Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật môi trường: Nghiên cứu khử một số màu nhuộm hoạt tính bằng phương pháp keo tụ điện hóa
2,492
384
92
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