Nước thải dệt nhuộm đang là vấn đề đáng quan tâm bởi chứa nhiều các chất nhuộm màu đặc biệt là chất màu azo khó phân hủy sinh học. Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu quả của quá trình ôzôn hóa để xử lý chất nhuộm màu methyl da cam.
Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000194 NGHIÊN CỨU Q TRÌNH ƠZƠN HĨA XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU METHYL DA CAM TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Đặng Thị Thơm1,2, Nguyễn Thanh Dương3, Nguyễn Chí Thanh1, Trần Mạnh Hải1, Đỗ Văn Mạnh 1,2, Nguyễn Hoài Châu1,2 Trịnh Văn Tuyên1,2 Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Học viện Khoa học Công nghê, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Trường Đại học Khoa học Công nghệ Hà Nội, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam *thomiet@gmail.com TÓM TẮT Nước thải dệt nhuộm vấn đề đáng quan tâm chứa nhiều chất nhuộm màu đặc biệt chất màu azo khó phân hủy sinh học Bên cạnh công nghệ nghiên cứu truyền thống, cơng nghệ oxy hóa tiên tiến ngày chứng tỏ công nghệ hữu hiệu xử lý chất hữu cơng nghệ ơzơn đánh giá cao tính oxy hóa mạnh ơzơn gốc oxy hóa OH° linh động sinh trình Nghiên cứu nhằm đánh giá hiệu q trình ơzơn hóa để xử lý chất nhuộm màu methyl da cam Kết nghiên cứu ban đầu cho thấy, sử dụng cơng nghệ ơzơn hóa hiệu việc xử lý chất màu methyl da cam Với nồng độ ôzôn ban đầu từ 5.0 -7.4 ppm pH ban đầu khác từ tới 10, q trình ơzơn hóa xử lý hiệu chất màu methyl da cam với nồng độ ban đầu 69±1 ppm với hiệu suất đạt từ 71 đến 88% thời gian 60 phút Từ khóa: nước thải dệt nhuộm, chất nhuộm màu, ơzơn hóa, methyl da cam GIỚI THIỆU Cùng với phát triển kinh tế, ngành dệt nhuộm trở thành ngành kinh tế mang lại hiệu cao Tuy nhiên, đặc thù ngành nghề dệt nhuộm, quy trình sản xuất có loại hóa chất đặc biệt chất nhuộm màu sử dụng với hàm lượng cao khâu tẩy, nhuộm, đánh bóng…Kết thống kê cho thấy ngành dệt nhuộm sử dụng tới 8000 loại chất tạo màu khác 6900 chất phụ gia biết đến dẫn đến nước thải bị ô nhiễm nặng nhiều hợp chất vô vơ hữu [1] Tiếp theo đó, tác giả Robinson T et al, 2001, Ogugbue CJ et al, 2011 Farah et al, 2013 cho công nghiệp dệt nhuộm dự đoán sử dụng tới 10.000 chất màu khác 7x105 chất màu tổng hợp sử dụng sản xuất toàn giới hàng năm [2] Các chất nhiễm điển hình chất nhuốm màu mạnh, chất hữu muối vơ Vì vậy, nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm độc hại, độ màu cao, pH cao, hàm lượng BOD, COD cao đặc biệt nước thải chứa hàm lượng lớn chất nhuộm màu mà đa số hợp chất hữu khó phân hủy sinh học Do đó, việc sử dụng phương pháp truyền thống phương pháp hóa lý, q trình đơng tụ, keo tụ, hấp thụ công nghệ màng… cho hạn chế nghiên cứu ứng dụng xử lý nước thải chứa chất màu độc hại ngành công nghiệp dệt nhuộm Điển hình nước thải dệt nhuộm chứa chất nhuộm màu chất có cấu trúc mạch vòng, chất vòng thơm polymer tổng hợp…Để giải nhu cầu nguồn nước thải ngày nhiều ngành công nghiệp dệt nhuộm, công nghệ oxy hóa tiên tiến nghiên cứu ứng dụng tiềm ơxy hóa mạnh chúng gốc linh động đặc biệt sinh gốc linh động OH° trình phản ứng Một cơng nghệ ơxy hóa tiên tiến phải kể đến cơng nghệ ozơn hóa khả oxy hóa mạnh ơzơn phân hủy ôzôn trình [3] Sử dụng trình ôzôn việc xử lý nước thải dệt nhuộm đánh giá tiềm (1) trình không tạo bùn thải; (2) nguy hiểm người giảm mức tối thiểu; (3) trình màu hóa xử lý chất màu xảy đồng thời; (4) việc vận hành q trình ơzơn hóa dễ dàng; (5) tất phần ơzơn bị dự thừa phân hủy dễ dàng thành oxy nước, đồng thời (6) sản phẩm 519 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Mơi trường” phụ sinh chất khơng độc xử lý dễ dàng công nghệ truyền thống trước xả thải môi trường Nhiều nghiên cứu nhiều chứng sử dụng trình ozon hóa để xử lý chất nhuộm màu tổng hợp [4-7] Việc sử dụng q trình ơzơn để oxy hóa chất nhuộm màu phản ứng theo chế trực tiếp phần tử ôzôn tác dụng với chất màu chế gián tiếp sinh gốc tự đặc biệt gốc OH° từ phân hủy ozon trình gốc tự tác dụng mạnh với chất màu dung dịch Hiệu trình chế trực tiếp hay gián tiếp trình phụ thuộc vào điều kiện phản ứng thực Nghiên cứu tiến hành khảo sát q trình ơzơn hóa để xử lý chất màu Methyl da cam Chất màu Methyl da cam sử dụng nhiều ngành dệt nhuộm nước thải chứa hàm lượng cao chất gây vấn đề ô nhiễm người môi trường VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Methyl da cam C14H14N3NaO3S có xuất xứ hãng Merck - Đức sử dụng chất màu thử nghiệm với nồng độ ban đầu xác định Nồng độ chất màu đo phương pháp trắc quang so màu bước sóng 464 nm máy UV-vis - 1600 Spectrophotometer -Shimadzu Sau ơzơn lỏng chuyển hóa từ hệ thống khí lỏng bể phản ứng máy phát ôzôn D - 15S 15g/L có sử dụng nguồn ơxy tinh khiết với tỉ lệ khí thổi 1L/phút Ơzơn làm giàu 30 phút hệ khí lỏng để đạt nồng độ ôzôn mong muốn Nước cất tinh khiết siêu sử dụng để làm giàu ôzôn với điều kiện ban đầu pH 3, 7, 8, 9, 10 Dung dịch ôzôn với nồng độ ban đầu xác định thí nghiệm phản ứng với chất mầu Methyl da cam với 20ml từ dung dịch gốc nồng độ ban đầu xác định với điều kiện pH khác Các thí nghiệm tiến hành bể phản ứng 2L kín có bơm tuần hoàn để dung dịch bể phản ứng hịa trộn đồng Các thí nghiệm lấy mẫu theo thời gian thí nghiệm để đánh giá hiệu xử lý màu Nồng độ ôzôn dung dịch xác định phương pháp Indigo Carmine đo màu bước sóng hấp thụ 595 nm máy so màu UV-vis - 1600 Spectrophotometer -Shimadzu KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng pH đến hiệu trình xử lý Methyl da cam Sau 30 phút ơzơn lỏng sinh hệ chuyển hóa, dung dịch ơzơn sử dụng để đánh giá ảnh hưởng pH đên hiệu trình xử lý methyl da cam bể phản ứng 2L điều kiện pH3, pH7, pH8, pH9 pH10 Kết minh chứng hình 1: hình 1a cho thấy pH thấp ơzơn ban đầu sinh cao nước cất siêu nồng độ ô zôn ban đầu cao pH 7.4 ppm; pH 5,8 ppm pH8, 10 nồng độ ôzôn ban đầu từ 5-5,3 ppm Nước cất siêu sử dụng cho làm giàu ôzôn nhằm để tránh tác nhân ảnh hưởng bất lợi đến q trình sinh ơzơn Khi methyl da cam tương tác với dung dịch ôzôn, nồng độ ozôn thí nghiệm bị tiêu thụ mạnh tiêu thụ nhanh từ điểm lấy mẫu phút đầu Ơzơn phân hủy nhanh xuống mức 0,5 ppm tất thí nghiệm điều kiện pH khác giảm nhẹ tới kết thúc thí nghiệm Đồng thời, nồng độ chất màu methyl da cam bị oxy hóa mạnh màu dần theo thời gian, kết minh họa hình 1b Ở pH khác nhau, 3, 7, 8, 10 cho thấy khác biệt rõ nét Tại pH pH 7, tốc độ giảm màu nhanh chóng pH 8, 10 xu hướng giảm nồng độ chất màu dung dịch gần tương đương Kết thí nghiệm sau pH khác cho thấy, pH có tốc độ xử lý màu tốt cần với nồng độ ôzôn ban đầu 5,8 ppm 3.2 Hiệu xử lý Methyl da cam q trình ơzơn hóa Sau thí nghiệm với điều kiện thí nghiệm nồng độ ôzôn ban đầu từ 5,0 đến 7,4 ppm tùy vào pH ban đầu từ 3, 8, 9, 10 nồng độ ban đầu chất màu methyl da cam thí nghiệm khoảng 69±1 ppm, hiệu xuất xử lý methyl da cam minh họa hình Kết nghiên cứu hình cho thấy, hiệu xử lý chất màu methyl da cam trình ơzơn 520 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 hóa tăng nhanh phút đầu phản ứng Tại pH 3, pH8, 9, 10 năm phút trình, hiệu suất xử lý chất màu đạt 35% với điều kiện pH7 hiệu suất đạt phút 50% tiếp tục tăng tuyến tính theo thời gian phản ứng Trong 60 phút thí nghiệm điều kiện pH khác nhau, q trình ơzơn hóa mạnh chất màu methyl da cam pH đạt hiệu suất xử lý 71% 88% tương ứng Tỉ lệ C/Co giảm theo thời gian chứng tỏ hiệu xử lý ôzôn lỏng methyl da cam động học xử lý màu ơzơn hóa (hình 2b) a) Nồng độ ơzơn theo thời gian b) Nồng độ methyl da cam theo thời gian Hình 1: Ảnh hường pH đến thay đổi nồng độ ôzôn nồng độ methyl da cam a) Hiệu suất xử lý methyl da cam b) Tỉ lệ C/Co methyl da cam theo thời gian Hình 2: Hiệu suất xử lý methyl da cam trình ơzơn hóa KẾT LUẬN Kết nghiên cứu nhận thấy việc sử dụng công nghệ ôzôn hóa đánh giá cao xử lý methyl da cam nước thải dệt nhuộm Q trình ơzơn hóa xử lý chất màu methyl da cam cho hiệu đáng kể cần nồng độ ôzôn ban đầu thấp khoảng ppm Kết thí nghiệm đánh giá cho thấy pH cho kết sinh ôzôn lỏng đủ cần để xử lý methyl da cam tốt nhất, mở nghiên cứu hệ trình ơzơn hóa lỏng mơi trường trung tính để xử lý chất màu azo nước thải dệt nhuộm Lời cảm ơn Các tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Quỹ Nafosted Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 105.99-2018.18 521 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Brik, M., Schoeberl, P., Chamam, B., Braun, R., and Fuchs, W., (2006) Advanced Treatment of Textile Wastewater towards Reuse Using a Membrane Bioreactor, Process Biochem., 41(8), pp 1751-1757 [2] Drumond Chequer, F M., de Oliveira, G A R., Anastacio Ferraz, E R., Carvalho, J., Boldrin Zanoni, M V., and de Oliveir, D P., 2013, “Textile Dyes: Dyeing Process and Environmental Impact,” EcoFriendly Textile Dyeing and Finishing, M Gunay, ed., InTech [3] Wu, C.-H., Kuo, C.-Y., and Chang, C.-L., (2007) Decolorization of AZO Dyes Using Catalytic Ozonation, React Kinet Catal Lett., 91(1), pp 161-168 [4] Palit S., (2009) Ozonation of Direct Red-23 Dye in a Fixed Bed Batch Bubble Column Reactor, Indian J Sci Technol., 2(10), pp 14-16 [5] Turhan, K., and Turgut Z., (2009) Decolorization of Direct Dye in Textile Wastewater by Ozonization in a Semi-Batch Bubble Column Reactor, Desalination, 242(1), pp 256-263 [6] Tizaoui, C., and Grima, N., (2011) Kinetics of the Ozone Oxidation of Reactive Orange 16 Azo-Dye in Aqueous Solution, Chem Eng J., 173(2), pp 463-473 [7] Turhan, K., Durukan, I., Ozturkcan, S A., and Turgut, Z., (2012) Decolorization of Textile Basic Dye in Aqueous Solution by Ozone,” Dyes Pigments, 92(3), pp 897-901 STUDY ON OZONATION PROCESS FOR REMOVING METHYL ORANGE DYE IN THE TEXTILE WASTEWATER Thom Thi Dang1,2*, Duong Thanh Nguyen, Thanh Chi Nguyen1, Hai Manh Tran1, Manh Van Do1,2, Chau Hoai Nguyen1,2 , Tuyen Van Trinh1,2 Institute of Environmental Technology, Vietnam Academy of Science and Technology Graduate University of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology Hanoi University of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology *thomiet@gmail.com ABSTRACT Textile wastewater is an interested problem by capacity of dyes especially difficultly biodegradable azo dye Beside conventional researched technology, advanced oxidation processes are expressed to be effective technology for removing organic compound in where ozonation technology are appreciated by strong oxidization of ozon and OH° radical generated from process This research is to assess effectiveness of the ozonation for removing methyl orange Premilinary results showed that, using ozonation technology is very useful in removal of methyl orange With initial ozone concentration only from 5.0 to 7.4ppm at initial different pH from to 10, ozonation process has removed effectively methyl orange with intial concentration of 69±1 ppm, get efficiency from 71 to 88% during 60 minutes Keywords: Textile wastewater, dyes, ozonation, methyl orange 522 ... nồng độ ban đầu chất màu methyl da cam thí nghiệm khoảng 69±1 ppm, hiệu xuất xử lý methyl da cam minh họa hình Kết nghiên cứu hình cho thấy, hiệu xử lý chất màu methyl da cam q trình ơzơn 520... sử dụng cơng nghệ ơzơn hóa đánh giá cao xử lý methyl da cam nước thải dệt nhuộm Q trình ơzơn hóa xử lý chất màu methyl da cam cho hiệu đáng kể cần nồng độ ôzôn ban đầu thấp khoảng ppm Kết thí nghiệm... suất xử lý methyl da cam b) Tỉ lệ C/Co methyl da cam theo thời gian Hình 2: Hiệu suất xử lý methyl da cam q trình ơzơn hóa KẾT LUẬN Kết nghiên cứu nhận thấy việc sử dụng cơng nghệ ơzơn hóa đánh