Trong nhiều nhà máy xử lý nước thải công nghiệp, các nhà điều hành thường gặp một vấn đề phổ biến:
COD được giảm thành công, nhưng màu vẫn còn nhìn thấy trong nước thải.
Hiện tượng này đặc biệt phổ biến trong nước thải dệt, nhuộm, in và bột màu. Để hiểu tại sao điều này xảy ra—và làm thế nào để loại bỏ màu một cách hiệu quả—điều cần thiết là phải xem xét bản chất hóa học của màu trong nước thải, thay vì chỉ riêng sự phân hủy sinh học.
Màu trong nước thải công nghiệp chủ yếu do các phân tử thuốc nhuộm hòa tan, không phải chất rắn lơ lửng. Các loại thuốc nhuộm này chứa các nhóm mang màu, chẳng hạn như:
Liên kết Azo (–N=N–)
Vòng thơm
Cấu trúc liên kết đôi liên hợp
Những cấu trúc này hấp thụ ánh sáng khả kiến và được thiết kế để ổn định về mặt hóa học, chống lại ánh sáng, nhiệt và sự phân hủy sinh học.
Quan trọng nhất, phần lớn các loại thuốc nhuộm công nghiệp mang điện tích âm trong nước, làm cho chúng có tính hòa tan cao và khó loại bỏ.
Hệ thống xử lý sinh học được thiết kế để loại bỏ chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học, không phải thuốc nhuộm ổn định về mặt hóa học.
Những hạn chế chính bao gồm:
Nhiều phân tử thuốc nhuộm được thiết kế để chống lại sự tấn công của vi sinh vật, cho phép chúng tồn tại trong các lò phản ứng sinh học gần như không thay đổi.
Không giống như chất rắn lơ lửng, thuốc nhuộm hòa tan không lắng hoặc nổi tự nhiên, ngay cả sau quá trình oxy hóa sinh học.
Các phân tử thuốc nhuộm tích điện âm đẩy nhau, vẫn phân tán trong nước và duy trì màu có thể nhìn thấy.
Kết quả là, ngay cả sau khi xử lý sinh học hiệu quả, màu thường đi qua hệ thống mà không được xử lý.
Trong các ứng dụng công nghiệp, thuốc nhuộm được thiết kế có chủ ý để liên kết với sợi. Để đạt được điều này, nhiều loại thuốc nhuộm được sản xuất dưới dạng:
Thuốc nhuộm phản ứng
Thuốc nhuộm axit
Thuốc nhuộm trực tiếp
Các loại thuốc nhuộm này thường phân ly trong nước và tạo thành các loài anion, làm tăng cường độ bám dính của sợi nhưng cũng làm tăng độ ổn định của nước thải.
Điện tích âm này là lý do cơ bản tại sao các phương pháp lắng, lọc và sinh học thông thường không loại bỏ được màu.
Để loại bỏ màu một cách hiệu quả, độ ổn định điện của các phân tử thuốc nhuộm phải bị phá hủy.
Điều này đạt được thông qua khử màu hóa học bằng cách sử dụng các polyme cation.
Các chất khử màu cation đưa các nhóm chức tích điện dương vào nước thải, thu hút và trung hòa các loại thuốc nhuộm tích điện âm.
Sau khi được trung hòa, các phân tử thuốc nhuộm mất độ hòa tan trong nước và độ ổn định cấu trúc.
Các phức hợp thuốc nhuộm–polyme đã được trung hòa tạo thành các hạt không hòa tan có thể được loại bỏ thông qua lắng, tuyển nổi hoặc lọc.
Quá trình này nhắm vào nguyên nhân gốc rễ của màu, thay vì coi màu là một triệu chứng thứ cấp.
Hiệu quả của một chất khử màu chủ yếu phụ thuộc vào mật độ điện tích cation, không phải kích thước phân tử của nó.
Mật độ điện tích cao hơn cung cấp sự trung hòa mạnh hơn
Động học phản ứng nhanh hơn
Liều lượng hóa chất thấp hơn
Đây là lý do tại sao các polyme cation có trọng lượng phân tử thấp đến trung bình với mật độ điện tích cao được sử dụng rộng rãi để loại bỏ màu trong nước thải công nghiệp.
Khử màu hóa học thường được áp dụng trong:
Nước thải nhuộm dệt
Nước thải sản xuất phẩm nhuộm
Nước thải in và bột màu
Đánh bóng màu sau khi xử lý sinh học
Trong nhiều hệ thống, các chất khử màu được sử dụng cùng với chất keo tụ và tạo bông vô cơ để tối ưu hóa hiệu quả xử lý tổng thể.
Màu trong nước thải công nghiệp là một vấn đề ổn định hóa học, không phải là vấn đề sinh học.
Miễn là các phân tử thuốc nhuộm vẫn ổn định về điện và hòa tan, màu sẽ vẫn còn.
Việc loại bỏ màu hiệu quả đòi hỏi sự trung hòa hóa học có mục tiêu, làm cho các chất khử màu cation trở thành một công cụ thiết yếu cho các ngành công nghiệp phải đối mặt với các tiêu chuẩn xả thải hoặc tái sử dụng nghiêm ngặt.
