Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp fenton

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sử dụng bùn đỏ để xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton.. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH

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

TRƯỜNG ĐHSP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Trương Thị Hạ

Lớp: 12CHP

1 Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton

2 Nguyên liệu, dung cụ, thiết bị

- Nguyên liệu: Bùn đỏ lấy từ nhà máy Alumin Tân Rai – Lâm Đồng và thuốc nhuộm LONSPERSE NAVG HGI lấy từ Công ty cổ phần Dệt Nhuộm hòa Khánh

3 Nội dung nghiên cứu:

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton như lượng bùn đỏ, pH, nồng độ H2O2, thời gian

4 Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Xuân Vững

5 Ngày giao đề tài: 10/08/2015

6 Ngày hoàn thành: 25/03/2016

Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn

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

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

Kết quả đánh giá:

Ngày tháng năm 2016

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Qua bốn năm học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Sư Phạm – Đại học

Đà Nẵng, được sự chỉ bảo và giảng dạy tận tình của quý thầy cô, đặc biệt là quý thầy cô trong khoa Hóa đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu về lý thuyết

và thực hành trong suốt thời gian học ở trường Để hôm nay, từ những kiến thức đó cùng sự giúp đỡ của khoa Hóa và sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn TS Bùi Xuân

Vững tôi đã thực hiên đề tài:” Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để xử lý thuốc nhuộm

phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton”

Từ những kết quả đạt được này, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới quý thầy cô Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng, những người đã dạy dỗ, giúp đỡ, chỉ bảo trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ở Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô quản lý Phòng Thí nghiệm đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm thực nghiệm

Và đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn TS Bùi Xuân Vững đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi thực hiện khóa luận này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn thiện nhất, song do buổi đầu làm quen với công trình nghiên cứu, bước đầu đi vào thực nghiệm còn bỡ ngỡ và hạn chế Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót nhất định, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô để khóa luận được hoàn chỉnh hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2016

Sinh viên thực hiện

Trương Thị Hạ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

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 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM 4

1.1.1 Sự phát triển của ngành dệt nhuộm ở Việt Nam 4

1.1.2 Tác hại của nước thải ngành dệt nhuộm đến môi trường 4

1.2 TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM TRONG CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM 7

1.2.1 Khát quát về thuốc nhuộm 7

1.2.2 Phân loại thuốc nhuộm 7

1.2.2.1 Thuốc nhuộm trực tiếp 8

1.2.2.2 Thuốc nhuộm axit 8

1.2.2.3 Thuốc nhuộm hoạt tính 8

1.2.2.4 Thuốc nhuộm hoàn nguyên 9

1.2.2.5 Thuốc nhuộm phân tán 9

1.2.2.6 Thuốc nhuộm lưu huỳnh 10

1.2.2.7 Thuốc nhuộm azo không tan 10

1.2.2.8 Thuốc nhuộm pigment 11

1.3 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM DO THUỐC NHUỘM 11

1.3.1 Thành phần nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm 11

1.3.2 Tác hại của việc ô nhiễm thuốc nhuộm 11

1.3.3 Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 12

1.3.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 12

1.3.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học 13

1.3.3.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa – lý 13

1.3.3.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 13

1.4 TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ 14

1.4.1 Giới thiệu về bùn đỏ 14

1.4.2 Tác hại của bùn đỏ 15

1.4.3 Một số phương pháp xử lý bùn đỏ 16

1.4.4 Một số nghiên cứu ứng dụng của bùn đỏ 17

1.4.4.1 Dùng bùn đỏ để xử lý nước thải công nghiệp 17

1.4.4.2 Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để loại bỏ thuốc nhuộm từ nước 17

1.4.4.3 Dùng bùn đỏ xử lý kim loại trong nước 17

1.4.4.4 Sản xuất thép và gạch ngói từ bùn đỏ 18

1.4.4.5 Sản xuất xi măng từ bùn đỏ 18

1.5 PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA NÂNG CAO FENTON TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 19

1.5.1 Giới thiệu quá trình oxy hóa nâng cao 19

1.5.1.1 Định nghĩa 19

1.5.1.2 Phân loại 20

1.5.1.3 Tình hình nghiên cứu, áp dụng các quá trình oxy hóa nâng cao hiện nay… ……… 21

1.5.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình Fenton 22

1.5.2.1 Cơ chế phản ứng và phương thức phản ứng của gốc hydroxyl OH 22

1.5.2.2 Ưu điểm 25

1.5.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng 26

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28

2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT 28

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 28

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 28

2.1.2.1 Dụng cụ 28

2.1.2.2 Thiết bị 28

2.2 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 29

2.2.1 Xử lý bùn đỏ và chuẩn bị hóa chất 29

2.2.1.1 Xử lý bùn đỏ 29

2.2.1.2 Chuẩn bị hóa chất 29

2.2.2 Xác định hàm lượng oxit sắt trong bùn đỏ 29

2.2.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sử dụng bùn đỏ để xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 30

2.2.3.1 Xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm LONSPERSE NAVG HGI 30

2.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bùn đỏ đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 31

2.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán

LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 31

2.2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của H2O2 đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 31

2.2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 32

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG OXIT SẮT TRONG BÙN ĐỎ 33

3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG BÌN ĐỎ ĐỂ XỬ LÝ THUỐC NHUỘM PHÂN TÁN LONSPERSE NAVG HGI BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON 33

3.2.1 Xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm LONSPERSE NAVG HGI 33

3.2.2 Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu của quá trình sử dụng bùn đỏ để xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 34

3.2.2.1 Kết quả khảo sát khối lượng bùn đỏ đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 34

3.2.2.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 37

3.2.2.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng H2O2 đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 39

3.2.2.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 43

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

1 KẾT LUẬN 46

1.1 Hàm lượng oxit sắt trong bùn đỏ ở Tân Rai, Lâm Đồng 46

1.2 Quá trình sử dụng bùn đỏ để xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE

NAVG HGI bằng phương pháp Fenton 46 1.2 KIẾN NGHỊ 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH MỤC VIẾT TẮT

AOPs : Advanced Oxydation Processes

BOD : Biochemical Oxygen Demand

COD : Chemical Oxygen Demand

POP : Pensistant Organic Pollutant

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TSS : Total Suspended Solids

UV : Ultra Violet

VIS : Visibility Spectrum

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm 6

Bảng 1.2 Thành phần nguyên tố hóa học của bùn đỏ 15

Bảng 1.3 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa 19

Bảng 1.4 Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng 20

Bảng 1.5 Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng 21

Bảng 3.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ thuốc nhuộm LONSPERSE NAVG HGI 33

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của khối lượng bùn đỏ đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu 35

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của pH đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu 37

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu 39

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của thể tích H2O2 đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu 41

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của thời gian đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu 43

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1 Đồ thị xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ thuốc nhuộm

LONSPERSE NAVG HGI 34

Hình 3.2 Dãy dung dịch thuốc nhuộm sau khi xử lý màu để khảo sát khối lượng bùn đỏ 35

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của khối lượng bùn đỏ đến hiệu suất xử lý màu (%) 36

Hình 3.4 Dãy dung dịch sau khi xử lý màu để khảo sát pH 38

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu (%) 38

Hình 3.6 Dãy dung dịch sau khi xử lý màu để khảo sát nồng độ H2O2 40

Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất xử lý màu (%) 40

Hình 3.8 Dãy dung dịch thuốc nhuộm sau xử lý để khảo sát thể tích H2O2 41

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thể tích H2O2 hiệu suất xử lý màu (%) 42

Hình 3.10 Dãy dung dịch thuốc nhuộm sau xử lý để khảo sát thời gian 44

Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý màu (%) 44 Hình 3.12 Dung dịch thuốc nhuộm trước và sau khi xử lý màu ở các điều 46

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây phát triển kinh tế gắn liền với bảo vệ môi trường

là vấn đề đang được quan tâm của nhiều quốc gia trên thế giới Một trong những vấn đề đang đặt ra với các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trường do các chất độc hại phát sinh từ nền công nghiệp

Ở Việt Nam, dệt nhuộm và luyện kim là hai trong những ngành công nghiệp trọng điểm, giữ những vị trí then chốt, chiến lược quan trọng trong sự phát triển của kinh tế quốc dân Tuy nhiên, do đặc thù mỗi ngành công nghiệp trên lại có những ảnh hưởng tiêu cực nhất định đến môi trường

Nhắc tới dệt may là nhắc tới ngành công nghiệp mũi nhọn của nước ta Ngành dệt may đã phát triển lâu đời trên thế giới nhưng nó chỉ mới hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nước ta Nhưng song song với quá trình phát triển của ngành là vấn đề về môi trường, vấn đề xử lý nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất Hằng năm ngành dệt may thải vào môi trường một lượng lớn nước thải với nồng độ chất ô nhiễm cao do nước thải chưa được xử lý hay xử lý nhưng chưa đạt Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường có nhiệt độ cao, pH lớn, chứa nhiều loại hóa chất, thuốc nhuộm khó phân hủy, chứa nhiều màu Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước và hậu quả là tổn hại đến sức khỏe con người và sinh vật sống Ngoài ra, sự hiện diện của thuốc nhuộm trong nước ngăn cản sự xuyên thấu của ánh sáng mặt trời vào nước, làm giảm quá trình quang hợp kéo theo sự giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước Thuốc nhuộm còn có tính độc 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

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 Ở các tỉnh Tây Nguyên đặc biệt là Lâm Đồng và Đăk Nông đang chịu ảnh hưởng của loại chất thải này 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 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 dễ 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 mùi hôi, hơi hóa chất làm ô nhiễm, ăn mòn các loại vật liệu Ngoài ra, còn 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 Tuy nhiên, trong thành phần bùn đỏ chứa một lượng sắt nhất định Dựa vào điều này có thể nghiên cứu sử dụng bùn đỏ và sử dụng quá trình Fenton để xử lý ô nhiễm môi trường, tiết kiệm được hóa chất, giá thành rẻ phù hợp với điều kiện Việt Nam

Xử lý nước thải dệt nhuộm đang là bài toán nan giải cho nhiều nhà môi trường trong nước và ngoài nước 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, màng lọc, oxy hóa, xử lý bằng ozon… Tuy nhiên, những phương pháp này đạt hiệu quả không cao và làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường Vì vậy, cần có phương pháp xử lý triệt để hơn, giảm giá thành Trước thực trạng đó, người ta đã nghiên cứu một vật liệu mới có khả năng xử lý màu, thân thiện với môi trường, giá thành rẻ, phù hợp với điều kiện Việt Nam là bùn đỏ

Xuất phát từ lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để xử

lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI bằng phương pháp Fenton”

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Bùn đỏ từ nhà máy alumin Tân Rai tỉnh Lâm Đồng và thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI lấy từ Công ty Dệt Hòa Khánh (DANATEX)

- Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng phương pháp Fenton để xử lý thuốc nhuộm phân tán LONSPERSE NAVG HGI Ở luận văn này chỉ tập trung vào chỉ tiêu độ màu Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton

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

- Nghiên cứu tính chất và tác hại của thuốc nhuộm

- Phân tích và tổng hợp lý thuyết

- Trao đổi với giáo viên hướng dẫn

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton như pH, khối lượng bùn

đỏ, nồng độ và thể tích H2O2, thời gian

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để xử lý thuốc nhuộm bằng phương pháp Fenton

nhằm đưa tới một phương án xử lý nước thải mới, đơn giản, chi phí đầu tư thấp mà hiệu quả cao Đồng thời cũng giải quyết được một lượng lớn bùn đỏ thải ra môi trường gây ô nhiễm

- Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để xử lý thuốc nhuộm bằng hệ Fe (III) - H2O2 để tìm ra giải pháp xử lý nước nước thải đạt hiệu suất cao nhất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM

1.1.1 Sự phát triển của ngành dệt nhuộm ở Việt Nam

Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành công nghiệp dệt nhuộm cũng có nhiều thay đổi Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dệt may đang trở thành một trong những ngành mũi nhọn trong các ngành công nghiệp [8] Năm 2004, toàn ngành sử dụng 2,1 triệu lao động, chiếm 4,7% trong tổng số lao động cả nước [6] Ngày 19/11/2008, Bộ Công Thương đã ban hành Quyết định số 42/2008/QĐ-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 dệt may trở thành một trong những ngành công nghiệp trọng điểm, mũi nhọn về xuất khẩu, thỏa mãn ngày càng cao nhu cầu trong nước, tạo thêm nhiều việc làm cho xã hội, nâng cao khả năng cạnh tranh [3]

Song song với định hướng phát triển trên thì ngành dệt may cũng tạo một sức ép lớn lên môi trường, đặc biệt là môi trường nước do lượng nước thải ngày càng gia tăng về hàm lượng cũng như độ phức tạp của các hóa chất dùng trong dệt nhuộm Do đó, việc xử lý nước thải dệt nhuộm đang là vấn đề được quan tâm và có

ý nghĩa to lớn trong giai đoạn hiện nay nhằm đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng và phát triển kinh tế bền vững cho ngành dệt may nói riêng và kinh tế xã hội nói chung

1.1.2 Tác hại của nước thải ngành dệt nhuộm đến môi trường

Trong quá trình hoạt động sản xuất ngành công nghiệp dệt nhuộm đã sử dụng một lượng lớn nước Trung bình, cần khoảng 200 lít nước cho 1 kg vải Phần lớn nước thải phát sinh cũng chứa nhiều loại hóa chất khác nhau được sử dụng qua các công đoạn gia công Lượng nước thải này có thể phá hủy môi trường nếu không được xử lý thích hợp trước khi thải ra môi trường Tất cả các công đoạn bao gồm gia công sản phẩm dệt, gia công ướt mới tạo nên lượng lớn nước thải [12]

Do tính chất đặc thù của nguồn nước thải dệt nhuộm là độ kiềm cao làm tăng độ pH của nước, độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận Do đó, nước thải dệt nhuộm sẽ gây độc với các loài thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu đến cảnh quan [8]

Thuốc nhuộm là hóa chất cơ bản do vậy đều có độc tính nhất định, ngoài ra một số loại thuốc nhuộm là độc tính có khả năng gây ung thư Trên thế giới đã có quy định tiêu chuẩn về độc chất đối với một số loại một số loại thuốc nhuộm, ví dụ như trong tiêu chuẩn về các hóa chất trong công nghiệp dệt đã xác định những loại thuốc nhuộm azo có thể tạo ra những chất amide gây ung thư do sự phân hủy Những loại thuốc nhộm có chứa hợp chất nhóm azo amin đã bị cấm sử dụng [3]

Hàm lượng các chất gây ô nhiễm nước thải trong từng loại hình công nghệ

và từng loại sản phẩm thường khác nhau Nhìn chung, nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm có độ kiềm khá cao, có độ màu và hàm lượng các chất hữu cơ tổng chất rắn cao Đặc tính nước thải và các chất ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm được thể hiện trong Bảng 1.1 [3]

Bảng 1.1 Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt

nhuộm

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

Hồ sợi, hồ giũ Tinh bột, glucose, carboxyl

metyl xenlulo, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp

BOD cao (34% - 50% tổng sản lượng BOD)

Nấu tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro,

soda, silicat natri, xơ sợi vụn

Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30% tổng BOD)

Tẩy trắng Hypoclorit, hợp chất chứa clo,

NaOH, AOX, axit…

Độ kiềm cao, chiếm 5% BOD

cao (6% tổng BOD), rắn tổng số cao

In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét,

muối kim loại, axit…

Độ màu cao, BOD cao và dầu mỡ

Hoàn thiện Vết tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp

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 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 trong chuỗi thức ăn trong

hệ sinh thái nguồn nước, gây một số bệnh mãn tính hay ung thư đối với người và động vật [8]

1.2 TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM TRONG CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM

1.2.1 Khát quát về thuốc nhuộm [1]

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

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

1.2.2 Phân loại thuốc nhuộm [1], [3]

Tùy theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng mà người ta chia thuốc nhuộm thành các nhóm, loại khác nhau Có hai cách để phân loại thuốc nhuộm:

- Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hóa học Thuốc nhuộm trong cấu trúc hóa học có nhóm azo, nhóm antraquinon nhóm nitro…

- Phân loại theo lớp kĩ thuật và phạm vi ứng dụng Ưu điểm của cách phân loại này là thuận tiện cho việc tra cứu và sử dụng, người ta xây dựng Từ điển Thuốc nhuộm (Color Index) Từ điển Thuốc nhuộm sử dụng trên thế giới trong đó mỗi loại thuốc nhuộm có chung tính chất kĩ thuật được xếp trong cùng lớp như: nhóm thuốc

nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm axit… Trong mỗi lớp lại xếp theo thứ tự gam màu từ vàng đến da cam, đỏ, tím, xanh lam, xanh lục, nâu và đen

* Dưới đây là một số loại thuốc nhuộm thường được sử dụng ở Việt Nam:

1.2.2.1 Thuốc nhuộm trực tiếp

Thuốc nhuộm trực tiếp 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

Thuốc nhuộm trực tiếp có hiệu suất bắt màu cao 90% khi nhuộm màu nhạt ở nồng độ thấp Khi nhuộm màu đậm thì thuốc nhuộm trực tiếp không có khả năng bắt màu cao, lượng thuốc nhuộm bị thải ra tương đối lớn Hơn nữa trong thành phần của thuốc có chứa gốc azo (–N=N–) – hợp chất gây ung thư nên hiện nay thuốc nhuộm này không được khuyến khích sử dụng nhiều

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

1.2.2.2 Thuốc nhuộm axit

Thuốc nhuộm này có những đặc điểm chung là hòa tan trong nước thường dùng để nhuộm lông thú hoặc nhuộm da 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

Thuốc nhuộm axit có khả năng nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm,

tốt, tùy thuộc vào cấu trúc hóa học của thuốc nhuộm

1.2.2.3 Thuốc nhuộm hoạt tính

Thuốc nhuộm này là những hợp chất màu mà trong phân tử của chúng có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện mối liên kết cộng hóa trị với vật liệu nói chung nhờ vậy nên độ bền màu cao Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là: S–R–T–X

Trong đó:

S: là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan

R: là phần mang màu, thường là các hợp chất azo (-N=N), antraquynon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin

T: là gốc mang nhóm phản ứng

X: là nguyên tử hay nhóm phản ứng

Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được xem là tác nhân gây ung thư

1.2.2.4 Thuốc nhuộm hoàn nguyên

Thuốc nhuộm này là những hợp chất màu hữu cơ không hòa tan trong nước, tuy có cấu tạo hóa học và màu sắc khác nhau nhưng chúng có chung một tính chất Tất cả đều chứa các nhóm ceton trong phân tử

Thuốc nhuộm hoàn nguyên được sử dụng chủ yếu cho những sợi cellulose Đôi khi chúng được sử dụng trên các sợi protein và polyamide Tùy thuộc vào công nghệ nhuộm khác nhau mà tỷ lệ bắt màu của thuốc nhuộm hoàn nguyên khác nhau, dao động 70% - 80% Phần không bẩn 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

1.2.2.5 Thuốc nhuộm phân tán

Thuốc nhuộm này là những hợp chất màu không tan trong nước do trong

nhỏ, khối lượng phân tử không lớn, cấu tạo không phức tạp Phân tử chứa các

Thuốc nhuộm phân tán thường sử dụng cho xơ polyester, acetate và

phụ thuộc vào cấu trúc của xơ mà thuốc nhuộm được sử dụng

Mức độ màu của thuốc nhuộm phân tán đạt tỷ lệ cao 90 – 95%, nên nước thải 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 với trung hòa dòng nước thải kiềm

1.2.2.6 Thuốc nhuộm lưu huỳnh

Thuốc nhuộm lưu huỳnh bao gồm cấu trúc amino và phenolic gắn kết với các hợp chất lưu huỳnh, và có trọng lượng phân tử cao Nhiều loại thuốc nhuộm khác có chứa lưu huỳnh trong các phân tử của chúng, nhưng chỉ các loại thuốc nhuộm mà

nó không tan trong nước và tan được bởi sodium sulfide trong một môi trường kiềm thuộc loại này Thành phần chính xác của chúng không phải luôn luôn được biết bởi

vì chúng được tạo thành từ các chất phức tạp

Thuốc nhuộm lưu huỳnh thường được sử dụng trên các xơ cellulose, đặc biệt

là xơ bông Chúng không mang lại sắc thái tươi sáng trên cellulose, nhưng chi phí thấp và cung cấp độ bền màu khi giặt Độ bền đối với ánh sáng có các mức độ từ kém đến tuyệt vời

1.2.2.7 Thuốc nhuộm azo không tan

Thuốc nhuộm azo không hòa tan hay thuốc nhuộm naphtol được tổng hợp từ hai hợp chất trên bản thân xơ (chủ yếu là xơ bông), do đó chúng cũng được gọi là thuốc nhuộm hiện hình Xơ được xử lý bằng các thành phần diazo (được gọi là các bazơ tự do và muối diazonium) và các thành phần ghép (chủ yếu được chiết xuất từ beta-naphtol), mà chúng phản ứng để tạo ra azo chromophore (phần này của các phân tử chịu trách nhiệm về màu sắc của nó)

Thuốc nhuộm naphtol không hòa tan trong nước, và do đó độ bền khi giặt là tốt Mặc khác, độ bền cọ xát thì kém bởi vì những thuốc nhuộm này để lại một cấu trúc bột màu trên sợi Độ bền ánh sáng thường đạt các giá trị cao và sắc thái tươi sáng có thể đạt được

Thuốc nhuộm naphtol được sử dụng chủ yếu để đạt được các màu cam, đỏ và màu đỏ tươi Một nhóm đặc biệt của thuốc nhuộm phân tán hiện hình – thuốc nhuộm diazo phân tán – được sử dụng để nhuộm polyester Khoảng 70% đến 80% thuốc nhuộm được sử dụng hiện nay thuộc về các nhóm thuốc nhuộm azo Trong các điều kiện khử, các thuốc nhuộm này có thể sản xuất các amine, một số trong đó

là chất gây ung thư

1.2.2.8 Thuốc nhuộm pigment

Pigment là những hợp chất có màu, cấu tạo hóa học khác nhau, có đặc điểm chung: không tan trong nước do phân tử không chứa các nhóm có tính tan (–SO3H,

–COOH), hoặc các nhóm này bị chuyển về dạng muối bari, canxi không tan trong nước

1.3 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM DO THUỐC NHUỘM 1.3.1 Thành phần nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm [8]

Thành phần nước thải dệt nhuộm 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 hợp 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 và các phương pháp xử

lý thông thường

1.3.2 Tác hại của việc ô nhiễm thuốc nhuộm [2]

- Nước thải dệt nhuộm gây ô nhiễm cho nguồn xả chủ yếu do độ đục,

độ màu, lượng chất hữu cơ và pH cao Nước thải dệt nhuộm thường có màu rất

đậm Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loài thủy sinh vật Nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải Các nghiên cứu cho thấy khả năng phân giải trực tiếp thuốc nhuộm hoạt tính bằng vi sinh rất thấp

- Các thuốc nhuộm hữu cơ nói chung được xếp loại từ ít độc đến không độc đối với con người Tuy nhiên một số cho kích thích nhẹ đối với da, mắt

- Tác hại gây ung thư và nghi ngờ gây ung thư: chỉ có một số màu azo, chủ yếu là thuốc nhuộm benzidin, có tác hại gây ung thư, chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao

- Mức độ độc hại với cá và các loài thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn 3000 thuốc nhuộm được sử dụng thông thường cho thấy có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc vừa đến độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở mức

độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh

1.3.3 Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm [16]

Do đặc thù của công nghệ, nước thải dệt nhuộm chứa tổng hàm lượng chất rắn TS, chất rắn lơ lửng, độ màu, BOD, COD cao nên chọn phương pháp xử lý thích hợp phải dựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải, xử lý tập trung hay cục bộ Về nguyên lý xử lý, nước thải dệt nhuộm có thể áp dụng các phương pháp sau:

- Phương pháp cơ học

- Phương pháp hóa học

- Phương pháp hóa – lý

- Phương pháp sinh học

1.3.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng Để tách các chất này ra khỏi nước thải Thường sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực li tâm

và lọc

Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp Các công nghệ như: song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng cát, bể vớt dầu mỡ…

1.3.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

Các phương pháp hóa học xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxy hóa và khử Tất cả các phương pháp này đều dùng tác nhân hóa học nên tốn nhiều tiền Người ta sử dụng các phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và trong các hệ thống nước khép kín

Đôi khi phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn

1.3.3.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa – lý

Cơ chế của phương pháp hóa lý là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó, chất này phản ứng với các tập chất bẩn trong nước thải và có khả năng loại chúng ra khỏi nước thải dưới dạng cặn lắng hoặc dạng hòa tan không độc hại

Các phương pháp hóa lý thường sử dụng để khử nước thải là quá trình keo

tụ, hấp phụ, trích ly, tuyển nổi

1.3.3.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Là phương pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy sinh hóa các hợp chất hữu cơ, biến các hợp chất có khả năng thối rửa thành các chất ổn định với sản phẩm cuối cùng là cacbonic, nước và các chất vô cơ khác

Phương pháp sinh học có thể chia thành hai loại: xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí trên cơ sở có oxy hòa tan và không có oxy hòa tan

1.4 TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ

1.4.1 Giới thiệu về bùn đỏ [5]

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 nhuôm Trong quá trình luyện nhôm, bauxite bị chuyển hóa bởi dung dịch natri hydroxite nóng lên tới 175oC để trở thành hydroxite nhôm, trong khi các thành phần khác sẽ giữ nguyên Al(OH)3 tan trong dung dịch hydroxite theo phản ứng sau:

Al2O3 + 2 OH − + 3 H2O → 2 [Al(OH)4]−

Tất cả các hóa chất không tan trong chu trình này được gọi là bùn đỏ Bùn

đỏ là một loại "súp" hóa học khá phức tạp, gồm nhiều phân tử đá, muối và nhiều loại kim loại nặng độc hại

Theo tài liệu của tiến sĩ Nguyễn Trung Minh, sau đây là một số thành phần hóa học của bùn đỏ ở Bảo Lộc, Lâm Đồng:

Bảng 1.2 Thành phần nguyên tố hóa học của bùn đỏ

Thành phần hóa

học

Hàm lượng (% khối lượng ) Thành phần hóa

học

Hàm lượng (% khối lượng )

- Bùn đỏ không thể dễ dàng xử lý Trong hầu hết các quốc gia mà bùn

đỏ được tạo ra, nó được bơm vào các ao bùn đỏ Việc có mặt một khu vực chứa bùn đỏ như vậy gây ra nhiều nguy cơ đối với môi trường xung quanh và gây khó khăn cho công tác phục hồi môi trường ngay khi nó đã khô hoặc các hồ chứa bùn

đỏ có thể bị vỡ và tràn xuống đồng bằng các tỉnh lân cận gây nên hậu quả đáng kể

- Bùn đỏ thải khi khô là các hạt bụi mịn sẽ 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 đỏ có độ pH cao do đó khi tiếp xúc với da sẽ gây tác hại như ăn da, mất độ nhờn làm da khô ráp, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy, loét

mủ ở vết rách vết xước trên da Bùn đỏ đủ độc hại để giết chết động vật và thực vật, và thậm chí có thể gây bỏng, làm tổn thương đường hô hấp

Tóm lại, bùn đỏ có thể gây ảnh hưởng đồng thời đến môi trường đất, nước, không khí

Bùn đỏ được làm khô giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Ví

dụ như phương pháp làm đặc cứng bùn đỏ bằng cách bổ sung muối amoni Cũng

có những đề xuất xử lý bùn đỏ thành những bánh cứng có hàm lượng alumina và các chất độc hại thấp hơn cho phép để đổ thải ra môi trường [10]

Về cơ bản, thành phần bùn đỏ có 46% oxit sắt nên sẽ có mùa nâu đỏ Trong bùn không có các chất phóng xạ nên không gây hại đặc biệt cho môi trường Tuy nhiên trong bùn đỏ còn có dung dịch kẽm nên có tính ăn mòn cao, độ pH lớn, lòng

hồ phải được xử lý để không cho bùn đỏ (có NaOH) tràn ra môi trường

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

- Xử lý phần chất lỏng đi kèm bùn đỏ hoặc phát sinh trong hồ bùn đỏ cách tái sử dụng trong dây chuyền sản xuất hoặc trung hòa bằng nước biển (trường hợp nhà máy đặt cạnh biển) hoặc trung hòa 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, làm đường, chế biến sơn, chế tạo các vật liệu đặc biệt khác…

Ngoài ra, bùn đỏ còn được xử lý bằng cách tận dụng nó để sản xuất các vật liệu khác như: sản xuất xi măng, gạch, vật liệu composit bùn đỏ

1.4.4 Một số nghiên cứu ứng dụng của bùn đỏ

1.4.4.1 Dùng bùn đỏ để xử lý nước thải công nghiệp [13]

Đây là phương pháp xử lý nước thải mới của kỹ sư Nguyễn Lâm Anh, hiện công tác tại một công ty chuyên về kỹ thuật công trình có trụ sở đóng tại thành phố

ưu thế về giá thành xử lý nước thải

1.4.4.2 Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để loại bỏ thuốc nhuộm từ nước [11]

Màu thuốc nhuộm trong nước thải công nghiệp được xem là có độc tính cao Bùn đỏ được sử dụng để loại bỏ những loại thuốc nhuộm khác nhau từ nước và nước thải Gupta và cộng sử đã tận dụng bùn đỏ trong việc loại bỏ các thuốc nhuộm Rhodamine B, Fast Green và Metyl xanh khi sử dụng chất hấp phụ này lần lượt là 92.5%, 94.0%, 75.0% ở các điều kiện pH tối ưu là 1.0: 7.0 và 8.0

1.4.4.3 Dùng bùn đỏ xử lý kim loại trong nước [5]

Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu thành công việc tận dụng thành phần có ích của bùn đỏ để tạo ra vật liệu mới có khả năng xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải

Nguyễn Trung Minh và cộng sự cho biết, kết quả ban đầu cho thấy, sự hấp phụ của vật liệu chế tạo từ bùn đỏ Bảo Lộc (Lâm Đồng) với các ion kim loại nặng

và các thông số hóa lý, hấp phụ đẳng nhiệt khác, đã chỉ ra khả năng sử dụng bùn đỏ