Việc xử lý nước thải nhuộm là một vấn đề khá lý thú về mặt khoa học và công nghệ, song
cũng là vấn đề khá khó khăn và đầy thách thức.
Kết quả nghiên cứu đã cho thấy: Chất xúc tác oxit hỗn hợp HBM/TB rất có
triển vọng trong xử lý nước thải nhuộm, chứa các phân tử hữu cơ phức tạp và khối lượng phân tử lớn.
Chất keo tụ HBM/KT có hiệu suất xử lý
COD và khử màu của nước thải nhuộm cao. Kết hợp 2 phương pháp keo tụ và oxi hóa
xúc tác nói trên có thể dẫn đến một công nghệ xử lý nước thải nhuộm hiệu quả và kinh tế.
Bạn đang xem nội dung tài liệu Xử lý nước thải nhuộm bằng phơng pháp kết hợp keo tụ-Oxi hóa xúc tác (KT-OXHXT), để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
452
Tạp chí Hóa học, T. 43 (4), Tr. 452 - 456, 2005
Xử lý nớc thải nhuộm bằng phơng pháp kết hợp
keo tụ-Oxi hóa xúc tác (KT-OXHXT)
Đến Tòa soạn 29-9-2004
Trần Kim Hoa1, Phạm Trọng Nghiệp1, Ngô Phơng Hồng1
Đặng Xuân Việt2, Nguyễn Hữu Phú1
1Phòng Hóa lý - Bề mặt, Viện Hóa học, Viện KH&CN Việt Nam
2Tr0ờng Đại học Bách Khoa H3 Nội
Summary
Wastewater of the dyeing unit of the Hanoi textile-dyeing Company (Hanosimex) was treated
by coagulation method with the HBM/KT powder and by catalytic oxidation with the hydrogen
peroxide (H2O2) over HBM/TB catalyst. HBM/KT coagulator and HBM/TB catalyst were
prepared at the Laboratory of Surface Sciences and Catalysis, Institute of Chemistry, Vietnamese
Academy of Science and Technology.
The obtained results demonstrated that the combination of the coagulation method with the
catalytic heterogeneous oxidation would be an appropriate technique for effectively treating
reactive dyeing effluent.
I - Mở đầu
Nớc thải các nh máy dệt - nhuộm chứa rất
nhiều chất hữu cơ mang mu nên thờng đợc
xem nh một trong những nguồn gây ô nhiễm
quan trọng cho môi trờng nớc.
Thuốc nhuộm đợc tổng hợp từ các hợp chất
hữu cơ có phân tử lợng khá lớn, chứa nhiều
vòng thơm (đơn vòng, đa vòng v dị vòng),
nhiều nhóm chức khác nhau (nhóm mang mu,
axit, bazơ,...) [12]. Do đó, việc xử lý nớc thải
nhuộm l vấn đề không đơn giản. Thực vậy,
ngời ta phải dùng các kỹ thuật xử lý khác nhau
nh: keo tụ, hấp phụ, oxi hóa tiên tiến
(advanced oxidation O3/H2O2/UV), oxi hóa xúc
tác (đồng thể, dị thể) v.v. hoặc áp dụng đồng
thời các kỹ thuật đó để xử lý một cách tối u các
nguồn nớc thải nhuộm [3 - 7].
Trong bi báo ny, chúng tôi trình by một
số kết quả xử lý nớc thải nhuộm bằng phơng
pháp keo tụ, oxi hóa xúc tác dị thể v bằng kỹ
thuật kết hợp cả hai phơng pháp trên (keo tụ v
oxi hóa xúc tác, KT-OXHXT) để xử lý các dung
dịch thuốc nhuộm hoạt tính (TNHT) v các
nguồn nớc thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính. So
với các loại thuốc nhuộm khác (thuốc nhuộm
phân tán, hon nguyên, axit, thuốc nhuộm trực
tiếp,...) thì thuốc nhuộm hoạt tính có hệ số tận
dụng thấp nhất [1, 5] gây ra nguy cơ ô nhiễm
lớn nhất cho nớc thải nhuộm, nên việc nghiên
cứu xử lý lợng d thừa thuốc nhuộm hoạt tính
trong nớc thải l điều hết sức cần thiết v đợc
quan tâm đặc biệt.
II - Thực nghiệm
Trong nghiên cứu ny, chúng tôi đ] sử dụng:
- Thuốc nhuộm hoạt tính Remazol Brilliant
Blue (RBB) với gốc mang mu antraquinon.
Công thức hóa học của RBB:
C22H16N2O11S3Na2
Khối lợng phân tử: 626,5 đvC.
453
Khả năng hấp thụ cực đại: max = 590 nm.
RBB l thuốc nhuộm có phân tử lợng lớn,
khó xử lý mất mu [1].
Nớc thải nhuộm lấy trực tiếp từ phân
xởng nhuộm của Công ty Dệt may H Nội
(Hanosimex).
Phản ứng oxi hóa thuốc nhuộm RBB đợc
tiến hnh trong bình cầu dung tích 250 ml:
100ml dung dịch RBB 100 mg/l + H2O2 (nồng
độ 30%), với tỷ lệ H2O2: dung dịch RBB thay
đổi từ 0,02 - 0,2% (%v/v: thể tích H2O2/thể tích
dung dịch); lợng xúc tác rắn từ 1 g/l đến 4 g/l.
Tất cả hỗn hợp phản ứng đợc khuấy liên tục v
đợc duy trì ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau
(từ 30 đến 90oC).
COD của dung dịch đợc xác định theo
phơng pháp tiêu chuẩn Cr2O7
2-/Cr3+.
- Hiệu quả xử lý COD đợc tính theo công
thức:
100(%)
0
0 ì
=
COD
CODCOD t
COD
Trong đó: (COD)o l giá trị COD của mẫu trớc
phản ứng; (COD)t l giá trị COD của mẫu tại
thời điểm phản ứng t.
- Độ chuyển hóa RBB DRBB đợc xác định
100(%)
0,
,0, ì
=
RBB
tRBBRBB
D D
DD
RBB
Trong đó: D l mật độ quang ở max = 590 nm
(vng cam), D đợc xác định trên máy GBC-
2855 (Đức)
Chất xúc tác rắn đợc chế tạo từ hỗn hợp
các oxit kim loại. Hm lợng các oxit đợc xác
định bằng phơng pháp hấp thụ nguyên tử AAS
trên máy Perkin-Elmer 1100 B nh trên bảng 1.
Bảng 1: Hm lợng các oxit trong chất xúc tác rắn HBM/TB
Thnh phần Hm lợng, % Thnh phần Hm lợng, %
SiO2 39,80 MgO 2,30
Fe2O3 5,18 Na2O 0,87
Al2O3 19,50 K2O 1,13
TiO2 0,23 CuO 0,75
CaO 26,60
Bề mặt riêng (BET) 7,85 m2g-1
Bề mặt riêng v kích thớc mao quản của
chất xúc tác đợc xác định bằng phơng pháp
hấp phụ N2 ở 77 K trên máy NOVA-2000
Ver.6.10 l 7,85 m2/g v 30 - 40 Å tơng ứng.
Chất xúc tác ny có thể tiếp xúc dễ dng với
thuốc nhuộm RBB vì có kích thớc mao quản
khá lớn so với kích thớc phân tử RBB.
III - Kết quả v2 thảo luận
1. Oxi hóa RBB trên xúc tác oxit tổ hợp
HBM/TB
Trớc tiên, phản ứng oxi hóa RBB với H2O2
trên xúc tác HBM/TB đợc thực hiện ở 50oC.
Trên hình 1, trình by các kết quả nghiên
cứu chuyển hóa của RBB phụ thuộc vo thời
gian phản ứng với các lợng chất xúc tác khác
nhau.
Từ hình 1 nhận thấy rằng, hm lợng xúc
tác thích hợp nhất cho quá trình oxi hóa RBB l
3 (g/l).
Các thực nghiệm oxi hóa xúc tác RBB ở
những điều kiện khác nhau (nhiệt độ phản ứng,
hm lợng H2O2) cũng đ] đợc tiến hnh. Từ
các kết quả nghiên cứu nhận đợc có thể kết
luận rằng:
Oxi hóa xúc tác dị thể RBB với H2O2 trong
điều kiện phản ứng gián đoạn nói trên xảy ra
trong điều kiện ở nhiệt độ 50oC, hm lợng xúc
tác 3 g/l, hm lợng H2O2 0,05% (%v/v) v thời
gian phản ứng 20 phút.
Hình 2 giới thiệu kết quả phân tích mẫu
454
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Thời gian, phút
Đ
ộ
ch
uy
ển
hó
a
R
B
B
,%
3g/l
4g/l
2g/l
1g/l
thuốc nhuộm hoạt tính RBB đ] đợc xử lý với DRBB > 90.
Hình 1: Động học phản ứng oxi hóa RBB bằng H2O2 trên xúc tác HBM/TB
Điều kiện thực nghiệm: 100 ml dung dịch RBB 100 (mg/l); 0,2%H2O2 (%v/v: thể tích H2O2 30%/thể
tích dung dịch); Nhiệt độ phản ứng: 50oC; pH = 4; áp suất: 1 atm.
Hình 2: Phổ UV-Vis của các mẫu thuốc nhuộm RBB đợc xử lý ở mức độ
Từ hình 2 nhận thấy, phổ UV-Vis của mẫu
RBB ban đầu (trớc khi oxi hóa xúc tác) có các
đám phổ đặc trng ~233 nm cho các liên kết
C=O v C=C liên hợp trong mạch thẳng v
mạch vòng [2], đám phổ 281 nm đặc trng cho
các vòng benzen đa nhân [8], 590 nm đặc trng
cho max của RBB.
Sau xử lý, (D RBB > 90), các đám phổ nói
trên hầu nh biến mất, lúc đó dung dịch trở nên
không mu v cấu trúc phân tử của RBB hầu
nh không còn bảo ton, bị oxi hóa phân hủy
thnh các "mảnh" phân tử ngắn hơn, không đặc
590
251
281,8
233
RBB ban đầu
RBB + H2O2
Đ
ộ
hấ
p
th
ụ,
A
bs
Độ di sóng, nm
Lợng chất xúc tác
455
0
200
400
600
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Lợng chất keo tụ, g/l
C
O
D
0
25
50
75
100
Đ
ộ
gi
ảm
C
O
D
,%
trng cho các nhóm mang mu của thuốc
nhuộm ban đầu.
2. Keo tụ n+ớc thải nhuộm
Nớc thải nhuộm đợc lấy trực tiếp từ phân
xởng nhuộm của Công ty Hanosimex, H Nội.
Nớc thải ny chứa nhiều tạp chất (xơ, bụi),
muối khoáng v l nớc thải của thuốc nhuộm
hoạt tính. Nớc thải nhuộm có độ hấp thụ cực
đại max = 530 nm (xanh lục) nên thuốc nhuộm
có mu tím đỏ.
Thoạt tiên, nớc thải nhuộm ny đợc keo
tụ bằng các muối Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3, PAC, ...
Hiệu suất khử mu bằng keo tụ với các muối đó
rất thấp, chỉ đạt 10 - 15%.
Bằng chất keo tụ HBM/KT đợc chế tạo bởi
Phòng Hóa lý - Bề mặt, Viện Hóa học, Viện
KH&CN Việt Nam, kết quả keo tụ nớc thải
nhuộm Hanosimex nhận đợc đợc trình by
trên hình 3.
Từ hình 3 nhận thấy rằng, với hm lợng
chất keo tụ 0,5 g/l thì giá trị COD ban đầu
620 mg O/l giảm xuống 130 mg O/l, tơng
đơng với hiệu quả xử lý COD, COD = 80%. Sau
đó, tăng lợng chất keo tụ không lm giảm đáng
kể COD, có lẽ do một số phân tử hữu cơ có phân
tử lợng nhỏ, không bị lôi cuốn vo quá trình
keo tụ - tủa bông.
Hình 3: Sự phụ thuộc của nồng độ COD vo
lợng chất keo tụ
Trên hình 4, giới thiệu phổ UV-Vis của mẫu
nớc thải nhuộm Hanosimex trớc v sau khi xử
lý với 0,5 g/l HBM/KT.
Từ hình 4 nhận thấy rằng, sau keo tụ nồng
độ mu của đám phổ max = 530 nm hầu nh
không còn nữa. Chỉ còn lại một ít ở = 290 nm,
đặc trng các nhóm C-H, C=C v -COOH mạch
thẳng [2] của các phân tử nhỏ ho tan tốt.
Nh vậy, HBM/KT l một chất keo tụ khá
tốt để xử lý (lm mất mu v giảm COD) của
nớc thải nhuộm. Nếu so sánh với kết quả của
[1], thì hiệu quả xử lý COD của chất keo tụ
HBM/KT tốt hơn so với MgCl2 v hm lợng
530,0
Hình 4: Phổ UV-Vis của mẫu nớc thải nhuộm trớc v sau keo tụ-tủa bông
Trớc khi keo tụ
Sau khi keo tụ
290,0
Đ
ộ
hấ
p
th
ụ
Độ di sóng
( )
456
0
75
150
225
300
375
450
0 2 4 6
Thời gian, h
C
O
D
0
25
50
75
100
C
hu
yể
n
hó
a
C
O
D
,%
chất keo tụ cũng nhỏ hơn đáng kể.
3. Kết hợp ph+ơng pháp keo tụ v5 oxi hóa
xúc tác
Nh đ] thấy ở hình 3, để đạt đợc hiệu quả
xử lý COD 80%, chúng ta phải sử dụng 0,5
g/l chất keo tụ HBM/KT.
Tuy nhiên, trong thực tế, nếu muốn giảm
lợng "bùn" do keo tụ thì chúng ta không nhất
thiết phải xử lý đến mức COD 130 mgO/l. M
có thể l chỉ đạt đến mức ~400 (mgO/l) tơng
ứng với lợng chất keo tụ 0,2 - 0,25 mg/l
HBM/KT. Sau đó tiến hnh oxi hóa xúc tác với
H2O2 trên chất xúc tác HBM/TB.
Thực vậy, các kết quả nhận đợc nh trên
hình 5.
Hình 5: Động học phản ứng oxi hóa thuốc
nhuộm Hanosimex với H2O2 trên chất xúc tác
HBM/TB
Điều kiện phản ứng: Dung dịch thuốc nhuộm:
100 ml; lợng xúc tác: 1 g/l; lợng H2O2: 0,2%
(%v/v); nhiệt độ: 50oC; áp suất: 1 atm.
Từ hình 5, có thể nhận thấy rằng, có thể dễ
dng giảm giá trị COD của nớc thải nhuộm từ
400 mgO/l xuống 60 - 70 mgO/l bằng phơng
pháp oxi hóa xúc tác trên chất xúc tác oxit hỗn
hợp HBM/TB.
Nh vậy, kết hợp 2 phơng pháp keo tụ v
oxi hóa xúc tác dị thể v H2O2 có thể l một
biện pháp hữu hiệu để xử lý nớc thải nhuộm,
vừa giảm thiểu ô nhiễm phụ, vừa kinh tế nếu
biết tối u hóa giữa lợng H2O2 v lợng chất
keo tụ HBM/KT dùng cho quá trình xử lý.
IV - Kết luận
Việc xử lý nớc thải nhuộm l một vấn đề
khá lý thú về mặt khoa học v công nghệ, song
cũng l vấn đề khá khó khăn v đầy thách thức.
Kết quả nghiên cứu đ] cho thấy:
Chất xúc tác oxit hỗn hợp HBM/TB rất có
triển vọng trong xử lý nớc thải nhuộm, chứa
các phân tử hữu cơ phức tạp v khối lợng phân
tử lớn.
Chất keo tụ HBM/KT có hiệu suất xử lý
COD v khử mu của nớc thải nhuộm cao.
Kết hợp 2 phơng pháp keo tụ v oxi hóa
xúc tác nói trên có thể dẫn đến một công nghệ
xử lý nớc thải nhuộm hiệu quả v kinh tế.
T2i liệu tham khảo
1. Đặng Xuân Việt v cộng sự. Tạp chí Công
nghiệp Việt Nam, số tất niên, Tr. 27,
3/2004.
2. Cao Hữu Trợng, Hong Thị Lĩnh. Hóa học
thuốc nhuộm, Nxb. Khoa học v Kỹ thuật,
H Nội (2002).
3. E. Menezes, et al. Developments in waste-
water treatment methods, Textile Finishing,
Vol. 9, September (2003).
4. Lo Stuart Tsui, et al. Removal of dissolved
textile dyes from wastewater by a compost
sorbent, Coloration Technology, 119 (2003).
5. Naoki Harada and Mahito Fujita, Reduction
of Colored effluent load, Technical Report,
Sumitomo Chemical Co., Ltd. Duestuff
Application Technical Center (1997).
6. P. C. Fung et al, Decolorisation and
degradation kinetics of reactive dye waste-
water by UV/Ultrasonic/peroxide system.
JSDC Vol. 116, May/June 2000.
7. Rashni Sanghi and Bani Bhatttachanga,
Review on decolonisation of aqueous dye
solutions by low cost adsorbents, Coloration
Technology, 118 (2002).
8. Trần Quốc Sơn. Cơ sở lý thuyết Hóa hữu cơ,
Nxb. Giáo dục, Tr. 132 - 156 (1974).
457
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- congnghhh_276_6437.pdf