Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu quá trình sử dụng bùn đỏ để xử lý màu của thuốc nhuộm hoạt tính
COLVAZOI YELLOW LC - 3RN bằng phương pháp Fenton hệ Fe (III) -
Oxalat/H 2 O 2 /Ánh sáng mặt trời.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Bùn đỏ từ nhà máy Alumin Tân Rai tỉnh Lâm Đồng
- Thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN của nhà máy dệt nhuộm Hòa Khánh
- Sử dụng bùn đỏ để xử lý màu của thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI
YELLOW LC - 3RN bằng phương pháp Fenton hệ Fe (III) – Oxalat/H 2 O 2 / Ánh sáng mặt trời
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý màu của thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN bao gồm khối lượng bùn đỏ, nồng độ H₂C₂O₄, nồng độ H₂O₂, thể tích H₂C₂O₄, thể tích H₂O₂, thời gian phơi dưới ánh nắng mặt trời và pH.
- Xác định hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI
Phương pháp nghiên cứu
- Tham khảo các thông tin, tài liệu, các bài báo, giáo trình liên quan đến đề tài
- Nghiên cứu tính chất và tác hại của thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN
- Phân tích và tổng hợp lý thuyết
- Trao đổi với giáo viên hướng dẫn
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý màu của thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN bao gồm khối lượng bùn đỏ, nồng độ H2C2O4, nồng độ H2O2, thể tích H2C2O4, thể tích H2O2, thời gian phơi dưới ánh nắng mặt trời và pH Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả xử lý màu, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu suất của quá trình xử lý.
- Xác định hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng bùn đỏ trong quy trình Fenton với hệ Fe (III) – Oxalat/H2O2 dưới ánh sáng mặt trời, nhằm phát triển một phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm mới Phương pháp này được thiết kế để đơn giản, tiết kiệm chi phí đầu tư và mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý nước thải.
- Tìm ra hướng xử lý bùn đỏ thải ra sau khi khai thác quặng bauxite.
Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung bài báo cáo gồm 3 chương nhƣ sau:
Chương 3: Kết quả và thảo luận
TỔNG QUAN
Vài nét sơ lƣợc về ngành công nghiệp dệt nhuộm
1.1.1 Sự phát triển của ngành dệt nhuộm [7]
Ngành dệt may đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống con người, từ những ngày đầu khi nhu cầu may mặc ra đời Gần đây, ngành công nghiệp dệt nhuộm đã phát triển mạnh mẽ, góp phần lớn vào sự phát triển kinh tế của đất nước, đáp ứng nhu cầu nội địa và tạo ra nguồn ngoại tệ từ xuất khẩu Ngoài ra, ngành này còn giải quyết việc làm cho một lượng lớn lao động Hiện nay, công nghiệp dệt nhuộm đã trở thành ngành mũi nhọn trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội của Việt Nam và nhận được sự quan tâm mạnh mẽ từ chính phủ.
Ngành dệt may hiện nay không chỉ gia tăng về sản lượng mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm, mang đến sự đa dạng về mẫu mã và màu sắc Các sản phẩm không chỉ giới hạn ở vải vóc, quần áo, khăn, chăn, drap gối nệm, mũ nón, rèm mà còn phát triển ra những vật dụng hữu ích cho nhiều ngành nghề khác như lều, lưới bắt cá, dây nhợ, bao bì, vòng dây cua roa, chỉ khâu và bông băng trong ngành y tế.
Sự phát triển của ngành dệt nhuộm đi kèm với những thách thức trong quá trình sản xuất, đặc biệt là việc tiêu thụ lượng nước lớn và xử lý nước thải Đây là vấn đề quan trọng mà các nhà quản lý và nhà khoa học đang quan tâm Hàng năm, ngành này không chỉ thải ra nước chưa qua xử lý mà còn có thể không đạt tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng Do đó, việc xử lý nước thải tại các nhà máy dệt nhuộm trở thành một nhiệm vụ cấp bách nhằm đảm bảo phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.
1.1.2 Sơ đồ công nghệ ngành dệt nhuộm [9]
Ngành công nghiệp dệt may là quá trình chuyển đổi sợi tự nhiên, tái sinh hoặc tổng hợp thành sợi và vải, sau đó sản xuất ra quần áo, đồ dùng và vải vóc gia dụng Sơ đồ tổng quan về ngành dệt may được minh họa trong Hình 1.1.
Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan quy trình tạo ra sản phẩm may 1.1.3 Đặc tính và ảnh hưởng của nước thải ngành dệt nhuộm đến môi trường [41]
1.1.3.1 Đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm Đặc trưng của ngành dệt nhuộm là sử dụng nhiều nước và hoá chất nên tạo ra lượng nước thải với mức độ ô nhiễm cao, yêu cầu đặt ra cho công tác nghiên cứu là phải thiết lập đƣợc các hệ thống xử lý hiệu quả các tác nhân chính gây ô nhiễm nhƣ tính kiềm, hàm lƣợng kim loại nặng Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, lượng nước sử dụng cho từng nhuộm len: 70-200 m 3 /tấn thành phẩm Các kết quả phân tích đặc điểm nước thải dệt nhuộm cho thấy, trong nước thải có cả những chất dễ phân giải vi sinh nhƣ bột sắn dùng hồ sợi dọc, những chất khó phân giải vi sinh nhƣ polyvinylaxetat, thuốc nhộm phân tán, thuốc nhuộm hoạt tính và các chất dùng tẩy trắng vải
Nước thải tẩy giặt có pH từ 9 đến 12 và hàm lượng chất hữu cơ cao, với COD dao động từ 0 đến 3000 mg/l Độ màu nước thải có thể đạt tới 10.000 Pt-Co trong giai đoạn tẩy ban đầu Hàm lượng cặn lơ lửng (SS) có thể lên tới 2000 mg/l, nhưng sẽ giảm dần vào cuối chu kỳ xả và giặt Thành phần chính của nước thải bao gồm thuốc nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, chất oxy hóa, cellulose, sáp, xút và chất điện ly.
Nước thải dệt nhuộm có thành phần không ổn định và đa dạng, thay đổi theo từng nhà máy và loại vải nhuộm, với môi trường nhuộm có thể là axit, kiềm hoặc trung tính Thành phần phẩm nhuộm chứa các gốc như R-SO 3 Na, R-SO 3 H, N-OH, R-NH 2, R-Cl, với pH nước thải dao động từ 2 đến 14, độ màu có thể lên đến 50.000 Pt-Co và hàm lượng COD từ 80 đến 18.000 mg/l Nước thải còn chứa các nhóm hòa tan như axit axetic, formic, chất oxy hóa (NaClO, H2O2), phẩm nhuộm trực tiếp, crom, và các nhóm không tan như phẩm nhuộm azo, aniline black, naphtine, dẫn đến độ màu, hàm lượng chất hữu cơ, độ pH và hàm lượng cặn đều không ổn định.
Bảng 1.1 Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt nhuộm
Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính của nước thải
Tinh bột, glucozo, carboxy, metyl xenlulozo, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp
BOD cao (34 – 50% tổng sản lƣợng BOD)
Nấu, tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda, silicat natri và xơ sợi vụn Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30% tổng BOD)
Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa clo,
NaOH, AOX, axit… Độ kiềm cao, chiếm 5% BOD
Làm bong NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp
Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axit axetic và các muối kim loại Độ màu rất cao, BOD khá cao (6% tổng BOD), TSS cao,
In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối kim loại, axit… Độ màu cao, BOD cao và dầu mỡ
Hoàn thiện Vết tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp, lƣợng nhỏ
1.1.3.2 Ảnh hưởng của nước thải ngành dệt nhuộm đến môi trường
Ngành công nghiệp dệt nhuộm tiêu thụ một lượng nước lớn, trung bình khoảng 200 lít cho mỗi kg vải, trong các quy trình sản xuất từ giặt xơ đến tẩy, nhuộm và giặt hoàn tất Nước thải phát sinh chứa nhiều hóa chất độc hại và nếu không được xử lý đúng cách, có thể gây hại cho môi trường Các công đoạn gia công sản phẩm dệt, đặc biệt là gia công ướt, tạo ra lượng lớn nước thải có độ kiềm cao, làm tăng pH, gây độc cho thủy sinh và ăn mòn hệ thống thoát nước Thêm vào đó, độ màu cao từ thuốc nhuộm dư thừa ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, gây tác động xấu đến cảnh quan môi trường.
Thuốc nhuộm là hóa chất có độc tính, và một số loại có khả năng gây ung thư Trên thế giới, đã có tiêu chuẩn quy định về độc chất cho một số loại thuốc nhuộm Chẳng hạn, trong ngành dệt, các loại thuốc nhuộm azo được xác định có khả năng tạo ra các hợp chất amide gây ung thư do sự phân hủy Do đó, những thuốc nhuộm chứa hợp chất nhóm azo amin đã bị cấm sử dụng.
Một số loại thuốc nhuộm có thể chứa kim loại nặng như đồng, crom và coban Trong khi đó, các loại thuốc nhuộm phản ứng màu và thuốc nhuộm trực tiếp thường không độc hại Tuy nhiên, các chất độc như sunfit, kim loại nặng và hợp chất halogen hữu cơ có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật, dẫn đến tăng dần hàm lượng qua chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nguồn nước, gây ra nhiều bệnh mãn tính và ung thư cho con người và động vật.
Một số tiêu chuẩn của nước thải Việt Nam [8]
Bảng 1.2 Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may
STT Thông số Đơn vị
Cơ sở mới Pt-Co 50 150
Cơ sở đang hoạt động Pt-Co 75 200
5 COD Cơ sở mới mg/l 75 150
Cơ sở đang hoạt động mg/l 100 200
6 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100
10 Tổng các chất hoạt động bề mặt mg/l 5 10
Tổng quan về thuốc nhuộm trong công nghệ dệt nhuộm
1.2.1 Khái quát về thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm, bao gồm các chất màu hữu cơ hoặc phức kim loại như Cu, Co, Ni, Cr Chúng hấp thụ một phần quang phổ ánh sáng và gắn kết vào vật liệu dệt theo điều kiện nhất định Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp, với đặc điểm nổi bật là độ bền màu và tính chất không bị phân hủy Màu sắc của thuốc nhuộm phụ thuộc vào cấu trúc hóa học, bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu Nhóm mang màu chứa các nối đôi liên hợp, trong khi nhóm trợ màu giúp tăng cường màu sắc bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử.
Hiện nay, thuốc nhuộm dạng phức kim loại ít được sử dụng do tạo ra lượng lớn kim loại nặng trong nước thải.
Thuốc nhuộm được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau dựa trên cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng Có hai phương pháp chính để phân loại thuốc nhuộm.
- Theo cấu tạo hóa học:
Dựa trên những đặc điểm tương đồng trong cấu trúc hóa học, cách phân loại này thường được áp dụng trong nghiên cứu của các nhà sản xuất.
Phân loại thuốc nhuộm hỗ trợ các nhà sản xuất trong việc xác định phương pháp tổng hợp phù hợp, đồng thời giúp người dùng hiểu rõ hơn về các tính chất hóa học của chúng.
Thuốc nhuộm theo cấu trúc hóa học có nhóm azo, nhóm antraquinon, nhóm nitro…
Theo lớp kỹ thuật, thuốc nhuộm được phân loại thành hai nhóm chính: hòa tan trong nước và không hòa tan trong nước Phân loại này giúp dễ dàng tra cứu và sử dụng, với sự hỗ trợ của từ điển thuốc nhuộm (Color Index) được sử dụng phổ biến toàn cầu Mỗi loại thuốc nhuộm trong cùng lớp sẽ có những tính chất kỹ thuật chung, tạo thuận lợi cho việc nhận biết và áp dụng trong thực tiễn.
Thuốc nhuộm hòa tan trong nước
Thuốc nhuộm trực tiếp là các hợp chất màu hòa tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào nhiều vật liệu như xơ xenlulo, giấy, tơ tằm, da và xơ polyamit nhờ vào lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm Chúng cung cấp nhiều gam màu từ vàng đến đen với màu sắc tương đối tươi sáng Mặc dù hòa tan trong nước, nhưng ở nhiệt độ dưới 25°C, chúng khó hòa tan hơn, với lượng tối đa có thể hòa tan khoảng 40 g/l, thường chỉ đạt từ 20-25 g/l Công thức tổng quát của chúng là Ar-SO3Na, và khi hòa tan vào nước, thuốc nhuộm sẽ phân ly.
Ar-SO 3 Na → Ar-SO 3 - + Na + (Ar là gốc hữu cơ mang màu của thuốc nhuộm)
Thuốc nhuộm axit có công thức tổng quát tương tự như thuốc nhuộm trực tiếp, với đặc điểm hòa tan trong nước và khả năng bắt màu trong môi trường axit Chúng phản ứng trung tính và mang lại gam màu đa dạng, sắc nét và tươi sáng.
Trong môi trường axit, chúng liên kết vào vật liệu bằng liên kết ion theo phương trình tổng quát như sau:
Ar-SO 3 Na + Ar 1 -NH 3 + Cl - = Ar-SO 3 H 3 N + -Ar 1 + NaCl Với: Ar: kí hiệu gốc thuốc nhuộm
Ar 1 : kí hiệu cho vật liệu in hoa
Thuốc nhuộm hoạt tính là hợp chất màu chứa các nhóm nguyên tử có khả năng tạo liên kết hóa trị với vật liệu, đặc biệt là xơ dệt trong quá trình nhuộm Điều này mang lại độ bền màu cao trước các yếu tố như gia công ướt, ma sát và nhiều chỉ tiêu khác Ngoài ra, thuốc nhuộm hoạt tính có đa dạng gam màu, bao gồm màu tươi và thuần sắc.
Thuốc nhuộm hoạt tính có công thức tổng quát dạng: S-R-T-X
+ S: là nhóm tạo cho phân tử thuốc nhuộm có tính tan
+ R: là phần mang màu, thường là các hợp chất azo (-N=N-), antraquynon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin
T là nhóm nguyên tử hoặc nhóm phản ứng có vai trò quan trọng trong việc liên kết thuốc nhuộm với sợi Nó ảnh hưởng quyết định đến độ bền của mối liên kết này, đặc biệt là độ bền màu trong quá trình gia công ướt.
+ X: là nguyên tử hay nhóm phản ứng
Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm đƣợc xem là tác nhân gây ung thƣ
Thuốc nhuộm bazơ là hợp chất màu đa dạng với nhiều gam màu tươi sáng và cường độ mạnh Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của chúng là độ bền màu kém khi giặt và tiếp xúc với ánh sáng Do đó, thuốc nhuộm bazơ thường được sử dụng để nhuộm các sản phẩm dệt từ tơ xenlulo, lụa tơ tằm, cũng như trong ngành in ấn, nhuộm giấy, và các vật liệu như mây tre, gỗ.
Thuốc nhuộm này có cấu tạo tương tự như thuốc nhuộm bazơ nhưng có khả năng bắt màu mạnh mẽ và độ bền cao hơn Nó dễ dàng phối hợp từ ba màu cơ bản, rất phù hợp cho việc in hoa, nhuộm liên tục, hoặc nhuộm các chế phẩm từ xơ PAN yêu cầu xử lý hơi trong quy trình công nghệ nhuộm Sản phẩm cung cấp đầy đủ gam màu từ vàng đến đen và hòa tan tốt trong nước.
Thuốc nhuộm không hòa tan trong nước
Thuốc nhuộm hoàn nguyên chủ yếu được sử dụng để nhuộm chỉ, vải, sợi bông và lụa visco, với hai họ màu chính là indigoit và antraquinone Mặc dù có cấu trúc và màu sắc khác nhau, tất cả các loại thuốc nhuộm này đều chứa nhóm xeton (C=O) trong phân tử, với công thức tổng quát R-C=O Đặc điểm chung của chúng là không tan trong nước và kiềm Để thực hiện quá trình nhuộm và in hoa, thuốc nhuộm hoàn nguyên cần được khử trong môi trường kiềm bằng các chất khử mạnh như NaHSO3, H2O2 hoặc dung dịch Na2SO4 + NaOH ở nhiệt độ từ 50-60 độ C.
Thuốc nhuộm lưu huỳnh là các hợp chất màu chứa nguyên tử lưu huỳnh, với các dạng cấu trúc như -S-, -SH, -S-S-, và -SO- Loại thuốc nhuộm này có khả năng tạo ra nhiều màu sắc phong phú, ngoại trừ màu tím và màu đỏ, hiện vẫn chưa được tổng hợp thành công.
Môi trường nhuộm có tính kiềm, với khả năng hấp phụ màu của loại thuốc nhuộm đạt khoảng 60-70% Phần còn lại của thuốc nhuộm sẽ hòa vào nước thải, dẫn đến việc nước thải chứa các hợp chất lưu huỳnh và chất điện ly.
Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm
Các phương pháp hóa lý đơn thuần trong xử lý chất ô nhiễm, đặc biệt là chất màu, chỉ chuyển chất ô nhiễm từ pha này sang pha khác mà không thay đổi bản chất hay cấu trúc của chúng Điều này dẫn đến nhược điểm là các phương pháp này không thể xử lý triệt để chất màu, không chuyển hóa chúng thành các chất không gây ô nhiễm hoặc các chất dễ phân hủy sinh học.
Hiện tượng keo tụ xảy ra khi các hạt keo cùng loại hút nhau, tạo thành các tập hợp hạt lớn đủ kích thước và khối lượng để lắng xuống dưới tác động của trọng lực trong khoảng thời gian ngắn.
Phương pháp keo tụ để xử lý chất màu dệt nhuộm là phương pháp tách loại chất màu gây ô nhiễm ra khỏi nước dựa trên hiện tượng keo tụ
Các hạt keo có xu hướng hút nhau do độ phân tán lớn và diện tích bề mặt riêng lớn, nhưng bị ngăn cản bởi lực đẩy tĩnh điện do cùng loại hạt tích điện cùng dấu với thế zeta (ζ) Thế zeta càng lớn thì hệ keo càng bền, ngăn cản sự kết tủa, trong khi thế zeta nhỏ khiến hạt keo dễ bị keo tụ Khi ζ bằng 0, hạt không tích điện và dễ dàng hút nhau, tạo thành hạt lớn hơn có thể lắng được, đây là cơ sở của phương pháp keo tụ.
Các chất keo tụ thường dùng:
Phèn nhôm Al2(SO4)3.nH2O (n = 14-18) và muối sắt Fe2(SO4)3.nH2O hoặc FeCl3.nH2O (n = 1-6) được xem là các chất keo tụ cổ điển Phèn nhôm là chất keo tụ phổ biến nhất tại Việt Nam, trong khi muối sắt lại được ưa chuộng ở các nước công nghiệp phát triển nhờ vào khoảng pH keo tụ tối ưu rộng hơn (5 - 9), tạo ra bông cặn nặng và bền hơn, đồng thời giảm thiểu dư lượng sắt trong nước so với phèn nhôm (pH keo tụ 5,5 - 7) Việc sử dụng phèn nhôm hoặc muối sắt làm chất keo tụ sẽ dẫn đến phản ứng thủy phân, tạo ra bông cặn hydroxit, giúp cải thiện hiệu ứng quét và phá vỡ tính bền của hệ keo.
Al 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 O → 2Al(OH)3↓ + 6H + + 3SO 4 2-
Fe 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 O → 2Fe(OH) 3 ↓ + 6H + + 3SO 4 2- Tuy nhiên do thời gian tạo hydroxit kim loại rất ngắn (cỡ micro giây) nên các ion kim loại Al 3+ và Fe 3+ chƣa kịp thực hiện chức năng chính là trung hòa điện tích hạt keo
- Polime nhôm (PAC): khi hòa tan PAC tạo các hạt polime Al 13 (thực chất là
Al 13 O 4 (OH) 24 7+ ) có điện tích vượt trội (7+) và kích thước lớn gây keo tụ mạnh, bông cặn lớn và thủy phân chậm nên tăng tác dụng của chúng lên các hạt keo cần xử lý
Hấp phụ là quá trình tích lũy chất trên bề mặt của một pha phân cách Chất có bề mặt diễn ra hiện tượng hấp phụ được gọi là chất hấp phụ, trong khi chất được tích lũy trên bề mặt đó được gọi là chất bị hấp phụ.
Hấp phụ có thể được phân loại thành hai loại chính: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý xảy ra do lực Van der Waals, trong khi hấp phụ hóa học là kết quả của các liên kết hóa học Hấp phụ hóa học không thể vượt qua đơn lớp phân tử, trong khi hấp phụ vật lý có thể tạo ra hiện tượng đa lớp giữa pha rắn và khí Hai loại hấp phụ này khác nhau về nhiệt hấp phụ, tốc độ hấp phụ và tính đặc thù; hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất bề mặt, trong khi hấp phụ hóa học yêu cầu có sự ái lực giữa bề mặt và chất bị hấp phụ.
Khả năng hấp phụ của chất phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó diện tích bề mặt riêng càng lớn thì khả năng hấp phụ càng cao Tuy nhiên, diện tích bề mặt riêng chỉ là điều kiện cần, chưa đủ để đảm bảo sự hấp phụ hiệu quả Đặc biệt, trong trường hợp hấp phụ hóa học, cần xem xét sự tương thích về kích cỡ giữa chất bị hấp phụ và kích thước mao quản của chất hấp phụ, cũng như các tương tác và liên kết giữa chúng Chất phân cực có xu hướng dễ hấp phụ lên bề mặt phân cực, trong khi chất không phân cực lại ưu tiên hấp phụ lên bề mặt không phân cực.
Các chất hấp phụ sử dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm:
Cacbon hoạt tính là một chất hấp phụ phổ biến trong xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm, đặc biệt hiệu quả trong giai đoạn xử lý triệt để sau keo tụ Tuy nhiên, do giá thành cao và hiệu suất thấp trong việc loại bỏ các phân tử màu lớn, nó không được sử dụng đơn lẻ và cần thời gian tiếp xúc dài Khi quá trình hấp phụ bão hòa xảy ra, than hoạt tính có thể được tái sinh, với mức tổn thất khoảng 10 - 15%.
Các chất hấp phụ vô cơ như đất sét, than bùn, silic oxit và một số khoáng chất khác được sử dụng làm chất hấp phụ thuốc nhuộm hiệu quả, với chi phí thấp hơn so với than hoạt tính.
Các chất hấp phụ được phát triển bởi một số công ty và tổ chức có khả năng hấp phụ hiệu quả các loại thuốc nhuộm tan, bao gồm cả thuốc nhuộm hoạt tính Một ví dụ tiêu biểu là chất hấp phụ Acrasorb.
Sinh khối được sử dụng để khử màu nước thải dệt nhuộm thông qua cơ chế hấp phụ và trao đổi ion Tuy nhiên, nếu không qua xử lý hóa học, khả năng hấp phụ thuốc nhuộm anion của sinh khối sẽ rất thấp Chitin và chitosan, hai polysacarit có cấu trúc tương tự như xenlulo, nổi bật với khả năng hấp phụ nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau, bao gồm thuốc nhuộm phân tán, trực tiếp, axit, hoàn nguyên, lưu huỳnh và thuốc nhuộm hoạt tính Bên cạnh đó, xenlulo biến tính và lignoxenlulo cũng được sử dụng để hấp phụ thuốc nhuộm axit và cation Ngoài ra, các vật liệu tự nhiên như lõi ngô, mùn cưa, thân cây mía và trấu cũng đã được thử nghiệm để kiểm tra khả năng hấp phụ thuốc nhuộm.
Hấp phụ là phương pháp phổ biến trong xử lý thuốc nhuộm hoạt tính, nhưng có nhược điểm là chỉ chuyển chất màu từ pha này sang pha khác và cần thời gian tiếp xúc Phương pháp này tạo ra lượng thải sau hấp phụ và không xử lý triệt để chất ô nhiễm.
Kỹ thuật lọc thông thường là phương pháp tách chất rắn khỏi nước bằng cách cho nước đi qua vật liệu lọc, giúp giữ lại cặn và cho nước sạch đi qua Tuy nhiên, các kỹ thuật này không thể xử lý triệt để các tạp chất, đặc biệt là thuốc nhuộm.
Tổng quan về bùn đỏ
Bauxite là quặng nhôm có nguồn gốc từ trầm tích núi lửa, thường có màu hồng hoặc nâu, được hình thành qua quá trình phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng trước đó do xói mòn Từ bauxite, người ta có thể tách ra Alumina (Al2O3), nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân, chiếm 95% tổng lượng bauxite được khai thác trên toàn cầu.
Hiện nay, 90% Alumina được sản xuất theo phương pháp Bayer Phương pháp này do nhà Hóa học Karl Bayer người Áo phát minh vào năm
Năm 1887, quặng bauxite nhôm được xác định là nguyên liệu chính để sản xuất alumina Thành phần hóa học của quặng bauxite, tính theo khối lượng oxit, bao gồm: Al2O3 chiếm 55,6%, Fe2O3 4,5%, CaO 4,4%, SiO2 2,4%, TiO2 2,8%, MgO 0,3%, và các chất khác chiếm 30%.
Nhôm oxit trong quặng bauxite phần lớn ở dạng ngậm nước (hydroxit) khi hòa tan sẽ tác dụng với NaOH tạo thành natri aluminat NaAlO 2 theo phản ứng sau:
Oxit sắt Fe2O3 không phản ứng với NaOH và do đó giữ lại trong bã Trong khi đó, silic dioxide (SiO2) tương tác với NaOH để tạo ra muối natri silicat, hòa tan trong dung dịch thông qua phản ứng.
SiO 2 + 2NaOH → Na 2 SiO 3 + H 2 O Natri silicat lại tác dụng với natri aluminat tạo thành natri alumosilicat:
Na 2 SiO 3 + NaAl(OH) 4 + NaOH → Na x [(AlO 2 ) x (SiO 2 ) y ].zH 2 O
Hợp chất natri alumosilicat ngậm nước không tan trong NaOH, ở dạng rắn lẫn vào cặn đỏ
Sau khi lắng lọc dung dịch NaAlO 2 đƣợc khuấy phân loại, dung dịch này phân hóa tạo ra hydroxit nhôm theo phản ứng sau:
NaAlO 2 + H 2 O → Al(OH)3 + NaOH Nung Al(OH) 3 ở nhiệt độ cao làm Al(OH) 3 mất nước, để thu được alumina tinh khiết theo phản ứng sau:
1.4.3 Thành phần và tác hại của bùn đỏ [38]
Bùn đỏ là sản phẩm chất thải từ công nghệ Bayer, chủ yếu được sử dụng trong tinh luyện Bauxite để sản xuất nhôm Hỗn hợp này bao gồm các tạp chất rắn và kim loại như oxit sắt, oxit nhôm, oxit silic, cùng với lượng xút dư thừa từ quá trình hòa tan và tách quặng Bauxite, dẫn đến độ pH cao của bùn đỏ Theo tiến sĩ Nguyễn Trung Minh, bùn đỏ tại Bảo Lộc, Lâm Đồng có một số thành phần hóa học đáng chú ý.
Bảng 1.5 Thành phần nguyên tố hóa học của bùn đỏ [6]
Bùn đỏ sau khi thải ra được bơm vào các ao chứa bùn đỏ, nhưng khả năng ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước bề mặt là rất cao Nước mưa và nước chảy tràn có thể mang theo các hóa chất hòa tan từ các ao này vào sông, hồ, đặc biệt khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài.
Bùn đỏ chứa các hạt cát thô (> 106 μm), với tỷ lệ thay đổi từ 0,1 đến 50%, thường là 5% Trong quá trình chế biến alumina, quặng bauxite được nghiền nhỏ, dẫn đến việc bùn thải khô tạo ra bụi mịn dễ phát tán vào không khí, gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến sức khỏe, đặc biệt là các bệnh về da và mắt Nước thải từ bùn có thể gây tổn hại cho da, làm khô ráp, nứt nẻ và có thể gây sưng tấy hoặc loét Ngoài ra, việc lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài có nguy cơ cao gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đồng thời phát tán mùi hôi và hóa chất, làm ăn mòn các vật liệu xung quanh.
1.4.4 Thực trạng thải bùn đỏ trên thế giới và Việt Nam
Trong những năm 1960 và 1970, Hungary đã khai thác từ 2 đến 3 triệu tấn bauxite mỗi năm, từng đứng thứ 7 thế giới về sản lượng Nhờ đó, quốc gia này đã phát triển công nghệ sản xuất alumina từ quặng bauxite, tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến việc tạo ra một lượng bùn đỏ khổng lồ, lên tới hơn 40 triệu m³, hiện đang được lưu giữ tại Hungary như một mối nguy tiềm ẩn cho môi trường.
Việt Nam sở hữu trữ lượng quặng bauxite nhôm phong phú khoảng 5,8 tỷ tấn, xếp hạng trong top 10 thế giới Tại miền Bắc, quặng bauxite tập trung chủ yếu ở các tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang, Sơn La và Nghệ An, trong khi miền Nam có nguồn quặng tập trung ở các tỉnh Kon Tum, Đắc Nông, Lâm Đồng, Đồng Nai, Bình Dương và Phú Yên.
Tại Tây Nguyên, bùn đỏ sau khi được thải ra sẽ được lưu trữ trong hồ chứa trong thời gian dài Tuy nhiên, nếu hồ chứa bị vỡ hoặc trong mùa mưa bão, bùn đỏ có thể tràn ra, gây ô nhiễm môi trường và tiêu diệt cây cỏ, tôm cá trong các dòng nước Tây Nguyên là nguồn cung cấp nước cho sông Đồng Nai, có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho Biên Hòa và Sài Gòn.
1.4.5 Một số phương pháp xử lý bùn đỏ
Bùn đỏ là một vấn đề môi trường nghiêm trọng do khó khăn trong việc xử lý và chiếm diện tích lớn, khiến cho khu vực này không thể sử dụng cho xây dựng hay nông nghiệp ngay cả khi đã khô Tại hầu hết các quốc gia sản xuất bùn đỏ, nó thường được bơm vào ao bùn đỏ, gây ra những thách thức trong việc quản lý và tái sử dụng đất.
Bùn đỏ chứa oxit sắt, tạo nên màu nâu đỏ đặc trưng Với dung dịch kiềm có trong bùn, tính ăn mòn cao và độ pH lớn, việc xử lý lòng hồ là cần thiết để ngăn ngừa sự tràn ra môi trường của bùn đỏ có chứa NaOH.
Các phương pháp xử lý bùn đỏ hiện nay đang được áp dụng bao gồm các phương án chính sau:
Xử lý chất lỏng đi kèm bùn đỏ có thể thực hiện bằng cách tái sử dụng trong dây chuyền sản xuất, trung hòa với nước biển nếu nhà máy gần biển, hoặc trung hòa bằng CO2.
- Chôn lấp bùn đỏ đã thải, tiến hành hoàn thổ, phục hồi môi trường
Xử lý bùn đỏ từ bãi thải có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm sản xuất vật liệu xây dựng như gạch, ngói và bê tông Ngoài ra, bùn đỏ còn được sử dụng để làm đường, chế biến sơn và chế tạo các vật liệu đặc biệt khác.
1.4.6 Một số nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ ở Việt Nam và trên thế giới
Một số nhà khoa học đang nghiên cứu ứng dụng của bùn đỏ nhằm giảm thiểu lượng bùn thải, đồng thời tận dụng nguồn nguyên liệu này để sản xuất các chế phẩm và nguyên liệu có lợi.
Nghiên cứu của Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam về công nghệ sản xuất thép và vật liệu không nung từ bùn đỏ trong quá trình sản xuất alumina tại Tây Nguyên đã cho kết quả khả quan Dự án này đã được đưa vào sản xuất quy mô công nghiệp, tạo ra hướng đi mới trong việc tận dụng nguồn nguyên liệu tái tạo và giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do khai thác bauxite hàng năm tại khu vực Tây Nguyên.