Nghiên cứu xử lý màu cho nước thải của làng nghề dệt nhuộm bằng phương pháp oxi hóa nâng cao sử dụng tác nhân peroxon (H2O2/O3)

Nội dung bài viết trình bày nghiên cứu xử lý màu cho nước thải của làng nghề dệt nhuộm bằng phương pháp oxi hóa nâng cao sử dụng tác nhân peroxon (H2O2/O3). Mời các bạn tham khảo!

K t qu nghiên c u KHCN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MÀU CHO NƯỚC THẢI CỦA LÀNG NGHỀ DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI HÓA NÂNG CAO SỬ DỤNG TÁC NHÂN PEROXON (H2O2/O3) T Th Trang Nhâm1, Tr nh Lê Hùng2, Bùi Bích Ng c3, Tr n Th Li u1 1Vi n Nghiên c u Khoa h c K thu t B o h Lao đ ng 2Tr
ng Đ i h c Khoa h c T nhiên, ĐHQG-Hà N i 3Tr
ng Đ i h c Bách khoa Hà N i Tóm tắt: Các làng nghề dệt nhuộm ô nhiễm nghiêm trọng hầu thải nhuộm không qua hệ thống xử lý Tác nhân oxi hóa nâng cao áp dụng vào lónh vực chìa khóa giải khó khăn phương pháp truyền thống xử lý nước thải dệt nhuộm Trong nghiên cứu này, với việc sử dụng tác nhân H2O2/O3 xử lý màu nước thải dệt nhuộm đạt 99% điều kiện tỉ lệ H2O2/O3 0,5 pH khoảng 7,5-8 đồng thời xử lý màu cho nước thải dệt nhuộm trình sản xuất thủ công đạt qui chuẩn Việt Nam QCVN 13:2008/BTNMT I ĐẶT VẤN ĐỀ Û nước ta, ngành dệt chiếm vị trí quan trọng kinh tế quốc dân, tổ chức sản xuất rộng rãi từ quy mô hộ gia đình, làng nghề đến nhà máy xí nghiệp Trong trình sản xuất, ngành dệt nhuộm sản sinh lượng lớn nước thải Thành phần nước thải phức tạp, bao gồm nhiều loại hóa chất, đặc biệt loại phẩm màu Các loại phẩm màu hầu hết bền môi trường, khó phân hủy sinh Ơ học gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sống loài thủy sinh sức khỏe người Trên giới, nhiều nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm, đặc biệt xử lý màu, thực nhằm hạn chế ảnh hưởng tiêu cực chúng tới môi trường Các phương pháp xử lý thông thường sử dụng hóa lí sinh học Tuy nhiên, hai phương pháp có số nhược điểm như: hiệu xử lý không cao, không triệt để, tốn nhiều thời gian, phát sinh nhiều bùn thải cần phải xử lý tiếp, vốn đầu tư ban đầu cao hiệu kinh tế thấp Trong đó, phương pháp tiên tiến như: hấp phụ, điện keo tụ, màng sinh học, oxi hóa… cho hiệu xử lý cao Trong số đó, phương pháp oxi hóa nâng cao, sử dụng tác nhân oxy hoá chủ yếu như: O3, H2O2, UV, có khả phá vỡ cấu trúc hóa học, tạo chất không màu, độc tính, khối lượng phân tử nhỏ, thuận lợi Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2013 33 K t qu nghiên c u KHCN 34 hieän theo bước tương tự trình nhuộm Các thí nghiệm khảo sát điều kiện tối ưu phương pháp thực loại mẫu phẩm nhuộm tự pha chế Trong thí nghiệm tiến hành khảo sát, tỉ lệ H2O2/O3 tối ưu, mẫu phẩm nhuộm điều chỉnh giá trị pH, lượng ozon H2O2 cung cấp vào dung dịch theo tỉ lệ cần khảo sát Khi đạt thời gian phản ứng theo kế hoạch thực nghiệm, mẫu lấy xác định thay đổi độ màu sau xử lý Khảo sát giá trị pH tối ưu cách thay đổi giá trị pH trình thí nghiệm mẫu phẩm nhuộm điều kiện lượng ozon H2O2 vào dung dịch giá trị tối ưu vừa định Thí nghiệm mẫu thực Tiến hành thí nghiệm khảo sát hiệu xử lý mẫu nước thải thực tế với hệ thống cấp O3 cải tiến (hệ thống injector - ống dòng) 2.3 Phương pháp phân tích Màu sắc xác định cách sử dụng máy quang phổ DR-28000 Hach (Model 45600-02, Cole Parmer Instrument Co, Mỹ), bước sóng 455 nm Hiệu xử lý màu xác định theo công thức: Trong đó: C0 Ct tương ứng độ màu mẫu ban đầu (trước xử lý) mẫu sau t phút xử lý pH, COD, BOD, O3, H2O2 xác định theo Standard Method III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 3.1 Ảnh hưởng tỉ lệ H2O2/O3 Tỉ lệ H2O2/O3 đóng vai trò rấ t quan trọ n g trình xử lý màu nước thải dệt nhuộm Để khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ H2O2/O3 đến hiệu xử lý màu phẩm nhuộm sáu mẫu phẩ m nhuộ m , phả n ứ n g tiến hành điều kiện cố định pH = 7,5 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ H2O2/O3 đến hiệu xử lý màu phẩm nhuộm Reactive red 261 trình bày hình Từ kết nghiên cứu cho thấy, độ chênh lệch hiệu suất xử lý màu tỉ lệ H2O2/O3 rõ, hiệu suất xử 120 H iӋ u suҩ t x ӱ lý (% ) cho trình xử lý tiếp theo, vậy, có tính ứng dụng thực tiễn cao Trong nghiên cứu này, muốn sử dụng tác nhân oxi hoá H2O2/O3 để xử lý màu cho nước thải dệt nhuộm trình sản xuất thủ công, đạt qui chuẩn Việt Nam QCVN 13:2008/BTNMT II ĐỐI TƯNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu gồm: mẫu nước thải tự pha mẫu nước thải thực tế Mẫu nước thải tự pha pha chế từ phẩm nhuộm nguyên chất mà làng nghề sử dụng Reactive Red 261 Công ty TNHH TM Tân Hồng Phát cung cấp Mẫu nước thải thực tế lấy trực tiếp từ nguồn thải hộ gia đình nhuộm thủ công truyền thống làng Vạn Phúc 2.2 Nghiên cứu thí nghiệm Thí nghiệm mẫu tự pha Màu nước thải dệt nhuộm phẩm nhuộm hòa tan môi trường nước, không gắn vào xơ sợi mà vào nước thải có nồng độ lưu lượng thay đổi Các đặc điểm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, độ gắn màu phẩm, loại vải công nghệ nhuộm áp dụng Để thuận tiện trình thí nghiệm đảm bảo ổn định mẫu, dung dịch phẩm nhuộm tự pha chế phải thực 100 80 0.3 60 0.4 40 0.5 0.6 20 0.7 0 20 40 60 80 100 Thӡi gian (phút) Hình Ảnh hưởng tỉ lệ H2O2/O3 hiệu suất xử lý (%) màu phẩm nhuộm Reactive red 261 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2013 K t qu nghiên c u KHCN làm cho hiệu suất xử lý màu tăng lên đáng kể Mặt khác, theo phương trình phản ứng tỉ lệ H2O2/O3 0,5 phù hợp 3.2 Ảnh hưởng pH Hiệu xử lý màu nước thải dệt nhuộm phụ thuộc vào giá trị pH dung dịch nước thải Tiến hành khảo sát ảnh hưởng giá trị pH đến hiệu suất xử lý màu tác nhân H2O2/O3 dung dịch mẫu pha phòng thí nghiệm, từ xác định giá trị tối ưu pH mà hiệu suất xử lý màu phẩm nhuộm tác nhân H2O2/O3 cao Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ H2O2/O3 đến hiệu xử lý màu phẩm nhuộm Reactive red 261 trình bày hình Từ kết thu cho thấy, có khác biệt hiệu suất xử lý màu pH khác nhau, hiệu xử lý màu tăng lên pH dung dịch chuyển từ axit sang kiềm (từ pH = 6,0 đến pH = 7,5), hiệu suất xử lý màu giảm xuống pH dung dịch tăng (từ 7,5 đến 9,0) Như vậy, pH = 7,5 hiệu suất xử lý màu phẩm nhuộm Reactive red 261 đạt hiệu cao Tương tự, khảo sát phẩm màu lại cho kết tương tự hiệu suất xử lý màu tác nhân H2O2/O3 tốt pH khoảng 7,5 đến 8,0 3.3 So sánh hiệu xử lý màu O3 H2O2/O3 So sánh hiệu xử lý màu tác nhân ozon tác nhân H2O2/O3 (ở điều kiện pH tỉ lệ H2O2/O3 có hiệu xử lý tốt nhất) mẫu giống Mẫu trước sau xử lý hai phương pháp đem chụp phổ UV-VIS Kết hình hình Kết cho thấy, tác nhân H2O2/O3 có hiệu suất xử lý cao hẳn so với trường 120 120 100 100 80 pH = 6.0 pH = 6.5 pH = 7.0 pH = 7.5 pH = 8.0 pH = 8.5 pH = 9.0 60 40 20 H iӋu suҩ t x ӱ lý (% ) H iӋ u suҩ t x ӱ lý (% ) lý màu tăng tỉ lệ H2O2/O3 tăng từ 0,3 lên 0,4 0,5 Tuy nhiên, tăng tỉ lệ lên hiệu xử lý lại giảm xuống Sau 50 phút thí nghiệm hầu hết dải tỉ lệ đạt độ chuyển hóa 90%, riêng tỉ lệ 0,5 độ chuyển hóa (hiệu xử lý màu) đạt 90% (90,73%) từ phút thứ 40 đạt hiệu xử lý màu 99% (99,43%) sau 90 phút thí nghiệm Tác nhân H2O2/O3 có khả oxi hóa phẩm reactive red 261 gần hoàn toàn tỉ lệ H2O2/O3 khác hiệu suất xử lý phẩm nhuộm Reactive red 261 khác nhau, giá trị 0,5 cho hiệu suất xử lý màu phẩm nhuộm Reactive red 261 đạt cao Tương tự khảo sát phẩm màu lại cho kết tương tự hiệu suất xử lý màu tác nhân H2O2/O3 cao cao dải tỉ lệ H2O2/O3 0,5 Đây tỉ lệ tối ưu trình Điều giải thích có thêm tác nhân H2O2 vào dung dịch ưu tiên hình thành gốc *HO theo phương trình tổng hợp đặc trưng cho trình Peroxon sau: H2O2 + 2O3 > 2*HO + 3O2 Khi có ưu tiên hình thành gốc *HO, hàm lượng gốc tăng nhanh dung dịch tác nhân phân hủy hợp chất màu dung dịch thay phản ứng trực tiếp tác nhân ozon lên hợp chất màu, điều 80 60 ozon 40 Peroxon 20 0 20 40 60 80 100 Thӡi gian (phút) Hình Hiệu suất xử lý (%) màu giá trị pH khác phẩm nhuộm Reactive red 261 20 40 60 80 100 Thӡi gian (phút) Hình So sánh hiệu xử lý màu O3 H2O2/O3 mẫu phẩm nhuộm reactive red 261 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2013 35 K t qu nghiên c u KHCN 5000 Ĉ ӝ m u ( P t- c o ) 4000 3000 sөc Ozon trӵc tiӃp hӋ injector - ӕng dòng 2000 1000 0 Thӡi gian (h) Hình Phổ UV-VIS so sánh hiệu xử lý màu mẫu reactive red 261 hai phương pháp ozon peroxon Hình So sánh hiệu xử lý mẫu thực phương pháp peroxon với cách thức sục Ozon trực tiếp sử dụng hệ injector - ống dòng hợp sử dụng ozon Hiệu suất xử lý đạt 97% sau 50 phút thí nghiệm, để đạt kết này, dùng ozon phải đợi 70 phút để đạt 99% hiệu suất xử lý màu mẫu phẩm nhuộm reactive red 261 phương pháp peroxon cần 60 phút, dùng tác nhân ozon 90 phút Trên phổ UV-VIS thấy rằng, mẫu sau xử lý hai phương pháp, hợp chất phân cắt hầu hết dạng mảnh nhỏ từ C2 đến C4, lại lượng nhỏ hợp chất vòng thơm không màu chưa chuyển hóa Phương pháp peroxon tỏ hiệu trình phân hủy phẩm nhuộm reactive red 261 3.4 Hiệu xử lý màu trình peroxon nước thải dệt nhuộm thực tế * Khảo sát hiệu xử lý màu trình peroxon mẫu thực tế Nước thải lấy từ công đoạn nhuộm sở dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc, vận chuyển phòng thí nghiệm, sau tiến hành thí nghiệm xử lý màu phẩm nhuộm phương pháp peroxon với hai cách thức sục Ozon trực tiếp sử dụng hệ injector - ống dòng Kết thể qua hình Từ kết hình cho 36 thấy, tác nhân H2O2/O3 hoàn toàn xử lý nước thải phẩm nhuộm mẫu thực tế lấy từ làng nghề Vạn Phúc Phương pháp Peroxon với cách cấp khí Ozon qua hệ injector - ống dòng cho hiệu cao so với cách sục Ozon trực tiếp Khi sục Ozon trực tiếp vào dung dịch nước thải, sau độ màu 204 (Pt –Co) Trong với cách cấp Ozon qua injector - ống dòng sau 3,5 xử lý độ màu 115 (Pt –Co), đạt tiêu chuẩn xả thải Việc tác nhân H2O2/O3 oxy hóa hợp chất phẩm màu có nước thải thực tế xác định việc quét phổ UV-VIS mẫu trước sau xử lý (hình 6) Kết chụp phổ UV – VIS cho thấy, sau trình xử lý tác nhân H2O2/O3, tất pick thể cho nhóm mang màu phân tử phẩm nhuộm không trình oxi hóa tác nhân H2O2/O3 phá vỡ cấu trúc nhóm này, làm khả hấp thụ màu dung dịch Hình Phổ UV – VIS mẫu thực tế trước sau trình Peroxon sử dụng hệ injector - ống dòng Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2013 K t qu nghiên c u KHCN Bảng Giá trị số thông số nước thải thực tế làng nghề Vạn Phúc trước sau xử lý peroxon với hệ injector - ống dòng Thơng sӕ KӃt quҧ phân tích Ĉѫn vӏ QCVN 13:2009 Tŕͳc x΅ lý Sau x΅ lý /BTNMT (Cӝt B) - 8,15 7,97 5,5 – Pt – Co 3945 115 150 TSS mg/l 15,2 14,7 100 COD mg/l 350 109 150 BOD5 mg/l 35 37 50 pH Ĉӝ màu * Đánh giá hiệu xử lý Một số thông số đầu vào đầu mẫu trước sau xử lý thể bảng Kết bảng cho thấy, tiêu để đánh giá chất lượng nước thải phẩm nhuộm - mẫu thực tế, sau xử lý tác nhân H2O2/O3 đạt qui chuẩn Việt Nam (QCVN 13: 2009/BTNMT, loại B) Như vậy, phương pháp có khả đáp ứng nhu cầu xử lý mẫu nước thải sở sản xuất làng nghề dệt nhuộm IV KẾT LUẬN Tác nhân H2O2/O3 có khả phân hủy màu nước thải dệt nhuộm Hiệu xử lý màu phẩm nhuộm cao 99% với tỉ lệ H2O2/O3 0,5 pH khoảng 7,5-8 Áp dụng trình peroxon với cách thức cấp Ozon qua hệ injector - ống dòng thay cho việc sục Ozon trực tiếp vào dung dịch nước thải phẩm nhuộm tận dụng hạn chế lượng khí Ozon dư thoát ngoài, đồng thời tăng khả tiếp xúc ozon pha khí với phần tử pha lỏng (H2O2) nhằm tạo gốc *HO tác nhân oxi hóa kéo dài thời gian phản ứng dung dịch Các thông số đầu nước thải dệt nhuộm từ làng nghề Vạn Phúc sau xử lý phương pháp Peroxon với phương thức cấp Ozon qua hệ injector - ống dòng đạt qui chuẩn Việt Nam QCVN 13:2008/BTNMT, cột B Kết nghiên cứu cho thấy triển vọng việc xử lý ô nhiễm nước làng nghề dệt nhuộm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Adelal – Kdasi, Azni Idris, katayon Sead, Chuah Teong Guan (2005), “Treatment of textile wastewater by advanced oxidation process- es”- A review Global Nest: the Int.J, (3), pp.221-229 [2] Akmehmet Balcıoğlu I., Arslan Alaton I (2001), “Partial oxidation of reactive dyestuffs and synthetic textile dye-bath by the O3 and O3/H2O2 processes”, Water Science Technology, 43(2), pp.221-228 [3] American Public Health Association (2012), Standard Method for Examination of Water and Wastewater APHA,WEF and AWWA, 22nd ed, Washington D.C [4] Gharbani P., Tabatabaii S.M., Mehrizad A., (2008), “Removal of Congo red from textile wastewater by ozonation”, Enviromental Science and Tecnology, (4), 495-500 [5] Muhammad Ridwan Fahmi, Che Zulzikrami Azner Abidin and Nazerry Rosmady Rahmat (2011), “Characteristic of colour and COD Removal of Azo Dye by Advanced Oxidation Process and Biological Treatment”, International Conference on Biotechnology and Environmemt management, 18, pp.108 - 114, Singapore [6] Nguyễn Thị Hoàng Mai (2011), “Ngành dệt may Việt Nam 10T’2011”, báo cáo cập nhập ngành [7] Shashank Singh Kalra, Satyam Mohan, Alok Sinha and Gurdeep Singh (2011), “Advanced Oxidation Processes for Treatment of Textile and Dye Wastewater”, IPCBEE, IACSIT Press, (4), pp 142-149, Singapore Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Soá 1,2&3-2013 37 ... vậy, phương pháp có khả đáp ứng nhu cầu xử lý mẫu nước thải sở sản xuất làng nghề dệt nhuộm IV KẾT LUẬN Tác nhân H2O2/O3 có khả phân hủy màu nước thải dệt nhuộm Hiệu xử lý màu phẩm nhuộm cao 99%... VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu gồm: mẫu nước thải tự pha mẫu nước thải thực tế Mẫu nước thải tự pha pha chế từ phẩm nhuộm nguyên chất mà làng nghề sử dụng. .. không màu chưa chuyển hóa Phương pháp peroxon tỏ hiệu trình phân hủy phẩm nhuộm reactive red 261 3.4 Hiệu xử lý màu trình peroxon nước thải dệt nhuộm thực tế * Khảo sát hiệu xử lý màu trình peroxon