Nước thải dệt nhuộm và các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nƣớc thải dệt nhuộm phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm 1.1.1 Công nghệ sản xuất nguồn phát sinh nước thải Ngành dệt nhuộm ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ sản xuất phức tạp với nhiều loại hình công nghệ khác Quá trình sản xuất sử dụng nguồn nguyên liệu, hóa chất khác để sản xuất mặt hàng với mẫu mã, màu sắc, chủng loại đa dạng Nguyên liệu chủ yếu xơ bông, xơ nhân tạo để sản xuất loại vải cotton vải pha, dùng nguyên liệu lông thú, đay gai, tơ tằm … Thông thường công nghệ dệt nhuộm gồm ba trình bản: Kéo sợi, dệt vải xử lý (nấu tẩy), nhuộm hoàn thiện vải Các công đoạn gồm[14-42]: Làm nguyên liệu: Nguyên liệu thô chứa sợi có kích thước khác với tạp chất học đánh tung, làm trộn Chải: Các sợi chải song song tạo thành sợi thô Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: Kéo sợi thô máy sợi để giảm kích thước sợi, tăng độ bền quấn sợi vào ống thích hợp Sợi ống nhỏ đánh ống thành to để chuẩn bị dệt vải Mắc sợi để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi Hồ sợi dọc: Hồ sợi hồ tinh bột tinh bột biến tính để tạo màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn độ bóng sợi Ngoài dùng loại hồ nhân tạo polyvinylalcol PVA, polyacrylat … Dệt vải: Kết hợp sợi ngang sợi dọc để hình thành vải mộc Giũ hồ: Tách thành phần hồ bám vải mộc enzim axit sunfuric 0.5%, sau giặt nước, xà phòng, xút, chất ngấm đưa sang nấu tẩy Nấu vải: Loại trừ phần hồ lại tạp chất thiên nhiên xơ sợi Vải nấu dung dịch kiềm chất tẩy giặt áp suất đến at, nhiệt độ 120 đến 1300C, sau vải giặt nhiều lần Làm bóng vải: Mục đích làm trương nở sợi cotton, xơ sợi trở nên xốp, thấm nước, bóng hơn, tăng khả bắt màu thuốc nhuộm Thường dùng dung dịch NaOH nồng độ 300 ppm, nhiệt độ 100C đến 200C, sau vải giặt nhiều lần Tẩy trắng: Các chất tẩy thường dùng NaClO2, NaOCl H2O2 với hóa chất phụ trợ khác Nhuộm vải hoàn thiện: Thường sử dụng loại thuốc nhuộm tổng hợp hóa chất trợ nhuộm để tăng gắn màu vải Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải vào nước thải Tỷ lệ màu gắn vào sợi nằm khoảng 50 đến 98%, tùy thuộc vào công nghệ nhuộm, loại vải, độ màu yêu cầu … Để tăng hiệu trình nhuộm, hóa chất sử dụng loại axit H2SO4, CH3COOH, muối sunfat natri, chất cầm màu syntephix, tinofix Nguồn nước thải phát sinh công nghệ dệt nhuộm từ công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm hoàn tất, lượng nước thải chủ yếu trình giặt sau công đoạn, nước thải công đoạn giặt sau nhuộm chiếm từ 20 đến 60 % tổng lượng nước thải 1.1.2 Đặc trưng nước thải dệt nhuộm tác động đến môi trường Vấn đề ô nhiễm chủ yếu công nghiệp dệt nhuộm ô nhiễm nước thải Các chất thải nước thải dệt nhuộm bao gồm: Các thành phần nguyên liệu (tạp chất thiên nhiên, muối, dầu, mỡ len, xơ sợi), hóa chất, thuốc nhuộm tồn dư sau hoàn thành công đoạn nhuộm, in hoa chất thải công đoạn phụ trợ Mức độ ô nhiễm nước thải phụ thuộc chủ yếu vào loại lượng hóa chất, chất trợ thuốc nhuộm sử dụng, phụ thuộc vào công nghệ máy móc thiết bị dây chuyền công nghệ áp dụng Các chất gây ô nhiễm nước thải dệt nhuộm chia thành ba nhóm gồm: * Các chất độc với vi sinh tôm cá gồm xút, natricabonat, axit vô cơ, chất khử vô natrisunfua natrihidrosunfit, dung môi hữu clo hóa, dẫn xuất phenol phenol, hợp chất kim loại nặng hợp chất hữu hay dung môi * Các chất khó phân giải vi sinh gồm phần lớn thuốc nhuộm chất tăng trắng quang học, chất tạo phức-càng hóa, nhũ hóa, làm mềm, chất hồ sợi, chất giặt vòng thơm, ankylenoxit dài hay mạch nhánh ankyl * Các chất tương đối không độc phân giải vi sinh gồm xơ sợi tạp chất thiên nhiên chúng, bột sắn không biến tính hóa học dùng để hồ sợi, chất giặt ankyl mạch thẳng, axit axetic axit fomic, muối trung tính nồng độ thấp Các thông số đặc trưng cho tính chất nước thải dệt-nhuộm gồm thông số vật lý (nhiệt độ, pH, màu sắc, tổng lượng chất rắn lơ lửng, tổng lượng chất rắn hòa tan), thông số sinh học, sinh thái (BOD, COD, tổng cacbon hữu TOC, cacbon hữu hòa tan DOC, kim loại nặng, halogen hữu AOX) thông số hóa học (clo tự nước, nito amoni, nito tổng, phosphor tổng, sulfua, sulfite, sunfat, hidrocacbon tổng, chất thơm, chất hoạt động bề mặt ) Đặc tính nước thải chất gây ô nhiễm nước thải ngành dệt-nhuộm thể bảng sau Bảng 1.1 Các chất gây ô nhiễm đặc tính nước thải ngành dệt-nhuộm [14 ] Công đoạn Chất ô nhiễm nƣớc thải Đặc tính nƣớc thải Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucose, carboxy metyl xenlulo, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo sáp BOD cao (34 đến 50 % tổng BOD) Nấu tẩy NaOH, chất sáp dầu mỡ, tro, soda, silicat natri xơ sợi vụn Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30 % tổng BOD) Tẩy trắng Hypoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH, AOX, axit … Độ kiềm cao, chiếm % BOD Làm bóng NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1% tổng BOD) Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axit axetic muối kim loại Độ màu cao, BOD cao, TS cao In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối, kim loại, axit … Độ màu cao, BOD cao dầu mỡ Hoàn thiện Vết tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp Trong chất thải dệt nhuộm thuốc nhuộm thành phần quan tâm Thuốc nhuộm vào nước thải tồn dư sau hoàn tất công đoạn nhuộm Các thuốc nhuộm thường có nước thải xưởng nhuộm nồng độ 10-50 mppm Tuy nhiên, tùy thuộc vào qui mô công nghệ áp dụng, nồng độ thuốc nhuộm nước thải cao nhiều Cho đến nay, việc xử lý thuốc nhuộm tồn dư nước thải dệt nhuộm thách thức đáng kể với ngành công nghiệp 1.1.3 Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu xử lý nước thải dệt nhuộm Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm thực trình sản xuất như: - Giảm nhu cầu sử dụng nước cách thường xuyên kiểm tra hệ thống nước cấp, tránh rò rỉ nước Sử dụng công nghệ tẩy, nhuộm, giặt hợp lý Tuần hoàn, sử dụng lại dòng nước giặt ô nhiễm nước làm nguội - Hạn chế sử dụng hóa chất trợ, thuốc nhuộm dạng độc hay khó phân hủy sinh học Giảm chất gây ô nhiễm nước thải trình tẩy, giảm ô nhiễm kiềm nước thải từ công đoạn làm bóng - Thu hồi sử dụng lại dung dịch hồ từ công đoạn hồ sợi giũ hồ, phương pháp lọc màng dùng để thu hồi PVA ứng dụng lần Mỹ năm 1974 áp dụng nhiều nước châu Âu - Sử dụng nhiều lần dịch nhuộm vừa tiết kiệm hóa chất, thuốc nhuộm giảm ô nhiễm môi trường Các loại thuốc nhuộm cho phép sử dụng lại nhiều lần gồm: Thuốc nhuộm axit dùng cho len polyamit, thuốc nhuộm bazo dùng cho polyacrylonitril, thuốc nhuộm trực tiếp cho mặt hàng bông, thuốc nhuộm phân tán cho sợi tổng hợp polyester Cho đến nay, việc thu hồi thuốc nhuộm từ dịch nhuộm phương pháp lọc màng thực thành công số nước để thu hồi thuốc nhuộm indigo từ trình nhuộm sợi Sau nhuộm phần thuốc nhuộm không gắn vào sợi vào nước giặt với nồng độ 0,1 ppm Để thu hồi thuốc nhuộm, dùng phương pháp lọc màng để nâng nồng độ thuốc nhuộm sau lọc lên 60 đến 80 ppm đưa vào bể nhuộm để sử dụng lại Do đặc thù công nghệ, nước thải ngành dệt nhuộm chứa tổng hàm lượng chất rắn, độ màu, BOD, COD cao Việc lựa chọn phương pháp xử lý cần phải dựa vào nhiều yếu tố lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải … Về nguyên lý, có phương pháp sau áp dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm: * Phương pháp đông keo tụ: Đây phương pháp thông dụng xử lý nước thải dệt nhuộm Trong phương pháp người ta dùng phèn nhôm phèn sắt với sữa vôi khử màu phần COD Điều chỉnh pH thích hợp cho loại phèn loại nước thải cần xử lý Về nguyên tắc, hệ phản ứng có hydroxit sắt nhôm hấp phụ hợp chất màu chất khó phân hủy sinh học, lắng xuống tạo thành bùn Phương pháp ứng dụng để khử màu nước thải cho hiệu suất cao với thuốc nhuộm phân tán Có thể áp dụng phương pháp keo tụ điện hóa để tăng tạo áp dụng quy mô lớn Để tăng tạo trợ lắng người ta thường cho thêm polime hữu Tuy nhiên phương pháp tạo lượng lớn bùn (từ 0,5 đến 2,5 kg/1 m3 nước thải), bùn sau phải tách nước chôn lấp đặc biệt, COD giảm từ 60 đến 70% * Phương pháp hấp phụ: Dùng để xử lý chất thải khả phân hủy sinh học chất hữu không khó xử lý phương pháp sinh học, nước thải dệt nhuộm có thuốc nhuộm hòa tan thuốc nhuộm hoạt tính Cơ sở trình hấp phụ chất tan lên bề mặt chất rắn xốp (chất hấp phụ) Các chất hấp phụ thường than hoạt tính, than nâu, đất sét, cacbonat, magie, than hoạt tính có bề mặt riêng lớn từ 400 đến 500 m2/g Tuy nhiên phương pháp giảm tối đa 70% COD * Phương pháp oxi hóa: Các chất nhuộm vải hầu hết chất bền hóa học nên phải dùng chất oxi hóa mạnh Nhiều kết nghiên cứu rằng, dùng ozon không khí có chứa hàm lượng ozon định có khả khử màu tốt, đặc biệt cho nước thải có chứa thuốc nhuộm hoạt tính Theo tài liệu 1g thuốc nhuộm hoạt tính cần 0,5g O3 Tuy nhiên giá thành cho việc sản xuất ozon cao Dùng khí clo phương pháp kinh tế để khử màu nước thải dệt nhuộm Xử lý vi sinh giảm đáng kể tải lượng COD độ độc Tuy nhiên, phương pháp có bất lợi sinh hợp chất clo hữu cơ, làm tăng tổng lượng halogen hữu AOX nước thải Nếu dùng peroxit H2O2 môi trường axit với chất xúc tác muối sắt (II) gốc hydroxyl trung gian tạo có khả oxi hóa cao ozon, phương pháp tốn * Phương pháp sinh học: Mặc dù thuốc nhuộm hầu hết chất khó phân hủy thành phần nước thải dệt nhuộm có chứa nhiều chất phân hủy sinh học Tuy nhiên nước thải dệt nhuộm có nhiều chất gây độc cho vi sinh vật chất thải vô cơ, fomandehit, kim loại nặng chất khó phân hủy sinh học chất tẩy giặt, hồ PVA trước đưa vào xử lý sinh học cần xử lý sơ chất gây độc, giảm tỷ lệ chất khó phân hủy Với phương pháp xử lý hiếu khí cần kiểm tra tỷ lệ theo tiêu BOD5 : N : P = 100:5:1 Do nước thải dệt nhuộm có chứa nito photpho nên kết nghiên cứu nên trộn nước thải sinh hoạt để đưa vào xử lý sinh học Các phương pháp sinh học thường dùng phương pháp bùn hoạt tính, lọc sinh học, hồ oxy hóa kết hợp xử lý sinh học nhiều bậc Các kết cho thấy nước sau xử lý không màu hàm lượng chất rắn nhỏ song lượng bùn sinh khối tạo tương đối lớn Như kèm theo chi phí xử lý bùn giá thành lại cao Các nghiên cứu cho thấy việc áp dụng phương pháp sinh hóa, hấp phụ, bùn lắng không mang lại hiệu cao, chi phí tốn loại bỏ tối đa khoảng 70% COD [41] * Phương pháp màng lọc: Phương pháp ứng dụng xử lý nước thải ngành dệt nhuộm với mục đích thu hồi chất tái sử dụng lại hồ tinh bột, PVA, thu hồi muối thuốc nhuộm Một số kết nghiên cứu việc áp dụng kỹ thuật lọc màng NF RO cho thấy phương pháp hiệu quả, giảm COD tới 99,5 % [41] Việc áp dụng công nghệ màng giảm lượng nước tiêu tốn cho trình nhuộm vải tới 70% Kỹ thuật lọc màng áp dụng để xử lý nước thải nhuộm tốt nhiều so với phương pháp thông thường [9,17, 18, 26,28,37,46] 1.2 Giới thiệu màng lọc trình phân tách màng Màng lọc loại vật liệu sử dụng trình tách hỗn hợp đồng thể hay dị thể (lỏng – lỏng, lỏng – rắn, khí – rắn, khí – khí) Một cách khái quát, coi màng lớp chắn có tính thấm chọn lọc đặt hai pha – pha vào (feed) pha thấm qua (filtrate) Trong trình tách, màng có khả lưu giữ số cấu tử hỗn hợp cho cấu tử khác qua Quá trình vận chuyển chất qua màng thực cách tự nhiên hay cưỡng nhờ động lực hai phía màng Động lực trình tách qua màng chênh lệch áp suất, chênh lệch nồng độ, chênh lệch nhiệt độ hay chênh lệch điện trường 1.2.1 Phân loại màng lọc Dựa vào chất, người ta chia màng thành hai loại: màng sinh học màng tổng hợp Đây cách phân loại rõ ràng hai loại màng khác hoàn toàn cấu trúc chức [27] Một cách phân loại khác dựa vào cấu trúc màng, cách phân loại quan trọng cấu trúc màng định chế tách phạm vi ứng dụng màng Trong phạm vi màng tổng hợp rắn, người ta chia thành hai loại: màng đối xứng màng bất đối xứng [28] Màng đối xứng loại màng có cấu trúc đồng từ xuống với hai mặt hoàn toàn (ví dụ màng xenlophan, cuprophan) Độ dày màng đối xứng (xốp không xốp) nằm khoảng từ 10 đến 200 μm, trở lực chuyển khối định độ dày toàn màng, giảm độ dày màng làm tăng tốc độ thấm qua Loại màng thường dùng trình vi lọc để lọc tiểu phân nhỏ hoặc dùng cho thẩm tách máu [4, 28] Một bước đột phá ứng dụng công nghiệp phát triển màng bất đối xứng Loại màng có cấu trúc gồm hai lớp: lớp thứ lớp hoạt động mỏng (cỡ khoảng từ 0.1 đến 0.5 μm), lớp thứ hai lớp đỡ xốp nằm dưới, lớp dày nhiều so với lớp hoạt động (cỡ khoảng 50 đến 150 μm) Kích thước lỗ lớp hoạt động nhỏ nhiều so với kích thước lỗ lớp đỡ Trở lực chuyển khối màng hoàn toàn lớp hoạt động định, lớp đỡ có tác dụng làm tăng độ bền học màng, giữ cho lớp hoạt động khỏi bị rách không ảnh hưởng tới việc vận chuyển dung môi chất qua màng Do đó, loại màng có suất lọc cao Các lớp đỡ thường có cấu trúc xốp kiểu ngón tay kiểu tổ ong [1, 4, 28] Với cấu trúc đặc biệt vậy, màng bất đối xứng có hiệu tách cao, có độ bền học tốt ứng dụng nhiều trình siêu lọc, lọc nano, tách khí, thẩm thấu ngược,… Tùy theo điều kiện chế tạo màng ta thay đổi chiều dày kích thước lỗ lớp hoạt động cấu trúc xốp lớp đỡ Màng composite trường hợp đặc biệt màng bất đối xứng, lớp hoạt động lớp đỡ xốp làm từ hai loại vật liệu khác nhau, lớp chế tạo tối ưu hóa cách độc lập Loại màng có hiệu tách cao, có tính học hóa học tốt [6, 28, 31] 1.2.2 Module màng lọc Trong ứng dụng lớn quy mô công nghiệp bán công nghiệp, màng thường sử dụng dạng module (bộ lọc), để tăng diện tích làm việc công suất lọc[7, 28]  Module sợi rỗng Hình 1.1 Module sợi rỗng Module sợi rỗng (hollow fibre) gồm sợi rỗng nhỏ, có đường kính khoảng 80 μm đường kính khoảng 40 μm Lớp hoạt động nằm phía sợi Loại màng chịu áp suất cao  Module khung Hình 1.2 Module khung Module khung gồm nhiều màng đặt song song Giữa có lớp đệm, dung dịch vào hai màng dung dịch thấm qua dung dịch lưu giữ dẫn theo kênh khác  Module cuộn Module cuộn dài cuộn quanh lõi Hai màng dài đặt song song có lớp đệm xốp Module cuộn có chiều dài từ 30 – 150 cm với đường kính từ – 30 cm [7,9,28] Hình 1.3 Module cuộn 1.2.3 Mô hình dòng qua module cách xếp hệ thống module màng lọc Trong trình lọc màng, có tối thiểu pha module (bộ lọc) gồm pha vào, pha lưu giữ pha thấm qua Sơ đồ mô tả dòng (pha) qua module màng lọc đưa Hình 1.3 Pha vào Module Pha lưu giữ Pha thấm qua Hình 1.4 Sơ đồ dòng qua module màng lọc Trong phương pháp làm việc gián đoạn, thể tích định dung dịch nén qua màng, theo thời gian nồng độ chất bị lưu giữ tăng dần bề mặt màng suất lọc giảm dần Sơ đồ mô tả trình đưa hình 1.5 10 3.3 Khả giảm fouling cho trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng 3.3.1 Làm màng phương pháp rửa Trong trình lọc dung dịch thuốc nhuộm qua màng, suất lọc màng thường giảm dần theo thời gian lọc Hiện tượng giảm suất lọc màng theo thời gian (fouling) tích tụ hấp phụ chất bị lưu giữ bề mặt bên lỗ xốp màng Để phục hồi suất lọc cho màng dùng phương pháp rửa màng định kỳ Chúng khảo sát khả làm màng phương pháp rửa với số tác nhân rửa khác Thí nghiệm tiến hành sau: Màng ban đầu kiểm tra lưu lượng dòng nước tinh khiết qua màng (J w0) áp suất xác định Tiếp theo tiến hành lọc tách dung dịch thuốc nhuộm qua màng Sau thực trình tách dung dịch thuốc nhuộm, rửa màng nước tinh khiết đồng hồ áp lực dòng vào xác định, đo lưu lượng nước qua màng sau rửa (J w1) Tiếp tục rửa màng với tác nhân rửa dung dịch Na5P3O10 nồng độ % dung dịch axit xitric nồng độ % điều kiện áp suất tương tự, đo lưu lượng dòng nước qua màng sau rửa, thu giá trị lưu lượng dòng tương ứng (Jw2 Jw3) Hình 3.18 Khả làm màng phương pháp rửa với tác nhân rửa khác nhau: nước (Jw1), Na5P3O10 (Jw2) axit xitric (Jw3) 51 Kết thực nghiệm (Hình 3.18) cho thấy, suất lọc màng phục hồi khoảng 94.6 % so với màng ban đầu sau rửa nước tinh khiết, phục hồi 96.6 % sau rửa Na5P3O10 đạt 98.7 % sau tiếp tục rửa axit xitric Điều chứng tỏ, màng có khả làm tái sử dụng tốt phương pháp rửa với tác nhân rửa 3.3.2 Biến tính bề mặt màng 3.3.2.1 Tác động xạ tử ngoại lên bề mặt màng Trong thí nghiệm này, bề mặt màng FilmtechTW30 chiếu xạ tử ngoại với cường độ 30W 60W khoảng thời gian khác nhau, khoảng cách từ nguồn xạ đến bề mặt màng 20 cm Sau đó, màng kiểm tra tính tách với dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF nồng độ 30 ppm thiết bị lọc gián đoạn áp suất xác định Kết thực nghiệm (Hình 3.19 3.20 Bảng 3.5) cho thấy, sau tác động xạ tử ngoại lên bề mặt màng, khả lưu giữ thuốc nhuộm màng trì tốt suất lọc màng tăng mạnh so với màng ban đầu Tốc độ giảm suất lọc màng chậm có xu hướng trở nên ổn định thời gian lọc kéo dài Hình 3.19 Năng suất lọc độ giảm suất lọc màng bề mặt màng tác động xạ tử ngoại điều kiện khác 52 Bảng 3.5 Hiệu suất lọc suất lọc màng sau chiếu xạ tử ngoại Màng J, 30w, J, 30w, J, 30w, J, 60w, J, 60w, J, 60w, 1phút phút phút 1phút phút phút 0.590 0.886 0.849 0.775 0.701 0.701 0.904 10 0.457 0.877 0.838 0.747 0.683 0.677 0.867 15 0.406 0.860 0.829 0.747 0.670 0.662 0.843 20 0.377 0.857 0.823 0.745 0.661 0.650 0.825 25 0.359 0.855 0.819 0.743 0.654 0.641 0.811 30 0.345 0.852 0.815 0.740 0.648 0.634 0.800 35 0.336 0.850 0.812 0.735 0.644 0.628 0.791 40 0.328 0.848 0.809 0.733 0.640 0.624 0.784 45 0.323 0.847 0.807 0.719 0.636 0.636 0.778 50 0.317 0.845 0.805 0.728 0.6336 0.616 0.773 55 0.313 0.844 0.803 0.726 0.630 0.612 0.769 60 0.310 0.843 0.802 0.724 0.628 0.610 0.764 88.568 84.422 91.070 97.0948 85.427 77.097 t(phút) Hiệu suất 95.860 lọc % J (l/m2.h.bar) Hình 3.20 Ảnh hưởng chiếu xạ đến tính tách màng 53 572.8 697.6 717.3 967.9 501.8 408.4 441.5 633.9 664.2 738.6 1112.3 1078.0 1014.3 1328.5 1590.5 1463.0 1751.1 0.2 1959.0 2402.6 2588.9 0.3 2101.9 0.4 2281.8 3067.3 3554.1 Absorbance 0.5 2971.5 0.6 1508.0 0.7 877.5 839.9 857.5 1298.4 1257.3 1156.9 1175.7 0.8 0.1 -0.0 -0.1 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumbers (cm-1) Number of sample scans: 64 Number of background scans: 64 Resolution: 4.000 Sample gain: 8.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00 Hình 3.21 Phổ FTIR-ATR bề mặt màng trước (dưới) sau chiếu xạ nh 3.21 Phổ FTIR-ATR bề mặt màng sau chiếu xạ tử ngoại (60W, phút) Bề mặt màng trước chiếu Bề mặt màng sau chiếu xạ tử xạ tử ngoại ngoại cường độ 60W phút Hình 3.22 Ảnh chụp AMF bề mặt màng trước sau chiếu xạ tử ngoại 54 Kết thực nghiệm cho thấy, độ giảm suất lọc màng sau chiếu xạ tử ngoại thấp nhiều so với màng tác động xạ tử ngoại (giảm từ 47% màng ban đầu xuống 15% sau chiếu xạ) Trong điều kiện khảo sát, màng tác động xạ cường độ 60W thời gian phút cho suất lọc ban đầu cao nhất, tốc độ giảm suất lọc màng lớn so với màng chiếu xạ cường độ 30W thời gian phút phút Màng chiếu xạ cường độ 60W phút có suất lọc thấp so với màng khác, nhiên suất lọc màng cao gấp lần so với màng ban đầu Sự tăng suất lọc hai nguyên nhân: (1) Sự mở rộng nhẹ kích thước lỗ bề mặt màng (2) tăng tính ưa nước bề mặt sau chiếu xạ Kết đo phổ hồng ngoại phản xạ (Hình 3.21) cho thấy thay đổi nhiều nhóm chức bề mặt màng Sự tăng nhẹ cường độ tín hiệu vùng 1250 cm-1 tương tác oxi không khí lên bề mặt màng sau chiếu xạ Trong điều kiện khảo sát, thấy màng tác động xạ cường độ 60W thời gian phút cho kết tốt nhất, sau chiếu xạ điều kiện này, suất lọc tăng lên rõ rệt so với màng độ lưu giữ màng trì tốt Do đó, chọn điều kiện để thực khảo sát tiếp theo, nhằm nâng cao suất lọc khả chống fouling màng 3.3.2.2 Trùng hợp ghép axit maleic lên bề mặt màng Axit maleic axit hữu không no có nối đôi phân tử, có mặt liên kết kép nhóm chức cacboxylic axit maleic yếu tố thuận lợi để thực trình trùng hợp ghép bề mặt nhằm nâng cao tính ưa nước giảm mức độ fouling cho trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng Chúng thực trình trùng hợp ghép axit maleic lên bề mặt màng hai phương pháp khác nhau: Song song nối tiếp 55 a) Phương pháp song song: Kích thích xạ tử ngoại lên bề mặt màng, sau ngâm màng vào dung dịch monome đồng thời chiếu xạ tử ngoại Trong thí nghiệm này, bề mặt màng kích thích xạ tử ngoại 60W phút, sau ngâm màng vào dung dịch monome axit maleic nồng độ 5% tiếp tục chiếu xạ (60W) khoảng thời gian khác nhau, màng rửa sạch, sấy khô tiến hành đánh giá khả tách với dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF có nồng độ 30ppm thiết bị lọc gián đoạn Bảng 3.6 Tính lọc màng trùng hợp ghép với MA (dd 5%) J, S, J, S, J, S, J, S, phút phút phút phút 0.591 0.775 1.033 0.886 0.904 10 0.457 0.771 1.026 0.871 0.886 15 0.406 0.768 1.024 0.870 0.873 20 0.377 0.762 1.020 0.863 0.864 25 0.358 0.757 1.0176 0.857 0.856 30 0.345 0.754 1.010 0.852 0.850 35 0.336 0.752 1.003 0.845 0.845 40 0.328 0.750 0.972 0.840 0.840 45 0.323 0.748 0.990 0.836 0.836 50 0.317 0.746 0.985 0.843 0.832 55 0.313 0.745 0.980 0.841 0.830 60 0.310 0.744 0.976 0.840 0.827 Hiệu suất lọc % Màu dịch lọc 95.8 Nhạt 97.0 Nhạt 99.9 Không màu 99.9 Không màu 99.9 Không màu t(phút) Màng J (l/m2.h.bar) 56 Hình 3.23 So sánh tính lọc màng (J mn) màng trùng hợp (J,SS) Kết thí nghiệm đưa Bảng 3.6 Hình 3.23 cho thấy, khoảng thời gian trùng hợp từ đến phút, tính tách màng tăng lên rõ rệt so với màng ban đầu với tăng mạnh suất lọc, thời gian trùng hợp phút cho hiệu tốt nhất: Năng suất lọc màng sau trùng hợp ghép tăng gấp lần so với màng độ lưu giữ trì tốt (99.9 %) Mặt khác, độ giảm suất lọc màng trùng hợp ghép chậm so với màng Có thể giải thích sau: Sự trùng hợp ghép monome axit maleic tạo thành lớp polyme ghép bề mặt làm tăng khả lưu giữ đồng thời làm cho bề mặt màng trở nên ưa nước hơn, suất lọc màng tăng, đồng thời lớp polyme trùng hợp ghép làm giảm hấp phụ thuốc nhuộm lên bề mặt bên lỗ xốp màng, đó, tốc độ giảm suất màng chậm b) Phương pháp nối tiếp: Sau chiếu xạ tử ngoại lên bề mặt, màng ngâm (không chiếu xạ) dung dịch monome Bề mặt màng chiếu xạ tử ngoại cường độ 60W phút, sau ngâm màng dung dịch monome axit maleic 5% với khoảng thời gian khác nhau, rửa sạch, sấy khô tiến hành đánh giá khả tách màng với 57 dung dịch thuốc nhuộm Red 3BF nồng độ 30ppm thiết bị lọc gián đoạn Các kết thực nghiệm trình bày Bảng 3.7 Hình 3.24 cho thấy, suất lọc màng sau trùng hợp cao hơn, độ giảm suất lọc chậm ổn định so với màng Khoảng thời gian trùng hợp phút cho kết tốt nhất, suất lọc tăng gấp khoảng 3-4 lần so với màng Độ lưu giữ màng sau trùng hợp ghép phương pháp nối tiếp điều kiện tương đương so với phương pháp song song Bảng 3.7 Tính tách màng trùng hợp ghép MA theo phương pháp nối tiếp t(phút) J, T, 1phút J, T, 2phút J, T, phút Màng 1.107 1.070 1.218 0.590 10 1.052 1.033 1.200 0.457 15 1.021 1.009 1.187 0.406 20 1.001 0.992 1.187 0.377 25 0.991 0.984 1.185 0.358 30 0.978 0.972 1.183 0.345 35 0.970 0.965 1.182 0.336 40 0.964 0.960 1.182 0.328 45 0.960 0.955 1.179 0.322 50 0.993 0.952 1.178 0.317 55 0.953 0.949 1.178 0.313 60 0.950 0.947 1.177 0.310 Hiệu suất lọc 99.9 99.9 99.3 95.8 Không màu Màu nhạt Màu dịch lọc Không màu Không màu J (l/h.bar.m2) 58 Hình 3.24 Năng suất lọc độ giảm suất lọc màng màng trùng hợp ghép theo phương pháp nối tiếp Kết so sánh lượng polyme trùng hợp ghép lên bề mặt màng theo hai phương pháp đưa Bảng 3.8 Bảng 3.8 So sánh lượng polyme trùng hợp ghép từ axit maleic lên màng Thời gian trùng hợp Lượng polyme ghép lên màng (mg/cm2) (phút) Phương pháp song song Phương pháp nối tiếp 2.88 1.97 3.79 2.43 4.70 3.87 5.68 4.77 Kết so sánh cho thấy, điều kiện trùng hợp, lượng polyme trùng hợp ghép lên màng phương pháp song song lớn so với lượng polyme trùng hợp ghép phương pháp nối tiếp Điều chứng tỏ tốc độ trùng 59 hợp ghép phương pháp song song lớn tốc độ trùng hợp phương pháp nối tiếp Kết so sánh lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng sau lọc dung dịch thuốc nhuộm đưa Bảng 3.9 Bảng 3.9 So sánh lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng Thời gian trùng hợp Lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng (mg/cm2) (phút) Phương pháp song song Phương pháp nối tiếp 0.30 0.53 0.23 0.38 Kết thực nghiệm cho thấy, trình lọc lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng trùng hợp ghép theo phương pháp song song nhỏ lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng trùng hợp ghép theo phương pháp nối tiếp Sự giảm lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng không làm tăng suất lọc mà làm cho độ giảm suất lọc màng theo thời gian chậm 3.3.2.3 Trùng hợp ghép axit acrylic Trong thí nghiệm này, tiến hành trùng hợp ghép axit acrylic phương pháp song song nối tiếp với điều kiện trùng hợp tương tự tiến hành trùng hợp ghép với axit maleic, kết thực nghiệm so sánh với thí nghiệm trùng hợp ghép axit maleic Với phương pháp trùng hợp song song, kết thực nghiệm (Bảng 3.10) cho thấy, suất lọc màng trùng hợp ghép với axit acrylic thấp so với màng trùng hợp ghép với axit maleic, độ lưu giữ màng tương đương cao so với màng ban đầu Hình 3.25 kết so sánh suất lọc màng ban đầu màng sau trùng hợp ghép với axit acrylic axit maleic (5%, phút) 60 Bảng 3.10 So sánh gi a màng trùng hợp axit maleic (MA) axit acrylic (AA) t(phút) J, MA,1 J, MA,3 J, MA,5 0.775 0.886 0.904 10 0.771 0.871 15 0.768 20 Màng J, AA, J, AA,3 J, AA,5 0.590 0.417 0.628 0.828 0.886 0.457 0.398 0.610 0.813 0.870 0.873 0.406 0.388 0.597 0.797 0.762 0.863 0.864 0.377 0.381 0.588 0.789 25 0.757 0.857 0.856 0.358 0.375 0.581 0.782 30 0.754 0.852 0.850 0.346 0.370 0.576 0.777 35 0.752 0.845 0.845 0.336 0.366 0.571 0.771 40 0.750 0.840 0.840 0.328 0.363 0.568 0.769 45 0.748 0.836 0.836 0.322 0.360 0.565 0.766 50 0.746 0.843 0.832 0.317 0.357 0.561 0.763 55 0.745 0.841 0.830 0.313 0.355 0.559 0.758 60 0.744 0.840 0.827 0.310 0.353 0.557 0.752 99.9 99.9 95.86 99.9 99.9 99.9 Hiệu suất 99.9 lọc % J = (l/h.bar.m2) 61 Hình 3.25 So sánh suất lọc màng (J,mn) màng trùng hợp ghép axit maleic (J,MA) axit acrylic (J, AA) Theo phương pháp nối tiếp, kết thực nghiệm (Bảng 3.11) cho thấy, suất lọc màng trùng hợp ghép với MA cao so với màng trùng hợp ghép AA, khả lưu giữ màng tương đương cao màng Bảng 3.11 So sánh tính lọc màng trùng hợp ghép AA 5% MA 5% t (phút) J, AA, J, AA, J, MA,1 J, MA,3 Nền 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Hiệu suất lọc % 0.417 0.398 0.388 0.381 0.375 0.370 0.366 0.363 0.360 0.357 0.355 0.353 0.443 0.406 0.406 0.396 0.387 0.380 0.374 0.369 0.365 0.361 0.358 0.355 1.107 1.052 1.021 1.001 0.991 0.978 0.970 0.964 0.960 0.993 0.953 0.950 1.218 1.200 1.187 1.187 1.185 1.183 1.182 1.181 1.179 1.178 1.178 1.177 0.590 0.457 0.406 0.377 0.358 0.345 0.336 0.328 0.322 0.317 0.313 0.310 99.9 99.9 99.9 99.3 95.86 62 Màng Trùng hợp ghép AA Trùng hợp ghép MA Hình 3.26 Ảnh chụp AFM bề mặt màng màng trùng hợp với MA AA Kết chụp hiển vi lực nguyên tử (Hình 3.26) cho thấy lớp polyme kiểu bàn chải (“brush”) hình thành bề mặt màng sau trùng hợp ghép với monome AA MA Lớp polyme ghép làm giảm hấp phụ thuốc nhuộm lên bề mặt màng, làm tăng độ lưu giữ, nâng cao suất lọc đồng thời giảm mức độ tắc màng (fouling) Hình 3.27 3.28 phổ hồng ngoại phản xạ (FTIR-ATR) bề mặt màng màng sau trùng hợp ghép với monome axit maleic axit acrylic Các kết đo phổ hồng ngoại phản xạ cho thấy có thay đổi rõ rệt cấu trúc hóa học bề mặt màng sau trùng hợp ghép với axit acrylic axit maleic Sự tăng cường độ tín hiệu hấp thụ phổ hồng ngoại phản xạ (3000 – 3500 cm-1) (1700-1750 cm-1) chứng tỏ xuất nhóm chức hydroxyl cacbonyl bề mặt màng sau trùng hợp ghép Sự có mặt nhóm chức làm tăng thêm tính ưa nước cho bề mặt màng đó, suất lọc màng sau trùng hợp ghép tăng mạnh Các kết thực nghiệm đánh giá tính tách màng cho thấy, sau trùng hợp ghép bề mặt, tính tách khả giảm fouling cho màng nâng lên rõ rệt so với màng ban đầu 63 639.5 698.6 412.5 545.1 580.9 790.6 1180.0 1115.3 1079.2 1014.8 951.1 1594.2 1903.6 0.20 3552.2 Absorbance 0.30 869.8 1703.3 3055.1 0.35 0.25 1512.9 1746.3 0.40 1287.9 1468.2 0.45 2038.3 0.15 0.10 0.05 0.00 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumbers (cm-1) Number of sample scans: 64 Number of background scans: 64 Resolution: 4.000 Sample gain: 8.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00 1754.4 Hình 3.27.Phổ FTIR-ATR bề mặt màng (dưới) màng trùng hợp ghép với MA 0.50 0.10 573.9 465.1 697.3 718.2 634.0 1080.7 1018.7 878.6 1112.7 1157.3 1907.5 0.15 2083.3 2405.1 0.20 2282.2 0.25 2592.2 Absorbance 0.30 1305.0 1328.9 1259.4 1207.4 1416.8 1510.4 0.35 1592.4 3070.3 0.40 2974.2 0.45 0.05 -0.00 -0.05 -0.10 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumbers (cm-1) Number of sample scans: 64 Number of background scans: 64 Resolution: 4.000 Sample gain: 8.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00 Hình 3.28 Phổ FTIR-ATR bề mặt màng (dưới) màng trùng hợp ghép với AA 64 KẾT LUẬN Chúng tiến hành nghiên cứu khảo sát điều kiện tách thu hồi thuốc nhuộm dư nước thải nhuộm khả giảm thiểu fouling cho trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng Từ kết thực nghiệm thu được, rút số kết luận sau: Phương pháp lọc màng tỏ hiệu việc tách thu hồi thuốc nhuộm dư dòng thải nhuộm Các loại màng lọc Filmtech TW30 Saehan có khả lưu giữ gần hoàn toàn thuốc nhuộm dung dịch Dung dịch sau lọc qua màng màu, giá trị COD BOD giảm mạnh (từ 95 đến 97%) so với dung dịch ban đầu Hiệu suất trình tách phụ thuộc vào loại thuốc nhuộm, nồng độ thuốc nhuộm, pH áp lực dòng trượt qua màng Việc biến tính bề mặt màng phương pháp trùng hợp ghép xạ tử ngoại sử dụng monome axit maleic axit acrylic điều kiện thích hợp nâng cao rõ rệt tính tách cho màng Năng suất lọc màng tăng từ đến lần, mức độ tắc màng giảm mạnh khả lưu giữ thuốc nhuộm màng trì tốt Ngoài ra, sử dụng tác nhân rửa dung dịch natri triphotphat dung dịch axit xitric, suất lọc màng phục hồi từ 94 đến 98 % Kết chụp hiển vi lực nguyên tử cho thấy hình thành lớp polyme ghép kiểu bàn chải bề mặt màng, làm giảm hấp phụ thuốc nhuộm lên màng trình lọc Phép đo phổ hồng ngoại phản xạ chứng tỏ xuất nhóm chức chứa ôxi bề mặt màng sau trùng hợp, làm tăng tính ưa nước cho màng Do đó, tính tách khả giảm fouling màng nâng lên rõ rệt so với màng 65 ... lý cần phải dựa vào nhiều yếu tố lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải … Về nguyên lý, có phương pháp sau áp dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm: * Phương pháp đông keo tụ: Đây phương. .. phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu xử lý nước thải dệt nhuộm Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm thực trình sản xuất như: - Giảm nhu cầu sử dụng nước cách thường... thải 1.1.2 Đặc trưng nước thải dệt nhuộm tác động đến môi trường Vấn đề ô nhiễm chủ yếu công nghiệp dệt nhuộm ô nhiễm nước thải Các chất thải nước thải dệt nhuộm bao gồm: Các thành phần nguyên