Nghiên cứ xử lý màu của nước thải dệt nhuộm trên địa bàn thành phố đà nẵng bằng bùn đỏ từ nhà máy alumin tân rai lâm đồng .

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN THỊ KIM PHỤNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MÀU CỦA

NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM TRÊN ĐỊA BÀN

THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG BẰNG BÙN ĐỎ

TỪ NHÀ MÁY ALUMIN TÂN RAI LÂM ĐỒNG

Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ

Mã số: 60 44 27

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2014

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. BÙI XUÂN VỮNG

Phản biện 1: TS. PHẠM CHÂU HUỲNH

Phản biện 2: TS. NGUYỄN BÁ TRUNG

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn

tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày

21 tháng 12 năm 2014.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Trong nền kinh tế quốc dân, ngành dệt nhuộm chiếm một vị trí

quan trọng vì đây là một trong những ngành công nghiệp không chỉ

góp phần việc giải quyết vấn đề công ăn việc làm trong xã hội mà

còn thúc đẩy tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu cho đất nước. Công

nghiệp dệt nhuộm là một ngành đóng góp đáng kể cho nền kinh tế tại

nhiều quốc gia, bao gồm cả các hoạt động từ phạm vi nhỏ đến rộng

lớn trên toàn thế giới. Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động, các cơ

sở dệt nhuộm đã tạo ra lượng lớn chất thải có mức độ gây ô nhiễm

cao nếu không xử lý tốt, nước thải dệt nhuộm sẽ gây ảnh hưởng

nghiêm trọng đến môi trường và trực tiếp ảnh hưởng đến sức khoẻ

con người.

Việc áp dụng các phương pháp nhằm hạn chế và khắc phục tình

trạng ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm gây ra là hết sức

cần thiết. Chính vì thế, việc đưa ra hướng xử lí nước thải với hiệu

quả cao và giá thành rẻ có ý nghĩa hết sức quan trọng. Trong thời

gian gần đây, người ta đã nghiên cứu sử dụng một loại chất thải của

công nghệ luyện nhôm là bùn đỏ để xử lý nước thải. Quá trình luyện

tách nhôm từ quặng bôxit sinh ra lượng lớn bùn đỏ, một loại chất

thải nguy hại. Tuy nhiên, chính thứ bùn này lại có thể được dùng để

xử lý nước thải công nghiệp. Đặc trưng của bùn đỏ là có kích thước

nhỏ hơn 1 mm và có khả năng hấp phụ cao do đó người ta đã sử

dụng bùn đỏ như một vật liệu để hấp phụ kim loại nặng, xử lý ô

nhiễm trong nước thải, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường. Mặt

khác, trong thành phần của bùn đỏ chứa một lượng sắt nhất định, dựa

vào điều này có thể nghiên cứu chiết sắt bằng axit oxalic tồn tại dưới

dạng phức sắt oxalat và được sử dụng cho quá trình Fenton hệ

2

Fe(III)Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời để phân hủy màu của nước thải

dệt nhuộm. Phương pháp này vừa tiết kiệm được hóa chất, tận dụng

năng lượng mặt trời, giá thành rẻ phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Với những lý do trên, chúng tôi xin chọn nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu xử lý màu của nước thải dệt nhuộm trên địa bàn

thành phố Đà Nẵng bằng bùn đỏ từ Nhà máy Alumin Tân Rai

Lâm Đồng”.

2. Mục địch nghiên cứu

- Nghiên cứu quá trình chiết sắt từ bùn đỏ.

- Nghiên cứu quá trình hấp phụ màu nước thải của bã bùn đỏ sau

khi chiết sắt.

- Nghiên cứu quá trình phân hủy màu của nước thải dệt nhuộm

bằng phương pháp oxy hóa nâng cao Fenton hệ Fe(III)-

Oxalat/H2O2/mặt trời với phức sắt oxalat chiết từ bùn đỏ.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu: Bùn đỏ từ nhà máy Alumin Tân Rai,

Lâm Đồng và nước thải dệt nhuộm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.

3.2. Phạm vi nghiên cứu

Trong giới hạn của đề tài luận văn, chúng tôi tập trung nghiên

cứu thực nghiệm những nội dung sau:

- Sử dụng phương pháp hấp phụ nước thải bằng bã bùn đỏ sau

quá trình chiết sắt và quá trình oxy hóa nâng cao Fenton để xử lý

nước thải dệt nhuộm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ với các

thông số: khối lượng bã, thời gian hấp phụ

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa nâng cao

Fenton với các thông số như: pH, nồng độ C2O4

2-

và nồng độ H2O2.

3

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Nghiên cứu lý thuyết

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm

- Các thông số nước thải trước và sau xử lý: COD, BOD5, TSS,

hàm lượng kim loại nặng.

- Phương pháp hấp phụ, khảo sát các quá trình hấp phụ thuốc

nhuộm bằng bã bùn đỏ sau khi chiết sắt và quá trình Fenton hệ

Fe(III)-Oxalat/ H2O2/ánh sáng mặt trời.

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đển quá trình hấp phụ và Fenton

như hàm lượng chất hấp phụ, thời gian, pH, nồng độ H2O2, nồng độ

C2O4

2-

.

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu quá trình hấp phụ bằng bã bùn đỏ sau khi chiết sắt

và oxy hóa Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/ H2O2/ánh sáng mặt trời để tìm

ra giải pháp xử lý nước thải đạt hiệu suất cao nhất.

- Nghiên cứu quá trình chiết sắt từ bùn đỏ bằng hỗn hợp axit

H2C2O2 và H2SO4 và sử dụng cho quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/

H2O2/ánh sáng mặt trời nhằm đưa đến một phương án xử lý nước

thải mới: đơn giản, chi phí đầu tư thấp và hiệu quả cao.

5. Kết cấu luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn

gồm ba chương như sau:

Chương 1 - Tổng quan

Chương 2 - Thực nghiệm

Chương 3 - Kết quả và bàn luận

4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM

1.1.1. Sự phát triển của ngành dệt trên thế giới và ở Việt

Nam

1.1.2. Các thông số đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm

1.1.3. Ảnh hưởng của nước thải ngành dệt nhuộm đến môi

trường

Nước thải trong công nghệ dệt nhộm phát sinh từ các công đoạn

hồ sợi, giũ hồ, nấu tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lượng nước thải

chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn. Hàm lượng các chất

gây ô nhiễm nước thải trong từng loại hình công nghệ và từng loại

sản phẩm thường khác nhau ,… Độ kiềm cao làm tăng độ pH của

nước, gây độc hại với các loài thủy sinh, gây ăn mòn các công trình

thoát nước và hệ thống xử lý nước thải. Độ màu cao do lượng thuốc

nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hưởng

tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới

cảnh quan.

1.2. TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM TRONG CÔNG

NGHỆ DỆT NHUỘM

1.2.1. Khái quát về thuốc nhuộm

1.2.2. Phân loại thuốc nhuộm

1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

1.3.1. Phương pháp cơ học

1.3.2. Phương pháp sinh học

1.3.3. Phương pháp hóa lí

1.3.4. Phương pháp hóa học

1.3.5. Phương pháp điện hóa

5

1.3.6. Các quá trình oxy hóa nâng cao Fenton

1.3.7. Phản ứng Fenton sử dụng hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh

sáng mặt trời

1.3.7. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ bùn đỏ

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT

2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất

2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

2.2. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM

2.2.1. Phương pháp nghiên cứu

2.2.2. Xây dựng đường chuẩn Fe(III)-oxalat

2.2.3. Khảo sát quá trình chiết sắt từ bùn đỏ

a. Khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt (III) oxalat

b. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến quá trình chiết sắt

(III) oxalat

c. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun đến quá trình chiết sắt

(III) oxalat

d. Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm đến quá trình chiết sắt

(III) oxalat

e. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit sunfuaric đến quá trình

chiết sắt (III) oxalat

f. Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit sunfuaric đến quá trình

chiết sắt (III) oxalat

g. Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến quá trình chiết

sắt (III) oxalat

6

2.2.4. Khảo sát quá trình hấp phụ màu của nước thải bằng

bả bùn đỏ sau quá trình chiết sắt

a. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bả bùn đỏ đến quá

trình hấp phụ

b. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình hấp

phụ

2.2.5. Khảo sát quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm bằng hệ

Fenton Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời với phức sắt

oxalat được chiết ra từ bùn đỏ

a. Khảo sát ảnh hưởng của pH

b. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ FeIII(C2O4)3

3-

c. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA BÙN ĐỎ BAN

ĐẦU VÀ BÃ BÙN ĐỎ SAU KHI CHIẾT SẮT

3.1.1. Đặc điểm hình thái bề mặt bùn đỏ trước và sau khi

chiết sắt

Để khảo sát đặc điểm bề mặt của bùn đỏ ban đầu và bã bùn đỏ

sau khi chiết sắt, chúng tôi tiến hành chụp ảnh kính hiển vi điện tử

quét (SEM) bề mặt của bùn đỏ ban đầu và bã bùn đỏ ở điều kiện tối

ưu.

3.1.2. Thành phần hóa học chính của bùn đỏ Tân Rai, Lâm

Đồng

Kết quả phân tích một số chỉ tiêu trong thành phần của bùn đỏ từ

Trung tâm Khí Tượng thủy Văn Quốc Gia – Đài Khí Tượng Thủy

Văn khu vực Trung Trung Bộ.

7

Bảng 3.1. Một số chỉ tiêu phân tích bùn đỏ của Trung tâm Khí

Tượng thủy Văn Quốc Gia – Đài Khí Tượng Thủy Văn khu vực

Trung Trung Bộ

Thành phần hóa học Hàm lượng

( % khối lượng )

Al2O3 24,300

Fe2O3 38,190

SiO2 6,400

CaO 0,077

MnO 0,212

Dựa vào kết quả %Fe2O3 ở Bảng 3.1 để tính hiệu suất của quá

trình chiết sắt từ bùn đỏ bằng axit oxalic.

3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT SẮT TỪ BÙN

ĐỎ

3.2.1. Xây dựng đường chuẩn sắt oxalat

Sau khi thực hiện quét tìm bước sóng tối ưu trên máy đo quang

UV-Vis Lambda 25, phức sắt oxalat sẽ được đo ở bước sóng l =

403nm. Kết quả số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ

Fe(III)-Oxalat được trình bày ở Hình 3.3.

Phương trình đường chuẩn Fe(III)-Oxalat : y = 0,0019x – 0,0702

; r2

= 0,9968.

Dựa vào phương trình đường chuẩn xác định được lượng sắt

trong bùn đỏ được chiết ra dưới dạng phức sắt oxalat và tính hiệu

suất chiết sắt.

8

Hình 3.3. Đường chuẩn Fe(III) oxalat

3.2.2. Kết quả khảo sát điều kiện tối ưu cho quá trình chiết

sắt từ bùn đỏ

a. Kết quả khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt oxalat

Kết quả ảnh hưởng của trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết sắt

oxalat được thể hiện ở Hình 3.4. Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu

trước khi đo quang.

Hình 3.4. Ảnh hưởng của trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết

sắt

9

Nhận xét: Kết quả Hình 3.4 cho thấy khi cho hỗn hợp axit vào

trong bùn đỏ, tiến hành đun sau đó ngâm là tốt nhất. Chọn trình tự

đun 1g bùn đỏ trong 50ml axit H2C2O4 1,5M và 30ml axit H2SO4

0,2M ở 60oC trong 1h rồi ngâm trong 20h để khảo sát các yếu tố tiếp

theo.

b. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đun đến quá

trình chiết phức sắt oxalat

Kết quả ảnh hưởng của thời gian đun đến quá trình chiết phức

sắt oxalat được thể hiện ở Hình 3.5. Tiến hành pha loãng 10 lần các

mẫu trước khi đo quang.

Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian đun đến hiệu suất chiết sắt

Nhận xét: Kết quả từ Hình 3.5 cho thấy đun hỗn hợp 1g bùn đỏ +

axit H2C2O4 + axit H2SO4 trong khoảng thời gian từ 1,5h đến 2h thì

hiệu suất chiết tăng nhanh. Tuy nhiên, từ khoảng thời gian 2h trở lên

hiệu suất chiết tăng không đáng kể. Do đó, khoảng thời gian đun là

2h sẽ được chọn để tiếp tục khảo sát các yếu tố tiếp theo.