Nghiên cứu loại một số màu nhuộm trong nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây muồng hoàng yến

MỤC LỤC
MỤC LỤC
TÓM TẮT .................................................................................................................. v
ABSTRACT .............................................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................viii
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. ix

er
si
ty

PHẦN MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 13
I. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 14
II. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI .................. 14
II.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 13

ni
v

II.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 13
III. CÁCH TIẾP CẬN ........................................................................................... 14

U

IV. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. ............................................................................. 14
V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................. 14

on

V.1. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 13

V.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 13

iG

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................. 15
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯƠC THẢI DỆT NHUỘM............................................. 14

Sa

1.2. TỔNG QUAN VỀ GUM HẠT ........................................................................ 14
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ, QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................. 15
2.1. VẬT LIỆU ...................................................................................................... 14
2.1.1. Gum muồng hoàng yến ................................................................................. 14
2.1.1.1. Giới thiệu về muồng hoàng yến ................................................................. 14
2.1.1.2. Điều chế gum từ hạt muồng hoàng yến ...................................................... 15
2.1.1.3. Đặc tính của gum hạt ................................................................................. 17
2.1.1.3.1 Phổ hồng ngoại....................................................................................17

2.1.1.3.2. Xác định hàm lượng đường.................................................................17


2.1.1.3.3. Sắc ký Gel..........................................................................................17
2.1.1.4. Cấu trúc gum của hạt muồng hoàng yến .................................................... 18
2.1.1.4.1. Phổ hồng ngoại................................................................................ ..18
2.1.1.4.2. Khối lượng phân tử..........................................................................18
2.1.1.4.3. Thành phần polisacharide................................................................19
2.1.1. Nước thải giả định và dung dịch keo tụ dùng trong thí nghiệm ..................... 21
2.1.1.1. Pha chế nước thải giả định ......................................................................... 21

er
si
ty

2.1.1.2. Xây dựng đường chuẩn của màu nhuộm .................................................... 21
2.1.1.3. Dung dịch keo tụ ....................................................................................... 25
2.2. THIẾT BỊ DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM...................................................... 28
2.3. QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM ........................................................................... 28
2.3.1. Khảo sát quá trình keo tụ bằng gum.............................................................. 28

ni
v

2.3.1.1. Xác định pH tối ưu................................................................................28
2.3.1.2. Xác định tốc độ khuấy tối ưu................................................................28

U

2.3.1.3. Xác định thời gian khuấy tối ưu............................................................29
2.3.1.4. Xác định nồng độ gum tối ưu................................................................29

on

2.3.1.5. Xác định nồng độ màu tối ưu................................................................30
2.3.2.Khảo sát quá trình keo tụ bằng chất keo tụ khác.......................................31

iG

2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................... 31
2.4.1. Phương pháp phân tích.............................................................................31

Sa

2.4.1.1. Xác định độ dài bước sóng có độ hấp thu cực đại ...................................31
2.4.1.2. Xác định pH, COD, độ màu, độ hấp thụ...............................................31
2.4.1.3. Xác định độ dài bước sóng có độ hấp thu cực đại ...................................31
2.4.2. Phương pháp xử lý số liệu

...................................................................31

2.4.2.1. Phương pháp hồi quy tuyến tính............................................................33
2.4.2.2. Phương pháp thống kê toán học............................................................33
2.4.2.3. Tính toán trong thí nghiệm phân hủy màu, COD ..................................33
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN THÍ NGHIỆM KEO TỤ.................... 15

ii


3.1. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH KHỬ MÀU
BẰNG GUM .......................................................................................................... 35
3.1.1. Xác định pH tối ưu...................................................................................35
3.1.2. Xác định tốc độ khuấy tối ưu. .................................................................37
3.1.3. Xác định thời gian khuấy tối ưu. ...................... ......................................40
3.1.4. Xác định nồng độ gum tối ưu..................................... ..............................41
3.1.5. Xác định nồng độ màu tối ưu..................................... .............................43

er
si
ty

3.2. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH KHỬ MÀU
BẰNG CHITOSAN ............................................................................................... 44
3.2.1. Xác định pH tối ưu...................................................................................35
3.2.2. Xác định tốc độ khuấy tối ưu. .................................................................37
3.2.3. Xác định thời gian khuấy tối ưu. ...................... ......................................40

ni
v

3.2.4. Xác định nồng độ gum tối ưu..................................... ..............................41
3.2.5. Xác định nồng độ màu tối ưu..................................... .............................43

U

3.3. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MÀU
NHUỘM BẰNG PAC............................................................................................ 50

on

3.3.1. Xác định pH tối ưu...................................................................................35
3.3.2. Xác định tốc độ khuấy tối ưu. .................................................................37

iG

3.3.3. Xác định thời gian khuấy tối ưu. ...................... ......................................40
3.3.4. Xác định nồng độ gum tối ưu..................................... ..............................41

Sa

3.3.5. Xác định nồng độ màu tối ưu..................................... .............................43

3.4. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MÀU
BẰNG PHÈN SẮT ................................................................................................ 57
3.4.1. Xác định pH tối ưu.................... ...............................................................57
3.4.2. Xác định tốc độ khuấy tối ưu....................................................................58
3.4.3. Xác định thời gian khuấy tối ưu................................................................59
3.4.4. Xác định nồng độ phèn sắt tối ưu.............................................................60
3.4.5. Xác định nồng độ màu tối ưu ....................................................................62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 64
iii


I. KẾT LUẬN ....................................................................................................... 64
II. KIẾN NGHỊ ..................................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 66
PHỤ LỤC A ............................................................................................................. 70
HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM ............................................... 70
PHỤ LỤC B ............................................................................................................. 71
ĐẶC TÍNH CỦA NƯỚC THẢI THÍ NGHIỆM ..................................................... 71

er
si
ty

PHỤ LỤC C ............................................................................................................. 72

Sa

iG

on

U

ni
v

SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM ........................................................................................ 72

iv


TÓM TẮT
Nghiên cứu đả trích ly thành công gum từ hạt cây muồng hoàng yến, các kết
quả phân tích phổ (Hồng ngoại, sắc ký hiệu năng cao, Sắc ký gel) cho thấy gum hạt có
hai thành phần chủ yếu là mannose và galactose với tỷ lệ 3.5:1. Nghiên cứu cũng đả
ứng dụng gum hạt này trong việc loại màu và COD của nước thải nhuộm hoạt tính giả
định (SRS và SBB) trên thiết bị Jartest với 05 yếu tố khảo sát là pH, nồng độ màu
nhuộm, nồng độ chất keo tụ, tốc độ và thời gian khuấy trộn.

er
si
ty

Với mục đích so sánh, nghiên cứu cũng đồng thời xem xét hiệu quả keo tụ của
03 chất keo tụ phổ biến đang sử dụng cho xử lý nước thải nhuộm hoạt tính trên thị
trường là phèn nhôm PAC, phèn sắt II và chitosan. Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu
quả khử màu ảnh hưởng nhiều nhất bởi pH, nồng độ màu và nồng độ chất keo tụ

ni
v

trong khi thời gian và tốc độ khuấy hầu như rất ít ảnh hưởng đến hiệu quả khử màu.
Về hiệu quả keo tụ mặc dầu gum hạt muồng hoàng yến cho hiệu quả chưa cao

U

so với các chất keo tụ đối chứng hiệu quả khử màu cao nhất đạt 67.7% (màu) và
42.4% (COD), tuy vậy với đặc tính xanh, thân thiện môi trường, hiệu quả tại vùng pH

on

kiềm cho thấy gum hạt trích ly từ cây bò cạp vàng rất có tiềm năng trở thành một chất
keo tụ xanh trong việc giảm màu nước thải nhuộm hoạt tính.

Sa

iG

Từ khóa: Nước thải nhuộm hoạt tính, gum hạt, chitosan, PAC, sắt II.

v


ABSTRACT
This study successfully extracted gum from Cassia fistula seed. The
chromatography results (FTIR, HPLC, Gel chromatography) show that gum has
mannose and galactose on these structures with the ratio is 3.5:1. This study also
evaluated the removal efficiency by this gum from two synthetic reactive dyeing
wastewaters (containing SBB and SRS) under various parameters such as: pH,
agitation speed, initial dye concentration (IDC), coagulant dosage and reaction time

er
si
ty

at slow mixing phas on Jar-test experiment. The Jar-test experiment also conducted
with three kinds of coagulant: polyaluminium Chloride (PAC), ferrous ammonium
sulphate (FAS) and chitosan to compare with the gum’ capacity. The test results
indicated that while coagulation process effect is highly depended on pH (5-11),

ni
v

coagulation dosage and IDC. In the group of coagulants, Cassia fistula gum was the
less effective, the best removal efficiencies got around 67.7% (color) and 42.4%
(COD). Nonetheless, because of its green characteristic, its waste origin and being

U

effective in alkaline medium, this gum is very potential for using in dye removal

on

process of reactive dyeing wastewater which (usually) has high pH values (≥ 9).

Sa

iG

Keywords: Textile wastewater, Cassia fistula, chitosan, PAC.

vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Nhu cầu Oxy sinh hóa

COD

Nhu cầu Oxy hóa học

ĐHBK

Đại học Bách khoa

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

PAC

Polyaluminium Chloride

FAS

Ferrous ammonium sulphate

IDC

Nồng độ màu nhuộm (Initial dye concentration)

Sa

iG

on

U

ni
v

er
si
ty

BOD

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Đặc tính nước thải nhuộm ............................................................................. 2
Bảng 1.2. Nguồn gốc và tỉ lệ galactoz : manoz của một số loại gum hạt..................... 6
Bảng 1.3 Một số chất keo tụ tự nhiên và hiệu quả xử lý nước thải nhuộm ................. 11
Bảng 2.1 Độ hấp thu ứng cực đại ứng với từng nồng độ màu của màu nhuôm .......... 24
Bảng 2.1. Các bước khảo sát quá trình xử lý màu bằng PAC, FAS và chitosan .......... 32
Bảng 2.2. Các thông số và phương pháp phân tích..................................................... 33

er
si
ty

Bảng 3.1. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát pH của gum ............................ 35
Bảng 3.2. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy trộn của gum...... 38
Bảng 3.3. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát thời gian khuấy trộn của gum . 40
Bảng 3.4. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ gum thích hợp ........... 41

ni
v

Bảng 3.5 Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ màu bằng gum ........... 43
Bảng 3.6. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát pH của chitosan ...................... 44
Bảng 3.7. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy dùng chitosan .... 46

U

Bảng 3.8. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát thời gian khuấy dùng chitosan 47
Bảng 3.9. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ chitosan ..................... 48

on

Bảng 3.10 Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ màu bằng chitosan ... 49
Bảng 3.11. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát pH của PAC.......................... 50

iG

Bảng 3.12. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy dùng PAC ........ 51
Bảng 3.13. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát thời gian dùng PAC .............. 52

Sa

Bảng 3.14. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ PAC ........................ 53
Bảng 3.15 Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ màu bằng PAC ......... 56
Bảng 3.16. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát pH của FAS .......................... 57
Bảng 3.17. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy dùng FAS ........ 58
Bảng 3.18. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát thời gian dùng FAS............... 59
Bảng 3.20 Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ màu bằng FAS ......... 63

viii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Phẩn rã yếm khí nhóm azo của màu nhuộm .................................................. 4
Hình 1.2. Quả, hạt guar và gum guar........................................................................... 7
Hình 1.3. Cây, hạt muồng và gum muồng .................................................................... 8
Hình 1.4. Cây và hạt ca ri khô ...................................................................................... 9
Hình 1.5. Quả và hạt carob .......................................................................................... 9
Hình 2.1. Hoa và trái của muồng hoàng yến .............................................................. 16

er
si
ty

Hình 2.2. Quả và hạt dùng trong thí nghiệm .............................................................. 17
Hình 2.3. Gum hạt sau khi điều chế........................................................................... 18
Hình 2.4. Phổ FT-IR của gum .................................................................................... 19
Hình 2.5. Phân bố khối lượng của gum ...................................................................... 20
Hình 2.6. Hàm lượng mannose và galactose trong mẫu gum ..................................... 21

ni
v

Hình 2.7. Cấu trúc đề xuất của gum muồng hoàng yến .............................................. 21
Hình 2.8. Quy trình pha nước thải nhuộm giả lập ...................................................... 23

U

Hình 2.9. Đặc tính lý học của các màu dùng trong thí nghiệm ................................... 23
Hình 2.10. Màu và phổ hấp thu của màu nhuộm dùng trong thí nghiệm .................... 24

on

Hình 2.11. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ và độ màu màu SBB ................ 25
Hình 2.12. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc độ hấp thụ và độ màu màu SBR.................. 25

iG

Hình 2.13. Mô hình Jartest ........................................................................................ 26
Hình 2.14. Máy quang phổ UV-Vis .......................................................................... 26

Sa

Hình 2.15. Máy đun hoàn lưu COD reactor ............................................................... 27
Hình 2.16. Máy đo pH............................................................................................... 27
Hình 2.17. Phổ hồng ngoại của mẫu chitosan dùng trong thí nghiệm......................... 29
Hình 3.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả khử màu bằng gum hạt ........................... 36
Hình 3.2 Cấu trúc màu nhuộm nghiên cứu tại các pH khác nhau .............................. 37
Hình 3.3. Cơ chế tương tác của màu nhuộm và gum ................................................. 39

Hình 3.4. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến hiệu quả khử màu bằng gum .......... 40
Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến hiệu quả khử màu bằng gum ...... 41
Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ gum đến hiệu quả khử màu .................................. 42
ix


Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ màu đến hiệu suất khử màu ................................. 43
Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất khử màu bằng chitosan .......................... 45
Hình 3.9. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất khử màu bằng chitosan ........... 46
Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất khử màu bằng chitosan ..... 47
Hình 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hiệu suất khử màu ......................... 48
Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ màu đến hiệu suất khử màu bằng chitosan ......... 49
Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất khử màu bằng PAC .............................. 50

er
si
ty

Hình 3.14. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất khử màu bằng PAC .............. 52
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất khử màu bằng PAC .......... 53
Hình 3.16. Ảnh hưởng của nồng độ PAC đến hiệu suất khử màu bằng PAC ............. 55
Hình 3.17. Ảnh hưởng của nồng độ màu đến hiệu suất xử khử màu bằng PAC ......... 56
Hình 3.18. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu và COD bằng phèn sắt......... 57

ni
v

Hình 3.19 Dạng tồn tại của Fe (II) trong dung dịch ở các pH khác nhau .................... 58
Hình 3.20. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất khử màu bằng phèn sắt ......... 59

U

Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất khử màu bằng phèn sắt ..... 60
Hình 3.22. Ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt đến hiệu suất xử khử màu .................... 62

Sa

iG

on

Hình 3.23. Ảnh hưởng của nồng độ màu đến hiệu suất khử màu bằng phèn sắt ......... 63

x


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”
PHẦN MỞ ĐẦU
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
II. ĐỐI TƯỢNGVÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
II.1. Đối tượng nghiên cứu
Trên các mẫu nước thải hoạt tính giả định.
II.2. Phạm vi nghiên cứu đề tài

III. CÁCH TIẾP CẬN

er
si
ty

Đề tài được nghiên cứu tại: PTN Khoa Khoa học Môi trường trường ĐHSG
 Chọn lựa và trích ly gum hạt cây muồng hoàng yến.
 Tạo mẫu nước thải nhuộm giả lập.

 Nghiên cứu quá trình khử màu trên thiết bị Jar-test trên các đối tượng chất keo

ni
v

tụ tổng hợp và gum.
IV. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

U

 Xây dựng phương pháp ly trích và tinh chế gum hạt từ sản phẩm tự nhiên (hạt
cây).

on

 Khảo sát và so sánh khả năng loại màu hoạt tính của chất keo tụ tự nhiên (gum
hạt) và polimer tổng hợp từ đó tìm cách thay thế dần chất keo tụ tổng hợp bằng

iG

gum, một loại polisacarid tự nhiên thân thiện với môi trường và an toàn cho sức
khỏe con người.

Sa

V. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
V.1. Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp xử lý bằng gum hạt và polimer tổng hợp.
 Phương pháp phân tích nước.
 Phương pháp quang phổ so màu (UV-Vis).
 Phương pháp xử lý số liệu.
V.1. Nội dung nghiên cứu
 Tổng hợp tài liệu về gum hạt, trích ly và tìm hiểu cơ chế xử lý của gum,
 Thí nghiệm jar-test xử lý màu bằng gum hạt và chất keo tụ tổng hợp
Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

1


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”

 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý màu thông qua độ hấp thu (hay
độ màu), COD.
 Tối ưu hóa điều kiện xử lý (thời gian, nồng độ màu, nồng độ gum hạt, pH..)
 Qua đó xác định hiệu quả xử lý, đề xuất quy trình và các hướng nghiên cứu tiếp

Sa

iG

on

U

ni
v

er
si
ty

theo.

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

2


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯƠC THẢI NHUỘM
Việt Nam đang trong giai đoạn đổi mới, nền kinh tế phát triển mạnh mẽ. Cũng như
các ngành công nghiệp khác, ngành dệt nhuộm ở Việt Nam đang phát triển không
ngừng, nhu cầu về các sản phẩm may mặc hiện nay là rất lớn với chủng loại sản phẩm

er
si
ty

ngày càng đa dạng. Tuy nhiên, do đặc thù của một ngành sản xuất phức tạp, sử dụng
nhiều hóa chất nên nước thải dệt nhuộm chứa một phần lớn chất độc hại và các chất
hữu cơ, mà hiện nay hầu hết các nhà máy chưa xử lý hoặc xử lý chưa triệt để rồi thải

ra môi trường làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái, sức khỏe của con người và đời sống của

ni
v

sinh vật (Hà và cộng sự, 2015).

Nước thải là mối quan tâm hàng đầu trong ngành nhuộm, do quá trình nhuộm sử

U

dụng một lượng lớn hóa chất, chỉ có một phần màu được lưu lại trên vải, phần màu dư
còn lại theo nước thải, trên 80% các hóa chất cùng thải vào môi trường (Loan, 2011).

on

Đặc điểm nước thải dệt nhuộm là chứa nhiều tạp chất xơ sợi, các chất lơ lửng hữu
cơ, độ mặn và độ màu cao, chủ yếu gây ra bởi các chất tạo màu tổng hợp, rất khó xử lý

iG

bằng phương pháp sinh học. Do vậy khi xả ra nguồn tiếp nhận, sẽ làm tăng đáng kể độ
màu của nguồn nước tạo cảm giác khó chịu gây ảnh hưởng đến mỹ quan môi trường.
Mặt khác, khi màu nước đen thẩm, vẩn đục chính các màu thừa có khả năng hấp

Sa

phụ ánh sáng đã ngăn cản quá trình quang hợp của thực vật đưa đến hệ sinh thái dần
dần bị suy hoá, tiêu diệt và sinh thái của nguồn nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng
(bảng 1.1), với việc bộ tiêu chuẩn dệt nhuộm mới ra đời (QCVN 13: 2008) việc xử lý

nước thải đạt chuẩn (độ màu<20 Pt-Co) lại càng không đơn giản.

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

3


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”
Bảng 1.1. Đặc tính nước thải nhuộm (Thanh và cộng sự, 2013)
QCVN cột A QCVN

biểu

13:2008/BTNMT)

C

60-80

40

pH

-

8-13

6.0-9.0

BOD

[mg/L]

30 - 5000

30

COD

[mg/L]

200 - 11000

50

Màu

[Pt-Co]

400 - 5000

Sulphate

[mg/L]

50 - 1000

TSS

[mg/L]

0 - 200

Đơn vị
o

Nhiệt độ

er
si
ty

Giá trị tiêu

Thông số

20

400
50

Do tính chât phức tạp và khó xử lý của nước thải dệt nhuộm nên việc chọn phương

ni
v

pháp xử lý thích hợp cần phải dựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước
thải, quy chuẩn thải, xử lý tập trung hay cục bộ. Thông thường công nghệ xử lý thường

U

kết hợp nhiều phương pháp như cơ học, sinh học, lý hóa. Sau đây liệt kê một số
phương pháp trong và ngoài nước ứng dụng trong xử lý nước thải nhuộm.

on

1.1.1. Nghiên cứu ngoài nước

Rất nhiều kỹ thuật hóa lý, sinh học được áp dụng để loại trừ màu trong nước

iG

thải. Các kỹ thuật hóa lý bao gồm: màng lọc (Zhu và cộng sự, 2013), keo tụ (Verma và
cộng sự, 2012), hấp phụ, trao đổi ion (Karcher và cộng sự, 2002), oxid hóa nâng cao

Sa

(advanced oxidation) (Al-Kdasi và cộng sự, 2004)….Trong khi các kỹ thuật sinh học
được dùng là: hấp thu sinh học dùng nấm, vi khuẩn, phân hủy trong điều kiện hiếu khí,
yếm khí, thiếu khí hoặc kết hợp hai quá trình xử lý yếm khí, hiếu khí. Việc sử dụng
công nghệ xử lý nào còn tùy thuộc vào các thông số như loại màu, thành phần của
nước thải, chi phí hóa chất, chi phí vận hành, bảo dưỡng và xử lý các chất thải thứ cấp
phát sinh.
Màng lọc: thường dùng để xử lý nước thải chứa màu hoạt tính, do bởi khả năng
giảm lượng nước thải đồng thời thu hồi muối (Zhu và cộng sự, 2013). Tuy nhiên do
cấu trúc màng (kích thước lỗ) nhỏ, công nghệ này cần chia dòng nguồn thải.

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

4


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”
Ưu điểm: của kỹ thuật này là xử lý rất nhanh chóng, hệ thống xử lý nhỏ gọn và
màng có thể tái sử dụng.
Nhược điểm: dòng chứa càng nhiều chất thải giữ lại, màng dễ bị tắc nghẽn áp
lực nước tăng dòng chảy giảm dần, cần phải thường xuyên rửa màng và thay thế các
modul định kỳ. Hơn nữa, nước thải thu được sau quá trình rửa màng lọc phải xử lý lại
và chi phí đầu tư ban đầu thường lớn.

er
si
ty

Phương pháp hấp phụ và trao đổi ion có thể sử dụng để “tách” màu ra khỏi
dòng thải. Chất sử dụng ở đây chủ yếu là than hoạt tính (Yang và Al-Duri, 2005).
Than hoạt tính: đã được nghiên cứu và áp dụng rất phổ biến trong việc xử lý
rất nhiều loại màu trong dòng thải. Thông thường than hoạt tính kém hiệu quả và thiếu
kinh tế khi sử dụng đơn lẽ, vì khả năng chịu tải kém mau mất hoạt tính. Tuy nhiên, khi

ni
v

sử dụng kèm với keo tụ (Polimer), hoặc xử lý sinh học (hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí) nó
làm tăng hiệu quả đáng kể trong việc xử lý nước thải nhuộm. Các yếu tố ảnh hưởng

U

đến quá trình xử lý là pH, thời gian tiếp xúc, liều lượng và loại than sử dụng phải được
xem xét đến trong quá trình. Các loại than hoạt tính bán ngoài thị trường được làm từ

on

nhiều nguồn như lignin, nhựa rải đường, gỗ, xơ dừa, vỏ đậu phộng (Yang và Al-Duri,
2005),….

iG

Ưu và nhược điểm của than hoạt tính:
Ưu điểm: của việc sử dụng than hoạt tính là hầu hết các loại nguyên liệu tạo ra than
hoạt tính là những sản phẩm dễ tìm thấy trên thị trường, hoặc các sản phẩm không cần

Sa

thiết của các quá trình sản xuất khác. Vì thế nếu sử dụng cũng giảm đáng kể lượng
chất thải rắn, giá thành khá rẻ, thời gian xử lý tùy loại, nhưng nhìn chung nhanh
chóng.

Nhược điểm: của các phương pháp theo hướng này là bùn thải của quá trình xử lý
phải được xử lý lại và thải bỏ (Gottlieb và cộng sự, 2003).
Các quá trình oxid hóa nâng cao (AOPs-Các quá trình oxid hóa với thế oxid hóa
cao hơn oxygen) (Ince và Tezcanlı́, 2001) cũng được dùng để xử lý nước thải nhuộm.
Cơ sở của quá trình là tạo ra các gốc tự do có thế oxid hóa cao có thể phản ứng với các
hợp chất khó phân hủy trong nước thải nhuộm như màu, chất hoạt động bề mặt. Các
quá trình oxid hóa nâng cao bao gồm: quá trình xử lý dùng siêu âm, ozon hóa, fenton,
Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn
5

Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”
điện và quang hóa…. Trong số đó quá trình Ozon, UV/H2O2, Fenton (Fe/H2O2) và
UV/TiO2 là những kỹ thuật oxid hóa nâng cao được sử dụng nhiều nhất (Al-Kdasi và
cộng sự, 2004).
Màu và COD có thể được loại bỏ trong nước thải bằng (keo tụ và tạo bông).
Quá trình này thường được dùng trước hoặc sau quá trình xử lý chính. Giai đoạn này
thường bắt buộc phải thêm hóa chất keo tụ để tạo bông với các chất ô nhiễm và tách ra

er
si
ty

khỏi nước thải. Thông thường vôi, muối sắt và nhôm được sử dụng làm chất keo tụ.
Gần đây các chất keo tụ bằng polymer hữu cơ thường được thêm vào để giảm thể tích
bùn thải, nhưng hầu hết các polimer sử dụng trong trường hợp này đều độc cho hệ
thống thủy sinh dù với liều lượng rất thấp.

Xử lý sinh học màu: dựa trên cơ sở là sự chuyển hóa màu sinh học của vi sinh

ni
v

vật. Màu rất khó phân hủy, khả năng phân hủy chất màu và sắc tố của vi sinh vật nói
chung là rất yếu. Thí dụ người ta có thể dùng bùn non để loại bỏ chất màu ra khỏi

U

nước thải, nhưng trong bùn non không xảy ra quá trình phân hủy bản thân chất màu

mà chỉ tách chúng ra khỏi nước thải nhờ quá trình hấp phụ (cũng như hầu hết các kỹ

on

thuật nêu ở trên).

Tuy nhiên cũng có một số nhóm màu, trong đó có màu azobenzen, là một trong

iG

những nhóm màu quan trọng nhất, lại dễ bị phân hủy bởi biện pháp xử lý sinh học cả ở
điều kiện hiếu khí và yếm khí (Naimabadi và cộng sự, 2009). Nguyên nhân chủ yếu vì
ở điều kiện yếm khí, nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp enzim xúc tác phản

Sa

ứng khử làm phân rã nhóm azo- của màu. Sau đó ở điều kiện hiếu khí các độc chất
chứa nhóm amin nói trên sẽ bị phân rã tiếp bởi phản ứng oxid hóa được enzim
“azoreductaz” do vi sinh vật tạo ra xúc tác (Hình 1.1).Vì vậy để xử lý màu nước thải
nhuộm người ta thường kết hợp yếm khí và hiếu khí, nhược điểm của phương pháp
này là quá trình khử màu azobenzen trong điều kiện yếm khí rất chậm, đòi hỏi thời
gian xử lý lâu.

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

6


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”

Hình 1.1 Phân rã yếm khí nhóm azo của màu nhuộm

er
si
ty

Tất cả những kỹ thuật khảo sát ở trên điều chưa cho thấy hiệu quả hoàn toàn trong quá
trình xử lý màu từ nước thải nhuộm. Việc lựa chọn phương pháp xử lý ngoài việc phụ
thuộc vào kinh nghiệm còn phụ thuộc vào chi phí đầu tư ban đầu, hiệu quả xử lý và
phát sinh các chất thải thứ cấp. Điều đó cho thấy mỗi kỹ thuật xử lý đều có những giới
hạn của nó.

ni
v

Thời gian gần đây, nhiều nghiên cứu đã khảo sát khả năng thay thế chất trợ keo
polimer tổng hợp bằng các polimer tự nhiên thân thiện môi trường - một số loại gum ly

U

trích từ hạt của một số loài cây (Yuan và Ha, 2015) đã được chứng minh là những chất
trợ keo tụ hiệu quả, có thể giảm 40 – 50 % lượng nhôm (trong phèn nhôm hay PAC)

on

cần dùng.

1.1.2. Nghiên cứu trong nước (Loan, 2011; Thanh và cộng sự, 2013; Yuan và Ha,

iG

2015; Hà và cộng sự, 2011)

Năm 2014 nước ta đã là một trong những nước hàng đầu trên thế giới về xuất

Sa

khẩu dệt may, kéo theo đó ngành nhuộm cũng tạo ra một mối lo ngại lớn trong môi
trường, hàng loạt các sông ngòi kêu cứu, điển hình như sông Thị Vải, kênh Tham
Lương mà thủ phạm trong số đó chính là ngành nhuộm của chúng ta. Công nghệ xử lý
nước thải nhuộm, vì vậy gần đây cũng có những bước tiến đáng kể. Nhiều nhà máy xử
lý nước thải nhuộm đã được xây dựng bằng công nghệ của nước ngoài lẫn trong nước,
hầu hết các nhà máy xử lý có dây chuyền công nghệ xử lý khá phức tạp, chiếm nhiều
diện tích xây dựng, nhưng nước thải sau khi xử lý có độ màu chưa đạt được tiêu chuẩn
QCVN 13 - 2008.
Các kỹ thuật áp dụng trên thế giới để xử lý màu nước thải ngành nhuộm nêu ở
trên, đều được đề cập đến trong các nghiên cứu được đề cập gần đây như lọc băng tải,
Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

7


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”
Ozon, Quang hóa, điện hóa, xử lý yếm khí với lớp bùn hạt mở rộng (Expanded
Granular Sludge Bed – EGSB) (Yuan và Ha, 2014) … nhưng các kỹ thuật này cũng
đều có các nhược điểm như đề cập ở trên không thể xử lý triệt để hoàn toàn.
Có hai nguyên nhân chính có thể được nêu ra ở đây:
1) Bản chất nước thải nhuộm rất phức tạp, đặc biệt ở công đoạn nhuộm, các loại

nước thải chứa màu nhuộm khác nhau chỉ thích hợp cho một phương pháp xử lý

er
si
ty

khác nhau;
2) Công nghệ áp dụng hiện nay chưa theo kịp sự biến đổi này.
1.2. TỔNG QUAN VỀ GUM HẠT

Gum là những polisacarid có nguồn gốc từ tự nhiên, khi hòa tan vào nước tạo

ni
v

được dung dịch có độ nhớt cao ngay cả khi ở nồng độ rất thấp. Hầu hết gum được tìm
thấy từ nhựa hoặc từ hạt của một số loài cây (Sanghi và cộng sự, 2002).
Thành phần cấu tạo chính trong gum bao gồm chuỗi β-(1-4)-D-manopyranoz và

Sa

iG

on

U

α-(1-6)-D-galactopyranoz gọi chung là galactomanan.

Galactomanan

Tỉ lệ galactoz : manoz trong các gum galactomanan quyết định tính chất của gum vì
galactoz thân nước còn manoz thân dầu. Tỉ lệ galactoz : manoz trong một số loại
hạt được trình bày trong bảng 1.2 (Blackburn, 2004).
Bảng 1.2. Nguồn gốc và tỉ lệ galactoz : manoz của một số loại gum hạt
Gum hạt

Tên thực vật

Galactoz : manoz (đơn vị đường)

Gum guar

Cyamopsis tetragonolobus

1.0 : 1.5 – 2.0

Gum tara

Cesalpinia spinosa

1.0 : 2.5 – 3.0

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

8


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”

Ceratonia siliqua

1.0 : 3.0 – 4.0

Gum muồng Cassia obtusifolia

1.0 : 6.0 – 7.0

Gum carob

 MỘT SỐ LOẠI GUM
Trong đề tài này, chúng tôi chủ yếu giới thiệu một số loại gum thuộc nhóm
polisacarid không ion ly trích từ hạt của một số loài cây và được gọi tắt là gum.

er
si
ty

Gum Guar
Gum guar còn gọi là guaran, được ly trích từ hạt của loài cây bụi có tên khoa
học là Cyamopsis tetragonolobus, thuộc họ Leguminosae. Cây guar được trồng chủ
yếu ở nhiều vùng của Ấn Độ, Pakistan, Sudan, Mỹ, Trung Quốc và châu Phi. Đây là
loài cây lấy hạt, thân thẳng, lá lớn, quả giống quả đậu, trong mỗi quả chứa từ 6 – 8 hạt

Sa

iG

on

U

ni
v

nhỏ màu trắng xám.

Hình 1.2. Quả, hạt guar và gum guar
Gum guar là polisacarid bao gồm galactoz và manoz với tỉ lệ 1 : 2. Chuỗi
manoz nối với nhau bằng nối β(1→4), trên mỗi phân tử manoz chẵn mang một đơn vị
galactoz nối với nhau bằng nối α(1→6).

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

9


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”
OH

CH2OH

O

HO
OH
O

*

H2C

OH
O

O

HO
O

HO

O
OH

er
si
ty

HOH2C

*

Cơ cấu hóa học của gum Guar

Gum guar tan tốt trong cả nước nóng lẫn nước lạnh do tạo được nối hidrogen và
không tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ. Độ nhớt của gum phụ thuộc vào nhiệt
độ, pH và các chất điện ly có mặt trong dung dịch.

iG

on

U

ni
v

Gum muồng

Sa

Hình 1.3. Cây, hạt muồng và gum muồng

Gum muồng được ly trích từ loài cây muồng, có tên khoa học là Cassia

obtusifolia, xuất hiện chủ yếu ở Ấn Độ. Ngoài khả năng khử màu, lá và hạt muồng còn
chữa được một số bệnh về da như bệnh vảy nến và ghẻ ngứa, rễ cây làm thuốc giảm
đau…
Gum muồng có màu nâu sáng. Tỉ lệ galactoz : manoz có trong gum muồng vào
khoảng 1 : 6.

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

10


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”

Cơ cấu hóa học của gum hạt muồng
Gum ca ri

er
si
ty

Gum ca ri được ly trích từ hạt cây Trigonella foenum, được dùng làm gia vị
trong cà ri và sử dụng như các vị thuốc dân gian như thuốc bổ hay chữa bệnh nhuận
tràng…Cỏ ca ri còn giúp làm giảm cholesterol và lượng đường trong máu.

Hình 1.4. Cây và hạt ca ri khô

Sa

iG

on

U

ni
v

Gum ca ri chứa tỉ lệ galactoz : manoz rất cao (1 : 1).

Gum carob
Gum carob (hay carobin) được ly trích từ hạt cây carob,có tên khoa học là

Ceratonia siliqua, họ Leguminosae.
Gum carob có màu trắng hay trắng ngà, phân tán trong cả nước nóng lẫn nước
lạnh, tạo thành keo lỏng trong môi trường pH 5.4 – 7.0, sau đó có thể chuyển thành
dạng sệt nếu thêm vào natrium borax.
Carob có tỉ lệ galactoz : manoz ~ 1 : 4.

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

11


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong

er
si
ty

nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”

Hình 1.5. Quả và hạt carob

Việc sử dụng một số gum galactomanan làm chất keo tụ trong xử lý nước thay
cho các hóa chất tổng hợp đã được ghi nhận trong lịch sử loài người.

ni
v

Thời gian gần đây, nhiều nghiên cứu đã khảo sát khả năng khử màu nhuộm của
một số loại gum ly trích từ hạt của một số loài cây như: mã đề cát (Plantago psyllium),

U

phan tả diệp (Cassia angustifolia), tóc tiên (Ipomoea quamocalit), chùm ngây
(Moringa oleifera) đã được chứng minh là những chất trợ keo tụ hiệu quả (Sanghi và

Subba, 1998).

on

cộng sự, 2002; Mishra và cộng sự, 2002; Sanghi và cộng sự, 2006; Ndabigengesere và

iG

1.2.2. Ứng dụng của gum trong xử lý nước thải dệt nhuộm
Việc ứng dụng gum hạt hay các chất keo tụ từ thiên nhiên trong xử lý nước thải

Sa

nhuộm trên thế giới rất được quan tâm gần đây do đặc tính hiệu quả và ít độc bảng 1.3
tóm tắt sơ lược một số nghiên cứu.

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

12


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây
Muồng Hoàng Yến”

Chất keo

tụ

Cấu trúc

Vật liệu điều

Màu

chế

ni
ve
rs
ity

Bảng 1.3. Một số chất keo tụ tự nhiên và hiệu quả xử lý nước thải nhuộm
Điều kiện tối ưu

Hiệu suất [%]

Tài liệu tham
khảo

15,8 mmol Alizarin /g chitosan

Alizarin and
Chitosan

Vỏ tôm

Eriochrome
Xanh Đen R

85 (alizarin)
(Pirillo và cộng

1.94 mmol Eriochrome /g
chitosan

92

sự, 2009)

(eriochrome)

Tannin

mearnsii de
Wild

Alizarin tím

100 mg/L tannin, IDC 25 mg/L,

3R

pH 4

on

Cành Acacia

U

pH 7, IDC 75 mg/L

κ-

Tảo đỏ

Sa

Carrageenan

iG

Hoạt tính đỏ
238

Trực tiêp đen
22

(Jesus và cộng
sự, 2009)

10 g/L κ-Carrageenan, IDC 150 4.1 (hoạt tính)
mg/L, khuấy từ 12 giờ tại pH

13.3 (trực

(Blackburn,

10.5 (hoạt tính), 7 (trực tiêp) và 4

tiếp)

2004)

(acid).

20.2 (acid)

Acid xanh 193

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

80

11


Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây

Xanthan
gum

Vi khuẩn
Xanthomonas

Phân tán vàng

130 mg màu nhuộm/g gum tại

54

ni
ve
rs
ity

Muồng Hoàng Yến”

campestris

pH10.8, IDC 125 mg/L

Acid sendula
Galactoman
an

Hạt cây

đỏ, trực tiếp

Cassia

kahi xanh, hoat

angustfolia

tính remazol

mg/L

(Juan và cộng
sự, 2009)

80 (acid),
99 (trực tiếp),

(Sanghi và cộng
sự, 2002)

45 (acid)

U

brilliant violet

pH 10, gum 100 mg/L, IDC 20

83.9

Amido đen

on

10B, hoạt tính

35 (black), 40 (đỏ) và

đỏ

Tinh bột

Khoai mì

80 mg/L (xanh) tại

iG

X-3B, hoạt tính

Sa

Brilliant xanh

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

t 30 phút, pH 6.5, IDC 100 mg/L.

X-BR

12

>98%

(Yuan và cộng
sự, 2011)

Báo cáo nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu tăng cường loại một số màu hoạt tính trong
nước thải ngành nhuộm bằng gum trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến”
Đối với một quốc gia đang phát triển như Việt Nam, việc xây dựng một hệ thống
xử lý nước thải hoàn chỉnh gặp khá nhiều khó khăn, nhất là kinh phí. Chính vì vậy việc
sử dụng những loại chất keo tụ tự nhiên như gum hạt trong xử lý nước thải có ý nghĩa
quan trọng góp phần vào việc đảm bảo sự phát triển kinh tế, an toàn cho sức khỏe và

Sa

iG

on

U

ni
v

er
si
ty

đáp ứng được nhu cầu thân thiện với môi trường.

Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn

13