Mô hình xử lý nước thải dệt nhuộm sử dụng plasma không nhiệt

Thuốc nhuộm ngày càng trở nên phổ biến, được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như dệt, in ấn, da, giấy,... Các ngành này tiêu thụ một lượng nước lớn và cũng tạo ra một lượng lớn nước thải. Nguồn nước thải này chứa hàng trăm loại hóa chất: thuốc nhuộm, chất điện ly, tinh bột, men, chất oxy hóa... Hơn nữa, do thuốc nhuộm có tính kháng vi sinh vật, kháng ánh sáng và bền hóa học nên nước thải dệt nhuộm (textile wastewater - TW) được coi là loại nước thải khó xử lý.

Chỉ riêng trong ngành may mặc, năm 2019, Việt Nam có khoảng 177 doanh nghiệp đang hoạt động trong lĩnh vực nhuộm in hoa và xử lý hoàn tất vải, 66 dây chuyền in hoa, 193 dây chuyền nhuộm liên tục, 750 nhà máy nhuộm gián đoạn và khoảng 100 thiết bị nhuộm dạng sợi. Ước tính, lượng hóa chất các loại được sử dụng trong các doanh nghiệp dệt nhuộm khoảng 500kg-2.000kg/tấn sản phẩm, bao gồm cả hóa chất dạng vô cơ và hữu cơ là axit, kiềm, dung môi và các loại muối khác nhau. Lượng hoá chất này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống và sức khoẻ con người nếu không qua xử lý khi thải ra.

Bài toán xử lý nước thải dệt nhuộm đã thu hút nhiều nhà khoa học trên khắp thế giới tham gia tìm lời giải. Trong đó, nghiên cứu phát triển các quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced oxidation processes - AOPs) đang trở thành xu thế. Quá trình AOPs tạo ra các tác nhân phản ứng cao, trong đó các gốc tự do hydroxyl (OH•) là tác nhân oxy hóa không chọn lọc có khả năng khoáng hóa phần lớn các hợp chất hữu cơ có trong nước thải dệt nhuộm.

Theo thông tin từ Trung tâm Thông tin - Tư liệu (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam), với mong muốn tìm kiếm vật liệu xúc tác phù hợp để cải thiện quá trình AOPs dựa trên plasma không nhiệt, từ đó xử lý hiệu quả nước thải dệt nhuộm, ThS. Quản Thị Thu Trang và nhóm nghiên cứu Viện Hóa học (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phân hủy thuốc nhuộm trong nước, sử dụng Plasma không nhiệt kết hợp với xúc tác Feo/bentonite” (mã số: VAST07.01/20-21).

Quá trình AOPs dựa trên plasma không nhiệt (Non-thermal plasma - NTP) để xử lý nước có rất nhiều ưu điểm như có thể tạo ra đồng thời, tại chỗ, các hiệu ứng vật lý (điện trường, tia UV, sóng xung kích...) và các tác nhân oxy hóa mạnh (OH•, O•, O3, H2O2, ...) mà không cần thêm bất kỳ tác nhân hóa học nào. Sự kết hợp tương hỗ của các tác nhân này tạo ra khả năng xử lý hiệu quả các hợp chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm.

Để hỗ trợ cho quá trình này, nhóm nghiên cứu đã tạo ra vật liệu xúc tác IFMB (nZVI/(Fe-Mn) binary oxide/bentonite) có các đặc trưng như diện tích bề mặt riêng 218m2/g, điểm điện tích không PZC = 6,67, dung lượng hấp phụ thuốc nhuộm RY-145 đạt qmax = 344,8mg/g. IFMB thể hiện tính năng như một chất xúc tác hiệu quả cho quá trình fenton-like (quá trình fenton sử dụng xúc tác dị thể). Nhóm nghiên cứu đã sản xuất 5 kg xúc tác phục vụ nghiên cứu.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp Plasma không nhiệt kết hợp với chất xúc tác trên có khả năng phân hủy hiệu quả hai loại thuốc nhuộm điển hình là thuốc nhuộm Azo (đại diện là metyl da cam - MO) và thuốc nhuộm hoạt tính (thuốc nhuộm RY-145) trên hệ thiết bị phản ứng NTP tự chế tạo trong trường hợp có xúc tác và không có xúc tác.

Để thăm dò khả năng xử lý nước thải thực tế, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mẫu nước thải của Công ty Cổ phần dệt kim Hanosimex để chạy trên hệ thí nghiệm với cột xúc tác IFMB cao 100mm bổ sung H2O2 cỡ 5mM/l. Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý COD tăng lên 92% (so với 69% khi chỉ chạy qua hệ plasma). Đánh giá sơ bộ cho thấy phương pháp này có tiềm năng trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Đề tài đã được Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam xếp loại xuất sắc.

Theo ThS. Quản Thị Thu Trang, việc kết hợp NTP với xúc tác có thể tăng cường hiệu quả xử lý nước thải; tuy nhiên, việc ứng dụng kỹ thuật này trong thực vẫn còn hạn chế, bởi Việt Nam hiện vẫn còn thiếu các lò phản ứng plasma công suất lớn có hiệu quả năng lượng cao. Do đó để có thể phát triển hướng nghiên cứu này cho các ứng dụng quy mô lớn, nhóm nghiên cứu mong muốn nhận được hỗ trợ cho các nghiên cứu về kỹ thuật xử lý và phát triển các lò phản ứng plasma hiệu quả cao và công suất lớn.

Nhóm nghiên cứu đã công bố những kết quả này trong bài báo "Adsorption removal of Reactive Yellow 145 dye from aqueous solution using novel nZVI/(Fe-Mn) binary oxide/bentonite nanocomposite" được đăng tải trên tạp chí Desalination and Water Treatment.