Trong các nguồn phát sinh nước thải từ ngành dệt may, nước thải dệt nhuộm là mối quan tâm hàng đầu do q trình nhuộm và hồn tất sử dụng một lượng lớn nguyên liệu thô, nước, thuốc nhuộm và chất trợ nhuộm. Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm là sự dao động rất lớn cả về lưu lượng và tải lượng các chất ơ nhiễm, nó thay đổi theo mùa, theo mặt hàng sản xuất và chất lượng của sản phẩm. Nhìn chung nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm có độ kiềm khá cao, có độ màu và hàm lượng các chất hữu cơ, tổng chất rắn cao. Đặc tính của nước thải và các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 1.2. Các chất gây ơ nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm
Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính của nước thải Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucose, polyvinyl
alcol, nhựa, chất béo và sáp
BOD cao (3450% tổng sản lượng BOD)
Nấu tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda, natri silicat và xơ sợi vụn Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30% tổng BOD) Tẩy trắng Hypoclorit, hợp chất chứa clo,
NaOH, AOX, acid…
Độ kiềm cao, chiếm 5% BOD
Làm trắng NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1% tổng BOD) Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, acid
acetic và các muối kim loại
Độ màu rất cao, BOD khá cao (6% tổng BOD), TS cao In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét,
muối kim loại, acid… Độ màu cao, BOD cao Hoàn thiện Vết tinh bột, mỡ động vật,
muối.
Kiềm nhẹ, BOD thấp, lượng nhỏ
Trong quá trình xử lý, người ta sẽ chọn phương án xử lý thích hợp phụ thuộc vào thành phần, lượng nước thải và chất lượng yêu cầu xử lý.
27 nhược điểm riêng. Ở đây, chúng tôi liệt kê một số phương pháp phổ biến sau:
Phương pháp cơ học: đây là phương pháp xử lý khơng làm thay đổi tính chất hố học của nước và chất gây ơ nhiễm. Mục đích để tách các chất thơ (xơ sợi, rác, cặn bẩn,…) hay dầu mỡ dựa vào tính chất vật lý của chúng như chênh lệch khối lượng riêng giữa nước và hạt, dựa vào khả năng phân lớp tuyển nổi, các lực tác dụng để chúng có thể lắng được (lắng trọng lực, lắng ly tâm) hay tạo ra động lực ∆p để có thể lọc được qua vách ngăn,…
Phương pháp hoá học: phương pháp này bao gồm phương pháp trung hoà, phương pháp oxy hoá và phương pháp khử. Tất cả các phương pháp này đều liên quan đến việc tiêu hao tác chất, vì vậy chi phí lớn. Người ta ứng dụng các phương pháp này để loại bỏ các chất hồ tan và trong hệ thống cấp nước khép kín.
Phương pháp hoá lý: các phương pháp được áp dụng để xử lý nước thải là đông tụ, keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, trích ly, chưng cất, cơ đặc, thẩm thấu ngược, siêu lọc, kết tinh, nhã hấp,… Các phương pháp này được ứng dụng để loại các hạt lơ lửng phân tán (rắn và lỏng), các khí tan, các chất vơ cơ và hữu cơ hồ tan.
Phương pháp sinh học: được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số chất vơ cơ. Q trình xử lý dựa trên khả năng sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn thức ăn cho vi sinh vật.
Các phương pháp xử lý nước thải trên đều có những ưu điểm nhất định. Tuy nhiên chúng lại vấp phải một số vấn đề về giá thành khi xử lý, đôi khi sinh ra các sản phẩm phụ không như mong muốn, hay gây ra ô nhiễm thứ cấp, một số chất hữu cơ không được phân huỷ hồn tồn do có vịng thơm.
Ngày nay, phương pháp xử lý nước bởi q trình “oxy hố bậc cao” – AOPs (Advanced Oxidation Processes) đang được các nhà nghiên cứu quan tâm đến. Đặc điểm của phương pháp này là sử dụng những tác nhân có tính oxy mạnh như ZnO, TiO2, O3, H2O2 hoặc kết hợp chúng với nhau để xử lý nước thải. Trong những điều kiện phản ứng cụ thể, chúng sẽ sản sinh ra gốc tự do hydroxyl (HO) có khả năng oxy hố rất mạnh, tốc độ phản ứng oxy hố rất nhanh và khơng lựa chọn khi phản ứng với các hợp chất khác nhau. Các gốc hydroxyl này có thể tấn cơng vào các phân tử chất hữu cơ nhờ vào lực hút của nguyên tử hydro. Chúng sẽ oxy hố tồn bộ chất hữu cơ thành các hợp chất không độc hại như CO2 và H2O.
Có rất nhiều nghiên cứu trong những thập kỷ qua đã được thực hiện nhằm tìm ra quá trình tạo gốc tự do hydroxyl trên cơ sở các tác nhân oxy hố trên thơng qua các phản ứng
28 hoá học (H2O2/Fe2+, O3/H2O2) [38] hoặc nhờ năng lượng bức xạ cực tím UV (O3/UV, TiO2/UV, ZnO/UV,…) [39-42]. Dưới tác dụng của tia UV, các chất ơ nhiễm trong nước có thể hấp thụ trực tiếp quang năng này, chuyển sang trạng thái bị kích thích có năng lượng cao và sau đó bị phân huỷ. Q trình phân huỷ trực tiếp chất hữu cơ bằng tia UV này cho hiệu suất phân huỷ rất thấp. Do đó thực tế rất khó áp dụng vào xử lý nước thải. Tuy nhiên, khi đưa thêm tác nhân oxy hoá như ZnO vào, dưới tác dụng của bức xạ UV sẽ dẫn đến sự hình thành các gốc tự do hydroxyl. Chính nhờ khả năng oxy hố cao của gốc hydroxyl này mà quá trình oxy hố các chất hữu cơ ơ nhiễm xảy ra với tốc độ cao và hiệu suất phân huỷ chất hữu cơ gần như 100%. Các cơng trình nghiên cứu khác cũng đã tiến hành đưa thêm một số tác nhân nhằm biến tính tác nhân oxy hố như pha tạp Cu vào ZnO để mở rộng sang phạm vi sử dụng nguồn bức xạ từ mặt trời nhằm đưa phương pháp xử lý nước thải bằng AOPs đến gần với thực tế hơn [4].
Bên cạnh đó tại Việt Nam, theo thống kê của hiệp hội dệt may, hơn 90% doanh nghiệp dệt may sử dụng thuốc nhuộm hoạt tính để nhuộm các loại vải. Đây là loại thuốc nhuộm tan tốt trong nước cho nên chúng rất dễ lan ra trong môi trường nước gây ô nhiễm môi trường. Mặt khác, phần không gắn màu trên xơ sợi của thuốc nhuộm hoạt tính nằm trong khoảng 5 – 50% [1]. Một lượng lớn nước thải loại này được đưa ra ngồi mơi trường với nhiều hình thức khác nhau. Chính điều này đã góp phần tăng thêm một gánh nặng trong việc xử lý nước thải nhuộm. Do đó, việc nghiên cứu các phương pháp xử lý, tạo ra vật liệu mới có khả năng xử lý nước thải đạt hiệu quả cao là một trong những vấn đề đang được quan tâm hiện nay. Với những lý do trên chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “Tổng hợp, xác định cấu
trúc nano Cu doped ZnO và khảo sát khả năng phân hủy chất màu của nano Cu doped ZnO” ứng dụng phân huỷ chất màu với thuốc nhuộm hoạt tính RB 198 để hướng đến một
phương pháp nghiên cứu mới nhằm cải thiện môi trường mà các phương pháp khác chưa thực hiện được hay thực hiện được nhưng hiệu suất không cao.
29
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Hoá chất, dụng cụ và thiết bị