nghiên cứu, xử lý toluen, ety axetat, butyl axetat, trong nước thải sơn bằng than hoạt tính

Mở đầu

Ngành công nghiệp sơn đang trên đà phát triển theo nhịp độ phát triển
chung của nền kinh tế quốc dân. Trong quá trình xây dựng, hầu hết các nhà
xởng, thiết bị cơ khí, các phơng tiện giao thông vận tải; các đồ dùng hàng
ngày là kim loại, gỗđều cần có các loại sơn bảo vệ để chống sự ăn mòn, tăng
tuổi thọ sản phẩm và để trang trí bề mặt.
Tuy nhiên, ngành công nghiệp này sử dụng rất nhiều hóa chất, đặc biệt là
DMHC [4, 8]. Ngành công nghiệp sản xuất sơn sử dụng 40% đến 70% DMHC
trong thành phần nguyên liệu [4]. Các DMHC này luôn tiềm ẩn gây ô nhiễm môi
trờng mà đặc trng là nguy cơ gây hại đến sức khỏe con ngời. Nhiều DMHC
đợc biết đến là tác nhân gây ung th và có tác động tới hệ thần kinh [4].
Trong quá trình sản xuất cũng nh sử dụng sơn vào các mục đích khác
nhau, lợng DMHC này sẽ phát tán vào môi trờng, gây ô nhiễm môi trờng đặc
biệt là ô nhiễm nguồn nớc. Vì vậy việc loại bỏ các DMHC ra khỏi thành phần
nớc thải sơn là rất quan trọng. Đảm bảo nguồn nớc đạt tiêu chuẩn trớc khi
thải ra môi trờng.
Để đóng góp vào hớng nghiên cứu này, khóa luận thực hiện đề tài:
Nghiên cứu xử lí toluen, etyl axetat, butyl axetat, xylen trong nớc thải sơn
bằng than hoạt tính kết hợp với siêu âm.

Với mục đích
- Nghiên cứu phơng pháp xử lí một số loại dung môi hữu cơ trong
nớc thải chứa sơn.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số loại dung môi hữu cơ bằng
than hoạt tính
- Nghiên cứu khả năng xử lý dung môi hữu cơ bằng than hoạt tính kết
hợp với siêu âm.
Từ đó đa ra mô hình công nghệ xử lý nớc thải sơn.

1
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Chơng I: Tổng Quan Ti Liệu

1.1. Công nghiệp sản xuất sơn
1.1.1. Quy trình sản xuất sơn
Sơn là hệ phân tán gồm nhiều thành phần (chất tạo màng, chất
màutrong môi trờng phân tán). Sau khi phủ lên bề mặt vật liệu nền nó tạo
thành lớp màng đều đặn, bám chắc, bảo vệ và trang trí bề mặt vật liệu cần sơn.
Sản xuất sơn bắt đầu bằng công đoạn tổng hợp nhựa alkyl. Kết thúc quá
trình, nhựa gốc đợc pha loãng sơ bộ rồi bơm sang thiết bị pha khuấy để pha
loãng tiếp đến khi đạt yêu cầu. Tại phân xởng pha sơn, nhựa đợc trộn với bột
màu và hóa chất, khuấy đều tạo dạng bột nhão (past) bằng máy khuấy đĩa. Thực
hiện xong quá trình khuấy sẽ đem ủ trong 24-48 giờ do độ ngấm dầu của các bột
màu khác nhau. Sau đó, chuyển sang nghiền mịn. Past đạt độ mịn cần thiết thì
chuyển sang công đoạn pha chế. Sơn đợc tạo thành bằng cách trộn past sơn đạt
tiêu chuẩn với một số thành phần khác (dung môi, chất làm khô, bột lithopo,
BaSO
4
. Qua quá trình kiểm tra chất lợng, sơn chuyển sang quá trình đóng hộp
bao gói, sau đó chuyển vào kho chứa sản phẩm.
Quá trình sản xuất gồm 6 công đoạn chính.
- Công đoạn 1: Chuẩn bị nguyên nhiên liệu: trớc khi đa nguyên liệu
vào sử dụng, phải kiểm tra lại chất lợng
- Công đoạn 2: tổng hợp nhựa alkyl bằng phơng pháp đẳng phí dùng
xylen tách nớc. Qua hai giai đoạn trong nồi tổng hợp nhựa kín với các thiết bị
phụ trợ là khuấy, sinh hàn.
- Công đoạn 3: khuấy trộn nguyên liệu lỏng (chất tạo màng) với nguyên
liệu rắn( bột màu, bột độn) tạo bán thành phẩm dạng past bằng máy khuấy đĩa.
- Công đoạn 4: Dùng máy nghiền bi hạt ngọc nghiền bán thành phẩm ở

công đoạn 3 cho đến đạt chỉ tiêu về độ mịn và độ phủ.
Trần Thị Anh
2
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
- Công đoạn 5: Pha chế, điều chỉnh past sơn(dạng bột nhão) đã nghiền ở
công đoạn 4 để đạt các chỉ tiêu kỹ thuật về màu sắc, độ nhớt, độ phủ,..bằng thiết
bị khuấy trong bể chìm hoặc bể di động.
- Công đoạn 6: Đóng hộp, bao gói bằng phơng pháp thủ công.

Chất phụ
gia DMHC
DMHC
Thải vào
môi trờng
Nguyên liệu ban đầu
Tổng hợp nhựa alkyl
Muối ủ, khuấy trộn
Nghiền cán
Pha chế, khuấy trộn,
điều chỉnh các chỉ
tiêu kỹ thuật
Đóng hộp, bao gói

DMHC


DMHC

DMHC


DMHC
1
2
3
4
5
6

Hình 1-1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất sơn và nguồn thải
một số loại DMHC
Từ sơ đồ dây chuyền công nghệ trên cho thấy, hơi DMHC phát sinh tại hầu
hết các công đoạn sản xuất, từ nhập nguyên liệu tới quá trình đóng gói sản phẩm.
Nguồn gây ô nhiễm DMHC: nhập kho dung môi, thiết bị tổng hợp alkyl,
rót nạp dung môi, khuấy, trộn, ủ, nghiền cán nguyên liệu, lọc và đóng gói sản
phẩm, kho chứa dung môi và nguyên liệu.
Trần Thị Anh
3
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Nh đã nói ở trên, sơn đợc ứng dụng trong rất nhiều ngành, trong đó có
ngành công nghiệp sản xuất ô tô. Sơn tham gia vào công đoạn phun sơn cho xe,
để bảo vệ cho xe khỏi sự ăn mòn và tăng tính thẩm mỹ. Quá trình sơn xe cũng
thải ra một lợng DMHC gây độc hại cho công nhân. Tại buồng sơn, xe đợc
phun sơn, các hơi DMHC trong sơn bay lên v đợc dập xuống bởi giàn nớc.

Lợng nớc này sau khi dập sẽ chứa một lợng DMHC, cần xử lý lợng nớc
này trớc khi thải vào nguồn nớc thải chung của công ty.
1.1.2. Nguyên vật liệu dùng trong sản xuất sơn
1.1.2.1. Nguyên vật liệu
+ Dầu thảo mộc: Dầu đậu, dầu lanh, dầu trẩu, dầu cao su,..
+ Bột màu vô cơ, hữu cơ với 15 loại khác nhau: TiO
2
, Fe
2
O
3
, Cr
2
O
3
,
phthalocyanyne xanh, bột đỏ Naphthol(không tính độc).
+ DMHC với 30 loại khác nhau đợc phân thành:
Hydrocarbon thẳng: xăng trắng, dầu ZA
1

Hydrocarbon vòng: xylen, toluen
Este: butyl acetate, etyl axetat
+ Hóa chất khác: anhydricphtalic (AP), pentacrithriol, axeton, butanon,
+ Các phụ gia: chất làm khô, chất lắng, chất tạo màng,
1.1.2.2. Một số loại DMHC trong nớc thải sản xuất sơn [20]
Trong sơn, dung môi là hợp phần chính nó thờng chiếm khối lợng lớn
hơn so với chất tạo màng. Một số loại sơn, dung môi chiếm đến 80%, chỉ có
20% là chất tạo màng nh: sơn nitro xenlulo, clo cao su,[7]
Dung môi là chất lỏng dễ bay hơi dùng để hòa tan các chất tạo màng, chất

hóa dẻochuyển hệ sơn vào trạng thái thuận lợi cho việc chế biến và sử dụng và
sẽ bay hơi hết trong quá trình tạo thành màng sơn.
Các dung môi thờng sử dụng trong sơn nh toluen, xylen, etyl axetat,
butyl axetat, benzen, axeton, metanol ... trong số đó có benzen đợc cho là
nguyên nhân gây ung th nên ít đợc sử dụng ngày nay, một số khác thì do giá
thành cao nên cũng ít đợc sử dụng trong công nghiệp. Qua tham khảo tài liệu và
Trần Thị Anh
4
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
khảo sát thực tế có 4 loại dung môi đợc sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp
sơn đó là etyl axetate, butyl axetate, toluen và xylen.
Bảng 1-1: Tổng hợp tính chất hoá lý của 4 dung môi đặc trng
trong nớc thải sơn
Dung môi

Tính chất
Etyl axetat Toluen
Butyl
axetat
m-
Xylen
o-Xylen p- Xylen
Khối lợng
phân tử
88,11 92,14 116,16 106,17 106,17 106,17
Công thức
phân tử
C

4
H
8
O
2
C
7
H
8
C
6
H
12
O
2
C
8
H
10
C
8
H
10
C
8
H
10

Độ tan
83 g/l

(20 C)
0.47 g/l
(20ữ25C)
7 g/l
(20C)
0.2 g/l 0.2 g/l 0.2 g/l
Nhiệt độ bay
hơi
77 110,6
124ữ127
139 144,4 138,4
Mảnh phổ
khối đặc trng
91;106;
51
91; 92;
65
43; 56;
41
91;106;
105
91;106;
105
91;106;
105
Tỷ trọng 0,90 0,87 0,88 0,86 0,88 0,86
Nguồn [20]
a. Tolene
Toluen là tên thờng gọi của metyl benzen, đợc hình thành do sự gắn 1
nhóm metyl thay thế cho 1 hydrogen của benzen.

Tên toluen bắt nguồn từ tên toluol - nhựa cây balsam ở vùng Nam Mỹ. Tên
do Jons Jakob Berzelius đặt.
Toluen là một chất không ăn mòn, dễ bay hơi và dễ cháy. là một chất lỏng
trong suốt, không hòa tan trong nớc. Là một hyđrocacbon thơm, toluen có khả
năng tham gia phản ứng thế ái điện tử. Nhờ có nhóm metyl mà độ hoạt động hóa
Trần Thị Anh
5
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
học của toluen trong phản ứng này lớn gấp 25 lần so với benzen.Vì vòng thơm
khá bền nên cần áp suất cao khi tiến hành phản ứng hyđro hóa toluen thành
metylcyclohexan. Giới hạn tiếp xúc nghề nghiệp quốc tế quy định cho toluen là
dới 100 ppm cho 8 giờ tiếp xúc.

Hình 1-2: Cấu trúc Toluen
Toluen đợc điều chế từ benzen, theo phơng trình phản ứng:
C
6
H
6
+ C
l2
--> C
6
H
6
Cl + HCl
C
6

H
6
Cl + CH
3
Cl + 2Na --> C
7
H
8
+ 2NaCl
Hoặc
C
6
H
6
+ CH
3
Cl/AlCl
3
-->C
7
H
8

Toluen có thể tinh chế bằng cách sử dụng các hợp chất nh CaCl
2
, CaH
2
,
CaSO
4

, P
2
O
5
hay natri để tách nớc. Ngoài ra, kỹ thuật chng cất chân không
cũng đợc sử dụng phổ biến. Trong kỹ thuật này, thờng sử dụng benzophenon
và natri để tách không khí và hơi ẩm trong toluen
Toluen là một hyđrocacbon thơm đợc sử dụng làm dung môi rộng rãi
trong công nghiệp.Toluen chủ yếu đợc dùng làm dung môi hòa tan nhiều loại
vật liệu nh sơn, chất hóa học, cao su, mực in, chất kết dính,...Trong ngành hóa
sinh, ngời ta dùng toluen để tách hemoglobin từ tế bào hồng cầu.
Độc tính của Toluen: Nếu tiếp xúc với toluen trong thời gian đủ dài, có thể
bị bệnh ung th, điếc nghề nghiệp. Toluen là chất dễ bay hơi, dễ cháy nổ. Chỉ
cần một nồng độ nhỏ 1/1000, toluen đã gây cảm giác mất thăng bằng, loạng
Trần Thị Anh
6
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
choạng, đau đầu; nếu nồng độ cao hơn có thể làm nạn nhân có ảo giác hoặc ngất
xỉu.
b. Xylen
Xylen là tên gọi một nhóm 3 dẫn xuất của benzen là 3 đồng phân octo-,
meta-, và para- của dimetyl benzen. Các đồng phân o-, m- và p- đợc đặc trng
bởi vị trí các nguyên tử cacbon (của vòng benzen) mà 2 nhóm metyl đính vào.
Các đồng phân o, m và p có danh pháp IUPAC lần lợt là 1,2-đimetylbenzen,
1,3-đimetylbenzen và 1,4-đimetylbenzen.

Hình 1-3: Cấu trúc của xylen
Xylen Không hoà tan trong nớc, nhng hoà tan trong các dung môi

không phân cực nh các hyđrocacbon thơm, là chất lỏng không màu. Có nguồn
gốc từ quá trình đốt cháy và bay hơi của nhiên liệu, đặc biệt là khí thải từ các
loại xe, kể cả từ đun nấu trong sinh hoạt. Xylen ảnh hởng tới cơ quan thính giác
[12]
c. Butyl axetat
Là este của axit axetic và ancol butylic (n - butanol cho n - BA
CH
3
COO(CH
2
)
3
CH
3
, iso - butanol cho iso - BA CH
3
COOCH
2
CH(CH
3
)
2
.

Trần Thị Anh
7
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Hình 1-4: Cấu trúc của butyl axetat

Butyl axetat là chất lỏng: n - BA có tnc = -73,3
o
C, ts = 126
o
C; iso - BA có
tnc = -98,9
o
C, ts = 116,5
o
C. Có mùi thơm của hoa quả; nhẹ hơn nớc; rất ít tan
trong nớc, tan trong dung môi hữu cơ; hơi BA có thể gây nổ.
Điều chế bằng cách dùng axit axetic este hoá n - butanol và iso - butanol,
với xúc tác là axit vô cơ nh H
2
SO
4
.

Dùng làm dung môi để chiết xuất hoặc dung môi cho cao phân tử nh
nitroxenlulozơ, peclovinyl, sơn poliacrylic, vv...; là thành phần của các tinh dầu
có mùi hoa quả.
d. Etyl axetat
Etyl axetat là một hợp chất hữu cơ với công thức CH
3
CH
2
OC(O)CH
3

Hình 1-5: Cấu trúc của etyl axetat
Đây là một chất lỏng không màu có mùi dễ chịu và đặc trng, tơng tự
nh các loại sơn móng tay hay nớc tẩy sơn móng tay.
Là một loại este thu đợc từ etanol và axit axetic, nó thờng đợc viết tắt
là EtOAc, và đợc sản xuất ở quy mô khá lớn để làm dung môi.
Etyl axetat là một dung môi phân cực nhẹ, dễ bay hơi, tơng đối không
độc hại và không hút ẩm. Nó là chất nhận cũng nh cho liên kết hidro yếu. Etyl
axetat có thể hòa tan tới 3% nớc và nó có độ hòa tan trong nớc là ~8% ở nhiệt
độ phòng. Khi nhiệt độ tăng cao thì độ hòa tan trong nớc của nó đợc tăng lên.
Nó có thể trộn lẫn với một số dung môi khác nh etanol, benzen, axeton hay
dietyl ete. Nó không ổn định trong dung dịch có chứa axít hay bazơ mạnh.
Etyl axetat đợc tổng hợp thông qua phản ứng este hóa từ axit axetic và
etanol, thông thờng với sự hiện diện của xúc tác là axit nh axit sulfuric.
CH
3
CH
2
OH + CH
3
COOH

CH
3
COOCH
2
CH
3
+ H
2

O
Trần Thị Anh
8
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Do phản ứng là thuận nghịch và tạo ra cân bằng động nên hiệu suất là khá
thấp nếu nh không loại bỏ nớc đợc tạo ra từ phản ứng.
Quá trình thủy phân etyl axetat là quá trình ngợc lại với phản ứng trên:
Etyl axetat + Nớc

H
+
Axit axetic + Etanol


ở đây, H
+
chỉ đóng vai trò nh là chất xúc tác và nồng độ của nó không
thay đổi trong suốt phản ứng. Ngoài ra, nớc luôn có số d thừa vì thế thực tế
nồng độ của nó cũng gần nh không thay đổi. Tốc độ phản ứng có thể đợc coi
nh là chỉ của etyl axetat
Tốc độ phản ứng = k[etyl axetat]
Mặc dù phản ứng này cũng là thuận nghịch, nhng ngời ta có thể đạt
đợc điều đó bằng cách dùng d thừa etyl axetat để chuyển dịch phản ứng sang
bên phải.
Etyl axetat đợc dùng rộng rãi làm dung môi cho các phản ứng hóa học
cũng nh để thực hiện công việc chiết các hóa chất khác. Tơng tự, nó cũng
đợc dùng trong sơn móng tay và thuốc tẩy sơn móng tay hay dùng để khử
cafein của các hạt cà phê hay lá chè.

Etyl axetat cũng có mặt trong một số loại kẹo, hoa quả hay nớc hoa do
nó bay hơi rất nhanh và để lại mùi nớc hoa trên da. Nó cũng tạo ra hơng vị
tơng tự nh của các loại quả đào, mâm xôi hay dứa. Đây là một đặc trng của
phần lớn các este.
Etyl axetat cũng có mặt trong rợu vang. Nó đợc coi là một chất gây ô
nhiễm khi ở nồng độ cao, khi các loại rợu vang để lâu trong không khí. ở nồng
độ cao trong rợu vang, nó đợc coi là chất tạo ra mùi vị lạ, là vị chua bất thờng
do bị thủy phân dần dần để trở thành axít axetic
Etyl axetat là một chất độc có hiệu lực để sử dụng trong thu thập và
nghiên cứu côn trùng. Trong các lọ chứa etyl axetat, hơi của nó sẽ giết chết côn
trùng rất nhanh mà không làm hỏng hình dạng của chúng. Do không hút ẩm nên
etyl axetat cũng giữ cho côn trùng đủ mềm để có thể thực hiện các công việc ép
xác tiếp theo.
Trần Thị Anh
9
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Etyl axetat làm da khô, nứt nẻ, có thể gây thiếu máu và nguy hiểm cho
thận, gan.
1.2. Hiện trạng ô nhiễm nớc thải sơn
Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO) thì với sản lợng sơn 25.000 tấn/năm sẽ
phát thải ra lợng VOCs tơng ứng là 375 tấn/năm. Cùng với sự gia tăng của sản
lợng là sự gia tăng của nguyên, nhiên liệu sử dụng và các chất thải dạng rắn,
lỏng, khí mà điển hình là DMHC.
Theo Dân trí (báo điện tử của TW hội khuyến học Việt Nam) đa tin, gần
1.000 nhân khẩu của hơn 200 hộ dân đang sinh sống tại tổ 8, thị trấn Cầu Diễn,
Từ Liêm, Hà Nội đang phải đối mặt với nguồn nớc sinh hoạt ở đây quá ô
nhiễm. Tại khu vực này có 2 xởng sản xuất sơn của hai công ty: Cổ phần
Thơng mại An Tâm và Cổ phần Thơng mại và Xây dựng Trung Dũng. Trong

quá trình sản xuất sơn từ năm 2003, hai xởng này đã trực tiếp đổ nớc thải ra
mơng nớc mà không qua hệ thống xử lý nớc thải. Dẫn đến, nguồn nớc thải
này ngấm vào đất, thẩm thấu vào hệ thống giếng khoan của các hộ dân nơi đây.
Ngời dân nơi đây đã mang mẫu nớc giếng khoan của gia đình đến Tổng cục
tiêu chuẩn đo lờng chất lợng làm thử nghiệm. Kết quả hàm lợng cacbuahydro
thơm vợt quá tiêu chuẩn cho phép 18,3 lần.
Không chỉ có những xởng sản xuất sơn gây ô nhiễm môi trờng. Những
hộ dân tổ 57 phố Phan Đình Giót, phờng Phơng Liệt, Hà Nội luôn phải chịu
mùi sơn nồng nặc từ xởng sản xuất của Công ty Thiết bị giáo dục I. Tình trạng
ô nhiễm ngày càng trầm trọng hơn khi đơn vị này nâng công suất sản xuất đồ
dùng cho năm học mới. Công ty cũng đã có nhiều biện pháp nh không phun sơn
trực tiếp vào sản phẩm mà dùng sơn nớc song việc ô nhiễm là bất khả kháng,
không thể xử lý triệt để mùi sơn và dung môi.
Tại thôn Bến Trung, xã Bắc Hồng, huyện Đông Anh (Hà Nội) có nhiều
ống khói của các xởng phun sơn đồ gỗ. Xởng phun sơn đồ gỗ ở đây gây ô
nhiễm môi trờng, ảnh hởng đến đời sống sức khoẻ và sản xuất của nhiều gia
đình trong khu vực. Ngời dân bị ảnh hởng sức khoẻ do mùi sơn nồng nặc và
Trần Thị Anh
10
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
bụi sơn lan toả xuống các hộ xung quanh xởng sản xuất, các triệu chứng mắc
phải nh tức ngực, khó thở, ho ra máu. Cây cối trong vờn, gia súc, gia cầm bị
chết. Không chỉ không khí, xởng phun sơn còn thải nớc gây ô nhiễm nớc,
đặc biệt với bể nớc trên nhà tầng của các hộ gia đình trong khu vực trớc đây
không có nắp kiên cố bị bụi sơn rơi xuống lắng đọng không thể dùng đợc, một
số hộ khác có giếng khoan nớc ngả màu do ô nhiễm nguồn nớc thải của xởng
phun thấm qua.
1.3. Phơng pháp xử lý nớc thải sơn

1.3.1. Phơng pháp hóa lý
Trong công nghệ xử lý nớc thải, phơng pháp hóa lý hoặc hóa lý kết hợp
đợc sử dụng khá phổ biến. Các công ty sản xuất sơn cũng nh các ngành sử
dụng sơn đã áp dụng phơng pháp này vào công nghệ xử lý nớc thải sơn của
mình.
Một số công nghệ đã đợc áp dụng nh:
- Công nghệ xử lý cặn bã trong nớc thải sơn
Nguyên tắc: xử lý hóa lý tách riêng các chất cặn bã nh dầu, sơn, sau đó
cho bay hơi. Cặn sau khi đợc lọc ép khô sẽ đợc đốt cùng với rác thải sinh hoạt
ở nhiệt độ cao, bảo đảm phân hủy hết chất thải, không thải khói độc hại ra môi
trờng.
-
Công nghệ xử lý các chất hữu cơ trong nớc thải sơn.
Nguyên tắc: Nớc thải dùng để tạo màn nớc xử lý khí trong các buồng
phun sơn đợc xử lý sơ bộ tại chỗ bằng tuyển nổi để loại bỏ các chất cặn lơ lửng.
Cặn đợc vớt lên, nớc đợc lọc sơ bộ và sử dụng để tiết kiệm nớc, tiết kiệm tài
nguyên. Sau một thời gian, nớc thải tại các buồng phun sơn phải xả ra ngoài
đợc thu gom vào bể điều hoà. Trong bể điều hoà nuôi cấy các chủng vi sinh
phân huỷ chất hữu cơ và phá vỡ các chất hữu cơ sinh mùi. Khi bể điều hoà đầy
đến mức quy định, nớc thải đợc bơm vào tháp phản ứng keo tụ chìm để loại bỏ
các chất cặn lơ lửng và điều chỉnh pH. Nớc đợc chảy qua tháp lắng đứng kiểu
cyclon để lắng các chất xuống đáy. Nớc trong đợc chảy vào bể aeroten để tiếp
Trần Thị Anh
11
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
tục oxy hoá và bão hoà oxy bằng máy thổi khí có các bộ phận phân phối khí. Từ
bể aeroten nớc đợc tiếp tục bơm vào tháp lọc có chứa than hoạt tính để loại bỏ
các chất hữu cơ cha phản ứng hết. Nớc thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn môi

trờng (TCVN 5945-2005, B).
- Công nghệ xử lý nớc thải hệ quy mô nhỏ cho phân xởng sơn

Mô tả qui trình: Bể lắng cát - Bể điều hoà - Bể sục khí - Bể lắng - Bể lọc
chậm - Bể chứa. Công suất: 1,5 m
3
/giờ.Tiêu chuẩn Việt Nam, chất lợng nớc
sau khi qua hệ thống xử lý đợc hội lu hoàn toàn trở lại buồng sơn, đạt giới hạn
cho phép (TCVN 5945 2005, B).
1.3.2. Phơng pháp hấp phụ DMHC trong nớc thải sơn bằng than
hoạt tính
a. Than hoạt tính.
Ngày nay, than hoạt tính đợc sử dụng làm vật liệu hấp phụ một cách phổ
biến, bên cạnh đó còn có rất nhiều loại vật liệu hấp phụ khác nh: oxit nhôm,
silicagen, zeolit, đá ong
Than hoạt tính (Activated Carbon) là
một chất gồm chủ yếu là
nguyên tố carbon ở dạng vô
định hình (bột), một phần nữa
có dạng tinh thể vụn grafit
(ngoài carbon thì phần còn lại
thờng là tàn tro, mà chủ yếu
là các kim loại kiềm và vụn
cát).

Hình 1-6: than hoạt tính
Là loại than xốp chứa 88-98% than, tùy điều kiện chế tạo. Đợc xử lý từ
nhiều nguồn vật liệu nh than đá, than bùn, than nâu, các chất có nguồn gốc
xenlulo: gỗ, tre nứa, mùn ca, bã mía, gáo dừa, lõi ngô, vỏ trấu, vỏ lạc (đậu
phộng), xơng,...Những nguyên liệu này đợc nung nóng từ từ trong môi trờng

chân không, sau đó đợc hoạt tính hóa bằng các khí có tính ôxi hóa ở nhiệt độ
cực cao (800-900
0
C) [1, 11].
Trần Thị Anh
12
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Trong thành phần than hoạt tính, carbon chiếm 85-95%; 0,6-7,8% hydro;
0,3-0,5% nitơ; 3-11% oxy; 1% sắt; 2% lu huỳnh; 0-30% photphat; 0-1 CaO; 0-
0,5% clo; 3% natri; 0-2% đồng,..[11]
Than hoạt tính có một cấu trúc mạng lới phức hệ bao gồm các lỗ xốp mịn
với các kích thớc và hình thể khác nhau. Các lỗ này có đờng kính giới hạn từ
1-10.000nm. Lỗ có đờng kính từ 1-100nm gọi là lỗ vi mô, từ 100-10.000nm gọi
là lỗ vĩ mô. Các lỗ của than hoạt tính này có diện tích bề mặt đặc biệt, khoảng
60-1800m
2
/g và khả năng hấp phụ các chất tan của chúng rất lớn.
Tùy vào mục đích sử dụng, ngời ta sẽ lựa chọn các dạng than phù hợp.
Than hoạt tính thơng phẩm thờng đợc phân chia theo các dạng sau:
1. Dạng bột cám (Powdered - PAC) đây là loại đợc chế tạo theo công
nghệ cũ, nay thờng đợc sử dụng trong sản xuất pin, ac-quy. Nó có đặc điểm
chung nhất là hấp phụ trong pha lỏng, diện tích bề mặt không lớn lắm, độ xốp
cao tạo điều kiện cho quá trình khuếch tán [1]. Có một số nhà sản xuất dùng loại
này trộn với keo để đúc thành những ống than nhìn giống nh dạng khối đặc
dới đây.
2. Dạng hạt (Granulated - GAC) là những hạt than nhỏ, rẻ tiền, thích hợp
cho việc khử mùi, hấp phụ khí. Độ bền cơ học cao, diện tích bề mặt và dung
lợng hấp phụ lớn [1]. Tuy nhiên, nớc thờng có xu hớng chảy xuyên qua

những khoảng trống giữa những hạt than thay vì phải chui qua những lỗ nhỏ.
3. Dạng khối đặc (Extruded Solid Block SB) là loại hiệu quả nhất để lọc
cặn, khuẩn Coliform, chì, độc tố, khử mầu và khử mùi clorine. Loại này đợc
làm từ nguyên một thỏi than, đợc ép định dạng dới áp xuất tới 800 tấn nên rất
chắc chắn.
Bảng sau liệt kê một số loại than thơng phẩm của một vài nớc dùng
trong xử lý nớc và nớc thải nhằm mục đích loại bỏ chất hữu cơ.



Trần Thị Anh
13
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Bảng 1- 2: Than hoạt tính sử dụng trong xử lý nớc, nớc thải
Tên Nhà sản xuất
Nguyên
liệu
Phơng
pháp hoạt
ứng dụng trong
công nghệ
TW1, TW2,
TW3
Trà Bắc, Trà Vinh,
Việt Nam
Sọ dừa Hơi nớc
Nớc cấp, nớc
thải, đồ uống

CAL 12x40
Calgon, Pitts- burg
USA
Than non
(bitum)
Hơi nớc
Nớc, đồ uống,
đờng
Acticarbone
Charbon actif corp.
New Yord
Than gỗ Hơi nớc
Nớc, rợu, dầu
thực vật, đờng
Cliffchar
Cliffs Dow Chem.
Co USA
Than gỗ Axit
Nớc, tẩy màu
đờng
Dusarit
Matschapp Activit
Amsterdam
Than gỗ Không khí
Nớc, tinh chế
đờng
Hydraffin
Carbo Norit Un.
Czech + Đức
Gỗ Clorua kẽm Nớc

Hdro darco
Darco Corp. New
Yord
Lignit Hơi nớc Nớc
Klearit
Fennison Wright
Corp. Toledo, Ohio
Than gỗ Hơi nớc Nớc, khử mùi
Norit
Amer. Norit-Comp
USA
Gỗ thông Hơi nớc
Nớc, tẩy màu
thực phẩm, hóa
Norit
All. Norit-gesell. Hà
Lan
Gỗ Hơi nớc Nớc, tẩy màu
Nuchar
West Virginia pulp.
Co. New Yord
Bã thải
công
Hơi nớc
Nớc, tẩy màu,
khử mùi khí
Sylvac
Gray chem. Comp.
Roullet. USA
Gỗ cứng Photphoric Nớc

Weschar
Western Fillter Co.
Dewver
Lignit Hơi nớc
Nớc, tách dầu
khoáng khối nớc,
Nguồn [18]
Trần Thị Anh
14
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Do có rất nhiều loại than đang lu hành nên việc chọn lựa cho một mục
đích sử dụng cụ thể nên theo khuyến cáo của nhà sản xuất. Nếu không có đợc
khuyến cáo cụ thể thì trớc khi sử dụng cần phải đợc thử để đánh giá. Một số
chỉ tiêu nh thành phần hóa học, một số chỉ số mang tính chất tiêu chuẩn chỉ nên
xem xét là yếu tố tham khảo. Bảng sau cho thấy sự khác biệt rất lớn về thành
phần hóa học của một số loại than hoạt tính.
Bảng1-3: Thành phần hóa học của một số loại than hoạt tính
Than
Thành phần
C (%)
Tro (%)
Tan trong
HCl
pH trớc
chiết
Norit 93-96 4.5-6.5 2-3 7.8-8.3
Darco 65-70 25-30 0.5 4.5-6.0
Suchar 97-99 2.0-3.5 1.2-2.4 6.3-7.0

Nuchar W 95-98 2.0-3.5 1.3-2.5 7.5
Nuchar 2 90-95 5-10 3-7 7-8
Bonchar 9-10 90 - -
Cliffchar 89-90 3-4 - 9.5-10.5
TW 2 92.5 2.6 - -
Cal 12x40 89 7 - -
Nguồn [1]
b. Cơ chế hấp phụ dung môi hữu cơ của than hoạt tính
Quá trình hấp phụ dung môi hữu cơ của than hoạt tính diễn ra trong môi
trờng nớc. Nớc là môi trờng phân cực mạnh, trong trạng thái lỏng các phân
tử không tồn tại ở trạng thái biệt lập mà chúng tơng tác, gắn kết với nhau thông
qua cầu liên kết hydro. Than hoạt tính (chất hấp phụ) và dung môi hữu cơ (chất
bị hấp phụ) đều là chất không phân cực [1]. ở đây xảy ra sự tơng tác giữa than
hoạt tính, dung môi hữu cơ và môi trờng nớc. Có ít nhất ba cặp tơng tác: than
hoạt tính-dung môi hữu cơ, than hoạt tính-dung môi nớc, dung môi hữu cơ-
dung môi nớc. Do sự có mặt của nớc, nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ
cạnh tranh giữa dung môi hữu cơ và nớc lên trên bề mặt của than hoạt tính. Cặp
than hoạt tính-dung môi hữu cơ có lực tơng tác mạnh nên quá trình hấp phụ xảy
Trần Thị Anh
15
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
ra cho cặp đó: do than hoạt tính và dung môi hữu cơ là chất không phân cực
nằm trong dung môi nớc là chất phân cực nên chúng đẩy nhau, và do số lợng
của nớc so với dung môi hữu cơ áp đảo nên dung môi hữu cơ bị chèn ép, nếu
nồng độ dung môi đủ lớn thì chúng tìm cách co cụm lại với nhau. Do bản chất
giống nhau, cùng không phân cực nên chúng tơng tác tốt, nhất là khi mà các
dung môi nớc không a các dung môi hữu cơ.
Quá trình hấp phụ dung môi hữu cơ của than hoạt tính theo thứ tự sau: Đầu

tiên, dung môi hữu cơ đợc khuếch tán trong nớc và đi tới bề mặt ngoài của
than hoạt tính. Sau đó, dung môi đợc khuếch tán từ mặt ngoài đến mặt trong
của mỗi lỗ của than hoạt tính, nơi mà nó đợc hấp phụ (đây gọi là sự khuếch
tán mặt trong của hạt), và sự hấp phụ xảy ra chỉ khi dung môi hữu cơ có mặt ở
chỗ hấp phụ [11].
Khả năng hấp phụ của than than hoạt tính phụ thuộc vào độ xốp, diện tích
bề mặt riêng, hệ mao quản và cấu trúc của bề mặt.
Diện tích bề mặt riêng: là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lợng,
bao gồm tổng diện tích bề mặt bên trong mao quản và bên ngoài các hạt. Diện
tích càng lớn thì khả năng hấp phụ càng cao.
Kích thớc của mao quản: Than hoạt tính có hệ mao quản lớn thì diện tích
bề mặt không cao nên dung lợng hấp phụ thấp, nhng tốc độ hấp phụ loại than
này cao.
Mao quản lớn: d > 50mm
Mao quản trung bình: 2 < d < 50mm
Mao quản nhỏ: d < 2mm.
Dựa trên nguyên tắc hấp phụ, ngời ta đã đa ra công nghệ xử lý nớc thải
sơn, đó là: Dùng chất hấp phụ để hấp phụ các chất ô nhiễm hoà tan trong nớc
nh chất hữu cơ, kim loại nặng, dầu mỡ, phốt phát... sau đó kết hợp với tạo bông
và keo tụ để kéo toàn bộ các chất lơ lửng cùng với chất hấp phụ sau khi đã hấp
phụ các chất ô nhiễm xuống kết tủa. Nớc trong bên trên là nớc đã đợc xử lý
đảm bảo đạt tiêu chuẩn thải và sẽ đợc thải ra ngoài hoặc tuần hoàn lại để tái sử
Trần Thị Anh
16
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
dụng. Bùn lắng sẽ đợc đa vào máy ép bùn để ép thành bánh, sau đó sẽ đợc
cho vào bao tải để xử lý hoặc chôn lấp theo qui định. Công suất (tính theo ca):
12-18m

3
.
c. Các phơng pháp giải hấp than hoạt tính
Giải hấp than hoạt tính nhằm tái sinh than hoạt tính khi mà than hoạt tính
đã hấp phụ bão hòa, thay vào việc thay thế bởi than mới. Giải hấp phụ là quá
trình ngợc với hấp phụ, tách chất bị hấp phụ (dung môi hữu cơ) trên bề mặt chất
rắn (than hoạt tính) ra ngoài dung dịch.
Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ đó, ngời ta đa ra ba phơng pháp tái
sinh than hoạt tính có hiệu quả [1, 13].
- Tái sinh bằng hơi: Phơng pháp này hạn chế sự tái sinh than chỉ cố định
nh một sản phẩm dễ bay hơi. Việc sử dụng hơi nớc chỉ thích hợp làm thông bề
mặt hạt và diệt trùng cho than.
- Tái sinh nhiệt: bằng nhiệt phân và đốt các chất hữu cơ hấp phụ. Lò nung
nóng đến 800
o
C với áp suất điều khiển đợc tránh làm cháy than. Phơng pháp
này cho phép tái sinh rất tốt than hoạt tính. Tuy nhiên nó có hai nhợc điểm lớn
Lò phải có thiết bị điều khiển áp suất và nhiệt độ, một hệ thống làm
khô nớc ở cửa vào và làm ẩm than ở cửa ra.
Tổn thất than lớn (7-10% do tái sinh). Nghĩa là sau 10-14 lần tái
sinh theo thống kê, ngời ta phải thay toàn bộ khối lợng than hoạt tính.
- Tái sinh hóa học: Degremont đã phát triển một phơng pháp dựa
trên tác dụng của một chất dung môi ở nhiệt độ gần 100
o
C, có pH cao.
u điểm của phơng pháp này là tổn thất than hoạt tính nhỏ
(khoảng 1% khối lợng đã xử lý).
Nhợc điểm: do dùng các chất phản ứng để tái sinh (kiềm và dung
môi) tạo ra các dung dịch rửa giải mà cần phải thu hồi dung môi bằng chng cất.
Tiếp theo ngời ta phải loại bỏ ô nhiễm bằng đốt các chất có khả năng thu hồi.

Trần Thị Anh
17
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
- Tái sinh bằng dung dịc axít bazơ: Phơng pháp này đợc ứng
dụng phụ thuộc vào các chất hữu cơ đã bị hấp phụ trên than. Đối với chất bị hấp
phụ là họ phenol và axit thì có thể tái sinh bằng dung dịch NaOH 4%, ngợc lại
với chất bị hấp phụ mang tính bazơ nh họ anilin có thể tái sinh bằng dung dịch
HCl 5%. Trong thực tế phơng pháp này chỉ đợc ứng dụng để tái sinh phục hồi
nhanh khả năng hấp phụ của than bởi vì hiệu suất tái sinh không cao. Than hoạt
tính cần phải đợc hoạt hóa nhiệt sau vài lần tái sinh với dung dịch axít và bazơ.
d. ứng dụng trong xử lý môi trờng
Phơng pháp hấp phụ bằng than hoạt tính đã có lịch sử rất lâu đời. Cho
đến nay, các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng, chứng minh rằng từ trớc
công nguyên ngời Hy Lạp cổ đại đã biết dùng than củi để làm giảm lợng kẽm
và quặng thiếc trong quá trình sản xuất và luyện đồng. ứng dụng đầu tiên của
than hoạt tính đợc ghi nhận là năm 1794 tại nớc Anh, họ đã dùng than hoạt
tính để loại mầu trong ngành công nghiệp sản xuất mía đờng.
Mohammad Mainul Karim (2006) đã nghiên cứu sự hấp phụ các hợp chất
màu trong nớc thải ngành thuộc da tại Bangladesh sử dụng cacbon hoạt tính
dạng bột đợc sản xuất từ một số nguồn thực vật bản địa qua quá trình hoạt hoá
với ZnCl
2
. Nhiệt độ tối u (50
0
C), thời gian tiếp xúc tối u (30-40 phút) và hàm
lợng chất hấp phụ (2g/l), cacbon hoạt tính từ mùn ca và cây dạ lan nớc cho
hiệu suất loại bỏ các hợp chất màu trong nớc đáng kể. Hiệu suất hấp phụ đối
với thuốc nhuộm hoạt tính cao hơn so với thuốc nhuộm phân tán.

Souvik Banerjee và M.G. Dastidar (2005) đã nghiên cứu khả năng sử dụng
chất thải từ quá trình chế biến đay (JPW) để xử lý nớc thải nhiễm thuốc nhuộm
và các chất hữu cơ khác thải ra từ các hoạt động liên quan tới trồng đay và sản
xuất vải. Hiệu suất loại bỏ cao nhất là 81,7% đạt đợc đối với methylen xanh khi
sử dụng JPW so với 61% khi sử dụng cacbon hoạt tính dạng bột PAC (powdered
activated carbon) và 40% khi sử dụng cacbon hoạt tính dạng hạt GAC (granular
activated carbon) trong cùng điều kiện.
Trần Thị Anh
18
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
V. K. Gupta, Suhas và Dinesh Mohan (2003) đã biến đổi than bùn từ các
nhà máy sản xuất phân bón và xỉ lò hơi trong các nhà máy sản xuất thép thành
các chất hấp phụ có chi phí thấp. Những chất hấp phụ này đợc sử dụng để loại
bỏ chất hữu cơ, thuốc nhuộm trong nớc thải.
Rengaraj (2002) đã chế tạo cacbon hoạt tính từ vỏ cây cao su, một loại
chất thải nông nghiệp, để hấp phụ phenol trong dung dịch. So với cacbon hoạt
tính trên thị trờng có khả năng hấp phụ cao hơn khoảng 2,25 lần.
Đến cuối thể kỷ 19 đầu thế kỷ 20 than hoạt tính đợc ứng dụng phổ biến ở
hầu hết các nớc trên thế giới và đã xuất hiện thuật ngữ mới ngành khoa học
công nghệ than hoạt tính. Đến nay, có rất nhiều sách và tài liệu của các nhà
khoa học trên thế giới công bố những công trình nghiên cứu ứng dụng và sản
xuất than hoạt tính, gần đây nhất năm 2008 tạp chí khoa học nổi tiếng thế giới
ElSEVIER đã công bố các công trình nghiên cứu về than hoạt tính của trên 200
nhà khoa học nổi tiếng thế giới về lĩnh vực này [22,23].
Tại Việt Nam đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về khả năng hấp phụ
của than hoạt tính, trong đó phải kể đến Viện hóa học, Viện Công nghệ Môi
trờng, Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại
học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Đại Học Khoa học Tự Nhiên Hà Nội

Các nghiên cứu này tập trung vào ứng dụng xử lý môi trờng nh xử lý khí thải,
nớc thải dệt nhuộm, chất hữu cơ và cả nớc dùng cho sinh hoạt. Lê Văn Cát
cùng cộng sự (2001) nghiên cứu với công trình đánh giá khả năng hấp phụ chất
hữu cơ của than hoạt tính trong công nghệ xử lý nớc đợc đa ra tại báo cáo
khoa học, hội nghị xúc tác và hấp phụ toàn quốc lần thứ hai....
Cho đến nay, công nghệ xử lý khí thải dung môi trong buồng sơn đợc áp
dụng phổ biến nhất vẫn là dùng nớc để dập hơi sơn, sau đó mới đến xử lý thứ
cấp bằng các loại vật liệu hấp phụ, ví dụ nh than hoạt tính. Dới đây là sơ đồ
khái quát công nghệ.


Trần Thị Anh
19
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT













Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ buồng sơn và hệ thống dập nớc

HTKH
1.3.3. Phơng pháp phân hủy hợp chất hữu cơ trong nớc thải sơn
bằng siêu âm
Ngày nay, mọi ngời đều biết đến siêu âm là một ứng dụng trong y tế, để
nhìn rõ cấu trúc nội tại của cơ thể, chẩn đoán chính xác khối u, loại bỏ những
sạn trong thận mà không cần phải làm phẫu thuật, chữa trị những tổn thơng về
sơng sụn (nh ở khuỷu tay), và chụp những hình ảnh phát triển của thai nhi
trong thời kỳ mang thai. Bên cạnh giá trị đó, siêu âm còn có rất nhiều những ứng
dụng khác. Đặc biệt là khả năng phân hủy các HCHC trong nớc thải, đóng góp
vào công cuộc bảo vệ môi trờng, làm sạch nguồn nớc.
a. Khái niệm
Siêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn tần số âm nghe thấy (trên
20kHz). Thính giác của con ngời rất nhạy cảm với dải tần số từ âm trầm (vài
Trần Thị Anh
20
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
chục Hz) đến các âm thanh rất cao (gần 20kHz). Một số loài vật nh dơi, ong có
thể cảm nhận đợc siêu âm.
1) Tần số cao (2000-10000kHz), dùng trong y học để chuẩn đoán và phân
tích hóa học.
2) Tần số trung bình (300-1000kHz), thờng đợc sử dụng trong các thiết
bị làm sạch bằng siêu âm trong phòng thí nghiệm.
3) Tần số thấp (20-100kHz).


Hình 1-8: phần vùng dải tần số
Siêu âm là sóng dọc, khi lan truyền nó làm biến dạng nén giãn môi trờng,
do đó có nơi mật độ môi trờng lớn vì các phần tử bị ép lại; có nơi mật độ môi

trờng nhỏ vì các phần tử giãn cách nhau xa. Khi môi trờng bị biến dạng giãn
ra, các phần tử tự đứt và tạo thành lỗ trống vi mô. Nếu quá trình này xảy ra trong
nớc thì những lỗ trống này sẽ bị hơi nớc hoặc các khí hoà tan lấp đầy. Hiện
tợng tạo thành lỗ trống đóng một vai trò quan trọng trong việc phân hủy các
hợp chất hữu cơ.
Các nghiên cứu sử dụng phơng pháp siêu âm độc lập phải kể đến nghiên
cứu của Goskonda S, Catallo WJ, Junk T (2002) nghiên cứu xử lý các chất hữu
cơ nhân vòng thơm khó phân hủy nh: 4-chlorophenol (4-CP), 2,4-
dichlorophenol (2,4-DCP), 4- chloro-3,5-dimethylphenol (4-C-3,5-DMP), 4-fl
Trần Thị Anh
21
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
uorophenol (4-FP), 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), 2-amino-4,6-dinitrotoluene (2-
ADNT), and 4-amino-2,6-dinitrotoluene (4-ADNT). Nghiên cứu này cũng chỉ ra
rằng sản phẩm phụ đợc sinh ra là Cl- và NO
3
- tỷ lệ nghịch với nồng độ các chất
hữu cơ bị phân hủy.[16]
Petrier C, Jiang Y, Lamy MF (1998) nghiên cứu khả năng xử lý
Chlorobenzne tại tần số 500 kHz là rất tốt và cao hơn ở tần số 20kHz [21].
Hao H, Chen Y, Wu M, Wang H, Yin Y, (2004) Nghiên cứu khả năng
phân hủy 4-chlorophenol (4-CP) ở tần số 1,7 MHz kết quả rất tốt các sản phẩm
phụ sinh ra chỉ là các chất vô cơ nh nớc, CO
2
và Cl- [17].
b. Cơ chế siêu âm trong phân hủy hợp chất hữu cơ
Các HCHC tồn tại trong nớc thải rất độc hại, sóng siêu âm có khả năng
phân hủy các HCHC đó thành H

2
O và CO
2
bằng cơ chế sau:
Dới tác dụng của siêu âm, sự phá vỡ vi bọt khí trong chất lỏng xảy ra hai
hiện tợng là sự phát quang do siêu âm và tạo chân không. Ngoài ra, nhiệt độ
bên trong và bên ngoài của các vi bọt khí tăng lên rất cao tới 10000-30000
o
C, và
sự phá vỡ bọt có thể lên tới 1000
o
C. Sự phá vỡ các bọt này tạo ra vùng áp suất
cao và sự gia tăng nhiệt độ bên trong bọt, tạo thành các gốc

OH, H

, O

, HO
2

...
Các gốc này có khả năng oxy hoá các HCHC.

Bớc sóng cố định
Sự mở
r
ộng bọt
Sự vỡ
b
ọt
Sự phát
sáng
áp suất cao
áp suất thấp
Trần Thị Anh
22
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Hình 1-9: Hiện tợng tạo bọt chân không
Quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ xảy ra qua hai cơ chế chủ yếu:
- Sự nhiệt phân trực tiếp bên trong và vùng xung quanh các bọt vỡ
- Sự oxi hoá bởi gốc

OH
Sự tạo thành các gốc oxi hoá trong suốt quá trình siêu âm dung dịch đợc
khởi đầu bởi phản ứng nhiệt phân phân chia các phân tử nớc xảy ra nh sau:
2

OH + 2 H

H
2
O
2
+ H
2
(1)
H
2
O

OH + H

(2)
2

OH H
2
O
2
(3)
O
2
+ H


HO
2

(4)

2O
2
2O (5)
O + H
2
O 2

OH (6)
2HO
2

H
2
O
2
+ O
2
(7)

OH + HCHC Sản phẩm phụ của quá trình oxy hoá (8)
Khi tiến hành phân hủy các HCHC, ban đầu các chất hữu cơ có thể bị phá
hủy bởi cả hai quá trình kết hợp là nhiệt phân và sự oxy hóa bởi gốc

OH và
H
2
O
2
. Quá trình siêu âm tạo ra hàng nghìn bọt trong nớc, nhiệt độ trong bọt cao
lên tới 10000-30000

o
C làm các hợp chất hữu cơ bị phân hủy và hoá hơi trong
dung dịch. Nhiệt độ vùng xung quanh bọt vẫn rất cao khoảng 1000
o
C, tạo ra các
gốc


OH có khả năng oxy hoá các hợp chất hữu cơ.
Bên cạnh khả năng phân hủy các HCHC, siêu âm đợc coi nh là một
trong những phơng pháp oxy hoá cấp tiến bởi vì nó dẫn đến sự phân hủy nhanh
chóng các chất ô nhiễm trong môi trờng nớc. Quá trình siêu âm có thể đợc sử
dụng trong trờng hợp nh là một bớc tiền oxy hóa trớc khi xử lý sinh học.
Cũng nh thế, xử lý siêu âm hoá học có thể đợc kết hợp với các kĩ thuật khác để
tăng hiệu quả quá trình phân hủy. Các kỹ thuật siêu âm có thể là phá hủy bằng
siêu âm quang hóa học và phơng pháp siêu âm điện hóa.
Trần Thị Anh
23
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Ngoài ra sóng siêu âm có khả năng làm sạch nhiều chi tiết nhỏ nh ống
kính quang học, đồng hồ đo, máy móc y tế, điện chân không, bán dẫn trong hệ
thống điều khiển tên lửa.
1.4. Một số công nghệ xử lý DMHC trong nớc thải
Trên thế giới đã có nhiều phơng pháp loại bỏ một số loại dung môi
trong nớc thải đợc nghiên cứu, trong đó phải kể đến các công trình nh:
N. Wibowo, và L. Setyadhi (2006) trờng đại học Surabaya của
Indonesia,

đã nghiên cứu khả năng hấp phụ toluen và benzen trong nớc thải
bằng than hoạt tính sau đó tái sử dụng than bằng nhiệt dới dòng khí N
2
và axít
HNO
3
. Kết quả nghiên cứu bề mặt hóa học than và khả năng hấp phụ cho thấy
tái sử dụng bằng axít cho khả năng hấp phụ tốt nhất.
Takeshi Furruta và Shuichi Ikefuji (2007) trờng đại học Tottori của
Nhật Bản đã loại bỏ toluen trong nớc thải bằng cách sử dụng bùn hoạt tính
nhng nâng cao hiệu quả bằng cách tạo phức toluen với RM-a-cyclodextrin để
ngăn chặn quá trình bay hơi của toluen, tạo thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh
học.
Dorota Paneka và Krystyna Konieczny (2007) trờng đại học Silesian
Phần Lan đã nghiên cứu loại bỏ toluen trong nớc thải bằng phơng pháp màng
Polydimetylosiloxane (PDMS). Nghiên cứu này so sánh hiệu quả xử lý màng
PDMS có trộn thêm than và không trộn thêm, hiệu quả xử lý đạt từ 90-93%.
Kwang Joong Oh cùng các cộng sự (2006) tại trờng đại học Busan Hàn
Quốc đã nghiên cứu loại bỏ benzen và toluen trong nớc thải bằng vi sinh nhờ
phơng pháp phản ứng sinh học trong môi trờng đệm lỏng. Nghiên cứu cho
thấy vi sinh đợc sử dụng lấy từ quá trình xử lý bùn hoạt tính, trong mô hình
phòng thí nghiệm ở điều kiện nhiệt độ 30
o
C và pH = 7 khả năng phân hủy
benzen là 45,2 mg/l/giờ, đối với toluen ở nhiệt độ 30
o
C và pH = 8 là 44,4
mg/l/giờ.

Trần Thị Anh

24
MSSV: 505303001

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH - MT
Chơng 2: Đối tợng v phơng pháp nghiên cứu

2.1. Đối tợng nghiên cứu
- Các loại than hoạt tính:
+ Than hoạt tính của công ty than Trà Bắc sản xuất từ gáo dừa ký hiệu
TW2.
+ Than hoạt tính của hãng Merck Đức
+ Than hoạt tính Norit của Hà Lan.
+ Than hoạt tính Trung Quốc sản xuất tại nhà máy hoá chất Quảng Đông -
Trung Quốc.
- Nớc thải từ quá trình sơn của công ty Toyota Việt Nam.
- 4 loại DMHC: etyl axetat, butyl axetat, toluen, xylen.
a. Thiết bị và dụng cụ
- Hệ thống thiết bị sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC/MS) Model QP 2010.
Do hãng Shimadzu - Nhật Bản sản xuất.
- Cột sắc ký mao quản DB Wax kích thớc 30m x 0.25 mm độ dày bản
phim 0.25 nm.
- Máy siêu âm KAIJO của Nhật model 4021 với các bộ phận phát sóng
siêu âm khác nhau: 100, 200, 600 KHz. Cờng độ sóng đạt cực đại là 1200W/m
2

- Máy siêu âm WS-1200-40 của Nhật có tần số cố định 40 KHz có thể điều
chỉnh đợc cờng độ.
- Máy siêu âm có tần số cố định 35 KHz.
- Máy cất nớc siêu sạch Millipore
- Máy lắc mẫu có thể điều chỉnh đợc tốc độ và đặt giờ.

- Cân phân tích điện tử do hãng ADAM (Thuỵ sỹ) sản xuất, độ nhạy 10-4
gram.
- Máy đo pH HACH (Mỹ).
Trần Thị Anh
25
MSSV: 505303001