CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nước ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động. Do đặc thù của nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều nguyên nhân khác nhau như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp còn khó khăn hoặc do chí phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải công nghiệp của nhiều nhà máy chưa được xử lý mà thải thẳng ra môi trường. Tình trạng ô nhiễm nước thải phát sinh nhiều từ các hoạt động sản xuất, sinh hoạt, đặc biệt tình trạng ô nhiễm màu trong nước.
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. Ngoài ra, đặc thù của nghề dệt nhuộm là sử dụng rất nhiều hóa chất và thuốc nhuộm, nên nước thải dệt nhuộm giả định 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 phương trình hấp phụ từ than Mắc ca được hoạt hóa từ K2CO3 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 xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Mắc ca được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange” được đề xuất.
Trang 1 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange 1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Khảo sát được khả năng xử lý màu MO trong nước thải màu giả định của vật liệu có nguồn gốc sinh học than hoạt tính làm từ vỏ Mắc-ca bằng tác nhân hoạt hoá K2CO3. - Xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange. ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.
Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng: Nước thải diệt nhuộm - Vật liệu: Than hoạt tính điều chế từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của trường Đại học Thủ Dầu Một. - Nghiên cứu trên vật liệu Mắc ca được hoạt hóa từ K2CO3 để xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Ý NGHĨA THỰC TIỄN - Tìm ra các thông số tối ưu của vật liệu than hoạt tính K2CO3 làm từ vỏ Mắc-ca để xử lý nước thải của một số nhà máy.
- Tiêu thụ một lượng lớn phụ phẩm công nghiệp là vỏ Mắc-ca. - Tăng hiệu suất xử lý nước thải. Ý NGHĨA KHOA HỌC Tạo tiền đề cho các nghiên cứu xử lí nước thải khác bằng vật liệu than hoạt tính K2CO3 làm từ vỏ Mắc-ca. Trang 2 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 2. Tổng quan về ngành dệt nhuộm Ngành công nghiệp dệt nhuộm là một trong những ngành chứa nhiều hóa chất gây ô nhiễm được thải ra sau nhiều giai đoạn nhuộm [4], [5]. Nước thải từ các quá trình nhuộm được thải ra với độ màu khá cao [6], [7]. Theo nghiên cứu của [6] 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 cũng như có khuynh hướng tạo ra các ion chelate kim loại gây độc cho vi khuẩn trong nước.
Do đó, việc xả thải trực tiếp vào các vùng như sông, hồ,. không chỉ ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái trong môi trường nước [4] mà còn ảnh hưởng đến cuộc sống của những người dân ở các vùng lân cận [6], [7]. Trong nhiều thập kỉ qua, than hoạt tính là một trong những vật liệu hấp thụ thông dụng nhất để loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm trong nguồn nước [8], [9]. Tuy nhiên, bên cạnh khả năng xử lý với hiệu suất cao, than hoạt tính được sử dụng với chi phí khá cao với khả năng thu hồi và tái sử dụng rất phực tạp [9].
Trang 3 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange Nguyên liệu đầu vào Kéo sợi, chải, ghép đánh ống Nước, tinh bột, phụ da, Nước thải chứa tinh hơi nước Hồ sợi bột, hóa chất Dệt vải Nước thải chứa hồ tinh Enzym, NaOH Giũ hồ bột bị thủy phân, NaOH NaOH, hóa chất, hơi Nấu Nước thải nước H2SO4, H2O2, chất tẩy Xử lý acid, giặt Nước thải giặt H2O2, CaOCl2, hóa chất Tẩy trắng Nước thải H2SO4, H2O2, chất tẩy Giặt Nước thải giặt NaOH, hóa chất Làm bóng Nước thải Dung dịch nhuộm Nhuộm, in hoa Nước thải H2SO4, H2O2, chất tẩy Giặt Nước thải giặt Hơi nước, hồ, hóa chất Hoàn tất, vặng khô Nước thải Sản phẩm Hình 2. Sơ đồ quy trình dệt nhuộm 2. Các loại thuốc nhuộm thường dùng 2. Thuốc nhuộm hoạt tính Trang 4 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là S-F-T-X trong đó: S là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan; F là phần mang màu, thường là các hợp chất Azo (-N=N-), antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin; T là gốc mang nhóm phản ứng; X là nhóm phản ứng.
Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được xem là tác nhân gây ung thư. Thuốc nhuộm trực tiếp Đây là thuốc nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ sợi không qua giai đoạn xử lý trung gian, thường sử dụng để nhuộm sợi 100% cotton, sợi protein (tơ tằm) và sợi poliamid, phần lớn thuốc nhuộm trực tiếp có chứa azo (mono, di and poliazo) và một số là dẫn xuất của dioxazin. Ngoài ra, trong thuốc nhuộm còn có chứa các nhóm làm tăng độ bắt màu như triazin và salicylic axit có thể tạo phức với các kim loại để tăng độ bền màu. Thuốc nhuộm hoàn nguyên Thuốc nhuộm hoàn nguyên gồm 2 nhóm chính: nhóm đa vòng có chứa nhân antraquinon và nhóm indigoit có chứa nhân indigo.
Công thức tổng quát là R=C-O; trong đó R là hợp chất hữu cơ nhân thơm, đa vòng. Các nhân thơm đa vòng trong loại thuốc nhuộm này cũng là tác nhân gây ung thư, vì vậy khi không được xử lý, thải ra môi trường, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Thuốc nhuộm phân tán Nhóm thuốc nhuộm này 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 Là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, zin… trong đó có cầu nối –S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và viscose.
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… 2. Thuốc in, nhuộm pigmen Trang 5 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange Có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxianin, dẫn suất của antraquinon,… 2. Thành phần và tính chất của nước thải dệt nhuộm Bảng 2.
Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm Kết quả Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải hoạt Nước thải Nước thải pH - 10 - 11 > 11 >tẩy 12 COD mg/l 450 - 1.7 - 3 7 - 30 10 - 30 SS mg/l - - 120 - 1300 Màu Pt-Co 7.000 (Nguồn: Khoa Môi trường – Trường Đại học Bách Khoa TPHCM) Vì mỗi loại nước thải có thành phần và tính chất đặc trưng rất khác nhau nên công nghệ xử lý tương ứng cũng khác nhau. Do đó, các loại phải tách riêng và xử lý sơ bộ loại trừ các tác nhân độc hại đối với vi sinh rồi nhập chung xử lý bằng sinh học. Nước thải nhuộm vải có nồng độ chất hữu cơ cao, thành phần phức tạp và chứa nhiều hợp chất vòng khó phân hủy sinh học, đồng thời có các chất trợ trong quá trình nhuộm có khả năng gây ức chế vi sinh vật. Hơn nữa, nhiệt độ nước thải rất cao, không thích hợp đưa trực tiếp vào hệ thống xử lý sinh học.
Vì vậy, ta phải tiến hành xử lý hoá lý trước đưa vào các công trình sinh học nhằm loại trừ các yếu tố gây hại và tăng khả năng xử lý của vi sinh. Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường Nước thải công nghiệp dệt nhuộm gồm có các chất ô nhiễm chính: Nhiệt độ cao, các tạp chất tách ra từ vải sợi như dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, pectin, các chất bụi bẩn dính vào sợi; các hóa chất sử dụng trong quy trình công nghệ như hồ tinh bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCl, Na2CO3, Na2SO3,… các loại thuốc nhuộm, các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất Trang 6 Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange tẩy giặt. Lượng hóa chất sử dụng tùy thuộc loại vải, màu và chủ yếu đi vào nước thải của các công đoạn sản xuất.