Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ - tuyển nổi điện hóa với anode hòa tan nhôm, sắt
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn ñề tài
Công nghiệp ở nước ta ngày càng phát triển và ñóng góp ñáng
kể vào ngân sách nhà nước. Bên cạnh những mặt tích cực, sự phát
triển này cũng gây ra không ít những mặt trái cần quan tâm. Đó là sự
phát sinh các chất thải ñộc hại khác nhau gây ra các tác ñộng ñến
môi trường như biến ñổi khí hậu, làm tăng nhiệt ñộ khí quyển, ảnh
hưởng ñến sức khỏe của con người.
Góp phần hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường
do nước thải dệt nhuộm trong ñề tài này tui trình bày phương pháp
xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ ñiện hóa.
Nguyên tắc hoạt ñộng của phương pháp này là dựa trên cơ sở
của phương pháp ñiện hoá hoà tan anode nhằm tạo ra nhôm hyñroxit
có hoạt tính cao ñể keo tụ các hợp chất ô nhiễm trong nước thải, ñặc
biệt là chất màu hữu cơ. Nước thải cần xử lý ñược bơm từ bể gom
vào hệ thống thiết bị ñiện hoá và ñược xử lý thông qua các quá trình
như keo tụ, oxi hoá, tuyển nổi ñiện hoá. Nước thải sau khi xử lý ñược
tháo vào bể lắng tấm nghiêng ñể loại bỏ bông keo tụ. Trên nhu cầu
ứng dụng thực tiễn chúng tui chọn ñề tài: “Nghiên cứu xử lý nước
thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ - tuyển nổi ñiện hoá với
anode hoà tan nhôm, sắt”.
2. Mục ñích nghiên cứu
Nghiên cứu các ñiều kiện xử lý nước thải công nghiệp dệt
nhuộm bằng phương pháp keo tụ-tuyển nổi ñiện hóa với ñiện cực
Fe, Al.
Đánh giá hiệu suất xử lý nhu cầu oxy hóa học các loại nước thải
công nghiệp dệt nhuộm.-4-
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo
tụ-tuyển nổi ñiện hóa với ñiện cực Fe, Al từ nguồn nước có pha chế
một số loại thuốc nhuộn.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Nguồn nước thải dệt nhuộm ñược pha chế một số loại thuốc
nhuộm là cơ sở chính ñể nghiên cứu nước thải dệt nhuộm. Trong
nghiên cứu chúng tui tập trung vào một số loại thuốc nhuộm của Đức
sản xuất có khả năng phân tán tốt trong nước.
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng các phương pháp phân tích chỉ tiêu môi trường thông
thường.
Các kết quả xử lý và các phương pháp phân tích này ñược thực
hiện tại phòng thí nghiệm ăn mòn ñiện hoá Trường Đại học Bách
khoa Đà nẵng và Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất
lượng 2 tại Đà nẵng.
5. Ý nghĩa khoa học của ñề tại
Về mặt khoa học thực tiễn, việc ứng dụng công nghệ xử lý nước
thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ - tuyển nổi ñiện hoá với
anode hoà tan nhôm, sắt ñược các nhà khoa học trong và ngoài nước
quan tâm. Vì công nghệ ñể xử lí này an toàn và triệt ñể, có hiệu quả
với nước thải dệt nhuộm, bảo ñảm các tiêu chuẩn cho phép khi thải
ra môi trường, trong giai ñoạn phát triển kinh tế xã hội của Việt Nam
hiện nay, ñặc biệt là nghành công nghiệp dệt nhuộm.
6. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở ñầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục trong
luận văn gồm có các chương như sau :
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi-5-
Chương 1: Tổng quan về chất màu hữu cơ và các kỹ thuật xử lý
Chương 2: Phương pháp keo tụ ñiện hoá xử lý nước thải
Chương 3: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận-6-
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU HỮU CƠ VÀ CÁC
KỸ THUẬT XỬ LÝ
1.1. Một số ñặc ñiểm cấu trúc và tính chất của chất màu hữu cơ
(thuốc nhuộm)
1.1.1. Cấu trúc của phân tử chất màu hữu cơ
- Trong các phân tử chất màu hữu cơ thường chứa các mạch nối tiếp
cách, chủ yếu các vòng thơm, dị vòng có cấu trúc :
-CH=CH-CH=CH-.....
- Trong phân tử của chúng thường có các nguyên tử hay các nhóm
hút ñiện tử như: -NO2, -NO, -COCH3.... hay nhường ñiện tử dễ dàng
như -OCH3, -NH2, -SH, -OH, -NHCH3, -N(CH3)2....
- Các nguyên tử trong phân tử cùng nằm trong một mặt phẳng.
1.1.2. Một số tính chất của thuốc nhuộm
- Tính có màu ñược gây ra do cấu tạo hóa học ñặc trưng.
- Khả năng liên kết với bề mặt trong của sợi do các lực hóa học và
vật lý.
1.1.3. Sự hòa tan trong nước
Tùy theo sự có mặt và bản chất của các nhóm phân cực trong
phân tử mà thuốc nhuộm có thể tan nhiều hay ít hay không tan trong
nước. Căn cứ vào ñộ tan trong nước, thuốc nhuộm ñược chia thành
các nhóm sau:
- Nhóm hòa tan trong nước: ñó là các thuốc nhuộm trực tiếp, axit,
cation, hoạt tính, azo và ñiazo. Độ hòa tan ñạt ñược trong khi sử
dụng từ 40 ÷ 100 g/l. các phân tử của nhóm này có các ion phân cực
có tính tan như: SO3Na, -COOH, -SO3Na, -N+H2-HCl, -N+R3Cl...
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi-7-
- Thuốc nhuộm tạo nên tính tan tạm thời ở giai ñoạn sử dụng như
thuốc nhuộm lưu huỳnh... Độ tan tạm thời khi sử dụng vào khoảng
50g/l và do các nhóm ion –ONa và SNa gây ra.
- Nhóm thuốc nhuộm ít tan trong nước ( ñộ tan vào khoảng 0.1 ÷
30mg/l ở nhiệt ñộ 60 ÷ 90 0C): các thuốc nhuộm phân tán..., ñộ hòa
tan nhỏ do trong phân tử có các nhóm trao ñổi ñiện tử như -OH, -
NH2, -SO2NH2, -NO2...
- Nhóm không tan trong nước như các pigment... Các chất màu này
không nằm trong cấu trúc của sợi mà liên kết với sợi bằng các liên
kết giữa các phân tử và gắn ñính với bề mặt bởi các liên kết polymer
ñặc biệt.
1.2. Phân loại các loại thuốc nhuộm
Có hai cách phân loại thuốc nhuộm: phân loại theo cấu tạo hóa
học và phân loại theo các ñặc tính kỹ thuật. Trong luận văn này, em
xin trình bày phân loại theo ñặc tính kĩ thuật. Theo phân loại kĩ thuật,
thuốc nhuộm ñược chia thành các loại sau:
- Thuốc nhuộm trực tiếp là những chất màu tan trong nước. Công
thức chung của dạng này là có dạng R-SO3Na với gốc R là gốc hữu
cơ phức tạp.
- Thuốc nhuộm axit (nhuộm trong môi trường axit): thuốc nhuộm
này hòa tan trong nước phân ly thành các ion. Thuốc nhuộm axit là
các hợp chất chứa một hay nhiều nhóm –SO3H và một vài dẫn xuất
cacboxul hóa chứa nhóm –COOH.
- Thuốc nhuộm hoạt tính là thuốc nhuộm trong cấu trúc phân tử có
chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện mối liên kết hóa trị với
vật liệu.-8-
- Thuốc nhuộm bazơ – cation: thuốc nhuộm bazơ là những chất màu
có cấu tạo khác nhau, hầu hết chúng là các muối clorua, oxalat hay
muối kép của bazơ hữu cơ.
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên thuốc nhuộm trở lại tính chất ban ñầu
sau khi hấp phụ lên vật liệu.
- Thuốc nhuộm phân tán có ñộ hòa tan trong nước rất thấp.
- Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất màu không tan trong
nước ở các dạng : -S-, SH, -S-S-, -SO-, -SN-...
- Thuốc nhuộm azô không tan là những hợp chất có chứa nhóm azô
và ñiazô trong phân tử nhưng không chứa các nhóm có tính tan nên
chúng không tan trong nước.
- Thuốc nhuộm pigment: Thuốc nhuộm pigment là những chất màu
có cấu tạo hóa học khác nhau nhưng ñều không tan trong nước do
trong phân tử không chứa các nhóm có tính tan hay các nhóm này
bị chuyển về dạng muối natri, canxi không tan trong nước.
1.3. Trạng thái phân tán của thuốc nhuộm trong nước
Trạng thái của thuốc nhuộm liên quan ñến cấu trúc, bản chất
hóa học của chúng và chịu ảnh hưởng của bản chất dung môi, pH
môi trường và sự có mặt của các chất phụ gia...
1.4. Một số ñặc ñiểm, tính chất của chất keo hữu cơ
1.4.1. Đặc ñiểm hình dạng và kích thước
Phân tử keo hữu cơ có thể tồn tại ở các dạng hình cầu, hình que
hay hình xoắn với kích thước từ vài chục angtron ñến hàng nghìn
angtron.
1.4.2. Độ nhớt của keo hữu cơ
Các phân tử có ñộ nhớt cao thường là các chất phân cực, chúng
dễ liên kết với nhau thông qua tương tác tĩnh ñiện của các lực tích
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi-9-
ñiện trái dấu. Độ nhớt còn phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, khối
lượng phân tử và nồng ñộ chất keo.
1.4.3. Các tính chất ñiện
Các chất keo ñiện ly bao gồm các dạng: mixen như xà phòng...,
ñại phân tử anion như pectin, polyacrylic axit..., ñại phân tử cation
như polyvinyl pyridin bromua..., ñại phân tử như protein... Dưới tác
dụng của ñiện trường, chúng thể hiện tính chất ñiện di, ñiện thẩm
tích.
1.4.4. Cấu trúc hạt keo hữu cơ
Các hạt keo ñược chia thành hai nhóm lớn:
Các chất keo phân tử mà các hạt là những phân tử lớn liên kết
với nhau bằng các lực liên kết hoá học.
Mixen keo là những tập hợp của nhiều phân tử nhỏ, các phân tử
này liên kết với nhau bằng cả lực hoá trị và lực Van der Waals.
Mixen thường kém bền hơn các ñại phân tử do nó có thể hoà
tan, phân rã thành những phân tử cơ sở trong dung môi thích hợp.
1.4.5. Tính chất keo của chất màu hữu cơ
tuỳ từng trường hợp bản chất, cấu tạo kích thước và khối lượng phân tử
của chất màu hữu cơ mà nó nằm ở trạng thái hoà tan hay phân tán
trong dung dịch. Kích thước phân tử của các chất màu hữu cơ rất
khác nhau và phụ thuộc vào nhiều thành phần hoá học.
1.4.6. Tương tác giữa các chất keo trong dung dịch
Độ bền của các hệ keo phụ thuộc vào các tương tác của nó với
dung môi, với chất keo khác, với chất ñiện li...
1.5. Các phương pháp xử lý chất màu hữu cơ trong nước thải dệt
nhuộm
Để phá bền các chất màu hữu cơ trong nước thì tùy theo ñộ hòa
tan, bản chất sự phân ly trong nước và mức ñộ ñộc hại... Vì vậy có-10-
thể ứng dụng các phương pháp phá bền tương ứng: phá hủy bằng các
chất oxy hóa và chất khử, hấp phụ, keo tụ tuyển nổi...
1.6. Lợi ích của keo tụ ñiện hoá trong công nghệ xử lý nước thải
nhuộm
Việc ứng dụng keo tụ ñiện hoá – một phương pháp tổng hợptrong xử lý nước thải nhuộm ñáp ứng ñược các yêu cầu sau.
Công nghệ xử lý khá ñơn giản, dễ ñiều khiển. Tốc ñộ xử lý rất
nhanh do nhiều quá trình xảy ra ñồng thời trong cùng một thiết bị
(keo tụ, hấp phụ của chất keo mới sinh, tuyển nổi, phá bền bởi ñiện
trường, ôxy hoá khử..) nên tiêu tốn ít kim loại.
Quá trình xử lý tổng hợp, liên tục nên không cần mặt bằng lớn.
Chất lượng nước sau xử lý cao do có thể sử dụng lượng chất ñiện ly
nhỏ, ôxy mới sinh tiệt trùng nước, dư lượng các ion kim loại rất nhỏ
bùn cặn tạo ra ít hơn và dễ tách loại hơn so với bùn cặn của các quá
trình xử lý hoá học, hoá lý.
Chi phí giá thành không cao hơn so với giá thành xử lý bằng
hoá chất, nước thải sau xử lý có khả năng tái sử dụng.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi-11-
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.1. Khái niệm chung
Phương pháp keo tụ, tạo bông là một phương pháp ñược sử
dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải nói chung, nước thải công
nghệ dệt nhuộm nói riêng.
Cơ sở của phương pháp là sử dụng muối kim loại có khả năng
hình thành các bông keo tụ. Các bông keo tụ này sẽ hấp phụ các chất
bẩn trong nước thải và ñược tách ra.
2.2. Sự hình thành keo trong quá trình hoà tan nhôm, sắt anode
Đối với dung dịch có pH= 5-7, khi ñiện phân do sự thoát khí O2
trên anode, H2 trên cathode, nhôm ion bị thủy phân nên pH dung
dịch thấp, thành phần chủ yếu là Al(OH)2+ và Al(OH)2+ ngoài ra còn
có Al3+ và Al(OH)3. Nếu dung dịch có tính acid, hàm lượng phức
hydroxo tích ñiện dương khá cao, chúng nằm phân tán, chậm liên kết
lại ñể tạo hạt keo lớn hơn.
Khi tăng pH>6, ion Al3+vừa hình thành sẽ bị thuỷ phân hoàn
toàn, phức hydroxo Al(OH)2+, Al(OH)2+ tiếp tục thuỷ phân, sản
phẩm thuỷ phân là Al(OH)3. Đến pH=7-8 Al(OH)3 ñạt nồng ñộ cực
ñại. Như vậy khi tăng pH, hàm lượng các hạt keo dương giảm dần,
các sản phẩm thuỷ phân dễ liên kết với nhau lại hơn tạo thành các hạt
keo lớn hơn. Thứ tự các phản ứng thuỷ phân như sau:
Al3+.6H2O + H2O → Al(OH)2+.5H2O + H3O+
Al(OH)2+.5H2O + H2O → Al(OH)2 + 4H2O + H3O+
Al3+.6H2O + 2H2O → Al(OH)2 + 4H2O + 2H3O+
Al(OH)2 + 4H2O + H2O → Al(OH)3.3H2O + H2O+
Trong quá trình ñiện phân, pH của lớp dung dịch sát anode
giảm dần do tạo ra keo nhôm và thoát O2 nên các hydroxo tích ñiện-12-
dương có ñộ phân tán rất cao.
Trong ñiện trường, H+ chuyển về cathode sẽ trung hoà các ion
OH
-
chuyển từ cathode sang anode, giúp cho quá trình thuỷ phân hình
thành các hydroxo dễ dàng.
Trong khoảng pH =5,7-7,0 các thành phần chính là Al(OH)2+,
Al(OH)2+... và Al(OH)3. Tăng pH và thời gian ñiện phân, các phân tử
ñó liên kết tạo các hạt ña nhân.
2.3. Đặc tính chung của keo vô cơ
Hạt keo gồm ba phần:
- Nhân hạt keo: là tập hợp nhiều phân tử rắn liên kết với nhau, ñược
bao bọc bởi một lớp vỏ ion. Sự hấp phụ một loại ion nào ñó trong
dung dịch tạo nên lớp vỏ ion này.
- Lớp ñiện tích kép: hình thành bởi các ion trái dấu với lớp vỏ ion.
- Lớp ion khuếch tán hình thành ở phần ngoài của lớp ñiện tích kép
2.4. Quá trình keo tụ tạo bông của keo nhôm, sắt
Keo nhôm, sắt ñược sử dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý
nước và nước thải. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào tính chất,
ñộ bền của các chất keo trong dung dịch và cơ chế keo tụ. Sự keo tụ
của các huyền phù bằng các phức hydro và hydroxit.
2.5. Các dạng nhôm hydroxít và phương pháp ñiều chế
Các dạng nhôm hydroxit và tính chất của chúng.
Trong nước, nhôm hydroxit tồn tại ở nhiều dạng khác nhau tuỳ
thuộc nguyên liệu ban ñầu và ñiều kiện phản ứng. Willstater và
Kraut ñã khảo sát các dạng gel khác nhau ñược hình thành từ nhiều
dung dịch muối nhôm cho thấy: nhôm hydroxit tồn tại ở các dạng
keo, gel, tinh thể. Kết tủa nhanh từ các dung dịch nhôm sunfat với dư
lượng nhỏ của amoniac,ñộ kiềm thấp sẽ tạo thành α-orthohydroxit
Al(OH)3 là những khối bông màu trắng, gel vô ñịnh hìng này chuyển
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi-13-
thành β-orthohydroxit {[4Al(OH)3 -3H2O] +2H2O } dẻo, rắn, hơi
vàng.
2.6. Động học và chuyển khối của quá trình keo tụ
- Có thể coi sự tương tác của hai chất này tuân theo lý thuyết keo tụ
nhanh của Smoluchowski. Theo lý thuyết này thì tốc ñộ keo tụ tuân
theo cơ chế phân tử bậc hai và bậc phản ứng cũng là bậc hai, phương
trình ñộng học có dạng
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua nghiên cứu các ñặc tính và khả nawng keo tụ của keo nhôm ñiện
hoá trong dung dịch ñiện phân với nhôm hoà tan anode ta nhận thấy:
- Keo nhôm ñiện hoá mới sinh ra có ñộ phân tán cao và kích thước
hạt nhỏ mịn
- Keo nhôm mới sinh ra có ñộ bền phân tán kém, dễ liên kết lại với
nhau tạo thành các khối lớn
- Về chế ñộ ñiện phân sau qua khảo sát thích hợp cho keo tụ ñiện
hoá chất màu hữu cơ với anode hoà tan nhôm hay sắt: Mật ñộ dòng
0,5-1 A/dm2, nông ñộ NaCl ≤ 1g/l, pH khoảng 6,5-8,5, khoảng cách
ñiện cực 1-2cm, nhiệt ñộ khoảng 350C.
- Keo tụ ñiện hoá với nhôm hoà tan anode hay sắt hoà tan anode có
thể tách loại phần lớn chất màu. Hiệu quả tách loại tăng khi tăng
cường khả năng khuấy trộn thuận lợi cho việc tách loại và làm sạch
nước.
- Keo tụ ñiện hoá với nhôm hoà tan anode hay sắt hoà tan anode có
nhiều ưu ñiểm hơn so với keo tụ hoá học vì có nhiều quá trình ñồng
thời tham gia tác ñộng trong cùng một thiết bị như keo tụ, tuyển nổi,
phá bền bỡi ñiện trường, ñiện di, ñịnh hướng tương tác thuận lợi, tiệt
trùng... kích thước của hạt keo mới sinh nhỏ nên cơ chế hấp thụ và
trung hoà ñiện tích chiếm ưu thế khống chế chủ yếu quá trình keo tụ
ñiện hoá, chất lượng nước sau xử lí có khả năng tái sử dụng, có thể
áp dụng ở những nơi có mặt bằng chật hẹp.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ - tuyển nổi điện hóa với anode hòa tan nhôm, sắt
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn ñề tài
Công nghiệp ở nước ta ngày càng phát triển và ñóng góp ñáng
kể vào ngân sách nhà nước. Bên cạnh những mặt tích cực, sự phát
triển này cũng gây ra không ít những mặt trái cần quan tâm. Đó là sự
phát sinh các chất thải ñộc hại khác nhau gây ra các tác ñộng ñến
môi trường như biến ñổi khí hậu, làm tăng nhiệt ñộ khí quyển, ảnh
hưởng ñến sức khỏe của con người.
Góp phần hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường
do nước thải dệt nhuộm trong ñề tài này tui trình bày phương pháp
xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ ñiện hóa.
Nguyên tắc hoạt ñộng của phương pháp này là dựa trên cơ sở
của phương pháp ñiện hoá hoà tan anode nhằm tạo ra nhôm hyñroxit
có hoạt tính cao ñể keo tụ các hợp chất ô nhiễm trong nước thải, ñặc
biệt là chất màu hữu cơ. Nước thải cần xử lý ñược bơm từ bể gom
vào hệ thống thiết bị ñiện hoá và ñược xử lý thông qua các quá trình
như keo tụ, oxi hoá, tuyển nổi ñiện hoá. Nước thải sau khi xử lý ñược
tháo vào bể lắng tấm nghiêng ñể loại bỏ bông keo tụ. Trên nhu cầu
ứng dụng thực tiễn chúng tui chọn ñề tài: “Nghiên cứu xử lý nước
thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ - tuyển nổi ñiện hoá với
anode hoà tan nhôm, sắt”.
2. Mục ñích nghiên cứu
Nghiên cứu các ñiều kiện xử lý nước thải công nghiệp dệt
nhuộm bằng phương pháp keo tụ-tuyển nổi ñiện hóa với ñiện cực
Fe, Al.
Đánh giá hiệu suất xử lý nhu cầu oxy hóa học các loại nước thải
công nghiệp dệt nhuộm.-4-
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo
tụ-tuyển nổi ñiện hóa với ñiện cực Fe, Al từ nguồn nước có pha chế
một số loại thuốc nhuộn.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Nguồn nước thải dệt nhuộm ñược pha chế một số loại thuốc
nhuộm là cơ sở chính ñể nghiên cứu nước thải dệt nhuộm. Trong
nghiên cứu chúng tui tập trung vào một số loại thuốc nhuộm của Đức
sản xuất có khả năng phân tán tốt trong nước.
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng các phương pháp phân tích chỉ tiêu môi trường thông
thường.
Các kết quả xử lý và các phương pháp phân tích này ñược thực
hiện tại phòng thí nghiệm ăn mòn ñiện hoá Trường Đại học Bách
khoa Đà nẵng và Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất
lượng 2 tại Đà nẵng.
5. Ý nghĩa khoa học của ñề tại
Về mặt khoa học thực tiễn, việc ứng dụng công nghệ xử lý nước
thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ - tuyển nổi ñiện hoá với
anode hoà tan nhôm, sắt ñược các nhà khoa học trong và ngoài nước
quan tâm. Vì công nghệ ñể xử lí này an toàn và triệt ñể, có hiệu quả
với nước thải dệt nhuộm, bảo ñảm các tiêu chuẩn cho phép khi thải
ra môi trường, trong giai ñoạn phát triển kinh tế xã hội của Việt Nam
hiện nay, ñặc biệt là nghành công nghiệp dệt nhuộm.
6. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở ñầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục trong
luận văn gồm có các chương như sau :
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi-5-
Chương 1: Tổng quan về chất màu hữu cơ và các kỹ thuật xử lý
Chương 2: Phương pháp keo tụ ñiện hoá xử lý nước thải
Chương 3: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận-6-
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU HỮU CƠ VÀ CÁC
KỸ THUẬT XỬ LÝ
1.1. Một số ñặc ñiểm cấu trúc và tính chất của chất màu hữu cơ
(thuốc nhuộm)
1.1.1. Cấu trúc của phân tử chất màu hữu cơ
- Trong các phân tử chất màu hữu cơ thường chứa các mạch nối tiếp
cách, chủ yếu các vòng thơm, dị vòng có cấu trúc :
-CH=CH-CH=CH-.....
- Trong phân tử của chúng thường có các nguyên tử hay các nhóm
hút ñiện tử như: -NO2, -NO, -COCH3.... hay nhường ñiện tử dễ dàng
như -OCH3, -NH2, -SH, -OH, -NHCH3, -N(CH3)2....
- Các nguyên tử trong phân tử cùng nằm trong một mặt phẳng.
1.1.2. Một số tính chất của thuốc nhuộm
- Tính có màu ñược gây ra do cấu tạo hóa học ñặc trưng.
- Khả năng liên kết với bề mặt trong của sợi do các lực hóa học và
vật lý.
1.1.3. Sự hòa tan trong nước
Tùy theo sự có mặt và bản chất của các nhóm phân cực trong
phân tử mà thuốc nhuộm có thể tan nhiều hay ít hay không tan trong
nước. Căn cứ vào ñộ tan trong nước, thuốc nhuộm ñược chia thành
các nhóm sau:
- Nhóm hòa tan trong nước: ñó là các thuốc nhuộm trực tiếp, axit,
cation, hoạt tính, azo và ñiazo. Độ hòa tan ñạt ñược trong khi sử
dụng từ 40 ÷ 100 g/l. các phân tử của nhóm này có các ion phân cực
có tính tan như: SO3Na, -COOH, -SO3Na, -N+H2-HCl, -N+R3Cl...
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi-7-
- Thuốc nhuộm tạo nên tính tan tạm thời ở giai ñoạn sử dụng như
thuốc nhuộm lưu huỳnh... Độ tan tạm thời khi sử dụng vào khoảng
50g/l và do các nhóm ion –ONa và SNa gây ra.
- Nhóm thuốc nhuộm ít tan trong nước ( ñộ tan vào khoảng 0.1 ÷
30mg/l ở nhiệt ñộ 60 ÷ 90 0C): các thuốc nhuộm phân tán..., ñộ hòa
tan nhỏ do trong phân tử có các nhóm trao ñổi ñiện tử như -OH, -
NH2, -SO2NH2, -NO2...
- Nhóm không tan trong nước như các pigment... Các chất màu này
không nằm trong cấu trúc của sợi mà liên kết với sợi bằng các liên
kết giữa các phân tử và gắn ñính với bề mặt bởi các liên kết polymer
ñặc biệt.
1.2. Phân loại các loại thuốc nhuộm
Có hai cách phân loại thuốc nhuộm: phân loại theo cấu tạo hóa
học và phân loại theo các ñặc tính kỹ thuật. Trong luận văn này, em
xin trình bày phân loại theo ñặc tính kĩ thuật. Theo phân loại kĩ thuật,
thuốc nhuộm ñược chia thành các loại sau:
- Thuốc nhuộm trực tiếp là những chất màu tan trong nước. Công
thức chung của dạng này là có dạng R-SO3Na với gốc R là gốc hữu
cơ phức tạp.
- Thuốc nhuộm axit (nhuộm trong môi trường axit): thuốc nhuộm
này hòa tan trong nước phân ly thành các ion. Thuốc nhuộm axit là
các hợp chất chứa một hay nhiều nhóm –SO3H và một vài dẫn xuất
cacboxul hóa chứa nhóm –COOH.
- Thuốc nhuộm hoạt tính là thuốc nhuộm trong cấu trúc phân tử có
chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện mối liên kết hóa trị với
vật liệu.-8-
- Thuốc nhuộm bazơ – cation: thuốc nhuộm bazơ là những chất màu
có cấu tạo khác nhau, hầu hết chúng là các muối clorua, oxalat hay
muối kép của bazơ hữu cơ.
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên thuốc nhuộm trở lại tính chất ban ñầu
sau khi hấp phụ lên vật liệu.
- Thuốc nhuộm phân tán có ñộ hòa tan trong nước rất thấp.
- Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất màu không tan trong
nước ở các dạng : -S-, SH, -S-S-, -SO-, -SN-...
- Thuốc nhuộm azô không tan là những hợp chất có chứa nhóm azô
và ñiazô trong phân tử nhưng không chứa các nhóm có tính tan nên
chúng không tan trong nước.
- Thuốc nhuộm pigment: Thuốc nhuộm pigment là những chất màu
có cấu tạo hóa học khác nhau nhưng ñều không tan trong nước do
trong phân tử không chứa các nhóm có tính tan hay các nhóm này
bị chuyển về dạng muối natri, canxi không tan trong nước.
1.3. Trạng thái phân tán của thuốc nhuộm trong nước
Trạng thái của thuốc nhuộm liên quan ñến cấu trúc, bản chất
hóa học của chúng và chịu ảnh hưởng của bản chất dung môi, pH
môi trường và sự có mặt của các chất phụ gia...
1.4. Một số ñặc ñiểm, tính chất của chất keo hữu cơ
1.4.1. Đặc ñiểm hình dạng và kích thước
Phân tử keo hữu cơ có thể tồn tại ở các dạng hình cầu, hình que
hay hình xoắn với kích thước từ vài chục angtron ñến hàng nghìn
angtron.
1.4.2. Độ nhớt của keo hữu cơ
Các phân tử có ñộ nhớt cao thường là các chất phân cực, chúng
dễ liên kết với nhau thông qua tương tác tĩnh ñiện của các lực tích
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi-9-
ñiện trái dấu. Độ nhớt còn phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, khối
lượng phân tử và nồng ñộ chất keo.
1.4.3. Các tính chất ñiện
Các chất keo ñiện ly bao gồm các dạng: mixen như xà phòng...,
ñại phân tử anion như pectin, polyacrylic axit..., ñại phân tử cation
như polyvinyl pyridin bromua..., ñại phân tử như protein... Dưới tác
dụng của ñiện trường, chúng thể hiện tính chất ñiện di, ñiện thẩm
tích.
1.4.4. Cấu trúc hạt keo hữu cơ
Các hạt keo ñược chia thành hai nhóm lớn:
Các chất keo phân tử mà các hạt là những phân tử lớn liên kết
với nhau bằng các lực liên kết hoá học.
Mixen keo là những tập hợp của nhiều phân tử nhỏ, các phân tử
này liên kết với nhau bằng cả lực hoá trị và lực Van der Waals.
Mixen thường kém bền hơn các ñại phân tử do nó có thể hoà
tan, phân rã thành những phân tử cơ sở trong dung môi thích hợp.
1.4.5. Tính chất keo của chất màu hữu cơ
tuỳ từng trường hợp bản chất, cấu tạo kích thước và khối lượng phân tử
của chất màu hữu cơ mà nó nằm ở trạng thái hoà tan hay phân tán
trong dung dịch. Kích thước phân tử của các chất màu hữu cơ rất
khác nhau và phụ thuộc vào nhiều thành phần hoá học.
1.4.6. Tương tác giữa các chất keo trong dung dịch
Độ bền của các hệ keo phụ thuộc vào các tương tác của nó với
dung môi, với chất keo khác, với chất ñiện li...
1.5. Các phương pháp xử lý chất màu hữu cơ trong nước thải dệt
nhuộm
Để phá bền các chất màu hữu cơ trong nước thì tùy theo ñộ hòa
tan, bản chất sự phân ly trong nước và mức ñộ ñộc hại... Vì vậy có-10-
thể ứng dụng các phương pháp phá bền tương ứng: phá hủy bằng các
chất oxy hóa và chất khử, hấp phụ, keo tụ tuyển nổi...
1.6. Lợi ích của keo tụ ñiện hoá trong công nghệ xử lý nước thải
nhuộm
Việc ứng dụng keo tụ ñiện hoá – một phương pháp tổng hợptrong xử lý nước thải nhuộm ñáp ứng ñược các yêu cầu sau.
Công nghệ xử lý khá ñơn giản, dễ ñiều khiển. Tốc ñộ xử lý rất
nhanh do nhiều quá trình xảy ra ñồng thời trong cùng một thiết bị
(keo tụ, hấp phụ của chất keo mới sinh, tuyển nổi, phá bền bởi ñiện
trường, ôxy hoá khử..) nên tiêu tốn ít kim loại.
Quá trình xử lý tổng hợp, liên tục nên không cần mặt bằng lớn.
Chất lượng nước sau xử lý cao do có thể sử dụng lượng chất ñiện ly
nhỏ, ôxy mới sinh tiệt trùng nước, dư lượng các ion kim loại rất nhỏ
bùn cặn tạo ra ít hơn và dễ tách loại hơn so với bùn cặn của các quá
trình xử lý hoá học, hoá lý.
Chi phí giá thành không cao hơn so với giá thành xử lý bằng
hoá chất, nước thải sau xử lý có khả năng tái sử dụng.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi-11-
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HOÁ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.1. Khái niệm chung
Phương pháp keo tụ, tạo bông là một phương pháp ñược sử
dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải nói chung, nước thải công
nghệ dệt nhuộm nói riêng.
Cơ sở của phương pháp là sử dụng muối kim loại có khả năng
hình thành các bông keo tụ. Các bông keo tụ này sẽ hấp phụ các chất
bẩn trong nước thải và ñược tách ra.
2.2. Sự hình thành keo trong quá trình hoà tan nhôm, sắt anode
Đối với dung dịch có pH= 5-7, khi ñiện phân do sự thoát khí O2
trên anode, H2 trên cathode, nhôm ion bị thủy phân nên pH dung
dịch thấp, thành phần chủ yếu là Al(OH)2+ và Al(OH)2+ ngoài ra còn
có Al3+ và Al(OH)3. Nếu dung dịch có tính acid, hàm lượng phức
hydroxo tích ñiện dương khá cao, chúng nằm phân tán, chậm liên kết
lại ñể tạo hạt keo lớn hơn.
Khi tăng pH>6, ion Al3+vừa hình thành sẽ bị thuỷ phân hoàn
toàn, phức hydroxo Al(OH)2+, Al(OH)2+ tiếp tục thuỷ phân, sản
phẩm thuỷ phân là Al(OH)3. Đến pH=7-8 Al(OH)3 ñạt nồng ñộ cực
ñại. Như vậy khi tăng pH, hàm lượng các hạt keo dương giảm dần,
các sản phẩm thuỷ phân dễ liên kết với nhau lại hơn tạo thành các hạt
keo lớn hơn. Thứ tự các phản ứng thuỷ phân như sau:
Al3+.6H2O + H2O → Al(OH)2+.5H2O + H3O+
Al(OH)2+.5H2O + H2O → Al(OH)2 + 4H2O + H3O+
Al3+.6H2O + 2H2O → Al(OH)2 + 4H2O + 2H3O+
Al(OH)2 + 4H2O + H2O → Al(OH)3.3H2O + H2O+
Trong quá trình ñiện phân, pH của lớp dung dịch sát anode
giảm dần do tạo ra keo nhôm và thoát O2 nên các hydroxo tích ñiện-12-
dương có ñộ phân tán rất cao.
Trong ñiện trường, H+ chuyển về cathode sẽ trung hoà các ion
OH
-
chuyển từ cathode sang anode, giúp cho quá trình thuỷ phân hình
thành các hydroxo dễ dàng.
Trong khoảng pH =5,7-7,0 các thành phần chính là Al(OH)2+,
Al(OH)2+... và Al(OH)3. Tăng pH và thời gian ñiện phân, các phân tử
ñó liên kết tạo các hạt ña nhân.
2.3. Đặc tính chung của keo vô cơ
Hạt keo gồm ba phần:
- Nhân hạt keo: là tập hợp nhiều phân tử rắn liên kết với nhau, ñược
bao bọc bởi một lớp vỏ ion. Sự hấp phụ một loại ion nào ñó trong
dung dịch tạo nên lớp vỏ ion này.
- Lớp ñiện tích kép: hình thành bởi các ion trái dấu với lớp vỏ ion.
- Lớp ion khuếch tán hình thành ở phần ngoài của lớp ñiện tích kép
2.4. Quá trình keo tụ tạo bông của keo nhôm, sắt
Keo nhôm, sắt ñược sử dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý
nước và nước thải. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào tính chất,
ñộ bền của các chất keo trong dung dịch và cơ chế keo tụ. Sự keo tụ
của các huyền phù bằng các phức hydro và hydroxit.
2.5. Các dạng nhôm hydroxít và phương pháp ñiều chế
Các dạng nhôm hydroxit và tính chất của chúng.
Trong nước, nhôm hydroxit tồn tại ở nhiều dạng khác nhau tuỳ
thuộc nguyên liệu ban ñầu và ñiều kiện phản ứng. Willstater và
Kraut ñã khảo sát các dạng gel khác nhau ñược hình thành từ nhiều
dung dịch muối nhôm cho thấy: nhôm hydroxit tồn tại ở các dạng
keo, gel, tinh thể. Kết tủa nhanh từ các dung dịch nhôm sunfat với dư
lượng nhỏ của amoniac,ñộ kiềm thấp sẽ tạo thành α-orthohydroxit
Al(OH)3 là những khối bông màu trắng, gel vô ñịnh hìng này chuyển
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi-13-
thành β-orthohydroxit {[4Al(OH)3 -3H2O] +2H2O } dẻo, rắn, hơi
vàng.
2.6. Động học và chuyển khối của quá trình keo tụ
- Có thể coi sự tương tác của hai chất này tuân theo lý thuyết keo tụ
nhanh của Smoluchowski. Theo lý thuyết này thì tốc ñộ keo tụ tuân
theo cơ chế phân tử bậc hai và bậc phản ứng cũng là bậc hai, phương
trình ñộng học có dạng
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua nghiên cứu các ñặc tính và khả nawng keo tụ của keo nhôm ñiện
hoá trong dung dịch ñiện phân với nhôm hoà tan anode ta nhận thấy:
- Keo nhôm ñiện hoá mới sinh ra có ñộ phân tán cao và kích thước
hạt nhỏ mịn
- Keo nhôm mới sinh ra có ñộ bền phân tán kém, dễ liên kết lại với
nhau tạo thành các khối lớn
- Về chế ñộ ñiện phân sau qua khảo sát thích hợp cho keo tụ ñiện
hoá chất màu hữu cơ với anode hoà tan nhôm hay sắt: Mật ñộ dòng
0,5-1 A/dm2, nông ñộ NaCl ≤ 1g/l, pH khoảng 6,5-8,5, khoảng cách
ñiện cực 1-2cm, nhiệt ñộ khoảng 350C.
- Keo tụ ñiện hoá với nhôm hoà tan anode hay sắt hoà tan anode có
thể tách loại phần lớn chất màu. Hiệu quả tách loại tăng khi tăng
cường khả năng khuấy trộn thuận lợi cho việc tách loại và làm sạch
nước.
- Keo tụ ñiện hoá với nhôm hoà tan anode hay sắt hoà tan anode có
nhiều ưu ñiểm hơn so với keo tụ hoá học vì có nhiều quá trình ñồng
thời tham gia tác ñộng trong cùng một thiết bị như keo tụ, tuyển nổi,
phá bền bỡi ñiện trường, ñiện di, ñịnh hướng tương tác thuận lợi, tiệt
trùng... kích thước của hạt keo mới sinh nhỏ nên cơ chế hấp thụ và
trung hoà ñiện tích chiếm ưu thế khống chế chủ yếu quá trình keo tụ
ñiện hoá, chất lượng nước sau xử lí có khả năng tái sử dụng, có thể
áp dụng ở những nơi có mặt bằng chật hẹp.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links