Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu dệt nhuộm bằng mô hình sinh học kỵ khí 2 bậc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề Tài: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XỬ LÝ MÀU DỆT NHUỘM BẰNG MÔ HÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ HAI BẬC GVHD : TS. LÊ ĐỨC TRUNG SVTH : ĐẶNG THỊ HẰNG LỚP : 08HMT1 MSSV : 08B1080020 HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2010 Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOAØ XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KTCN TP.HCM Ñoäc laäp - Töï do - Haïnh phuùc KHOA: KYÕ THUAÄT MOÂI TRÖÔØNG & CN SINH HOÏC NHIEÄM VUÏ ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP Hoï vaø teân : Ñaëng Thò Haèng MSSV : 08B1080020 Ngaønh : Kyõ thuaät Moâi Tröôøng Lôùp : 08HMT1 1. Ñaàu ñeà ñoà aùn toát nghieäp: Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu hoaït tính cuûa nöôùc thaûi deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc 2. Nhieäm vuï: Ø Toång quan lyù thuyeát Ø Xaây döïng moâ hình thöïc nghieäm Ø Chaïy moâ hình thích nghi Ø Khaûo saùt söï aûnh höôûng cuûa yeáu toá taûi troïng höõu cô ñeán hieäu quaû quaù trình xöû lyù cuûa moâ hình Ø Khaûo saùt thôøi gian vaän haønh cuûa moâ hình caùc caùc thôøi gian löu khaùc nhau Ø Toång hôïp, xöû lyù soá lieäu, vieát baùo caùo 3. Ngaøy giao ñoà aùn toát nghieäp: 19/04/2010 4. Ngaøy hoaøn thaønh nhieäm vuï: 20/07/2010 Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng 5. Hoï teân ngöôøi höôùng daãn: Phaàn höôùng daãn: TS Leâ Ñöùc Trung ………………………………… Noäi dung vaø yeâu caàu ñoà aùn toát nghieäp ñaõ ñöôïc thoâng qua boä moân. Ngaøy thaùng naêm 2010 Chuû nghieäm boä moân. Ngöôøi höôùng daãn chính (Kyù vaø ghi roõ hoï teân) (Kyù vaø ghi roõ hoï teân) PHAÀN DAØNH CHO KHOA, BOÄ MOÂN Ngöôøi duyeät (chaám sô boä):…………………………………………………….. Ñôn vò:………………………………………………………………………………………. Ngaøy baûo veä:…………………………………………………………………........ Ñieåm toång keát:………………………………………………………………........ Nôi löu tröõ ñoà aùn toát nghieäp:…………………………………………………… Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng PHAÀN NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng PHAÀN NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN PHAÛN BIEÄN ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng LÔØI CAÛM ÔN Xin traân troïng baøy toû loøng bieát ôn saâu saéc đến quyù thaày coâ toaøn tröôøng ĐH kỹ thuật công nghệ noùi chung vaø khoa moâi tröôøng noùi rieâng, ñaõ truyeàn ñaït cho em nhöõng kieán thöùc quí baùu trong suoát thôøi gian hoïc taäp taïi tröôøng. Em xin gôûi lôøi caûm ôn tôùi TS Leâ Ñöùc Trung. Thaày ñaõ taän tình chæ baûo, höôùng daãn em trong suoát thôøi gian laøm khoaù luaän toát nghieäp, cuøng toaøn theå caùc thaày coâ, anh chò trong phoøng thí nghieäm cuûa Vieän taøi nguyeân vaø moâi tröôøng ñaõ taïo ñieàu kieän giuùp ñôõ em trong suoát quaù trình nghieân cöùu. Maëc duø baän roän vôùi nhieàu coâng vieäc nhöng vaãn nhieät tình höôùng daãn vaø giuùp ñôõ em trong suoát thôøi gian thöïc taäp taïi Vieän ñeå em coù theå hoaøn thaønh toát khoaù luaän toát nghieäp naøy. Con xin göûi lôøi caûm ôn söï giaùo duïc vaø hy sinh lôùn lao cuûa ba meï cho con töø nhoû cho ñeán luùc tröôûng thaønh, luoân saùt caùnh beân con, giuùp con vöôït qua nhöõng khoù khaên trong cuoäc soáng. Xin caûm ôn taát caû baïn beø ñaõ luoân chia seû, giuùp ñôõ vaø ñoäng vieân toâi raát nhieàu trong thôøi gian qua. Vaø cuoái cuøng moät laàn nöõa em xin kính chuùc Ban Giaùm Hieäu, Khoa moâi tröôøng cuøng caùc quí thaày coâ söùc khoeû, thaønh coâng hôn nöõa trong vieäc troàng ngöôøi, vaø em chaân thaønh caûm ôn söï giuùp ñôõ cuûa TS Leâ Ñöùc Trung vaø caùc anh chò trong Vieän taøi nguyeân vaø moâi tröôøng Trong suoát quaù trình nghieân cöùu tìm hieåu vaø hoïc taäp chaéc chaén khoâng theå traùnh khoûi nhieàu thieáu soùt, em raát mong söï ñoùng goùp yù kieán quí baùu cuûa quí thaày coâ vaø cuøng toaøn theå caùc anh chò trong phoøng thí nghieäm cuûa Vieän taøi nguyeân vaø moâi tröôøng, ñeå em coù theå naâng cao kieán thöùc vaø goùp phaàn taïo coâng vieäc cuûa em sau naøy toát hôn. Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng TpHCM. ngaøy 18/07/2010 Ñaëng Thò Haèng Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng MUÏC LUÏC CHÖÔNG 1 : MÔÛ ÑAÀU....................................................................................... 1 1.1. ÑAËT VAÁN ÑEÀ ............................................................................................... 1 1.2. MUÏC TIEÂU VAØ ÑOÁI TÖÔÏNG NGHIEÂN CÖÙU ............................................. 2 1.3. NOÄI DUNG NGHIEÂN CÖÙU .......................................................................... 2 1.4. PHAÏM VI NGHIEÂN CÖÙU ............................................................................. 3 1.5. PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU .................................................................. 3 1.5.1. Nghieân cöùu lyù thuyeát ............................................................................... 3 1.5.2 Nghieân cöùu thöïc nghieäm .......................................................................... 3 1.6. YÙ NGHÓA KHOA HOÏC VAØ YÙ NGHÓA THÖÏC TIEÃN CUÛA ÑEÀ TAØI ............ 4 1.6.1. YÙ nghóa khoa hoïc .................................................................................... 4 1.6.2. YÙ nghóa thöïc tieãn ..................................................................................... 4 1.7. TÍNH MÔÙI CUÛA ÑEÀ TAØI .............................................................................. 4 CHÖÔNG 2 : TOÅNG QUAN VEÀ VAÁN ÑEÀ NGHIEÂN CÖÙU ................................ 6 2.1. TOÅNG QUAN VEÀ NGAØNH DEÄT NHUOÄM VAØ COÂNG NGHEÄ NHUOÄM.... 6 2.1.1. Ngaønh deät nhuoäm .................................................................................... 6 2.1.2. Coâng ñoaïn nhuoäm hoaøn taát : ................................................................... 8 2.1.3. Caùc coâng ngheä nhuoäm ............................................................................. 8 2.2. TOÅNG QUAN VEÀ MAØU NHUOÄM................................................................ 9 2.2.1. Nguoàn goác ............................................................................................... 9 2.2.2. Phaân loaïi.................................................................................................. 9 2.3. OÂ NHIEÃM MOÂI TRÖÔØNG CUÛA NÖÔÙC THAÛI NGAØNH DEÄT NHUOÄM ÔÛ VIEÄT NAM......................................................................................................... 14 2.4. MOÄT SOÁ COÂNG NGHEÄ XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI NGAØNH DEÄT NHUOÄM ... 18 Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng 2.4.1. Caùc sô ñoà coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi deät nhuoäm treân theá giôùi baèng coâng ngheä sinh hoïc keát hôïp ..................................................................................... 18 2.4.2. Caùc sô ñoà coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi deät nhuoäm taïi Vieät Nam............. 20 2.4.3. Ñaùnh giaù caùc coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi ngaønh deät nhuoäm vaø ñeà xuaát coâng ngheä môùi phuø hôïp ................................................................................... 21 2.5. LYÙ THUYEÁT VEÀ COÂNG NGHEÄ XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI KÎ KHÍ............... 22 2.5.1. Baûn chaát vaø phaân loaïi caùc quaù trình xöû lyù kî khí .................................. 22 2.5.2. Cô sôû sinh hoùa vaø ñoäng hoïc cuûa quaù trình phaân huûy kî khí chaát höõu cô24 2.5.3. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình hoaït ñoäng cuûa caùc coâng trình sinh hoïc kî khí ........................................................................................................ 29 2.5.4. Öu nhöôïc ñieåm coâng ngheä sinh hoïc kî khí ........................................... 32 2.5.5. Quaù trình sinh hoïc kî khí nhieàu ngaên.................................................... 33 2.6. CÔ CHEÁ LOAÏI BOÛ MAØU HOAÏT TÍNH AZO TRONG ÑIEÀU KIEÄN KÎ KHÍ ............................................................................................................................ 39 2.6.1. Cô cheá ................................................................................................... 39 2.6.2. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán söï loaïi boû maøu baèng sinh hoïc ..................... 41 2.7. CAÙC NGHIEÂN CÖÙU XÖÛ LYÙ MAØU NHUOÄM BAÈNG COÂNG NGHEÄ SINH HOÏC TREÂN THEÁ GIÔÙI ...................................................................................... 43 CHÖÔNG 3 : NGHIEÂN CÖÙU THÖÏC NGHIEÄM................................................ 51 3.1. KEÁ HOAÏCH NGHIEÂN CÖÙU THÖÏC NGHIEÄM ........................................... 51 3.2. CAÙC BÖÔÙC THÖÏC NGHIEÄM..................................................................... 51 3.2.1. Giai ñoaïn 1: Chaïy thích nghi moâ hình................................................... 51 3.2.2. Giai ñoaïn 2: giai ñoaïn xöû lyù .................................................................. 52 3.3. GIÔÙI THIEÄU MOÂ HÌNH THÖÏC NGHIEÄM ................................................. 52 3.3.1. Moâ hình sinh hoïc kî khí 3 ngaên ............................................................ 52 Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng 3.3.2. Moâ hình coät loïc kî khí:.......................................................................... 56 3.4. NGUYEÂN VAÄT LIEÄU SÖÛ DUÏNG TRONG MOÂ HÌNH............................... 58 3.4.1. Nöôùc thaûi deät nhuoäm ............................................................................. 58 3.4.2. Sinh khoái – buøn kî khí .......................................................................... 62 3.4.3. Giaù theå vaät lieäu ñeäm.............................................................................. 62 3.5. NGUYEÂN TAÉC HOAÏT ÑOÄNG CUÛA MOÂ HÌNH ........................................ 63 3.6. CAÙC THOÂNG SOÁ VAÄN HAØNH MOÂ HÌNH ................................................ 64 3.7. NOÄI DUNG THÍ NGHIEÄM ......................................................................... 65 3.7.1. Thí nghieäm giai ñoaïn thích nghi ........................................................... 65 3.7.2. Thí nghieäm giai ñoaïn taêng taûi troïng ...................................................... 66 3.7.3. Thí nghieäm xaùc ñònh thôøi gian vaän haønh toái öu..................................... 66 3.8. LAÁY MAÃU, BAÛO QUAÛN MAÃU VAØ PHAÂN TÍCH MAÃU............................ 67 3.9. PHÖÔNG PHAÙP ÑAÙNH GIAÙ HIEÄU QUAÛ XÖÛ LYÙ ..................................... 71 CHÖÔNG 4 : KEÁT QUAÛ VAØ BAØN LUAÄN........................................................ 72 4.1. GIAI ÑOAÏN CHAÏY THÍCH NGHI............................................................. 72 4.2. GIAI ÑOAÏN CHAÏY TAÊNG TAÛI TROÏNG .................................................. 75 4.3. XAÙC ÑÒNH THÔØI GIAN VAÄN HAØNH TOÁI ÖU ......................................... 79 4.3.1. Thôøi gian löu HRT = 24h ...................................................................... 79 4.3.2. Thôøi gian löu HRT = 36h ...................................................................... 80 4.3.3. Thôøi gian löu HRT = 48h ...................................................................... 82 4.3.4. Thôøi gian löu HRT = 54h ...................................................................... 84 4.4. XAÂY DÖÏNG PHÖÔNG TRÌNH .................................................................. 87 4.4.1 Phöông trình söï töông quan giöõa hieäu suaát söû lyù maøu vaøo taûi troïng....... 87 Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng 4.4.2 Phöông trình töông quan giöõa taûi troïng vaø thôøi gian löu ........................ 88 CHÖÔNG 5 : KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ ...................................................... 90 5.1. KEÁT LUAÄN ................................................................................................. 90 5.2. KIEÁN NGHÒ................................................................................................. 91 Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng DANH MUÏC CAÙC BAÛNG Baûng 2.1. Nhöõng öu vaø nhöôïc ñieåm chuû yeáu cuûa maøu nhuoäm hoaït tính: .............. 14 Baûng 2.2. Caùc phaân lôùp maøu nhuoäm vaø phaàn traêm maøu ñi vaøo doøng thaûi............. 15 Baûng 2.3. Caùc phaûn öùng sinh acetate vaø söï thay ñoåi naêng löôïng töï do .......... 26 Baûng 2.4. Phaûn öùng sinh methane vaø söï thay ñoåi naêng löôïng töï do .............. 28 Baûng 2.5. So saùnh quaù trình phaân huyû kî khí ôû hai khoaûng nhieät ñoä öa aám 35 oC vaø hieáu nhieät 55 oC ..................................................................................................... 30 Baûng 3.1. Keá hoaïch nghieân cöùu thöïc nghieäm........................................................ 51 Baûng 3.2. Thuoác nhuoäm REACTIVE BRILLIANT RED K-2BP (C.I.REACTIVE RED 24 ) ................................................................................................................ 59 Baûng 3.3. Chæ soá COD 1 lít nöôùc thaûi pha vôùi khoái löôïng töông öùng..................... 59 Baûng 3.4. Thaønh phaàn dinh döôõng boå sung vaøo doøng vaøo moâ hình....................... 61 Baûng 3.5. Vaïch bôm töông öùng vôùi löu löôïng vaø thôøi gian löu ............................. 67 Baûng 3.6. Caùc chæ tieâu vaø phöông phaùp phaân tích: ................................................ 69 Baûng 4.1. Keát quaû thí nghieäm trong giai ñoaïn thích nghi...................................... 72 Baûng 4.2. Keát quaû giai ñoaïn taêng taûi troïng............................................................ 75 Baûng 4.3. Keát quaû ôû HRT = 24h ............................................................................ 79 Baûng 4.4. Keát quaû xöû lyù nöôùc thaûi ôû HRT = 36h ................................................... 80 Baûng 4.5. Keát quaû xöû lyù nöôùc thaûi ôû HRT = 48h ................................................... 82 Baûng 4.6. Keát quaû xöû lyù nöôùc thaûi ôû HRT = 54h .................................................. 84 Baûng 4.7. Thoâng soá phöông trình söï töông quan giöõa hieäu suaát söû lyù maøu vaøo taûi troïng....................................................................................................................... 87 Baûng 4.8 Phöông trình töông quan giöõa taûi troïng vaø thôøi gian löu ........................ 88 Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng DANH MUÏC CAÙC HÌNH Hình 2.1. Coâng ngheä deät nhuoäm haøng sôïi boâng vaø caùc nguoàn nöôùc thaûi ................ 7 Hình 2.2. Coâng thöùc caáu taïo hoaù hoïc cuûa nhaân antraquinon ................................. 10 Hình 2.3. Coâng thöùc caáu taïo hoaù hoïc cuûa goác mang maøu Azin vaø Tiazin ............. 11 Hình 2.4. Coâng thöùc caáu taïo hoaù hoïc cuûa nhoùm mang maøu Phtaloxianin ............. 11 Hình 2.5. Caáu taïo maøu nhuoäm Procion Yellow HER (CI Reactive Yellow 84).... 13 Hình 2.6. Caáu taïo hoaù hoïc maøu nhuoäm daãn xuaát cuûa pirimidin ............................ 13 Hình 2.7. Sô ñoà keo tuï - hieáu khí – hoà nhaân taïo ôû Greven (CHLB Ñöùc) ............. 19 Hình 2.8. Sô ñoà coâng ngheä Hoaù lyù – Sinh hoïc....................................................... 20 Hình 2.9. Sô ñoà quaù trình phaân huûy kî khí caùc hôïp chaát höõu cô........................... 23 Hình 2.10. Caùc loaïi quaù trình kî khí. ..................................................................... 24 Hình 2.11. Caáu taïo maøng Vi sinh vaät..................................................................... 34 Hình 2.12. Hoaït ñoäng cuûa maøng Vi sinh vaät .......................................................... 35 Hình 2.13. Chuoãi caùc VSV taïo thaønh maøng vi sinh ............................................... 36 Hình 2.14. Caùc cô cheá khöû maøu nhuoäm azo .......................................................... 40 Hình 3.1. Moâ hình sinh hoïc kî khí 3 ngaên ............................................................. 53 Hình 3.2. Khung giaù theå vaät lieäu ñeäm vaø caùch boá trí ............................................. 54 Hình 3.3. Boá trí vaät lieäu ñeäm trong moâ hình sinh hoïc kî khí 3 ngaên ..................... 55 Hình 3.4. Bôm ñònh löôïng...................................................................................... 56 Hình 3.5. Moâ hình coät loïc sinh hoïc kî khí ............................................................. 56 Hình 3.6. Moâ hình kî khí ba ngaên trong thöïc nghieäm ........................................... 57 Hình 3.7. Caùch boá trí giaù theå vaøo moâ hình coat loïc sinh hoïc ................................ 57 Hình 3.8. Moâ hình kî khí ba ngaên keát hôïp vôùi coät loïc kî khí trong thöïc nghieäm.. 58 Hình 3.9. Maãu nöôùc thaûi deät nhuoäm moâ phoûng ..................................................... 61 Hình 3.10. Buøn vi sinh ñöôïc nuoâi caáy bôûi Coâng ty Phaân boùn Hoaø Bình – Quaän Taân Phuù – Tp. Hoà Chí Minh ......................................................................................... 62 Hình 3.11.Caáu taïo giaù theå ...................................................................................... 63 Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Hình 3.12. Giaù theå trong moâ hình thöïc nghieäm ..................................................... 63 Hình 3.13. Moâ hình sinh hoïc kî khí ba ngaên keát hôïp vôùi loïc sinh hoïc kî khí ...... 64 Hình 3.14. OÁng phaân tích COD.............................................................................. 70 Hình 3.15. Maùy ño pH ........................................................................................... 70 Hình 3.16 Maùy ño ñoä maøu ..................................................................................... 70 Hình 4.1.Haøm löôïng COD vaøo vaø ra trong töøng moâ hình trong giai ñoaïn thích nghi ............................................................................................................................... 73 Hình 4.2. Ñoä maøu vaøo vaø ra trong töøng moâ hình trong giai ñoaïn thích nghi ......... 73 Hình 4.3. Buøn chöa baùm vaøo giaù theå ..................................................................... 74 Hình 4.4. Buøn baùm vaøo giaù theå .............................................................................. 75 Hình 4.5. Hieäu suaát xöû lyù COD theo taûi troïng ...................................................... 76 Hình 4.6. Hieäu suaát xöû lyù BOD theo taûi troïng ....................................................... 76 Hình 4.7. Hieäu suaát xöû lyù ñoä maøu theo taûi troïng.................................................... 76 Hình 4.8. Söï bieán thieân pH qua caùc quaù trình xöû lyù ............................................... 78 Hình 4.9. Bieåu ñoà xöû lyù ñoä maøu vaø COD, BOD ôû HRT =24h................................ 79 Hình 4.10. Söï bieán thieân giaù trò pH ôû HRT = 24h .................................................. 80 Hình 4.11. Hieäu quaû xöû lyù ñoä maøu vaø COD,BOD ôû HRT = 36h........................... 81 Hình 4.12. Söï bieán thieân giaù trò pH ôû HRT = 36h ................................................. 81 Hình 4.13. Hieäu suaát xöû lyù ñoä maøu vaø COD, BOD ôû HRT = 48h.......................... 82 Hình 4.14. Söï bieán thieân pH ôû HRT =48h ............................................................. 83 Hình.4.15. Maãu nöôùc thaûi ñaàu vaøo vaø maãu ñaàu ra sau beå sinh hoïc ba ngaên vaø coät loïc ôû HRT = 48h. ................................................................................................... 83 Hình 4.16. Hieäu quaû xöû lyù ñoä maøu vaø COD, BOD ôû HRT = 54h.......................... 84 Hình 4.17. Söï bieán thieân pH ôû HRT =54h ............................................................. 85 Hình 4.18. Bieåu ñoà hieäu quaû xöû lyù COD, BOD vaø maøu trong caùc thôøi gian löu .... 86 Hình 4.19. Bieåu ñoà bieåu dieãn hieäu suaát xöû lyù COD theo thôi giai löu................... 86 Hình 4.20. Bieåu ñoà chæ soá BOD vaø COD trong caùc thôøi gian löu .......................... 86 Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Hình 4.21. Bieåu ñoà theå hieän khaû naêng xöù lyù cuûa moâ hình qua caùc thôøi gian löu ... 87 Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng DANH MUÏC CAÙC TÖØ VIEÁT TAÉT STT VIEÁT TAÉT CHUÙ THÍCH 1. BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu caàu oxy sinh hoùa 2. COD Chemical Oxygen Demand Nhu caàu oxy hoùa hoïc 3. DO Dissolved Oxygen OÂxy hoøa tan 4. DTPA Diethylenetriaminepentacetic acid 5. EDTA Ethylenediaminetetracitic acid 6. FAS Ferrous amonium sulfate Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O 7. HRT Hydraulic Retention Time – Thôøi gian löu nöôùc 8. MCABR Multichamber anaerobic bioreactors Beå phaûn öùng kî khí nhieàu ngaên 9. SRT Sludge retention time - 10. SS Suspended Solid Chaát raén lô löûng 11. TCVN Tieâu chuaån Vieät Nam 12. VFA Volatile fatty acids Acid beùo bay hôi 13. VSV Vi sinh vaät 14. UAF Upflow Anaerobic Filter - Loïc kî khí vôùi doøng leân Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN Deät nhuoäm ôû nöôùc ta laø ngaønh coâng nghieäp coù maïng löôùi saûn xuaát roäng lôùn vôùi nhieàu maët haøng, nhieàu chuûng loaïi vaø gaàn ñaây toác ñoä taêng tröôûng kinh teá raát cao. Caùc doanh nghieäp ñaõ söû duïng raát nhieàu phaåm maøu maø thaønh phaàn caáu taïo cuûa hôïp chaát maøu khoù xöû lyù hoaëc neáu xöû lyù raát toán keùm. Maëc khaùc, vaán ñeà yù thöùc moâi tröôøng cuûa caùc doanh nghieäp chæ mang tính chaát ñoái phoù vaø coâng taùc quaûn lyù chöa chaët cheõ, ñoàng boä, neân vaán ñeà oâ nhieãm töø ngaønh nhuoäm chöa ñöôïc khaéc phuïc trieät ñeå. Töø ñoù, yeâu caàu caàn coù nhöõng nghieân cöùu coâng ngheä xöû lyù phuø hôïp cho ngaønh deät nhuoäm taïi TpHCM. Ñeà taøi “Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu hoaït tính trong nöôùc thaûi deät nhuoäm baèng moâ hình coâng ngheä sinh hoïc kî khí hai baäc ” Nghieân cöùu khaû naêng vaø hieäu quaû xöû lyù maøu cuûa moâ hình keát hôïp giöõa sinh hoïc kî khí nhieàu ngaên vôùi loïc kî khí doøng chaûy ngöôïc nhaèm naâng cao hieäu quaû xöû lyù maøu hoaït tính trong nöôùc thaûi deät nhuoäm. Sau thôøi gian toång hôïp vaø nghieân cöùu lyù thuyeát ñöa ra quyeát ñònh tieán haønh pha nöôùc thaûi deät nhuoäm vôùi quy moâ phoøng thí nghieäm, vôùi hai giai ñoaïn vaø caùch pha khaùc nhau: - Giai ñoaïn chaïy thích nghi pha theo phöông trình thieát laäp döïa treân tyû leä COD/BOD. - Giai ñoaïn nghieân cöùu thöïc nghieäm pha theo ñeà taøi nghieân cöùu cuûa nhoùm taùc giaû C. O’Nell, A. Lopez, S. Esteves, F. R. Hawkers ñöôïc coâng boá treân taïp chí khoa hoïc vôùi nghieân cöùu “ Azo-dye degradation in an anaerobic – aerobic treatment system operating on simulated textile effluent “ vaø ñöôïc pha phuø hôïp vôùi thuoác nhuoäm vaø ñieàu kieän hoùa chaát nöôùc ta. Trong quaù trình tieán haønh laøm khoùa luaän thu ñöôïc nhieàu hieän töôïng vaø keát quaû toá goùp phaàn môû tieàn ñeà cho caùc nghieân cöùu sau: hieän töôïng phuù döôõng, sinh Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng khí coù muøi hoâi, maøng vi sinh bò cheát… hieäu suaát xöû lyù maøu toái öu vaø BOD, COD cao ôû HRT = 48h (hieäu suaát maøu ñaït 91%) So vôùi TCVN 5945:2005 - Nöôùc thaûi coâng nghieäp - Tieâu chuaån thaûi coät A. Cuøng vôùi keát quaû xaây döïng phöông trình töông quan giöõa hieäu suaát xöû lyù maøu vaø taûi troïng, thôøi gian löu laøm tieàn ñeà vaø cô sôû xaäy döïng treân thöïc teá vaø caùc nghieân cöùu sau naøy. Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 1 CHÖÔNG 1 MÔÛ ÑAÀU 1.1. ÑAËT VAÁN ÑEÀ Ngaønh coâng nghieäp deät may ñaõ ñöôïc hình thaønh vaø phaùt trieån hôn moät theá kyû, ñaõ trôû thaønh moät trong nhöõng ngaønh coâng nghieäp quan troïng trong ñôøi soáng xaõ hoäi vaø kinh teá nöôùc ta. Giaù trò xuaát khaåu ngaønh deät may chæ ñöùng sau coâng nghieäp daàu khí. Tuy nhieân ngaønh coâng nghieäp naøy laøm phaùt sinh moät löôïng nöôùc thaûi lôùn vaø khoù xöû lyù, gaây ra nhieàu vaán ñeà cho moâi tröôøng nöôùc khi ñöôïc xaû tröïc tieáp vaøo heä thoáng coáng raõnh khoâng qua xöû lyù. Ñaùng chuù yù hôn, trong quaù trình deät nhuoäm haøng traêm loaïi hoaù chaát khaùc nhau ñaõ ñöôïc söû duïng nhö alkyl phenol ethoxylates, ethylenediaminetetracitic acid (EDTA) vaø diethylenetriaminepentacetic acid (DTPA) coù ñoäc tính cao ñoái vôùi moâi tröôøng. Beân caïnh ñoù, söï hieän dieän cuûa thuoác nhuoäm trong nöôùc ngaên caûn söï xuyeân thaáu cuûa aùnh saùng maët trôøi vaøo nöôùc, laøm giaûm quaù trình quang hôïp keùo theo söï giaûm noàng ñoä oxy hoøa tan trong nöôùc vaø laøm taêng oâ nhieãm nguoàn nöôùc. Thuoác nhuoäm coøn coù ñoäc tính ñoái vôùi nhieàu loaøi ñoäng vaät thuûy sinh, maøu cuûa thuoác nhuoäm laøm maát veû myõ quan cuûa moâi tröôøng nöôùc. Hôn theá nöõa, trong moâi tröôøng kî khí, moät soá loaïi thuoác nhuoäm seõ bò khöû taïo thaønh nhöõng voøng amin thôm, ñaây laø nhöõng loaïi chaát ñoäc gaây ra ung thö vaø bieán dò cho ngöôøi vaø ñoäng vaät. Nhìn chung, phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi deät nhuoäm ñöôïc aùp duïng phoå bieán ôû caùc cô sôû deät nhuoäm ôû nöôùc ta chuû yeáu laø phöông phaùp hoaù hoïc, söû duïng acid trung hoøa kieàm vaø caùc chaát taïo phaûn öùng oxy hoaù khöû. Tuy ñem laïi hieäu quaû xöû lyù khaù cao nhöng giaù thaønh xöû lyù laïi cao. Neân vieäc vaän haønh nhöõng heä thoáng naøy cuõng khoâng thöôøng xuyeân, mang tính chaát ñoái phoù vôùi caùc cô quan quaûn lyù nhaø nöôùc veà moâi tröôøng Beân caïnh phöông phaùp xöû lyù hoùa hoïc, phöông phaùp xöû lyù sinh hoïc ñang ñöôïc quan taâm nghieân cöùu ñeå xöû lyù nöôùc thaûi deät nhuoäm do hieäu quaû xöû lyù cao, giaù Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 2 thaønh xöû lyù thaáp, deã vaän haønh. Beân caïnh ñoù, nhieàu nghieân cöùu cho thaáy maøu nhuoäm trong nöôùc thaûi deät nhuoäm coù theå ñöôïc xöû lyù baèng caùc chuûng vi sinh vaät thuaàn khieát hoaëc hoãn hôïp trong moâ hình lieân tuïc hoaëc baùn lieân tuïc vaø baùn lieân tuïc Vì vaäy nghieân cöùu tìm ra caùc quy trình ñeå xöû lyù ñöôïc nöôùc thaûi mang maøu töø caùc cô sôû deät nhuoäm laø nhu caàu cuûa thöïc tieãn saûn xuaát, nhaèm giaûi quyeát trieät ñeå nhöõng toàn taïi laâu nay trong nöôùc thaûi töø ngaønh deät nhuoäm. Ñeà taøi “Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu hoaït tính trong nöôùc thaûi deät nhuoäm baèng moâ hình coâng ngheä sinh hoïc kî khí hai baäc” laø moät höôùng nhaèm goùp phaàn giaûm thieåu taùc ñoäng cuûa maøu töø nöôùc thaûi deät nhuoäm ra moâi tröôøng beân ngoaøi. 1.2. MUÏC TIEÂU VAØ ÑOÁI TÖÔÏNG NGHIEÂN CÖÙU Muïc tieâu: Nghieân cöùu khaû naêng vaø hieäu quaû xöû lyù cuûa moâ hình keát hôïp giöõa sinh hoïc kî khí nhieàu ngaên vôùi loïc kî khí doøng chaûy ngöôïc nhaèm naâng cao hieäu quaû xöû lyù maøu azo (hoaït tính) trong nöôùc thaûi deät nhuoäm. Ñoái töôïng: nöôùc thaûi deät nhuoäm pha quy moâ phoøng thí nghieäm 1.3. NOÄI DUNG NGHIEÂN CÖÙU - Toång quan cô sôû lyù thuyeát vaø thöïc teá aùp duïng coâng ngheä sinh hoïc kî khí ñeå xöû lyù nöôùc thaûi ngaønh coâng nghieäp deät nhuoäm. - Thieát laäp vaø chaïy moâ hình nghieân cöùu thöïc nghieäm ñaùnh giaù khaû naêng cuûa moâ hình coâng ngheä keát hôïp giöõa sinh hoïc kî khí nhieàu ngaên vôùi moâ hình loïc kî khí doøng chaûy ngöôïc ñeå xöû lyù maøu trong nöôùc thaûi ngaønh coâng nghieäp deät nhuoäm. - Ñaùnh giaù hieäu quaû xöû lyù cuûa moâ hình coâng ngheä keát hôïp treân cô sôû so saùnh vôùi caùc moâ hình coâng ngheä thoâng duïng khaùc trong xöû lyù maøu hoaït tính cuûa nöôùc thaûi deät nhuoäm. - Thieát laäp phöông trình tröông quan giöõa hieäu suaát xöû lyù maøu phuï thuoäc vaøo taûi troïng vaø thôøi gian löu cuûa nöùc thaûi deät nhuoäm Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 3 1.4. PHAÏM VI NGHIEÂN CÖÙU Nöôùc thaûi deät nhuoäm laø moät loaïi nöôùc thaûi phöùc taïp veà thaønh phaàn vaø tính chaát. Maët khaùc, muoán ñaùnh giaù hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi deät nhuoäm thì ta caàn ñaùnh giaù ôû nhieàu chæ tieâu nhö: pH, ñoä maøu, ñoä ñuïc, muøi, COD, BOD, SS, N, P, caùc kim loaïi naëng, …. Tuy nhieân, moät baøi luaän vaên toát nghieäp vôùi thôøi gian hoaøn thaønh ngaén neân khoâng theå giaûi quyeát ñöôïc taát caû caùc vaán ñeà treân. Do ñoù, luaän vaên naøy chæ taäp trung giaûi quyeát caùc vaán ñeà böùc xuùc nhaát cuûa haàu heát caùc coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi deät nhuoäm taïi Vieät Nam ñoù laø vaán ñeà xöû lyù maøu vaø COD, BOD, SS cuûa nöôùc thaûi deät nhuoäm. Veà loaïi maøu trong nöôùc thaûi nhuoäm, luaän vaên chæ taäp trung nghieân cöùu nhoùm maøu azo hieän chieám khoaûng 50 – 70% caùc loaïi maøu ñang söû duïng taïi Vieät Nam. - Nghieân cöùu ñöôïc thöïc hieän trong quy moâ phoøng thí nghieäm taïi Vieän Moâi tröôøng vaø Taøi nguyeân. - Caùc maãu thí nghieäm ñöôïc phaân tích taïi Vieän Moâi tröôøng vaø Taøi nguyeân 1.5. PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU 1.5.1. Nghieân cöùu lyù thuyeát - Thu thaäp taøi lieäu trong vaø ngoaøi nöôùc coù lieân quan ñeán noäi dung nghieân cöùu. - Ñieàu tra khaûo saùt thu thaäp soá lieäu thöïc teá veà nöôùc thaûi oâ nhieãm cuûa moät doanh nghieäp deät nhuoäm ñieån hình taïi Tp.HCM. - Toång hôïp phaân tích, so saùnh vaø ñaùnh giaù löïa choïn höôùng nghieân cöùu phuø hôïp. - Phaân tích ñaùnh giaù ñieàu kieän thöïc teá veà kyõ thuaät, kinh teá, xaõ hoäi ñeå xaùc ñònh giôùi haïn nghieân cöùu vaø phöông aùn thöïc nghieäm. 1.5.2 Nghieân cöùu thöïc nghieäm - Xaây döïng vaø vaän haønh moâ hình qui moâ phoøng thí nghieäm ñaùnh giaù khaû naêng xöû lyù maøu, COD, BOD trong nöôùc thaûi deät nhuoäm baèng coâng ngheä Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 4 sinh hoïc kî khí keát hôïp giöõa moâ hình kî khí nhieàu ngaên vaø moâ hình loïc kî khí doøng chaûy ngöôïc. - Laäp keá hoaïch thöïc nghieäm. - Xöû lyù keát quaû baèng Excel, phaàn meàm xöû lyù döõ lieäu Statgraphics 1.6. YÙ NGHÓA KHOA HOÏC VAØ YÙ NGHÓA THÖÏC TIEÃN CUÛA ÑEÀ TAØI 1.6.1. YÙ nghóa khoa hoïc Keát quaû cuûa ñeà taøi laø nhöõng daãn lieäu khoa hoïc thöïc teá cho thaáy caùi nhìn ñuùng hôn veà taùc duïng cuûa caùc vi sinh vaät kî khí trong xöû lyù maøu, BOD vaø COD trong nöôùc thaûi deät nhuoäm hoaït tính, noù cuõng laø cô sôû khoa hoïc ñeå öùng duïng trong nghieân cöùu ñeå xöû lyù caùc loaïi maøu nhuoäm khaùc nhau. 1.6.2. YÙ nghóa thöïc tieãn Maøu laø chæ tieâu raát khoù ñeå xöû lyù. Caùc nhaø maùy, xí nghieäp nhuoäm ñang caàn coù quy trình coâng ngheä thích hôïp ñeå xöû lyù hieäu quaû maøu trong doøng thaûi. Muoán xöû lyù maøu ñaït chuaån thaûi ra moâi tröôøng caàn phaûi coù nhöõng coâng ngheä tieân tieán nhö loïc maøng, oxi hoùa.... tuy nhieân giaù thaønh laïi raát cao. Trong khi ñoù, coâng ngheä xöû lyù sinh hoïc vôùi öu ñieåm cuûa mình laø nguyeân lieäu reû, deã tìm, heä thoáng xöû lyù deã vaän haønh, giaù thaønh thaáp neân ñang ngaøy caøng chieám daàn öu theá. Vì vaäy, keát quaû nghieân cöùu seõ goùp phaàn xaây döïng quy trình xöû lyù phuø hôïp vaø caûi tieán quy trình ñeå naâng cao hieäu quaû xöû lyù maøu trong nöôùc thaûi töø caùc nhaø maùy nhuoäm. 1.7. TÍNH MÔÙI CUÛA ÑEÀ TAØI - Maøu hoaït tính trong nöôùc thaûi deät nhuoäm laø hôïp chaát khoù phaân huyû, khoù xöû lyù baèng phöông phaùp hoùa lyù. Coâng ngheä xöû lyù sinh hoïc ñaõ phaùt trieån vaø ñöôïc öùng duïng raát hieäu quaû trong vieäc xöû lyù loaïi nöôùc thaûi naøy. Moät soá nghieân cöùu cho thaáy xöû lyù nöôùc thaûi deät nhuoäm baèng coâng ngheä keát hôïp giöõa kî khí vaø hieáu khí mang laïi hieäu quaû khöû COD raát cao. Tuy nhieân, nghieân cöùu cuõng cho thaáy raèng, maøu cuûa nöôùc thaûi deät nhuoäm ñöôïc xöû lyù chuû yeáu ôû giai ñoaïn kî khí, giai ñoaïn hieáu khí mang laïi hieäu quaû khöû maøu khoâng cao. Do vaäy, luaän vaên tieán haønh Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 5 nghieân cöùu thí nghieäm môû roäng vôùi moâ hình sinh hoïc kî khí nhieàu ngaên (MCABR) vôùi loïc kî khí doøng chaûy ngöôïc (UAF) lieân tuïc ñeå taêng hieäu quaû xöû lyù maøu, COD vaø BOD - Vieäc aùp duïng bieän phaùp sinh hoïc trong xöû lyù deät nhuoäm ñöôïc aùp duïng roäng raõi treân theá giôùi noùi chung vaø taïi Vieät Nam noùi rieâng. Tuy nhieân, vieäc nghieân cöùu xöû lyù maøu trong nöôùc thaûi deät nhuoäm cuûa moâ hình keát hôïp giöõa sinh hoïc kî khí nhieàu ngaên vôùi loïc kî khí doøng chaûy ngöôïc chöa ñöôïc nghieân cöùu cuï theå taïi Vieät Nam. Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 6 CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN VEÀ VAÁN ÑEÀ NGHIEÂN CÖÙU 2.1. TOÅNG QUAN VEÀ NGAØNH DEÄT NHUOÄM VAØ COÂNG NGHEÄ NHUOÄM 2.1.1. Ngaønh deät nhuoäm Deät nhuoäm laø loaïi hình coâng nghieäp ña daïng veà chuûng loaïi saûn phaåm vaø coù söï thay ñoåi lôùn veà nguyeân lieäu, ñaëc bieät laø thuoác nhuoäm. Moät caùch toång quaùt, ngaønh coâng nghieäp deät nhuoäm ôû nöôùc ta ñöôïc chia thaønh caùc loaïi sau: - Deät vaø nhuoäm vaûi cotton: vôùi loaïi vaûi naøy thuoác nhuoäm hoaït tính hoaëc thuoác nhuoäm hoaøn nguyeân hoaëc thuoác nhuoäm tröïc tieáp ñöôïc söû duïng ôû haàu heát caùc nhaø maùy deät (Coâng ty deät may Gia Ñònh, Coâng ty deät Saøi Goøn,…) - Deät vaø nhuoäm sôïi toång hôïp (polyester): thuoác nhuoäm phaân taùn (Coâng ty deät Thaønh Coâng, Coâng ty deät Saøi Goøn,…) - Deät vaø nhuoäm vaûi peco: thuoác nhuoäm hoaøn nguyeân vaø phaân taùn (Coâng ty deät Saøi Goøn) - Öôm tô vaø deät luïa: ñaây laø daïng coâng nghieäp môùi ñöôïc phaùt trieån ôû nöôùc ta thôøi gian sau naøy, vôùi nguyeân lieäu chuû yeáu laø ôû trong nöôùc. Vôùi moïi loaïi xô thì quy trình saûn xuaát deät nhuoäm ñeàu coù theå chia thaønh ba böôùc chính: saûn xuaát sôïi, deät vaûi, xöû lyù hoaøn taát vaûi. Nhuoäm ñöôïc thöïc hieän ñeå taïo ra maøu saéc cho vaûi. Khaâu naøy naèm trong böôùc xöû lyù hoaøn taát vaûi, cô baûn lieân quan ñeán söï khuyeách taùn caùc phaân töû maøu nhuoäm trong taám vaûi caàn nhuoäm maøu. Trong quaù trình nhuoäm, caùc phaân töû maøu nhuoäm naøy nhanh choùng lieân keát vôùi beà maët cuûa töøng xô sôïi, hình thaønh neân moät lôùp moûng vaø khuyeách taùn vaøo saâu beân trong xô sôïi. Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 7 Hình 2.1. Coâng ngheä deät nhuoäm haøng sôïi boâng vaø caùc nguoàn nöôùc thaûi . Keùo sôïi, chaûi, gheùp, ñaùnh boùng Hoà sôïi Deät vaûi Giuõ hoà Naáu Xöû lyù axit, giaët Taåy traéng Giaët Laøm boùng Nhuoäm, in hoa Giaët Hoaøn taát, vaêng khoå Saûn phaåm Nguyeân lieäu ñaàu vaøo H2O, tinh boät, phuï gia, hôi nöôùc Enzym, NaOH NaOH, hoùa chaát Hôi nöôùc H2SO4, H2O Chaát taåy traéng H2SO4H2O, chaát taåy giaët NaOH, hoùa chaát Dung dòch nhuoäm H2SO4, H2O2, chaát taåy giaët Hôi nöôùc, Hoà, hoùa chaát Nöôùc thaûi chöùa hoà tinh boät, hoùa chaát Nöôùc thaûi chöùa hoà tinh boät bò thuûy phaân Nöôùc thaûi Nöôùc thaûi Nöôùc thaûi Nöôùc thaûi Nöôùc thaûi Dòch nhuoäm thaûi Nöôùc thaûi Nöôùc thaûi H2O2, NaOCl, hoùa chaát Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 8 2.1.2. Coâng ñoaïn nhuoäm hoaøn taát : Coâng ñoaïn nhuoäm hoaøn taát taïi caùc nhaø maùy bao goàm ba coâng ñoaïn chính laø: tieàn xöû lyù, nhuoäm vaø hoaøn taát. Nhuoäm hoaøn taát laø coâng ñoaïn cuoái cuøng ñem ñeán söï khaùc bieät veà maøu saéc, tính chaát cho caùc saûn phaåm deät. Quaù trình tieàn xöû lyù ñöôïc tieán haønh ñeå laøm saïch sôïi vaø laøm cho sôïi ñaït ñeán ñoä traéng, ñoä xoáp thuaän tieän, cho maøu phaân taùn vaøo sôïi. Quaù trình hoaøn taát bao goàm caùc thao taùc cuoái cuøng caàn thieát ñeå laøm cho saûn phaåm deät coù söùc haáp daãn vaø coù theå ñem tröng baøy vôùi khaùch haøng. Quaù trình hoaøn taát ñem laïi cho vaûi caùc ñaëc tính veà myõ quan, hoaù hoïc vaø cô hoïc cuoái cuøng ñeå phuïc vuï caùc yeâu caàu söû duïng. 2.1.3. Caùc coâng ngheä nhuoäm Trong caùc nhaø maùy nhuoäm tuøy vaøo ñieàu kieän thieát bò, naêng suaát, vaät lieäu maø ngöôøi ta löïa choïn coâng ngheä cho phuø hôïp. Trong saûn xuaát coù 3 phöông phaùp nhuoäm: nhuoäm giaùn ñoaïn, nhuoäm lieân tuïc vaø baùn lieân tuïc. a. Phöông phaùp nhuoäm giaùn ñoaïn (töøng meû): Dòch nhuoäm vaø vaät lieäu vaûi ñöôïc ñöa vaøo trong cuøng moät thieát bò. Thôøi gian nhuoäm coù theå keùo daøi töø 1 – 2 giôø. Sau khi nhuoäm xong, vaûi phaûi ñöôïc giaët saïch vaø tieán haønh ñöa sang caàm maøu. Phöông phaùp naøy duøng ñeå nhuoäm moät löôïng lôùn sôïi hoaëc vaûi. b. Phöông phaùp nhuoäm lieân tuïc: Vaûi luoân chuyeån ñoäng trong quaù trình gia coâng. Khi nhuoäm moät pha, vaûi ñöôïc ngaám eùp dung dòch thuoác nhuoäm moät laàn, coøn nhuoäm hai pha thì ngaám eùp hai laàn. Thôøi gian nhuoäm chæ vaøi giaây. Sau khi ngaám eùp, vaûi coù theå ñöôïc saáy khoâ, haáp baèng hôi baõo hoøa, gia nhieät khoâ ôû 1800C ÷2000C hoaëc cuoän uû ñeå cho thuoác nhuoäm baét maøu vaøo vaûi. Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 9 c. Phöông phaùp nhuoäm baùn lieân tuïc: Trong phöông phaùp nhuoäm baùn lieân tuïc, vaûi cuõng ñöôïc ngaám maøu nhö trong nhuoäm lieân tuïc sau ñoù ñöôïc cuoän thaønh töøng cuoän, roài ñem uû ñeå maøu gaén maøu vaøo vaûi. 2.2. TOÅNG QUAN VEÀ MAØU NHUOÄM 2.2.1. Nguoàn goác Maøu nhuoäm laø nhöõng hôïp chaát höõu cô coù maøu (goác thieân nhieân vaø toång hôïp) raát ña daïng veà maøu saéc vaø chuûng loaïi, chuùng coù khaû naêng nhuoäm maøu, nghóa laø baét maøu hay gaén maøu tröïc tieáp vaøo caùc vaät lieäu khaùc. Maøu nhuoäm ñöôïc duøng chuû yeáu ñeå nhuoäm vaät lieäu töø xô thieân nhieân (boâng, lanh, gai, len, tô taèm…), xô nhaân taïo (visco, acetat…), vaø xô toång hôïp (polyamid, polieste, polivinyl…). Noù cuõng ñöôïc söû duïng ñeå nhuoäm chaát deûo, cao su, toùc, chaát beùo, saùp, xaø phoøng, ñeå cheá taïo möïc in trong coâng nghieäp aán loaùt, ñeå cheá taïo vaên phoøng phaåm, vaät lieäu laøm aûnh maøu, duøng laøm chaát taêng vaø giaûm ñoä nhaïy cuûa aùnh saùng,… Maøu nhuoäm duøng trong nhuoäm vaûi ñöôïc taïo thaønh bôûi hai thaønh phaàn: chaát maøu vaø phuï gia. Chaát maøu ñöôïc caáu taïo bôûi hai nhoùm: nhoùm mang maøu (-CH=CH- , - N=N-, -CH =N-, - N=O…) vaø nhoùm trôï maøu (-OH, -NH2, -N(CH3)2, -N(C2H5)2... Ñoái vôùi caùc loaïi maøu nhuoäm khoâng tan trong nöôùc, caùc chaát maøu chính coù theå ñaït tôùi 100% khoái löôïng, nhöng caùc loaïi maøu nhuoäm tan trong nöôùc nhö hoaït tính, axit, tröïc tieáp… phaàn traêm chaát maøu naøy luoân < 100% khoái löôïng. 2.2.2. Phaân loaïi a. Phaân lôùp theo caáu taïo hoùa hoïc · Maøu nhuoäm azo Maøu azo laø lôùp maøu quan troïng nhaát vaø coù lòch söû phaùt trieån raát laâu ñôøi. Noù bao goàm haàu heát caùc loaïi maøu theo phaân lôùp kyõ thuaät. Maøu nhuoäm azo ñöôïc saûn Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 10 xuaát nhieàu nhaát, chieám tôùi gaàn 50% toång saûn löôïng maøu nhuoäm ñöôïc saûn xuaát haøng naêm. Trong phaân töû loaïi maøu nhuoäm naøy coù moät hoaëc nhieàu nhoùm azo (-N=N-). Döïa vaøo soá nhoùm azo coù trong heä mang maøu cuûa maøu nhuoäm ngöôøi ta chia ra caùc nhoùm maøu nhuoäm: ü Monoazobenzen: Ar-N=N-Ar’ ü Diazobenzen: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar’’ ü Tri vaø Polyazobenzen: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar’’-N=N-Ar’’’… Trong ñoù Ar, Ar’, Ar’’… laø nhöõng goác höõu cô nhaân thôm coù caáu taïo ña voøng, dò voøng raát khaùc nhau. · Maøu nhuoäm antraquinon Trong phaân töû loaïi maøu nhuoäm naøy chöùa moät hoaëc nhieàu nhaân antraquinon hay caùc daãn xuaát cuûa antraquinon. Hình 2.2. Coâng thöùc caáu taïo hoaù hoïc cuûa nhaân antraquinon · Maøu nhuoäm löu huyønh Laø nhoùm maøu nhuoäm chöùa maïch dò hình nhö tiazol, tiazin, azin... trong ñoù coù caàu noái –S –S–, duøng ñeå nhuoäm caùc loaïi sôïi cotton vaø visco. Nhöõng goác treân quyeát ñònh maøu saéc cuûa maøu nhuoäm. Lôùp maøu nhuoäm naøy khoâng coù maøu ñoû vaø maøu tía. Azin Tiazin N N S N N H Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 11 Hình 2.3. Coâng thöùc caáu taïo hoaù hoïc cuûa goác mang maøu Azin vaø Tiazin · Maøu nhuoäm Phtaloxianin Laø lôùp maøu töông ñoái môùi, heä thoáng mang maøu trong phaân töû cuûa chuùng laø moät heä lieân hôïp kheùp kín. Ñaëc ñieåm chung cuûa lôùp naøy laø: nhöõng nguyeân töû hidrogen trong nhoùm imin deã daøng bò thay theá bôûi caùc ion kim loaïi, coøn caùc nguyeân töû nitô thì laïi tham gia taïo phöùc vôùi kim loaïi, laøm cho maøu saéc cuûa maøu nhuoäm thay ñoåi Hình 2.4. Coâng thöùc caáu taïo hoaù hoïc cuûa nhoùm mang maøu Phtaloxianin b. Phaân lôùp kyõ thuaät Caùch phaân loaïi naøy döïa vaøo tính chaát coâng ngheä söû duïng cuûa maøu nhuoäm ñeå nhuoäm in hoa caùc saûn phaåm deät, da, giaáy, vaät lieäu cao phaân töû vaø caùc vaät lieäu khaùc. Theo caùch phaân lôùp naøy thì nhöõng thuoác nhuoäm tuy ñöôïc xeáp cuøng moät lôùp theo phaân lôùp hoùa hoïc coù theå naèm ôû caùc lôùp khaùc nhau theo phaân lôùp kyõ thuaät. Phaân lôùp kyõ thuaät goàm 11 lôùp: 1. Maøu nhuoäm tröïc tieáp (Direct dyes) 2. Maøu nhuoäm axit (Axit dyes) 3. Maøu nhuoäm hoaït tính (Reactive dyes) 4. Maøu nhuoäm bazô-cation (Base & cationic dyes) 5. Maøu nhuoäm caàm maøu (Mordant dyes) 6. Maøu nhuoäm hoaøn nguyeân tan vaø khoâng tan (Vat dyes) 7. Maøu nhuoäm löu huyønh (Sulfur dyes) 8. Maøu nhuoäm azobenzen khoâng tan (Azobenzenic dyes) Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 12 9. Maøu nhuoäm phaân taùn (Disperse dyes) 10. Maøu nhuoäm oxid hoùa anilin ñen 11. Maøu nhuoäm pigment Luaän vaên chæ taäp trung vaøo nghieân cöùu hoãn hôïp maøu nhuoäm hoaït tính trong quaù trình thí nghieäm xöû lyù maøu, neân ôû ñaây chæ ñeà caäp ñeán lôùp maøu naøy. · Maøu nhuoäm hoaït tính Ñaây laø lôùp maøu chöùa trong phaân töû nhöõng nhoùm chöùc, coù khaû naêng thöïc hieän lieân keát hoùa hoïc vôùi vaät lieäu, do vaäy ñoä beàn maøu khaù cao vaø khaù phoå bieán ôû Vieät Nam cuõng nhö treân theá giôùi. Lôùp maøu hoaït tính coù ñuû caùc gam maøu, maøu töôi vaø thuaàn saéc, coâng ngheä nhuoäm ña daïng vaø khoâng quaù phöùc taïp. Coâng thöùc toång quaùt ñöôïc bieåu dieãn nhö sau: S–R–T–X Trong ñoù: ü S laø nhoùm taïo cho maøu coù khaû naêng hoøa tan trong nöôùc, thöôøng laø caùc nhoùm chöùc –SO3Na; –COONa; –SO2CH3. Trong moãi phaân töû maøu thöôøng coù töø moät hay nhieàu nhoùm coù tính tan. ü R laø nhoùm mang maøu cuûa phaân töû maøu nhuoäm, noù quyeát ñònh maøu saéc vaø ñoä beàn maøu cuûa maøu nhuoäm. Nhoùm R trong maøu hoaït tính coù theå laø caùc hôïp chaát mono hay diazobenzen, phöùc maøu azobenzen vôùi kim loaïi, hôïp chaát antraquinon hay goác maøu cuûa maøu hoaøn nguyeân… ü T laø nhoùm taïo lieân keát hoùa hoïc vôùi vaät lieäu, ñoùng vai troø quan troïng trong vieäc quyeát ñònh ñoä beàn maøu vôùi giaët vaø cuõng laø nhoùm quyeát ñònh hoaït tính cuûa maøu nhuoäm. Baèng caùch thay ñoåi caùc nhoùm chöùc trong nhoùm T ngöôøi ta ñaõ taïo ra nhieàu chuûng loaïi maøu coù hoaït tính mong muoán, phuø hôïp vôùi nhieàu loaïi vaät lieäu. ü X laø caùc nhoùm theá seõ taùch ra khoûi maøu trong quaù trình nhuoäm taïo ñieàu kieän cho maøu nhuoäm thöïc hieän phaûn öùng hoùa hoïc vôùi vaät lieäu. Chuùng khoâng aûnh höôûng tôùi maøu saéc nhöng ñoâi khi aûnh höôûng tôùi ñoä tan cuûa maøu nhuoäm, Nghieân cöùu thöïc nghieäm xöû lyù maøu deät nhuoäm baèng moâ hình sinh hoïc kî khí 2 baäc GVHD: TS Leâ Ñöùc Trung SVTH : Ñaëng Thò Haèng Trang 13 thoâng thöôøng X laø nhöõng nguyeân töû hay nhoùm nguyeân töû sau: –Cl-, –SO2-, – OSO3H-, –NR3-… Ví duï: Procion Yellow HER (CI Reactive Yellow 84) N N N H C l N N C l C H 3 S O 3H S O 3H XS R T Hình 2.5. Caáu taïo maøu nhuoäm Procion Yellow HER (CI Reactive Yellow 84) Ú Maøu nhuoäm laø daãn xuaát cuûa pirimidin: thöôøng laø daãn xuaát cuûa di– triclopirimidin, coù caáu taïo chung nhö sau: S R N H C N C C l N C C l C C l Hình 2.6. Caáu taïo hoaù ho