CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.Tính cần thiết của đề tài Hiện nay, tình trạng ô nhiễm nước thải phát sinh nhiều từ các hoạt động sản xuất, sinh hoạt, đặc biệt tình trạng ô nhiễm màu phát sinh chính từ các hoạt động làng nghề dệt nhuộm. Vì chủ quan với quy mô nhỏ, công nghệ thủ công nên thường không có hệ thống xử lý nước thải hoặc xử lý chưa triệt để làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Do đặc thù của nghề dệt nhuộm là sử dụng rất nhiều hóa chất và thuốc nhuộm, nên nước thải dệt nhuộm thường có màu cao, chứa các tạp chất tách ra từ xơ sợi (dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, các chất bẩn dính vào sợi), các hóa chất dùng trong công nghệ dệt nhuộm (hồ tinh bột, tinh bột biến tính, dextrin, alginat. Khoảng 10 – 30% lượng thuốc nhuộm và hóa chất sử dụng bị thải ra ngoài cùng với nước thải.
Nếu những chất này được xả trực tiếp vào nước sẽ gây ra nhiều ảnh hưởng tới hệ sinh thái và môi trường sống xung quanh. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư trong nước thải sẽ gây màu cho nguồn tiếp nhận, độ màu có khả năng làm cản trở ánh sáng và làm chậm các quá trình quang hợp, ức chế sự phát triển và sinh sản của sinh vật. Khi pH > 9 sẽ gây độc hại đối với thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải. Do những ảnh hưởng trên, nhiều phương pháp đã được áp dụng để xử lý các thành phần ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm như xử lý bằng Chitosan [1], xử lý bằng công nghệ màng nano [2], xử lý bằng vật liệu nano kết hợp với biogum [3],… Ngoài những phương pháp trên, phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm bằng than hoạt tính có kích thước Nano đang được áp dụng rộng rãi do hiệu suất xử lý cao, vật liệu xử lý thân thiện với môi trường.
Đề tài “Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange” được đề xuất. Mục tiêu đề tài - Điều chế Nano than biến tính từ than Maccadamia kết hợp với sắt hóa trị zero bằng tác nhân hóa học H2O2. - Khảo sát khả năng xử lý màu trong một số nước thải dệt nhuộm của vật liệu Nano than biến tính điều chế từ than Maccadamia bằng tác nhân hóa học H2O2. Trang 1 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange.
Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng: Nước thải giả định. - Vật liệu: Nano than biến tính kết hợp với sắt hóa trị zero điều chế từ than Maccadamia bằng tác nhân hóa học H2O2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của trung tâm nghiên cứu- thực nghiệm trường Đại học Thủ Dầu Một. Trường Đại học Việt Đức Trường Đại học Quốc tế - Đại học Quốc gia TP.
Cách tiếp cận - Dựa vào nguồn tài liệu sách báo chuyên ngành môi trường để định hướng nghiên cứu. - Dựa vào thiết bị hiện có của nhà trường tại phòng thí nghiệm khoa Khoa học Tự nhiên để lựa chọn các phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng hợp lý, xây dựng đề cương phù hợp với nội dung và mục tiêu của đề tài. Trang 2 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.
Tổng quan về ngành dệt nhuộm: 2. Đặc tính nước thải dệt nhuộm Việt Nam đang trong giai đoạn đổi mới, nền kinh tế phát triển mạnh mẽ. Cũng như các ngành công nghiệp khác, ngành dệt 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 dệt 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 chưa triệt đã thải ra môi trường làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái, sức khỏe của con người và đời sống của sinh vật[17].
Nước thải là mối quan tâm hàng đầu trong ngành nhuộm, do quá trình nhuộm sử dụng một lượng lớn hóa chất, chỉ có một phần màu được lưu lại trên vải, phần màu dư còn lại theo nước thải, trên 80% các hóa chất cùng thải vào môi trường[18]. Các hóa chất sử dụng trong quy trình công nghệ như hồ tinh bột, H 2SO4, CH3COOH, NaOH, H2O2, Na2CO3, Na2SO3,…các loại thuốc nhuộm, các chất trơ, chất ngâm, chất cầm màu, chất tẩy giặt. Lượng hóa chất sử dụng đối với từng loại vải, từng loại màu khác nhau và chủ yếu đi vào nước thải của từng công đoạn tương ứng. Chất ô nhiễm đặc trưng cần xử lý: BOD, COD, màu, dầu mỡ, kim loại nặng (Cu, Ni, Zn…), cặn lơ lửng.
Mặt khác, khi màu nước đen thẩm, vẩn đục chính các màu thừa có khả năng hấp phụ ánh sáng đã ngăn cản quá trình quang hợp của thực vật đưa đến hệ sinh thái dần dần bị suy hoá, tiêu diệt và sinh thái của nguồn nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Với việc bộ tiêu chuẩn dệt nhuộm mới ra đời (QCVN 13-MT: 2015) việc xử lý nước thải đạt chuẩn (độ màu<20 Pt-Co) lại càng không đơn giản. Đặc tính nước thải dệt nhuộm Giá trị tiêu QCVN cột A QCVN Thông số Đơn vị biểu 13-MT:2015/BTNMT) O Nhiệt độ C 60-80 40 Trang 3 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange.0 BOD mg/L 30 – 5000 30 COD mg/L 200 – 11000 75 Màu Pt-Co 400 – 5000 50 TSS mg/L 0 – 200 50 ( Nguồn: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm) Do tính chât phức tạp và khó xử lý của nước thải dệt nhuộm nên việc chọn phương pháp xử lý thích hợp cần phải dựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, quy chuẩn thải, xử lý tập trung hay cục bộ. Thông thường công nghệ xử lý thường kết hợp nhiều phương pháp như cơ học, sinh học, lý hóa.
Tổng quan về các loại thuốc nhuộm 2. Khái niệm về thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là tên chỉ chung của những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên và tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho các vật liệu khác. Các loại thuốc nhuộm thường dùng 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. Thuốc nhuộm trực tiếp: Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp chất màu hoà tan trong nước, có khả năng bắt màu vào một số vật liệu như các sợi xenlulo, giấy, tơ tằm và sợi polyamit một các trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm.
Thuốc nhuộm phân tán: có cấu tạo phân tử tư gốc azo và antraquinon và nhóm amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm các loại sợi tổng hợp (sợi axetat, sợi polieste…) không ưa nước. Thuốc nhuộm lưu huỳnh: chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, zin… trong đó có cầu nối –S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và viscose. Trang 4 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. Thuốc nhuộm axit: Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là R-SO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu.
Các thuốc nhuộm này thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquinon, triaryl metan… Thuốc in, nhuộm pigmen: Có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxianin, dẫn suất của antraquinon… Thuốc nhuộm hoạt tính là loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60 – 70% thị phần [3]. Ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm[6]. Độ kiềm cao làm tăng pH của nước. Nếu pH > 9 sẽ gây độc hại đối với thủy tinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải.
Kim loại nặng: có một hàm lượng nhất định như đồng, kẽm, niken,. trong nước thải do sử dụng các loại thuốc nhuộm hoạt tính và một số hóa chất trợ. Cho dù một số lượng nhỏ nói trên có mặt trong nước thải dệt nhuộm nhưng nếu không xử lý sẽ gây độc cho sinh vật thủy sinh. Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng rắn.
Lượng thải lớn gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi của tế bào. Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước, gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nguồn nước. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan. Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh.
Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải 2. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học[51]. 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 và một số ion kim loại nặng 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: Trang 5 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange.
- Phương pháp cơ học. - Phương pháp hóa học. - Phương pháp hóa – lý. - Phương pháp sinh học.
Thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quy trình xử lý, quá trình được xem như bước đệm để loại bỏ các tạp chất vô cơ và hữu cơ không tan hiện diện trong nước nhằm đảm bảo tính an toàn cho các thiết bị và các quá trình xử lý tiếp theo.
