ĐẶT VẤN ĐỀ Môi trƣờng là một nhân tố có ảnh hƣởng quyết định đến sự tồn tại và phát triển của mỗi con ngƣời, mỗi quốc gia trên thế giới. Chính vì vậy bảo vệ môi trƣờng và đảm bảo phát triển bền vững là vấn đề có tính sống còn của mỗi quốc gia trên toàn cầu. Một trong những vấn đề đặt ra cho các nƣớc đang phát triển trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trƣờng ô nhiễm do các chất độc hại của nền công nghiệp tạo ra. Điển hình nhƣ ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dƣợc, luyện kim, xi ma, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu lớn của Việt Nam.
Ngành dệt nhuộm đã phát triển từ rất lâu trên thế giới nhƣng nó chỉ mới hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nƣớc ta. Ngành dệt may thu hút nhiều lao động góp phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nƣớc đang phát triển không có nền công nghiệp nặng phát triển mạnh nhƣ nƣớc ta. Hầu hết các nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm ở nƣớc ta đã có hệ thống xử lý nƣớc thải tuy nhiên nƣớc thải đầu ra chƣa đạt QCVN 13: 2015/BTNMT. Nguyên nhân do các công ty, nhà máy còn có hàng ngàn cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống.
với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lƣợng nƣớc thải sau sản xuất hầu nhƣ không đƣợc xử lý, mà đƣợc thải trực tiếp ra hệ thống cống rãnh và đổ thẳng xuống ao hồ, sông, ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng tầng nƣớc mặt, mạch nƣớc ngầm và ảnh hƣởng lớn đế sức khỏe con ngƣời. Trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu và sử dụng các phƣơng pháp khác nhau nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nƣớc thải nhƣ: phƣơng pháp vật lý, sinh học, hóa học, phƣơng pháp điện hóa… mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu nhƣợc điểm nhất định về mặt kỹ thuật cũng nhƣ mức độ phù hợp với điều kiện kinh tế của từng quốc gia. Trong đó việc xử lý hợp chất hữu cơ độc hại bằng phƣơng pháp hấp phụ kết hợp và oxi hóa nâng cao với hiệu ứng Fenton là một trong những hƣớng nghiên cứu mới đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học trong và ngoài nƣớc quan tâm nghiên cứu. 1 Than trấu (tên tiếng anh là Rice husk ) đƣợc làm từ vỏ trấu, đƣợc đốt cháy trong điều kiện yếm khí, thiếu oxi.
Than trấu có thành phần chủ yếu là carbon và SiO2 chiếm 58% trong thành phần tro sau khi đốt cháy hoàn toàn carbon. Đặc biệt tinh thể SiO2 trong trấu có kích thƣớc rất nhỏ và tinh khiết. Than vỏ trấu đƣợc ứng dụng làm phụ gia trong công nghệ sản xuất xi măng, làm vật liệu hút ẩm, lắng, lọc. Cả hai chất này đều có khả năng hấp phụ kim loại.
Diện tích bề mặt của than trấu khá lớn nên có khả năng hấp phụ các chất nhƣ kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ. Chính vì vậy, việc biến tính than trấu có ý nghĩa đặc biệt cả về khoa học và kinh tế, vừa tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu sẵn có, vừa tạo ra đƣợc vật liệu có ứng dụng trong phân tích và xử lý môi trƣờng. Mặt khác Việt Nam là một nƣớc có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào song việc sử dụng chúng vào chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) nhằm xử lý nƣớc thải còn ít đƣợc quan tâm. Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn đề tài:” Xử lý phẩm màu bằng kỹ thuật Fenton sử dụng vật liệu biến tính từ than trấu bằng muối sắt(II)” tập trung nghiên cứu biến tính than trấu thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao, ứng dụng trong kỹ thuật Fenton xử lý phẩm màu có trong nƣớc thải dệt nhuộm.
2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm 1. Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm Nguồn nƣớc thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. trong đó lƣợng nƣớc thải chủ yếu do quá trinh giặt sau mỗi công đoạn.
nhu cầu sử dụng nƣớc trong nhà máy dệt nhuộm rất lớn và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các chuyên gia lƣợng nƣớc đƣợc sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu từ các công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. ngƣời ta có thể tính sơ lƣợc nhu cầu sử dụng nƣớc cho 1m2 vải nằm trong phạm vi từ 12 - 65 lít và thải ra 10 - 40 lít nƣớc. Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành công nghiệp dệt nhuộm là sự ô nhiễm nguồn nƣớc.
Xét 2 yếu tố là lƣợng nƣớc thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nƣớc thải thì ngành dệt nhuộm đƣợc đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp. Đặc tính của nước thải dệt nhuộm a) Ô nhiễm chất hữu cơ Mức độ ô nhiễm do các hợp chất hữu cơ và vô cơ sử dụng oxy hóa đƣợc thể hiện bằng các chỉ tiêu đặc trƣng nhất là BOD và COD: Nhu cầu oxy sinh hóa BOD: Trong nƣớc thải của các công ty dệt có đủ cả những chất dễ phân hủy sinh học và những chất khó phân giải sinh học. Nƣớc thải chứa nhiều tạp chất hữu cơ cần nhiều oxy để các loài vi sinh vật phân giải, hàm lƣợng BOD rất cao (67 – 159 mg/L).[9] Nhu cầu oxy hóa học COD: Nƣớc thải có những chất khó phân giải sinh học mà chỉ loại bỏ đƣợc 1 phần nhờ hấp thụ lên bùn hoạt tính hoặc oxy hóa học. Những nơi có các xơ sợi tổng hợp thì COD càng cao (139 – 423mg/L).[9] Tỷ lệ COD/BOD của nƣớc thải dệt nhuộm ở nƣớc ta trong khoảng 2:1 tới 3:1.
Song xu hƣớng sử dụng xơ sợi tổng hợp thì nƣớc thải ngày càng khó phân hủy vi sinh. 3 b) Tính độc - Nƣớc thải có nhiệt độ cao không đƣợc phép thải trực tiếp ra môi trƣờng giới hạn theo tiêu chuẩn thải cột B (TCVN 1995) là 400 C. Còn nhiệt độ tối ƣu cho các vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ chỉ trong phạm vi rất hẹp, nhiệt độ cao nhất là 350 C, trên nhiệt độ này ảnh hƣởng đến hiệu quả làm sạch của nƣớc thải của vi sinh vật bị ức chế. - Độ kiềm cao làm tăng độ pH của nƣớc.
Nếu pH>9 sẽ gây độc hại với các loại thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nƣớc và hệ thông xử lý nƣớc thải. - Muối trung tính làm tăng hàm lƣợng tổng chất rắn TSS. Lƣợng thải lớn gây tác hại đối với các loại thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu. - Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nƣớc, gây tác hại đối với đồi sống thủy sinh do làm giảm oxi hòa tan trong nƣớc.
- Độ màu cao do lƣợng thuốc nhuộm dƣ đi vào nƣớc thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hƣởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, xấu cảnh quan. - Các chất độc nhƣ sunfit, kim loại nặng, hợp chất halogen hữu cơ (AOX) có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật gây ra một số bệnh mãn tính hay ung thƣ đối với ngƣời và động vật. Khả năng gây ô nhiễm môi trường của nước thải ngành dệt nhuộm Ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm phụ thuộc vào các hóa chất, chất trợ, thuốc nhuộm và công nghệ sử dụng. đối với nƣớc thải dệt nhuộm thì nguồn ô nhiễm do chất trợ và hóa chất dệt nhuộm có thể đƣợc giải quyết bằng các phƣơng pháp truyền thống, trong khi đó, ô nhiễm do thuốc nhuộm trở thành vấn đề chủ yếu đối với nƣớc thải dệt nhuộm.
thuốc nhuộm sử dụng hiện nay là các thuốc nhuộm tổng hợp hữu cơ. Nồng độ thuốc nhuộm trong môi trƣờng nƣớc tiếp nhận đối với các công đoạn dệt- nhuộm phụ thuộc các yếu tố: Mức độ sử dụng hàng ngày của thuốc nhuộm Độ gắn màu của thuốc nhuộm lên vật liệu dệt 4 Mức độ loại bỏ trong các công đoạn xử lý nƣớc thải Hệ số làm loãng trong nguồn nƣớc tiếp nhận. Mức độ gắn màu là một yếu tố quan trọng, nó phụ thuộc vào độ đậm màu, công nghệ áp dụng, tỷ lệ khối lƣợng hàng nhuộm và dung dịch nƣớc dùng trong máy nhuộm, vật liệu dệt và thuốc nhuộm sử dụng. Tổn thất thuốc nhuộm đƣa vào nƣớc trung bình là 10% với màu đậm, 2% với màu trung bình và <2% với màu nhạt.
Trong in hoa thì tổn thất thuốc nhuộm có thể lớn hơn nhiều. Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi Tổn thất vào dòng thải STT Loại thuốc nhuộm Loại xơ sợi (%) 1 Axit polyamit 5÷10 2 Bazo acrylic 0÷5 3 Trực tiếp xenlulo 5÷30 4 Phân tán polyeste 0÷10 5 Hoạt tính xenlulo 10÷50 6 Lƣu hóa xenlulo 10÷40 7 Hoàn nguyên xenlulo 5÷20 Các thuốc nhuộm thƣờng có trong nƣớc thải xƣởng nhuộm ở nồng độ 10÷50 mg/L. Tuy nhiên nồng độ của chúng trong nƣớc sông tiếp nhận thì nhỏ hơn nhiều. Ngƣời ta đã đƣa ra giá trị điển hình trung bình là 1mg/L đối với một thuốc nhuộm đơn trong dòng sông.[13] Đây chỉ là giá trị trung bình hàng năm, rất thấp so với thực tế.
Tùy theo mức độ sản xuất ngành dệt có những trƣờng hợp nồng độ thuốc nhuộm có thể cao hơn. Ví dụ, công trình của Hobbs đã mô tả tổng quan nồng độ thuốc nhuộm có trong nƣớc sông của Anh [13] nhƣ sau: 5 Bảng 1. Nồng độ thuốc nhuộm trong nước sông là kết quả của thuốc nhuộm thải loại bởi công nghiệp dệt nhuộm Nồng độ thuốc nhuộm Đặc điểm quá trình Mức độ trong nƣớc sông(mg/L) Nhuộm tận trích sợi bông Trung bình 5,3 bằng thuốc nhuộm hoạt tính Xấu nhất 1555 Nhuộm tận trích sợi len Trung bình 1,2 bằng thuốc nhuộm axit Xấu nhất 364 Với nồng độ nhƣ vậy, nƣớc thải dệt nhuộm sẽ có màu thƣờng rất đậm, làm cản trở khả năng xuyên qua của ánh sáng mặt trời, giảm nồng độ hoà tan oxy trong nƣớc. Ngoài ra, thuốc nhuộm đƣợc sản xuất có độ ổn định hóa học và độ quang hóa cao để thỏa mãn yêu cầu về độ bền màu của các nhà bán lẻ và ngƣời tiêu dùng.
Một hậu quả của độ ổn định đó là khi đi vào dòng thải chúng không dễ dàng đƣợc phân hủy bởi vi sinh và các phƣơng pháp xử lý thông thƣờng, nhất là thuốc nhuộm hoạt tính. Ảnh hƣởng của nƣớc thải dệt nhuộm.
