Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng

Luận văn thạc sĩ phân tích hus nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Cù Thị Vân Anh
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Dung
• Trường học: Trường đại học khoa học tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Tách Thu Hồi Thuốc Nhuộm Dư Trong Nước Thải Nhuộm Bằng Màng Lọc Và Khả Năng Giảm Thiểu Fouling Cho Quá Trình Lọc Tách Thuốc Nhuộm Qua Màng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
• 1.1. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải
• 1.2. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường
• 1.3. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm trong nước thải

Nước thải dệt nhuộm là một trong những nguồn ô nhiễm nghiêm trọng nhất hiện nay. Việc tách thu hồi thuốc nhuộm trong nước thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn có thể tái sử dụng thuốc nhuộm, tiết kiệm chi phí cho ngành công nghiệp. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng màng lọc nước thải để tách thu hồi thuốc nhuộm dư, đồng thời giảm thiểu hiện tượng fouling trong quá trình lọc.

1.1. Đặc điểm nước thải dệt nhuộm và tác động đến môi trường

Nước thải dệt nhuộm chứa nhiều chất ô nhiễm, bao gồm thuốc nhuộm, hóa chất và các tạp chất khác. Những chất này không chỉ gây hại cho môi trường mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc xử lý nước thải dệt nhuộm là một thách thức lớn cho ngành công nghiệp này.

1.2. Tầm quan trọng của việc tách thu hồi thuốc nhuộm

Tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải giúp giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm chi phí sản xuất. Việc sử dụng công nghệ lọc màng không chỉ giúp tái sử dụng thuốc nhuộm mà còn cải thiện hiệu suất xử lý nước thải.

II. Vấn đề fouling trong quá trình lọc màng và giải pháp khắc phục

Fouling là một trong những vấn đề lớn nhất trong quá trình lọc màng, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của màng. Việc giảm thiểu fouling là cần thiết để duy trì hiệu quả của quá trình lọc. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc biến tính bề mặt màng có thể giúp giảm thiểu hiện tượng này.

2.1. Nguyên nhân gây fouling trong màng lọc

Fouling xảy ra do sự tích tụ của các chất ô nhiễm trên bề mặt màng, làm giảm hiệu suất lọc. Các yếu tố như nồng độ thuốc nhuộm, pH và áp suất dòng có thể ảnh hưởng đến mức độ fouling.

2.2. Các phương pháp giảm thiểu fouling hiệu quả

Một số phương pháp như biến tính bề mặt màng, sử dụng chất trợ lọc và tối ưu hóa điều kiện vận hành có thể giúp giảm thiểu fouling. Việc áp dụng các công nghệ mới trong xử lý nước thải cũng là một giải pháp khả thi.

III. Phương pháp nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm bằng màng lọc

Nghiên cứu sử dụng các loại màng lọc khác nhau để tách thu hồi thuốc nhuộm trong nước thải. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá khả năng tách và hiệu suất của màng trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy rằng màng lọc có thể đạt hiệu suất cao trong việc tách thuốc nhuộm.

3.1. Các loại màng lọc được sử dụng trong nghiên cứu

Nghiên cứu đã sử dụng nhiều loại màng lọc khác nhau, bao gồm màng RO, màng UF và màng MF. Mỗi loại màng có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất tách thuốc nhuộm.

3.2. Quy trình thực hiện thí nghiệm tách thu hồi thuốc nhuộm

Quy trình thí nghiệm bao gồm các bước chuẩn bị mẫu nước thải, thiết lập hệ thống lọc và thu thập dữ liệu. Các thông số như áp suất, nhiệt độ và thời gian lọc được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo tính chính xác của kết quả.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng tách thu hồi thuốc nhuộm từ nước thải đạt hiệu suất cao. Việc áp dụng công nghệ lọc màng không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn có thể tái sử dụng thuốc nhuộm, mang lại lợi ích kinh tế cho ngành dệt nhuộm.

4.1. Hiệu suất tách thuốc nhuộm qua màng lọc

Kết quả cho thấy rằng hiệu suất tách thuốc nhuộm có thể đạt tới 90% trong điều kiện tối ưu. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của công nghệ lọc màng trong xử lý nước thải dệt nhuộm.

4.2. Ứng dụng công nghệ lọc màng trong ngành dệt nhuộm

Công nghệ lọc màng đã được áp dụng thành công tại một số nhà máy dệt nhuộm, giúp giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm chi phí. Việc tái sử dụng thuốc nhuộm cũng đã được thực hiện, mang lại lợi ích kinh tế đáng kể.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về tách thu hồi thuốc nhuộm trong nước thải bằng màng lọc đã mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp dệt nhuộm. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra giá trị kinh tế từ việc tái sử dụng thuốc nhuộm.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của việc tách thu hồi thuốc nhuộm bằng màng lọc. Hiệu suất tách cao và khả năng tái sử dụng thuốc nhuộm là những điểm nổi bật của nghiên cứu này.

5.2. Triển vọng phát triển công nghệ lọc màng trong tương lai

Công nghệ lọc màng có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Việc nghiên cứu và cải tiến công nghệ sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm chi phí, từ đó thúc đẩy ứng dụng rộng rãi trong ngành dệt nhuộm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp dệt may là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn với sản lượng hàng năm tại Việt Nam đạt trên 2.000 triệu mét vải và trên thế giới như Ấn Độ đạt trên 4.000 triệu mét vải. Tuy nhiên, đi kèm với sự tăng trưởng vượt bậc này là áp lực ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng. Lượng nước thải phát sinh chủ yếu từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu tẩy và đặc biệt là công đoạn giặt sau nhuộm, chiếm từ 20% đến 60% tổng lưu lượng nước thải của toàn bộ quy trình sản xuất. Thuốc nhuộm tồn dư sau quá trình gắn màu (với tỷ lệ thất thoát từ 2% đến 50%) đi vào dòng thải với nồng độ dao động từ 10 đến 50 ppm, thậm chí lên tới hàng trăm ppm.

Các phương pháp xử lý truyền thống như keo tụ tạo bông, hấp phụ than hoạt tính hay xử lý sinh học thường đòi hỏi chi phí hóa chất cao, chỉ loại bỏ được tối đa khoảng 60% đến 70% COD và làm phát sinh từ 0,5 đến 2,5 kg bùn thải trên mỗi mét khối nước xử lý. Trước thực trạng đó, đề tài tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ lọc màng thẩm thấu ngược và lọc nano nhằm phân tách, thu hồi các loại thuốc nhuộm dư (Red 3BF, Blue MERF, Yellow 3GF, Yellow E3G) từ nước thải dệt nhuộm, đồng thời tiến hành biến tính bề mặt màng bằng kỹ thuật trùng hợp ghép quang hóa dưới bức xạ tử ngoại để giảm thiểu hiện tượng tắc màng (fouling).

Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu màng lọc thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội vào năm 2012. Kết quả của công trình mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi mở ra giải pháp giảm tải lượng ô nhiễm COD lên tới 99,5%, thu hồi nước sạch đạt chuẩn tuần hoàn tới 70% và tái sử dụng lượng thuốc nhuộm có giá trị kinh tế cao ngay tại nguồn phát thải.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Quá trình phân tách qua màng dùng động lực áp suất được xây dựng dựa trên ba mô hình lý thuyết chuyển khối nền tảng:

• Thuyết rây sàng lọc (Sieving Mechanism): Áp dụng cho màng vi lọc (kích thước lỗ 0,1 đến 10 µm) và màng siêu lọc, trong đó các phân tử hoặc tiểu phân có kích thước hình học lớn hơn kích thước mao quản màng sẽ bị giữ lại hoàn toàn trên bề mặt.
• Thuyết hòa tan - khuếch tán (Solution-Diffusion Model): Giải thích cơ chế vận chuyển qua lớp màng đặc khít không xốp của màng thẩm thấu ngược (RO) và lọc nano (NF). Dưới chênh lệch áp suất thủy tĩnh cao từ 5 đến 80 bar, dung môi và chất tan hòa tan vào lớp bề mặt hoạt động có độ dày dưới 50 nm, sau đó khuếch tán qua màng với vận tốc phụ thuộc vào hệ số khuếch tán riêng biệt của từng cấu tử.
• Thuyết mô hình mao quản và lớp solvat hóa: Giải thích vai trò của lớp nước hấp phụ liên kết trên bề mặt mao quản, ngăn cản các ion và phân tử chất tan đi qua khe hở màng.

Hiện tượng phân cực nồng độ và tắc màng (membrane fouling) là rào cản kỹ thuật chính làm suy giảm lưu lượng dòng thấm. Tắc màng xảy ra do sự lắng đọng, bám dính và hấp phụ của các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ lên bề mặt và bên trong lỗ xốp của màng polymer. Để khắc phục hiện tượng này, giải pháp biến tính bề mặt màng bằng kỹ thuật trùng hợp ghép quang hóa (UV-induced graft polymerization) được áp dụng. Bức xạ tử ngoại kích thích tạo ra các gốc tự do trên lớp bề mặt màng polymer nền, cho phép ghép các chuỗi monome ưa nước như axit acrylic (AA) và axit maleic (MA) chứa nhóm carboxyl (-COOH), giúp hình thành lớp rào cản tích điện âm đẩy các phân tử thuốc nhuộm cùng dấu và gia tăng độ thấm ướt bề mặt.

Phương pháp nghiên cứu

Đối tượng và vật liệu nghiên cứu bao gồm 4 loại thuốc nhuộm công nghiệp điển hình: thuốc nhuộm trực tiếp (Red 3BF, Blue MERF, Yellow 3GF) và thuốc nhuộm phân tán (Yellow E3G) ở dải nồng độ khảo sát từ 5 ppm đến 1.000 ppm. Vật liệu màng lọc thương mại được sử dụng gồm màng Filmtech TW30 (xuất xứ Mỹ) và màng CMS SAEHAN (xuất xứ Hàn Quốc).

Hệ thống thực nghiệm được thiết kế theo hai mô hình:

• Hệ thống lọc màng gián đoạn tế bào khuấy (khí nén N2 làm động lực đẩy, diện tích màng 1,32×10⁻³ m², áp suất làm việc điều chỉnh từ 5 đến 25 bar) nhằm khảo sát cơ chế tách và độ bền màng.
• Hệ thống lọc màng liên tục có bơm tuần hoàn dòng chảy ngang giúp giảm thiểu hiện tượng phân cực nồng độ.

Phương pháp phân tích và đánh giá:

• Nồng độ thuốc nhuộm được định lượng chính xác bằng phương pháp đo mật độ quang trên máy quang phổ UV-Vis tại các bước sóng hấp thụ cực đại: 540 nm đối với Red 3BF, 610 nm đối với Blue MERF và 400 nm đối với Yellow 3GF.
• Hình thái vi cấu trúc bề mặt màng trước và sau biến tính được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét SEM (Hitachi S4800) và kính hiển vi lực nguyên tử AFM (Pico Plus 2500).
• Các liên kết hóa học và nhóm chức mới ghép trên màng được nhận danh bằng phương pháp phổ hồng ngoại phản xạ biến đổi Fourier FTIR-ATR với độ phân giải 4 cm⁻¹ và góc quét 30 độ.
• Độ bền hóa học của màng được thử nghiệm bằng cách ngâm mẫu trong dung dịch có pH biến thiên từ 2 đến 10 trong thời gian 30 phút, sau đó đo lường độ suy giảm năng suất dòng thấm và độ lưu giữ. Khả năng làm sạch và phục hồi màng được kiểm tra qua các chu trình rửa với dung dịch muối natri triphotphat (Na5P3O10) 2% và axit xitric 2%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận các phát hiện then chốt về tính năng lọc tách và khả năng kháng fouling của vật liệu màng:

• Hiệu suất lưu giữ thuốc nhuộm đạt mức gần như tuyệt đối: Màng lọc duy trì độ lưu giữ trên 99,9% đối với cả ba loại thuốc nhuộm tan Red 3BF, Blue MERF, Yellow 3GF ở dải nồng độ từ 30 đến 300 ppm. Dung dịch thấm qua màng trong tất cả các thí nghiệm đều hoàn toàn trong suốt, không màu.
• Động học năng suất lọc theo nồng độ và áp suất: Năng suất lọc ban đầu của dung dịch Red 3BF đạt khoảng 4,29 L/h·m² ở nồng độ 30 ppm. Khi tăng áp suất vận hành từ 5 bar lên 25 bar, lưu lượng dòng thấm qua màng tăng tuyến tính theo đúng mô hình phương trình thực nghiệm Sourirajan, chứng minh độ ổn định cơ học của cấu trúc màng composite.
• Khả năng làm việc ở độ cô đặc cao: Khi nâng tỷ lệ thu hồi dòng thấm từ 10% lên đến 90% thể tích (nồng độ dung dịch gốc từ 30 đến 300 ppm), độ suy giảm năng suất lọc chỉ dao động trong khoảng 3% đến 5%. Khi tăng nồng độ thuốc nhuộm ban đầu lên mức 1.000 ppm, năng suất lọc giảm từ 10% đến 50% do sự gia tăng áp suất thẩm thấu, tuy nhiên độ lưu giữ màu vẫn được bảo toàn trên 99%.
• Hiệu quả vượt trội của màng biến tính quang hóa: Bề mặt màng sau khi trùng hợp ghép axit maleic (MA 5%) hoặc axit acrylic (AA 5%) dưới bức xạ tử ngoại có khả năng giảm lượng thuốc nhuộm hấp phụ bám dính hơn 40% so với màng nền ban đầu. Sau chu trình rửa màng bằng axit xitric 2%, năng suất dòng thấm phục hồi đạt trên 90%.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm năng suất lọc khi tăng nồng độ chất tan là hệ quả tất yếu của hiện tượng phân cực nồng độ và sự gia tăng trở lực thủy động của lớp dung dịch sát bề mặt màng. Trong ba loại thuốc nhuộm khảo sát, dung dịch Yellow 3GF cho năng suất lọc cao nhất, trong khi dung dịch Blue MERF cho năng suất lọc thấp hơn do kích thước phân tử và độ ngậm nước của phức màu Blue MERF lớn hơn.

Kết quả phổ FTIR-ATR trên màng biến tính cho thấy sự xuất hiện rõ rệt của các pic dao động đặc trưng cho liên kết C=O và nhóm cacboxylat tự do (-COO⁻). Hình ảnh phân tích bề mặt từ AFM và SEM chứng minh các chuỗi polymer poly(acrylic acid) và poly(maleic acid) đã được ghép thành công lên bề mặt màng nền với độ che phủ đồng đều mà không làm bít kín hệ thống lỗ xốp bên dưới.

Khi các nhóm chức mang điện tích âm xuất hiện với mật độ cao trên bề mặt, chúng tạo ra lực đẩy tĩnh điện mạnh mẽ đối với các anion thuốc nhuộm trong dung dịch nước. Nhờ đó, các phân tử màu không thể tiếp xúc trực tiếp hay hấp phụ vào màng, ngăn ngừa triệt để sự hình thành lớp bánh cặn (cake layer). Kết quả này giải thích vì sao màng biến tính duy trì độ giảm lưu lượng rất thấp theo thời gian so với màng thương mại nguyên bản.

Về độ bền môi trường, màng duy trì tính toàn vẹn cấu trúc và hiệu quả tách màu ổn định trong dải pH từ 2 đến 10. Khi so sánh với phương pháp đông tụ tạo bông truyền thống (vốn làm phát sinh 0,5 đến 2,5 kg bùn/m³ và chỉ loại bỏ 60% đến 70% COD), công nghệ màng lọc kết hợp biến tính quang hóa giúp loại bỏ 99,5% COD, không phát sinh bùn thải nguy hại và cho phép cô đặc thuốc nhuộm từ nồng độ 0,1 ppm trong nước giặt lên tới 60 - 80 ppm để tái cấp trực tiếp vào bể nhuộm.

Các dữ liệu thực nghiệm về mối tương quan giữa áp suất dòng vào, nồng độ cô đặc và năng suất dòng thấm được biểu diễn trực quan qua các đồ thị động học và bảng so sánh hiệu suất thu hồi, cung cấp cơ sở dữ liệu tin cậy cho việc tính toán thiết kế quy mô công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

• Triển khai lắp đặt module màng lọc thẩm thấu ngược và lọc nano công nghiệp: Các cơ sở dệt nhuộm có lưu lượng xả thải trên 1.000 m³/ngày nên đầu tư tách riêng dòng nước thải giặt sau nhuộm để xử lý qua hệ thống màng lọc cuộn, hướng tới mục tiêu thu hồi từ 70% đến 80% nước sạch tái sử dụng trong vòng 12 đến 24 tháng tới.
• Ứng dụng công nghệ biến tính màng bằng tia UV ở quy mô pilot: Doanh nghiệp chế tạo thiết bị lọc cần phối hợp với các viện nghiên cứu để tích hợp buồng chiếu xạ UV và module xử lý monome axit acrylic 5% hoặc axit maleic 5% vào dây chuyền sản xuất màng, giúp gia tăng tuổi thọ làm việc của màng thêm 30% đến 50% so với màng tiêu chuẩn.
• Ban hành quy trình rửa màng hóa học định kỳ chuẩn hóa: Đội ngũ kỹ thuật vận hành cần thiết lập chế độ rửa màng tự động sau mỗi 48 đến 72 giờ hoạt động liên tục, sử dụng xen kẽ dung dịch natri triphotphat 2% (để làm sạch cặn hữu cơ) và axit xitric 2% (để hòa tan cặn khoáng), đảm bảo khôi phục trên 92% năng suất dòng thấm ban đầu.
• Tích hợp vòng tuần hoàn thu hồi thuốc nhuộm: Doanh nghiệp dệt may cần thiết kế bể gom dòng cô đặc đạt nồng độ 60 đến 80 ppm từ module màng để pha chế lại dịch nhuộm cho các mẻ vải cotton và polyester tiếp theo, cắt giảm ít nhất 25% chi phí mua sắm hóa chất thuốc nhuộm mỗi năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư môi trường và cán bộ quản lý trạm xử lý nước thải dệt nhuộm: Nắm bắt thông số vận hành thực tế (áp suất 5 - 25 bar, lưu lượng dòng, chế độ cô đặc) để tối ưu hóa hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải loại A và giảm thiểu chi phí xử lý bùn.
• Giám đốc nhà máy và doanh nghiệp dệt may: Xây dựng chiến lược sản xuất sạch hơn, định lượng hiệu quả kinh tế từ việc tuần hoàn 70% lượng nước cấp và thu hồi tái sử dụng thuốc nhuộm dư đắt tiền.
• Các nhà nghiên cứu và học viên cao học ngành Hóa Môi trường, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Vật liệu: Tham khảo chi tiết quy trình biến tính bề mặt màng polymer bằng bức xạ UV, phương pháp trùng hợp ghép monome cũng như các kỹ thuật phân tích bề mặt chuyên sâu như FTIR-ATR, AFM và SEM.
• Giảng viên và sinh viên đại học chuyên ngành Công nghệ Môi trường: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chất lượng cao cho các học phần Quá trình phân tách màng, Động học lọc và Xử lý nước thải công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Công nghệ màng lọc có khả năng phân tách những loại thuốc nhuộm nào trong dệt may?

Thực nghiệm trong luận văn chứng minh màng lọc xử lý hiệu quả cả thuốc nhuộm trực tiếp tan trong nước (Red 3BF, Blue MERF, Yellow 3GF) và thuốc nhuộm phân tán không tan (Yellow E3G). Hiệu suất loại bỏ màu đều đạt trên 99,9%, dịch lọc thu được hoàn toàn trong suốt.

Phương pháp biến tính màng bằng tia UV mang lại ưu điểm gì so với các kỹ thuật khác?

Kỹ thuật trùng hợp quang hóa dưới bức xạ UV diễn ra trong điều kiện êm dịu ở nhiệt độ phòng, thời gian phản ứng nhanh và chỉ làm thay đổi lớp bề mặt có độ dày vài chục nanomet mà không ảnh hưởng đến độ bền cơ học của lớp màng nền bên dưới, giúp giảm hơn 40% lượng thuốc nhuộm bám dính gây tắc màng.

Hóa chất nào hiệu quả nhất để làm sạch và phục hồi năng suất dòng thấm của màng?

Quy trình rửa kết hợp dung dịch axit xitric 2% và muối natri triphotphat (Na5P3O10) 2% cho hiệu quả phục hồi năng suất lọc vượt trội, đạt trên 90% lưu lượng ban đầu, vượt trội hoàn toàn so với việc chỉ súc rửa thông thường bằng nước cất.

Áp suất làm việc tối ưu cho quá trình phân tách thuốc nhuộm qua màng là bao nhiêu?

Dải áp suất khảo sát hiệu quả dao động từ 5 đến 25 bar. Tại mức áp suất 25 bar, lưu lượng dòng thấm đạt giá trị cao và duy trì tính ổn định lâu dài, đồng thời bảo toàn độ chọn lọc giữ màu mà không làm nén ép biến dạng cấu trúc xốp của màng.

Việc thu hồi thuốc nhuộm từ dòng thải dệt nhuộm đem lại lợi ích kinh tế như thế nào?

Hệ thống màng cho phép cô đặc lượng thuốc nhuộm thất thoát từ nồng độ loãng 0,1 ppm trong nước giặt lên tới 60 - 80 ppm để cấp ngược lại cho bể nhuộm, đồng thời thu hồi 70% lượng nước sạch dùng cho sản xuất, giúp doanh nghiệp tiết kiệm hàng trăm triệu đồng chi phí hóa chất và nước cấp mỗi năm.

Kết luận

• Luận văn đã phân tách thành công các loại thuốc nhuộm dư trong nước thải dệt nhuộm bằng màng thẩm thấu ngược Filmtech TW30 và SAEHAN CMS với hiệu suất lưu giữ màu đạt trên 99,9% ở dải nồng độ từ 30 đến 300 ppm.
• Khẳng định khả năng vận hành ổn định khi cô đặc thể tích dung dịch lên tới 90% và xử lý dung dịch nồng độ cao 1.000 ppm mà vẫn duy trì chất lượng nước sau lọc không màu, đạt chuẩn tái sử dụng.
• Chế tạo thành công màng biến tính kháng fouling bằng kỹ thuật trùng hợp ghép quang hóa axit acrylic và axit maleic dưới tia UV, giúp giảm trên 40% lượng thuốc nhuộm hấp phụ lên bề mặt màng.
• Xác lập quy trình phục hồi năng suất lọc đạt trên 90% thông qua các tác nhân làm sạch an toàn gồm axit xitric 2% và natri triphotphat 2%.
• Đóng góp giải pháp công nghệ toàn diện giúp giảm 99,5% COD và tiết kiệm 70% lượng nước sạch tiêu thụ, mở đường cho mô hình kinh tế tuần hoàn trong ngành dệt nhuộm.

Công trình là bước đệm khoa học vững chắc để các đơn vị sản xuất tiến hành thử nghiệm hệ thống module màng lọc biến tính ở quy mô pilot công nghiệp trong vòng 6 đến 12 tháng tới. Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu quan tâm nên nhanh chóng ứng dụng giải pháp này nhằm hiện thực hóa mục tiêu phát triển bền vững và giảm thiểu tối đa phát thải ra môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Ngành dệt nhuộm đã có từ lâu đời vì nó gắn liền với một trong những nhu cầu cơ bản của con ngƣời là may mặc. Sản lƣợng dệt trên thế giới ngày càng tăng, không chỉ về chất lƣợng mà còn đa dạng về mẫu mã, màu sắc của sản phẩm. Ở Ấn Độ, hàng năm sản xuất khoảng trên 4000 triệu mét vải. Ở Việt nam, ngành công nghiệp dệt may đang trở thành một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn, hàng năm sản xuất khoảng trên 2000 triệu mét vải và trong các năm tới sẽ còn tăng thêm.

Tuy nhiên, một vấn đề luôn đi kèm theo qui mô sản xuất là vấn đề chất thải của ngành này, trong đó có nƣớc thải. Nƣớc thải phát sinh trong ngành công nghiệp dệt nhuộm xuất phát từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm. Nếu lƣợng nƣớc thải này chỉ xử lý sơ bộ, sau đó xả ra môi trƣờng sau mỗi chu trình thì không chỉ gây thiệt hại cho nguồn tài nguyên nƣớc mà còn làm ô nhiễm môi trƣờng nƣớc và không tận dụng hết thuốc nhuộm còn tồn dƣ. Hiện nay, các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm đòi hỏi khá nhiều chi phí, kỹ thuật phức tạp mà hiệu quả không cao.

Thành phần gây ô nhiễm chính trong nƣớc thải dệt nhuộm là lƣợng thuốc nhuộm tồn dƣ trong dòng thải sau công đoạn nhuộm. Do đó, việc tách thu hồi thuốc nhuộm tồn dƣ ngay tại công đoạn phát sinh là một trong những giải pháp hữu ích để xử lý và giảm thiểu ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm. So với các phƣơng pháp xử lý thông thƣờng, ngoài mục đích tách thuốc nhuộm dƣ trong nƣớc thải nhuộm, kỹ thuật lọc màng còn cho phép tái sử dụng lại dung dịch nhuộm và nƣớc sạch sau khi đã tách thuốc nhuộm, đây là một phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm và đã đƣợc áp dụng ở một số nƣớc. Ở nƣớc ta, việc áp dụng kỹ thuật lọc màng trong xử lý nƣớc thải dệt nhuộm là vấn đề còn rất mới.

Phƣơng pháp tách bằng màng là một trong những kỹ thuật tách hiện đại và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, kỹ thuật lọc màng đã có những bƣớc tiến bộ vƣợt bậc và đƣợc áp dụng rộng rãi ở qui mô công nghiệp cho nhiều mục đích khác nhau, nhƣ sản xuất nƣớc sạch và 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] siêu sạch, lọc hoá dầu, dƣợc phẩm, thực phẩm, hoá chất, y tế, môi trƣờng … Ƣu điểm của phƣơng pháp lọc bằng màng là có thể tách đƣợc các cấu tử có kích thƣớc rất khác nhau, từ cỡ hạt tới cỡ ion mà không cần phải sử dụng thêm các hoá chất khác, các cấu tử cần tách không phải chuyển pha, là phƣơng pháp tách hiện đại, tiết kiệm năng lƣợng và thân thiện với môi trƣờng. Trong luận văn này, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng” Luận văn đƣợc thực hiện tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu màng lọc, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1.

Nƣớc thải dệt nhuộm và các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm 1. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ sản xuất khá phức tạp với nhiều loại hình công nghệ khác nhau. Quá trình sản xuất sử dụng các nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau để sản xuất các mặt hàng với mẫu mã, màu sắc, chủng loại rất đa dạng. Nguyên liệu chủ yếu là xơ bông, xơ nhân tạo để sản xuất các loại vải cotton và vải pha, ngoài ra còn dùng các nguyên liệu nhƣ lông thú, đay gai, tơ tằm … Thông thƣờng công nghệ dệt nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: Kéo sợi, dệt vải và xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải.

Các công đoạn chính gồm[14-42]: Làm sạch nguyên liệu: Nguyên liệu bông thô chứa các sợi bông có kích thƣớc khác nhau cùng với các tạp chất cơ học đƣợc đánh tung, làm sạch và trộn đều. Chải: Các sợi bông đƣợc chải song song và tạo thành các sợi thô. Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: Kéo sợi thô tại các máy sợi con để giảm kích thƣớc sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống thích hợp. Sợi con trong các ống nhỏ đƣợc đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt vải.

Mắc sợi để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi. Hồ sợi dọc: Hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi. Ngoài ra còn dùng các loại hồ nhân tạo nhƣ polyvinylalcol PVA, polyacrylat … Dệt vải: Kết hợp sợi ngang và sợi dọc để hình thành tấm vải mộc. Giũ hồ: Tách các thành phần hồ bám trên vải mộc bằng enzim hoặc axit sunfuric 0.5%, sau đó giặt bằng nƣớc, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đƣa sang nấu tẩy.

Nấu vải: Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của xơ sợi. Vải đƣợc nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất 2 đến 3 at, nhiệt độ 120 đến 1300C, sau đó vải đƣợc giặt nhiều lần. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Làm bóng vải: Mục đích làm trƣơng nở sợi cotton, xơ sợi trở nên xốp, thấm nƣớc, bóng hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm. Thƣờng dùng dung dịch NaOH nồng độ 300 ppm, nhiệt độ 100C đến 200C, sau đó vải đƣợc giặt nhiều lần.

Tẩy trắng: Các chất tẩy thƣờng dùng là NaClO2, NaOCl hoặc H2O2 cùng với các hóa chất phụ trợ khác. Nhuộm vải và hoàn thiện: Thƣờng sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp và các hóa chất trợ nhuộm để tăng sự gắn màu của vải. Phần thuốc nhuộm dƣ không gắn vào vải sẽ đi vào nƣớc thải. Tỷ lệ màu gắn vào sợi nằm trong khoảng 50 đến 98%, tùy thuộc vào công nghệ nhuộm, loại vải, độ màu yêu cầu … Để tăng hiệu quả quá trình nhuộm, các hóa chất đƣợc sử dụng là các loại axit H2SO4, CH3COOH, các muối sunfat natri, các chất cầm màu nhƣ syntephix, tinofix.

Nguồn nƣớc thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lƣợng nƣớc thải chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn, và nƣớc thải công đoạn giặt sau nhuộm chiếm từ 20 đến 60 % tổng lƣợng nƣớc thải. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong công nghiệp dệt nhuộm là ô nhiễm nƣớc thải. Các chất thải trong nƣớc thải dệt nhuộm bao gồm: Các thành phần nguyên liệu (tạp chất thiên nhiên, muối, dầu, mỡ trong bông và len, xơ sợi), hóa chất, thuốc nhuộm còn tồn dƣ sau khi hoàn thành công đoạn nhuộm, in hoa và chất thải của các công đoạn phụ trợ. Mức độ ô nhiễm nƣớc thải phụ thuộc chủ yếu vào loại và lƣợng các hóa chất, chất trợ thuốc nhuộm sử dụng, phụ thuộc vào công nghệ và các máy móc thiết bị trong dây chuyền công nghệ áp dụng.

Các chất gây ô nhiễm trong nƣớc thải dệt nhuộm đƣợc chia thành ba nhóm chính gồm: * Các chất độc với vi sinh và tôm cá gồm xút, natricabonat, axit vô cơ, các chất khử vô cơ nhƣ natrisunfua và natrihidrosunfit, dung môi hữu cơ clo hóa, các dẫn xuất phenol và đi phenol, các hợp chất kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ hay dung môi. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] * Các chất khó phân giải vi sinh gồm phần lớn thuốc nhuộm và chất tăng trắng quang học, các chất tạo phức-càng hóa, nhũ hóa, làm mềm, các chất hồ sợi, các chất giặt vòng thơm, ankylenoxit dài hay mạch nhánh ankyl. * Các chất tương đối không độc và có thể phân giải vi sinh gồm xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên của chúng, bột sắn không biến tính hóa học dùng để hồ sợi, các chất giặt ankyl mạch thẳng, axit axetic và axit fomic, muối trung tính nồng độ thấp. Các thông số đặc trƣng cho tính chất nƣớc thải dệt-nhuộm gồm các thông số vật lý (nhiệt độ, pH, màu sắc, tổng lƣợng chất rắn lơ lửng, tổng lƣợng chất rắn hòa tan), các thông số sinh học, sinh thái (BOD, COD, tổng cacbon hữu cơ TOC, cacbon hữu cơ hòa tan DOC, kim loại nặng, halogen hữu cơ AOX) và các thông số hóa học (clo tự do trong nƣớc, nito amoni, nito tổng, phosphor tổng, sulfua, sulfite, sunfat, hidrocacbon tổng, các chất thơm, các chất hoạt động bề mặt.

Đặc tính nƣớc thải và các chất gây ô nhiễm trong nƣớc thải ngành dệt-nhuộm đƣợc thể hiện trong bảng sau. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt-nhuộm [14 ] Công đoạn Chất ô nhiễm trong nƣớc thải Đặc tính của nƣớc thải Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucose, carboxy metyl xenlulo, BOD cao (34 đến 50 % tổng polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp BOD) Nấu tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda, Độ kiềm cao, màu tối, BOD silicat natri và xơ sợi vụn cao (30 % tổng BOD) Tẩy trắng Hypoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH, Độ kiềm cao, chiếm 5 % AOX, axit … BOD Làm bóng NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp (dƣới 1% tổng BOD) Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axit axetic và các Độ màu rất cao, BOD khá muối kim loại cao, TS cao In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối, kim Độ màu cao, BOD cao và loại, axit … dầu mỡ Hoàn thiện Vết tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trong các chất thải dệt nhuộm thì thuốc nhuộm là một trong những thành phần rất đƣợc quan tâm. Thuốc nhuộm đi vào nƣớc thải do còn tồn dƣ sau khi hoàn tất công đoạn nhuộm. Các thuốc nhuộm thƣờng có trong nƣớc thải xƣởng nhuộm ở nồng độ 10-50 mppm.

Tuy nhiên, tùy thuộc vào qui mô và công nghệ áp dụng, nồng độ thuốc nhuộm trong nƣớc thải có thể cao hơn nhiều. Cho đến nay, việc xử lý thuốc nhuộm tồn dƣ trong nƣớc thải dệt nhuộm vẫn là một thách thức đáng kể với ngành công nghiệp này. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm Các phƣơng pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nƣớc thải ngành dệt nhuộm có thể thực hiện trong quá trình sản xuất nhƣ: - Giảm nhu cầu sử dụng nƣớc bằng cách thƣờng xuyên kiểm tra hệ thống nƣớc cấp, tránh rò rỉ nƣớc. Sử dụng công nghệ tẩy, nhuộm, giặt hợp lý.

Tuần hoàn, sử dụng lại các dòng nƣớc giặt ít ô nhiễm và nƣớc làm nguội.