Nghiên cứu khử màu một số loại màu nhuộm hoạt tính bằng phương pháp keo tụ điện hóa

B
Ộ GIÁO DỤC V
À ĐÀO TẠO
TRƯ
ỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

LÝ TH
Ế CH
ƯƠNG NHUYNH
NGHIÊN C
ỨU KHỬ MÀU MỘT SỐ LOẠI MÀU
NHU
ỘM HOẠT TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP
KEO TỤ ĐIỆN HÓA
LU
ẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: K
ỹ thuật môi tr
ường
Mã s
ố
ngành: 60520320
TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2015.
B
Ộ GIÁO DỤC V
À ĐÀO TẠO
TRƯ
ỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

LÝ TH
Ế CH

ƯƠNG NHUYNH
NGHIÊN C
ỨU KHỬ MÀU MỘT SỐ LOẠI MÀU
NHU
ỘM HOẠT TÍNH BẰNG PH
ƯƠNG PHÁP
KEO T
Ụ ĐIỆN HÓA
LU
ẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: K
ỹ thuật môi tr
ường
Mã s
ố
ngành: 60520320
CÁN B
Ộ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TSKH LÂM MINH TRI
ẾT
TP. H
Ồ CHÍ MINH,
năm 2015
CÔNG TRÌNH
ĐƯ
ỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯ
ỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán b
ộ hướng dẫn khoa học :

GSTS. LÂM MINH TRI
ẾT
Lu
ận văn Thạc sĩ đ
ược
b
ảo vệ tại Tr
ường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày
…
tháng …… năm 2015
Thành ph
ần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
TT
H
ọ v
à tên
Ch
ức danh Hội đồng
1
GS.TSKH Lê Huy Bá
Ch
ủ tịch
2
PGS.TS Ph
ạm Hồng Nhật
Ph
ản biện 1
3
TS. Thái Văn Nam
Ph

ản biện 2
4
TS. Tr
ịnh Ho
àng Ngạn
Ủy vi
ên
5
TS. Nguy
ễn Lệ Hà
Ủy vi
ên, Thư ký
Xác nh
ận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau
khi Lu
ận văn đãđược sửa chữa
Ch
ủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯ
ỜNG
ĐH CÔNG NGH
Ệ TP. HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
C
ỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Đ
ộc lập
– T
ự do
– H

ạnh phúc
TP. HCM, ngày … tháng… năm 2015
NHI
ỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ t
ên h
ọc viên
: LÝ THÊ CH
ƯƠNG NHUYNH
Gi
ới tính
: Nam
Ngày, tháng, năm sinh : 02/12/1982 Nơi sinh : Phú Yên
Chuyên ngành : K
ỹ thuật môi trường
MSHV :1341810016
I- Tên đ
ề tài
:Nghiên c
ứu khử một số màu nhuộm hoạt tính bằng ph
ương
pháp keo t
ụ
đi
ện hóa
II- Nhi
ệm vụ v
à nội dung
:
-

Xác định được các thông số tối ưu trong thí nghiệm keo tụ một vài loại màu
nước thải hoạt tính bằng keo tụ điện hóa.
-
So sánh hiệu quả, rút ra những kết luận xác thực và đề xuất định hướng của
việc ứng dụng phương pháp keo tụ này.
III- Ngày giao nhi
ệm vụ
: … /… /2014
IV- Ngày hoàn thành nhi
ệm vụ
: … /… /2015
V- Cán b
ộ hướng dẫn:
GSTS. LÂM MINH TRI
ẾT
CÁN B
Ộ HƯỚNG DẪN
KHOA QU
ẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công tr
ình nghiên c
ứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
qu
ả nê
u trong Lu
ận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan r

ằng mọi
s
ự giúp đỡ cho việc thực hiện L
u
ận văn n
ày
đ
ã được cảm ơn và
các thông tin trích d
ẫn trong L
u
ận văn đã được chỉ rõ nguồn
g
ốc.
H
ọ
c viên th
ực hiện L
u
ận văn
Lý Thế Chương Nhuynh
ii
L
ỜI CÁM
ƠN
Lu
ận văn này được hoàn không chỉ công sức của riêng bản thân mà còn được sự
quan tâm, giúp đ
ỡ của nhiều người
Chân thành t

ỏ lòng biết ơn thầy hướng dẫn:
GS.TSKH Lâm Minh Tri
ết
đ
ã định
hư
ớng v
à tận tình chỉ dẫn để hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành c
ảm ơn TS
Bùi M
ạnh Hà, ThS. Huỳnh Ngọc Loan
đ
ã tạo điều
ki
ện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá tr
ình học tập, nghiên cứu. Đồng thời đóng góp
nhi
ều ý kiến quí báu cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Chân thành c
ảm
ơn các thầy nhận xét và phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quí
báu cho b
ản luận văn này.
Xin g
ửi lời cảm
ơn đến tất cả các bạn học cùng lớp cao học ngành
K
ỹ Thuật
Môi

trư
ờng khóa 2013
.
Cu
ối c
ùng xin được bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, nh
ững ng
ư
ời thân yêu nhất
c
ủa tôi đã nhiệt tình ủng hộ và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập và công tác của
mình.
Lý Th
ế Chương Nhuynh
iii
TÓM T
ẮT
Lu
ận văn nghiên cứu quá trình
keo t
ụ điện hóa
đ
ể
lo
ại
màu c
ủa
hai lo
ại
ph

ẩm nhuộm hoạt tính:
Sunzol Black B 150% (SBB)vàSunfix Red S3B 100%
(SRS) có trong màu pha. Quá trình nghiên c
ứu đã tìm ra các thông số thích hợp là:
m
ật độ d
òng
86,6 A/m
2
; pH =11; n
ồng độ m
àu nhuộm
50 mg/L;th
ời gian điện hóa 5
và 6 phút; n
ồng độ muối sulphate 1200 và 1400 mg/L
l
ần lượt loại màu của
SRS
(98,7% màu, 54,7% COD) và SBB (97,1% màu, 79,9% COD). V
ới n
ước thải thực
t
ế keo tụ điện hóa loại gần như triệt để >98,8 % màu trong 4 phút với mật độ dòng
130 A/m
2
. Thí nghiệm đối chứng dùng phèn nhôm để keo tụ hai lo
ại dung dịch m
àu
pha (Jar-test) cho th

ấy hiệu quả xử lý
r
ất thấp (<30%).
K
ết quả
trên m
ột lần nữa
kh
ẳng định tính
ưu việt của phương pháp xử lý
keo t
ụ điện hóa so với ph
ương pháp
keo t
ụ thông thường
.
iv
ABSTRACT
Electrocoagulation has been one of the treatment methods to reducedye
concentration of two commercial reactive dyes: Sunzol Black B 150% (SBB) and
Sunfix Red S3B 100% (SRS).
The optimal parameters: current density 86.6 A/m
2
; pH 11; dyes
concentration: 50 mg/L, reaction time 5 and 6 min; Sulphate concentrations 1200
and 1400 mg/L for dye removal of SRS and SBB, respectively. With the above
optimum surveyed conditions, the efficiency removal of color and COD were 98.7
and54.7% for SRS; and 97.7 and 79.9 % for SBB, respectively. In actual textile, the
result of color removal was very successful, dye removal efficiency was reached
over 98.8% in 4 min and 130 A/m

2
. The Jar-test compared experiment was tested on
dye aqueous with low efficiencies (below 30% in decolorization).Once again, the
results indicate a strong capacity of electrocoagulation on color removal.
v
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
L
ỜI CÁM ƠN
ii
TÓM T
ẮT
iii
ABSTRACT iv
MỤC LỤC v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ix
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH x
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4
1.1 Giới thiệu chung ngành nhuộm 4
1.2 Thuốc nhuộm trong công nghệ dệt nhuộm 5
1.2.1 Khái quát về thuốc nhuộm 5
1.2.2 Phân loại, đặc điểm thuốc nhuộm 6
1.3 Đặt điểm nước thải dệt nhuộm 11
1.4 Tác động của nước thải dệt nhuộm đến môi trường 14
CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ N
Ư
ỚC THẢI DỆT NHUỘM 16
2.1 Nghiên cứu nước ngoài 16

2.2 Nghiên cứu trong nước 18
2.3 Phương pháp xử lý n
ư
ớc thải bằng keo tụ điện hóa 20
2.3.1 Cơ sơ l
ý thuy
ết phương pháp keo tụ điện hóa 20
2.3.1.1 Khái niệm 20
2.3.1.2 Cơ chế 20
2.3.1.3 Các phản ứng chính 22
2.3.1.4 Các phản ứng phụ 25
2.3.1.5 Các thông số ảnh hưởng 29
2.3.2 Ưu và nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa 33
2.3.2.1 Ưu điểm của phương pháp keo tụ điện hóa 33
2.3.2.2 Nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa 33
vi
2.3.3 Xử lý n
ư
ớc thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa 33
2.3.3.1 Một số nước thải công nghiệp 33
2.3.3.2 Nước thải dệt nhuộm 35
CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM 37
3.1 Hóa chất và thiết bị 37
3.1.1 Hóa chất 37
3.1.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 38
3.1.2.1 Máy quang phổ so màu 38
3.1.2.2 Máy đo pH 38
3.2. Phương pháp tạo mẫu nước chứa màu và chất keo tụ 38
3.2.1 Phương pháp t
ạo mẫu nướ

c 38
3.2.2 Phương pháp Jartes 39
3.2.3 Kh
ảo sát nồng độ màu tối ưu
39
3.2.4 Kh
ảo sát quá trình xử lý màu bằng phèn nhôm
40
3.2.5 Phương pháp thí nghi
ệm
40
3.3. Khảo sát quá trình xử lý màu pha bằng điện hóa 41
3.3.1 Xác đ
ịnh pH tối ưu
42
3.3.2 Xác đ
ịnh nồn
g đ
ộ sulphate tối
ưu
42
3.3.3 Xác đ
ịnh mật độ dòng tối ưu
43
3.3.4 Xác đ
ịnh thời gian điện hóa tối
ưu
43
3.3.5 Xác đ
ịnh nồng độ màu tối ưu

43
3.4. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu 44
3.4.1 Phương pháp phân tích 44
3.4.1.1 Xác đ
ịnh độ d
ài sóng có độ h
ấp thu cực đại 44
3.4.1.2 Xác đ
ịnh pH và COD
45
3.4.2 Phương pháp xử lý số liệu 45
3.4.2.1 Phương pháp qui hồi tuyến tính 45
3.4.2.2 Phương pháp thống kê toán học 45
3.4.3.3 Tính toán trong phòng thí nghiệm phân hủy màu 45
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47
4.1. Xây d
ựng đường
chu
ẩn của màu nhuộm
47
vii
4.2. M
ối liện hệ giữa c
ường độ, mật độ dòng và thế giữa các điện cực
48
4.3. Kh
ảo sát quá trình loại màu bằng điện hóa
49
4.3.1 Pha màu 49
4.3.2 Lựa chọn đối t

ượng nghiên cứu và các yếu tố khảo sát
49
4.3.2.1 Lựa ch
ọn đối t
ượng nghiên cứu
49
4.3.2.2 Các y
ếu tố khảo sát
50
4.4. Xác đ
ịnh các yếu tố thích hợp cho quá tr
ình khử màu bằng điện hóa
51
4.4.1 Xác định pH thích hợp 51
4.4.2 Xác định nồng độ sunphate tối ưu 52
4.4.3 Xác định mật độ dòng tối ưu 53
4.4.4 Xác định thời gian tối ưu 55
4.4.5 Xác định nồng độ màu nhuộm hiệu quả 57
4.4.6 Điện năng tiêu thụ và chi phí xử lý 58
4.5 Nư
ớc thải thực tế
58
4.6 So sánh v
ới phương pháp keo tụ
60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO 65
viii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
pH

: Hydrogen Power - Đ
ộ kiềm hay độ axít trong n
ước
BOD
: Biological Oxygen Demand - Nhu c
ầu oxy sinh học
BOD
5
: Nhu c
ầu oxy sinh học sau 05 ngày
COD
: Chemical Oxygen Demand - Nhu c
ầu oxy hoá học
SS
: Suspended Solids – Ch
ất rắn lơ lửng
TSS
: Total Suspended Solids – T
ổng c
h
ất rắn lơ lửng
KLN
: Heavy Metal - Kim lo
ại nặng
ASEAN
: Association of Southeast Asian Nations – Hi
ệp Hội các
Qu
ốc
gia Đông Nam Á

WTO
: World Trade Organization - T
ổ chức thương mại thế
gi
ới
APEC
: Asia-Pacific Economic Cooperation- Diễn đàn Hợp tác
Kinh t
ế châu Á
– Thái Bình D
ương
EU
: European Union - Liên minh châu Âu
PVA
: Poly Vinyl Axetat - (-CH2-CH-COOCH3-)n
MN
: Dyes - Màu nhu
ộm
ix
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Đặc tính nước thải dệt nhuộm hoạt tính 12
Bảng 1.2 Tỷ lệ gắn màu của các màu nhuộm khác nhau 13
Bảng 3.1 Các thông số nước thải đầu vào của DNTN Tiền Kim Thành 37
Bảng 3.2 Các y
ếu tố khảo sát của
phèn nhôm 40
Bảng 3.3 Các bư
ớc v
à yếu tố thí nghiệm cho màu SRB
, SRS 41

Bảng 4.1 Đ
ộ hấp thu
ứng cực đại ứng với từng nồng độ m
àu của MN
47
Bảng 4.2 M
ối li
ên hệ giữa cường độ, mật độ dòng và hiệu thế trong thí nghiệm
đi
ện
hóa 49
Bảng 4.3 Thông s
ố các yếu tố trong thí nghiệm thay đổi thời gian
55
Bảng 4.4 Chi phí x
ử lý và điện năng tiêu thụ tại th
ời điểm tối
ưu
58
Bảng 4.5 Hi
ệu suất xử lý các dung dịch m
àu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi pH
61
Bảng 4.6 Hi
ệu suất xử lý các dung dịch màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi liều
lư
ợng ph
èn
61
x

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý dệt nhuộm và các nguồn nước thải 5
Hình 1.2 Cấu trúc màu nhuộm hoạt tính điển hình 9
Hình 1.3 Nước thải dệt nhuộm làm ô nhiễm nguồn nước 13
Hình 2.1 Ph
ẩn r
ã yếm khí nhóm azo của màu nhuộm
18
Hình 2.2 Mô hình
điện hoá cơ bản
20
Hình 2.3 Sơ đ
ồ c
ác ph
ản ứng chính trong quá tr
ình điện hoá
22
Hình 2.4 Đ
ồ thị E
– pH c
ủa sắt (A) và nhôm (B) ở nồng độ 10
÷ 6M (25
o
C, áp
su
ất khí quyển)
24
Hình 2.5 N
ồng độ của sản phẩm thủy phân Fe
3+

và Al
3+
ở thế cân bằng với
hydroxit hòa tan
ở c
ường độ ion Zero và 25
0
C 27
Hình 3.1 Đ
ặc tính lý học của các m
àu dùng trong thí nghiệm
37
Hình 3.2 Máy quang ph
ổ UV
-Vis 38
Hình 3.3 Máy đo pH 38
Hình 3.4 Mô hình Jartest dùng trong thí nghi
ệm
40
Hình 3.5 Mô hình
đi
ện hóa dùng trong thí nghiệm
41
Hình 4.1 Đ
ồ thị biểu diễn sự phụ
thu
ộc độ hấp thụ và độ màu vào hàm lượng
màu c
ủa màu Sunzol Black B 150%ở bước sóng 600 nm
48

Hình 4.2 Đ
ồ thị biểu thị sự phụ thuộc độ hấp thụ và độ màu vào hàm lượng màu
c
ủa màu Sunfix Red S3B 100%ở bước sóng 541 nm
48
Hình 4.3 D
ạng tồn tại của
Sunzol Black B trong dung d
ịch
50
Hình 4.4 D
ạng tồn tại của màu Sunfix Red S3B
50
Hình 4.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu và COD 51
xi
Hình 4.6 D
ạng tồn tại của Fe
3+
trong dung d
ịch ở các pH khác nhau
52
Hình 4.7 Ảnh h
ưởng của nồng độ sulphate đến khả năng kh
ử m
àu của SBB và
SBR 53
Hình 4.8 Ảnh h
ưởng của
m
ật độ dòng đến khả năng khử màu

54
Hình 4.9 Ảnh h
ư
ởng của thời gian đến khả năng khử màu
56
Hình 4.10 Ảnh h
ưởng của nồng độ đến khả năng khử màu
57
Hình 4.11 Tác đ
ộng chính (a) v
à tương tác (b) của mật độ và
th
ời gian trong thí
nghi
ệm xử lý nước thải thực tế
59
Hình 4.12 Hi
ệu quả xử lý keo tụ điện hóa trong thí nghiệm xử lý n
ước thải thực
t
ế
59
Hình 4.13 Hi
ệu suất xử lý màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi pH
60
Hình 4.14 Hi
ệu suất xử lý màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay
đ
ổi liều lượng phèn
60

1
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài:
Việt Nam đang trong giai đoạn đổi mới, nền kinh tế phát triển
mạnh mẽ. Cũng
như các ngành công nghiệp khác, ngành nhuộm ở Việt Nam
đang phát triển
không ngừng, nhu cầu về các sản phẩm may mặc hiện nay là rất lớn với chủng loại
sản phẩm ngày càng đa dạng. Tuy nhiên, do đặc thù của một ngành sản xuất phức
tạp, sử dụng nhiều hóa chất nên nước thải nhuộm chứa một phần lớn chất độc hại
và các chất hữu cơ, mà hiện nay hầu hết các nhà máy chưa xử lý hoặc xử lý ch
ưa
triệt để rồi thải ra môi trường làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái, sức khỏe của con
người và đời sống của sinh vật. Trong các loại nước thải nhuộm, nước thải nhuộm
hoạt tính được xem là một trong số nước thải khó xử lý nhất vì khác với các loại
màu nhuộm khác màu nhuộm hoạt tính có độ hòa tan vô hạn, độ độc cao vì thế khó
loại trừ bằng các biện pháp sinh học thông thường (Joo và cộng sự, 2007).
Đặc điểm nước thải nhuộm hoạt tính là chứa nhiều tạp chất xơ sợi, các chất lơ
lửng hữu cơ, độ mặn và độ màu cao, nên xử lý n
ư
ớc thải nhuộm rất khó khăn, với
việc bộ tiêu chuẩn dệt nhuộm mới ra đời (QCVN 13: 2008) việc xử lý n
ư
ớc thải đạt
chuẩn (đ
ộ màu<20 mg/l)
lại càng không đơn giản. Nước thải nhuộm thường kết
hợp nhiều phương pháp để xử lý, bao gồm xử lý c
ơ h
ọc, sinh học, lý hóa và trong

đó phương pháp xử lý hóa lý là công
đo
ạn chính của hệ thống. Tuy vậy, quá trình
xử lý keo tụ tạo bông thường cần một lượng lớn chất keo tụ tùy thuộc khả năng h
òa
tan, tạo ra nhiều bùn thải độc hại, đ
òi h
ỏi ngưỡng pH nhất định và nồng độ chất thải
ổn định trong quá trình vận hành, trong khi nước thải dệt nhuộm thường thay đổi
tùy theo đơn hàng ,vì vậy để xử lý hiệu quả phải làm thí nghiệm thường xuyên (Jar-
test) điều này không phải trạm xử lý nào c
ũng l
àm đư
ợc (Joo và cộng sự, 2007).
Trong các phương pháp keo tụ, keo tụ điện hóa là phương pháp tỏ ra thích hợp
trong xử lý n
ư
ớc thải này nhất vì ít cần điều chỉnh pH, tạo ra lượng bùn thải ít hơn
nhiều, trong hiệu quả hơn hẳn so với phương pháp keo tụ truyền thống. Đây là
phương pháp có từ lâu đời, năm 1887 người Anh đã dùng điện hóa đề xử lý nước
2
uống ở quy mô hộ gia đình và đến năm 1946 (Vik và cộng sự, 1984), keo tụ điện
hóa đã được dùng xử lý nước cấp cho thành phố ở quy mô công nghiệp. Ứng dụng
loại trừ ô nhiễm với các loại nước thải nhiễm kim loại nặng, thuốc trừ sâu, nhiễm
Flor cũng đạt một vài thành quả nhất định (Abdel và cộng sự, 2012). Tuy vậy do
chi phi điện chưa hợp lý cùng với công nghệ chế tạo điện cực, các phụ trợ theo kèm
chưa phát triển, đặc biệt việc ứng dụng các công nghệ hóa chất đơn giản (keo tụ, tao
bông), vi sinh ở giữa thập niên 20 dẫn đến công nghệ điện hóa chưa thế phát triển
phổ biến. Ngày nay với đòi hỏi ngày càng cao của các tiêu chuẩn, quy chuẩn môi
trường các công nghệ kia chưa thể giải quyết hoàn toàn vấn đề ô nhiễm mặt khác

với thời kỳ phát triển của công nghệ vật liệu tiên tiến trong khoảng 2 thập niên gần
đây đã có sự trở lại của công nghệ này trong xử lý nước thải (Körbahti và Tanyolaç,
2008).
Ở Việt nam việc nghiên cứu điện hóa trong xử lý môi trường chủ yếu dừng ở
oxi hóa điện hóa trên quy mô phòng thí nghiệm (Khánh, 2004), chưa đi vào thực tế.
Với mong muốn tìm ra
đư
ợc phương pháp xử lý màu tốt nhất, giảm đáng kể lượng
chất lơ lửng,
độ màu, làm giảm giá thành xử lý mà vẫn mang lại hiệu quả cao, hỗ
trợ tốt cho
quá trình xử lý phía sau, nên trong luận văn này chúng tôi tiến hành:
“Nghiên cứu khử màu một số loại màu nhuộm hoạt tính bằng phương pháp keo
tụ điện hóa”
M
ục
tiêu ch
ọn đề tài
-
Giảm màu nước thải nhuộm giả lập bằng phương pháp keo tụ điện hóa
-
Khảo sát khả năng loại màu hoạt tính của dòng điện một chiều từ đó tìm ra
điều kiện vận hành tối ưu ứng dụng công nghệ này trong xử lý nước thải thưc
tế.
Ph
ạm vi đề tài
-
Khử màu của hai màu nhuộm phổ biến có trên thị trường (lấy trực tiếp tại
công ty nhuộm) trên phạm vi phòng thí nghiệm.
-

Trên các mẫu nước thải hoạt tính giả định trong phạm vi phòng thí nghiệm.
3
-
Trên các mẫu nước thải hoạt tính của nhà máy nhuộm.
Phương pháp th
ực hiện
-
Phân tích tổng hợp tài liệu.
-
Xử lý số liệu.
-
Phương pháp xử lý bằng keo tụ điện hóa.
-
Phương pháp chuẩn độ (COD).
-
Phương pháp quang phổ so màu (UV-Vis).
Những khó khăn: phải thực hiện trên các mẫu có tính đại diện cho nước thải
nhuộm.
Nhi
ệm vụ nghiên cứu
-
Xác định được các thông số tối ưu trong thí nghiệm keo tụ một vài loại màu
nước thải hoạt tính bằng keo tụ điện hóa.
-
So sánh hiệu quả, rút ra những kết luận xác thực và đề xuất định hướng của
việc ứng dụng phương pháp keo tụ này.
Ý ngh
ĩa, hiệu quả của đề tài
-
Kết quả đề tài là bước mở đầu cho các công trình nghiên cứu áp dụng công

nghệ keo tụ điện hóa trong việc xử lý n
ư
ớc thải nhuộm, góp phần hoàn thiện
thêm công nghệ xử lý trong ngành này tại Việt nam.
-
Kết quả này có thể được áp dụng xử lý cho các ngành công nghiệp khác khó
phân h
ũy sinh h
ọc như: rỉ rác, cà phê, giấy, ….
4
CHƯƠNG 1: T ỔNG QUAN V Ề NƯỚC TH ẢI DỆT NHU ỘM
1.1. Giới thiệu chung ngành nhuộm (Loan, 2011)
Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dệt may trở thành ngành m
ũi nh
ọn,
giải quyết một lượng lớn lao động, có kim ngạch xuất khẩu lớn. Ngành dệt may
hiện là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của Việt Nam và có tốc độ tăng trưởng cao
qua các năm. Với tư cách thành viên của ASEAN, WTO, APEC… và các hiệp
định
thương mại tự do song phương, đa phương, đ
ã t
ạo điều kiện thuận lợi cho
hàng dệt
may Việt Nam có mặt nhiều hơn và rộng hơn trên các thị trường quốc tế,
đ
ã thi
ết
lập được vị thế trên các thị trường khó tính như Mỹ, EU và Nhật Bản.
Theo số liệu
của trung tâm Thương mại thế giới, Việt Nam đứng trong danh sách

Top 10 các nước có kim ngạch xuất khẩu lớn trên thế giới về hàng Dệt may
trong giai đoạn
2007 - 2009 và đứng vị thứ 3 năm 2010 với thị phần xuất khẩu
gần 3%, sau Trung Quốc (36,6%), Bangladesh (4,32%)…(Lam và Chiên, 2014;
Thanh và cộng sự, 2013). Nhuộm là một trong những công đoạn có từ lâu đời và
quan trọng của ngành dệt may
. Với sự tiến bộ vượt bậc của khoa
học kỹ thuật,
ngày nay, kỹ thuật nhuộm không những làm gia tăng sản lượng mà còn gia t
ăng
chất lượng, đa dạng về màu sắc, mẫu mã sản phẩm. Tuy
vậy, công đoạn nhuộm
vẫn chưa chú trọng đến việc quản lý và xử lý chất
thải. Với sự phát triển nhanh
yêu cầu phong phú về mẫu mã, màu sắc, chủng loại nên quá trình sản xuất sử dụng
nhiều công nghệ, nguồn nguyên liệu và hóa chất rất đa dạng. Để sản xuất các loại
vải cotton và vải pha, nguyên liệu chủ yếu là xơ bông và xơ nhân tạo. Ngoài ra còn
sử dụng các loại nguyên liệu như lông thú, đay, gai, tơ tằm để sản xuất các mặt hàng
tương ứng. Công đoạn này đ
ã th
ải ra một lượng lớn chất thải rắn và nước thải khó
xử lý đ
òi h
ỏi cần phải giải quyết. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải
dệt nhuộm có thể tóm tắt theo sơ đồ sau (Loan, 2011).
5
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý dệt nhuộm
1.2. Thuốc nhuộm trong công nghệ dệt nhuộm
1.2.1. Khái quát về màu nhuộm (Hà và cộng sự, 2011)
Màu nhuộm là những hợp chất hữu cơ có màu, có khả năng nhuộm màu và

H
ồ sợi
Nư
ớc, hồ tinh bột, phụ gia
Hơi nư
ớc
Nư
ớc
th
ải
0
Gi
ũ hồ
Enzi
m
NaOH
Nư
ớc
th
ải
D
ệt vải
H
ấp
NaOH, hóa ch
ất
Hơi
nư
ớ
c

Nư
ớc
th
ải
T
ẩy trắng
H
2
O
2
, NaOCl,
hóa ch
ất
Nư
ớc
th
ải
Làm bóng
NaOH, hóa ch
ất
Nư
ớc
th
ải
Làm s
ạch, kéo
s
ợi, chải, đánh
ống
Nguyên li

ệu đầu v
ào
Nhu
ộm, in hoa
Dung d
ịch
nhu
ộm
Nư
ớc
th
ải
Giặt
H
2
S
O
4
H
2
O
2
, ch
ất tẩy
gi
ặt
Nư
ớc
th
ải

S
ản phẩm
Hoàn t
ất
Hơi
nư
ớ
c
H
ồ, hóa chất
Nư
ớc
th
ải
6
giữ trên một số vật liệu.
Màu nhuộm có thể có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc tổng hợp. Tuy nhiên màu
nhuộm thiên nhiên ít màu, công nghệ thu tập phức tạp, số lượng ít nên trong dệt
nhuộm, lượng màu nhuộm được sử dụng chủ yếu là màu nhuộm tổng hợp.
Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị
phân hủy bởi những điều kiện, tác động khác nhau của môi trường, đây vừa là
yêu cầu với thuốc nhuộm lại vừa là vấn đề với xử lý n
ư
ớc thải dệt nhuộm. Màu
sắc của màu nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó:
bao gồm nhóm mang
màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là
những nhóm chứa các nối đôi liên
hợp với hệ điện tử π linh
đ

ộng như >C=C<,
>C=N-, >C=O, -N=N Nhóm trợ
màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử, như -SOH, -COOH, -OH, NH
2
,
đóng vai tr
ò tăng cư
ờng màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng
lượng của hệ điện tử.
Màu nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi
sử dụng. Tuy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân
chia thành các họ, các loại khác nhau thường được phân loại theo đặc tính áp dụng.
1.2.2. Phân loại, đặc điểm màu nhuộm (Loan, 2011)
Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm nhiều nhất đến màu nhuộm sử dụng
cho xơ sợi xenlullo (bông, visco ), đó là các thuốc nhuộm hoàn nguyên, lưu hóa,
hoạt tính và trực tiếp. Sau đó là các màu nhuộm cho xơ sợi tổng hợp, len, tơ tằm
như: thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ (cation), thuốc nhuộm axit.
 Màu nhuộm hoàn nguyên, bao gồm:
- Màu nhuộm hoàn nguyên không tan: là hợp chất màu hữu cơ không tan
trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát:
R=C=O. Trong quá trình nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit
không tan trong nước nhưng tan trong kiềm tạo thành layco bazơ.
-
Màu nhuộm hoàn nguyên tan: là muối este sunfonat của hợp chất layco axit
7
của màu nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO
3
Na. Nó dễ bị thủy
phân trong môi trường axit và bị oxi hóa về dạng không tan ban đầu.
Khoảng 80% màu nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon.

 Màu nhuộm lưu hóa: chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm
mang màu thuốc nhuộm) có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua
quá trình
khử. Giống như Màu nhuộm hoàn nguyên, màu nhuộm lưu hóa
dùng để nhuộm vật liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ
sợi và oxi hóa trở lại.
 Màu
nhuộm trực tiếp: đây là loại màu nhuộm anion có khả năng bắt
màu
trực tiếp vào xơ sợi xenllulo và có dạng tổng quát: Ar-SO
3
Na. Khi hòa tan
trong nước, nó phân ly cho về dạng anion màu nhuộm và bắt màu vào sợi.
Trong mỗi
màu nhuộm trực tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính
trong tổng số
thuốc nhuộm trực tiếp thì có đến 92% thuộc lớp azo.
 Màu nhuộm phân tán: đây là loại thuốc nhuộm dùng để nhuộm các loại xơ
sợi tổng hợp kị nước. Xét về mặt hóa học có đến 59% thuốc nhuộm phân
tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc antraquinon, còn lại thuộc các
lớp hóa học khác.
 Màu nhuộm bazơ - cation:
Các Màu nhuộm bazơ trước đây dùng để nhuộm tơ tằm, ca bông cầm màu
bằng ta - nanh, là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.
Chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu.
 Màu
nhuộm axit: là muối của axit mạnh và bazơ mạnh nên chúng tan
trong
nước phân ly thành ion: Ar-SO
3

Na
→ Ar
-SO
3-
+ Na
+
, anion mang màu
thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tấm tích điện dương của vật liệu. Thuốc
nhuộm axit có
khả năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm,
polyamit) trong môi trường
axit.
 Màu nhuộm (MN) hoạt tính: là màu nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng
8
với
xơ
sợi trong những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi.
Trong cấu tạo của màu nhuộm hoạt tính có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác
nhau, quan trọng nhất là các nhóm: vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin.
Là
loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền
màu giặt và độ bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những
thuốc nhuộm được phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là lớp
thuốc nhuộm quan trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải
sợi pha. Tuy nhiên, thuốc nhuộm hoạt tính có nhược điểm là: trong điều kiện
nhuộm, khi tiếp xúc với vật liệu nhuộm (xơ sợi), thuốc nhuộm hoạt tính không chỉ
tham gia vào phản ứng với vật liệu mà còn bị thủy phân.
C
ấu tạo
MN ho

ạt tính chứa trong phân tử những nhóm chức, có khả năng thực hiện liên kết
hóa học với vật liệu, do vậy độ bền màu khá cao và phổ biến ở Việt Nam cũng như
trên th
ế giới. Công thức tổng quát được biể
u di
ễn như sau:
S–R–T–X Trong đó:
 S là nhóm t
ạo cho m
àu khả năng hòa tan trong nước, thường là các nhóm chức
–SO
3
Na; –COONa; –SO
2
CH
3
. Trong m
ỗi phân tử màu thường có từ một hay nhiều
nhóm có tính tan, đây là m
ột trong những đặc tính cơ bản của MN gi
úp cho MN
ho
ạt tính đước sử dụng rất rộng rãi.
 R là nhóm mang màu c
ủa phân tử
MN, nó quy
ết định màu sắc và độ bền màu
c
ủa MN. Nhóm R trong màu hoạt tính có thể là các hợp chất mono hay
diazobenzen, ph

ức m
àu azobenzen với kim loại, hợp chất antraquinon ha
y g
ốc m
àu
c
ủa màu hoàn nguyên …
 T là nhóm t
ạo liên kết hóa học với vật liệu, đóng vai trò quan trọng trong việc
quy
ết định độ bền m
àu với giặt và cũng là nhóm quyết định hoạt tính của MN. Bằng
cách thay đ
ổi các nhóm chức trong nhóm T người ta đã tạo ra n
hi
ều loại màu hoạt
tính mong mu
ốn, phù hợp với nhiều loại vật liệu.
 X là các nhóm th
ế sẽ tách ra khỏi m
àu trong quá trình nhuộm tạo điều kiện cho
9
MN thực hiện phản ứng hóa học với vật liệu. Chúng không ảnh hưởng tới màu sắc
nhưng đôi khi
ảnh h
ưởng tới đ
ộ tan của MN.
Liên k
ết giữa các nhóm là các nối thường là các nhóm
–NH–; –NH–CH

2
– hay –
SO
2
–NH–. Đây là nh
ững nhóm có ảnh h
ưởng đáng kể tới độ bền ánh sáng, hoạt độ,
và ph
ần nào ảnh hưởng tới độ sâu màu hay cao màu của MN.
VD: Công th
ức
MN ho
ạt tính họ
monoclorotriazin Reactive Red 3, c
ấu tạo gồm 4
ph
ần như hình
1.2.
Hình 1.2 Cấu trúc màu nhuộm hoạt tính điển hình
Các lo
ại m
àu hoạt tính
Tùy vào gốc T, Trên thị trường màu hoạt tính có các họ sau:
 H
ọ m
àu triazin: đây là nhóm màu hoạt tí
nh có nhóm T là d
ẫn xuất của
triazin đư
ợc biết đến với nhiều t

ên thương mại. Màu họ triazin có họat tính mạnh
g
ồm diclorotriazin, diflorotriazin, monoclorotriazin hay monofluorotriazin.
Triazin
Monoclorotriazin
Diclorotriazin
 H
ọ màu dẫn xuất của pirimidin, họ này là dẫn xuất của di hay trichopirimidin
có ho
ạt tính kém hơn họ triazine do một nguyên tử N trong
vòng triazin
đã bị một
nguyên t
ử C thay thế đã làm giảm tính thân hạch của nhóm T. Vì vậy, chúng có
nhi
ệ
t đ
ộ nhuộm cao và thời gian phản ứng dài hơn.
10
Pirimidin
Dicloropirimidin
Tricloropirimidin
 H
ọ màu vinilsulfon, màu hoạt tính họ vinilsulfon có nhóm phản ứng T là ester
c
ủa acid sulfuric. Họ này được biết đến qua những tên gọi rem
azol, primazin,
sunzol hay sulmifix. MN vinilsulfon có ho
ạt độ thấp hơn MN diclorotriazin nhưng
cao hơn monoclorotriazin.

Ngoài các lo
ại trên còn có một số họ màu hoạt tính khác như loại chức vòng ethilen
imin, chức vòng dicloroquinoxalin….nhưng phổ biến nhất vẫn là ba họ trên.
Cơ ch
ế phản ứng màu hoạt tính trong quá trình nhuộm
Thông thư
ờng m
àu hoạt tính tạo liên kết với sợi theo hai cơ chế
Ph
ản ứng thế thân hạch:
thư
ờng xảy ra ở màu họ triazin, pimirazin.
(Ph
ản ứng gắn m
àu
)
(Ph
ản ứng thủy phân
màu)
Khi nhi
ệt độ và pH môi trường tăng, tốc độ phản ứng thủy phân sẽ lớn hơn tốc độ
ph
ản ứng gắn màu, nghĩa là màu bị phân hủy nhiều làm giảm khả năng sử dụng của
màu (gi
ảm độ tận trích). Vậy đối với loại màu này nhiệt độ và pH môi trường là
những yếu tố quan trọng.
Ph
ản ứng cộng hợp thân điện tử:
X
ảy ra ở họ màu vinilsulfon

Đ
ối với m
àu họ này thì pH không ảnh hưởng lớn đến sự thủy phân màu, màu chỉ bị