intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:81

74
lượt xem
7
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn đi nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ........................................ CÙ THỊ VÂN ANH         NGHIÊN CỨU TÁCH THU HỒI THUỐC NHUỘM DƯ  TRONG NƯỚC THẢI NHUỘM BẰNG MÀNG LỌC  VÀ KHẢ NĂNG GIẢM THIỂU FOULING CHO QUÁ  TRÌNH LỌC TÁCH THUỐC NHUỘM QUA MÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI, 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ........................................
  2. LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin gửi lời cảm  ơn sâu sắc tới TS. Trần Thị  Dung, người đã  giao đề tài và tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. ̀ ảm  ơn các Thầy Cô và các anh chị công tác tại Phòng thí  Tôi xin chân thanh c nghiệm Nghiên cứu màng lọc, Phòng thí nghiệm Hóa môi trường – Trường Đại  học Khoa học Tự  nhiên ­ ĐHQGHN, đã động viên và tạo mọi điều kiện cho tôi  trong quá trình thực hiện luân văn. ̣ Tôi cung xin chân thành c ̃ ảm  ơn các anh chị, các bạn làm việc tại Trung tâm   CETASD – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện thuận lợi giúp  tôi thực hiện luân văn này. ̣ Tôi xin chân thành cảm ơn !                                                     Hà Nội, ngày 31  tháng 12 năm 2012                                                                                                    H ọc viên                                                                                                Cù Thị Vân Anh
  3. MỤC LỤC  2.2.2. Xác định độ giảm năng suất lọc theo thời gian                                                    ................................................       37 MỤC LỤC HÌNH  2.2.2. Xác định độ giảm năng suất lọc theo thời gian                                                    ................................................       37 MỤC LỤC BẢNG  2.2.2. Xác định độ giảm năng suất lọc theo thời gian                                                    ................................................       37
  4. BẢNG  KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT AA: axit acrylic AFM: chụp phổ  hiểm vi lực nguyên tử BOD: Nhu cầu oxy sinh hóa COD: Nhu cầu oxy hóa học DR: trực tiếp DS: phân tán FTIR – ATR: phổ hồng ngoại phản xạ ngoài MA: axit maleic MN: Màng nền PP: phương pháp SEM: chụp hiểm vi điện tử quét SS: song song TSS: Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng
  5. MỞ ĐẦU           Ngành dệt nhuộm đã có từ lâu đời vì nó gắn liền với một trong những nhu   cầu cơ  bản của con người là may mặc. Sản lượng dệt trên thế  giới ngày càng   tăng, không chỉ  về  chất lượng mà còn đa dạng về  mẫu mã, màu sắc của sản  phẩm.  Ở   Ấn Độ, hàng năm sản xuất khoảng trên 4000 triệu mét  vải.  Ở  Việt  nam, ngành công nghiệp dệt may đang trở  thành một trong những ngành công   nghiệp mũi nhọn, hàng năm sản xuất khoảng trên 2000 triệu mét vải và trong các   năm tới sẽ  còn tăng thêm.  Tuy nhiên, một vấn đề  luôn đi kèm theo qui mô sản   xuất là vấn đề  chất thải của ngành này, trong đó có nước thải. Nước thải phát  sinh trong ngành công nghiệp dệt nhuộm xuất phát từ các công đoạn hồ sợi, giũ  hồ, nấu, tẩy, nhuộm... Nếu lượng nước thải này chỉ  xử  lý sơ  bộ, sau đó xả  ra  môi trường sau mỗi chu trình thì không chỉ  gây thiệt hại cho nguồn tài nguyên  nước mà còn làm ô nhiễm môi trường nước và không tận dụng hết thuốc nhuộm   còn tồn dư. Hiện nay, các phương pháp xử  lý nước thải dệt nhuộm đòi hỏi khá   nhiều chi phí, kỹ  thuật phức tạp mà hiệu quả  không cao. Thành phần gây ô   nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm là lượng thuốc nhuộm tồn dư trong dòng   thải sau công đoạn nhuộm. Do đó, việc tách thu hồi thuốc nhuộm tồn dư ngay tại   công đoạn phát sinh là một trong những giải pháp hữu ích để xử lý và giảm thiểu   ô nhiễm nước thải dệt nhuộm. So với các phương pháp xử  lý thông thường,   ngoài mục đích tách thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm, kỹ thuật lọc màng  còn cho phép tái sử dụng lại dung dịch nhuộm và nước sạch sau khi đã tách thuốc  nhuộm, đây là một phương pháp có nhiều ưu điểm và đã được áp dụng ở một số  nước.  Ở  nước ta, việc áp dụng kỹ  thuật lọc màng trong xử  lý nước thải dệt   nhuộm là vấn đề còn rất mới.  Phương pháp tách bằng màng là một trong những kỹ  thuật tách hiện đại  và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong khoảng vài chục năm trở  1
  6. lại đây, kỹ thuật lọc màng đã có những bước tiến bộ vượt bậc và được áp dụng   rộng rãi ở qui mô công nghiệp cho nhiều mục đích khác nhau, như sản xuất nước   sạch và siêu sạch, lọc hoá dầu, dược phẩm, thực phẩm, hoá chất, y tế, môi   trường … Ưu điểm của phương pháp lọc bằng màng là có thể tách được các cấu   tử có kích thước rất khác nhau, từ cỡ hạt tới cỡ ion mà không cần phải sử dụng   thêm các hoá chất khác, các cấu tử  cần tách không phải chuyển pha, là phương  pháp tách hiện đại, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.         Trong luận văn này, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu tách thu hồi   thuốc nhuộm dư  trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả  năng giảm   thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng”                Luận văn được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu màng lọc,   Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội. 2
  7. CH ƯƠ NG 1. T Ổ NG QUAN 1.1. Nước thải dệt nhuộm và các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 1.1.1. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ  sản   xuất khá phức tạp với nhiều loại hình công nghệ  khác nhau. Quá trình sản xuất   sử  dụng các nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau để  sản xuất các mặt hàng  với mẫu mã, màu sắc, chủng loại rất đa dạng. Nguyên liệu chủ yếu là xơ bông,   xơ  nhân tạo để  sản xuất các loại vải cotton và vải pha, ngoài ra còn dùng các   nguyên liệu như lông thú, đay gai, tơ tằm … Thông thường công nghệ  dệt nhuộm gồm ba quá trình cơ  bản: Kéo sợi,   dệt  vải  và   xử   lý  (nấu  tẩy),   nhuộm  và   hoàn  thiện  vải.   Các   công  đoạn  chính  gồm[14­42]: Làm sạch nguyên liệu: Nguyên liệu bông thô chứa các sợi bông có kích  thước khác nhau cùng với các tạp chất cơ học được đánh tung, làm sạch và trộn   đều. Chải: Các sợi bông được chải song song và tạo thành các sợi thô. Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: Kéo sợi thô tại các máy sợi con để giảm kích  thước sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống thích hợp. Sợi con trong các ống   nhỏ được đánh ống thành các quả  to để  chuẩn bị  dệt vải. Mắc sợi để  chuẩn bị  cho công đoạn hồ sợi. 3
  8. Hồ sợi dọc: Hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hồ  bao quanh sợi, tăng độ  bền, độ  trơn và độ  bóng của sợi. Ngoài ra còn dùng các   loại hồ nhân tạo như polyvinylalcol PVA, polyacrylat … Dệt vải: Kết hợp sợi ngang và sợi dọc để hình thành tấm vải mộc. Giũ hồ: Tách các thành phần hồ  bám trên vải mộc bằng enzim hoặc axit  sunfuric 0.5%, sau đó giặt bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa sang nấu  tẩy. Nấu vải: Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của xơ sợi.   Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt  ở  áp suất 2 đến 3 at,   nhiệt độ 120 đến 1300C, sau đó vải được giặt nhiều lần. Làm bóng vải: Mục đích làm trương nở  sợi cotton, xơ  sợi trở  nên xốp,   thấm nước, bóng hơn, tăng khả  năng bắt màu thuốc nhuộm. Thường dùng dung  dịch NaOH nồng độ  300 ppm, nhiệt độ  100C đến 200C, sau đó vải được giặt  nhiều lần. Tẩy trắng: Các chất tẩy thường dùng là NaClO2, NaOCl hoặc H2O2 cùng  với các hóa chất phụ trợ khác. Nhuộm vải và hoàn thiện: Thường sử  dụng các loại thuốc nhuộm tổng  hợp và các hóa chất trợ nhuộm để tăng sự  gắn màu của vải. Phần thuốc nhuộm   dư  không gắn vào vải sẽ  đi vào nước thải. Tỷ  lệ  màu gắn vào sợi nằm trong  khoảng 50 đến 98%, tùy thuộc vào công nghệ  nhuộm, loại vải, độ  màu yêu cầu  … Để tăng hiệu quả quá trình nhuộm, các hóa chất được sử dụng là các loại axit   H2SO4,   CH3COOH,   các   muối   sunfat   natri,   các   chất   cầm   màu   như   syntephix,  tinofix. Nguồn nước thải phát sinh trong công nghệ  dệt nhuộm là 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, và nước thải công đoạn giặt sau nhuộm   chiếm từ 20 đến 60 % tổng lượng nước thải. 4
  9. 1.1.2. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường Vấn đề  ô nhiễm chủ  yếu trong công nghiệp dệt nhuộm là ô nhiễm nước   thải. Các chất thải trong nước thải dệt nhuộm bao gồm: Các thành phần nguyên  liệu (tạp chất thiên nhiên, muối, dầu, mỡ  trong bông và len, xơ  sợi), hóa chất,   thuốc nhuộm còn tồn dư  sau khi hoàn thành công đoạn nhuộm, in hoa và chất   thải của các công đoạn phụ trợ. Mức độ  ô nhiễm nước thải phụ thuộc chủ yếu   vào loại và lượng các hóa chất, chất trợ  thuốc nhuộm sử  dụng, phụ  thuộc vào  công nghệ  và các máy móc thiết bị  trong dây chuyền công nghệ  áp dụng. Các  chất gây ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm được chia thành ba nhóm chính  gồm: * Các chất độc với vi sinh và tôm cá gồm xút, natricabonat, axit vô cơ, các  chất khử vô cơ như natrisunfua và natrihidrosunfit, dung môi hữu cơ clo hóa, các   dẫn xuất phenol và đi phenol, các hợp chất kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ  hay dung môi. * Các chất khó phân giải vi sinh gồm phần lớn thuốc nhuộm và chất tăng  trắng quang học, các chất tạo phức­càng hóa, nhũ hóa, làm mềm, các chất hồ sợi,   các chất giặt vòng thơm, ankylenoxit dài hay mạch nhánh ankyl. * Các chất tương đối không độc và có thể phân giải vi sinh gồm xơ sợi  và các tạp chất thiên nhiên của chúng, bột sắn không biến tính hóa học dùng để  hồ sợi, các chất giặt ankyl mạch thẳng, axit axetic và axit fomic, muối trung tính   nồng độ thấp. Các thông số đặc trưng cho tính chất nước thải dệt­nhuộm gồm các thông  số vật lý (nhiệt độ, pH, màu sắc, tổng lượng chất rắn lơ lửng, tổng lượng chất   rắn hòa tan), các thông số  sinh học, sinh thái (BOD, COD, tổng cacbon hữu cơ  TOC, cacbon hữu cơ hòa tan DOC, kim loại nặng, halogen hữu cơ AOX) và các   thông số  hóa học (clo tự  do trong nước, nito amoni, nito tổng, phosphor tổng,   5
  10. sulfua, sulfite, sunfat, hidrocacbon tổng, các chất thơm, các chất hoạt động bề  mặt..). Đặc tính nước thải và các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt­ nhuộm được thể hiện trong bảng sau. Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt­nhuộm [14   ] Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặc tính của nước thải Hồ sợi, giũ  Tinh bột, glucose, carboxy metyl xenlulo,  BOD cao (34 đến 50 %  hồ polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp tổng BOD) Nấu tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda,  Độ kiềm cao, màu tối,  silicat natri và xơ sợi vụn BOD cao (30 % tổng BOD) Tẩy trắng Hypoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH,  Độ kiềm cao, chiếm 5 %  AOX, axit … BOD Làm bóng NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp  (dưới 1% tổng BOD) Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axit axetic và các  Độ màu rất cao, BOD khá  muối kim loại cao, TS cao In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối,  Độ màu cao, BOD cao và  kim loại, axit … dầu mỡ Hoàn thiện Vết tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp         Trong các chất thải dệt nhuộm thì thuốc nhuộm là một trong những thành   phần rất được quan tâm. Thuốc nhuộm đi vào nước thải do còn tồn dư  sau khi  hoàn tất công đoạn nhuộm. Các thuốc nhuộm thường có trong nước thải xưởng   nhuộm ở nồng độ 10­50 mppm. Tuy nhiên, tùy thuộc vào qui mô và công nghệ áp   dụng, nồng độ thuốc nhuộm trong nước thải có thể cao hơn nhiều. Cho đến nay,  việc xử lý thuốc nhuộm tồn dư trong nước thải dệt nhuộm vẫn là một thách thức  đáng kể với ngành công nghiệp này. 1.1.3. Các   phương   pháp   ngăn   ngừa,   giảm   thiểu   và   xử   lý   nước   thải   dệt   nhuộm  6
  11. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nước thải ngành dệt  nhuộm có thể thực hiện trong quá trình sản xuất như: ­ Giảm nhu cầu sử dụng nước bằng cách thường xuyên kiểm tra hệ thống   nước cấp, tránh rò rỉ  nước. Sử  dụng công nghệ  tẩy, nhuộm, giặt hợp lý. Tuần  hoàn, sử dụng lại các dòng nước giặt ít ô nhiễm và nước làm nguội. ­  Hạn chế  sử  dụng các hóa chất trợ, thuốc nhuộm  ở  dạng độc hay khó  phân hủy sinh học. Giảm các chất gây ô nhiễm nước thải trong quá trình tẩy,   giảm ô nhiễm kiềm trong nước thải từ công đoạn làm bóng. ­ Thu hồi và sử  dụng lại dung dịch hồ  từ  công đoạn hồ  sợi và giũ hồ,   phương pháp lọc màng dùng để thu hồi PVA được ứng dụng lần đầu tiên ở Mỹ  năm 1974 và cho đến nay đã được áp dụng ở nhiều nước châu Âu. ­ Sử dụng nhiều lần dịch nhuộm vừa tiết kiệm hóa chất, thuốc nhuộm và   giảm được ô nhiễm môi trường. Các loại thuốc nhuộm cho phép sử  dụng lại  nhiều lần gồm: Thuốc nhuộm axit dùng cho len và polyamit, thuốc nhuộm bazo  dùng   cho   polyacrylonitril,   thuốc   nhuộm   trực   tiếp   cho   mặt   hàng   bông,   thuốc  nhuộm phân tán cho sợi tổng hợp như polyester. Cho đến nay, việc thu hồi thuốc   nhuộm từ  dịch nhuộm bằng phương pháp lọc màng đã được thực hiện thành  công ở một số nước để thu hồi thuốc nhuộm indigo từ quá trình nhuộm sợi bông.   Sau khi nhuộm thì phần thuốc nhuộm không gắn vào sợi sẽ đi vào nước giặt với   nồng độ 0,1 ppm. Để thu hồi thuốc nhuộm, dùng phương pháp lọc màng để nâng  nồng độ thuốc nhuộm sau lọc lên 60 đến 80 ppm và có thể đưa vào bể nhuộm để  sử dụng lại.      Do đặc thù của công nghệ, nước thải ngành dệt nhuộm chứa tổng hàm lượng   chất rắn, độ  màu, BOD, COD cao. Việc lựa chọn phương pháp xử  lý cần phải  dựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải   … Về nguyên lý, hiện có các phương pháp sau được áp dụng để xử lý nước thải   dệt nhuộm: 7
  12. *  Phương pháp đông keo tụ: Đây là phương pháp khá thông dụng trong xử  lý  nước thải dệt nhuộm. Trong phương pháp này người ta dùng phèn nhôm hoặc  phèn sắt cùng với sữa vôi khử màu và một phần COD. Điều chỉnh pH thích hợp  cho từng loại phèn và loại nước thải cần xử  lý. Về  nguyên tắc, trong hệ  phản  ứng có các bông hydroxit sắt hoặc nhôm sẽ  hấp phụ  các hợp chất màu và các  chất khó phân hủy sinh học, lắng xuống tạo thành bùn. Phương pháp này  ứng   dụng để khử màu của nước thải và cho hiệu suất khá cao với thuốc nhuộm phân   tán. Có thể áp dụng phương pháp keo tụ điện hóa để tăng sự tạo bông và áp dụng  trên quy mô lớn. Để  tăng sự tạo bông và trợ  lắng người ta thường cho thêm các  polime hữu cơ. Tuy nhiên phương pháp này tạo ra lượng lớn bùn (từ  0,5 đến 2,5   kg/1 m3 nước thải), bùn này sau đó phải tách nước và chôn lấp đặc biệt, nhưng   COD chỉ giảm từ 60 đến 70%. * Phương pháp hấp phụ: Dùng để xử lý các chất thải không có khả năng phân  hủy sinh học và các chất hữu cơ không hoặc khó xử  lý bằng phương pháp sinh   học, nước thải dệt nhuộm có thuốc nhuộm hòa tan và thuốc nhuộm hoạt tính. Cơ  sở  của quá trình là hấp phụ  chất tan lên bề  mặt chất rắn xốp (chất hấp phụ).  Các chất hấp phụ  thường là than hoạt tính, than nâu, đất sét, cacbonat, magie,   trong đó than hoạt tính có bề    mặt riêng lớn từ  400 đến 500 m 2/g.   Tuy nhiên  phương pháp này cũng chỉ giảm tối đa 70% COD. * Phương pháp oxi hóa: Các chất nhuộm vải hầu hết đều là các chất bền hóa  học nên phải dùng các chất oxi hóa mạnh. Nhiều kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng,  khi dùng ozon hoặc không khí có chứa hàm lượng ozon nhất định có khả  năng   khử  màu tốt, đặc biệt cho nước thải có chứa thuốc nhuộm hoạt tính. Theo tài  liệu cứ 1g thuốc nhuộm hoạt tính cần 0,5g O3. Tuy nhiên giá thành cho việc sản  xuất ozon khá cao. Dùng khí clo là phương pháp kinh tế  để  khử  màu nước thải  dệt nhuộm. Xử lý vi sinh tiếp theo sẽ giảm đáng kể  tải lượng COD và độ  độc.  Tuy nhiên, phương pháp này có bất lợi là sinh ra hợp chất clo hữu cơ, do đó làm  tăng tổng lượng halogen hữu cơ  AOX trong nước thải. Nếu dùng peroxit H2O2  8
  13. trong môi trường axit với chất xúc tác muối sắt (II) thì gốc hydroxyl trung gian   được tạo ra có thể  có khả  năng oxi hóa cao hơn cả  ozon, tuy vậy phương pháp   này cũng khá tốn kém. *  Phương pháp sinh học: Mặc dù thuốc nhuộm hầu hết đều là các chất khó   phân hủy nhưng trong thành phần nước thải dệt nhuộm cũng có chứa nhiều chất   có thể  phân hủy sinh học. Tuy nhiên trong nước thải dệt nhuộm có nhiều chất  gây độc cho vi sinh vật như chất thải vô cơ, fomandehit, kim loại nặng.... và các   chất khó phân hủy sinh học như chất tẩy giặt, hồ PVA.... cho nên trước khi đưa   vào xử  lý sinh học cần xử  lý sơ  bộ  các chất gây độc, giảm tỷ  lệ  các chất khó   phân hủy. Với  phương pháp xử  lý  hiếu khí cần kiểm  tra  tỷ  lệ  theo chỉ  tiêu  BOD5 : N : P = 100:5:1. Do nước thải dệt nhuộm có chứa nito và photpho nên các  kết quả  nghiên cứu cũng chỉ  ra rằng nên trộn cùng nước thải sinh hoạt để  đưa  vào xử lý sinh học. Các phương pháp sinh học thường dùng là phương pháp bùn  hoạt tính, lọc sinh học, hồ oxy hóa hoặc kết hợp xử  lý sinh học nhiều bậc. Các   kết quả  cho thấy nước sau xử  lý không màu và hàm lượng chất rắn nhỏ  song   lượng bùn sinh khối tạo ra tương đối lớn. Như vậy sẽ kèm theo chi phí xử lý bùn  và giá thành sẽ lại cao.         Các nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các phương pháp như  sinh hóa, hấp  phụ, bùn lắng.... cũng không mang lại hiệu quả  cao, chi phí tốn kém nhưng chỉ  loại bỏ tối đa được khoảng 70% COD [41] * Phương pháp màng lọc:   Phương pháp này đã được  ứng dụng trong xử  lý   nước thải ngành dệt nhuộm với mục đích thu hồi các chất tái sử dụng lại như hồ  tinh bột, PVA, thu hồi muối và thuốc nhuộm. Một số kết quả nghiên cứu về việc  áp dụng kỹ  thuật lọc màng NF và RO đã cho thấy phương pháp này khá hiệu  quả, có thể  giảm COD tới 99,5 % [41]. Việc áp dụng công nghệ  màng có thể  giảm lượng nước sạch tiêu tốn cho quá trình nhuộm vải tới 70%. Kỹ  thuật lọc   màng có thể  áp dụng để  xử  lý nước thải nhuộm tốt hơn rất nhiều so với các  phương pháp thông thường [9,17, 18, 26,28,37,46].   9
  14. 1.2. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng Màng lọc là một loại vật liệu được sử dụng trong quá trình tách một hỗn  hợp đồng thể hay dị thể (lỏng – lỏng, lỏng – rắn, khí – rắn, khí – khí). Một cách   khái quát, có thể coi màng là một lớp chắn có tính thấm chọn lọc đặt giữa hai pha  – pha đi vào (feed) và pha thấm qua (filtrate). Trong quá trình tách, màng có khả  năng lưu giữ  được một số  cấu tử  trong hỗn hợp và cho các cấu tử  khác đi qua.  Quá trình vận chuyển chất qua màng được thực hiện một cách tự  nhiên hay  cưỡng bức nhờ  động lực giữa hai phía màng. Động lực của quá trình tách qua   màng là chênh lệch áp suất, chênh lệch nồng độ, chênh lệch nhiệt độ  hay chênh   lệch điện trường.  1.2.1. Phân loại màng lọc Dựa vào bản chất, người ta chia màng thành hai loại: màng sinh học và  màng tổng hợp. Đây là cách phân loại rõ ràng nhất vì hai loại màng này khác nhau  hoàn toàn cả về cấu trúc và chức năng [27].  Một cách phân loại khác là dựa vào cấu trúc màng, đây cũng là một cách  phân loại quan trọng vì cấu trúc màng quyết định cơ  chế  tách và phạm vi  ứng   dụng của màng. Trong phạm vi các màng tổng hợp rắn, người ta chia thành hai   loại: màng đối xứng và màng bất đối xứng [28]. Màng đối xứng là loại màng có cấu trúc đồng nhất từ trên xuống dưới với   hai mặt hoàn toàn như nhau (ví dụ như màng xenlophan, cuprophan). Độ dày của  màng đối xứng (xốp hoặc không xốp) nằm trong khoảng từ  10 đến 200 μm, trở  lực chuyển khối được quyết định bởi độ dày của toàn bộ màng, nếu giảm độ dày  của màng thì sẽ  làm tăng tốc độ  thấm qua. Loại màng này thường được dùng   trong các quá trình vi lọc để lọc các tiểu phân nhỏ hoặc hoặc dùng cho thẩm tách   máu [4, 28]. Một bước đột phá trong các  ứng dụng công nghiệp là sự  phát triển của  màng bất đối xứng. Loại màng này có cấu trúc gồm hai lớp: lớp thứ nhất là lớp   10
  15. hoạt động rất mỏng (cỡ  khoảng từ  0.1 đến 0.5 μm), lớp thứ  hai là lớp đỡ  xốp   nằm ở dưới, lớp này dày hơn rất nhiều so với lớp hoạt động (cỡ khoảng 50 đến  150 μm). Kích thước lỗ  của lớp hoạt động nhỏ  hơn rất nhiều so với kích thước   lỗ của lớp đỡ. Trở lực chuyển khối của màng hoàn toàn do lớp hoạt động quyết  định, lớp đỡ  có tác dụng làm tăng độ  bền cơ  học của màng, giữ  cho lớp hoạt   động khỏi bị rách nhưng không ảnh hưởng tới việc vận chuyển dung môi và các  chất qua màng. Do đó, loại màng này có năng suất lọc rất cao. Các lớp đỡ thường   có cấu trúc xốp kiểu ngón tay hoặc kiểu tổ ong [1, 4, 28]. Với cấu trúc đặc biệt   như vậy, màng bất đối xứng có hiệu quả tách cao, có độ bền cơ học tốt và được   ứng dụng nhiều trong quá trình siêu lọc, lọc nano, tách khí, thẩm thấu ngược,…  Tùy theo điều kiện chế  tạo màng ta có thể  thay đổi chiều dày và kích thước lỗ  của lớp hoạt động cũng như cấu trúc xốp của lớp đỡ. Màng composite là một trường hợp đặc biệt của màng bất đối xứng, lớp   hoạt động và lớp đỡ xốp của nó được làm từ hai loại vật liệu khác nhau, mỗi lớp  có thể  được chế  tạo tối  ưu hóa một cách độc lập. Loại màng này có hiệu quả  tách rất cao, có tính năng cơ học và hóa học rất tốt [6, 28, 31]. 1.2.2. Module màng lọc  Trong các ứng dụng lớn  ở quy mô công nghiệp và bán công nghiệp, màng  thường được sử  dụng  ở  dạng module (bộ  lọc), để  tăng diện tích làm việc và  công suất lọc[7, 28].  Module sợi rỗng 11
  16. Hình 1.1. Module sợi rỗng        Module sợi rỗng (hollow fibre) gồm những sợi rỗng rất nhỏ, có đường   kính ngoài khoảng 80 μm và đường kính trong khoảng 40 μm. Lớp hoạt động  nằm ở phía trong sợi. Loại màng này có thể chịu được áp suất cao. Module khung bản Hình 1.2. Module khung bản Module khung bản gồm nhiều tấm màng đặt song song nhau. Giữa các  tấm có lớp đệm, dung dịch đi vào giữa hai tấm màng còn dung dịch thấm qua và   dung dịch lưu giữ được dẫn ra ngoài theo các kênh khác nhau. Module cuộn Module cuộn là các tấm dài được cuộn quanh một lõi. Hai tấm màng dài  được đặt song song  ở  giữa có lớp đệm xốp. Module cuộn có chiều dài từ  30 –   150 cm với đường kính từ 5 – 30 cm [7,9,28]. 12
  17.         Hình 1.3. Module cuộn 1.2.3. Mô hình dòng qua module và cách sắp xếp hệ thống module màng lọc Trong   quá   trình   lọc   màng,   bao   giờ   cũng   có   tối   thiểu   3   pha   trong   một   module (bộ  lọc) gôm pha đi vào, pha l ̀ ưu giữ  và pha thấm qua. Sơ  đồ  mô tả  các  dòng (pha) đi qua một module màng lọc được đưa ra ở Hình 1.3. Module Pha đi vào Pha lưu giữ Pha thấm qua Hình 1.4. Sơ đồ dòng qua module màng lọc Trong phương pháp làm việc gián đoạn, một thể tích nhất định dung dịch  được nén qua màng, theo thời gian nồng độ chất bị lưu giữ tăng dần trên bề mặt  màng và năng suất lọc giảm dần. Sơ đồ mô tả quá trình được đưa ra ở hình 1.5. 13
  18. Dung d ịch vào                                Dung d ịch t hấm qua                                   Hình 1.5. Sơ đồ quá trình lọc gián đoạn Trong phương pháp làm việc liên tục, dung dịch vào được bơm liên tục   qua module, sản phẩm (dung dịch thấm qua) được lấy ra liên tục. So với phương  pháp gián đoạn, phương pháp này có chất lượng sản phẩm và năng suất lọc  ổn   định, mặt khác sẽ giảm được hiện tượng phân cực nồng độ và tắc màng.  Dung dịch vào Dung dịch lưu giữ Dung dịch thấm qua Dung dịch vào Dung dịch l ưu gi ữ Dung dịch th ấm qua Dung dịch l ư u gi ữ Dung dịch vào        Dung dịch t hấm qua Hình 1.6. Sơ đồ hệ lọc màng liên tục 14
  19. 1.2.4. Một số đặc tính của màng  Mật độ lỗ              Mật độ  lỗ  là số  lỗ  trên một đơn vị  diện tích bề  mặt. Màng công nghiệp   thường có từ  108  – 109  lỗ/cm2. Tính chất này cũng phần nào đánh giá được độ  xốp và lưu lượng lọc của màng. Các màng có cùng đường kính lỗ  xốp thì màng  nào có mật độ lỗ lớn sẽ có độ xốp cao hơn, lưu lượng lọc lớn hơn và ngược lại  [4,7]. Độ thấm ướt        Độ thấm ướt là một đặc trưng quan trọng của màng. Màng lọc dễ thấm ướt  bởi dung dịch cần lọc thì quá trình lọc xảy ra dễ dàng hơn so với màng lọc không   thấm ướt bởi dung dịch cần lọc [2,4,7]. Độ xốp của màng         Độ xốp của màng là thể tích lỗ trống không bị chiếm bởi vật liệu màng trên   tổng thể tích của màng. Độ xốp được quyết định bởi kích thước lỗ và mật độ lỗ  xốp [2,4,6,7]. Chiều dày màng          Chiều dày màng là một đặc trưng quan trọng và được khống chế  khi chế  tạo. Màng càng dày thì trở  lực của màng càng lớn và năng suất lọc của màng bị  giảm nhưng màng sẽ  bền hơn, ngược lại nếu màng mỏng thì sẽ  không bền.  Thông thường màng polyme được chế  tạo với chiều dày từ  300­500 μm, chiều  dày của màng chế tạo thường dao động 10% so với giá trị xác định [4,7]. Độ nén ép                Đối với các quá trình lọc đặc biệt là lọc bằng màng thì đòi hỏi phải có sự  chênh lệch áp suất giữa hai phía của màng lọc. Trong quá trình lọc, do sự chênh  lệch áp suất, màng bị  nén lại làm cho độ  xốp của màng bị  giảm đi, trở  lực của   15
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2