- Phân loại thuốc nhuộm và đặc điểm của thuốc nhuộm hoạt tính Chương II CÔNG NGHỆ NHUỘM, CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1. - Thuốc nhuộm và chọn mẫu nghiên cứu III.2.1. - Thuốc nhuộm III.2.2. - Chuẩn bị dung dịch chứa thuốc nhuộm hoạt tính nghiên cứu Luận văn cao học Viện KH và CN môi trường Nguyễn Vũ Ngọc Mai. - 16 Bảng I-7: Các phân lớp thuốc nhuộm và phần trăm màu đi vào dòng thải. - 24 Bảng I-8: Các loại thuốc nhuộm hoạt tính (TNHT) sử dụng phổ biến trên thế giới và trong nước. - Công thức hóa học của Reactve red Hình III-3: Thiết bị Jatest Hình III-4: Máy ozon công nghiệp công suất 1g/h Hình IV-1: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý màu và COD của dung dịch thuốc nhuộm SR khi sử dụng chất keo tụ là Al2(SO4)3 và MgSO4. - Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu dung dịch các loại thuốc nhuộm hoạt tính ở các tỉ lệ H2O2/O3 khác nhau. - Tuy nhiên hai phương pháp này chỉ có hiệu quả đối với nước thải chứa thuốc nhuộm phân tán, đối với thuốc nhuộm hoạt tính và hoàn nguyên thì sử dụng phương pháp này không đạt được tiêu chuẩn thải. - Kết quả nghiên cứu xử lý màu và COD nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính – là một trong những loại thuốc nhuộm khó xử lý nhất bằng phương pháp keo tụ và oxi hóa nâng cao trên cơ sở ozon là cơ sở để lựa chọn giải pháp thích hợp trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm. - Nhuộm với các thuốc nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên và sunfua. - pH kiềm tính Nhuộm với thuốc nhuộm bazơ, phân tán, axit, hoàn tất. - Bảng I-5: Thành phần tính chất nước thải nhuộm [8] Kết quả Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính Nước thải chứa thuốc nhuộm sunfua Nước thải tẩy pH COD mg/l BOD5 mg/l N tổng mg/l P tổng mg/l Luận văn cao học Viện KH và CN môi trường Nguyễn Vũ Ngọc Mai. - Trong quá trình sản xuất và sử dụng lượng thuốc nhuộm chiếm khoảng 10-15% được thải vào môi trường. - Loại thuốc nhuộm có độc tính cao nhất là thuốc nhuộm azo. - Lựa chọn sử dụng, thay thế hóa chất, chất trợ và thuốc nhuộm [7] Luận văn cao học Viện KH và CN môi trường Nguyễn Vũ Ngọc Mai. - Do dễ bị thủy phân trong nước nên thuốc nhuộm hoạt tính bị hạn chế sử dụng lại. - Một số nơi đã thành công trong việc thu hồi thuốc nhuộm inđigo từ quá trình nhuộm sợi bông bằng phương pháp siêu lọc: nâng cao nồng độ thuốc nhuộm trong nước thải sau khi giặt lên 60 – 80 g/l dệt có thể tuần hoàn lại bể nhuộm. - Phân loại thuốc nhuộm và đặc điểm của thuốc nhuộm hoạt tính I.2.5.1 Phân loại thuốc nhuộm [13] 1. - Phân loại thuốc nhuộm theo cấu tạo hoá học Phân loại bằng chỉ số màu Luận văn cao học Viện KH và CN môi trường Nguyễn Vũ Ngọc Mai. - Phân loại thuốc nhuộm theo cấu tạo hoá học + Thuốc nhuộm Azo: Trong phân tử có một hay nhiều nhóm Azo (-N=N. - Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử có một hay nhiều nhân Antraquinon hay các dẫn xuất của nó. - Những dẫn xuất khác nhau ở các vị trí sẽ cho các loại thuốc nhuộm tương ứng như sau. - thuốc nhuộm amino antraquinon. - thuốc nhuộm hyđroxyl antraquinon. - thuốc nhuộm axylamino antraquinon. - thuốc nhuộm antrimit. - thuốc nhuộm antraquinon đa vòng. - 22 Thuốc nhuộm antraquinon chiếm vị trí thứ hai sau thuốc nhuộm azo. - Gốc mang màu của loại thuốc nhuộm này có công thức. - Theo cấu tạo phân tử, thuốc nhuộm arymetan được chia thành các phân nhóm sau. - thuốc nhuộm xanten. - thuốc nhuộm acryđin. - Thuốc nhuộm Nitro: Có cấu tạo đơn giản nhất và có ý nghĩa không lớn. - Loại này chỉ bao gồm một số thuốc nhuộm phân tán. - Thuốc nhuộm Nitrozo: Trong phân tử có nhóm nitrozo ( NO. - Thuốc nhuộm polymetyn: chúng có công thức tổng quát là Ar. - Thuốc nhuộm lưu huỳnh: Trong phân tử có nhiều nguyên tử lưu huỳnh. - Theo cấu tạo, lớp thuốc nhuộm này có thể chia thành các phân nhóm: điarylamin Ar-NH-Ar’. - Thuốc nhuộm Azometyn: trong phân tử của chúng chứa hệ mang màu là Ar – CH = N –Ar’. - Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được xem là tác nhân gây ung thư. - Thuốc nhuộm trực tiếp Luận văn cao học Viện KH và CN môi trường Nguyễn Vũ Ngọc Mai. - Các thuốc nhuộm này thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquynon, triaryl metan. - Những thuốc nhuộm hoạt tính thông thường: a. - Phần mang màu (R) của thuốc nhuộm điclotriazin thường là gốc màu azo, antraquinon và gốc phtaloxiamin. - Thuốc nhuộm hoạt tính là dẫn xuất của primiđin Những thuốc nhuộm thuộc nhóm này thường là dẫn xuất của đi- và triclopirimiđin có cấu tạo chung như sau: Luận văn cao học Viện KH và CN môi trường Nguyễn Vũ Ngọc Mai. - Thuốc nhuộm hoạt tính vinysunfon Khác với các nhóm kể trên, thuốc nhuộm hoạt tính vinysunfon thực hiệ phản ứng kết hợp với xơ sợi. - Ái lực của thuốc nhuộm với xơ tương tự như thuốc nhuộm triazin. - Trong quá trình nhuộm trong phân tử thuốc nhuộm xuất hiện vòng etylenimin kém bền, dễ tham gia phản ứng với nhóm chức của xơ. - Thuốc nhuộm hoạt tính là dẫn xuất của 2-clobenthiazol Nhóm phản ứng của thuốc nhuộm loại này là 2-clobenthiazol có công thức chung như sau. - Trong môi trường kiềm nguyên tử cao sẽ tách ra và thuốc nhuộm sẽ liên kết với xơ theo cơ chế thế nucleophin. - Bảng I-8: Các loại thuốc nhuộm hoạt tính (TNHT) sử dụng phổ biến trên thế giới và trong nước [14].STT Loại TNHT Nhóm hoạt tính Gốc hay phần mang màu 1. - Mục tiêu của quá trình nhuộm là làm cho các phân tử thuốc nhuộm gắn chặt vào sợi vải. - Trong cả hai trường hợp, thuốc nhuộm dần khuếch tán vào trong sợi vải. - Có các phương pháp đưa thuốc nhuộm vào trong hoặc lên trên sợi vải như sau. - Nhuộm tận trích: Khuếch tán thuốc nhuộm đã hòa tan vào sợi vải. - Nhuộm pigment: Phủ thuốc nhuộm không hòa tan lên bề mặt sợi vải. - Nhuộm khối và nhuộm gel: Thâm nhập thuốc nhuộm trong quá trình sản xuất sợi. - Thuốc nhuộm ở trong môi trường chất lỏng cùng với vải. - Trong giai đoạn này, sự đồng nhất và thẩm thấu thuốc nhuộm xảy ra. - Trên thực tế, giai đoạn này đạt tới khi nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch không còn biến đổi đáng kể nữa. - Giai đoạn gắn màu thuốc nhuộm: Khi quá trình nhuộm đã ở trạng thái cân bằng, thuốc nhuộm thường đứng yên ở vùng ngoài của sợi vải. - Thuốc nhuộm ở trạng thái cơ động và có thể di chuyển khỏi sợi vải bất kỳ lúc nào. - Bảng II-1: Độ tận trích của một số loại thuốc nhuộm [12] Nhóm thuốc nhuộm Loại vải Độ tận trích Lượng có trong nước thải Thuốc nhuộm cation Lụa Acrylic ~ 98% ~2% Thuốc nhuộm axit Len, Lụa, Rayon Thuốc nhuộm chứa phức kim loại Len, Nylon Luận văn cao học Viện KH và CN môi trường Nguyễn Vũ Ngọc Mai. - 31 Thuốc nhuộm trực tiếp Cotton, viscose ~ 80. - 20% Thuốc nhuộm phân tán Polyester, Nylon, Acetate ~ 90. - 10% Thuốc nhuộm hoàn nguyên Cotton, viscose ~ 95. - 5% Thuốc nhuộm lưu huỳnh Cotton, viscose ~ 60. - Bảng II-2: Một số thông số kỹ thuật trong quá trình nhuộm [12] Thông số quy trình Nhuộm gián đoạn Nhuộm liên tục Tỉ lệ nhuộm trung bình (2%, nghĩa là 20 mg thuốc nhuộm/kg hàng Dung tỉ nhuộm Nồng độ thuốc nhuộm 0,5 – 5 g/l 17 – 50 g/l Luận văn cao học Viện KH và CN môi trường Nguyễn Vũ Ngọc Mai. - Nhiều loại thuốc nhuộm có chứa các kim loại nặng trong thành phần hoặc ở dạng tạp chất. - Nước thải công đoạn nhuộm có chứa thuốc nhuộm chưa tận trích và các hóa chất khác. - Hầu hết thuốc nhuộm có cấu trúc vòng thơm phức tạp, bền, do vậy không dễ dàng loại bỏ bởi các quá trình xử lý nước thải thông thường. - Mục đích, đối tượng, nội dung nghiên cứu Mục đích: Nghiên cứu khả năng xử lý màu và COD nước thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính bằng phương pháp oxy hóa với tác nhân ozon. - Thuốc nhuộm Luận văn cao học Viện KH và CN môi trường Nguyễn Vũ Ngọc Mai. - Luận văn tập trung nghiên cứu xử lý màu và COD của thuốc nhuộm hoạt tính phát sinh từ máy nhuộm. - Vì vậy, hợp lý hơn là phân luồng dòng thải này để xử lý thuốc nhuộm hoạt tính (khử màu và giảm COD). - Mang những nhóm màu đặc trưng cho các thuốc nhuộm hoạt tính được sử dụng phổ biến hiện nay. - Dựa trên các tiêu chí đó thì các loại thuốc nhuộm được lựa chọn sử dụng nghiên cứu trong nghiên cứu này là: Bảng III-1.Các loại TNHT sử dụng trong nghiên cứu STT Tên thương mại Color Index Gốc mang màu 1 Sunfix supra yellow S3R 150%(SSY) Reactive Yellow 145 Azo 2 Sunzol Red RB 133% (SR) Reactve red 198 Azo 3 Sunzol turquoise blue G 165%(STB) Reactive blue 21 Phtaloxianin Luận văn cao học Viện KH và CN môi trường Nguyễn Vũ Ngọc Mai. - Chuẩn bị dung dịch chứa thuốc nhuộm hoạt tính nghiên cứu Màu của nước thải là do TNHT thủy phân (trong điều kiện nhuộm ở môi trường kiềm) không gắn vào xơ sợi mà đi vào nước thải. - Có thể viết ngắn gọn phản ứng thủy phân như sau: D-X + OH- =D-OH +X- (D: thuốc nhuộm. - Dung dịch TNHT thủy phân trên tương ứng với nồng độ thuốc nhuộm thủy phân khi nhuộm 1. - Hỗn hợp TNHT: Trên thực tế, thành phần nước thải phân xưởng nhuộm hết sức phức tạp, bao gồm hỗn hợp của nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau về đặc tính, hàm lượng. - Vì thế, cần có những nghiên cứu đánh giá dung dịch là hỗn hợp của nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau. - Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý màu và COD của dung dịch thuốc nhuộm SR khi sử dụng chất keo tụ là Al2(SO4)3 và MgSO4 Nhận xét: Từ kết quả thí nghiệm trên bảng IV-1 và hình IV-1 ta thấy độ màu và COD của dung dịch TNHT SR giảm khi tăng hàm lượng chất keo tụ. - Ảnh hưởng của pH ban đầu Giá trị pH của môi trường ảnh hưởng rõ rệt đến quá trình tương tác tĩnh điện giữa các phần tử thuốc nhuộm và phần tử chất keo tụ, ảnh hưởng đến quá trình hình thành các bông keo trong nước. - Từ các kết quả thí nghiệm thu được cho thấy ở những giá trị pH ban đầu từ 5 ÷ 7, hiệu quả keo tụ các thuốc nhuộm thử nghiệm rất tốt, độ màu dung dịch sau keo giảm. - 69 9 Thể tích dung dịch TNHT: 500 ml 9 Nồng độ dung dịch TNHT: 0,2 g/l 9 pH ban đầu: 7,0 9 Thời gian keo tụ: 3 phút Các số liệu thí nghiệm nghiên cứu về ảnh hưởng của nồng độ chất keo tụ với từng thuốc nhuộm khác nhau được trình bày trên bảng IV-5. - Tuy nhiên, với mỗi loại thuốc nhuộm cần có những hàm lượng chất keo tụ khác nhau để đạt hiệu suất khử màu theo yêu cầu. - Đây chính là nguyên nhân ảnh hưởng tới sự kết hợp của các ion kim loại đối với các nhóm chức phân tử thuốc nhuộm để hình thành hạt keo. - COD, mg/l ηCOD % Thời gian keo tụ, phút SSY SR STB SSY SR STB SSY SR STB SSY SR STB Nhận xét: Thời gian keo tụ ảnh hưởng, mặc dù không lớn, đến độ màu sau xử lý của dung dịch các thuốc nhuộm khảo sát. - Khi thời gian keo tụ tăng lên 5 phút, mức độ loại màu tốt hơn, hiệu suất khử màu cả các loại thuốc nhuộm tại thời điểm này là tốt nhất. - Do vậy, thành phần nước thải phân xưởng nhuộm hết sức phức tạp, bao gồm hỗn hợp của nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau về đặc tính, hàm lượng. - Vì thế, cần có những nghiên cứu đánh giá từ dung dịch chứa một loại thuốc nhuộm đến dung dịch là hỗn hợp của nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau. - Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý màu dung dịch chứa các loại thuốc nhuộm ở các pH khác nhau bằng ozon Nhận xét. - thay đổi thời gian sục ozon khác nhau tùy thuộc vào từng loại thuốc nhuộm cụ thể. - Lần lượt với các loại thuốc nhuộm hoạt tính khác nhau thời gian xử lý bằng ozon cũng khác nhau, trong đó ta thấy dung dịch hỗn hợp TNHT gốc azo (màu vàng và màu đỏ) khó xử lý hơn so với gốc Phtaloxianin (màu xanh) do thời gian xử lý lâu hơn (màu vàng cần 4 phút đạt độ màu 48 Pt – Co, COD: 38 mg/l. - SB: 3 phút), tức là hàm lượng ozon xử lý không đổi giữa các mẫu trong từng loại dung dịch thuốc nhuộm. - Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu dung dịch các loại thuốc nhuộm hoạt tính ở các tỉ lệ H2O2/O3 khác nhau Nhận xét. - Thời gian xử lý bằng ozon không thay đổi là 15 phút tức là hàm lượng ozon xử lý không đổi giữa các mẫu trong từng loại dung dịch thuốc nhuộm. - 91 Đặng Xuân Việt, (2006), Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thích hợp, có hiệu quả để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt