nghiên cứu khả năng khử màu thuốc nhuộm bằng phương pháp điện phân

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 3
1.1.Tổng quan về thuốc nhuộm 3
1.1.2. Cách gọi tên thuốc nhuộm 3
1.1.5.1.Đặc điểm của ánh sáng mặt trời 5
1.1.5.2.Năng lượng của ánh sáng 5
1.1.6.1.Theo cấu tạo hóa học 6
1.1.7.1.1Cấu tạo 10
1.2. Nước thải nghành dệt nhuộm 11
1.2.1.Giới thiệu 11
1.3.Tổng quan về điện phân 21
1.3.1. Điện phân 21
1.3.2.Điện phân dung dịch NaCl dùng điện cực trơ titan 23
1.3.2.1.1.Ở catot 24
1.3.2.2.Ở Anot 25
1.3.3.Định luật Faraday 27
1.3.4.Ứng dụng của phương pháp điện hóa 29
1.3.4 1Quá trình điện hóa 29
1.3.4 2Quá trình oxy hóa điện hóa 30
1.3.4 3Các kết quả nghiên cứu ở cấp độ thử nghiệm 30
CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 31
Kế hoạch thực nghiệm 31
1
Sơ đồ bảng biểu và hình vẽ
Bảng 1.1: Bảng màu sắc và bước sóng tương ứng .
Hình 1.1: Công thức phân tử của thuốc nhuộm acid yellow 17.
Hình 1.2: Công thức phân tử của thuốc nhuộm acid blue US1.
Hình 1.3: Công thức phân tử của thuốc nhuộm acid red 52.
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải ở các xí nghiệp liên doanh Donatex, cty Dệt
may 7 và cty 28.
Hình 2.2: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải ở công ty dệt Choongnam Vietnam Textile

Co.Ltd (Nhơn Trạch, Đồng Nai).
Hình 2.3: Quy trình phức hợp gồm nhiều công đoạn: xử lý trước, xử lý hoá lý, xử lý
vy sinh hiếu khí, lọc than hoạt tính của công ty dệt Việt Thắng.
2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về thuốc nhuộm
1.1.1. Khái niệm
Thuốc nhuộm là tên gọi chung của những hợp chất hữu cơ mang màu (có nguồn gốc tự
nhiên hay tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại, chúng có khả năng
nhuộm màu nghĩa là có khả năng bắt màu hay gắn màu trực tiếp.
1.1.2. Cách gọi tên thuốc nhuộm
Gồm 3 phần:
- Phần thứ 1: viết cả chữ, chỉ tên phân lớp kỹ thuật của thuốc nhuộm.
- Phần thứ 2: viết cả chữ, thường là các tính từ chỉ màu sắc của thuốc nhuộm.
- Phần thứ 3: được viết bằng chữ và chữ số chỉ sắc thái và cường độ của
thuốc nhuộm. Để chỉ cường độ màu người ta dùng 2 chữ cái đi liền với nhau như BB,
RR …., hoặc thêm vào các chữ số như: 2R, 6B, 4G….
1.1.3. Cấu tạo chung tạo nên màu sắc của thuốc nhuộm
Theo quan điểm của Butlervo và Alektsev năm 1876 O. Witt thì hợp chất hữu cơ mang
màu là do trong phân tử của chúng có chứa những nhóm mang màu, đó là những nhóm
nguyên tử chưa bão hòa hóa trị. Những nhóm mang màu quan trọng là:
CH=CH nhóm etylen
N=N nhóm azo
CH=N nhóm azo metyl
N=O nhóm nitrozo
NO
2
nhóm nitro
= C =O nhóm cacbonyl
Ngoài những nhóm mang màu thì để màu sắc sâu hơn thì cần có nhóm trợ màu: -OH,

-NH
2
, -N (CH
3
)
2
3
1.1.4. Bản chất màu sắc trong tự nhiên
Màu sắc là một hiện tượng phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau đây:
- Cấu tạo vật thể mang màu.
- Thành phần của ánh sáng chiếu vào vật thể và góc quan sát.
- Tình trạng mắt người quan sát.
Trong thực tế khi nghiên cứu về màu sắc thì có các khái niệm:
- Màu quang phổ: là màu nhận được khi phân tích ánh sáng trắng ra thành
những tia màu hợp thành nhờ dụng cụ quang học, mỗi màu được đặc trưng
bằng 1 bước sóng nhất định từ 380 đến 760nm và gọi là màu đơn sắc, đặc
điểm của các màu này là tươi và thuần sắc.
- Màu vô sắc: là những màu được đặc trưng bởi cường độ màu như nhau tại tất
cả các bước sóng.
- Màu hữu sắc: là những màu thiên nhiên thể hiện ở các vật xung quanh ta.
- Tông màu: là khái niệm trừu tượng thường được hiểu là sắc, sắc thái hoặc là
ánh màu.
- Độ thuần sắc: là chỉ tiêu xác định mức độ sắc thái trong màu.
- Độ sáng: đồng nghĩa với độ phản chiếu, được đánh giá bằng phần trăm các tia
tới so với tổng chùm tia phản xạ.
4
1.1.5. Lý thuyết về ánh sáng và sự hấp thụ ánh sáng của vật thể
1.1.5.1. Đặc điểm của ánh sáng mặt trời
Ánh sáng mặt trời mà con người cảm nhận được là ánh sáng trắng, ánh sáng này được
hợp thành từ bảy màu đơn sắc có bước sóng khác nhau: đỏ, vành, cam, lục, lam, chàm,

tím.
Giữa 7 màu này là vô số màu trung gian do sự phối ghép màu của 2 màu lân cận.
Những màu chính được trình bày:
Bảng 1.1: Bảng các màu chính và bước sóng tương ứng
Tên màu Bước sóng Tên màu Bước sóng
Cực tím
Tím
Tím lam
Xanh lam
Xanh da trời
Xanh lục
Vàng lục
400
420
440
470
500
530
560
Vàng
Vàng cam
Da cam
Đỏ cam
Đỏ
Cực đỏ
580
590
600
610
650

780
1.1.5.2. Năng lượng của ánh sáng
Theo thuyết proton thì ánh sáng là kết quả của hiện tượng bức xạ sóng được truyền đi
kèm theo năng lượng của chúng được tính bằng kilocalo. Khi một vật bị chiếu sáng thì
một số nguyên tử nào đó được cấp năng lượng và nó chuyển từ trạng thái ổn định sang
trạng thái không ổn định. Hai trạng thái này cách nhau bởi một năng lượng nằm trong
khoảng 35kcal đến 70kcal tính cho mỗi phân tử nhuộm. Trong quá trình nhảy từ mức
năng lượng này sang mức năng lượng khác thì các nguyên tử sẽ hấp thụ năng lượng và
phát ra tia sáng có bước sóng nhất định. Theo định luật lượng tử ta sẽ tính được mức
năng lượng theo công thức:
5
Trong đó:
γ: tần số dao động
h: hằng số planck h= 6,626.10
-27
erg/s
C: tốc độ ánh sáng, C=300000km/s
λ: bước sóng
1.1.6. Phân loại thuốc nhuộm
Dựa vào nguồn gốc chia làm 2 loại: Thuốc nhuộm có nguồn gốc tự nhiên và thuốc
nhuộm tổng hợp.
- Thuốc nhuộm tự nhiên.
- Thuôc nhuộm tổng hợp: được chia theo phân lớp kỹ thuật và theo cấu tạo hóa
học
1.1.6.1. Theo cấu tạo hóa học
- Thuốc nhuộm azo.
- Thuốc nhuộm antraquinon.
- Thuốc nhuộm indigoit.
- Thuốc nhuộm arylmetan.
- Thuốc nhuộm nitro.

- Thuốc nhuộm nitrozo.
- Thuốc nhuộm polymetyn.
- Thuốc nhuộm lưu huỳnh.
- Thuốc nhuộm arylamin.
- Thuốc nhuộm azometyn.
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng
6
- Thuốc nhuộm phtaloxianin.
1.1.6.2. Theo phân lớp kỹ thuật có
- Thuốc nhuộm trực tiếp.
- Thuốc nhuộm hoạt tính.
- Thuốc nhuộm Bazo-cation.
- Thuốc nhuộm Cầm màu.
- Thuốc nhuộm Hoàn nguyên tan và không tan.
- Thuốc nhuộm Lưu huỳnh.
- Thuốc nhuộm Azo không tan.
- Thuốc nhuộm Phân tán.
- Thuốc nhuộm Oxy hóa.
- Thuốc nhuộm Pigment.
- Thuốc nhuộm acid.
1.1.6.3. Loại thuốc nhuộm nghiên cứu
Thuốc nhuộm acid là các loại thuốc nhuộm có đặc điểm chung là hòa tan trong
nước, có phạm vi sử dụng rộng, ngoài mục đích nhuộm len, tơ tằm và xơ, polyamit
một số dùng để nhuộm da, lông thú. Lớp thuốc nhuộm này được gọi là “acid” vì chúng
bắt màu vào xơ trong môi trường acid, còn bản thân thuốc nhuộm thì có phản ứng
trung tính.
Theo cấu tạo hóa học, đa số thuốc nhuộm acid đều thuộc nhóm azo, số ít hơn
là dẫn xuất của antraquynon, triarymetan, xanten, azin, một số tạo phức với kim loại.
Theo tính chất kỹ thuật thuốc nhuộm acid được chia làm 3 nhóm:
+ Thuốc nhuộm acid thông thường.

+ Thuốc nhuộm acid cầm màu.
+ Thuốc nhuộm acid chứa kim loại.
7
Ba nhóm thuốc nhuộm này có đặc điểm chung là đủ màu, màu của chúng tươi
và thuần sắc. Đa số chúng là muối của các acid mạnh và bazơ mạnh nên khi hòa tan
trong nước thì phân ly thành các ion như sau:
Ar-SO
3
Na Ar-SO
3
-

+

Na
+
Các ion mang màu của thuốc nhuộm tích điện âm (Ar-SO
3
-
) sẽ hấp phụ vào
các tâm tích điện dương của vật liệu. Nhờ vậy mà nó được gắn màu hay giữ lại trên vật
liệu bằng mối liên kết ion hay liên kết muối, đó là đặc điểm riêng của thuốc nhuộm
acid. Ngoài ra chúng cũng được liên kết với các vật liệu bằng lực vanderwaals, liên kết
hydro và liên kết phối trí, nhưng những lực liên kết này không mạnh.
Sau đây là ba màu thuốc nhuộm acid chúng em nghiên cứu:
a. Thuốc nhuộm: acid yellow 17
Công thức phân tử: C
16
H
10

C
l2
N
4
Na
2
O
7
S
2
Trọng lượng phân tử: 551.28
Công thức cấu tạo:
Hình 1.1: Công thức cấu tạo của thuốc nhuộm acid yellow 17.
b. Thuốc nhuộm acid blue US1
Công thức phân tử: C
27
H
31
N
2
NaO
6
S
2
Trọng lượng phân tử: 566.66
8
Công thức cấu tạo:
Hình 1.2: công thức cấu tạo của thuốc nhuộm acid Blue US1.
c. Thuốc nhuộm acid red 52
Tên sản xuất: Sulforhodamine b

Tên quốc tế:
Sulforhodamine b monosodium salt;sulforhodamine b;
phloxine rhodamine;xylene red;xylene red b;
(6-(diethylamino)-9-(2,4-disulfophenyl)-3h-xanthen-3-ylidene)diethyl-
ammoniu;acidleatherredkb;AcidroseredB.
Công thức phân tử : C
27
H
29
N
2
NaO
7
S
2
Khối lượng phân tử: 580.65
9
Công thức cấu tạo:
Hình 1.3: công thức cấu tạo của thuốc nhuộm acid red 52.
1.1.7. Phương pháp đo màu của máy quang phổ
1.1.7.1.1 Cấu tạo
Chia làm hai phần: phần quang học và phần đo.
- Phần quang học: nguồn sáng (L), khe sáng và điều chỉnh được (E), ống chuẩn
trực (K), quang kế hệ tán sắc với một lăng kính hay hai lăng kính, kính lọc
nhiễu xạ hay cách tử nhiễu xạ… để tạo ra tia đơn sắc (P), thấu kính O, khe
điều chỉnh ánh sáng thoát ra (A).
- Phần đo: bộ thu quang điện (F), khuyếch đại (V), bộ vi xử lý và hiển thị kết
quả đo nối với các thiết bị ngoại vi như màn hình, máy in.
1.1.7.2. Tiến hành đo màu
Bức xạ xuất phát từ trong quang phổ kế thông qua khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ

thành một dải ánh sáng toàn sắc. Ứng với góc xoay của lăng kính P, sẽ cho bức xạ đơn
sắc có bước sóng xác định đi vào khe hẹp A. Khe A cho ánh sáng thoát ra được điều
chỉnh tương ứng với độ rộng ∆λ. Tia đơn sắc sẽ chiếu lên mẫu đo và mẫu trắng chuẩn.
Tỷ lệ giữa phần ánh sáng đơn sắc trả lại từ mẫu đo so với ánh sáng đơn sắc trả lại từ
mẫu trắng chuẩn gọi là độ phản xạ tại một bước sóng R
λ
.
Độ phản xạ được dẩn vào bộ
thu quang điện F, được xử lý cuối cùng cho ra số liệu và những đường cong phản xạ.
10
1.2. Nước thải nghành dệt nhuộm
1.2.1. Giới thiệu
Đề tài chúng em nghiên cứu về khả năng khử màu của thuốc nhuộm acid, đây
là một phần trong việc xử lý ô nhiễm nước thải dệt nhuộm, để hiểu hơn về nước thải
dệt nhuộm và có hướng ứng dụng đề tài hợp lý nhất chúng em sẽ đi tìm hiểu về phần
nước thải mà chủ yếu là nước thải dệt nhuộm.
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.
- Lượng nước chủ yếu là ở quá trình giặt sau mỗi công đoạn.
- Đặc trưng nước thải sản xuất gồm:
- Tạp chất rắn lơ lửng.
- Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường có nhiệt độ cao, độ pH lớn, chứa nhiều
loại hóa chất, thuốc nhuộm khó phân hủy, độ màu cao.
- Muối, hoá chất hữu cơ trong thuốc nhuộm, mực in.
- Chất hoạt động bề mặt.
- Chất điện ly, chất ngấm, chất tạo môi trường.
- Men, tinh bột.

- Chất oxi hoá.
Với tính chất nước thải dệt nhuộm như trên nếu không được xử lý tốt, nước
thải do dệt nhuộm sẽ gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt,
nước ngầm.
1.2.2. Tác nhân gây ô nhiễm
11
Các quá trình xử lý hoá học vật liệu dệt, còn được gọi là “xử lý ướt” (tiền xử
lý), nhuộm, in hoa, có thể đến cả xử lý hoàn tất cuối cùng thuộc loại hình công nghiệp
sử dụng nhiều nước. Tính được rằng để xử lý 1kg hàng dệt nhuộm cần 50 đến 300 lít
nước và cũng thải ra gần chừng ấy nước thải.
Mức độ ô nhiễm nước thải phụ thuộc chủ yếu vào các hoá chất, chất trợ, thuốc
nhuộm sử dụng và vào các công nghệ và trình độ lạc hậu, trung bình hay tiên tiến, hiện
đại của các công nghệ áp dụng.
Những chất gây ô nhiễm nước thải được chia làm 3 nhóm chính:
1.2.2.1. Nhóm thứ nhất: các chất độc đối với vi sinh và cá
+ Xút (NaOH), Na
2
CO
3
được dùng với số lượng lớn để nấu vải sợi bông,
xử lý nước thải sợi pha, dùng làm bóng không được thu hồi thải ra ngoài
với nồng độ cao.
+ Axit vô cơ, như axit H
2
SO
4
để trung hoà xút và “hiện màu” thuốc nhuộm
hoàn nguyên tan (indigosols).
+ NaClO dùng để tẩy trắng vải sợi bông và giặt mài, natri clorit (NaClO
2

)
để tẩy trắng hàng dệt kim.
+ Các chất khử vô cơ nồng độ cao như natri sunfua (Na
2
S) dùng nhuộm
thuốc nhuộm lưu hoá hay natri hidrosunfit (Na
2
S
2
O
4
) trong nhuộm hoàn
nguyên.
+ Dung môi hữu cơ clo hoá, như các chất tải dùng nhuộm polyester ở
100
0
C hay vải pha polyester/len ở nhiệt độ >100
0
C.
+ Formandehit trong các chất cầm màu và các chất trong xử lý chống
nhăn.
+ Các kim loại nặng có thể có trong xút công nghiệp sản xuất bằng điện
cực thuỷ ngân. Tạp chất kim loại nặng (Cu, Cr, Zn, Pb, Co, Ni) có trong
một số thuốc nhuộm sử dụng, nhất là thuốc nhuộm hoàn nguyên và cả
trong một số thuốc nhuộm hoạt tính. Một lượng tải hữu cơ “AOX” đi
vào nước thải từ một số thuốc nhuộm hoàn nguyên, phân tán, hoạt tính
và một số ít pigment.
12
+ Các chất ngấm và tẩy rửa không ion trên cơ sở ankyl phenol etoxylat
“APEO” có thể phân giải vi sinh đến 80%, nhưng sản phẩm phân giải lại

độc với cá.
+ Muối Glube (Na
2
SO
4
) dùng trong nhuộm thuốc nhuộm hoạt tính thải ra
với nồng độ cao (>2g/l).
1.2.2.2. Nhóm chất thứ hai: khó phân giải vi sinh
+ Phần lớn thuốc nhuộm và chất tẩy trắng quang học “OBA”.
+ Phần lớn các chất nhũ hoá, tạo phức, càng hoá và chất làm mềm.
+ Các chất hồ sợi polyester và sợi pha như “PVA” và poliacrylat.
+ Các polymer tổng hợp thường dùng làm chất hồ hoàn tất.
+ Các chất hồ tổng hợp trong in pigment.
+ Các chất giặt vòng thơm, mạch ankylen oxit dài hoặc mạch nhánh ankyl.
+ Dầu khoáng và silicon tách ra trong xử lý trước vải tổng hợp (như sợi
spandex) .
1.2.2.3. Nhóm thứ ba: các chất ít độc và có thể phân giả bởi vi sinh
+ Xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên của chúng bị loại ra trong xử lý trước.
+ Tinh bột (khoai mì) không biến tính hoá học dùng hồ sợi dọc.
+ Các chất giặt với ankyn mạch thẳng, các chất tẩy rửa”mềm”.
+ Axit acetic (CH
3
COOH) và axit formic (HCHO) dùng điều chỉnh pH.
+ Muối trung tính ở nồng độ thấp.
1.2.3. Các tiêu chuẩn kiểm soát nước thải ô nhiễm
1.2.3.1. Các chỉ tiêu sinh thái (Ecological Parameters or Ecology Data)
Mức độ ô nhiễm của nước thải “dệt nhuộm” được đánh giá bằng các thông số hay chỉ
tiêu sinh thái.
13
Các chỉ tiêu sinh thái tổng quát được lựa chọn để phân tích, đánh giá mức độ ô nhiễm

nước thải dệt nhuộm trước hết là: “nhu cầu oxi hoá học” (chemical oxygen demand)
viết tắt là COD và “nhu cầu oxi sinh hoá” (biochemical oxygen demand) viết tắt là
BOD. Hai đại lượng này là “thước đo” tổng các chất có thể oxi hoá trong nước thải
nhuộm, vì vậy là hai chỉ tiêu đặc trưng nhất để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải
dệt nhuộm.
- Nhu cầu sinh hóa (BOD – Bichemical Oxygen Demand) là hàm lượng oxy do
vi sinh vật sử dụng để oxy hóa các hợp chất hữu cơ trong bóng tối ở điều kiện
tiêu chuẩn về nhiệt độ và thời gian. Trị số BOD được thể hiện bằng (g) hoặc
(mg) theo đơn vị thể tích. BOD phản ánh được lượng chất hữu cơ bị phân hủy
có trong mẫu nước.
Bảng 1.2: Mối quan hệ giữa chỉ số BOD và chất lượng nước
BOD(mg/l) Chất lượng nước
1-2 Rất tốt
3-5 Trung bình
6-9 Khá ô nhiễm
>10 Rất ô nhiễm
- Nhu cầu oxy hóa học (COD – Chemical Oygen Demand) là số (mg) oxy cần
thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ có trong 1 lít nước. Trị số COD thể hiện
bằng (g) hoặc (mg) O
2
theo đơn vị thể tích.Hiện nay, người ta thường dùng
tác nhân oxy hóa mạnh như kalidicromat (KCr
2
O
7
) để xác định nhu cầu oxy
hóa học vì chất này có thể oxi hóa đến 90% chất hữu cơ.
1.2.3.2. Nhóm các chỉ tiêu khác cũng không kém phần quan trọng
Các thông số sinh thái bổ sung
+ Hàm lượng kim loại nặng: kim loại từ các nguồn thuốc nhuộm, hoá chất

công nghệ, chất trợ bao gồm Cu, niken (Ni), chì (Pb), crôm (Cr), coban
(Co), kẽm (Zn), thuỷ ngân (Hg) có trong nước thải dệt nhuộm. Do đó
hàm lượng các kim loại nặng phải là một thông số sinh thái bổ sung cần
14
phân tích xác định. Ngoài ra kim loại vào nước thải từ đường ống dẫn và
cả từ nước cấp nữa.
+ Halogen hữu cơ, viết tắt là AOX (Adsorbable Organic Halogen). AOX
trong nước thải dệt nhuộm có nguồn gốc từ một số chất trợ, từ thuốc
nhuộm, từ việc sử dụng clo tẩy trắng.
+ Màu nước thải nhuộm, đôi khi rất đậm. Nó cản trở bức xạ mặt trời đi vào
nước, ảnh hưởng bất lợi đến khả năng của các vi sinh phân giải các hợp
chất hữu cơ và gây ấn tượng thẩm mỹ xấu. Mặc dù không được đưa vào
tiêu chuẩn nước thải công nghiệp ở nước ta, nhưng để đánh giá ô nhiễm
nước thải dệt nhuộm cần đưa vào chỉ tiêu màu sắc vào nhóm các thông
số sinh thái bổ xung.
+ Một nhóm các thông số quan trọng khác đặc trưng cho nước thải dệt
nhuộm là các chỉ tiêu độc hại sinh thái (ecotoxicological data) hay độ
độc với các loài thuỷ sinh (aquatic toxicities). Nó đánh giá tác hại của
nước thải lên các loài động vật và thực vật sống trong nước.
+ Độ độc thuỷ sinh thường thông qua 4 thông số dưới đây:
+ Độ độc với vi sinh IC10- là nồng độ ức chế 10% (inhibition
concentration-10%).
+ Độ độc với cá LC50- là nồng độ làm chết 50% (lethal concentration-50%
mortality).
+ Daphania và tảo EC
50
(effec concentration- 50% effect).
+ Độ độc với vi sinh (bacterial toxicity) và độ độc với cá có thể là hai chỉ
tiêu đặc trưng cho mức độ độc hại của nước thải dệt nhuộm.
+ Trên thế giới, ở các nước công nghiệp tiên tiến (Đức, Áo, thụy sĩ ) đều

có tiêu chuẩn nước thải ‘dệt nhuộm’ vì tính đặc thù của ngành công
nghiệp này. Ở Việt Nam chúng ta ngành dệt may đang phát triển mạnh
mẽ hiện nay cần phải xây dựng và ban hành ngay các tiêu chuẩn nước
thải dệt nhuộm với các thông số đặc trưng như đã nêu ở trên.
15
1.2.4. Hệ thống các phương pháp xử lý nước thải
1.2.4.1. Các phương pháp xử lý
Quá trình xử lý hóa học nhằm điều chỉnh, trung hòa độ pH của nước thải, dùng keo tụ,
tạo bông để loại bỏ các loại thuốc nhuộm khó phân hủy sinh học sau khi xử lý sinh
học.
Quá trình xử lý sinh học diễn ra nhờ sự phân hủy hiếu khí của bùn hoạt tính lơ lửng để
phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải.
1.2.4.2. Dây chuyền xử lý nước thải:
Nước thải đầu vào -> " SCR thô ->" Hầm bơm ->" SCR tinh ->" bể điều hòa ->" Bể
trộn + bể phản ứng -> " Bể lắng 1 -> " Bể lọc sinh học ->" Bể khử trùng ->"Nước thải
đầu ra.
Phương pháp hoá lý, mà thực chất là phương pháp keo bằng phèn nhôm dùng xử lý
nước thải nhuộm ở các xí nghiệp liên doanh Donatex, cty Dệt may 7 và cty 28. Các hệ
thống XLNT đều do trung tâm công nghệ môi trường (ECO) thuộc cty Tecapro (TP
Hồ Chí Minh) thiết kế, xây dựng, lắp đặt thiết bị và chuyển giao công nghệ .
16
Sơ đồ hệ thống XLNT như sau :
Nước thải

Song chắn rác

Bể điều hoà

Bể phản ứng

Bể tạo cặn

Bể lắng

Bể lọc nhanh
Hình 2.1: Hệ thống XLNT đều do trung tâm công nghệ môi trường (ECO) thuộc cty
Tecapro (TP Hồ Chí Minh).
Những kết quả XLNT của phương pháp này đạt được:
+ Giảm đáng kể hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (SS), chỉ tiêu COD giảm
khoảng 40-50% và tương tự như vậy đối với BOD.
+ Giảm được màu nước thải.
Tuy nhiên nước thải ngày càng có mức độ ô nhiễm cao nếu xử lý keo tụ bằng phèn
nhôm thì hoàn toàn không thể đạt được tiêu chuẩn loại B.
Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý kết hợp với vi sinh tại công ty dệt
Choongnam Vietnam Textile Co.Ltd (Nhơn Trạch, Đồng Nai).
Nước thải xử lý trước
17
Bùn thải
Phèn nhôm
Chất ổn định pH
polyme
Bể nén, ép cặn hoặc phơi
Bể chứa số 2
Bể trung hòa
Bể thoáng khí
Bể lắng số 2
Bùn hoạt tính
Nước đã xử lý
dẫn ra ngoài
Bể làm đặc bùn

Tách nước
Thải bùn
Bể keo tụ
Bể lắng số 1
Bể chứa bùn
Nứơc thải nhuộm
Bể chứa số 1
Nước đã xử
lý sơ bộ
H
2
SO
4
Nước thải đã xử lý
FeSO
4

Polime
Polime
Đặc trưng nước thải là kiềm tính cao (pH từ 10-12),
COD thực tế đến 1700mg/l, và nước thải có màu rất đậm.
Hình 2.2: Sơ đồ xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý kết hợp với vi sinh tại công
ty dệt Choongnam Vietnam Textile Co.Ltd (Nhơn Trạch, Đồng Nai).
Kết quả thu được: nước thải xử lý đạt tiêu chuẩn ở mức cho phép của nước thải loại B
và màu nước chỉ còn nhờn nhợt. Đây là phương pháp có công suất lương đối lớn và
hoạt động có hiệu quả.
18
Quy trình phức hợp gồm nhiều công đoạn: xử lý trước, xử lý hoá lý, xử lý vi sinh hiếu
khí, lọc than hoạt tính của công ty dệt Việt Thắng:
Nước thải

Hình 2.3: Quy trình phức hợp của công ty dệt Việt Thắng
+ Xử lý trước: đầu tiên nước thải được tập hợp vào bơm trung tâm, sau đó
được dẫn qua các thiết bị lọc, bể điều hoà. Tại đây nước thải được khuấy
trộn để tạo ra hổn hợp đồng thể, nước thải có tính kiềm cao nên được
trung hoà bằng axit H
2
SO
4
để giữ pH ở giới hạn cho phép.
19
Phèn nhôm
Chất đa điện ly
Chất keo tụ đặc
biệt
Khoang
chứa bùn
Máy tách nước
làm khô bùn
Bùn thải
Lọc nước thải
Bể điều hòa
Trung hòa-điều
chỉnh pH
Đông tụ - keo tụ
Tuyển nổi
Bể tiếp xúc
Bể thoáng khí xử lý
sinh học
Bể thanh lọc
Than hoạt tính

Chất đa điện ly
H
2
SO
4
+ Xử lý hoá lý: sau sàng lọc, điều hoà, trung hoà điều chỉnh pH, nước thải
được bơm vào thiết bị keo tụ để sử lý đông tụ - keo tụ. Ngòai ra còn để
khử màu thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải.
+ Sau đó nước thải được đi đến thiết bị tuyển nổi. Những bông cặn lớn đã
tạo thành được loại bỏ bằng công nghệ tuyển nổi không khí hoà tan, có
nguyên lý như sau: hàng tỷ bọt khí được phun vào nước và chúng sẽ gắn
chặt vào các đám bông keo tụ. Tất cả những bông bùn keo tụ có bọt khí
gắn kết đó sẽ nhanh chóng nổi lên mặt nước và được vớt đi bằng thiết bị
nạo quét.
+ Sau xử lý keo tụ và tuyển nổi giảm mạnh chỉ tiêu SS (khoảng 70%), 30-
40%COD và một lượng tương ứng BOD cùng một phần màu sắc.
+ Xử lý sinh học: tại đây nước thải được xử lý bằng bùn hoạt tính để phân
giải các chất có thể phân giải bằng vi sinh trong nước thải. Các thiết bị
thanh lọc tách bùn ra khỏi nước sạch đã xử lý. Nước sạch đã được xử lý
thải ra ngoài, còn bùn dư cho quay lại hệ thống xử lý nước thải.
Ưu điểm và nhược điểm của các hệ thống xử lý nước thải nói trên:
- Ưu điểm: là quá trình xử lý nước thải liên hoàn đảm bảo kết quả ổn định, vững
chắc.
- Nhược điểm:
 Đầu tư lớn, chiếm diện tích không nhỏ.
 Gía thành vận hành tương đối cao nếu vận hành đầy đủ toàn
bộ hệ thống bao gồm cả lọc than hoạt tính và khử màu triệt để
bằng chất ‘keo tụ đặc biệt’ Colfloc RD (Ciba).
 Sản sinh một lượng bùn lớn.
 Ở các hệ thống XLNT trước, trung hoà nước thải kiềm tính

lớn có nhiều thuốc nhuộm hoạt tính bằng H
2
SO
4
là một nhược
điểm đáng kể, có thể dẫn đến hậu quả xấu sau này.
Ngoài ra còn có một số công nghệ xử lý nước thải với quy mô vừa và nhỏ khác của
các công ty dệt Nha Trang, công ty dệt Bình Lợi (ở TPHCM)
20
1.3. Tổng quan về điện phân
1.3.1. Điện phân
Điện phân là quá trình oxi hóa, quá trình khử xảy ra tại các bề mặt điện cực khi có
dòng điện một chiều đi qua dung dịch chất điện li hay chất điện li ở trạng thái nóng
chảy.
Nguồn điện một chiều (pin, acquy)

Dây dẫn điện

Catot Anot




Bình điện phân
Hình 3.1: Bình điện phân
- Điện cực nối với cực âm của máy phát điện (nguồn điện một chiêu gọi là cực âm
hay catot).
- Điện cực nối với cực dương của máy phát điện gọi là cực dương hay anot.
- Tại bề mặt catot luôn luôn có quá trình khử xảy ra, là quá trình trong đó chất oxi
hóa nhận điện tử để tạo thành chất khử tương ứng.

- Tại bề mặt anot luôn luôn có quá trình oxi hóa xảy ra, là quá trình trong đó chất
khử cho điện tử để tạo thành chất oxi hóa tương ứng.
- Khi có nhiều chất khử khác nhau, thường là các ion kim loại khác nhau (ion
dương) cùng về catot thì chất nào có tính oxi hóa mạnh nhất sẽ bị khử trước; Khi
hết chất oxi hóa mạnh nhất mà còn điện phân tiếp tục, thì chất oxi hóa yếu hơn
kế tiếp mới bị khử sau.
21
Thí dụ: Có các ion kim loại Cu
2+,
Ag
+
, Fe
2+
cùng về catot bình điện phân.
Do độ mạnh tính oxi hóa giảm dần như sau: Ag
+
> Cu
2+
> Fe
2+,
nên quá trình khử lần
lượt xảy ra ở catot là:
Ag
+
+ e Ag
Cu
2+
+ 2e Cu
Fe
2+

+ 2e Fe
Tương tự, khi có nhiều chất khử khác nhau, thường là các anion phi kim khác
nhau, cùng về anot, thì chất khử nào mạnh nhất sẽ bị oxi hóa trước; Khi hết chất khử
mạnh nhất mà còn điện phân tiếp tục thì chất khử yếu hơn kế tiếp mới bị oxi hóa sau
Thí dụ: Có các anion Cl
-
, Br
-
, I
-
cùng về anot trơ
Do độ mạnh tính khử giảm dần như sau: I
-
> Br
-
> Cl
-
, nên quá trình oxi hóa
lần lượt xảy ra ở anot như sau:
2I
-
- 2e I
2
Br
-
- 2e Br
2
Trong dãy thế điện hóa (dãy hoạt động hóa học các kim loại, dãy Beketov),
người ta sắp các kim loại (trừ H
2

là phi kim) theo thứ tự từ trước ra sau có độ mạnh
tính khử giảm dần, còn các ion kim loại tương ứng (ion dương) từ trước ra sau có độ
mạnh tính oxi hóa tăng dần.
K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Pt Au
Chiều tính khử giảm dần.
K
+
Ca
2+
Na
+
Mg
2+
Al
3+
Mn
2+
Zn
2+
Cr
3+
Fe
2+
Ni
2+
Sn
2+
Pb
2+
H

+
Cu
2+
Ag
+
Hg
2+
Pt
2+
Au
3+
Chiều tính oxi hóa tăng dần.
Thế điện hóa chuẩn của cặp oxi hóa khử nào càng lớn về đại số thì chất oxi
hóa đó càng mạnh và chất khử tương ứng càng yếu.
E
o
Ox1 / Kh1 > E
o
Ox 2 / Kh 2 ⇒ Tính oxi hóa: Ox1 > Ox2
22
Tính khử: Kh1 < Kh2
Thực nghiệm cho biết: E
0
Ag
+
/Ag > E
0
Fe
3+
/Fe

2+
> E
0
Cu
2+
/Cu > E
0
Fe
2+
/Fe
Do đó, tính oxi hóa: Ag
+
> Fe
3+
> Cu
2+
> Fe
2+
Tính khử: Ag < Fe
2+
< Cu < Fe
Độ mạnh tính khử các chất giảm dần như sau: (áp dụng trong điện phân) Tính
khử: Kim loại (trừ Pt) > S
2−
> I
−
> Br
−
> Cl
−

> OH
−
> H
2
O
(Do tính oxi hóa: Cl
2
> Br
2
> I
2
> S nên độ mạnh tính khử: Cl
−
< Br
−
< I
−
< S
2-
)
Thí dụ: Hãy viết các quá trình khử lần lượt xảy ra ở catot khi điện phân dung dịch có
chứa các cation: Fe
3+
, Ag
+
, Cu
2+
.
Do tính oxi hóa giảm dần như sau: Ag
+

> Fe
3+
> Cu
2+
> Fe
2+
> H
2
O nên quá
trình khử lần lượt xảy ra ở catot là:
Ag
+
+ e Ag (1)
Fe
3+
+ e Fe
2+
(2)
Cu
2+
+ 2e Cu (4)
Fe
2+
+ 2e Fe (5)
H
2
O+2e H
2
+ 2OH
-

(6)
Nếu không có Cu
2+
, thì Fe
3+
bị khử tạo ra Fe mà không xảy ra quá trình (2)
Fe
3+
+ 3e Fe
Nếu có sự tạo ion H
+
ở anot thì H
2
O không bị khử quá trình (5) mà là ion H
+
bị khử:
2H
+
+ 2e H
2
Do ion H
+
trong nước có nồng độ rất nhỏ nên ion H
+
của axit dễ bị khử hơn ion H
+
của
H
2
O, H

2
O tham gia điện phân ở quá trình (5) thực chất là H
+
của H
2
O bị khử.
1.3.2. Điện phân dung dịch NaCl dùng điện cực trơ titan
Khi điện phân dung dịch chất điện li thì tùy trường hợp, dung môi nước của
dung dịch có thể tham gia điện phân ở catot hay ở anot. Nếu nước tham gia điện phân
thì:
23
- Ở catot: Do ở catot có quá trình khử xảy ra nên H
2
O sẽ đóng vai trò chất oxi hóa,
nó bị khử tạo khí hiđro (H
2
) thoát ra, đồng thời phóng thích ion OH
-
ra dung
dịch.
H
2
O H
+
+ OH
-
H
+
+ 2e H
2

H
2
O +2e H
2
+ OH
-
- Ở anot: Do ở anot có quá trình oxi hóa xảy ra nên nước sẽ đóng vai trò chất khử,
nó bị oxi hóa tạo khí oxi (O
2
) thoát ra, đồng thời phóng thích ion H
+
ra dung
dịch.
2H
2
O 2 H
+
+ 2OH
-
2OH
-
- 2e ½ O
2
+ H
+
2H
2
O - 2e 1/2 O
2
+ 2 H

+
1.3.2.1.1. Ở catot
Thực nghiệm cho thấy khi điện phân dung dịch chứa các ion kim loại đứng
sau nhôm (Al) trong dãy thế điện hóa thì các ion kim loại này bị khử tạo thành kim
loại bám vào điện cực catot. Ion nào càng đứng sau thì có tính oxi hóa càng mạnh nên
càng bị khử trước ở catot. Hiểu là kim loại đứng sau nhôm có tính khử yếu, do đó ion
các kim loại này (ion dương) có tính oxi hóa mạnh.Chúng có tính oxi hóa mạnh hơn
nước nên các ion dương này bị khử trước nước.
K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Pt Au
Mn
+
+ ne M
(Ion kim loại) (kim loại đứng sau Al)
Thí dụ: Ion Cu
2+
về catot bình điện phân khi điện phân dung dịch có chứa ion Cu
2+
thì
ion này bị khử ở catot:
Cu
2+
+ 2e Cu
24
Còn khi điện phân dung dịch chứa ion kim loại từ nhôm trở về trước (ion kim
loại Al
3+
, Mg
2+
, ion kim loại kiềm thổ, ion kim loại kiềm) thì các ion kim loại này
không bị khử ở catot mà là H

2
O của dung dịch bị khử tạo H
2
bay ra và phóng thích ion
OH
-
trong dung dịch (ion OH
-
kết hợp ion kim loại tạo hiđroxit kim loại tương ứng).
Có thể hiểu là các kim loại từ Al trở về trước có tính khử mạnh rất mạnh, nên các ion
kim loại này có tính oxi hóa rất yếu, yếu hơn H
2
O. Do đó H
2
O bị khử trước ở catot.Và
một khi nước bị khử ở catot thì đây cũng là giai đoạn chót ở catot, vì khi hết nước thì
cũng không còn dung dịch nữa, nên sự điện phân sẽ ngừng. Các ion kim loại từ Al trở
về trước chỉ bị khử tạo kim loại tương ứng khi điện phân nóng chảy chất điện có chứa
các ion này.
2H
2
O + 2e H
2
+ 2OH
-
1.3.2.2. Ở Anot
Quá trình oxi hóa ở anot phụ thuộc vào bản chất của chất làm điện cực anot và
bản chất của anion đi về phía điện cực.
Nếu anot tan (không trơ, không bền): Anot được làm bằng các kim loại thông
thường (trừ Pt) (như Ag, Cu, Fe, Ni, Zn, Al ) thì kim loại dùng làm anot oxi hóa (bị

hòa tan) còn các anion đi về anot không bị oxi hóa. Có thể hiểu một cách gần đúng là
kim loại được dùng làm kim loại có tính khử mạnh hơn các chất khử khác đi về anot
trong dung dịch, nên kim loại được dùng làm điện cực anot bị oxi hóa trước. Và một
khi điện cực anot bị oxi hóa (bị ăn mòn) thì đây cũng là giai đoạn cuối ở anot. Bởi vì
khi hết điện cực anot, thì sẽ có sự cách điện và sự điện phân sẽ dừng.
Thí dụ: Anot được làm bằng kim loại đồng (Cu)
Cu (anot) + 2e Cu
2+
- Nếu anot không tan (trơ, bền): anot được làm bằng bạch kim (Platin, Pt) hay than
chì (Cacbon graphit).
- Nếu anion đi về anot là các anion không chứa O như Cl
-
, Br
-
, I
-
, S
2
thì các
anion này bị oxi hóa ở anot.
Thí dụ: Anion Cl
-
đi về anot trơ, thì ion Cl
-
bị oxi hóa ở anot
2Cl
-
- 2e Cl
2
25