Phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử trong xử lý nước thải dệt nhuộm

Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 tại liều xạ 5 kGy đến màu sắc của các mẫu nước thải.

Qua tìm hiểu, nhóm nghiên cứu nhận thấy, trên thế giới gần đây có một xu hướng mới là sử dụng công nghệ bức xạ để xử lý nước thải dệt nhuộm, phương pháp này có bốn ưu điểm nổi bật: quá trình tiến hành trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thường nên xử lý dễ dàng; tác nhân oxi hóa tự sinh trong quá trình chiếu xạ phân tán đều trong toàn hệ phản ứng nên quá trình xử lý màu đồng đều và hiệu quả; phương pháp xử lý giản tiện, có khả năng xử lý khối lượng lớn, có hiệu quả kinh tế; không sử dụng hóa chất để xử lý nên rất thân thiện với môi trường và đặc biệt quá trình xử lý không tạo ra bùn thải thứ cấp.

Đây là lý do để nhóm nghiên cứu đề đạt với Trung tâm thực hiện đề tài nghiên cứu cấp cơ sở “Nghiên cứu xử lý chất màu trong nước thải nhà máy dệt nhuộm bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử”.

Khi bắt tay vào thực hiện, nhóm nghiên cứu nhận thấy, hai phương pháp chiếu xạ trong xử lý nước mầu phổ biến là sử dụng chiếu xạ nguồn gamma Co-60 và chiếu xạ chùm tia điện tử (EB), trong đó phương pháp chiếu xạ EB cho thấy hiệu quả hơn chiếu xạ gamma về thời gian chiếu xạ, công suất xử lý, có thể kiểm soát quá trình xử lý, ngắt và kết nối với nguồn dễ dàng, phù hợp hơn để ứng dụng trong công nghiệp. Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp chiếu xạ EB có thể được tăng cường khi sử dụng kết hợp hydrogen peroxit (H2O2), làm gia tăng hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm.

Trong phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử, hầu hết các nghiên cứu trước đều chủ yếu nghiên cứu xử lý trên các màu nhuộm đơn, màu nhuộm giả lập mà chưa nghiên cứu nhiều trên mẫu nước thải dệt nhuộm hỗn hợp thực tế. Đây là lý do giải thích vì sao chưa khai thác được triệt để hiệu quả của phương pháp và chưa ứng dụng vào thực tế để đáp ứng yêu cầu về xử lý nước thải ra môi trường theo quy định. Do đó, nhóm nghiên cứu đã quyết định đi sâu vào việc xử lý nước thải dệt nhuộm hỗn hợp. Các mẫu nước thải được nhóm nghiên cứu lấy trực tiếp từ bể sau nhuộm của một số nhà máy dệt nhuộm trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh và tiến hành nghiên cứu xử lý trên máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2 tại Trung tâm.

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của liều xạ đến các thông số đặc trưng của các mẫu nước thải dệt nhuộm như độ màu, nhu cầu oxi hóa học (COD), nhu cầu oxi sinh học (BOD), độ pH,.. cho thấy khi tăng liều xạ thì các thông số này đều giảm, ví dụ với liều 20 kGy thì độ loại màu của mẫu nước thải hỗn hợp của 3 màu hoạt tính đạt 93% và mẫu nước thải hỗn hợp của hai màu hoạt tính đạt 98%, độ suy giảm pH, COD và BOD lần lượt là 18%, 75% và 66% đối với mẫu nước thải 3 màu và 14%, 77% và 66% đối với mẫu nước thải hai màu. Khi quan sát bằng mắt thường, nhóm nghiên cứu cũng thấy có sự thay đổi màu sắc của mẫu nước thải trước và sau khi chiếu xạ: màu của mẫu nước thải 1 ban đầu có màu xanh tím, khi chiếu xạ 5 kGy màu chuyển sang cam và nhạt dần khi liều xạ tăng đến 20 kGy còn màu của mẫu nước thải 2 ban đầu có màu đỏ, sau đó nhạt dần ở liều xạ 5 kGy và mất màu hoàn toàn ở liều xạ 10 kGy.

Tuy bước đầu cho thấy hiệu quả trong xử lý nước thải dệt nhuộm nhưng để áp dụng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử vào thực tế thì chi phí bỏ ra vẫn còn khá cao. Một trong những giải pháp để khắc phục vấn đề này, là kết hợp phương pháp chiếu xạ cùng với xử lý hygrogen peroxit (H2O2) để gia tăng hiệu quả loại màu cũng như góp phần làm giảm liều xạ. Thật không ngờ khi áp dụng cách làm này, nhóm nghiên cứu chỉ cần chiếu tại liều xạ 5 kGy kết hợp với H2O2 ở nồng độ 5 mM thì độ loại màu đã đạt 96% với mẫu nước thải 1 và 95% với mẫu nước thải 2. Kết quả về sự thay đổi màu sắc một lần nữa minh chứng hiệu quả: mẫu nước thải 1 ban đầu có màu tím, mẫu nước thải 2 có màu đỏ nhưng sau xử lý đã mất màu gần như hoàn toàn.

Việc áp dụng kết hợp phương pháp chiếu xạ cùng với xử lý hygrogen peroxit của nhóm nghiên cứu hiện nay mới chỉ thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm. Để phương pháp có thể áp dụng trên quy mô lớn của một nhà máy dệt nhuộm với nhóm nghiên cứu đã đề xuất với VINATOM thực hiện đề tài cấp Bộ KH&CN trong hai năm 2020-2021 “Nghiên cứu xử lý phân hủy chất nhuộm gốc azo từ nước thải phân xưởng nhuộm bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử kết hợp với xử lý sinh học”. Nhóm nghiên cứu kỳ vọng, sau khi kết thúc đề tài sẽ tối ưu được một phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm mới vừa hiệu quả vừa thân thiện môi trường với mức phí xử lý cạnh tranh để có thể chuyển giao cho các nhà máy dệt nhuộm Việt Nam.