Trong nước thải dệt nhuộm có nhiều tác nhân gây hại cho môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy, nước thải dệt nhuộm cần phải được xử lý trước khi thải ra môi trường. Trong nghiên cứu này, nước thải dệt nhuộm được xử lý bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử (EB). Kết quả cho thấy pH, độ màu, nhu cầu oxy hóa học (COD) và sinh học (BOD) của nước thải giảm khi tăng liều xạ từ 0 đến 20 kGy. Mời các bạn cùng tham khảo!
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƢƠNG PHÁP CHIẾU XẠ CHÙM TIA ĐIỆN TỬ Nguyễn Ngọc Duy1, 2, Nguyễn Thị Kim Lan1, Nguyễn Thành Đƣợc1, Đặng Văn Phú1, Phạm Thị Thu Hồng1, Nguyễn Quốc Hiến1 Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam Viện Khoa học Ứng dụng, trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh TĨM TẮT Nước thải dệt nhuộm vấn nạn cho môi trường sinh thái nước có ngành dệt may phát triển Việt Nam Trong nước thải dệt nhuộm có nhiều tác nhân gây hại cho môi trường sức khỏe người Vì vậy, nước thải dệt nhuộm cần phải xử lý trước thải môi trường Trong nghiên cứu này, nước thải dệt nhuộm xử lý phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử (EB) Kết cho thấy pH, độ màu, nhu cầu oxy hóa học (COD) sinh học (BOD) nước thải giảm tăng liều xạ từ đến 20 kGy Cụ thể, độ giảm pH, COD, BOD độ màu đạt 17,8; 75; 66 93% liều xạ 20 kGy Ngoài ra, kết hợp chiếu xạ EB với H2O2 nồng độ thích hợp mM làm giảm liều xạ gia tăng hiệu xử lý màu, COD, BOD pH nước thải dệt nhuộm Phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử cho thấy tiềm ứng dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm qui mơ cơng nghiệp Từ khóa: Nước thải dệt nhuộm, chiếu xạ chùm tia điện tử, COD, BOD, độ màu MỞ ĐẦU Trong công nghiệp chế tạo, ngành dệt nhuộm phân khúc quan trọng giải việc làm cho lượng lớn lao động Tuy nhiên, vấn đề mà ngành cơng nghiệp dệt nhuộm phải đối mặt xử lý nước thải [2, 3, 5, 6, 11] Quá trình dệt nhuộm thực thông qua môi trường nước tạo lượng lớn nước thải Cần khoảng 70-150 lít nước để xử lý kg vải sợi [4, 5, 9] Tính chất nước thải dệt nhuộm phụ thuộc vào loại sợi, hóa chất quy trình cơng nghệ sử dụng Trong nước thải dệt nhuộm có nhiều tác nhân gây hại cho môi trường sức khỏe người bao gồm chất rắn phân tán, hóa chất tạo màu, mùi Thuốc nhuộm nước thải tạo màu gây số bệnh xuất huyết, viêm loét da, buồn nôn, Các chất màu nước thải ngăn ánh sáng mặt trời từ bề mặt nước cản trở trình quang hợp Chất màu làm tăng nhu cầu oxy sinh học (BOD) nước làm giảm q trình tái tạo oxy cản trở phát triển sinh vật quang dưỡng Chất rắn phân tán nước thải tác động đến môi trường kết hợp với cặn dầu thay đổi chế chuyển oxy mặt nước [2, 4, 5, 9, 16] Vì vậy, nước thải dệt nhuộm cần xử lý loại bỏ chất ô nhiễm trước thải mơi trường [13] Các phương pháp hóa lý hấp thụ, keo tụ, lọc, oxi hóa ứng dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm cho thấy hiệu định lại tạo bùn thải thứ cấp cần tiếp tục xử lý [3, 5, 7] Phương pháp sinh học sử dụng bùn hoạt tính để xử lý nước thải dệt nhuộm làm giảm COD hiệu khơng thể khử màu hồn tồn cần khơng gian xử lý lớn [16] Vì vậy, nghiên cứu sử dụng công nghệ xạ lượng cao để xử lý chất nhiễm nước thải, khí thải, bùn thải quan tâm nghiên cứu Ưu điểm cơng nghệ xạ gốc tự hoạt tính tạo trình xạ ly nước mà khơng cần sử dụng hóa chất độc hại, tốc độ xử lý cao trình xử lý nhiệt độ thường Trong trình 909 chiếu xạ, gốc tự hydroxy (OH), tạo tác nhân oxy hóa mạnh phản ứng với phân tử chất màu nước thải tạo phân đoạn nhỏ không màu dẫn đến loại màu nước thải [7, 8, 10-13] Có nhiều nghiên cứu sử dụng chiếu xạ nguồn gamma Co-60 [4, 16] chiếu xạ chùm tia điện tử (EB) [7, 10, 11, 14, 15, 16] để xử lý màu nước thải dệt nhuộm, phương pháp chiếu xạ EB cho thấy hiệu chiếu xạ gamma thời gian chiếu xạ, cơng suất xử lý, kiểm sốt trình xử lý, ngắt kết nối với nguồn dễ dàng, phù hợp để ứng dụng công nghiệp [10, 16] Hiệu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp chiếu xạ EB tăng cường sử dụng kết hợp hydrogen peroxit (H2O2) Sử dụng H2O2 làm gia tăng hiệu xử lý nước thải dệt nhuộm tăng nồng độ gốc OH tạo thành trình chiếu xạ [4, 6] Trong nghiên cứu này, khảo sát hiệu xử lý màu nước thải dệt nhuộm thực tế phương pháp chiếu xạ EB hiệu kết hợp chiếu xạ EB H2O2 thực VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 2.1 Lấy mẫu nƣớc thải chiếu xạ Nước thải dệt nhuộm lấy trực tiếp từ bể nước sau nhuộm Công ty Cổ Phần May Việt Thắng, Tp.HCM màu nhuộm hỗn hợp loại màu: Reactive Black 5, Reactive Red 10 Reactive orange 13 Nước thải cho vào hộp nhựa có nắp đậy cho bề dày dung dịch 2,5 cm Khảo sát hiệu xử lý màu, COD, BOD pH nước thải theo liều xạ 5-20 kGy khơng có H2O2 kết hợp chiếu xạ liều 5kGy nồng độ H2O2 5-20mM Chiếu xạ mẫu thực máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2 Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ H2O2 (30%) Merk, Đức Các hóa chất sử dụng khác dạng phân tích Aldrich, Sigma 2.2 Phân tích thí nghiệm pH nước thải dệt nhuộm trước sau chiếu xạ khảo sát theo tiêu chuẩn TCVN 6492:2011 Độ giảm pH (%) = [ , pHo pHi pH nước thải trước sau chiếu xạ khơng có H2O2 hay pH nước thải theo nồng độ H2O2 5-20mM chiếu xạ kGy Độ loại màu (%) = [ , với Ao Ai độ màu nước thải trước sau chiếu xạ khơng có H2O2 hay độ màu mẫu theo nồng độ H2O2 5-20mM chiếu xạ kGy (Phương pháp đo độ màu Pt-Co: Theo tiêu chuẩn SMEWW 2120B-2012) Nhu cầu oxy hóa học (COD) thực phương pháp dicromat theo tiêu chuẩn SMEWW5220C:2012, nước thải cho vào dung dịch có tính oxy hóa mạnh potasium dicromat (K2Cr2O7) mơi trường acid mạnh (H2SO4) có xúc tác bạc sulfat Mẫu hồi lưu 150 oC 23h Nhu cầu oxy hóa học thông số sử dụng phổ biến để đặc tính nước thải [7] COD hàm lượng oxy tính từ lượng K2Cr2O7 cần thiết để oxy hóa hợp chất hữu chứa thể tích nước thải biết Độ giảm COD (%) = [ , với Co Ci giá trị COD nước thải trước sau chiếu xạ khơng có H2O2 hay COD mẫu theo nồng độ H2O2 5-20mM chiếu xạ kGy 910 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hƣởng liều xạ Hình Ảnh hưởng liều xạ đến độ màu mẫu nước thải Kết hình cho thấy, màu mẫu nước thải ban đầu có màu xanh tím, chiếu xạ kGy màu chuyển sang cam nhạt dần liều xạ tăng đến 20 kGy Kết chi tiết giảm độ màu tăng liều xạ bảng cho thấy độ màu ban đầu mẫu nước thải 267 (Pt–Co), giảm dần xuống 67, 32, 21 18 (Pt-Co) liều xạ tăng từ đến 20 kGy, Hiệu suất xử lý màu đạt 75% liều xạ kGy tăng lên đến 93% liều xạ 20 kGy Bảng Ảnh hưởng liều xạ pH, COD, BOD5 độ màu mẫu nước thải Liều xạ (kGy) pH COD (mg/l) BOD5 (mg/l) Độ màu (Pt-Co) 8,93 ±0,30 7,56±0,20 100±2,0 77±1,0 67±1,5 40±1,0 267±2,5 67±1,0 10 15 7,26±0,15 8,10±0,20 46±2,0 41±1,5 35±1,5 27±1,0 32±0,5 21±1,0 20 7,34±0,15 25±1,0 23±1,5 18±0,5 Các thông số pH, COD, BOD nước thải dệt nhuộm trước sau chiếu xạ bảng Kết cho thấy thông số pH, COD, BOD nước thải giảm liều xạ tăng Trong đó, pH nước thải trước chiếu xạ 8,9 Sau chiếu xạ kGy 20 kGy, pH nước thải đạt giá trị 7,56 7,34 tương ứng với độ giảm pH 15,3% 17,8% Sự thay đổi pH phụ thuộc vào thay đổi cấu trúc phân tử chất màu nước thải Các phân tử chất màu có khối lượng phân tử lớn bị phân đoạn thành phân tử nhỏ dẫn đến hình thành acid hữu acid dicarboxylic, acid acetic, hợp chất benzoic acid cacbonic tạo thành khoáng hóa hồn tồn số phân tử chất màu [7, 15] Giá trị COD nước thải trước chiếu xạ 100 mg/l Độ giảm COD nước thải tăng từ 23% đến 54%, 59% 75% liều chiếu xạ tăng tương ứng từ đến 10, 15 20 kGy Kết cho thấy hiệu giảm COD phụ thuộc vào liều xạ Giá trị COD hàm lượng oxy cần để oxy hóa hồn tồn hợp chất hữu nước thải Vì vậy, COD tương ứng với hàm lượng tất hợp chất hữu nước thải mức độ giảm COD phụ thuộc vào khống hóa hồn toàn hợp chất hữu Gốc OH tác nhân oxy hóa mạnh có vai trị chủ yếu q trình oxy hóa phân hủy chất hữu Khi liều xạ tăng, gốc OH tạo nhiều làm phân hủy nhiều chất hữu nước [6] Xu hướng tương tự nhận thấy giá trị BOD tăng liều xạ BOD5 mẫu trước chiếu xạ 67 mg/l, giảm 911 xuống 40; 35; 27; 23 mg/l chiếu xạ 5; 10; 15; 20 kGy (hiệu xử lý đạt ~66% liều xạ 20 kGy) Sự giảm giá trị BOD5 (mg/l) chiếu xạ chùm tia điện tử cho thấy chất hữu nước thải dệt nhuộm sau chiếu xạ dễ dàng bị phân hủy sinh học Kết độ giảm màu phù hợp với kết giảm COD theo liều xạ Tuy nhiên, thấy liều chiếu xạ tăng đến 20 kGy, độ giảm màu nước thải đạt 93% độ giảm COD 75% Điều độ màu xác định từ cắt mạch phân tử chất màu thành phân đoạn nhỏ độ giảm COD xác định phụ thuộc vào khống hóa hồn tồn phân tử chất màu tạo thành CO2 H2O [12] Vì vậy, tốc độ giảm COD thấp so với tốc độ giảm màu Chất màu + OH sản phẩm cắt mạch CO2 + H2O (1) 3.2 Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 liều xạ kGy Hình Ảnh hưởng nồng độ H2O2 độ màu nước thải chiếu xạ liều xạ KGy Kết ảnh hưởng nồng độ H2O2 liều xạ kGy mẫu nước thải thể hình cho thấy mẫu nước thải chiếu liều xạ kGy màu hoàn toàn có diện mM H2O2 Vì vậy, mẫu nước thải dệt nhuộm khảo sát, nồng độ H2O2 mM phù hợp làm tăng hiệu xử lý nước thải Điều thể rõ kết bảng Cụ thể với độ màu giảm từ 267 xuống 10 (96%) liều xạ kGy + mM H2O2 độ màu tiếp tục giảm không đáng kể xuống 6, (Pt-Co) tăng nồng độ H2O2 tương ứng 10, 15 20 mM Bảng Ảnh hưởng nồng độ H2O2 pH, COD độ màu nước thải chiếu xạ KGy Nồng độ H2O2 (mM) pH COD (mg/l) BOD5 (mg/l) Độ màu (mgPt/l) 7,56±0,30 77±1,5 40±1,0 67±1,0 6,62±0,25 38±0,10 38±1,0 10±1,0 10 6,63±0,2 84±1,6 36±1,0 6±1,0 15 20 6,68±0,15 6,67±0,10 134±2,0 179±1,5 28±1,5 20±1,0 5±1,5 3±1,0 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 pH, COD BOD mẫu nước thải dệt nhuộm chiếu xạ kGy bảng Kết cho thấy, pH mẫu nước thải khơng có H2O2 7,56 Khi thêm mM H2O2, pH giảm đến giá trị 6,62 giảm chậm đến 6,67 nồng độ H2O2 20mM Trong đó, COD mẫu nước thải khơng có H2O2 77 mg/l Khi thêm 5mM H2O2, giá trị COD giảm đến 38 mg/l (51%) Tuy nhiên nồng độ H2O2 tiếp tục tăng đến 10, 15 20 mM giá trị COD tăng đến giá trị 84, 134, 179 mg/l Từ kết cho thấy, liều chiếu xạ kGy, hiệu xử lý nước thải tăng lên nồng độ H2O2 sử dụng phù hợp mM Điều có diện H2O2 912 trình chiếu xạ làm tăng nồng độ gốc hoạt tính OH Tuy nhiên, nồng độ H2O2 lớn 5mM, gốc OH bị bẫy phân tử H2O2 dư tạo gốc HO2 có hoạt tính oxy hóa thấp gốc OH (2, 3) [1] H2O2 + OH HO2 + H2O H2O2 + HO2 OH + H2O + O2 (2) (3) Ngoài ra, theo nghiên cứu Bhuiyan cộng [4], lượng H2O2 dư phản ứng với K2Cr2O7 thí nghiệm xác định COD Mặc dù, H2O2 chất oxy hóa mạnh gặp chất có hoạt tính oxy hóa mạnh ion dicromat (Cr2O72-), H2O2 bị oxy hóa (4) làm tăng số đọc COD K2Cr2O7 + 3H2O2 + 4H2SO4 K2SO4 + Cr2 (SO4)3 + 7H2O + 3O2 (4) Giá trị BOD giảm tăng liều xạ, BOD ban đầu mẫu nước thải 67 mg/l, sau tăng nồng độ H2O2 lên mM BOD giảm cịn 38 mg/l (~43%) giảm nồng độ H2O2 10; 15; 20 mM 36 mg/l (~46%); 28 mg/l (~ 58%) 20 mg/l (~70%) Kết phù hợp với kết nghiên cứu Bumsoo Han cộng nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử qui mô công nghiệp KẾT LUẬN Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế phương pháp chiếu xạ EB thực Liều chiếu xạ EB có ảnh hưởng đến pH, COD, BOD độ màu nước thải nghiên cứu Khi liều chiếu xạ tăng, giá trị pH, COD, BOD độ màu nước thải giảm Sự kết hợp phương pháp chiếu xạ EB H2O2 nồng độ thích hợp 5mM cho thấy làm tăng hiệu xử lý nước thải dệt nhuộm Vì vậy, chiếu xạ EB xem phương pháp hiệu thân thiện để xử lý nước thải dệt nhuộm quy mô công nghiệp trước thải môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Abdou LAW, Hakeim OA, Mahmoud MS, El-Naggar AM (2011) Comparative study between the efficiency of electron beam and gamma irradiation for treatment of dye solutions Chem Eng J 168:752-758 [2] Al-Kdasi A, Idris A, Saed K, Guan CT (2004) Treatment of textile wastewater by advanced oxidation processes-A review J Global Nest: the Int 6:222-230 [3] Anvari F, Kheirkhah M, Amraei R (2014) Treatment of synthetic textile wastewater by combination of coagulation/flocculation process and electron beam irradiation J Community Health Res 3:3138 [4] Bhuiyan MAR, Shaid A, Hossain MA, Khan MA (2016) Decolorization and degradation of textile wastewater by gamma irradiation in presence of H2O2 Life Sci J 13:56-62 [5] Ghaly AE, Ananthashankar R, Alhattab M, Ramakrishnan VV (2014) Production, characterization and treatment of textile effluents: A critical review J Chem Eng Process Technol 5:doi: 10.4172/2157-7048.1000182 [6] Ha MB, Duy NN, Hien NQ (2016) Effects of gamma irradiation on color removal from reactive red 24 aqueous solutions Sci Technol Dev 19: 38-45 [7] Han B, Kim J, Kang W, Choi JS, Jeong KY (2016) Development of mobile electron beam plant for environmental applications Radiat Phys Chem 124:174-178 913 [8] Han B, Kim JK, Kim Y, Choi JS, Jeong KY (2012) Operation of industrial-scale electron beam wastewater treatment plant Radiat Phys Chem 81:1475-1478 [9] Holkar CR, Jadhav AJ, Pinjari DV, Mahamuni NM, Pandit AB (2016) A critical review on textile wastewater treatments: Possible approaches J Environ Manage 182:351-366 [10] Hossain K, Maruthi YA, Das NL, Rawat KP, Sarma KSS (2018) Irradiation of wastewater with electron beam is a key to sustainable smart/green cities: a review Appl water sci 8:6 [11] Kim TH, Lee JK, Lee MJ (2007) Biodegradability enhancement of textile wastewater by electron beam irradiation Radiat Phys Chem 76:1037-1041 [12] Paul J, Rawat KP, Sarma KSS, Sabharwal S (2011) Decoloration and degradation of Reactive Red120 dye by electron beam irradiation in aqueous solution Appl Radiat Isotopes 69:982-987 [13] QCVN 13-MT:2015/BTNMT, National technical regulation on the effluent of textile industry [14] Rawat KP, Sarma KSS (2013) Enhanced biodegradation of wastewater with electron beam pretreatment Appl Radiat Isotopes 74:6-8 [15] Sampa MHO, Takács E, Gehringer P, Rela PR, Ramirez T, Amro H, Trojanowicz M, Botelho ML, Han B, Solpan D, Cooper WJ, Emmi SS, Wojnárovits L (2007) Remediation of polluted waters and wastewater by radiation processing Nukleonika 52:137-144 [16] Selambakkannu S, Bakar KA, Ming TT, Sharif J (2011) Effect of gamma and electron beam irradiation on textile waste water J Sains Nuklear Malaysia, 23:67-73 914 ... kết nghiên cứu Bumsoo Han cộng nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử qui mô công nghiệp KẾT LUẬN Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế phương pháp chiếu. .. xử lý nước thải dệt nhuộm tăng nồng độ gốc OH tạo thành trình chiếu xạ [4, 6] Trong nghiên cứu này, khảo sát hiệu xử lý màu nước thải dệt nhuộm thực tế phương pháp chiếu xạ EB hiệu kết hợp chiếu. .. dụng chiếu xạ nguồn gamma Co-60 [4, 16] chiếu xạ chùm tia điện tử (EB) [7, 10, 11, 14, 15, 16] để xử lý màu nước thải dệt nhuộm, phương pháp chiếu xạ EB cho thấy hiệu chiếu xạ gamma thời gian chiếu