LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các ngành công nghiệp như công nghiệp sơn, dệt, in, hoá dầu.phát triển rất mạnh mẽ, đã tác động tích cực đến sự phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích mà nó mang lại thì những tác hại mà các ngành công nghiệp này gây ra với môi trường là rất đáng lo ngại. Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng là nước thải công nghiệp ở hầu hết các cơ sở sản xuất mới chỉ được xử lý sơ bộ, thậm chí thải trực tiếp ra môi trường dẫn đến môi trường nước (kể cả nước mặt và nước ngầm) ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Thành phần nước thải công nghiệp của các cơ sở như: dệt may, cao su, giấy và mỹ phẩm,… chủ yếu là các chất màu, thuốc nhuộm hoạt tính, các ion kim loại nặng, các chất hữu cơ.
Trong đó các chất màu thuốc nhuộm do có tính tan cao nên chúng là tác nhân chính gây ô nhiễm các nguồn nước và ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và các sinh vật sống. Nguy hiểm hơn nữa là thuốc nhuộm trong nước thải rất khó phân hủy vì chúng có độ bền cao với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân gây oxi hoá. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức bảo vệ môi trường của con người, siết chặt công tác quản lý môi trường thì việc tìm ra phương pháp nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, các hợp chất màu hữu cơ, thuốc nhuộm hoạt tính độc hại ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn. Trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu và sử dụng các phương pháp khác nhau nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải.
Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước thải truyền thống như: phương pháp cơ học, phương pháp sinh học và phương pháp hóa lý đều không xử lý được hoặc xử lý không triệt để các chất ô nhiễm này. Để có thể xử lý triệt để các chất ô nhiễm này thì các nghiên cứu gần đây cho thấy các vật liệu hấp phụ, và vật liệu quang xúc tác là các vật liệu tiềm năng trong việc xử lý các chất màu hữu cơ có trong nước thải. Nhưng điểm yếu của vật liệu hấp phụ là khả năng phân tán khiến cho vật liệu khó thu hồi và tái sử dụng được vật liệu. Ngoài ra, trên thế giới hiện đang đề cao các vấn đề môi trường, các sản phẩm cũng phải thân thiện với môi trường.
Để khắc phục điểm yếu này thì màng hấp phụ trên nền PVA được xem xét để sử dụng và cải thiện chất lượng nước sau khi xử lý, với các đặc trưng về cấu trúc màng được sử dụng HVTH: Hoàng Ngọc Bích XIII Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Nguyễn Duy Trinh PGS. Bùi Xuân Thành như một tấm chắn, dùng để ngăn cản các chất tồn tại trong nước. Tuy có những công dụng tốt và thực tế nhưng màng vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi trong đời sống do giá thành và chi phí vận hành cao.
Ngoài ra việc xử lý màng sau quá trình sử dụng cũng là một vấn đề đang được các nhà nghiên cứu quan tâm. Theo sự nghiên cứu và tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước, dựa vào khả năng hấp phụ chọn lọc và tính thân thiện với môi trường mà đề tài : “Nghiên cứu tổng hợp màng Composite dựa trên nền PVA/ Agar/Maltodextrin và ứng dụng xử lý chất màu hữu cơ” đã được thực hiện. HVTH: Hoàng Ngọc Bích 1 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Nguyễn Duy Trinh PGS.
Bùi Xuân Thành CHƢƠNG 1. Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Dệt Nhuộm Trong vòng vài năm trở lại đây con người nhận thức rõ ràng hơn về những tác động đối với môi trường và sức khoẻ con người của các loại thuốc nhuộm màu, do vậy việc phát triển các phương pháp nhằm xử lý tình trạng ô nhiễm môi trường cũng như chủ động xử lý nước thải của các nhà máy có sử dụng thuốc nhuộm là nhu cầu tất yếu và bắt buộc. Có rất nhiều phương pháp đã được sử dụng có hiệu quả trong việc loại màu thuốc nhuộm, được chia thành 3 nhóm lớn là các phương pháp sinh học, hoá học và vật lý. Các phương pháp vật lý và hoá học bao gồm hấp phụ, quang xúc tác, phân huỷ quang xúc tác hấp phụ, ozone hoá, đông tụ, điện đông tụ các phương pháp điện hoá, phương pháp tách màng, phương pháp siêu âm, oxi hoá không khí ướt đã ứng dụng thành công trong việc xử lý các chất màu khác nhau [1– 5].1: Các phương pháp loại bỏ thuốc nhuộm màu [6] Một vài phương pháp vẫn còn có giá thành cao và có thể sinh ra các chất phụ độc hại.
Các phương pháp xử lý sinh học để loại màu thuốc nhuộm dựa vào các hệ HVTH: Hoàng Ngọc Bích 2 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Nguyễn Duy Trinh PGS. Bùi Xuân Thành thống xử lý kỵ khí và hiếu khí. Mặc dù các phương pháp sinh học được đánh giá là các phương pháp kinh tế nhất khi so sánh với các phương pháp hoá lý khác, tuy nhiên khả năng ứng dụng của chúng lại bị hạn chế về kỹ thuật như thời gian xử lý dài và thường không hiệu quả khi xử lý các chất nhuộm màu có cấu trúc polymer cao phân tử bền vững.
Hơn nữa, thành phần các chất màu trong nước thải thường gây độc cho quần xã hoặc quần thể vi sinh vật sử dụng trong bùn.1 thống kê các ưu điểm và nhược điểm của một số phương pháp hiện nay đang sử dụng trong công nghệ loại bỏ thuốc nhuộm.1: Ưu và Nhược điểm của một số phương pháp xử lý các hợp chất hữu cơ có màu.[2,6,7] PHƢƠNG ƢU ĐIỂM NHƢỢC ĐIỂM PHÁP Là nguyên nhân dẫn đến các ô nhiễm khác từ các phản ứng phụ và tạo ra Công nghệ đơn giản, kinh tế. hàm lượng bùn quá lớn. Giá thành Ozon hoá Không thay đổi về thể tích ozone cao, chỉ một lượng ozone có thể xử lý được chuyển hoá vì tốc độ truyền khối lượng rất chậm, chỉ số bán thời gian ngắn (20 phút) Không tạo ra lượng bùn lớn, tốc độ xử lý nhanh và hiệu Hình hành các sản phẩm phụ, giá thành Quang hoá quả hấp phụ các chất màu năng lượng cao tốt Giá thành kinh tế, có thể Tốc độ xử lý chậm, cần thiết lập điều Phân huỷ thực hiện được ở tất cả các kiện môi trường tối ưu, đòi hỏi các điều sinh học quy mô kiện giàu dinh dưỡng để duy trì Hấp phụ Khả năng hấp phụ cao và Giá thành vận hành cao, do vậy khó có lên không có sự phân huỷ hoá thể mở rộng quy trình ở quy mô lớn; cacbon học. Có khả năng thực hiện Không hiệu quả đối với một số loại HVTH: Hoàng Ngọc Bích 3 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS.
Nguyễn Duy Trinh PGS. Bùi Xuân Thành hoạt ở mô hình có dòng chảy lớn, thuốc nhuộm có độ phân tán cao tính chất lượng nước sau xử lý tốt mà không tồn dư bùn cũng như các cặn chứa. Không cần bổ sung các chất hoá học, dễ dàng vận hành Điện hoá và khả năng loại bỏ chất Giá thành điện cao mùa cao, sản phẩm cuối cùng không độc hại Giá thành cao, không hiệu quả đối với Không thất thoát các chất Trao đổi thuốc nhuộm có độ phân tán cao. hấp phụ, có hiệu quả loại ion Không hiệu quả trong các hệ thống cột màu tốt hoặc dòng chảy hấp phụ Thân thiện với môi trường, Tạo ra nhiều bùn; Cần áp suất lớn nên có khả năng loại bỏ hầu hết Lọc màng giá thành cao, không phù hợp khi xử lý các loại màu, chất lượng ở quy mô lớn nước thải tốt Quá trình diễn ra nhanh và Tổng hợp một số sản phẩm rất độc như Oxi hoá hiệu quả cao hợp chất organochlorine Không chuyển các chất độc hại từ pha này sang pha khác, đồng thời cũng không Oxi hoá tạo ra một lượng lớn bùn Giá thành vận hành cao.
Hiệu quả xử lý nâng thải độc hại. Chỉ một lượng chưa tương xứng với thành phần đa cao nhỏ hoá chất bị tiêu hao và dạng của nước thải dệt nhuộm (AOPs) có hiệu quả cao đối với các loại màu bền vững. Những chất hữu cơ thường bị oxi hoá đến sản phẩm CO2 HVTH: Hoàng Ngọc Bích 4 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Nguyễn Duy Trinh PGS.
Bùi Xuân Thành Vận hành đơn giản, không có tính chọn lọc các chất độc Đòi hỏi phải thay đổi thành phần hoá và có thể tái sử dụng các vật học, quá trình không phân huỷ. Quá liệu hấp phụ. Quy trình được trình vận hành và tái hoạt hoá thường Hấp phụ thực hiện nhanh, rẻ, thân làm mất hoạt tính hấp phụ của cacbon, thiện với môi trường và có do đó dẫn đến giá thành sử dụng thể tái sử dụng các vật liệu phương pháp này chưa kinh tế. thải Đòi hỏi một lượng lớn nước để tạo ra năng lượng cho quá trình đông tụ.
Điện đông Có hiệu quả cao Thiếu một thiết kế chung cho các nồi tụ phản ứng theo mẻ hoặc liên tục. Quy trình bao gồm nhiều cơ chế phức tạp. Giá thành vận hành thấp, hiệu quả tốt đối với một số Tốc độ xử lý chậm và diễn ra phụ Sinh khối loại thuốc màu, không gây thuộc vào các yếu tố bên ngoài như pH, độc hại lên các tế bào vi sinh nồng độ và thành phần muối vật Không tạo ra lượng bùn thải Đòi hỏi một lượng lớn oxy hoà tan, giá Siêu âm dư thành cao Cho đến nay, nhiều phương pháp, bao gồm phân hủy quang, hấp phụ, đông máu và lọc màng, đã được nghiên cứu để loại bỏ các chất ô nhiễm công nghiệp dựa trên MB [5,8]. Trong số các phương pháp được đề cập, hấp phụ được ưa chuộng nhất để loại bỏ thuốc nhuộm do nhiều ưu điểm như hoạt động nhanh, hiệu quả cao và dễ xử lý.
Than hoạt tính là một trong những ứng cử viên tuyệt vời thường được sử dụng để khử màu các loài hữu cơ do khả năng hấp phụ cao của nó. Tuy nhiên, có một số nhược điểm trên cơ sở không hiệu quả về chi phí và việc thu thập có vấn đề các chất hấp phụ được sử dụng từ dung dịch nước cho ứng dụng thực tế. Hơn nữa, HVTH: Hoàng Ngọc Bích 5 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Nguyễn Duy Trinh PGS.
Bùi Xuân Thành việc sản xuất một lượng lớn bùn từ việc sử dụng than hoạt tính có thể gây hại cho môi trường.