nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN





CÙ THỊ VÂN ANH




NGHIÊN CỨU TÁCH THU HỒI THUỐC NHUỘM DƢ
TRONG NƢỚC THẢI NHUỘM BẰNG MÀNG LỌC
VÀ KHẢ NĂNG GIẢM THIỂU FOULING CHO QUÁ
TRÌNH LỌC TÁCH THUỐC NHUỘM QUA MÀNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC















ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN





CÙ THỊ VÂN ANH




NGHIÊN CỨU TÁCH THU HỒI THUỐC NHUỘM DƢ
TRONG NƢỚC THẢI NHUỘM BẰNG MÀNG LỌC VÀ

KHẢ NĂNG GIẢM THIỂU FOULING CHO QUÁ TRÌNH
LỌC TÁCH THUỐC NHUỘM QUA MÀNG



Chuyên ngành : Hóa Môi trƣờng
Mã số 60 44 41


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC



NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN THỊ DUNG










MỤC LỤC
M U 8
NG QUAN 3
c thi dt nhu lý 3
1.1.1. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải 3
1.1.2. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường 4

1.1.3. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm . 6
1.2. Gii thiu v màng lc và các quá trình phân tách màng 8
1.2.1. Phân loại màng lọc 9
1.2.2. Module màng lọc 10
1.2.3. Mô hình dòng qua module và cách sắp xếp hệ thống module 11
1.2.4. Một số đặc tính của màng 13
1.2.5. Các quá trình màng dùng động lực áp suất 14
1.2.6. Cơ chế tách qua màng 16
1.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng 17
1.2.8. Một số ứng dụng của màng lọc 19
1.3. Bin tính b mt màng lc 23
1.3.1. Kỹ thuật trùng hợp bề mặt 24
1.3.2. Kỹ thuật phủ nhúng 25
1.3.3. Kỹ thuật trùng hợp plasma 25
1.3.4. Xử lý nhiệt trong môi trường ozone (O
3
) 26
1.3.5. Trùng hợp ghép quang bằng tia UV 27
1.4. Mc tiêu nghiên cu 29
U 30
2.1 Hóa cht, dng c, thit b 30
2.1.1 Hóa chất 30
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị 31
u 33


2.2.1. Đánh giá khả năng tách thuốc nhuộm của màng 33
2.2.2. Xác định độ giảm năng suất lọc theo thời gian 34
2.2.3. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường pH khác nhau 35
2.2.4. Đánh giá khả năng phục hồi năng suất lọc bằng phương pháp rửa 35

2.2.5. Biến tính bề mặt màng lọc 35
2.2.6. Xác định lượng polyme được trùng hợp ghép lên bề mặt màng 36
2.2.7. Xác định lượng thuốc nhuộm hấp phụ lên màng trong quá trình lọc 36
2.2.8. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất bề mặt màng 36
T QU THC NGHIM VÀ THO LUN 38
3.1. Xây dng chunh n thuc nhum 38
3.1.1. Xác định bước sóng hấp thụ cực đại của các dung dịch thuốc nhuộm 38
3.1.2. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm 38
3.2. Kh i thuc nhum ca màng  u kin khác nhau 40
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch 40
3.2.2. Ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch 41
3.2.3. Ảnh hưởng của áp suất dòng qua module màng 42
3.2.4. Ảnh hưởng của loại thuốc nhuộm 43
3.2.5. So sánh khả năng lọc thuốc nhuộm của một số loại màng khác nhau 46
3.2.6. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường có pH khác nhau 47
3.2.7. Kết quả tách thuốc nhuộm trên một số mẫu nước thải nhuộm thực tế 50
3.3. Kh m fouling cho quá trình lc tách thuc nhum qua màng 52
3.3.1. Làm sạch màng bằng phương pháp rửa 52
3.3.2. Biến tính bề mặt màng 53
3.3.2.1. Tác động bức xạ tử ngoại lên bề mặt màng 53
3.3.2.2. Trùng hợp ghép axit maleic lên bề mặt màng 56
3.3.2.3. Trùng hợp ghép axit acrylic 61
KT LUN 66
TÀI LIU THAM KHO 67


MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1. Module sợi rỗng 10
Hình 1.2. Module khung bản 11

Hình 1.3. Module cuộn 11
Hình 1.4. Sơ đồ dòng qua module màng lọc 12
Hình 1.5. Sơ đồ quá trình lọc gián đoạn 12
Hình 1.6. Sơ đồ hệ lọc màng liên tục 13
Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống sản xuất nước siêu sạch dùng màng lọc 21
Hình 1.9. Kỹ thuật trùng hợp bề mặt 25
Hình 1.10. Kỹ thuật phủ nhúng 25
Hình. 1.11. Quá trình trùng hợp ghép bề mặt dưới bức xạ UV 28
Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị lọc màng liên tục tự lắp đặt 32
Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị thử màng lọc phòng thí nghiệm 33
Hình 3.1. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Red 3BF 38
Hình 3.2. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Blue MERF 39
Hình 3.3. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Yellow 3GF 39
Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch thuốc nhuộm đến năng suất lọc: Red
3BF (JR), Blue MERF (JB) và Yellow 3GF(JV) 40
Hình 3.5. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc dung dịch 42
Hình 3.6. Độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc của dung dịch 42
Hình 3.7. Ảnh hưởng của áp suất dòng vào đến năng suất lọc 43
Hình 3.8. Màu của dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Yellow 3FG và 44
dịch lọc qua màng 44
Hình 3.9. Màu của dung dịch thuốc nhuộm phân tán Yellow E3G và dịch lọc qua
màng 44
Hình 3.10. So sánh năng suất lọc đối với các dung dịch thuốc nhuộm khác nhau: . 44
Hình 3.11. Độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc các dung dịch 45
Hình 3.12. So sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch 47


Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH đến sự thay đổi tính năng tách của màng 48
Hình 3.14. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng 49
Hình 3.15. Ảnh chụp SEM bề mặt màng ban đầu (trái) và sau khi ngâm trong các

môi trươ
̀
ng pH=10 (giữa) và pH = 1 (phải) 49
Hình 3.16. So sánh màu sắc và độ trong của một số mẫu nước thải nhuộm 50
Hình 3.17. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc 51
Hình 3.18. Khả năng làm sạch màng bằng phương pháp rửa với các tác nhân rửa
khác nhau: nước (J
w1
), Na
5
P
3
O
10
(J
w2
) và axit xitric (J
w3
) 52
Hình 3.19. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng khi bề mặt màng được
tác động bởi bức xạ tử ngoại trong các điều kiện khác nhau 53
Hình 3.20 Ảnh hưởng của chiếu bức xạ đến tính năng tách của màng 54
Hình 3.21. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng 55
Hình 3.22. Ảnh chụp AMF bề mặt màng trước và sau khi chiếu bức xạ tử ngoại 55
Hình 3.23. So sánh tính năng lọc của màng nền (J mn) và màng trùng hợp (J,S) 58
Hình 3.24. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng nền và 60
Hình 3.25. So sánh năng suất lọc của màng nền (J,mn) và các màng 63
Hình 3.26. Ảnh chụp AFM bề mặt màng nền và màng trùng hợp ghép 64
Hình 3.27. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng nền và màng trùng hợp ghép với MA 65
Hình 3.28. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng nền và màng trùng hợp ghép với AA 65

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt-nhuộm 5
Bảng 1.2. Mô
̣
t số mu
̣
c tiêu ta
́
ch loa
̣
i ca
́
c chất ô nhiê
̃
m cu
̉

a ma
̀
ng RO 23
Bảng 3.1. Năng suất lọc của màng với ba loại dd thuốc nhuộm 41
Bảng 3.2. So sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch thuốc nhuộm 46
Bảng 3.3. Năng suất lọc và độ lưu giữ thuốc nhuộm của màng 48
Bảng 3.4. Tính chất các mẫu nước thải nhuộm trước và sau khi lọc qua màng 51
Bảng 3.5. Độ lưu giữ và năng suất lọc của màng sau khi chiếu bức xạ tử ngoại 54
Bảng 3.6. Tính năng lọc của các màng trùng hợp ghép với MA (dd 5%) 57
Bảng 3.7. Tính năng tách của màng trùng hợp ghép MA theo phương pháp nối tiếp 59
Bảng 3.8. So sánh lượng polyme được trùng hợp ghép từ axit maleic lên màng 60
Bảng 3.9. So sánh lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng 61
Bảng 3.10. So sánh giữa các màng trùng hợp axit maleic (MA) và axit acrylic (AA) 62
Bảng 3.11. So sánh tính năng lọc của các màng trùng hợp ghép AA 5% và MA 5% 63














BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AA: axit acrylic

AFM:  



DS: phân tán
FTIR  
MA: axit maleic



SS: song song

1

MỞ ĐẦU


                

  






        




                
              


 
,








2




 

“Nghiên cứu tách thu hồi
thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu
fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng”



3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Nƣớc thải dệt nhuộm và các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
1.1.1. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải
Ngành dt nhum là ngành công nghip có dây chuyn công ngh sn xut
khá phc tp vi nhiu loi hình công ngh khác nhau. Quá trình sn xut s dng
các ngun nguyên liu, hóa cht khác  sn xut các mt hàng vi mu mã,
màu sc, chng loi rng. Nguyên liu ch y
sn xut các loi vi cotton và vi pha, ngoài ra còn dùng các nguyên li

ng công ngh dt nhum gn: Kéo si, dt
vi và x lý (nu ty), nhum và hoàn thin vn chính gm[14-42]:
Làm sạch nguyên liệu: Nguyên liu bông thô cha các si bông có kích
c khác nhau cùng vi các tp ch, làm sch và tru.
Chải: Các si c chi song song và to thành các si thô.
Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: Kéo si thô ti các máy s gim kích
c s bn và qun si vào các ng thích hp. Si con trong các ng nh
h ng thành các qu  chun b dt vi. Mc s chun b cho công
n h si.
Hồ sợi dọc: H si bng h tinh bt và tinh bt bi to màng h bao
quanh s b  bóng ca si. Ngoài ra còn dùng các loi h
nhân to n
Dệt vải: Kt hp si ngang và si d hình thành tm vi mc.

Giũ hồ: Tách các thành phn h bám trên vi mc bng enzim hoc axit
t bc, xà phòng, xút, cht ngm ru
ty.
Nấu vải: Loi tr phn h còn li và các tp cht thiên nhiên ci. Vi
c nu trong dung dch kim và các cht ty git  áp sun 3 at, nhi
n 130
0
c git nhiu ln.
4

Làm bóng vải: M si cotti tr nên xp, thm
      t màu thuc nhu ng dùng dung dch
NaOH n 300 ppm, nhi 10
0
C n 20
0
c git nhiu ln.
Tẩy trắng: Các cht tng dùng là NaClO
2
, NaOCl hoc H
2
O
2
cùng vi
các hóa cht ph tr khác.
Nhuộm vải và hoàn thiệnng s dng các loi thuc nhum tng hp và
các hóa cht tr nhu  gn màu ca vi. Phn thuc nhu
gn vào vi s c thi. T l màu gn vào si nm trong khon
98%, tùy thuc vào công ngh nhum, loi v màu yêu c u qu
quá trình nhum, các hóa chc s dng là các loi axit H

2
SO
4
, CH
3
COOH, các
mui sunfat natri, các cht c
Nguc thi phát sinh trong công ngh dt nhum là t n
h s, nu, ty, nhum và hoàn tc thi ch yu do
quá trình git sau mc thn git sau nhum chim t
n 60 % tc thi.
1.1.2. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường

C
 


 móc


* Các chất độc với vi sinh và tôm cá 


hay dung môi.
5

* Các chất khó phân giải vi sinh 
- 

* Các chất tương đối không độc và có thể phân giải vi sinh 

 

.
-

              


sunfa.
-

Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt-nhuộm [14 ]
Công đoạn
Chất ô nhiễm trong nƣớc thải
Đặc tính của nƣớc thải




BOD)




cao 




BOD

Làm bóng







cao, TS cao
In







6

  

   
-50 mppm. Tuy nhiên, , 
          
  
.
1.1.3. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm


-  cách   



- 
         

- 


-           

T

    


ppm

ppm 
7




 có các  
* Phương pháp đông keo tụ


 





               

3

sau    
* Phương pháp hấp phụ các 
          
  


 500 m
2
/g. 

* Phương pháp oxi hóa




3

 

8



2

O
2
trong môi tr
 

* Phương pháp sinh học






5

  


 
 . 
  .
 


* Phương pháp màng lọc


  khá 
COD 
 %. K 
  [9,17,

18, 26,28,37,46].
1.2. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng
9


    
 pha



       


1.2.1. Phân loại màng lọc



  

               


xenlophan, cuprophan
 


 28].








10











1.2.2. Module màng lọc


[7, 28].

 Module sợi rỗng

Hình 1.1. Module sợi rỗng



 Module khung bản
11

Hình 1.2. Module khung bản


 ra ngoài theo các kênh khác nhau.
 Module cuộn
       
 150
 30 cm [7,9,28].

Hình 1.3. Module cuộn
1.2.3. Mô hình dòng qua module và cách sắp xếp hệ thống module màng lọc
12

,  3 
()  
 Hình 1.3.

Module
Pha đi vào Pha lưu giữ
Pha thấm qua

Hình 1.4. Sơ đồ dòng qua module màng lọc

     

hình 1.5.

Dung dịch vào
Dung dịch thấm qua

Hình 1.5. Sơ đồ quá trình lọc gián đoạn




13

Dung dịch vào Dung dịch lưu giữ
Dung dịch thấm qua

Dung dịch vào
Dung dịch lưu giữ
Dung dịch thấm qua


Dung dịch vào
Dung dịch lưu giữ
Dung dịch thấm qua

Hình 1.6. Sơ đồ hệ lọc màng liên tục
1.2.4. Một số đặc tính của màng
 Mật độ lỗ


8
 10
9

2




 Độ thấm ướt




14

 Độ xốp của màng


[2,4,6,7].
 Chiều dày màng



màng polyme -

 Độ nén ép

 


 
 7].
 Trở lực của màng
 


 7].
1.2.5. Các quá trình màng dùng động lực áp suất



[3,16,28].

15

 Vi lọc (Microfiltration)



polyme).
 Siêu lọc (Ultrafitration)
ó kích






 Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis)





 Lọc nano (Nanofiltration)
       








16



 





 
Hình 1.7.

Hình 1.7. Giới hạn tách của các loại màng lọc dùng động lực áp suất
1.2.6. Cơ chế tách qua màng


[4,7,20]:
 Thuyết sàng lọc



          

17



 Thuyết hòa tan khuếch tán

               




 Thuyết mô hình mao quản

 





1.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng
* Sự phân cực nồng độ và tắc màng (fouling)





[4,7,28].
          

