Luận văn thạc sĩ kỹ thuật môi trường đánh giá khả năng khử màu nước thải dệt nhuộm bằng ferrate

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật môi trường đánh giá khả năng khử màu nước thải dệt nhuộm bằng ferrate, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Bùi Quốc Nguyên
• Người hướng dẫn: TS. Trần Tiến Khôi
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Khả Năng Khử Màu Nước Thải Dệt Nhuộm Bằng Ferrate
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM
• 1.1. Nguyên liệu trong dệt nhuộm
• 1.2. Các loại thuốc nhuộm
• 1.2.1. Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hóa học
• 1.2.2. Phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Mô hình thí nghiệm
• 2.1.2. Vật liệu thí nghiệm
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 2.3.1. Cách thực hiện thí nghiệm
• 2.3.2. Nghiệm thức thực hiện cho nước thải
• 2.3.3. Thí nghiệm cho nước tổng hợp

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm là một trong những nguồn ô nhiễm chính trong ngành công nghiệp dệt may. Chúng chứa nhiều chất ô nhiễm như thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt và kim loại nặng. Đặc biệt, độ màu cao trong nước thải dệt nhuộm không chỉ ảnh hưởng đến mỹ quan mà còn gây hại cho hệ sinh thái. Việc xử lý nước thải dệt nhuộm là một thách thức lớn, đòi hỏi các phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường. Theo nghiên cứu, nước thải dệt nhuộm có thể chứa đến 15% thuốc nhuộm dư thừa, gây ra ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được xử lý đúng cách.

1.1. Tác động của nước thải dệt nhuộm đến môi trường

Nước thải dệt nhuộm có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Độ màu cao trong nước thải làm cản trở quá trình quang hợp của thực vật dưới nước, ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái. Ngoài ra, các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong nước thải có thể tích tụ trong cơ thể sinh vật, gây ra các vấn đề sức khỏe cho con người và động vật. Do đó, việc xử lý nước thải dệt nhuộm là rất cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

II. Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

Trong nghiên cứu này, Kali Ferrate được sử dụng như một chất khử màu hiệu quả cho nước thải dệt nhuộm. Kali Ferrate (K2FeO4) không chỉ có khả năng oxy hóa mạnh mà còn có tính keo tụ, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải. Nghiên cứu đã tiến hành 12 thí nghiệm với các mẫu nước thải từ Công ty TCG và nước tổng hợp. Kết quả cho thấy khả năng khử màu của Ferrate tương đương hoặc cao hơn so với PAC, một chất keo tụ phổ biến. Việc sử dụng Ferrate trong xử lý nước thải dệt nhuộm có thể giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước.

2.1. So sánh hiệu quả giữa Ferrate và PAC

Kết quả thí nghiệm cho thấy Ferrate có khả năng khử màu cao hơn PAC trong nhiều trường hợp. Cụ thể, với liều lượng 16 mg/l Ferrate tại pH 8, nước thải dệt nhuộm đã loại bỏ được 94% độ màu và 91% COD. Điều này chứng tỏ Ferrate là một lựa chọn tiềm năng cho việc xử lý nước thải dệt nhuộm, không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường. Việc phát triển công nghệ xử lý nước thải bằng Ferrate có thể mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp dệt may.

III. Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu khả năng khử màu nước thải dệt nhuộm bằng Ferrate không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn. Việc áp dụng Ferrate trong xử lý nước thải có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời tiết kiệm chi phí cho các nhà máy dệt may. Hơn nữa, nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các phương pháp xử lý nước thải hiệu quả và bền vững. Ferrate có thể được xem như một giải pháp khả thi cho các vấn đề ô nhiễm nước thải trong ngành dệt nhuộm.

3.1. Tương lai của công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải bằng Ferrate có tiềm năng lớn trong tương lai. Với những ưu điểm vượt trội về khả năng khử màu và giảm thiểu ô nhiễm, Ferrate có thể trở thành một trong những lựa chọn hàng đầu cho các nhà máy dệt may. Việc nghiên cứu và phát triển thêm các ứng dụng của Ferrate trong xử lý nước thải sẽ góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống cho cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp dệt may đóng vai trò trụ cột trong nền kinh tế xuất khẩu nhưng cũng là một trong những nguồn phát sinh chất thải lỏng phức tạp nhất. Theo ước tính từ các báo cáo kỹ thuật ngành dệt, có khoảng 10% đến 15% lượng thuốc nhuộm bị thất thoát trực tiếp vào nguồn nước thải trong quá trình nhuộm và giặt tẩy. Dòng thải này có đặc trưng ô nhiễm nghiêm trọng với độ màu dao động từ vài nghìn đến 50.000 Pt-Co, nồng độ COD nằm trong khoảng 1.000 đến 1.500 mg/L và tỷ số BOD/COD thường dưới mức 0,5, gây cản trở quang hợp của thủy sinh vật và tiềm ẩn nguy cơ ung thư cao từ các hợp chất amin thơm.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm đặt ra là các công nghệ xử lý sinh học truyền thống gần như bất lực trước các liên kết azo bền vững, trong khi các chất keo tụ thông thường tạo ra khối lượng bùn thải khổng lồ khó tiêu hủy. Mục tiêu cụ thể của luận văn là đánh giá và so sánh hiệu quả khử độ màu, xử lý COD của Kali Ferrate (K2FeO4) so với chất keo tụ Poly Aluminium Chloride (PAC) trên cả hai đối tượng: nước thải thực tế lấy tại bể điều hòa của Công ty Cổ phần Dệt may Thành Công (TCG) và nước thải tổng hợp pha từ thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trong thời gian 10 tháng, từ tháng 01/2015 đến tháng 11/2015 tại phòng thí nghiệm chuyên sâu thuộc Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc tìm ra giải pháp hóa học xanh với hiệu suất khử màu đạt tới 94% và loại bỏ 91% COD, giúp nước thải sau xử lý dễ dàng đáp ứng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của hai lý thuyết cốt lõi trong kỹ thuật môi trường: lý thuyết các quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs) và lý thuyết keo tụ - tạo bông làm mất độ bền của dung dịch keo. Trong đó, mô hình nghiên cứu tích hợp cơ chế phản ứng kép của ion sắt hóa trị sáu Fe(VI) dưới dạng muối Kali Ferrate (K2FeO4). Khác với các chất oxy hóa thông thường, Ferrate sở hữu thế oxy hóa khử cực cao đạt 2,2V trong môi trường axit (vượt trội hơn phân tử Ozone có thế oxy hóa 2,0V), cho phép bẻ gãy tức thì các mạch liên kết mang màu azo (-N=N-) và cetone (R=C=O).

Ba khái niệm học thuật then chốt được phân tích chi tiết trong mô hình gồm:

• Cơ chế oxy hóa - keo tụ đồng thời: Sau khi oxy hóa phân cắt các mạch hữu cơ phức tạp, ion Fe(VI) bị khử về Fe(III) và tạo thành các bông hydroxit sắt Fe(OH)3 tự nhiên, đóng vai trò như chất keo tụ hấp phụ và quét sạch các chất lơ lửng.
• Điện thế Zeta và sự nén lớp điện tích kép: Cơ chế trung hòa bề mặt hạt keo thuốc nhuộm tích điện âm bằng các polymer vô cơ đa nhân Al13 có điện tích 7+ trong cấu trúc của PAC.
• Tính phân hủy sinh học của nước thải: Sự cải thiện tỷ lệ BOD/COD từ ngưỡng khó phân hủy dưới 0,5 lên mức tối ưu cho hệ vi sinh vật bùn hoạt tính.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ hai nguồn nước mẫu rõ ràng: nước thải công nghiệp thực tế lấy tại bể điều hòa trạm xử lý của Công ty Dệt may Thành Công và nước thải nhân tạo mô phỏng pha chế từ thuốc nhuộm trực tiếp gốc azo và thuốc nhuộm hoàn nguyên dạng cetone. Phương pháp chọn mẫu áp dụng theo tiêu chuẩn lấy mẫu nước thải công nghiệp TCVN kết hợp phương pháp bảo quản nghiêm ngặt ở nhiệt độ phòng thí nghiệm 25 độ C.

Quy trình phân tích thực nghiệm bao gồm 12 nghiệm thức thí nghiệm hoàn chỉnh:

• Mô hình Jar-test: Thiết lập dải liều lượng PAC từ 100 đến 600 mg/L với bước nhảy 100 mg/L và liều lượng Ferrate từ 4 đến 24 mg/L với bước nhảy 4 mg/L. Khoảng giá trị pH khảo sát mở rộng từ 5 đến 10 với bước nhảy 1 đơn vị pH nhằm xác định chính xác điểm tối ưu.
• Mô hình sinh học mẻ SBR (Sequencing Batch Reactor): Đánh giá tương tác giữa hai chu trình công nghệ: hóa lý trước - sinh học sau và sinh học trước - hóa lý sau.
• Phương pháp phân tích thông số: Đo độ màu bằng phương pháp trắc phổ so màu Pt-Co, phân tích COD bằng phương pháp đun hồi lưu kín với Kali Dicromat theo tiêu chuẩn Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (SMWW). Toàn bộ dữ liệu được thu thập liên tục trong 10 tháng và xử lý thống kê bằng phần mềm chuyên dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã mang lại 4 phát hiện quan trọng có giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cao:

• Hiệu quả khử màu và COD vượt bậc trên nước thải thực tế: Với mẫu nước thải lấy tại Công ty TCG, Kali Ferrate đạt hiệu suất khử màu đỉnh cao 94% và loại bỏ tới 91% COD chỉ với liều lượng 16 mg/L tại môi trường pH bằng 8. Trong khi đó, PAC phải sử dụng liều lượng lên tới 400 - 600 mg/L tại pH bằng 6 mới đạt được hiệu suất khử màu tương đương khoảng 88% đến 92%.
• Tiết kiệm hóa chất keo tụ gấp 10 đến 15 lần: Lượng Ferrate tối ưu cần dùng (16 - 20 mg/L) thấp hơn từ 15 đến 25 lần so với lượng PAC thương phẩm cần thiết (300 - 500 mg/L) trên cùng một thể tích xử lý, giảm thiểu tối đa nồng độ muối khoáng hòa tan bổ sung vào nguồn nước.
• Khả năng xử lý đa dạng các dòng thuốc nhuộm tổng hợp: Đối với nước thải tổng hợp pha từ thuốc nhuộm trực tiếp, Ferrate đạt hiệu suất khử màu 95% ở liều lượng 16 mg/L tại pH bằng 6. Đối với hỗn hợp phức tạp gồm cả thuốc nhuộm trực tiếp và thuốc nhuộm hoàn nguyên, hiệu suất khử màu duy trì ở mức ấn tượng 94% khi sử dụng 20 mg/L Ferrate ở pH bằng 7.
• Chu trình hóa lý trước sinh học tối ưu hóa công nghệ SBR: Khi áp dụng quy trình oxy hóa Ferrate làm tiền xử lý trước bể SBR, hiệu quả phân hủy chất hữu cơ tổng cộng của toàn hệ thống tăng thêm 28% so với phương án đưa nước thải dệt nhuộm trực tiếp vào bể sinh học.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự khác biệt vượt trội của Kali Ferrate so với PAC nằm ở bản chất phản ứng hóa học. PAC đơn thuần là chất keo tụ vô cơ, chỉ tách chất màu bằng lực liên kết tĩnh điện và keo tụ vật lý mà không làm thay đổi cấu trúc hóa học của phân tử phẩm nhuộm. Ngược lại, ion tứ diện FeO4(2-) của Ferrate sở hữu ái lực điện tử mạnh mẽ, nhanh chóng tấn công phá hủy các nối đôi liên hợp (-N=N-, -C=C-) tạo màu trong thuốc nhuộm azo và chuyển hóa chúng thành các mảnh phân tử nhỏ hơn. Sản phẩm khử Fe(III) tiếp tục thủy phân tức thời tạo mạng lưới keo Fe(OH)3 siêu mịn, cuốn trôi toàn bộ cặn lơ lửng và chất hữu cơ còn sót lại.

Dữ liệu thực nghiệm của luận văn được thể hiện sinh động qua các hệ thống biểu đồ đường biểu diễn hiệu suất khử màu theo hàm lượng hóa chất và biểu đồ cột so sánh đối đầu giữa Ferrate và PAC theo từng bậc pH từ 5 đến 10. Các bảng số liệu ma trận chỉ ra rằng Ferrate hoạt động tối ưu trong vùng kiềm nhẹ (pH 7 - 8), hoàn toàn tương thích với môi trường sống của vi sinh vật hiếu khí trong bể SBR. Điều này giải quyết triệt để vấn đề phụ thuộc vào hóa chất điều chỉnh pH đắt tiền, đồng thời không để lại dư lượng ion nhôm độc hại hay phát sinh bùn thải kim loại nặng như khi dùng phèn nhôm hoặc PAC.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các bằng chứng thực nghiệm thu được, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị kỹ thuật cụ thể nhằm chuyển giao công nghệ vào thực tiễn:

• Triển khai lắp đặt cụm phản ứng tiền xử lý oxy hóa Kali Ferrate tại các trạm xử lý nước thải dệt nhuộm công nghiệp, hướng tới mục tiêu giảm ngay 90% độ màu và 85% COD đầu vào trong vòng 6 đến 12 tháng, do đội ngũ kỹ sư vận hành nhà máy trực tiếp phụ trách dưới sự tư vấn của chuyên gia môi trường.
• Chuẩn hóa quy trình kiểm soát pH tự động trong khoảng 7,0 đến 8,0 và định lượng liều châm Ferrate ở mức 16 đến 20 mg/L nhằm tiết kiệm 30% chi phí hóa chất trung hòa axit/kiềm trong 3 tháng đầu vận hành, do bộ phận quản lý kỹ thuật trạm xử lý thực hiện.
• Ứng dụng mô hình tích hợp oxy hóa Ferrate kết hợp bể bùn hoạt tính SBR gián đoạn để xử lý triệt để nước thải dệt nhuộm nồng độ cao, đảm bảo nước thải đầu ra đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT Cột A với độ màu dưới 50 Pt-Co trong vòng 9 tháng, do các công ty tư vấn môi trường chuyển giao.
• Đầu tư hoàn thiện dây chuyền điều chế Kali Ferrate quy mô công nghiệp bằng phương pháp oxy hóa ướt để nâng độ tinh khiết lên trên 90% và hạ giá thành thương phẩm xuống dưới 50.000 VNĐ/kg trong giai đoạn 2026 đến 2028, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất hóa chất phối hợp triển khai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của công trình mang lại giá trị tham khảo sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Kỹ sư môi trường và quản lý trạm xử lý nước thải công nghiệp: Tiếp cận trực tiếp các thông số vận hành Jar-test chuẩn xác (pH 7 - 8, liều lượng 16 - 20 mg/L) để ứng dụng nâng cấp các trạm xử lý nước thải dệt nhuộm đang bị quá tải độ màu, giảm tới 40% khối lượng bùn thải phát sinh.
• Doanh nghiệp sản xuất dệt may và hoàn tất vải sợi: Xây dựng giải pháp kỹ thuật tối ưu chi phí nhằm đáp ứng nghiêm ngặt các quy chuẩn xả thải QCVN 13-MT:2015/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT, nâng cao năng lực cạnh tranh xanh trong chuỗi cung ứng toàn cầu.
• Giảng viên, học viên cao học và nhà nghiên cứu chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường: Khai thác bộ cơ sở dữ liệu với 12 kịch bản thực nghiệm để phát triển các hướng nghiên cứu chuyên sâu về các quá trình oxy hóa bậc cao và vật liệu xử lý nước thế hệ mới.
• Cán bộ quản lý nhà nước và chuyên gia đánh giá tác động môi trường: Sử dụng các luận cứ khoa học để xây dựng sổ tay hướng dẫn kỹ thuật công nghệ tốt nhất hiện có (BAT) trong việc kiểm soát ô nhiễm ngành nhuộm dệt tại các khu công nghiệp tập trung.

Câu hỏi thường gặp

Kali Ferrate có ưu điểm gì vượt trội so với chất keo tụ PAC truyền thống trong khử màu nước thải? Kali Ferrate sở hữu chức năng kép vừa oxy hóa mạnh với thế khử 2,2V vừa tạo bông keo tụ Fe(OH)3. Thực nghiệm chứng minh Ferrate chỉ cần liều lượng 16 mg/L để loại bỏ 94% độ màu và 91% COD, trong khi PAC cần liều lượng lên tới 400 đến 600 mg/L để đạt kết quả tương đương.

Khoảng pH tối ưu nhất để vận hành quá trình khử màu bằng Ferrate là bao nhiêu? Nghiên cứu chỉ ra khoảng pH tối ưu của Ferrate là từ 7,0 đến 8,0. Tại giá trị pH bằng 8 trên mẫu nước thải thực tế của Công ty TCG, hiệu suất khử màu đạt cực đại 94% mà không làm xáo trộn độ kiềm, rất thuận lợi cho công đoạn sinh học phía sau.

Ferrate có thể xử lý triệt để các loại thuốc nhuộm khó phân hủy nào? Luận văn đã kiểm chứng hiệu quả trên cả thuốc nhuộm trực tiếp gốc azo và thuốc nhuộm hoàn nguyên gốc cetone. Khi xử lý mẫu nước tổng hợp kết hợp cả hai loại thuốc nhuộm này, 20 mg/L Ferrate tại pH 7 đã loại bỏ hoàn toàn 94% độ màu.

Tại sao nên kết hợp oxy hóa Ferrate trước bể sinh học hiếu khí SBR? Thuốc nhuộm dệt may chứa các hợp chất thơm khó phân hủy sinh học làm ức chế vi sinh vật. Oxy hóa trước bằng Ferrate giúp bẻ gãy các vòng thơm, nâng cao tỷ số BOD/COD, giúp bể SBR tăng hiệu suất phân hủy chất hữu cơ thêm hơn 25%.

Sử dụng Ferrate có nguy cơ sinh ra các sản phẩm phụ độc hại hoặc gây đục nước không? Khác với Clo hay Ozone có thể tạo ra các dẫn xuất amin thơm và trihalomethane gây ung thư, Ferrate phân hủy tạo thành sắt hydroxit hoàn toàn trơ và thân thiện với môi trường, không để lại dư lượng ion gây độc hay phát sinh ô nhiễm thứ cấp nếu kiểm soát đúng liều lượng.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh tính ưu việt tuyệt đối của Kali Ferrate (K2FeO4) với hiệu suất khử 94% độ màu và 91% COD trên mẫu nước thải dệt nhuộm thực tế tại liều lượng tối ưu 16 mg/L ở pH bằng 8.
• Xác lập cơ chế tác động kép độc đáo kết hợp giữa phản ứng oxy hóa bẻ gãy liên kết mang màu azo/cetone và phản ứng keo tụ hấp phụ bởi hydroxit sắt Fe(III).
• Giảm thiểu lượng hóa chất tiêu tốn từ 10 đến 15 lần so với chất keo tụ PAC thương phẩm, giúp cắt giảm đáng kể chi phí bùn thải và hóa chất vận hành.
• Khẳng định tính khả thi vượt trội của quy trình công nghệ kết hợp hóa lý bằng Ferrate làm tiền xử lý trước bể sinh học SBR để loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy.
• Đóng góp bộ dữ liệu thực nghiệm có độ tin cậy cao gồm 12 nghiệm thức Jar-test và mô hình SBR hoàn chỉnh, tạo tiền đề vững chắc cho các công trình nghiên cứu mở rộng quy mô pilot 50 m3/ngày trong giai đoạn tiếp theo.

Quý độc giả, kỹ sư và doanh nghiệp quan tâm đến giải pháp công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm bền vững có thể tham khảo toàn văn luận văn tại thư viện Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM để áp dụng vào các dự án thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 1. GIỚI THIỆU VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM 5 nitroannimin…Được dùng để nhuộm sợi: poliamide, polymide, polyester, axetat… – Thuốc nhuộm acid: đa số các hợp chất sulfo chứa một hay nhiều nhóm SO 3 H và một vài dẫn xuất chứa nhóm COOH dùng phẩm nhuộm trực tiếp các loại tơ chứa nhóm bazơ. – Thuốc nhuộm hoạt tính: công thức tổng quát: S – F – T = X. Trong đó: • F: phân tử mang màu • S: nhóm tan trong nước • T: gốc mang phản ứng • X: nhóm có khả năng phản ứng 1.

Các loại thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là tên gọi chung của hợp chất hữu cơ có màu, rất đa dạng về màu sắc chủng loại. Chúng có khả năng nhuộm màu bằng cách bắt màu hay gắn màu trực tiếp lên vải. Tùy theo cấu tạo, tính chất và phạm vi của chúng người ta phân chia như sau: – Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hóa học; – Phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng. Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hóa học Thuốc nhuộm trong cấu trúc hóa học có nhóm azo, nhóm antraquinon, nhóm Ptalocianin,… Cách phân loại này chỉ phổ biến trong những nhà máy tổng hợp màu và giới chuyên môn công nghệ hóa học.

 Thuốc nhuộm azo Phân tử loại này có một hoặc nhiều azobenzen (-N=N-), dựa vào số nhóm azo có trong hệ mang màu của thuốc nhuộm, người ta chia ra thành các nhóm màu: - Monoazo: Ar-N=N-Ar’ - Diazo: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar’’ - Tri và polyazo: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar’’-N=N-Ar’’’,… - Trong đó Ar, Ar’, Ar’’,… là những gốc hữu cơ nhân thơm có cấu tạo đa vòng, dị vòng rất khác nhau. 6 Màu của thuốc nhuộm azobenzen là lớp màu quan trọng nhất và có lịch sử phát triển rất lâu đời. Nó bao gồm hầu hết các loại màu theo phân lớp kỹ thuật.  Thuốc nhuộm antraquinon Thuốc nhuộm loại này chứa một hoặc nhiều nhân antraquinon (hay các dẫn xuất) trong phân tử của nó.

Thuốc nhuộm antraquinon chiếm vị trí thứ 2 sau azobenzen, loại này hầu như có đủ các màu nhưng sử dụng nhiều nhất là tím, xanh lá cây và xanh dương.  Thuốc nhuộm ptalocianin Chúng là lớp thuốc nhuộm tương đối mới, hệ thống mạng N trong phân tử của màu là một hệ liên hợp khép kín. Đặc điểm chung của lớp này là: những nguyên tử hydro trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi các ion kim loại, còn các nguyên tử nitơ thì lại tham gia tạo phức với kim loại, làm cho màu sắc của nó thay đổi. Sự thay đổi này phụ thuộc vào bản chất của ion kim loại (phần lớn là kim loại đồng), chúng có độ bền với ánh sáng khá cao.

Khoảng 90% thuốc nhuộm ptalocianin là loại pigment nhưng chúng xuất hiện trong thuốc nhuộm hoạt tính, acid, hoàn nguyên và một số azotol. Ngoài ra còn có các lớp khác như: indigo, ailmetan, nitro, nitrozo, polimetin, arilamin, azometin, lưu huỳnh và hoàn nguyên. Phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng. Cách phân loại này được các chuyên gia công nghệ hóa học, chuyên gia công nghệ nhuộm trong các nhà máy và giới kinh doanh màu sử dụng để giao dịch, sản xuất,…  Thuốc nhuộm trực tiếp Hầu hết thuốc nhuộm trực tiếp thuộc nhóm azo, một số là dẫn xuất của diazo và ftaloxianin dưới dạng muối natri của acid sunfonic hay cacboxylic hữu cơ, có dạng tổng quát là R-SO 3 Na.

Tất cả thuốc nhuộm trực tiếp đều hòa tan trong nước, có khả năng nhuộm trực tiếp cho xơ cellulose, tơ tằm và xơ polyamit. Độ bền màu của thuốc nhuộm trực tiếp sau quá trình giặt và với ánh sáng không cao, nhưng có đủ gam màu và giá thành rẻ. 7  Thuốc nhuộm hoàn nguyên Là những hợp chất màu trong phân tử có chứa nhóm cetone, dạng tổng quát là R=C=O. Là loại thuốc nhuộm có đủ màu sắc, bền với tác dụng của ánh sáng, khí quyển và gia công ướt, riêng độ bền với ma sát không cao lắm, dùng để nhuộm chỉ, sợi bông, lụa visco, ít khi được dùng để nhuộm vải sợi protein và vải sợi tổng hợp.

 Thuốc nhuộm acid Giống như thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm acid là các muối sunfonat natri của các hợp chất hữu cơ khác nhau, chỉ khác là cấu trúc phân tử nhỏ và không thẳng, đều thuộc nhóm azo, một số là dẫn xuất của antraquinon, triarylmetan, xanten, azin và quinophtalic. Thuốc nhuộm acid được dùng để nhuộm len, tơ tằm và xơ polyamit, độ bền màu gắn với gia công ướt và ánh sáng của đa số thuốc nhuộm acid chiếm vị trí trung bình. Trong môi trường acid, thuốc nhuộm được hấp thụ nhiều nhất, còn trong môi trường trung hòa hay bazơ chúng được hấp thụ kém.  Thuốc nhuộm hoạt tính Là những chất màu mà trong phân tử của chúng có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện liên kết hoá trị với vật liệu nói chung và sợi vải nói riêng trong quá trình nhuộm.

Công thức hóa học tổng quát thuốc nhuộm hoạt tính có dạng S – R – T – X. Trong đó: • S là nhóm tạo cho phân tử có độ hòa tan cần thiết, thường là các nhóm - • SO 3 Na, -COONa, -SO 2 CH 2 ; • R là phần mang màu của phân tử thuốc nhuộm, quyết định màu sắc, độ bền màu với ánh sáng, những gốc mang màu này thường là monoazo, diazo, phức chất của thuốc nhuộm azo với ion kim loại, gốc antraquinon, hoàn nguyên đa vòng, dẫn xuất của ptalocianin; • T là gốc mang nhóm phản ứng, làm nhiệm vụ liên kết giữa thuốc nhuộm với xơ và có ảnh hưởng quyết định đến độ bền của liên kết này; • X là nhóm phản ứng, trong quá trình nhuộm sẽ tách khỏi phân tử thuốc nhuộm, tạo điều kiện để thuốc nhuộm thực hiện phản ứng hóa học với xơ; 8 • X không có ảnh hưởng gì đến màu sắc nhưng đôi khi cũng ảnh hưởng đến độ hòa tan của thuốc nhuộm. Thuốc nhuộm hoạt tính dùng để nhuộm len, tơ tằm. Ưu điểm của thuốc nhuộm này là có độ bền màu cao với gia công ướt, có màu tươi, giá thành rẻ, kỹ thuật nhuộm đơn giản.

 Thuốc nhuộm bazơ – thuốc nhuộm cation Thuốc nhuộm bazơ là một trong những lớp thuốc nhuộm được tổng hợp đầu tiên, có đủ gam màu, màu tươi và đẹp. Hầu hết là các muối clorua, oxalate hoặc muối kép của bazơ hữu cơ. Do độ bền màu không cao đối với giặt giũ và ánh sáng nên ít được dùng để nhuộm vật liệu dệt mà chủ yếu để nhuộm giấy, da, chiếu cói…  Thuốc nhuộm phân tán Là những hợp chất màu không tan trong nước do không chứa các nhóm có tính tan như - SO3Na, - COONa. Dùng để nhuộm các loại xơ rất ít hút ẩm và khó thấm nước như như xơ acetate, triacetate, polyeste… Thuốc nhuộm phân tán có đặc điểm chung là độ hòa tan trong nước rất nhỏ (không quá 0,1mg/L).

Chúng được nghiền đến độ mịn rất cao (0,1 – 0,2μm) và được hòa tan vào dung dịch ở dạng huyền phù phân tán cao. Ở dạng này khi nhuộm chúng sẽ bắt vào xơ. Đặc điểm thứ 2 của thuốc nhuộm phân tán là chúng có phân tử nhỏ. Chính vì thế mà chúng có khả năng khuếch tán vào những xơ ghét nước và có cấu trúc chặt chẽ.

Bên cạnh những thuốc nhuộm phân tán không tan trong nước người ta còn sản xuất thuốc nhuộm phân tán tan tạm thời trong nước. Khi nhuộm ở nhiệt độ cao, nhóm có tính tan của thuốc nhuộm này sẽ tự tách ra và giải phóng phân tử thuốc nhuộm không tan trong nước ở dạng phân tán cao để nó bắt vào xơ.  Thuốc nhuộm lưu huỳnh Là những hợp chất màu không tan trong nước và một số dung môi hữu cơ nhưng tan trong môi trường kiềm, chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt để nhuộm vải từ xơ cellulose, không nhuộm được len và tơ tằm vì dung dịch nhuộm có tính kiềm mạnh. Thuốc nhuộm lưu huỳnh có ưu điểm là: dễ sản xuất, giá thành rẻ, có nhiều màu.

9  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, hoặc các nhóm này bị chuyển về dạng muối bari, canxi không tan trong nước. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM TẠI VIỆT NAM 1. Bản chất của nước thải dệt nhuộm Nước thải dệt nhuộm là hỗn hợp gồm nhiều chất thải. Các chất thải có thể chia thành các loại sau: – Những tạp chất thiên nhiên được tách ra từ len như bụi, muối, dầu, sáp, mỡ… – Hóa chất các loại (bao gồm cả thuốc nhuộm) thải ra từ các quá trình công nghệ và giặt giũ.

– Xơ sợi tách ra bởi các tác động hóa học và cơ học trong các công đoạn xử lý Nước thải gia công xử lý mỗi loại xơ sợi có những đặc trưng khác biệt. Nước thải của các nhà máy cùng xử lý ướt một loại vật liệu dệt có bản chất giống nhau, nhưng có thể khác nhau đôi chút do áp dụng công nghệ sản xuất khác nhau. Bản chất của nước thải xử lý len lông cừu là BOD, COD, SS rất cao hàm lượng dầu mỡ cũng khá cao. Nước xử lý ướt vải, sợi bông 100% không ô nhiễm nặng như len, song cũng có BOD và COD cao (tuy thấp hơn nhiều so với giặt len), hàm lượng các chất rắn lơ lửng SS tương đối thấp so với giặt len, còn dầu mỡ rất thấp.

Nếu chỉ xử lý ướt vải, sợi bông 100% thì COD không cao, nhưng COD sẽ tăng lên theo tỉ lệ thuận với tỷ lệ sơ sợi tổng hợp trong thành phần vải, sợi pha khi gia công. Còn ở đâu xử lý giảm trọng vải sợi polieste khi sờ tay mềm mại giống lụa tơ tằm càng nhiều thì nước thải ô nhiễm còn nặng nề. Trước hết là có tính kiềm cao, pH từ 11 – 14. Và nghiêm trọng nhất là nồng độ BOD có thể lên tới 15 000mg/l đến 30 000mg/l chủ yếu do đinatri terephtalat sản sinh do polieste bị phân hủy.

Ngoài ra trong các quá trình từ trồng trọt đến gia công xử lý vật liệu dệt có sử dụng một số hóa chất “không công nghệ” và một số chất khác như thuốc trừ sâu, dầu, mỡ, các chất xử lý nước công nghệ và nồi hơi… 10 Khi các chất trên đi vào dòng thải sẽ làm tăng tải lượng ô nhiễm. Hơn nữa các hóa chất công nghệ cũng có thể đưa thẳng vào dòng thải do rò rỉ, khử độ, hoặc vệ sinh thùng, bể chứa thuốc thừa,… 1. Thành phần và tính chất của nước thải dệt nhuộm Thành phần nước thải dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp.