Nghiên cứu xử lý chất màu hữu cơ của nước thải nhuộm bằng phương pháp keo tụ điện hóa

Nghiên cứu xử lý chất màu hữu cơ của nước thải nhuộm bằng phương pháp keo tụ điện hóa Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc.

TUYỂN TẬP LUẬN ÁN-LUẬN VĂN KHÓA LUẬN  XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ  I ĐẶT VẤN ĐỀ Ô nhiễm môi trường vấn đề nhiều người, nhiều ngành, nhiều quốc gia quan tâm Nhiều hội nghị quốc tế cấp cao tổ chức để tìm giải pháp, gìn giữ cho môi trường Nhiều chứng thể “quá tải” môi trường cân tự nhiên bị phá Trong trình công nghiệp hóa, đại hóa đất nước, kinh tế Việt Nam có nhiều khởi sắc, đời sống người dân cải thiện Nhưng đổi lại, nguồn tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt dần, chất thải từ sản xuất công nghiệp ngày nhiều, ngày khó xử lý…, làm cho môi trường ngày xấu đi, sức khỏe cộng đồng hệ sinh thái bị đe dọa nghiêm trọng Sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp thải môi nhiều chất gây ô nhiểm môi trường nước, khí môi trường đất, có nhiều chất thải nguy hại Riêng công nghiệp dệt nhuộm thải môi trường lượng nước đáng kể chứa nhiều chất độc hại chất hữu tạo màu Vì vậy, để có giải pháp môi trường thích hợp cần thiết Đây vấn đề mà nhà quản lý môi trường, nhà công nghệ quan tâm nghiên cứu Để góp phần nhỏ vào công bảo vệ môi trường, mạnh dạng chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý chất màu hữu nước thải nhuộm …bằng phương pháp keo tụ điện hóa” Chương TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1- Tổng quan khái quát ngành công nghiệp dệt may Việt Nam, nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm sử dụng công nghệ dệt nhuộm 1.1.1- Khái quát ngành công nghiệp dệt may Việt Nam Là ngành trọng điểm công nghiệp nước ta, ngành dệt may Việt Nam xem ngành sản xuất mũi nhọn có tiềm lực phát triển mạnh Với lợi riêng biệt vốn đầu tư không lớn, thời gian thu hồi vốn nhanh, thu hút nhiều lao động có nhiều điều kiện mở rộng thị trường nước Ngành cung cấp mặt hàng thiết yếu cho xã hội, giải việc làm cho lực lượng lớn lao động, đồng thời mang lại nguồn ngoại tệ lớn từ xuất đóng góp nguồn thu cho ngân sách Nhà nước Giá trị sản xuất công nghiệp ngành chiếm bình quân 9% toàn ngành công nghiệp, kim ngạch xuất chiếm 14,6% so với tổng kim ngạch xuất nước tạo việc làm cho gần triệu lao động công nghiệp Việt Nam có 1000 nhà máy dệt may, thu hút 50 vạn lao động, chiếm đến 22% tổng số lao động toàn ngành công nghiệp Sản lượng sản xuất hàng năm tăng 10% quy mô nhỏ bé, thiết bị công nghệ khâu kéo sợi dệt vải lạc hậu, không cung cấp vải cho khâu may xuất Những năm qua, nhập bổ sung, thay 1.500 máy dệt không thoi nâng cấp mặt hàng dệt tổng số máy có 10.500 máy, đáp ứng khoảng 15% công suất dệt Kế hoạch tăng trưởng ngành công nghiệp dệt may : đạt sản lượng đến tỷ mét vải loại vào năm 2015, đầu tư tài năm tới khoảng tỷ USD, tốc độ tăng trưởng bình quân 17%/năm, kim ngạch xuất đạt 10-11 tỷ USD/năm, thu hút trực tiếp triệu lao động tham gia Đặc điểm ngành dệt may phân bố phát triển toàn vùng lãnh thổ Việt Nam Tập trung với mật độ cao hai thành phố lớn: Hà Nội, Hồ Chí Minh thành phố khu vực miền trung Đà Nẵng, Huế, Nha Trang Vì phải sử dụng nhiều lao động, nên ngành dệt may thường xây dựng cạnh khu đông dân cư Do trình đô thị hóa diễn nhanh chóng nên có nhiều doanh nghiệp dệt may nằm khu dân cư, khu đô thị lớn Quá trình đô thị hóa 10 năm qua biến khu công nghiệp dệt may trước nằm bên cạnh khu dân cư ngày nằm trung tâm khu dân cư đông đúc Đặc điểm làm cho áp lực ô nhiễm môi trường ngày gia tăng doanh nghiệp dệt may Việt Nam Sự phân bố tập trung, xem kẽ khu dân cư làm tăng thêm phần bách ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe cộng đồng 1.1.2- Vài nét nước thải dệt nhuộm 1.1.2.1- Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm Dệt nhuộm ngành đòi hỏi sử dụng nhiều đến nước hóa chất Các kết phân tích đặc điểm nước thải cho thấy: + Lượng nước thải thường lớn (khoảng 50 đến 300 m3 nước cho hàng dệt) chủ yếu từ công đoạn dệt nhuộm nấu tẩy + Dòng thải dệt thay đổi từ ngày qua ngày khác chí thay đổi theo ,do khó xác định đặc tính Sự biến động đáng kể gồm màu nước thải loại thuốc nhuộm có nước thải Màu đậm nước thải nhuộm thành phần khó xử lý Dòng nước thải chứa nhiều hợp chất phân tích dòng nước thải từ bốn nhà máy, nhận diện 314 hợp chất, số có 94 hợp chất xác định phần cấu trúc, phát thêm 107 hợp chất chưa biết đến Các chất gây ô nhiễm dòng thải dệt hợp chất hydrocacbon thơm clo hoá kim loại Có thể sử dụng số sau để phân loại cường độ dòng thải từ trình xử lý dệt bảng 1.1 Các số Nhu cầu ôxy sinh học (mg/l) Các chất rắn lơ lửng (mg/l) Nhu cầu ôxy hoá học (mg/l) Sunphit (mg/l) Màu (ADMI) pH Vải dệt thoi Vải dệt kim 550 185 850 325 7-11 250 300 850 0-2 400 6-9 Nhuộm/Xử lý hoàn tất sợi 200 50 524 600 7-12 Sử dụng nước (l/kg) 297 277 297 + Nước thải chứa hỗn hợp phức tạp hoá chất dư thừa (phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo môi trường, men, chất oxy hoá) dạng ion, kim loại nặng tạp chất tách từ xơ sợi:  Nước thải tẩy giặt có pH dao động từ đến 12, hàm lượng chất hữu cao (COD lên tới 1000 - 3000 mg/l) Ðộ màu nước thải lớn giai đoạn tẩy ban đầu, hàm lượng cặn lơ lửng đạt giá trị 2000 mg/l  Nước thải nhuộm thường không ổn định đa dạng (hiệu hấp thụ thuốc nhuộm vải đạt 60 - 70%, 30 - 40% phẩm nhuộm thừa dạng nguyên thuỷ bị phân huỷ dạng khác, nước có độ màu cao, COD thay đổi từ 80 đến 18.000 mg/l Các phẩm nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên, thường thải trực tiếp môi trường, lượng phẩm nhuộm thừa lớn dẫn đến gia tăng chất hữu độ màu Bảng 1.2 đặc tính dòng thải từ hoạt động trình sản xuất ngành dệt Quá trình Hồ sợi dọc Rũ hồ Tẩy trắng Làm bóng Nhuộm In Xử lý hoàn tất Thành phần dòng thải Bản chất Tinh bột, sáp, xenlulo cacboxylNồng độ BOD COD cao (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), chất ngấm Tinh bột, CMC, PVA chấtNồng độ BOD, COD, chất rắn béo, sáp pectin lơ lửng chất rắn hoà tan cao Natri hypoclorit, clo, hidroxitNồng độ muối chất rắn lơ natri, hydro peroxit, axit, cáclửng cao chất hoạt động bề mặt, natri silicat, natri phốt phát Natri hydroxit, sáp pH cao, BOD thấp, nồng độ chất rắn hoà tan cao Các thuốc nhuộm, ure, chấtCó màu đậm, nồng độ BOD cao, khử, chất ôxy hoá, axitchất rắn hoà tan, nồng độ chất axetic, chất tẩy rửa, chấtrắn lơ lửng thấp, kim loại nặng ngấm Hồ in, ure, tinh bột, gôm, dầu,Mầu đậm, BOD cao, có váng dầu, chất tạo màng, axit, cácchất rắn lơ lửng chất hồ, chất tạo liên kết ngang, chất khử, kiềm Các muối vô cơ, formaldehit Kiềm nhẹ, BOD thấp + Mức độ ô nhiễm nước thải dệt nhuộm phụ thuộc lớn vào loại lượng hoá chất sử dụng, vào kết cấu mặt hàng sản xuất (tẩy trắng, nhuộm, in hoa ), vào tỷ lệ sử dụng sợi tổng hợp, vào loại hình công nghệ sản xuất (gián đoạn, liên tục hay bán liên tục), vào đặc tính máy móc thiết bị sử dụng 1.1.2.2- Các chất rắn nước thải dệt nhuộm Chất thải rắn ngành công nghiệp dệt may bao gồm loại: -Xỉ than lò -Các phê liệu vải vụn, bụi bông, bao bì… -Các loại hóa chất: thuốc nhuộm, chất tẩy rửa…bị hỏng -Các loại phế liệu ngành khí… Mỗi năm lượng chất thải rắn khoảng 300-500 ngàn Lượng chất thải rắn doanh nghiệp trọng thu gom, phân loại, phần tái sử dụng chủ yếu chôn lấp Trong loại chất thải rắn có khoảng 50 hóa chất thuốc nhuộm gồm nhiều chủng loại khác nhập từ thời bao cấp đến đưa vào sản xuất Đây vấn đề khó giải cho nhà quản lý ngành 1.1.2.3- Các thông số đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm Nước thải sau xử lý đạt loại B theo tiêu chuẩn 5945-2005 pH Màu sắc BOD COD SS Tổng Nitơ Tổng Photpho Colifrom 5,5-9 ≤ 50 mg/l ≤ 50 mg/l ≤ 80 mg/l ≤ 100 mg/l ≤ 30 mg/l ≤ mg/l ≤ 5000 (NPN/100ml) 1.1.3- Thuốc nhuộm sử dụng công nghệ dệt nhuộm 1.1.3.1- Cấu trúc phân tử chất màu hữu Theo thuyết mang màu hợp chất hữu (thuyết màu đầu tiên), hợp chất hữu có màu chúng chứa nhóm mang màu phân tử, nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị Đặc biệt cấu trúc hợp chất hữu mạch nguyên tử cacbon liên kết với liên kết đôi đơn xen kẽ : …-CH=CH-CH=CH-… Bằng thí nghiệm, người ta thấy điều quan trọng ảnh hưởng phần cấu trúc phân tử đến màu hợp chất Khi kéo dài mạch liên kết đôi liên hợp dẫn đến chuyển từ không màu hay nhạt màu đến màu sẫm, ví dụ : C6H5-(CH=CH)-C6H5 (stinben) : không màu C6H5-(CH=CH)3-C6H5 (diphenylhexatrien) : vàng C6H5-(CH=CH)6-C6H5 (diphenyldodecahexaen) : da cam nâu Những nhóm chức có khả gây màu cho chất hữu gọi nhóm mang màu, ví dụ : nhóm etylen -CH=CH- nhóm azo -N=N- nhóm nitrozo -N=O nhóm cacbonyl =C=O Ngoài nhóm mang màu cần thiết , đưa thêm vào phân tử chất mang nhóm nguyên tử gọi “nhóm trợ màu” màu hợp chất sâu có khả nhuộm màu cho số vật liệu thích hợp Trong nhóm trợ màu quan trọng : -OH, -NH2, -N(CH3)2, -N(C2H5)2 Như đặc điểm cấu trúc phân tử chất hữu cơ, đặc điểm sau có ý nghĩa xuất màu chất : + Mạch gồm liên kết đôi đơn xen kẽ + Sự có mặt nhóm hay nguyên tử hút nhường electron chúng cho hệ electron chung phân tử + Các nguyên tử phân tử cần phải nằm mặt phẳng (hoặc gần với trạng thái này) 1.1.3.2- Phân loại, đặc điểm thuốc nhuộm Hiện nước ta chưa có công nghệ sản xuất thuốc nhuộm, hầu hết loại thuốc nhuộm sử dụng cho ngành dệt nhuộm ngành khác phải nhập ngoại Một vài sở nhỏ nước sản xuất loại bột màu vô cơ, hữu từ nguyên liệu ngoại nhập Trong kỹ thuật, người ta phân biệt thuốc nhuộm chất mang màu hữu tiếp xúc với vật liệu khác có khả bắt màu giữ màu vật liệu nhờ lực liên kết vật lý hóa học Bột màu vô hữu không tan nước, khả bám dính vào vật liệu lực liên kết mà lực học màng Đến nay, có hai cách phân loại thuốc nhuộm: -Theo cấu tạo hóa học: điểm giống cấu tạo hóa học chúng Cách phân loại thường sử dụng nhà sản xuất, nghiên cứu -Phân loại dựa vào tính chất kỹ thuật sử dụng thuốc nhuộm Người sử dụng thường dùng cách phân loại Để có phương án thích hợp xử lý thuốc nhuộm nước thải dệt nhuộm, việc hiểu rõ tính chất loại thuốc nhuộm quan trọng Theo phân lớp kỹ thuật, người ta phân thành phân lớp: hòa tan nước không hòa tan  Thuốc nhuộm hòa tan -Thuốc nhuộm trực tiếp (direct dyes) : Là hợp chất màu hòa tan nước, có khả tự bắt màu vào số vật liệu : xơ xenlulo, giấy , tơ tằm…một cách trực tiếp nhờ lực hấp phụ môi trường trung tính kiềm Hầu hết thuốc nhuộm trực tiếp thuộc nhóm azo, có dạng tổng quát Ar-SO 3Na Lượng thuốc nhuộm trực tiếp khó hòa tan nhiệt độ 250C, hòa tan tối đa 40g/l, thường đạt từ 20-25g/l Do có khả tự bắt màu, công nghệ nhuộm đơn giản rẻ nên phẩm màu trực tiếp sử dụng lĩnh vực khác nhau: ngành dệt, nhuộm giấy, nhuộm da thuộc, chế mực viết…Về màu sắc, chúng có đủ gam màu -Thuốc nhuộm axit (acid dyes ) : Có công thức tổng quát giống thuốc nhuộm trực tiếp, phân tử nhỏ nhiều lần nên khả hòa tan nước tốt Chúng bắt màu vật liệu môi trường axit Thuốc nhuộm axit có đủ gam màu Trong môi trường axit, chúng liên kết vào vật liệu mối liên kết ion theo phương trình tổng quát sau: Ar-SO3Na + Ar1-NH3+Cl- = Ar-SO3-H3N+-Ar1 + NaCl Với Ar ký hiệu gốc thuốc nhuộm, Ar1 ký hiệu cho vật liệu in hoa -Thuốc nhuộm hoạt tính (reactive dyes) Là hợp chất màu mà phân tử chúng có chứa nhóm nguyên tử thực mối liên kết hóa trị với vật liệu nói chung xơ dệt nói riêng trình nhuộm Nhờ mà chúng có độ bền màu cao với gia công ướt nhiều tiêu khác Hầu hết thuốc nhuộm hoạt tính hòa tan tốt nước bắt màu vào vật liệu môi trường kiềm Thuốc nhuộm hoạt tính có công thức tổng quát : S-Ar-T-X với S nhóm tạo cho phân tử thuốc nhuộm có tính tan; Ar gốc thuốc nhuộm; T nhóm mang nguyên tử phản ứng; X nguyên tử ( nhóm) phản ứng -Thuốc nhuộm bazơ-cation (bazic-dyes) Khác với loại thuốc nhuộm trên, hòa tan nước chúng phân ly thành phần màu mang điện tích dương Chúng hòa tan tốt nước, cường độ màu mạnh có đủ gam màu Nhược điểm loại thuốc nhuộm chúng bền với giặt ánh sáng, nên dùng chủ yếu để nhuộm in giấy loại, công nghiệp ấn loát mực in, mây tre, lụa tơ tằm…  Thuốc nhuộm không hòa tan nước -Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan (vat dyes) Là hợp chất màu hữu không hòa tan nước, có cấu tạo hóa học màu sắc khác chúng có chung tính chất, chứa nhóm xeton phân tử có dạng tổng quát là: R=C=O Khi bị khử, dạng không tan chuyển dạng lâycô axit, chưa tan nước tan kiềm chuyển thành dạng lâycô bazơ Do lực lớn với xơ hòa tan nước nên hấp phụ mạnh vào xơ xenlulo, mặt khác lại dễ bị thủy phân oxi hóa dạng không tan ban đầu Toàn trình trình bày sau : R C O + [H] R C + [O] + NaOH OH R C ONa +H2O lâycô axit lâycô bazơ -Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan Loại thuốc nhuộm có công thức tổng quát: Ar-CO-SO3Na (Ar ký hiệu gốc thuốc nhuộm) Tất thuốc nhuộm loại tan tốt nước -Thuốc nhuộm lưu huỳnh (sulfur dyes) Là hợp chất màu không tan nước số dung môi hữu cơ, dung dịch kiềm Na 2S bị khử để chuyển dạng lâycô bazơ hòa tan nước Công nghệ tổng hợp thuốc nhuộm lưu huỳnh không phức tạp, giá thành rẻ -Thuốc nhuộm phân tán (disperse dyes) Là hợp chất màu không tan nước không chứa nhóm có tính tan –SO3Na, -COONa Độ hòa tan nước thấp, khoảng 0,2-8 mg/l 25 0C Trong phân tử có chứa nhóm amin dạng tự ankyl hóa nên thuốc nhuộm trung tính hay có tính bazơ yếu -Thuốc nhuộm picmen Là chất màu không hòa tan nước, dung môi hữu cơ, lực với xơ sợi vật liệu khác Để picmen bám vào vật liệu in người ta phải dùng chất tạo màng, nhựa cao phân tử bán da tụ chế sẵn dạng nhũ tương -Thuốc nhuộm azô không tan Trong phân tử có chứa nhóm azô (-N=N-) không chứa nhóm tan –SO3Na, -COONa nên chúng không hòa tan nước Thuốc nhuộm có màu tươi, bền với giặt, giá thành thấp, nhuộm in đơn giản 1.1.3.3- Cơ chế xuất màu chất hữu Khi xạ tử ngoại, khả kiến hay hồng ngoại tác động vào phân tử hữu gây vài hiệu ứng: gây chuyển động phân tử nói chung, mà chuyển động quay nó; làm tăng lượng dao động phần riêng biệt phân tử; tạo lượng để chuyển electron từ mức lượng sang mức lượng cao (kích thích) Trong nguyên tử, electron bên dễ thay đổi trạng thái hơn, để kích thích chúng cần phần lượng bé Có kiểu liên kết nguyên tử cacbon phân tử hữu liên kết σ liên kết π Liên kết σ liên kết bền, hình thành obitan electron nguyên tử che phủ nhau, tạo đám mây gồm electron tập trung dọc theo đường thẳng nối liền hai hạt nhân hai nguyên tử gần Liên kết π hình thành xen phủ bên obitan electron p nằm song song với Khi hình thành hệ thống electron π có khả di chuyển tự từ nguyên tử sang nguyên tử khác Độ linh động electron π hai nguyên tử cacbon cấu trúc có liên kết π cacbon nitơ, nguyên tử nitơ,… Sự chuyển sang trạng thái kích thích đôi với phân bố lại mật độ electron gây phân cực phân tử Do mà hiệu số mức lượng trạng thái trạng thái kích thích giảm xuống Năng lượng cần để kích thích trở nên bé hơn, tạo điều kiện cho hấp phụ chọn lọc lượng tử lượng ánh sáng có bước sóng nằm miền phổ ánh sáng khả kiến Khả phân cực tăng mạnh hai đầu hệ liên hợp …-CH=CH-CH=CH-… có nhóm làm cho electron di chuyển dễ dàng Như tất biến đổi cấu trúc mà không phá vỡ cấu tạo phẳng phân tử thúc đẩy di chuyển hệ electron π phân tử, phân cực phân tử xuất cách phân bố cố định điện tích âm dương cho phân tử khả kiến, nghĩa tạo điều kiện cho xuất màu 1.2- Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 1.2.1- Phương pháp sinh học Thực chất biện pháp sinh học để xử lý nước thải sử dụng khả sống hoạt động vi sinh vật để phân hủy chất bền hữu nước thải Chúng sử dụng hợp chất hữu số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Trong trình dinh dưỡng, chúng nhận chất làm vật liệu để xây dựng tế bào, sinh trưởng sinh sản nên sinh khối tăng lên Phương pháp thường sử dụng để làm loại có chứa chất hữu hòa tan chất phân tán nhỏ, keo Do vậy, chúng thường dùng sau loại tạp chất phân tán thô khỏi nước thải Đối với chất hữu có nước thải phương pháp dùng để khử hợp chất sunfit, muối amoni nitrat - tức chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn Sản phẩm cuối trình phân hủy sinh hóa chất bẩn CO 2,H2O, N2, SO42-,…Các nghiên cứu cho thấy vi sinh vật phân hủy tất chất hữu có thiên nhiên nhiều chất hữu tổng hợp nhân tạo Xử lý nước thải phương pháp sinh học gồm phương pháp sau: + Phương pháp hiếu khí + Phương pháp kỵ khí + Phương pháp thiếu khí Tùy điều kiện cụ thể địa hình, tính chất khối lượng nước thải, khí hậu, mặt nơi cần xử lý, kinh phí cho phép với công nghệ thích hợp, người ta chọn phương pháp hay kết hợp với Các phương pháp có ưu điểm sau: + Có thể xử lý nước thải có phổ nhiễm bẩn chất hữu tương đối rộng + Hệ thống tự điều chỉnh theo phổ chất nhiễm bẩn nồng độ chúng + Thiết kế trang thiết bị đơn giản Đồng thời chúng có nhược điểm sau: + Đầu tư cho việc xây dựng tốn + Phải có chế độ công nghệ làm đồng hoàn chỉnh + Các chất hữu khó phân hủy chất vô có độc tính ảnh hưởng đến thời gian hiệu làm Các chất có độc tính tác động đến quần thể sinh vật nói chung bùn hoạt tính làm giảm hiệu suất xử lý trình + Có thể phải làm loãng nước thải có nồng độ chất bẩn cao, làm tăng lượng nước thải cần diện tích mặt rộng Tuy vậy, phương pháp sinh học dùng phổ biến rộng rãi tỏ thích hợp cho trình làm nước thải chứa chất hữu dễ phân hủy 1.2.1.1- Các phương pháp hiếu khí a Nguyên tắc Phương pháp hiếu khí dùng để loại chất hữu dễ bị vi sinh phân hủy khỏi nguồn nước Các chất loại vi sinh hiếu khí oxy hóa oxy hòa tan nước Chất hữu + O2 vi sinh vật H2O + CO2 + Năng lượng Chất hữu + O2 vi sinh vật Tế bào Tế bào + O2 vi sinh vật H2O + CO2 + NH3 Tổng cộng: Chất hữu + O2 H2O + CO2 + NH3 + … Trong phương pháp hiếu khí amoniac loại bỏ oxy hóa nhờ vi sinh tự dưỡng (quá trình nitrit hóa) NH4+ + O2 NO2- + O2 Nitrosomonas NO2- + H+ + H2O + Năng lượng Nitrobacter NO3- Tổng cộng: NH4+ + O2 Vi sinh NO3- + H+ + H2O + Năng lượng (giảm pH ) Điều kiện thích hợp cho trình là: pH = 5,5 - 9,0; oxy hòa tan lớn 0,5 mg/l, nhiệt độ 5-400C b Kỹ thuật xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí: b.1 Kỹ thuật bùn hoạt tính Đây kỹ thuật sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải đô thị công nghiệp Theo cách này, nước thải đưa phận chắn rác, loại rác, chất rắn lắng, bùn tiêu hủy làm khô Một dạng cải tiến phương pháp bùn hoạt tính phương pháp “thông khí tăng cường” gần sử dụng nhiều nước phát triển tên gọi “mương oxy hóa” Trong hệ thống bỏ qua giai đọan lắng bước tiêu hủy bùn Tuy nhiên trình lại cần biện pháp thông khí kéo dài với cường độ cao b.2 Ao ổn định nước thải 10 hạt keo lắng theo Khi polyme hình thành hệ hay bổ sung từ vào, chúng hấp phụ lên bề mặt hạt keo tạo nên cầu nối chúng, tạo thuận lợi để hình thành tập hợp lớn c.5 Các phản ứng xảy điện cực Khi có dòng điện chiều qua dung dịch, anode, cathode xảy phản ứng sau: anode: Hoà tan nhôm : Al - 3e → Al 3+ Thoát oxy: pH7: 4OH- - 4e → O2 + 2H2O cathode pH7 : H2O + 2e → H2 + 2OHIon Al3+ vừa hình thành lớp dung dịch sát anode nhôm, chúng tham gia phản ứng thủy phân: pH6, ion Al3+ vừa hình thành bị thuỷ phân hoàn toàn, phức hydroxo Al(OH)2+, Al(OH)2+ tiếp tục thuỷ phân, sản phẩm thuỷ phân Al(OH) Đến pH=7-8 Al(OH)3 đạt nồng độ cực đại Như tăng pH, hàm lượng hạt keo dương giảm dần, sản phẩm thuỷ phân dễ liên kết tạo thành hạt keo lớn Thứ tự phản ứng thuỷ phân sau: Al3+.6H2O + H2O → Al(OH)2+.5H2O + H3O+ Al(OH)2+.5H2O + H2O → Al(OH)2+.4H2O + H3O+ Al3+.6H2O + 2H2O → Al(OH)2+.4H2O + 2H3O+ Al(OH)2+.4H2O + H2O → Al(OH)3.3H2O + H2O+ Trong trình điện phân, pH lớp dung dịch sát anode giảm dần tạo keo nhôm thoát O2 nên hydroxo tích điện dương có độ phân tán cao Trong điện trường, H+ chuyển cathode trung hoà ion OH-chuyển từ cathode sang anode, giúp cho trình thuỷ phân hình thành hydroxo dễ dàng Trong khoảng pH =5,7-7,0 thành phần Al(OH) 2+, Al(OH)2+ Al(OH)3 Tăng pH thời gian điện phân, phân tử liên kết tạo hạt đa nhân: kAl(OH)2+ + mAl(OH)2+ + nAl(OH)3 → Alp(OH)qr+ p=k+m+n; q=k+3n+2m; r=2k+m Vì xem hạt keo Al p(OH)qr+ hạt keo đa nhân đặc trưng khoảng pH= 5,7-7,0 Điện tích hạt tùy thuộc lượng Al(OH) 2+; Al(OH)2+ có nghĩa phụ thuộc pH dung dịch lượng Al 3+ Khi giá trị pH nằm khoảng 7-8, hydroxo Al(OH) 2+, Al(OH)2+ Al(OH)3 hình thành lớp dung dịch sát anode Al hoà tan theo phản ứng sau: Al3+.6H2O + H2O → Al(OH)2+.5H2O + H3O+ Al(OH)2+.5H2O + H2O → Al(OH)2+.4H2O + H3O+ Al(OH)2+.4H2O + H2O → Al(OH)3.3H2O + H3O+ H3O+ + OH- → 2H2O Ion OH- chuyển sang anode, kết hợp với ion H + tạo nước Al3+ tham gia phản ứng thủy phân thuận lợi nên nồng độ Al(OH) 2+, Al(OH)2+ nhỏ, lượng Al(OH)3 đạt 90-95%, bắt đầu có hình thành Al(OH)4- Tất ion dương, âm kết hợp với Al(OH)3 hình thành hạt đa nhân điện tích dương nhỏ: kAl(OH)2+ + mAl(OH)3 + nAl(OH)4- → [Al(OH)3]mAln+k(OH)4n+2kk-n Hạt keo zeta xấp xỉ không nên hạt có độ phân tán giảm, chúng dễ tương tác với tạo thành khối huyền phù vô định hình kích thước lớn pH từ 8,0 -8,5 lúc lượng OH- cao, tham gia phản ứng với H+ hình thành nước, tạo điều kiện thuận lợi thuỷ phân phần tử hydroxo thành Al(OH) Các hạt Al(OH)3 tiếp tục thuỷ phân tạo thành hạt mang điện âm: Al(OH)3.3H2O + H2O → Al(OH)4-.2H2O + H3O+ Trong khoảng pH này, hạt keo zeta nhỏ Keo nhôm tích điện âm hấp phụ anion Al(OH)4- Hạt keo đa nhân có công thức mAl(OOH).nAl(OH)4c.7 Sự tồn chất keo màu nước thải Trạng thái phân tán thuốc nhuộm liên quan đến cấu trúc, chất hóa học chúng chịu ảnh hưởng chất dung môi, pH môi trường có mặt chất phụ gia c.7.1 Ảnh hưởng dung môi: Dung môi có ảnh hưởng lớn đến khả hòa tan phân tán thuốc nhuộm Dung môi không cực hòa tan chất không cực, dung môi có cực có khả hòa tan chất có cực Nước dung môi phân cực phổ biến cấu trúc có chứa nhóm -OH Các phân tử chất màu có chứa nhóm phân cực như: -SO 3Na, -COOH, -OSO3Na, -N+H2-HCl, -N+R3Cl dễ tan nước Các chất màu không chứa nhóm tan hay nhóm bị chuyển dạng muối canxi, bari không tan nước Để tăng độ hòa tan thuốc nhuộm, người ta nghiền chúng siêu mịn bổ sung thêm chất phụ gia vào hỗn hợp c.7.2 Sự biến đổi tính chất thuốc nhuộm Do có mặt chất phụ gia, pH môi trường thay đổi, nhiệt độ mà chất màu tham gia phản ứng hóa học làm thay đổi tính chất ban đầu mình: tham gia phản ứng hóa học làm thay đổi màu sắc phản ứng thuốc nhuộm hoạt tính với vật liệu; thay đổi tính chất thuốc nhuộm hoàn nguyên c.7.3 Tính chất keo chất màu hữu Đa số chất màu tồn nước dạng keo bán keo Tùy thuộc vào chất, cấu tạo, kích thước khối lượng phân tử chất màu hữu mà dạng hòa tan hay phân tán dung dịch Khi phân tử có phần không phân cực lớn phần phân cực nhỏ phân tử thuốc nhuộm riêng lẻ tạo thành mixen keo Sự liên kết xảy thuốc nhuộm mà phân tử chứa nhiều nhóm kị nước, ví dụ thuốc nhuộm polymethine Một vài loại thuốc nhuộm không liên kết rượu liên kết nước tạo thành mixen làm cho độ nhớt tăng, dải phổ hấp thụ màu bị thay đổi Các phân tử thuốc nhuộm có nhiều vòng cácbua hydro kị nước số nhóm phân cực ưa nước -SO3Na, -OH, -COONa tan nước, rượu, axeton .Tùy khối lượng cấu tạo phân tử mà chúng tồn dạng keo ưa nước hay hòa tan tạo thành dung dịch thực Các phân tử nhỏ metyl da cam mà bao gồm số vòng thơm nhiều nhóm phân cực mạnh -OH, SO3Na không tạo thành mixen Các điều kiện khác nồng độ chất màu, chất điện ly, nhiệt độ dung dịch ảnh hưởng đến độ bền chất màu: nồng độ chất màu tăng làm giảm độ bền keo Sự có mặt chất điện ly làm thay đổi độ bền hệ keo màu Nhiệt độ tăng làm tăng độ hòa tan chất màu nên độ bền keo tăng lên [3] Mixen loại thuốc nhuộm β - naphton orange nhỏ không tạo thành mixen keo bền xảy đông tụ có mặt NaCl Sự liên kết tạo thành mixen bền với kích thước hình dạng khác quan sát với benzopurpurin Sự tạo thành mixen phụ thuộc vào nồng độ thuốc nhuộm, muối NaCl: nồng độ NaCl lớn mixen khổng lồ benzopurpurin xuất hiện, nhiệt độ cao 60 oC không thấy tạo thành mixen Sự tạo thành mixen nhận thấy với thuốc nhuộm màu vàng Tóm lại, liên kết tạo thành mixen thuốc nhuộm khác dường khống chế trình tương tự kết hợp phân tử chất tẩy rửa, phân tử bao gồm nhóm có cực - không cực c.7.4 Tương tác với dung môi Các keo phân cực bền môi trường phân cực, ngược lại keo không phân cực bền vững môi trường không phân cực bền môi trường phân cực Để tăng độ bền phân tán chất keo môi trường chất, người ta sử dụng chất keo ưa dung môi, chất keo có phần hấp phụ bám dính vào phân tử chất cần bảo vệ, phần nhúng vào dung môi tạo thành hệ keo bảo vệ c.7.5 Hiệu ứng bền keo ưa nước Các chất keo ưa nước làm bền sol kị nước với dung môi khác xà phòng, chất tẩy rửa Các hiệu ứng bền hay bảo vệ có vai trò quan trọng việc chế tạo hệ phân tán bền mà đuôi kỵ dung môi dính vào hạt cần làm bền, đầu phân cực quay vào dung dịch Khi hạt vừa tích điện vừa bị solvat hóa Các chất khác không bảo vệ nhau, bảo vệ phụ thuộc vào lực hạt keo Wiliam, Chang [3] thấy lực số chất keo với keo vàng khác với keo công gô rubin, chế bảo vệ hạt keo kỵ dung môi bị bao bọc chất ưa nước, lớp làm bền có kích thước cở phân tử Liên kết chất làm bền với bề mặt kỵ dung môi lực hấp dẫn Van der Waals lực liên kết ion cấu tử tích điện Tương tác cấu tử ưa kị dung môi gây tượng làm bền hay tính bền gây đông tụ Trong trường hợp hạt phủ kín lớp chất bảo vệ chất keo có tác dụng làm bền Trong trường hợp chất keo hấp phụ độ bền hạt keo giảm tác dụng bảo vệ nhỏ, chất keo gây keo tụ theo chế tạo cầu nối Nồng độ chất keo bảo vệ ảnh hưởng đến độ bền keo: nồng độ chất bảo vệ tăng độ bền hệ keo tăng c.7.6 Sự tạo lẫn chất keo tích điện Hệ keo bền hay bền có mặt chất điện ly chất keo khác Để phá bền hệ keo ưa nước, người ta sử dụng chất keo tích điện trái dấu với đầu phân cực chất keo bảo vệ Sự tạo xảy chất keo tích điện âm trộn lẫn với chất keo tích điện dương Khi hai chất keo tích điện trái dấu tương tác tạo luôn xảy Hiện tượng tương tự xảy cấu tử hệ kỵ nước cấu tử ưa nước yếu có hàm lượng không nhiều Sự tạo xảy chất đa điện ly bị solvat hay chúng có kích thước lớn không đối xứng Số lượng phân bố điện tích vấn đề quan trọng tạo c.8 Đặc trưng chế keo tụ điện hóa chất màu Sự keo tụ xảy chất màu hấp phụ lên phức hydroxô nhôm Các phức hydroxo tiếp tục bị thủy phân, khối vô định hình nhôm hydroxit hình thành, tạo điều kiện thuận lợi cho chất màu hấp phụ vào Nhôm hydroxit phân tử liên kết tạo thành keo lớn hơn, lôi chất màu theo chế keo tụ quét Các yếu tố ảnh hưởng đến việc tách loại màu: -Bản chất tách màu: phương pháp keo tụ muối nhôm có hiệu chất màu hữu phân tán, không tan nước Đối với thuốc nhuộm hoàn nguyên tan hoạt tính, phân tử chất màu cồng kềnh, phức tạp , có khả tạo phức với nhôm phương pháp đông tụ điện áp dụng Đây có lẽ hạn chế áp dụng keo nhôm -Các dạng khác keo nhôm: tùy thuộc vào giá trị pH mà dạng tồn phức hydroxo khác Do mà hiệu xử lý thay đổi theo giá trị pH Khi pH= 6-8, hạt keo nhôm mang điện dương, dễ tương tác với chất màu mang điện tích âm hay trung tính nên hiệu xử lý cao -Các yếu tố khác như: khuấy trộn dung dịch, nhiệt độ ảnh hưởng đến tính bền hạt keo, hay nói cách khác ảnh hưởng đến hiệu xử lý Bên phía cathode, ion OH- tạo phản ứng thoát khí H chuyển sang anode với phân tử chất màu với tốc độ lớn có kích thước bé Các ion H+, hydroxo, keo nhôm chuyển sang cathode Ion H+ có kích thước bé nên chuyển động nhanh phân tử chất màu, không tương tác trung hòa điện tích với chất màu Chúng nhanh chóng trung hòa ion OH - Các hydroxo, keo nhôm di chuyển chậm tham gia phản ứng hấp phụ trung hòa điện tích phần tử chất màu Đồng thời hydroxo tiếp tục thủy phân nên tiếp tục hấp phụ, trung hòa điện tích anion màu Các phần tử chất màu nằm khu vực anode, không bị tương tác va chạm với ion H+ nên xác suất va chạm có hiệu với phức hydroxo, keo nhôm lớn Trong khoảng pH=8 , ion OH- đồng thời tham gia phản ứng thoát oxy tương tác với H+, thúc đẩy trình tạo phức hydroxo keo phân tán tích điện dương Keo nhôm sau hấp phụ chất màu, tác dụng tuyển bọt khí hai cực anode cathode lên bề mặt dung dịch Cơ chế hấp phụ trung hòa điện tích khống chế chủ yếu trình đông tụ điện c.9 Lợi ích phương pháp đông tụ điện xử lý nước thải dệt nhuộm Nước thải dệt nhuộm có thành phần phức tạp tính chất đa dạng hóa chất công nghệ nhuộm Để có hiệu cao xử lý nước thải nhuộm cần thiết phải sử dụng kết hợp nhiều phương pháp Sử dụng riêng rẽ phương pháp hóa lý, hóa học hạn chế tính ưu việt phương pháp khác áp dụng phương pháp đông tụ điện xử lý nước thải mang lại lợi ích sau: -Chi phí đầu tư công nghệ thấp -Tiêu tốn lượng thấp -Không sử dụng hóa chất bổ sung -Có khả tự động cao dải làm việc rộng -Khi nồng độ tạp chất, thành phần dòng thải thay đổi lớn, người vận hành hệ thống xử lý điều chỉnh nhiều -Kết xử lý đáng tin cậy -Lượng bùn giảm nhiều so với phương pháp khác Thuận lợi việc xử lý bùn -Xử lý nhiều loại tạp chất dòng thải c.10 Các kết nghiên cứu phương pháp đông tụ điện nước Việt nam, tác giả Trương Ngọc Liên (Đại học Bách khoa Hà Nội), Đặng Bá Trinh, Hồ Văn Khánh (Viện Hóa học) công bố nhiều công trình liên quan đến việc ứng dụng phương pháp đông tụ điện với nhôm, sắt anode hòa tan để xử lý số chất màu hữu Các lý thuyết chế trình tác giả tập trung nghiên cứu chất trình đông tụ điện, cấu trúc hạt keo nhôm Song việc triển khai thực tế nhiều hạn chế nước ngoài, đông tụ điện ứng dụng rộng rãi, đa lĩnh vực Dưới số ứng dụng cụ thể: c.10.1 Xử lý nước thải tàu biển áp dụng đông tụ điện để xử lý nước thải tàu biển mang lại nhiều khả quan Xử lý nước thải có chứa kim loại nặng, dầu mỡ, chất rắn lơ lửng nhằm giảm chúng đến mức quy định Với phương pháp này, tiết kiệm 150.000 USD/ tàu biển việc xử lý nước thải ô nhiễm Nước thải thải trực tiếp biển, chi phí giảm từ 75 - 90% [29] Một vài thông số nước thải sau xử lý ghi bảng 4.1 Bảng 4.1 Đặc tính nước thải sau xử lý Tạp chất Trước xử lý (mg/l) Tổng dầu & mở Cd Pb Cu Ni Zn Toluene Xylenes Phenol Sau xử lý (mg/l) 2500 25 22 2,5 2,0 6,2 23 168 3,4 [...]... thể lắng Cr(III) bằng axetat bari ( Cr(VI) lắng dưới dạng cromat bari ) Ưu điểm của phương pháp này là có thể xử lý đồng thời Cr(VI) và ion SO42- 3.4 Phương pháp keo tụ điện hóa xử lý nước thải 3.4.1 Khái niệm chung Phương pháp đông keo tụ, tạo bông là một phương pháp được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải nói chung, nước thải công nghệ dệt nhuộm nói riêng Cơ sở của phương pháp là sử dụng... phương pháp này không phù hợp Các phương pháp hóa lý được ứng dụng để xử lý nước thải gồm lọc, đông tụ và keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, thẩm thấu ngược, siêu lọc, thẩm tách và điện thẩm tách,…Các phương pháp này được ứng dụng để loại ra khỏi nước thải các hạt phân tán lơ lửng (rắn và lỏng), các khí tan những chất vô cơ và hữu cơ hòa tan Việc ứng dụng các phương pháp hóa lý để xử lý nước thải. .. phương pháp này đều dùng các tác nhân hóa học nên là phương pháp đắt tiền Người ta sử dụng các phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn nước 1.2.3.1- Phương pháp trung hòa Nước thải chứa các axit vô cơ. .. là chất thải Như vậy, quá trình xử lý nước thải khỏi chất hoạt động bề mặt bằng phương pháp tách bọt có nhược điểm: + Tạo thành chất ngưng giàu chất hoạt động bề mặt, bị phân hủy chậm + Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt trong nước thải tăng hiệu quả xử lý giảm Do đó, người ta đề nghị phương pháp xử lý chất hoạt động bề mặt kết hợp với phương pháp tách bọt rồi xử lý bức xạ, loại trừ hoàn toàn chất thải. .. + Hiệu suất xử lý cao, + Có thể khử màu do kết hợp được nhiều quá trình trong một thiết bị, + Dễ vận hành, + Chi phí đầu tư và vận hành thấp Những tính năng này được hội tụ tại Hệ thống xử lý nước thải chứa màu hữu cơ bằng phương pháp keo tụ điện hóa [14] 3.4.2 Nguyên tắc Nguyên tắc hoạt động của hệ thống này dựa trên cơ sở của phương pháp điện hóa hòa tan anôt nhằm tạo ra tác nhân keo tụ: Al(OH) 3,... 28 hạt keo nhôm hiđroxit, sắt hiđroxit sẽ được hình thành, chúng hấp phụ các tạp chất ô nhiễm trong nước thải, đặc biệt là chất màu hữu cơ và được tách ra Nước thải cần xử lý được bơm từ bể gom vào hệ thống thiết bị điện hóa và được xử lý thông qua các quá trình như keo tụ, oxi hóa, tuyển nổi điện hóa (có thể tách khoảng 90% màu và khoảng 60% COD) Nước thải sau xử lý được tháo vào bể lắng tấm nghiêng... hydroxit Phương pháp điện thẩm tách đã được nghiên cứu như một phương pháp khử nitơ trong nước thải nông nghiệp, nó cũng được ứng dụng rộng rãi để làm ngọt nước Phương pháp này cũng đã được dùng để thu hồi các axit, lignin từ nước thải của sản xuất giấy, crôm từ nước thải của mạ điện trang 161-162, [13]) 1.2.2.11- Các phương pháp điện hóa Người ta sử dụng quá trình oxy hóa cực anot và khử của catot, đông tụ. .. các chất độc; bùn cặn có tính chất hóa học và cấu trúc tốt Nhưng phương pháp này có nhược điểm là tiêu tốn kim loại và chi phí điện năng cao Phương pháp đông tụ điện được ứng dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm, hóa chất, giấy, bột giấy, lọc nước phù sa, phẩm màu phân tán 1.2.3- Phương pháp hóa học 24 Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxy hóa và khử Tất cả các phương. .. vật liệu lọc 13 1.2.2.4- Đông tụ và keo tụ a Đông tụ Hỗn hợp phân tán nhỏ được loại ra khỏi nước bằng phương pháp đông tụ Đông tụ là phương pháp xử lý nước bằng tác chất nhằm hình thành các phân tử lớn từ các phân tử nhỏ Phần tử các chất đục mang điện tích âm Việc loại các chất này nhờ các chất đông tụ là tạo thành muối từ các chất kiềm và axit yếu Chất đông tụ trong nước tạo thành các bông hydroxit... đổi, nhiệt độ mà các chất màu có thể tham gia các phản ứng hóa học làm thay đổi tính chất ban đầu của mình: như tham gia phản ứng hóa học làm thay đổi màu sắc của phản ứng giữa thuốc nhuộm hoạt tính với vật liệu; thay đổi tính chất của thuốc nhuộm hoàn nguyên c.7.3 Tính chất keo của chất màu hữu cơ Đa số các chất màu tồn tại trong nước dạng keo hoặc bán keo Tùy thuộc vào bản chất, cấu tạo, kích thước