Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ kết hợp oxi hóa tiên tiến

Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
1
MỞ ĐẦU

Làng nghề hiện nay không chỉ là làng ở nông thôn có một hay nhiều nghề thủ
công truyền thống được tách ra khỏi nông nghiệp để sản xuất, kinh doanh, mà còn có
một hình thái mới, đó là một làng có nghề truyền thống nhưng cách thức sản xuất
không hoàn toàn là thủ công, cơ sở sản xuất có thể chỉ bao gồm những máy móc hiện
đại như cơ sở dệt nhuộm có: máy dệt kim, dệt thoi, dệt kiếm, bộ phận nhuộm hoàn
toàn là máy móc v.v..., nhưng lại được tổ chức dưới hình thức một cơ sở sản xuất nhỏ,
quy hoạch theo hình thức làng nghề, hay chưa đủ trình độ để trở thành một nhà máy,
một khu công nghiệp.
Làng nghề dệt nhuộm Nha Xá, Duy Tiên, Hà Nam là một làng nghề hoạt động
sản xuất với phương thức như vậy. Với cách thức hoạt động nửa truyền thống - nửa
hiện đại, làng nghề dệt nhuộm Nha Xá đã và đang đóng góp phần đáng kể vào tổng thu
nhập của tỉnh Hà Nam, sản phẩm làm ra lại là nguyên liệu đầu vào của các nhà máy
may trong cả nước, đóng góp phần không nhỏ vào tổng thu nhập quốc dân bằng các
sản phẩm có giá trị, đẹp, phong phú, chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu cho xuất khẩu.
Bên cạnh những lợi ích to lớn do hoạt động sản xuất dệt nhuộm đem lại, những ảnh
hưởng tiêu cực tới môi trường do hoạt động này tạo ra đang là vấn đề rất cần sự quan
tâm đúng đắn từ các nhà môi trường, nhà quản lý và nhà sản xuất. Bởi các cơ sở sản
xuất hoạt động đơn lẻ, cục bộ, phân tán rải rác trên một diện tích lớn, do đó rất khó tập
trung nước thải để xử lý, đó là còn chưa tính đến đặc tính khác nhau của từng dòng
thải.
Trong các công đoạn của quá trình dệt nhuộm thì công đoạn nhuộm và tẩy gây
ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng nhất. Bởi vì trong quá trình sản xuất đã sử
dụng các loại hóa chất như thuốc nhuộm, chất tẩy trắng, hồ, … và để lại dư lượng lớn
trong nước. Hàng năm, hoạt động sản xuất dệt nhuộm tại Việt Nam đã thải ra môi
trường hàng triệu m3 nước thải có hàm lượng chất hữu cơ khó phân hủy cao, độ màu

lớn, làm ô nhiễm nguồn tiếp nhận, gây độc tới các thuỷ sinh vật, cấp diễn hay trường
diễn.
Việc lựa chọn phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm phù hợp về mặt kỹ thuật
và kinh tế là rất cần thiết. Vì vậy, chúng tôi đã lựa chọn đề tài khóa luận tốt nghiệp là:
"Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ kết hợp oxi
hóa tiên tiến"

1


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
2

Mục đích của đề tài:
-

Khảo sát các điều kiện tối ưu của phương pháp keo tụ trong xử lý nước thải dệt
nhuộm: lượng chất keo tụ, lượng chất trợ lắng, điều kiện pH.

-

Khảo sát các điều kiện tối ưu của phương pháp oxi hóa tiên tiến trong xử lý
nước thải dệt nhuộm: lượng H2O2, lượng Fe2+, điều kiện pH.

-

Vận hành mô hình hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ kết hợp
oxi hóa tiên tiến (H2O2/UV; Fe2+/H2O2/UV) dựa trên các điều kiện tối ưu đã

nghiên cứu

2


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP DỆT NHUỘM Ở VIỆT NAM.
Ngành dệt may là một ngành có truyền thống lâu đời và cũng là một ngành
công nghiệp mũi nhọn đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế nước ta.Sản xuất tăng
trưởng nhanh kim ngạch xuất khẩu không ngừng tăng với nhịp độ cao, thị trường luôn
được mở rộng đó chính là những điều kiện thu hút ngày càng nhiều lao động,cân bằng
cán cân xuất nhập khẩu đưa ngành dệt may phát triển để đóng góp ngày càng nhiều
cho ngân sách nhà nước.
Ngành dệt may có dây truyền công nghệ phức tạp,áp dụng nhiều loại công nghệ
khác nhau,đồng thời trong quá trình sản xuất sử dụng nguồn nguyên liệu hoá chất khác
nhau và sản xuất ra nhiều mặt hàng có mẫu mã và màu sắc khác nhau.
Trong những năm gần đây, công nghiệp dệt Việt Nam có những bước phát triển
đáng kể, điều đó không chỉ do nhu cầu may mặc ngày càng cao, mà còn do công nghệ
tiên tiến tạo ra nhiều loại sản phẩm, mẫu mã đang dạng, chất lượng cao, bắt kịp thị
hiếu người tiêu dùng. Dệt may hiện đang là mặt hàng xuất khẩu mũi nhọn, kim nghạch
xuất khẩu đứng thứ hai sau dầu thô. Kim ngạch xuất khẩu hàng dệt may Việt Nam
năm 2002 được thể hiện qua bảng 1.1:
Bảng 1.1. Kim ngạch xuất khẩu hàng dệt may Việt Nam năm 2002
Nước
Thế giới

Mỹ
Nhật
EU
Kim ngạch xuất khẩu
2,75tỷ
975triệu
751triệu
540triệu
(USD)
Tính đến quý I năm 2003, kim nghạch xuất khẩu ngành dệt may đạt 850 triệu
USD, tăng 90% so với cùng kỳ năm 2002, riêng sang thị trường Mỹ là 500 triệu USD,
tăng gấp 20 lần so với cùng kỳ năm 2002, chưa tính đến hạn ngạch Mỹ đặt ra cho dệt
may Việt Nam từ 1/5 đến hết năm 2003 là 1,7 tỷ USD. Mục tiêu của dệt may Việt
Nam là đến năm 2005 kim ngạch xuất khẩu đạt 4 tỷ USD, đến năm 2010 đạt 10 tỷ
USD.
Mỹ hiện là thị trường nhập khẩu hàng dệt may lớn nhất thế giới, kim ngạch
nhập khẩu vào Mỹ luôn vượt 70 tỷ USD trong những năm gần đây. Riêng về phía Việt
Nam, Mỹ cũng là thị trường xuất khẩu hàng dệt may lớn nhất, năm 2002, nhập khẩu
vào Mỹ 975 triệu USD chiếm 35,4% tổng kim ngạch xuất khẩu toàn ngành. Tuy
nhiên, để đáp ứng nhu cầu của một bạn hàng khó tính, các doanh nghiệp dệt may Việt
Nam phải chú trọng đến các hoạt động, đầu tư cải thiện môi trường, an toàn vệ sinh để
đạt tiêu chuẩn SA8000.
3


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
4

Ngoài việc mở rộng thị trường xuất khẩu, các doanh nghiệp cũng đặc biệt chú
trọng mở rộng thị trường nội địa. Hiện nay, có hàng nghìn đại lý và tổng đại lý phân
phối hàng dệt may trong cả nước. Doanh thu từ bán hàng nội địa năm 2002 tăng 25%
so với năm 2001. Vinatex hiện có ba trung tâm thời trang ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí
Minh và Đồng Tháp để giới thiệu và bán sản phẩm của doanh nghiệp. Theo ông Lê
Quốc Ân, Chủ tịch Hội đồng Quản trị Vinatex, mục tiêu của Vinatex là đến năm 2005
sẽ mở thêm vài nghìn đại lý trên khắp cả nước và tiêu thụ khoảng 50% sản lượng hàng
hoá của công ty. Phấn đấu đưa tỷ trọng doanh thu hàng nội địa lên gần 30%. Mặt khác
cũng là nhằm đưa thị hiếu người Việt Nam hướng vào hàng Việt Nam nhiều hơn là
hàng ngoại nhập trong những năm tới. Để đạt được điều đó, nhiều trung tâm dệt may
cũng đã được xây dựng, ngày 08/01/2004 tại thành phố Hồ Chí Minh trung tâm công
nghiệp Vinatex - Tân Tạo được khánh thành và nhiều khu công nghiệp dệt may cũng
được xây dựng trên cả nước.
Bên cạnh những tiến bộ mà nghành dệt may Việt Nam đạt được, ngành cũng
không tránh được những hạn chế, khó khăn. Theo Hiệp hội dệt may Việt Nam, do các
doanh nghiệp chưa chủ động được nguyên - phụ liệu, luôn bị động, trông chờ vào nhập
khẩu nên giá các sản phẩm may mặc Việt Nam hiện đang cao hơn từ 10-15% so với
sản phẩm cùng loại của các nước trong khu vực. Cũng do phụ thuộc vào nhập khẩu
nguyên - phụ liệu nên các doanh nghiệp Việt Nam thường không chủ động được thời
gian giao hàng. Ngoài ra, trình độ công nghệ và thiết bị không phải lạc hậu nhưng do
các doanh nghiệp không đầu tư theo hướng chuyên môn hoá, không phát triển theo
chiều sâu mà phần nhiều phát triển chiều rộng, mỗi doanh nghiệp đều cố gắng đầu tư
mỗi mặt hàng một ít, theo hướng “tự sản tự tiêu” nên khó nâng cao chất lượng sản
phẩm, không tạo ra được điểm độc đáo của riêng mình, khó giảm giá thành sản phẩm.
Một hạn chế khác trong nghành dệt may phổ biến hiện nay là: năng suất lao động thấp
và chi phí quản lý lớn.
Trên đây chỉ là những hạn chế chủ quan từ bản thân ngành, ngoài ra còn có
những hạn chế từ bên ngoài. Quan trọng nhất phải kể đến là việc Mỹ đơn phương đặt
hạn ngạch đối với hàng dệt may Việt Nam, đặc biệt là với mặt hàng áo choàng sợi
bông, áo jacket và những mặt hàng Mỹ sản xuất như xơ, sợi. Tuy nhiên, trước sự kiện

này, 23 Nghị sỹ Quốc hội Hoa Kỳ là chủ tịch, phó chủ tịch của các uỷ ban, tiểu ngạch,
đại diện cho ngành Thương mại Mỹ đã gửi thư lên Bộ trưởng Thương mại Mỹ,
Zoelick, để phản đối việc Mỹ hạn chế hàng may mặc Việt Nam. Bởi việc đặt hạn
ngạch chỉ có lợi cho một số công ty dệt may Mỹ nhưng lại tổn hại tới lợi ích người tiêu
dùng, các công ty nhập khẩu và bán lẻ Mỹ. Đồng thời tác động xấu tới một số ngành

4


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
5

công nghiệp quan hệ tốt với Việt Nam như: công nghệ thông tin, hàng không, bảo
hiểm v.v... Kết quả của vòng đàm phán thứ 2 diễn ra tại Washington từ ngày 9 26/4/2003 là Mỹ đồng ý đặt hạn ngạch cho Việt Nam bắt đầu từ 1/5 đến hết năm 2003
là 1,7 tỷ USD, và sau mỗi năm căn cứ vào từng mặt hàng cụ thể, mức hạn ngạch sẽ
được tăng lên từ 2 - 7%, nhưng lại có tới 38 mặt hàng của Việt Nam bị hạn chế lượng
xuất khẩu.
Nhìn chung, công nghiệp dệt may Việt Nam trong những năm gần đây đã đạt
được những thành tựu thực sự to lớn, tạo được những bước đi vững chắc, nhưng để đạt
được những thành tựu cao hơn thì đòi hỏi các doanh nghiệp Việt Nam phải có những
bước đi đúng đắn hơn. Về khía cạnh môi trường, ngành dệt Việt Nam cần có sự đầu tư
hợp lý, quan tâm đúng mức hơn để trong tương lai không xa, Việt Nam vừa thu được
lợi nhuận về mặt kinh tế mà không làm tổn hại đến môi trường.
1.2. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NGÀNH DỆT NHUỘM
1.2.1. Quy trình công nghệ dệt nhuộm
Tùy từng đặc thù công nghệ và sản phẩm của mỗi cơ sở sản xuất khác nhau mà
quy trình sản xuất áp dụng có thể thay đổi cho phù hợp. Dây chuyền công nghệ sản
xuất dệt nhuộm tổng quát được thể hiện trong hình 1.1, bao gồm các bước sau:

5


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
6

Nguyên liệu đầu vào

Kéo sợi, chải

Tinh bột, phụ gia, hơi nước

Hồ sợi

Nước thải chứa hồ
tinh bột

Dệt vải

NaOH, enzym

Giũ hồ

Nước thải chứa hồ
tinh bột

Hóa chất, NaOH

Nấu

Nước thải

H2SO4, chất tẩy giặt

Giặt trung hòa

Nước thải

H2O2, NaOCl, hóa chất

Tẩy trắng

Nước thải

H2SO4, chất tẩy giặt

Giặt

Nước thải

Hóa chất, NaOH

Làm bóng

Nước thải

Dung dịch nhuộm

Nhuộm, in hoa

Dịch nhuộm thải

H2SO4, chất tẩy giặt, H2O2

Giặt

Nước thải

Hóa chất

Hoàn tất,văng khổ

Nước thải

Hình 1.1. Quy trình công nghệ dệt nhuộm

6


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
7

- Nhập nguyên liệu: nguyên liệu được nhập dưới các điều kiện bong thô chứa các sợi
bong có kích thước khác nhau cùng các tạp chất tự nhiên như bụi đất, hạt cỏ rác. Ngoài
ra còn sử dụng các nguyên liệu như lông thú, đay gai, tơ tằm để sản xuất các mặt hàng.

- Làm sạch: đánh tung, làm sạch và trộn đều bong thô để thu nguyên liệu sạch và đồng
đều. Sau quá trình làm sạch, bong thu được dưới dạng các tấm bông phẳng đều.
- Chải: các sợi bông được chải song song và tạo thành các sợi thô xoắn trên máy chải.
- Kéo sợi: kéo sợi để giảm kích thước và tăng độ bền sợi.
- Hồ sợi: đối với sợi bông sử dụng hồ tinh bột và tinh bột biến tính, đối với sợi nhân
tạo sử dụng PVA (Polyvinylancol), polycrylat. Mục đích của quá trình này là tạo
màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền, độ bôi trơn và độ bông của sợi để tiến hành dệt.
- Dệt vải: kết hợp các sợi ngang và sợi dọc để hình thành các tấm vải.
- Giũ hồ: sử dụng xút hoặc enzyme amilaza để tách các phần hồ còn lại trên tấm vải.
- Nấu vải: loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên bám vào sợi và tách dầu
mỡ.
- Tẩy trắng: làm cho vải sạch màu, sạch các vết dầu mỡ và làm cho vải đạt độ trắng
đúng theo yêu cầu đặt ra. Chất tẩy trắng thường dùng NaClO, NaClO 2, H2O2 cùng
các hoá chất phụ trợ khác để tạo môi trường.
Nếu sử dụng H2O2 tuy giá thành sản phẩm cao hơn nhưng không ảnh hưởng đến môi
trường sinh thái. Nước thải chủ yếu chứa kiềm dư và các chất hoạt động bề mặt.
Nếu sử dụng các chất tẩy chứa Clo: giá thành thấp hơn nhưng tạo ra hàm lượng AOX
(hợp chất halogen hữu cơ dễ hấp phụ) trong nước thải. Các chất này khả năng gây ung
thư và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái.
- Nhuộm vải: đây là công đoạn phức tạp, sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm và hóa chất
để tạo màu sắc khác nhau cho vải. Thuốc nhuộm có nhiều loại như: trực tiếp, hoàn
nguyên, lưu huỳnh, hoạt tính… tồn tại ở dạng tan hay phân tán trong dung dịch. Tỉ lệ
màu của thuốc nhuộm gắn vào sợi từ 50-98%, phần còn lại đi vào trong nước thải.
Quá trình nhuộm xảy ra theo 4 bước:
• Di chuyển các phần tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi.
• Gắn màu vào bề mặt sợi.
• Khuếch tán màu vào sợi, quá trình này xảy ra chậm.
• Cố định màu vào sợi.
Phần màu không gắn vào sợi vải được thể hiện trong bảng sau:

7


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
8

- In hoa: để tạo vân hoa, có 1 hay nhiều màu trên vải. Các loại thuốc in hoa ở dạng hoà
tan hay dung môi chất màu. Các thuốc in hoa là chất màu, hoạt tính, hoàn nguyên
azo không tan và Indigozol. Hồ in hoa là hồ tinh bột dextrin, natrialginat, hồ nhũ
tương tổng hợp.
- Văng khô, hoàn tất: mục đích ổn định kích thước của vải chống màu và ổn định
nhiệt. Trong đó sử dụng một số hoá chất chống nhàu, chất làm mềm và hoá chất như
metylic, axitaxetic, focmandehit.
1.2.2.Các loại hoá chất sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm
a) Các loại thuốc nhuộm sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm [6]
Để sản xuất các mặt hàng vải màu và in hoa trong công nghiệp dệt nhuộm
người ta phải sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau. Thuốc nhuộm chủ yếu là các
hợp chất hữu cơ có màu, khi tiếp xúc với các vật liệu khác nhau thì khả năng bắt màu
và giữ màu trên vật liệu khác nhau bằng các lực liên kết vật lý và hoá học. Hầu hết
thuốc nhuộm là những hợp chất màu hữu cơ trừ thuốc nhuộm pigment có một số màu
từ hợp chất vô cơ.


Thuốc nhuộm trực tiếp

Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp
chất màu hoà tan trong nước, có khả năng bắt màu vào một số vật liệu như các sợi
xenlulo, giấy, tơ tằm và sợi polyamit một các trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi

trường trung tính hoặc kiềm.
Hầu hết thuốc nhuộm trực tiếp có nhóm azo,một số ít là dẫn xuất dioazin và
flatoxianim,tất cả được sản xuất dưới dạng muối natri của axit sunforic hoặc cacbonyl
hữu cơ,một vài trường hợp được sản xuất dưới dạng muối amoni va kali nên được viết
dưới dạng tổng quát là:
Ar-SO3Na (Ar:gốc hữu cơ mang màu thuốc nhuộm)
Khi hoà tan vào nước thuốc nhuộm phân ly như sau:
Ar-SO3- Na→ Ar-SO-3+ Na+
Ar-SO-3: là ion mang màu có điện tích âm.
Do có khả năng tự bắt màu, đơn giản trong sử dụng và rẻ tiền nên thuốc nhuộm
trực tiếp được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ngành dệt vải,sợi
bông, hàng dệt kim từ bông, một số sản phẩm dệt từ polyamit trong ngành thuộc da
cũng sử dụng thuốc nhuộm trực tiếp nhất là màu nâu, đen và một số màu xanh.


Thuốc nhuộm axit

8


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
9

Là loại thuốc nhuộm có khả năng hoà tan trong nước có phạm vi sử dụng rộng
rãi trong các lĩnh vực như nhuộm len, tơ tằm,polyamit một số dùng để nhuộm lông
thú. Đa số thuốc nhuộm axit thuộc nhóm azo, một số có thể tạo phức với ion kim loại.
Có 3 loại thuốc nhuộm axit :
+ Thuốc nhuộm thông thường

+ Thuốc nhuộm axit cầm màu
+ Thuốc nhuộm axit kim loại


Thuốc nhuộm hoàn nguyên
Thuốc nhuộm hoàn nguyên bao gồm 2 nhóm chính :
- Thuốc nhuộm indignit (gồm indigô và dẫn xuất của nó)
- Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng.

Tuy có cấu tạo và màu sắc khác nhau nhưng tất cả đều có nhóm axeton(C=O)
trong phân tử nên công thức tổng quát là R=C=O. Thuốc nhuộm hoàn nguyên có tính
chất:
- Đủ màu
- Màu tươi ánh
- Độ bền cao khi bị gia công ướt , với ánh sáng…
Thuốc nhuộm hoàn nguyên được dùng chủ yếu cho nhuộm len, tơ tằm và quá
trình phải tiến hành trong môi trường kiềm và ở nhiệt độ 50-600C


Thuốc nhuộm lưu huỳnh:
Trong phân tử có chứa disunfua (-S-S) và nhiều nguyên tử lưu huỳnh

Là hợp chất không màu tan trong nước và một số dung môi hữu cơ. Dùng để
nhuộm sợi coton thuốc nhuộm này tương đối đủ màu trừ màu tím và màu đỏ chưa tổng
hợp được.
Ngoài ra còn một số loại thuốc nhuộm khác như thuốc nhuộm pigment.thuốc
nhuộm phân tán…
Tỷ lệ các loại thuốc nhuộm không gắn kết vào sợi vải và tồn tại trong nước thải
được thể hiện trong bảng 1.2

9


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
10

Bảng 1.2. Phần màu không gắn vào sợi vải của các thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm

Phần màu không gắn vào sợi (%)

Trực tiếp

5-30

Hoàn nguyên

5-20

Hoàn nguyên (Indigozol)

5-15

Lưu huỳnh

30-40

Hoạt tính

5-50

Naphthol

5-10

Phân tán

8-20

Pigmen

1

Axit

7-20

Phức kim loại

2-5

Cation kiềm

2-3

Crom

1-2

b) Các loại hoá chất khác sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm
Trong sản xuất dệt nhuộm ngoài các loại thuốc nhuộm thường dùng, người ta còn sử
dụng các loại hoá chất sau:
- NaOH và Na2CO3 dùng trong nấu tẩy, làm bóng với số lượng lớn.
- H2SO4 dùng để giặt trung hoà và hiện màu thuốc nhuộm.
- H2O2, NaOCl dùng để tẩy trắng vật liệu.
- Các chất khử vô cơ như: Na2S2O3 dùng trong nhuộm hoàn nguyên, Na 2S dùng để khử
thuốc nhuộm lưu huỳnh.
- Các chất cầm màu thường là nhựa cao phân tử như syntephix, tinofic.
- Những chất này khó tan trong nước nhưng lại dễ tan trong dung dịch axit axetic,
chúng tạo thành phức khó tan giữa cation chất cầm màu và anion của thuốc nhuộm.
Nó được sử dụng để nâng cao độ bền màu cho vảI khi nhuộm bằng thuốc nhuộm trực
tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên…
- Các chất hoạt động bề mặt (như chất ngấm, chất đều màu, chất chống bọt, chất chống
nhăn…), xà phòng hoặc các chất tẩy giặt tổng hợp được sử dụng trong tất cả các công
đoạn là các nhóm anion, cation. Các chất này làm giảm sức căng bề mặt nước thảI và
ảnh hưởng tới đời sống thuỷ sinh, đôi khi có những sản phẩm khó phân giải vi sinh.
10


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
11

- Các polyme tổng hợp dùng trong hồ sợi và hồ vải như PAC, polycrylat. Khi đi vào
trong nước thải là những chất khó phân huỷ sinh học
- Các chất làm mềm vải dùng trong khâu hoàn tất phần lớn là hợp chất cao phân tử có
gốc silion như : políilicoxan, silicon biến tính. Các chất này có khả năng tạo thành lớp

màng mỏng trên vải làm cho vải mềm và mịn.
1.2.3.Hiện trạng ô nhiễm và các chất ô nhiễm
a. Các nguồn phát sinh ô nhiễm
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. Trong đó lượng nước thải chủ yếu được phát sinh do
quá trình giặt sau mỗi công đoạn.
Nhu cầu sử dụng nước trong dệt nhuộm rất lớn và thay đổi theo các mặt hàng khác
nhau. Nhu cầu nước cho 1m vải nằm trong phạm vi 12-65 lít và thải từ 10-40 lít.
Theo số liệu thống kê, ngành dệt may tại Việt Nam thải ra môi trường khoảng 24-30
triệu m3 nước thải /năm. Trong đó chỉ 10 % lượng nước thải được xử lý, còn lại phần
lớn khoảng 90% thải trực tiếp vào môi trường
Do dây chuyền công nghệ sản xuất hàng dệt nhuộm phức tạp, sử dụng một lượng nước
và hoá chất lớn nên nước thải từ công nghệ dệt nhuộm cần được xử lý.
b. Các chất gây ô nhiễm
Các chất gây ô nhiễm chính trong công nghệ dệt nhuộm bao gồm:
+ Các tạp chất tách ra từ vải sợi như: dầu mỡ, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, pectin,
chất bụi bẩn dính vào (trung bình chiếm 6% khối lượng sợi ).
+ Các hoá chất sử dụng trong công nghệ dệt nhuộm như: hồ tinh bột, H 2SO4, NaOH,
H2O2, Na2CO3... Các loại thuốc nhuộm, các chất trợ, chất cầm màu, chát tẩy giặt.
Lượng chất được sử dụng đối với từng loại vải, tuỳ loại màu khác và đi vào từng công
đoạn tương ứng.
+ Các chất tẩy rửa là một trong những thành tố gây ô nhiễm hữu cơ đáng kể
nhất.Thành phần chất tẩy rửa bao gồm: chất hoạt động bề mặt, chất phụ gia và các chất
khác. Cả chất hoạt động bề mặt và chất hấp phụ đều cản trở quá trình xử lý nước.
Ngoài ra, vấn đề chất thải rắn và khí thải của ngành dệt nhuộm ở Vi ệt Nam là một
trong những vấn đề cần hết sức quan tâm . Chất thải rắn của ngành dệt nhuộm bao
gồm xỉ than, phế liệu, vải vụn, bụi bông, bao bì, các loại thuốc nhuộm bị hỏng. Mỗi

11

Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
12

năm lượng chất thải rắn khoảng trên 700.000 tấn /năm. Hiện nay, lượng CTR này được
các cơ sở sản xuất thu gom, xử lý và tái sử dụng.
c) Đặc tính của nước thải của sản xuất dệt nhuộm
Bảng 1.3. Các chất ô nhiễm và đặc tính của nước thải dệt nhựôm qua các công
đoạn.[6]
Công đoạn
Hồ sợi, giũ hồ
Tẩy trắng
Nhuộm

Làm bóng
Nấu tẩy

In

Chất ô nhiễm
Tinh bột, gluco, cacboxylmetyl,
Xenlulo, polivinyl, alcol, chất béo
Hypoclorit,hợp chất chứa clo
NaOH, AXO,axit
Các loại thuốc nhuộm,axit axetic,
các loại muối kim loại
NaOH, tạp chất
NaOH, chất sáp, dầu mỏ, sođa,

sunlicatnatri, xơ sợi vụ, nhiệt độ
cao
Chất màu, tinh bột,dầu muối, kim
loại, axit

Đặc tính của nước thải
BOD cao (30÷35%) tổng
lượng BOD
Độ kiềm cao, BOD chiếm
5%
Độ màu rất cao, BOD chiếm
khoảng 6% tổng BOD, tổng
chất rắn TS cao
Độ kiềm cao, BOD thấp
khoảng 1% tổng BOD
Độ kiềm coa,BOD chiếm
khoảng 30%
Kiềm nhẹ, BOD thấp

Thành phần nước thải dệt nhuộm rất đa dạng bao gồm: các chất ô nhiễm dạng
hữu cơ (thuốc nhuộm, tinh bột, tạp chất) và dạng vô cơ (các muối trung tính, các chất
trợ nhuộm). vì vậy thế nước thải dệt nhuộm đã có những ảnh hưởng tới nguồn tiếp
nhận.
Đặc trưng quan trọng nhất của nguồn nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm là sự
dao động rất lớn về cả số lượng và tải lượng ô nhiễm. Thay đổi theo mùa, theo mặt
hàng sản xuất và theo chất lượng sản phẩm. Nhìn chung nước thải từ các cơ sở dệt
nhuộm có độ kiềm cao, độ màu và hàm lượng chất hữu cơ, TS cao. Hiệu quả hấp phụ
của vải chỉ đạt 60÷70%. Ngoài ra một số chất điện ly, chất hoạt động bề mặt, chất tạo
môi trường cũng tồn tại trong thành phần nước thải tạo ra độ màu cao của nước thải.
Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước có thể tóm tắt như sau:

+ Độ kiềm cao: làm tăng độ pH của nước. pH>9 sẽ gây độc hại tới các sinh vật thuỷ
sinh gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải.
+ Muối trung tính: làm tăng tổng hàm lượng chất rắn. Lượng chất thải lớn gây tác hại
đến đời sống thuỷ sinh do giảm oxy hoà tan trong nước.
12


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
13

+ Độ màu cao: thuốc nhuộm do lượng dư đi vào nước thải, ảnh hưởng tới quá trình
quang hợp của các loài thuỷ sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan.
+ Các chất độc: kim loại nặng, hợp chất halogen (AXO), có khả năng tích tụ trong cơ
thể sinh vật với hàm lượng chất rắn tăng dần theo chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái
nguồn nước gây một số bệnh mãn tính hay ung thư đối với người và động vật.
Nước thải của ngành dệt nhuộm nếu không được xử lý, khi thải vào môi trường
sẽ làm mất cân bằng sinh thái của nguồn tiếp nhận gây ô nhiễm môi trường và ảnh
hưởng lớn đến sức khoẻ con người
Bảng 1.4. Một vài thông số về nước thải dệt nhuộm ở việt Nam.[4]
Thông số
Mặt hàng
Hàng bông
dệt thoi
Hàng pha dệt
kim
Sợi
Dệt len

Lượng
nước thải
(m3/tấn)

TS
(mg/l)

BOD
(mg/l)

COD
(mg/l)

pH

Độ màu
(Pt.Co)

394

400-1000

70-135

350-600

8-10

350-600

264-280

800-1100

90-400

570-1200

9-10

1120-1600

236

800-1300

90-130

210-230

9-11

180 - 540

114

420

120-130

400-500

9

260-300

1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM [3]
Các biện pháp thường ứng dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm được thể hiện theo sơ đồ
sau:

13


Nước thải dệt nhuộm

Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
14
Sàng, lọc

Điều chỉnh pH

Biện pháp sinh học

Biện pháp hoá lý

Trao
đổi
ion

Phèn
nhôm

Hiếu
khí

Keo
tụ

Phèn
sắt

Tuyển
nổi

Hấp
phụ

Biện pháp màng

Oxy
hoá

Thẩm
thấu

Siêu
lọc

Polime
hữu cơ
Oxi hoá
thông
thường O2,
KMnO 4,
Cl2, …

Kỵ khí

Oxi hoá nâng
cao:O3/H2O2,
UV/H2O2;
UV/H2O2/O3;
Fe2+/H2O2;
Fe2+/H2O2;
Fe2+/H2O2/UV

Hình 1.2. Các biện pháp xử lý nước thải ngành dệt nhuộm [5]

1.3.1. Phương pháp sinh học
Xử lý bằng phương pháp sinh học được ứng dụng để làm sạch nước thải sinh
hoạt cũng như nước thải công nghiệp nhằm loại bỏ chất hữu cơ hoà tan và một số chất
vô cơ như H2S, các sunfit, amoniac, các hợp chất Nitơ khác, ...

14


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
15

Nguyên tắc của phương pháp xử lý sinh học: dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động
sống của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ hoặc một số chất vô cơ trong nước
thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, vô cơ và một số chất khoáng làm nguồn
dinh dưỡng và tạo ra năng lượng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và phát triển. Quá
trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá.
Để có thể áp dụng phương pháp này nước nước thải không chứa các chất độc và tạp
chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không vuợt quá nồng độ cực đại
cho phép và có tỷ số BOD/COD ≥ 0,5.
1.3.2. Phương pháp màng
Đây là phương pháp mới, hiện đại đang được phát triển trong nhiều ngành kỹ
thuật trong đó có xử lý nước thải. Phương pháp này được ứng dụng trong ngành dệt
nhuộm nhằm thu hồi hoá chất để tái sử dụng như thu hồi tinh bột, PVA, thuốc nhuộm
idigo bằng siêu lọc đồng thời thu hồi muối và thuốc nhuộm bằng màng thẩm thấu
ngược. Động lực của quá trình lọc màng là sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của
màng. Phương pháp màng có ưu điểm tách được các chất có độ tinh khiết cao. Tuy
nhiên do giá thành thiết bị, chi phí vận hành cao nên phạm vi ứng dụng chưa được
rộng rãi.
1.3.3. Phương pháp trung hoà điều chỉnh pH
Giá trị pH của các dòng thải từ công đoạn nhuộm tẩy,làm bóng có thể dao động
trong khoảng rộng,mặt khác các quá trình xử lý hoá lý và sinh học đều đòi hỏi một giá
trị pH thích hợp. Trung hoà có thể thực hiện bằng việc trộn dòng thải có tính axit với
dòng thải có tính kiềm hoặc sử dụng các hoá chất như: H2SO4, HCl, NaOH,…
1.3.4. Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp phụ dùng để xử lý các chất không có khả năng phân huỷ sinh
học và các chất hữu cơ không hoặc khó xử lý bằng phương pháp sinh học. Phương
pháp này dùng để khử màu nước thải chứa thuốc nhuộm hoà tan và thuốc nhuộm hoạt
tính. Cơ sở của quá trình là hấp phụ các chất tan lên bề mặt chất rắn. Các chất hấp thụ

thường là: than hoạt tính, than nâu, đất sét, cacbonat, magiê trong đó than hoạt tính là
chất hấp thụ có bề mặt riêng lớn 400-1500m2/g. Nhu cầu lượng than hoạt tính để xử lý
nước thải có màu là rất khác nhau.
1.3.5. Phương pháp keo tụ
Đây là một phương pháp truyền thống để xử lý nước thải và được ứng dụng
rộng rãi trong xử lý nước thải dệt nhuộm chứa các chất màu phân tán không tan.
Phương pháp này giảm được 30÷60% COD và giảm được đáng kể màu trong nước

15


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
16

thải. Hiện nay, người ta thường sử dụng một số hợp chất keo tụ khác nhau trong quá
trình xử lý nước thải.
a. Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu [5]
Trong quá trình keo tụ này người ta sử dụng muối nhôm hoặc muối sắt hoá trị 3
còn gọi là phèn nhôm hoặc phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này được đưa vào dung
dịch chúng phân ly thành các cation và anion theo phản ứng sau:
Al2(SO4)3→2Al3+ + 3SO42FeCl3

→ Fe3+ + 3Cl-

Nhờ hoá trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành
các phức chất hexa Me(H2O)63+ (trong đó Me3+ có thể là Al3+ hoặc Fe3+ ) . Tuỳ thuộc
vào giá trị pH của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau,
thí dụ với phèn nhôm, các phức chất này tồn tại ở pH từ 3 đến 4; với sắt chúng tồn tại

ở pH từ 1 đến 3.
Khi pH tăng, các phản ứng xảy ra như sau:
Me(H2O)63+ + H2O → Me(H2O)5OH2+ + H3O+
Tăng axit:

Me(H2O)52+ + H2O → Me(H2O)4(OH)2+ + H3O+

Tăng kiềm:

Me(H2O)4(OH)2+ + OH-→ Me(OH)3 + 4H2O
Me= Al3+; Fe3+

Với nhôm khi pH bắt đầu từ 6 trở lên và với sắt khi pH bắt đầu từ 5 trở lên, các
phản ứng dừng lại ở trạng thái hyđroxit Me(OH) 3 kết tủa lắng xuống. Độ hoà tan của
các hyđroxit Me(OH)3 này quá nhỏ nên ở pH tối ưu, các ion kim loại này được tách
hết khỏi nước. Quá trình này tạo thành Me(OH) 4+ chỉ xảy ra khi pH≥7,5 đối với nhôm
và pH≤10 đối với sắt.
Các sản phẩm hyđroxit tan tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6, đó là sản
phẩm mang nhiều nguyên tử kim loại, ví dụ Al 3(OH)45+. Các hợp chất này mang điện
tích dương mạnh và có khả năng kết hợp với các hạt keo tự nhiên mang điện tích âm
tạo thành bông cặn. Các hyđroxit nhôm hoặc sắt tạo thành khác nhau tuỳ thuộc vào pH
và các điều kiện của quá trình, song chúng đều là những hợp chất mang điện tích
dương và có hoạt tính tạo bông keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bông keo này
khi lắng xuống sẽ hấp phụ, cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn chất hữu cơ, chất mang mùi
vị… tồn tại ở trạng thái hoà tan hoặc lơ lửng trong nước. Mặt khác, các ion kim loại tự
do còn kết hợp với nước qua phản ứng thuỷ phân cũng tao thành các hyđroxit như sau:
Al3+ + 3H2O →Al(OH)3 + 3H+

16

Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
17

Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+
Quá trình tạo thành các phức chất nhôm và sắt trong phản ứng thuỷ phân phụ
thuộc vào độ pH của môi trường.
Quá trình thuỷ phân các chất keo tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các
giai đoạn sau:
→

Me3+ + HOH

Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH →

Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH →

Me(OH)3 + H+

----------------------------------------------------Me3+ +3HOH

→

Me(OH)3 + 3H+

Các loại phèn nhôm, sắt thường được sử dụng trong quá trình keo tụ gồm:
Nhôm Sunfat Al2(SO4).14H2O, nhôm clorua AlCl.6H2O, nhôm polyclorua
[Al(OH)1,5(SO4)0,125Cl1,25]n, aluminat natri NaAlO2, sắt(III) sunfat Fe2(SO4)3.8H2O, sắt
(II) sunfat FeSO4.7H2O, sắt clorua FeCl3, sunfat sắt nhôm AlFe(SO 4).nH2O, sunfat clo
sắt FeClSO4.nH2O, sunfat clo sắt FeClSO4, FeCl3Fe(SO4)3…
Hiện nay, PAC (Polyaluminium choride) đựơc đánh giá là một chất keo tụ có
nhiều ưu điểm hơn cả về mặt xử lý cũng như chi phí giá thành. PAC được sản xuất từ
quá trình phân huỷ AlCl3 với Na2CO3 hoặc NaHCO3. Công thức PAC có dạng chung
là: [AlClx(OH)3-x]n= 1-2, phân tử lượng của PAC từ 7.000-35.000, độ dài 35-250A 0.
PAC được sử dụng trực tiếp cho quá trình keo tụ. Do không phải trải qua bước hình
thành polyme (diễn ra chậm) nên tốc độ keo tụ lớn và tạo ra kết tủa Al(OH) 3 vô định
hình rất thuận lợi trong điều kiện nhiệt độ không cao. Mạng polyme có mật độ điện
tích dương cao nên khả năng hấp phụ và trung hoà các hạt huyền phù tích điện âm
xảy ra rất tốt. Trong môi trường pH đến 9.5 quá trình hình thành Aluminat từ polyme
chậm nên vẫn có khả năng keo tụ tốt. Hàm lượng Al 2O3 đạt khoảng 36% trong khi
loại phèn nhôm có chất lượng cao nhất đạt khoảng 15%. Do quá trình tan chậm nên
lượng Al3+ tồn dư thấp phù hợp tiêu chuẩn cho phép của nước thải sinh hoạt. Hơn nữa
PAC làm giảm không đáng kể độ kiềm của nước, do quá trình thuỷ phân hình thành
H+ đã được thực hiện trong quá trình Polyme hoá, do đó ít gây ăn mòn thiết bị và
đường ống dẫn nước. Thực tiễn sử dụng PAC ở Việt Nam về mùa nước trong đạt hiệu
quả keo tụ như phèn nhôm chỉ phải sử dụng liều lượng bằng 20-40% so với phèn
nhôm, còn về mùa nước đục thì lượng cần PAC 30-60% so với phèn nhôm.
b. Keo tụ hoặc tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử [5]

17


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
18

Quá trình này sử dụng hợp chất cao phân tử tan trong nước, chúng có cấu tạo
mạch dài, với phân tử lượng từ 103 đến 107 g/mol và đường kính phân tử trong dung
dịch và trong dung dịch vào khoảng 0,1µm đến 1µm. Khi phân ly trong nước chúng
keo tụ các hạt cặn bẩn trong nước dưới dạng liên kết chuỗi. Các liên kết này tạo điều
kiện thuận lợi cho việc hình thành và lắng tủa bông cặn. Vì vậy giúp cho quá trình keo
tụ xảy ra nhanh hơn để có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng.
Dựa vào hoá trị người ta phân chia các loại cao phân tử dùng trong keo tụ làm
ba loại: loại anion (A), loại cation (C) và loại không ion (N). Ngoài ra cũng có thể
phân chia chúng theo cấu tạo hoá học, theo độ lớn phân tử lượng như độ tích điện của
chúng. Ngoài các chất cao phân tử tự nhiên người ta còn sử dụng cả các chất cao phân
tử tổng hợp làm chất keo tụ.
Tuỳ thuộc vào tính chất nước thải cần xử lý, liều lượng chất trợ lắng sử dụng
trong quá trình xử lý sẽ khác nhau các chất trợ động tụ thường là polyacrylamit
(CH2CHCONH2)n, polyacrylic (CH2CHOOH)n hoặc polydiallylđimetyl – amon. Việc
sử dụng các chất trợ đông cho phép hạ thấp liều lượng chất keo tụ – giảm thời gian cho
quá trình đông tụ không làm thay đổi pH của n ước thải và nâng cao tốc độ lắng của
các bông keo.[6]
Sơ đồ hình 1.3 chỉ ra các giai đoạn của quá trình keo tụ để tách các hạt lơ lửng
trong nước:

18


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
19

Hình 1.3. Cơ chế quá trình keo tụ
Tuy nhiên, quá trình làm sạch nước chỉ xảy ra khi sử dụng lượng polyme tối ưu,
còn khi sử dụng quá dư, hạt keo lơ lửng lại tái bền và làm cho nước có độ đục.
Phương pháp keo tụ có thể loại bỏ được kim loại nặng trong nước thải, làm
giảm độ đục và các thành phần rắn lơ lửng. Bên cạnh đó còn làm giảm chất ô nhiễm
khác nhau như dầu mỡ, COD, BOD…
Hiệu quả của polyme trợ keo thể hiện ở chỗ chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ
khoảng vài phần triệu trong nước. Khi đó các hạt không tan lý tưởng được kết lại
thành khối riêng biệt và nước trở lên trong. Cơ chế của sự kết tách ở đây theo kiểu bắc

19


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
20

cầu qua các phân tử polyme làm cho các chùm hạt kết tụ lại với nhau, hình thành cặn
và tách thành hai phần: phần đồng pha với nước, phần dị pha bùn lắng xuống.
c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ
- Liều lượng và loại chất keo tụ: tính chất hoá học và lý học của nước thải là cơ sở để
lựa chọn chất keo tụ. Sử dụng lượng chất keo tụ tối ưu có hiệu quả cao trong việc xử lý
nước thải về các thông số hoá học và lý học. Sử dụng quá nhiều chất keo tụ có thể làm
tăng chi phí xử lý nước mà lại không loại bỏ được nhiều chất rắn lơ lửng, COD, độ
màu và các thông số ô nhiễm khác trong nước.
- Tốc độ khuấy: cần thiết phải khuấy nước thải khi xử lý bằng quá trình keo tụ với tốc
độ cao để các hạt keo có thể tiến lại gần nhau. Tuy nhiên, khuấy với tốc độ quá cao
trong quá trình keo tụ sẽ làm ngăn cản sự hình thành các hạt keo lớn hơn và lắng

nhanh hơn, hình thành nên các bông keo và nó có thể làm phá vỡ các hạt keo vừa mới
hình thành.
- Thời gian lắng: thời gian lắng mà kéo dài sẽ làm cho các hạt keo có kích thước nhỏ
cũng có thể lắng xuống và được loại bỏ khỏi nước.
- Nhiệt độ: các bông keo sẽ lắng nhanh hơn ở nước thải có nhiệt độ cao và ngược lại.
- pH của dung dịch xác định nồng độ các hyđroxyt kim loại tạo thành, nó ảnh hưởng
lớn đến sự hút bám trong quá trình keo tụ.
d. Một số nghiên cứu về xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ trên thế
giới
Smith et.al. (1975) đã sử dụng chất keo tụ Al 2(SO4)3 để xử lý nước thải công
đoạn trước tẩy của quá trình dệt nhuộm. Lượng phèn sử dụng là 70-100mg/l, hiệu quả
xử lý đạt được đối với SS là 95% và BOD5 là 38%.
Knocke et.al. (1986) đã xử lý màu nước thải công đoạn tẩy của quá trình dệt
nhuộm bằng phèn sắt FeCl3 và FeSO4. Khi sử dụng 300mg/l FeCl3 thì hiệu quả xử lý
màu là 95-99%. Khi sử dụng 500mg/l FeSO4 thì hiệu quả xử lý màu là 100%.
Trong nghiên cứu của Duk Jong Joo, Won Sik Shin và Jeong Hak Choi đã tiến
hành xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính bằng phèn nhôm, phèn sắt và sử
dụng thêm chất trợ lắng polime tổng hợp. Kết quả cho thấy, khi sử dụng lượng phèn
1g/l thì hiệu quả loại bỏ màu đạt được nhỏ hơn 20%, khi kết hợp phèn và chất trợ lắng
thì màu của nước thải được loại hầu như hoàn toàn. Hiệu quả xử lý tăng khi tăng lượng
chất trợ lắng. Ngoài ra, hiệu quả keo tụ còn phụ thuộc vào điều kiện pH và loại chất
keo tụ sử dụng [Duk Jong Joo et.al., 2005].

20


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
21

1.3.6. Phương pháp oxy hoá nâng cao
a) Quá trình oxi hoá sử dụng tác nhân oxi hóa thông thường
Các tác nhân oxy hoá thông thường như : Clo (Cl 2), KMnO4. H2O2, O3đều có
khả năng oxy hoá các chất trong nước nhưng sau mỗi quá trình oxy hoá lại tạo ra
những chất có hại.
- Clo (Cl2)
Cl2 là chất oxy hoá tốt được sử dụng để khử Fe 2+ trong nước ngầm hoặc nước
mặt, trong khử trùng nước sau sử lý. Vì Cl 2 là chất tương đối rẻ nên được dùng rất phổ
biến trong ngành xử lý nước và nước thải cho đến ngày nay. Tuy nhiên nhựơc điểm
chính của Cl2 trong quá trình khử sắt là Cl 2 tác dụng với chất hữu cơ thiên nhiên tạo ra
những phụ phẩm là các chất hữu cơ chứa Cl2 gây ung thư cho người sử dụng. Ngoài ra,
Cl2 chỉ có khả năng khử trùng một số rất hạn chế các loại vi khuẩn như Ecoli, không
có khả năng diệt các loại vi khuẩn hoặc virut truyền bệnh như Giardia và
Cryptosporidium.
- Kalipenmanganat (KMnO4)
KMnO4 là chất oxy hoá được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước. Nó là chất oxy
hoá mạnh hơn Clo, có thể làm việc trong vùng pH rộng, nhưng đắt tiền. Ngoài ra,
nhược điểm đáng kể khi sử dụng KMnO 4 là tạo ra mangandioxit trong quá trình oxy
hoá, chất này kết tủa do vậy phải tách bằng cách lọc hoặc lắng, làm tăng chi phí xử lý.
- Hyđrogen Peroxit (H2O2)
H2O2 là chất oxy hoá mạnh hơn KMnO4 và được sử dụng trong xử lý nước thải
để phân huỷ các chất hữu cơ và khử màu nước thải ngành giấy hoặc dệt nhuộm. Ngoài
ra ưu điểm của H2O2 là không sinh ra chất độc hoặc chất có màu trong quá trình sử
dụng. Tuy vậy, khả năng oxy hoá H2O2 không đủ mạnh để khoáng hoá hoàn toàn chất
ô nhiễm hữu cơ như yêu cầu đòi hỏi.
- Ozon (O3)
Ozon là chất oxy mạnh nhất trong số các chất oxy hoá thông dụng kể trên được
sử dụng để khử trùng, phân huỷ các chất hữu cơ hoặc để khử màu trong nước sinh
hoạt. Ưu điểm của ozon là tự phân huỷ. Không để lại sản phẩm phụ lạ và nguy hiểm

trong nước sau khi xử lý. Tuy vậy ozon hoà tan kém trong nước và là hợp chất không
bền, thời gian tồn tại chỉ vài phút. Vì vậy, để có thể đạt được số lượng ozon hoà tan
trong nước đủ lớn cho quá trình oxy hoá, phải đưa vào hệ thống một lượng ozon lớn.
Ngoài nhược điểm nói trên khi sử dụng ozon làm chất oxy hoá trong xử lý nước và
nước thải là phải sản xuất ozon tại chỗ, ngay trong dây chuyền xử lý nước.

21


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
22

Thế oxy hoá của các tác nhân oxi hoá được sắp xếp theo thứ tự bảng sau:
Bảng 1.5. Khả năng oxy hoá của một số tác nhân oxy hoá [1]
Tác nhân oxy hoá

Thế oxy hoá khử (V)

Gốc hydroxyl

2.80

Ozon

2.07

Hyđrogen Peroxit

1.87

Penmanganat

1.68

Hydrobromic axit

1.59

Clodioxit

1.57

Hypocloric axit

1.49

Hypoicdic axit

1.45

Brom

1.36

Iod

1.09

b) Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng quá trình oxi hoá nâng cao (AOPs, Advanced
Oxidation Processes)
Ngày nay, người ta thường ứng dụng phương pháp AOPs_Quá trình oxi hoá
nâng cao trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Phương pháp này sử dụng kết hợp các chất
oxi hoá mạnh với nhau như O 3/H2O2; TiO2/H2O2, UV/H2O2, … để xử lý nước thải. Đặc
điểm của quá trình kết hợp này là sinh ra gốc Hydroxyl (HO •) tự do, có khả năng phân
huỷ những chất hũu cơ cấu trúc bền vững.
Gốc hydroxyl HO• có thế oxy hoá mạnh nhất (2.8 eV). Về tốc độ phản ứng,
hầu như tất cả các hợp chất hữu cơ đều bị gốc HO• oxy hoá với tốc độ nhanh hơn so
với O3 (chất oxy hoá mạnh nhất trong số các chất oxy hoá thông dụng) từ hàng nghìn
đến hàng tỷ lần. Hằng số tốc độ của HO• và O3 với các chất hữu cơ được thể hiện trong
bảng sau:

22


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
23

Bảng 1.6.Hằng số tốc độ phản ứng (M-1S-1) của gốc Hyđroxyl HO• so với O3 [1]
Hợp chất

O3

HO•

Các alcohol

10-2 ÷ 1

108 ÷ 109

Các ankan

102

106 ÷ 109

Các Aromatic

1 ÷ 102

108 ÷ 1010

Các cacboxylic axit

10-3 ÷ 10-2

107 ÷ 109

Các ankenclo hoá

10-1 ÷ 10-3

109 ÷ 1011

Các keton

1

109 ÷ 1010

Các CHC chứa N

10 ÷ 102

108 ÷ 1010

Các olefin

1 ÷ 450.103

109 ÷ 1011

Các Phenol

103

109 ÷ 1010

Các chất hữu cơ chứa S

10 ÷ 1,6.103

109 ÷ 1010

Các aldehyt

10

109

Phương pháp oxy hoá nâng cao có khả năng phân huỷ triệt để các chất hữu cơ
bền, độc tính cao chưa bị loại bỏ hoàn toàn bởi quá trình keo tụ và không dễ bị oxy
hoá bởi các tác nhân thông thường. Do c ấu trúc của thuốc nhuộm bền trong môi
trường, nên để khử màu nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hoá phải sử dụng
quá trình oxy hoá nâng cao.
Có rất nhiều phương pháp để tạo ra gốc HO•, các phương pháp đó được thể hiện
ở bảng sau:

23


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
24

Bảng 1.7. Các quá trình oxi hoá nâng cao dựa vào gốc hyđroxyl HO•
STT

Tác nhân phản
ứng

Phản ứng đặc trưng

Tên quá trình

1

H2O2 và Fe

H2O2 + Fe2+ + OH- + HO•

Fentơn(Fenton Process)

2

H2O2/Fe3+(ion)
và năng lượng
photon UV

Fe3+(ion) + H2O → HO• + Fe2+ +

Quang Fenton (PhotoFenton Process)

H2O2/Fe3+
(phức)và năng
lượng photon
UV

H+ (λ>300nm)
Fe3+(phức)→Fe2+ + gốc (phức)

Quang Fenton biến thể
H2O2 + Fe2+ →OH- + HO•+ Fe3+
(Modified Photon-Fenton
(phức)

Process)
(λ =300-500)

H2O2 với anot
Fe và năng
lượng điện hoá

1/2O2 + H2O2 →2 HO•

Fenton điện hoá
(Electronchemical
Fenton Process)

4

H2O2 và O3

H2O2 + 2O3 → HO•+ 3O2

Penroxon peroe Process

5

H2O2/năng
lượng phonton
UV

H2O2 →2 HO•
(λ = 220 nm)

UV/oxi hoá
(UV/Oxidation Process)

6

O3 /năng lượng
Photon UV

O3 + H2O →2 HO•+ O2

UV/Oxi hoá

(λ = 253,7 nm)

(UV/Oxidation Process)

7

H2O2/O3 / năng
lượng Photon
UV

H2O2 + O3 + H2O →4 HO•+O2

UV/Oxi hoá

(λ = 253,7 nm)

(UV/Oxidation Process)

H2O → HO•+ ∗H

UV/Oxi hoá

(λ < 190 nm)

(UV/Oxidation Process)

3

8

H2O2 /UV

TiO2 → e- + h+
9

TiO2 /UV

((λ > 387,5 nm)
h+ + H2O → HO• + H+
h+ + OH- → HO• + H



Quá trình oxi hoá bằng tác nhân H2O2/Fe2+

24

Quang xúc tác bán dẫn

Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Xuân Tùng
25

Năm 1894 trong tạp chí hội hoá học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu của
tác giả J.H.Fentơn, trong đó ông quan sát thấy phản ứng oxi hoá axit malic bằng hyđrô
peroxit đã được tăng mạnh khi có mặt các ion sắt. Sau đó tổ hợp H 2O2 và muối sắt
được sử dụng làm tác nhân oxi hoá rất hiệu quả cho nhiều đối tượng rộng rãi các chất
hữu cơ và được mang tên “tác nhân Fentơn”. Khoảng 40 năm sau, Haber và Weiss cho
rằng gốc hyđroxyl chính là chất oxy hoá trong những hệ như vậy. Vào những năm 40,
Merz và Water công bố hàng loạt công trình trong đó đã sử dụng sơ đồ phản ứng của
Haber-Weiss cho thấy các quan hệ tỷ thức có thể sử dụng để xác định khả năng chấp
nhận tương đối của các hợp chất khác nhau đối với gốc hyđroxyl và sự biến đổi của
các gốc trung gian tạo ra sau đó.
Phản ứng Fenton được tổng quát như sau:
Mn+ + H2O2 → M(n+1) + HO• + OHTrong đó M là kim loại như Cu & Fe
Như vậy bản chất của quá trình Fentơn là tạo ra gốc tự do HO • có khả năng oxy
hoá mạnh và phân huỷ không chọn lọc đối với các chất hữu cơ. Các quá trình Oxy hoá
nâng cao được định nghĩa là những quá phân huỷ oxy hoá dựa vào gốc tự do hoạt động
HO• được tạo ngay trong quá trình xử lý.
H2O2 có thế oxy hoá tương đối thấp 1,78V. Trong môi trường axit, H 2O2 thể
hiện tính oxy hoá còn trong môi trường kiềm nó thể hiện tính khử.
Trong môi trường axit: 2H+ + H2O2 + 2e → 2H2O2
Trong môi trường kiềm: 2OH- + H2O2 – 2e → 2H2O + O2
Khi kết hợp H2O2 với Fe2+ thì xảy ra các phản ứng sau:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO• + OHFe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2- + H+
Fe2+ + HO• → Fe3+ + HOHO• + H2O2→ HO2• +H2O2

Fe3+ + HO2• → Fe2+ + H+ + O2
Fe2+ + HO2• → Fe3+ + HO2Gốc HO• tạo thành phân huỷ các chất hữu cơ theo phản ứng:
RH + HO• → RX• + H2O
R• + O2 → RO2•

25