mêtan, trong đó nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên kết của hệ thống mang màu

Hình 1.8 Thuốc nhuộm Arylmetan Nếu R là nguyên tử hydro hoặc gốc hydrocacbon mạch thẳng thì sẽ có thuốc nhuộm điarymetan, nếu R là Ar'' thì sẽ có thuốc nhuộm triarylmetan Theo cấu tạo phân tử, thuốc nhuộm arylmetan được chia thành các phân nhóm sau: Thuốc nhuộm xanten, thuốc nhuộm acryđin, Phạm vi cấu tạo của họ thuốc nhuộm này rất rộng, ngoài những gốc chính, chúng còn tồn tại ở các dạng dẫn xuất như: điamino, triamino, hydroxyl Nó bao gồm các loại thuốc nhuộm bazic, thuốc nhuộm axit và một số chất tăng nhạy quang học

+ Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng: Hệ mang màu trong phân tử là các hợp chất

đa tụ giữa antraquinon (hoặc dẫn xuất) với các vòng dị thể khác, tạo nên mạch đa vòng Hợp chất đa tụ của lớp thuốc nhuộm này gồm các nhóm sau:

Hình 1.9 Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng

1.2.2.2.Theo tính chất và kĩ thuật sử dụng thuốc nhuộm:

Cách phân loại này được sử dụng để nhuộm in hoa các sản phẩm dệt, da, giấy, vật liệu cao phân tử và các vật liệu khác Theo cách phân lớp này thì những thuốc nhuộm tuy được xếp cùng một lớp theo phân lớp hóa học có thể nằm các lớp khác nhau theo phân lớp kĩ thuật Người ta thường sử dụng phương pháp này theo phân lớp kĩ thuật có hai phân lớp là: hoà tan trong nước và không hoà tan trong nước [4]

1.2.2.3 Một số loại thuốc nhuộm thường gặp:

a Thuốc nhuộm trực tiếp

Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp chất màu hòa tan trong nước, có khả năng bắt màu vào một số vật liệu như các sợi xenlulo, giấy, tơ tằm và sợi polyamit một cách trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm

Hầu hết các thuốc nhuộm trực tiếp có nhóm azo, một số ít là dẫn xuất dioazin

và flatoxiamin, tất cả được sản xuất dưới dạng muối natri của axit sunforic hoặc cacbonyl hữu cơ, một vài trường hợp được sản xuất dưới dạng muối amoni và kali

Thuốc nhuộm trực tiếp có hiệu suất bắt màu cao 90% khi nhuộm màu nhạt ở nồng độ thấp, còn với những màu đậm, lượng thuốc nhuộm bị thải ra tương đối lớn

Do có khả năng bắt màu, đơn giản sử dụng và rẻ tiền nên thuốc nhuộm trực tiếp được sử dụng trong nhiều lĩnh vực rộng rãi khác nhau [4]

b Thuốc nhuộm hoạt tính

Là loại thuốc nhuộm anion, có phần mang màu thường là từ thuốc azo, antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxianin nhưng chứa một vài nguyên tử hoạt tính có độ hòa tan trong nước cao và khả năng chịu ẩm tốt Công thức tổng quát của thuốc nhuộm hoạt tính là: S-F-T-X, trong đó:

- S là nhóm cho thuốc nhuộm có tính tan

Thuốc Nhuộm

tính

Trực tiếp Lưu

huỳnh

nguyên

- F là phần màu của phân tử thuốc nhuộm, quyết định màu của thuốc nhuộm

c Thuốc nhuộm hoàn nguyên

Thuốc nhuộm hoàn nguyên chủ yếu được sử dụng để nhuộm chỉ, sợi vải bông, lụa vixco

Thuốc nhuộm hoàn nguyên bao gồm 2 nhóm chính: nhóm indioit (có chứa nhân indigo và dẫn xuất của nó) và nhóm hoàn nguyên đa vòng

Tuy có cấu tạo và màu sắc khác nhau nhưng tất cả đều có nhóm axeton (C=O) trong phân tử nên công thức tổng quát là R=C=O Tất cả các thuốc nhuộm hoàn nguyên đều không tan trong nước và trong kiềm Để nhuộm và in hoa, người ta khử

nó trong môi trường kiềm bằng chất khử mạnh như NaHSO3, H2O2 hay dùng dung dịch Na2SO4 + NaOH ở nhiệt độ 50-60oC [4]

Tùy thuộc vào công nghệ nhuộm khác nhau mà tỷ lệ bắt màu của thuốc nhuộm hoàn nguyên khác nhau, dao động khoảng 70-80% Phần không bắt màu đi vào nước thải, có cấu trúc bền vững và đang là một vấn đề đáng quan tâm trong xử

lý nước thải dệt nhuộm

d Thuốc nhuộm phân tán

Là những chất màu không tan trong nước, được sản xuất dưới dạng hạt phân tán cao thể keo nên có thể phân bố đều trong nước kiểu dung dịch huyền phù, đồng thời có khả năng chịu ẩm cao, có cấu tạo phân tử từ gốc azo (-N=N-) và

antraquinon, có chứa nhóm amin tự do nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán trong nước

Mức độ gắn màu của thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao 90-95%, nên mức độ thải ra môi trường không cao Môi trường thuốc nhuộm có tính axit và có nhiều chất hoạt đông bề mặt có thể kết hợp trung hòa với dòng thải kiềm tính [4]

e Thuốc nhuộm lưu huỳnh

Là hợp chất không màu, trong phân tử có chứa disunfua (-S-S-) và nhiều nguyên tử lưu huỳnh tan trong nước và dung môi hữu cơ dùng để nhuộm sợi coton Thuốc nhuộm này tương đối đủ màu trừ màu tím và đỏ chưa tổng hợp được [4]

Môi trường nhuộm mang tính kiềm và độ hấp phụ màu có loại thuốc nhuộm này khoảng 60-70%, phần còn lại đi vào nước thải làm cho nước thải có chứa các hợp chất của lưu huỳnh và chất điện ly

f Thuốc nhuộm acid

Thuốc nhuộm này có những đặc điểm chung là hòa tan trong nước, ngoài mục đích nhuộm len, tơ tằm và xơ, polyamit một số dùng để nhuộm lông thú hoặc nhuộm da Lớp thuốc nhuộm này gọi là acid vì chúng bắt màu vào xơ trong môi

trường acid, còn bản thân thuốc nhuộm thì có phản ứng trung tính

Theo cấu tạo hóa học, đa số loại thuốc nhuộm này thuộc về nhóm azo, một số tạo phức với kim loại Công thức tổng quát có thể viết dưới dạng:

Ar-SO3Na

Trong đó:

Ar-SO3: là ion mang màu

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

1.3.1 Phương pháp cơ học

Ứng dụng của phương pháp này là tách các tạp chất rắn hoặc các chất phân

tán khô ra khỏi nước thải bằng cách lắng và lọc

1.3.1.1 Lọc qua song chắn rác

Mục đích của phương pháp này là loại các tạp chất bẩn (như: giẻ rác, vỏ đồ hộp, các mẫu đá…) có thể gây sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lí nước thải như tắc ống bơm, ống dẫn Đây là bước đầu tiên bảo đảm sự an toàn của hệ thống xử lí nước thải Song chắn rác được làm bằng hoặc các vật liệu kim loại, chúng được đặt cố định hay di động và đặt nghiêng một góc 60 75o

[17]

1.3.1.2 Bể lắng

Trong nước thải có khoảng 20% là chất bẩn không tan bao gồm cát, xỉ được giữ ở bể lắng cát khoảng 20% lượng 20% trên Lượng chất không tan hữu cơ thì chiếm khoảng 60% được giữ lại ở bể lắng đợt một và các chất hữu cơ không tan được xử lí trong quá trình sinh học thì được lắng ở bể lắng đợt 2 Các loại nước thải khác nhau sẽ có thành phần bùn cặn khác nhau do đó vận tốc lắng các hạt khác nhau [17]

1.3.2 Phương pháp sinh học

Cơ sở của phương pháp này là dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu cơ nhiễm bẩn có trong nước thải Vi sinh vật nhận chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng, sinh sản, làm tăng sinh khối Phương pháp này được sử dụng để làm sạch các loại nước thải có các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo Do vậy, chúng được dùng sau khi loại các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải Đối với các loại nước thải khác nhau thì có các loại vi sinh vật khác nhau Mỗi loại loại nước thải có một số loại vi sinh vật thích nghi riêng Chúng cần có chất hữu cơ để làm thức ăn hoặc làm chất dinh dưỡng, phân hủy các hợp chất hữu cơ nhiễm bẩn về các hợp chất đơn giản hơn Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn sẽ là CO2, H2O, N2, SO42-…[17]

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học gồm các phương pháp sau:

 Phương pháp hiếu khí (aerobic): là phương pháp phân hủy các hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật với sự có mặt của O2 Phương pháp này được áp dụng nhiều trong xử lí nước thải công nghiệp

 Phương pháp kị khí (anaerobic): là phương pháp phân hủy các hợp chất hữu cơ dưới điều kiện thiếu hoặc không có O2

 Phương pháp thiếu khí (anoxic): là phương pháp khử nitrit hóa trong điều kiện không cấp oxi từ ngoài vào Phương pháp này được sử dụng để loại nitơ ra

Khi hòa tan FeCl3 trong nước xảy ra quá trình thủy phân:

FeCl3 + H2O  Fe(OH)3 + HCl

Fe(OH)3 tổ hợp với nhau tạo nên cấu trúc rắn, bền gọi là nhân Do điện tích

bề mặt lớn nên chúng hấp phụ những ion có trong thành phần của tổ hợp hoặc ion gần giống ion có trong tổ hợp về tính chất và kích thước tạo thành nhân mixen Ion

được hấp phụ gọi là ion quyết định thế hiệu (QĐTH) Thế nên bề mặt nhân gọi là thế nhiệt động, bằng điện tích của tất cả ion lớp ion bề mặt nhân (ion QĐTH)

[mFe(OH)3] + nFe3+  [mFe(OH)3] nFe3+

Cả hai lớp ion dương Fe3+ và ion âm Cl- tạo thành lớp điện tích kép trên bề mặt hạt keo

Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ, người ta còn có thể tách được hoặc làm giảm đi thành phần có trong nước như kim loại nặng, các chất lơ lửng,…và có thể cải thiện được độ đục và màu sắc của nước, giảm một phần COD (lượng oxy tương đương tiêu thụ để oxy hoá chất hữu cơ bằng hoá chất kali cromat) Khi tiếp tục tăng liều lượng chất keo tụ, hiệu quả tách loại COD và màu (có lẽ chủ yếu do cơ chế hấp thụ) tăng khi pH của hệ giảm 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 Bên cạnh đó phương pháp keo tụ cũng tạo ra một lượng bùn thải lớn và không làm giảm

tổng chất rắn hòa tan nên gây khó khăn cho tuần hoàn nước

1.3.3.2 Phương pháp tuyển nổi

Đây là một quá trình hóa lí phức tạp trong đó các phần tử có bề mặt kị nước

sẽ có khả năng kết dính vào các bọt khí Khi các bọt khí bám vào các phân tử phân tán vận động trong nước thì tập trung lại nổi lên trên mặt nước [17]

Phương pháp này dùng để tách các tạp chất dầu mỡ trong dòng thải Một thiết

bị tuyển nổi bao gồm: Ống cấp khí, bộ phận gạt, máng bom bọt, cặn và ống thu nước sau xử lý [9]

1.3.3.3.Phương pháp hấp phụ