Xử lý nước thải ngành dệt may

Header Page of 126 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Xử lý nước thải ngành dệt may Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm môi trường nước nói riêng vấn đề toàn cầu Nguồn gốc ô nhiễm môi trường nước chủ yếu nguồn nước thải không xử lý thải trực tiếp môi trường bao gồm từ: hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, vui chơi giải trí Trong đó, nước thải từ hoạt động công nghiệp có ảnh hưởng nhiều đến môi trường tính đa dạng phức tạp Trong nước thải công nghiệp, thành phần khó xử lý chất hữu khó phân hủy sinh học Với chất khó phân hủy vi sinh, tồn bền vững môi trường, chất hữu khó phân hủy sinh học mối nguy hại lâu dài tới sức khỏe người môi trường Trong giới hạn luận văn này, chọn xử lý nước thải ngành dệt may, cụ thể nước thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính, nguồn thải tương đối phổ biến Việt Nam có xu hướng tăng lên nhu cầu thị trường thuốc nhuộm hoạt tính chất hữu mang màu khó phân hủy sinh học, thải vào môi trường, làm cản trở khả xuyên qua ánh sáng mặt trời, giảm nồng độ hoà tan oxy nước Nhiều chất màu chất độc loài sinh vật, thực vật nước, dẫn đến ô nhiễm môi trường, cân sinh thái Hiện nay, Việt Nam chưa có phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính thực hiệu kinh tế Nhiều phương pháp xử lý nghiên cứu giới hấp phụ, keo tụ-tạo kết hợp lọc, oxi hoá hoá học, phương pháp điện hoá, phương pháp vi sinh, phương pháp oxi hoá tiên tiến Do chất màu đa dạng thành phần cấu tạo tương đối bền vững nên việc áp dụng phương pháp thông thường hấp phụ, keo tụ-tạo bông, xử lý vi sinh thường không đạt hiệu cao Trên sở tổng quan tài liệu phương pháp oxi hoá tiên tiến, thấy phương pháp oxi hoá pha lỏng có xúc tác phương pháp xử lý chất màu hữu có nhiều tiềm ứng dụng nhờ có tốc độ khử màu cao, hoạt động ổn định Phương pháp có ưu khả xử lý chất hữu cơ, chất màu bền vi Footer Page of 126 Header Page of 126 sinh có nồng độ cao tác nhân oxi hóa O2 không khí, chuyển chúng thành chất dễ phân hủy sinh học CO2 mà không tạo sản phẩm ô nhiễm thứ cấp Xúc tác oxi hóa kim loại quý (như Pd, Pt, Rd) biết đến từ lâu hoạt tính cao nó, song loại xúc tác dễ nhiễm độc đắt cho xử lý môi trường Nhóm xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp ý đến nhiều khía cạnh Tuy nhiên, hạn chế cho việc áp dụng công nghệ sử dụng xúc tác Việc nhập xúc tác tốn nhiều tiền, nguồn xúc tác sản xuất nước chưa có Xúc tác sử dụng trình chủ yếu oxit kim loại nặng oxit Mn, Fe, Mg, Cu, Ce, Pt, Ni, Ag … Việt Nam quốc gia giàu khoáng sản Các quặng thường bao gồm vài oxit kim loại quý oxit kim loại chuyển tiếp Do vậy, loại quặng có hoạt tính xúc tác cho phản ứng oxi hoá pha lỏng Như vậy, việc sử dụng loại quặng thiên nhiên làm xúc tác cho phản ứng oxi hóa pha lỏng mở khả ứng dụng phương pháp vào xử lý nước thải dệt nhuộm nói riêng, nước thải chứa chất hữu khó phân hủy sinh học nói chung Chính vậy, tiến hành nghiên cứu nhằm tìm loại xúc tác phù hợp với điều kiện Việt Nam cho trình oxi hóa pha lỏng để xử lý chất hữu khó phân hủy sinh học thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm từ loại quặng chứa oxit kim loại chuyển tiếp có sẵn Việt Nam Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG – TỔNG QUAN 1.1 Chất hữu khó phân hủy sinh học Nước thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính 1.1.1 Chất hữu khó phân hủy sinh học Chất hữu khó phân hủy sinh học hợp chất đa vòng mạch dài, liên kết bền vững, vi sinh vật phân hủy khó phá vỡ đồng hóa Chúng tồn bền vững môi trường, có khả phát tán rộng, tích lũy sinh học hệ sinh thái cạn nước, gây nguy hại nghiêm trọng cho sức khỏe người môi trường Như nói trên, Việt Nam thời kỳ công nghiệp hóa, đại hóa đất nước với mở rộng sản xuất phát triển nhanh chóng ngành công nghiệp Bên cạnh lợi ích to lớn mà sản xuất công nghiệp mang lại, phủ nhận tổn hại môi trường chất thải công nghiệp gây Với đặc tính tồn lâu môi trường, không bị vi sinh phân hủy, chất hữu khó phân hủy sinh học chất thải công nghiệp mối nguy hại lớn Đặc biệt, Việt Nam, nguồn thải đáng ý nước thải dệt nhuộm, nước thải nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính Đó nguồn thải chứa chất hữu khó phân hủy sinh học phổ biến Việt Nam Ngành dệt may Việt Nam đem lại ngoại tệ nhiều thứ hai cho đất nước sau xuất dầu mỏ theo dự đoán tương lai gần giá trị kinh tế mà ngành mang lại tăng nhanh xuất dầu mỏ Vì vậy, việc xử lý nước thải dệt nhuộm với lượng ngày tăng có ý nghĩa to lớn: đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng, đảm bảo phát triển bền vững ngành ngành Dệt may môi trường cạnh tranh, đảm bảo luật môi trường Việt Nam cam kết môi trường Việt Nam trước giới, đồng thời làm tiền đề để tìm phương pháp thích hợp xử lý chất hữu khó phân hủy sinh học khác Footer Page of 126 Header Page of 126 1.1.2 Nước thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính 1.1.2.1Khái quát thuốc nhuộm Thuốc nhuộm chất hữu có màu, hấp thụ mạnh phần định quang phổ ánh sáng nhìn thấy có khả gắn kết vào vật liệu dệt điều kiện định (tính gắn màu) Thuốc nhuộm có nguồn gốc thiên nhiên tổng hợp Hiện nay, người sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm bật loại thuốc nhuộm độ bền màu - tính chất không bị phân hủy điều kiện, tác động khác môi trường, vừa yêu cầu với thuốc nhuộm lại vừa vấn đề với xử lý nước thải dệt nhuộm Màu sắc thuốc nhuộm có cấu trúc hóa học nó: cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu nhóm trợ màu Nhóm mang màu nhóm chứa nối đôi liên hợp với hệ điện tử π linh động >C=CC=N-, >C=O, -N=N- Nhóm trợ màu nhóm cho nhận điện tử, -SOH, -COOH, -OH, NH2 , đóng vai trò tăng cường màu nhóm mang màu cách dịch chuyển lượng hệ điện tử Thuốc nhuộm tổng hợp đa dạng thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử dụng Tùy thuộc cấu tạo, tính chất phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm phân chia thành họ, loại khác Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất: + Phân loại theo cấu trúc hóa học + Phân loại theo đặc tính áp dụng  Phân loại theo cấu trúc hóa học Đây cách phân loại dựa cấu tạo nhóm mang màu, theo thuốc nhuộm phân thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác Các họ là:  Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc nhuộm có (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo) Đây họ Footer Page of 126 Header Page of 126 thuốc nhuộm quan trọng có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 màu hữu Color Index  Thuốc nhuộm antraquinon: phân tử thuốc nhuộm chứa hay nhiều nhóm antraquinon dẫn xuất nó: Họ thuốc nhuộm chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp  Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan dẫn xuất metan mà nguyên tử C trung tâm tham gia liên kết vào mạch liên kết hệ mang màu: diaryl metan triaryl metan Họ thuốc nhuộm phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm  Thuốc nhuộm phtaloxianin: hệ mang màu phân tử chúng hệ liên hợp khép kín Đặc điểm chung họ thuốc nhuộm nguyên tử H nhóm imin dễ dàng bị thay ion kim loại nguyên tử N khác tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc thuốc nhuộm thay đổi Họ thuốc nhuộm có độ bền màu với ánh sáng cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng thuốc nhuộm Ngoài ra, họ thuốc nhuộm khác phổ biến, có quan trọng như: thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh… Footer Page of 126 Header Page of 126  Phân loại theo đặc tính áp dụng [15] Đây cách phân loại loại thuốc nhuộm thương mại thống toàn cầu liệt kê đại từ điển thuốc nhuộm: Color Index (CI), thuốc nhuộm dẫn cấu tạo hóa học, đặc điểm màu sắc phạm vi sử dụng Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm nhiều đến thuốc nhuộm sử dụng cho xơ sợi xenlullo (bông, visco ), thuốc nhuộm hoàn nguyên, lưu hóa, hoạt tính trực tiếp Sau thuốc nhuộm cho xơ sợi tổng hợp, len, tơ tằm như: thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ (cation), thuốc nhuộm axit  Thuốc nhuộm hoàn nguyên, bao gồm: - Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan: hợp chất màu hữu không tan nước, chứa nhóm xeton phân tử có dạng tổng quát: R=C=O Trong trình nhuộm xảy biến đổi từ dạng layco axit không tan nước tan kiềm tạo thành layco bazơ: Hợp chất bắt màu mạnh vào xơ, sau rửa kiềm lại trở dạng layco axit bị oxi không khí oxi hóa dạng nguyên thủy - Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan: muối este sunfonat hợp chất layco axit thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO3Na Nó dễ bị thủy phân môi trường axit bị oxi hóa dạng không tan ban đầu Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon  Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm mang màu thuốc nhuộm) chuyển dạng tan (layco: D-S-) qua trình khử Giống thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật liệu xenllulo qua giai đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi oxi hóa trở lại Footer Page of 126 Header Page of 126  Thuốc nhuộm trực tiếp: loại thuốc nhuộm anion có khả bắt màu trực tiếp vào xơ sợi xenllulo dạng tổng quát: Ar-SO3 Na Khi hòa tan nước, phân ly cho dạng anion thuốc nhuộm bắt màu vào sợi Trong màu thuốc nhuộm trực tiếp có 70% cấu trúc azo, tính tổng số thuốc nhuộm trực tiếp có đến 92% thuộc lớp azo  Thuốc nhuộm phân tán: loại thuốc nhuộm có khả hòa tan thấp nước (có thể hòa tan định dung dịch chất hoạt động bề mặt) Thuốc nhuộm phân tán dùng để nhuộm loại xơ sợi tổng hợp kị nước Xét mặt hóa học có đến 59% thuốc nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc antraquinon, lại thuộc lớp hóa học khác  Thuốc nhuộm bazơ – cation: Các thuốc nhuộm bazơ trước dùng để nhuộm tơ tằm, ca cầm màu tananh, muối clorua, oxalat muối kép bazơ hữu Chúng dễ tan nước cho cation mang màu Các thuốc nhuộm bazơ biến tính - phân tử đặc trưng điện tích dương không định vị - gọi thuốc nhuộm cation, dùng để nhuộm xơ acrylic Trong màu thuốc nhuộm bazơ, lớp hóa học phân bố: azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%), arcrydin (7%), antraquinon (5%) loại khác  Thuốc nhuộm axit: muối axit mạnh bazơ mạnh nên chúng tan nước phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO3- + Na+, anion mang màu thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tích điện dương vật liệu Thuốc nhuộm axit có khả tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) môi trường axit Xét cấu tạo hóa học có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% antraquinon, 5% triarylmetan 6% lớp hóa học khác  Thuốc nhuộm hoạt tính: thuốc nhuộm anion tan, có khả phản ứng với xơ sợi điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi Trong cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính có hay nhiều nhóm hoạt tính khác nhau, quan trọng nhóm: vinylsunfon, halotriazin halopirimidin Footer Page of 126 Header Page of 126 Dạng tổng quát thuốc nhuộm hoạt tính: S – R – T – Y, đó: - S: nhóm cho thuốc nhuộm độ hòa tan cần thiết (-SO3Na, -COONa, -SO2CH3) - R: nhóm mang màu thuốc nhuộm - Y: nhóm nguyên tử phản ứng, điều kiện nhuộm tách khỏi phân tử thuốc nhuộm, tạo khả cho thuốc nhuộm phản ứng với xơ (-Cl, -SO2, -SO3H, -CH=CH2, ) - T: nhóm mang nguyên tử hay nhóm nguyên tử phản ứng, thực liên kết thuốc nhuộm xơ Là loại thuốc nhuộm có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền màu giặt độ bền màu ướt cao nên thuốc nhuộm hoạt tính thuốc nhuộm phát triển mạnh mẽ thời gian qua đồng thời lớp thuốc nhuộm quan trọng để nhuộm vải sợi thành phần vải sợi pha Tuy nhiên, thuốc nhuộm hoạt tính có nhược điểm là: điều kiện nhuộm, tiếp xúc với vật liệu nhuộm (xơ sợi), thuốc nhuộm hoạt tính không tham gia vào phản ứng với vật liệu mà bị thủy phân Ví dụ: O D S O NaOH CH2CH2OSO3Na D S O CH=CH2 + Na2SO4 + H2O O Thuốc nhuộm Vinylsunfon Thuốc nhuộm sunfatoetylsunfon (dạng hoạt hóa thuốc nhuộm gốc) Xơ nhuộm (X O-Xenlullo) Thuốc nhuộm Vinylsunfon Thuốc nhuộm thủy phân (X OH) Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 Do tham gia vào phản ứng thủy phân nên phản ứng thuốc nhuộm xơ sợi không đạt hiệu suất 100% Để đạt độ bền màu giặt độ bền màu tối ưu, hàng nhuộm giặt hoàn toàn để loại bỏ phần thuốc nhuộm dư phần thuốc nhuộm thủy phân Vì thế, mức độ tổn thất thuốc nhuộm hoạt tính cỡ 10÷50%, lớn loại thuốc nhuộm Hơn nữa, màu thuốc nhuộm thủy phân giống màu thuốc nhuộm gốc nên gây vấn đề màu nước thải ô nhiễm nước thải 1.1.2.2 Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm tác hại  Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm phụ thuộc hóa chất, chất trợ, thuốc nhuộm công nghệ sử dụng Đối với nước thải dệt nhuộm nguồn ô nhiễm chất trợ hóa chất dệt nhuộm giải phương pháp truyền thống, đó, ô nhiễm thuốc nhuộm trở thành vấn đề chủ yếu nước thải dệt nhuộm Thuốc nhuộm sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp hữu Nồng độ thuốc nhuộm môi trường nước tiếp nhận công đoạn dệt nhuộm phụ thuộc yếu tố:  Mức độ sử dụng hàng ngày thuốc nhuộm  Độ gắn màu thuốc nhuộm lên vật liệu dệt  Mức độ loại bỏ công đoạn xử lý nước thải  Hệ số làm loãng nguồn nước tiếp nhận Mức độ gắn màu yếu tố quan trọng, phụ thuộc vào độ đậm màu, công nghệ áp dụng, tỷ lệ khối lượng hàng nhuộm dung dịch nước dùng máy nhuộm, vật liệu dệt thuốc nhuộm sử dụng Tổn thất thuốc nhuộm đưa vào nước trung bình 10% với màu đậm, 2% với màu trung bình