Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật môi trường: Nghiên cứu khử một số màu nhuộm hoạt tính bằng phương pháp keo tụ điện hóa

vii 4.2. M ối liện hệ giữa c ường độ, mật độ dòng và thế giữa các điện cực ...................48 4.3. Kh ảo sát quá trình loại màu bằng điện hóa ........................................................49 4.3.1 Pha màu ............................................................................................................49 4.3.2 Lựa chọn đối t ượng nghiên cứu và các yếu tố khảo sát ...................................49 4.3.2.1 Lựa ch ọn đối t ượng nghiên cứu ....................................................................49 4.3.2.2 Các y ếu tố khảo sát .......................................................................................50 4.4. Xác đ ịnh các yếu tố thích hợp cho quá tr ình khử màu bằng điện hóa ...............51 4.4.1 Xác định pH thích hợp .....................................................................................51 4.4.2 Xác định nồng độ sunphate tối ưu ...................................................................52 4.4.3 Xác định mật độ dòng tối ưu............................................................................53 4.4.4 Xác định thời gian tối ưu .................................................................................55 4.4.5 Xác định nồng độ màu nhuộm hiệu quả ..........................................................57 4.4.6 Điện năng tiêu thụ và chi phí xử lý..................................................................58 4.5 Nư ớc thải thực tế .................................................................................................58 4.6 So sánh v ới phương pháp keo tụ .........................................................................60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................63 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................65

viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT pH : Hydrogen Power - Đ ộ kiềm hay độ axít trong n ước BOD : Biological Oxygen Demand - Nhu c ầu oxy sinh học BOD 5 : Nhu c ầu oxy sinh học sau 05 ngày COD : Chemical Oxygen Demand - Nhu c ầu oxy hoá học SS : Suspended Solids – Ch ất rắn lơ lửng TSS : Total Suspended Solids – T ổng c h ất rắn lơ lửng KLN : Heavy Metal - Kim lo ại nặng ASEAN : Association of Southeast Asian Nations – Hi ệp Hội các Qu ốc gia Đông Nam Á WTO : World Trade Organization - T ổ chức thương mại thế gi ới APEC : Asia-Pacific Economic Cooperation- Diễn đàn Hợp tác Kinh t ế châu Á – Thái Bình D ương EU : European Union - Liên minh châu Âu PVA : Poly Vinyl Axetat - (-CH2-CH-COOCH3-)n MN : Dyes - Màu nhu ộm

ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Đặc tính nước thải dệt nhuộm hoạt tính .............................................. 12 Bảng 1.2 Tỷ lệ gắn màu của các màu nhuộm khác nhau .................................... 13 Bảng 3.1 Các thông số nước thải đầu vào của DNTN Tiền Kim Thành ............. 37 Bảng 3.2 Các y ếu tố khảo sát của phèn nhôm..................................................... 40 Bảng 3.3 Các bư ớc v à yếu tố thí nghiệm cho màu SRB , SRS.............................. 41 Bảng 4.1 Đ ộ hấp thu ứng cực đại ứng với từng nồng độ m àu của MN .............. 47 Bảng 4.2 M ối li ên hệ giữa cường độ, mật độ dòng và hiệu thế trong thí nghiệm đi ện hóa................................................................................................................ 49 Bảng 4.3 Thông s ố các yếu tố trong thí nghiệm thay đổi thời gian ..................... 55 Bảng 4.4 Chi phí x ử lý và điện năng tiêu thụ tại th ời điểm tối ưu ..................... 58 Bảng 4.5 Hi ệu suất xử lý các dung dịch m àu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi pH .. 61 Bảng 4.6 Hi ệu suất xử lý các dung dịch màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi liều lư ợng ph èn ........................................................................................................... 61

x DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý dệt nhuộm và các nguồn nước thải............................. 5 Hình 1.2 Cấu trúc màu nhuộm hoạt tính điển hình............................................. 9 Hình 1.3 Nước thải dệt nhuộm làm ô nhiễm nguồn nước.................................... 13 Hình 2.1 Ph ẩn r ã yếm khí nhóm azo của màu nhuộm ......................................... 18 Hình 2.2 Mô hình điện hoá cơ bản ...................................................................... 20 Hình 2.3 Sơ đ ồ c ác ph ản ứng chính trong quá tr ình điện hoá ............................ 22 Hình 2.4 Đ ồ thị E – pH c ủa sắt (A) và nhôm (B) ở nồng độ 10 ÷ 6M (25 o C, áp su ất khí quyển) ..................................................................................................... 24 Hình 2.5 N ồng độ của sản phẩm thủy phân Fe 3+ và Al 3+ ở thế cân bằng với hydroxit hòa tan ở c ường độ ion Zero và 25 0 C ................................................... 27 Hình 3.1 Đ ặc tính lý học của các m àu dùng trong thí nghiệm ............................ 37 Hình 3.2 Máy quang ph ổ UV -Vis ........................................................................ 38 Hình 3.3 Máy đo pH ............................................................................................ 38 Hình 3.4 Mô hình Jartest dùng trong thí nghi ệm ................................................ 40 Hình 3.5 Mô hình đi ện hóa dùng trong thí nghiệm ............................................. 41 Hình 4.1 Đ ồ thị biểu diễn sự phụ thu ộc độ hấp thụ và độ màu vào hàm lượng màu c ủa màu Sunzol Black B 150%ở bước sóng 600 nm ................................... 48 Hình 4.2 Đ ồ thị biểu thị sự phụ thuộc độ hấp thụ và độ màu vào hàm lượng màu c ủa màu Sunfix Red S3B 100%ở bước sóng 541 nm ........................................... 48 Hình 4.3 D ạng tồn tại của Sunzol Black B trong dung d ịch ............................... 50 Hình 4.4 D ạng tồn tại của màu Sunfix Red S3B .................................................. 50 Hình 4.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu và COD .......................... 51

xi Hình 4.6 D ạng tồn tại của Fe 3+ trong dung d ịch ở các pH khác nhau ............... 52 Hình 4.7 Ảnh h ưởng của nồng độ sulphate đến khả năng kh ử m àu của SBB và SBR....................................................................................................................... 53 Hình 4.8 Ảnh h ưởng của m ật độ dòng đến khả năng khử màu ........................... 54 Hình 4.9 Ảnh h ư ởng của thời gian đến khả năng khử màu ................................. 56 Hình 4.10 Ảnh h ưởng của nồng độ đến khả năng khử màu ................................ 57 Hình 4.11 Tác đ ộng chính (a) v à tương tác (b) của mật độ và th ời gian trong thí nghi ệm xử lý nước thải thực tế ............................................................................ 59 Hình 4.12 Hi ệu quả xử lý keo tụ điện hóa trong thí nghiệm xử lý n ước thải thực t ế ........................................................................................................................... 59 Hình 4.13 Hi ệu suất xử lý màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi pH ........................ 60 Hình 4.14 Hi ệu suất xử lý màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đ ổi liều lượng phèn .... 60

1 MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài: Việt Nam đang trong giai đoạn đổi mới, nền kinh tế phát triển mạnh mẽ. Cũng như các ngành công nghiệp khác, ngành nhuộm ở Việt Nam đang phát triển không ngừng, nhu cầu về các sản phẩm may mặc hiện nay là rất lớn với chủng loại sản phẩm ngày càng đa dạng. Tuy nhiên, do đặc thù của một ngành sản xuất phức tạp, sử dụng nhiều hóa chất nên nước thải nhuộm chứa một phần lớn chất độc hại và các chất hữu cơ, mà hiện nay hầu hết các nhà máy chưa xử lý hoặc xử lý ch ưa triệt để rồi thải ra môi trường làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái, sức khỏe của con người và đời sống của sinh vật. Trong các loại nước thải nhuộm, nước thải nhuộm hoạt tính được xem là một trong số nước thải khó xử lý nhất vì khác với các loại màu nhuộm khác màu nhuộm hoạt tính có độ hòa tan vô hạn, độ độc cao vì thế khó loại trừ bằng các biện pháp sinh học thông thường (Joo và cộng sự, 2007). Đặc điểm nước thải nhuộm hoạt tính là chứa nhiều tạp chất xơ sợi, các chất lơ lửng hữu cơ, độ mặn và độ màu cao, nên xử lý n ư ớc thải nhuộm rất khó khăn, với việc bộ tiêu chuẩn dệt nhuộm mới ra đời (QCVN 13: 2008) việc xử lý n ư ớc thải đạt chuẩn (đ ộ màu<20 mg/l) lại càng không đơn giản. Nước thải nhuộm thường kết hợp nhiều phương pháp để xử lý, bao gồm xử lý c ơ h ọc, sinh học, lý hóa và trong đó phương pháp xử lý hóa lý là công đo ạn chính của hệ thống. Tuy vậy, quá trình xử lý keo tụ tạo bông thường cần một lượng lớn chất keo tụ tùy thuộc khả năng h òa tan, tạo ra nhiều bùn thải độc hại, đ òi h ỏi ngưỡng pH nhất định và nồng độ chất thải ổn định trong quá trình vận hành, trong khi nước thải dệt nhuộm thường thay đổi tùy theo đơn hàng ,vì vậy để xử lý hiệu quả phải làm thí nghiệm thường xuyên (Jar- test) điều này không phải trạm xử lý nào c ũng l àm đư ợc (Joo và cộng sự, 2007). Trong các phương pháp keo tụ, keo tụ điện hóa là phương pháp tỏ ra thích hợp trong xử lý n ư ớc thải này nhất vì ít cần điều chỉnh pH, tạo ra lượng bùn thải ít hơn nhiều, trong hiệu quả hơn hẳn so với phương pháp keo tụ truyền thống. Đây là phương pháp có từ lâu đời, năm 1887 người Anh đã dùng điện hóa đề xử lý nước

2 uống ở quy mô hộ gia đình và đến năm 1946 (Vik và cộng sự, 1984), keo tụ điện hóa đã được dùng xử lý nước cấp cho thành phố ở quy mô công nghiệp. Ứng dụng loại trừ ô nhiễm với các loại nước thải nhiễm kim loại nặng, thuốc trừ sâu, nhiễm Flor.... cũng đạt một vài thành quả nhất định (Abdel và cộng sự, 2012). Tuy vậy do chi phi điện chưa hợp lý cùng với công nghệ chế tạo điện cực, các phụ trợ theo kèm chưa phát triển, đặc biệt việc ứng dụng các công nghệ hóa chất đơn giản (keo tụ, tao bông), vi sinh ở giữa thập niên 20 dẫn đến công nghệ điện hóa chưa thế phát triển phổ biến. Ngày nay với đòi hỏi ngày càng cao của các tiêu chuẩn, quy chuẩn môi trường các công nghệ kia chưa thể giải quyết hoàn toàn vấn đề ô nhiễm mặt khác với thời kỳ phát triển của công nghệ vật liệu tiên tiến trong khoảng 2 thập niên gần đây đã có sự trở lại của công nghệ này trong xử lý nước thải (Körbahti và Tanyolaç, 2008). Ở Việt nam việc nghiên cứu điện hóa trong xử lý môi trường chủ yếu dừng ở oxi hóa điện hóa trên quy mô phòng thí nghiệm (Khánh, 2004), chưa đi vào thực tế. Với mong muốn tìm ra đư ợc phương pháp xử lý màu tốt nhất, giảm đáng kể lượng chất lơ lửng, độ màu, làm giảm giá thành xử lý mà vẫn mang lại hiệu quả cao, hỗ trợ tốt cho quá trình xử lý phía sau, nên trong luận văn này chúng tôi tiến hành: “Nghiên cứu khử màu một số loại màu nhuộm hoạt tính bằng phương pháp keo tụ điện hóa” M ục tiêu ch ọn đề tài - Giảm màu nước thải nhuộm giả lập bằng phương pháp keo tụ điện hóa - Khảo sát khả năng loại màu hoạt tính của dòng điện một chiều từ đó tìm ra điều kiện vận hành tối ưu ứng dụng công nghệ này trong xử lý nước thải thưc tế. Ph ạm vi đề tài - Khử màu của hai màu nhuộm phổ biến có trên thị trường (lấy trực tiếp tại công ty nhuộm) trên phạm vi phòng thí nghiệm. - Trên các mẫu nước thải hoạt tính giả định trong phạm vi phòng thí nghiệm.

3 - Trên các mẫu nước thải hoạt tính của nhà máy nhuộm. Phương pháp th ực hiện - Phân tích tổng hợp tài liệu. - Xử lý số liệu. - Phương pháp xử lý bằng keo tụ điện hóa. - Phương pháp chuẩn độ (COD). - Phương pháp quang phổ so màu (UV-Vis). Những khó khăn: phải thực hiện trên các mẫu có tính đại diện cho nước thải nhuộm. Nhi ệm vụ nghiên cứu - Xác định được các thông số tối ưu trong thí nghiệm keo tụ một vài loại màu nước thải hoạt tính bằng keo tụ điện hóa. - So sánh hiệu quả, rút ra những kết luận xác thực và đề xuất định hướng của việc ứng dụng phương pháp keo tụ này. Ý ngh ĩa, hiệu quả của đề tài - Kết quả đề tài là bước mở đầu cho các công trình nghiên cứu áp dụng công nghệ keo tụ điện hóa trong việc xử lý n ư ớc thải nhuộm, góp phần hoàn thiện thêm công nghệ xử lý trong ngành này tại Việt nam. - Kết quả này có thể được áp dụng xử lý cho các ngành công nghiệp khác khó phân h ũy sinh h ọc như: rỉ rác, cà phê, giấy, ….

4 CHƯƠNG 1: T ỔNG QUAN V Ề NƯỚC TH ẢI DỆT NHU ỘM 1.1. Giới thiệu chung ngành nhuộm (Loan, 2011) Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dệt may trở thành ngành m ũi nh ọn, giải quyết một lượng lớn lao động, có kim ngạch xuất khẩu lớn. Ngành dệt may hiện là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của Việt Nam và có tốc độ tăng trưởng cao qua các năm. Với tư cách thành viên của ASEAN, WTO, APEC… và các hiệp định thương mại tự do song phương, đa phương, đ ã t ạo điều kiện thuận lợi cho hàng dệt may Việt Nam có mặt nhiều hơn và rộng hơn trên các thị trường quốc tế, đ ã thi ết lập được vị thế trên các thị trường khó tính như Mỹ, EU và Nhật Bản. Theo số liệu của trung tâm Thương mại thế giới, Việt Nam đứng trong danh sách Top 10 các nước có kim ngạch xuất khẩu lớn trên thế giới về hàng Dệt may trong giai đoạn 2007 - 2009 và đứng vị thứ 3 năm 2010 với thị phần xuất khẩu gần 3%, sau Trung Quốc (36,6%), Bangladesh (4,32%)…(Lam và Chiên, 2014; Thanh và cộng sự, 2013). Nhuộm là một trong những công đoạn có từ lâu đời và quan trọng của ngành dệt may . Với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, ngày nay, kỹ thuật nhuộm không những làm gia tăng sản lượng mà còn gia t ăng chất lượng, đa dạng về màu sắc, mẫu mã sản phẩm. Tuy vậy, công đoạn nhuộm vẫn chưa chú trọng đến việc quản lý và xử lý chất thải. Với sự phát triển nhanh yêu cầu phong phú về mẫu mã, màu sắc, chủng loại nên quá trình sản xuất sử dụng nhiều công nghệ, nguồn nguyên liệu và hóa chất rất đa dạng. Để sản xuất các loại vải cotton và vải pha, nguyên liệu chủ yếu là xơ bông và xơ nhân tạo. Ngoài ra còn sử dụng các loại nguyên liệu như lông thú, đay, gai, tơ tằm để sản xuất các mặt hàng tương ứng. Công đoạn này đ ã th ải ra một lượng lớn chất thải rắn và nước thải khó xử lý đ òi h ỏi cần phải giải quyết. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm có thể tóm tắt theo sơ đồ sau (Loan, 2011).

5 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý dệt nhuộm 1.2. Thuốc nhuộm trong công nghệ dệt nhuộm 1.2.1. Khái quát về màu nhuộm (Hà và cộng sự, 2011) Màu nhuộm là những hợp chất hữu cơ có màu, có khả năng nhuộm màu và H ồ sợi Nư ớc, hồ tinh bột, phụ gia Hơi nư ớc Nư ớc th ải 0 Gi ũ hồ Enzi m NaOH Nư ớc th ải D ệt vải H ấp NaOH, hóa ch ất Hơi nư ớ c Nư ớc th ải T ẩy trắng H 2 O 2 , NaOCl, hóa ch ất Nư ớc th ải Làm bóng NaOH, hóa ch ất Nư ớc th ải Làm s ạch, kéo s ợi, chải, đánh ống Nguyên li ệu đầu v ào Nhu ộm, in hoa Dung d ịch nhu ộm Nư ớc th ải Giặt H 2 S O 4 H 2 O 2 , ch ất tẩy gi ặt Nư ớc th ải S ản phẩm Hoàn t ất Hơi nư ớ c H ồ, hóa chất Nư ớc th ải