nghiên cứu hấp phụ cod trong nước thải dệt nhuộm bằng than gỗ đước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ COD TRONG
NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG THAN GỖ ĐƯỚC
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV2010 - 79

S KC 0 0 2 8 5 8

Tp. Hồ Chí Minh, 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM


ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ COD TRONG NƯỚC THẢI
DỆT NHUỘM BẰNG THAN GỖ ĐƯỚC

MÃ SỐ: SV2010 - 79

THUỘC NHÓM NGÀNH: KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƯỜI CHỦ TRÌ
:PHẠM THỊ THANH VIỆT
NGƯỜI THAM GIA
:QUAN DÂN HẠNH
NGUYỄN THỊ BẢO XUYÊN
ĐƠN VỊ
: KHOA CN HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

TP. HỒ CHÍ MINH – 3/2011


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên cho nhóm chúng em đƣợc gởi lời cảm ơn chân thành đến Ban quản lý Nghiên
Cứu Khoa Học cùng Quý Thầy Cô Khoa Công Nghệ Hóa Học Thực Phẩm đã tạo điều kiện
cho nhóm chúng em thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học.
Đặc biệt chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Sức, thầy đã định
hƣớng cho chúng em lựa chọn đề tài và đã tận tụy, nhiệt tình giúp đỡ chúng em.
Xin cảm ơn cô Hồ Thị Yêu Ly, cô Lê Thị Bạch Huệ và các cô trong bộ môn công nghệ
môi trƣờng đã tận tình chỉ dẫn và đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đề tài.
Cảm ơn các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu khoa
học.
Sau cùng chúng em xin kính chúc Thầy Cô luôn luôn dồi dào sức khỏe để tiếp tục dạy dỗ
chúng em nên ngƣời.

Tp.HCM, ngày tháng

năm 2011

Nhóm nghiên cứu

1


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày

tháng

năm 2011

2


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày

tháng

năm 2011

3


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

MỤC LỤC

Chƣơng 1

7

GIỚI THIỆU CHUNG

7

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

7

1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

7

1.3. SỰ CẦN THIẾT

7

1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

8

1.5. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU

8

1.6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

8

Chƣơng 2

9

TỔNG QUAN

9

2.1. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ

9

2.1.1. TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM NƢỚC TRÊN THẾ GIỚI

9

2.1.2. TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM NƢỚC Ở VIỆT NAM.

9

2.2. NGUỒN GỐC Ô NHIỄM CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ

11

2.2.1. CÁC CHẤT HỮU CƠ DỄ BỊ PHÂN HUỴ SINH HỌC (CÁC CHẤT TIÊU

THỤ OXI)

11

2.2.2. CÁC CHẤT HỮU CƠ BỀN VỮNG

11

2.2.3. NHÓM HỢP CHẤT PHENOL

11

2.2.4. NHÓM HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT (HCBVTV) HỮU CƠ

11

2.2.5. NHÓM HỢP CHẤT POLYCHLORINATED BIPHENYL (PCBs)

12

2.2.6. NHÓM HỢP CHẤT HIDROCACBON ĐA VÕNG NGƢNG TỤ
(polynuclear aromatic hidrocacbon PAHs)

12

2.3. ĐẶC ĐIẾM CỦA CÂY ĐƢỚC

13

2.4. ĐẶC ĐIỂM CỦA NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM

14

2.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ COD TRONG NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM

14
4


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

2.5.1. PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC KỲ KHÍ

14

2.5.2. PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ

14

2.5.3. PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ

15

2.5.4. MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG THAN GỖ ĐƢỚC

15

Chƣơng 3

16

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ DÙNG PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ ĐỂ XỬ
LÝ COD TRONG NƢỚC THẢI

16

3.1. LÝ THUYẾT HẤP PHỤ

16

3.2. CÂN BẰNG VÀ ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ

17

3.3. PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ BẬC HAI

17

3.4. PHƢƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT LANGMUIR

18

3.5. PHƢƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT FREUNDLICH

19

3.6. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH COD

20

Chƣơng 4

22

VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

22

4.1. HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ THIẾT BỊ

22

4.1.1. HÓA CHẤT

22

4.1.2. DỤNG CỤ

22

4.1.3. THIẾT BỊ

22

4.2. CHUẨN BỊ MẪU HÓA CHẤT

23

4.3. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN TRƢỚC KHI THÍ NGHIỆM

23

4.4. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

23

4.4.1. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA pH ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA
THAN GỖ ĐƢỚC

23

4.4.2. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN TIẾP XÚC LÊN KHẢ
NĂNG HẤP PHỤ CỦA THAN GỖ ĐƢỚC

24
5


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

4.4.3. KHẢO SÁT LƢỢNG THAN TỐI ƢU CHO QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ CỦA
THAN GỖ ĐƢỚC

24

4.4.4. KHẢO SÁT DUNG LƢỢNG HẤP PHỤ TỐI ƢU CỦA THAN GỖ ĐƢỚC

25
Chƣơng 5

26

KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

26

5.1. KHẢO ẢNH HƢỞNG CỦA pH ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA THAN GỖ
ĐƢỚC VỚI COD= 1600 mg O2 /l

26

5.2. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN TIẾP XÖC LÊN KHẢ NĂNG
HẤP PHỤ CỦA THAN GỖ ĐƢỚC VỚI COD=640 mg O2 /l

27

5.3. KHẢO SÁT LƢỢNG THAN TỐI ƢU CHO QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ CỦA
THAN GỖ ĐƢỚC COD=640mg O2 /l

28

5.4. KHẢO SÁT DUNG LƢỢNG HẤP PHỤ TỐI ƢU CỦA THAN GỖ ĐƢỚC

29

Chƣơng 6

31

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

31

6.1. KẾT LUẬN

31

6.2. KIẾN NGHỊ

31

6


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

Chƣơng 1

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Than hoạt tính đƣợc phát hiện và sử dụng từ rất sớm, là một trong những vật liệu hấp phụ
đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau nhƣ khai thác chế biến dầu
mỏ, công nghiệp dệt, công nghiệp thực phẩm, dƣợc phẩm, xử lý môi trƣờng… Ngày nay, nhờ
sự phát triển của các ngành khoa học mà than hoạt tính càng đƣợc nghiên cứu sâu về tính chất,

phƣơng pháp điều chế, đƣợc nâng cao chất lƣợng và đặc biệt là việc mở rộng phạm vi ứng
dụng của nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Ở nƣớc ta, nguyên liệu để sản xuất than hoạt tính bao gồm: than mỏ, than gỗ, than tre và
than các loại vỏ quả, hạt,… Qua khảo sát thấy rằng, than gỗ Đƣớc có những ƣu điểm và tính
chất nổi trội so với nguyên liệu khác để làm than hoạt tính nhƣ: có độ sạch cao (hàm lƣợng tro
thấp), hàm lƣợng cácbon cao, nhiệt lƣợng cao. Bên cạnh đó, hàm lƣợng chất bốc lớn rất thuận
lợi cho quá trình hoạt hóa vì chất bốc thoát ra hình thành các kẽ nứt ban đầu. Than gỗ đƣớc có
nhiều ở Việt Nam, là nguyên liệu rẻ tiền. Tuy nhiên, cho đến nay công nghệ sản xuất than hoạt
tính từ than gỗ cây Đƣớc chƣa đƣợc nghiên cứu. Để sử dụng nguồn tài nguyên rừng ngập mặn
có hiệu quả thì việc nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ các sản phẩm trên là một việc rất cần
thiết và quan trọng.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu về nhu cầu oxy hóa học (COD) trong nƣớc thải dệt nhuộm, ảnh hƣởng của nó
lên con ngƣời, động vật, thực vật.
Tìm hiểu về than gỗ đƣớc và nghiên cứu khả năng hấp phụ của than gỗ đƣớc đối với
COD trong nƣớc thải dệt nhuộm.
Nghiên cứu pH tối ƣu, thời gian tối ƣu, lƣợng than hấp phụ tối ƣu, lƣợng COD đƣợc
hấp phụ tối ƣu.
1.3. SỰ CẦN THIẾT
COD thể hiện nồng độ các chất hữu cơ trong nƣớc cao tạo điều kiện dễ dàng cho các vi
sinh vật phát triển.
Nƣớc bị nhiễm bẩn có độ oxy hóa cao làm giảm hiệu quả của quá trình xử lý và tốn
nhiều hóa chất trong các công tác khử trùng nƣớc.

7


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

Than gỗ đƣớc là nguyên liệu rẻ tiền, dễ tìm. Do than hoạt tính hiện nay giá thành còn
cao. Nếu nghiên cứu thành công khả năng hấp phụ của than gỗ đƣớc đối với COD sẽ mang lại
hiệu quả kinh tế rất lớn. Đây là một nét mới của đề tài, những đề tài tƣơng tự chƣa đƣợc
nghiên cứu nhiều ở nƣớc ta.
1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài chỉ thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm Công Nghệ Môi Trƣờng (phòng B211)
trƣờng ĐH.SPKT TP.Hồ Chí Minh.
Nguyên liệu than gỗ đƣớc đƣợc lấy ở tỉnh Tiền Giang và Tp.HCM.


Nƣớc thải dệt nhuộm đƣợc lấy ở công ty dệt may Việt Thắng.



Sử dụng phƣơng pháp hấp phụ.



Sử dụng phƣơng pháp xác định COD.

1.5. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU


Nguyên liệu sử dụng để nghiên cứu là than gỗ đƣớc.



Chỉ số oxy hóa học (COD) trong nƣớc thải dệt nhuộm.

1.6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Trên cơ sở các nguồn tài liệu: sách, báo, internet,
truyền hình, tạp chí, báo cáo khoa học… ta tiến hành chọn lọc, phân tích và tổng hợp các nội
dung liên quan đến việc xử lý COD bằng phƣơng pháp hấp phụ.
Phƣơng pháp thực nghiệm: Đây là một phƣơng pháp có tính quyết định đến kết quả đề tài.
Các thí nghiệm cần tiến hành một cách khoa học, theo một logic nhất định nhằm đem lại kết
quả khách quan và giảm thiếu sai số.
Phƣơng pháp toán học: Xử lý các số liệu thực nghiệm, tính toán các thông số cho quá trình
hấp phụ.
Phƣơng pháp đồ thị: Từ các số liệu đã xử lý ta sử dụng đồ thị để diễn đạt, phƣơng pháp này
đem lại cái nhìn trực quan toàn diện hơn, dễ dàng phân tích các kết quả đạt đƣợc, giúp ngƣời
đọc dễ hiểu hơn.
Phƣơng pháp so sánh: Các kết quả đạt đƣợc phải so sánh với các tiêu chuẩn Việt Nam,
WHO, EPA để đánh giá tính phù hợp thực tế của các kết quả đó.

8


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

Chƣơng 2

TỔNG QUAN

2.1. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ [7]
2.1.1. TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM NƢỚC TRÊN THẾ GIỚI
Trong thập niên 60, ô nhiễm nƣớc lục địa và đại dƣơng gia tăng với nhịp độ đáng lo ngại. Tiến
độ ô nhiễm nƣớc phản ánh trung thực tiến bộ phát triển kỹ nghệ. Sau đây là vài ví dụ tiêu biểu:



Anh Quốc: Đầu thế kỵ 19, sông Tamise rất sạch. Nó trở thành ống cống lộ thiên vào

giữa thế kỵ này. Các sông khác cũng có tình trạng tƣơng tự trƣớc khi ngƣời ta đƣa ra các biện
pháp bảo vệ nghiêm ngặt.


Nƣớc Pháp rộng hơn, kỹ nghệ phân tán, nhiều sông rộng lớn, nhƣng vấn đề cũng không

khác bao nhiêu. Cuối thế kỵ 18, các sông lớn và nƣớc ngầm nhiều nơi không còn dùng làm
nƣớc sinh hoạt đƣợc nữa, 5000 km sông của Pháp bị ô nhiễm mãn tính.


Hoa Kỳ: Vùng Đại hồ bị ô nhiễm nặng, trong đó hồ Erie, Ontario đặc biệt nghiêm

trọng.


Mới đây ngày 13/1/2005, vụ nổ nhà máy hóa dầu ở thành phố Cát Lâm (Trung Quốc)

gây ô nhiễm sông Tùng Hoa với chất benzen, mức độ ô nhiễm dầu gấp 50 lần mức độ cho
phép.
2.1.2. TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM NƢỚC Ở VIỆT NAM
Nƣớc ta có nền công nghiệp chƣa phát triển mạnh, các khu công nghiệp và các đô thị
chƣa đông lắm nhƣng tình trạng ô nhiễm nƣớc đã xảy ra ở nhiều nơi với các mức độ nghiêm
trọng khác nhau.


Nông nghiệp là ngành sử dụng nhiều nƣớc nhất, dùng để tƣới lúa và hoa màu, chủ yếu

là ở đồng bằng sông Cửu Long và sông Hồng. Việc sử dụng nông dƣợc và phân bón hoá học
càng góp thêm phần ô nhiễm môi trƣờng nông thôn.


Công nghiệp là ngành làm ô nhiễm nƣớc quan trọng, mỗi ngành có một loại nƣớc thải

khác nhau. Khu công nghiệp Thái Nguyên thải nƣớc biến Sông Cầu thành màu đen, mặt nƣớc
sủi bọt trên chiều dài hàng chục cây số. Khu công nghiệp Việt Trì xả mỗi ngày hàng ngàn mét
khối nƣớc thải của nhà máy hoá chất, thuốc trừ sâu, giấy, dệt… xuống Sông Hồng làm nƣớc bị
nhiễm bẩn đáng kể. Khu công nghiệp Biên Hoà và Tp.HCM tạo ra nguồn nƣớc thải công
nghiệp và sinh hoạt rất lớn, làm nhiễm bẩn tất cả các sông rạch ở đây và cả vùng phụ cận.
9


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm


GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

Nƣớc dùng trong sinh hoạt của dân cƣ ngày càng tăng nhanh do tăng dân số và các đô

thị. Nƣớc cống từ nƣớc thải sinh hoạt cộng với nƣớc thải của các cơ sở tiểu thủ công nghiệp
trong khu dân cƣ là đặc trƣng ô nhiễm của các đô thị ở nƣớc ta.


Các loại nƣớc thải đều đƣợc trực tiếp thải ra môi trƣờng, chƣa qua xử lý gì cả.



Nƣớc ngầm cũng bị ô nhiễm, do nƣớc sinh hoạt hay công nghiệp và nông nghiệp. Việc

khai thác tràn lan nƣớc ngầm làm cho hiện tƣợng nhiễm mặn và nhiễm phèn xảy ra ở những
vùng ven biển Sông Hồng, sông Thái Bình, sông Cửu Long, ven biển miền Trung…
Hiện nay, trên 70% các nhà máy cấp nƣớc ở Việt Nam sử dụng nƣớc mặt là nguồn nƣớc
chính, phục vụ cho nhu cầu cấp nƣớc sinh hoạt và sản xuất. Tuy nhiên, ở nhiều nơi, nguồn
nƣớc mặt lại là nơi tiếp nhận các loại chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp từ các khu
đô thị, khu dân cƣ, nông thôn, các làng nghề sản xuất,... với nhiều loại chất ô nhiễm, kể cả các
hợp chất hữu cơ phức tạp, đa dạng, có những dạng tồn tại khó xử lý, làm cho nƣớc có màu sắc
và mùi, vị khó chịu, nguy hiểm cho sức khỏe con ngƣời.
Từ các vùng ngoại ô thành thị nhƣ Hà Nội và Tp. Hồ Chí Minh đến những vùng nông
thôn, nƣớc giếng khoan là nguồn nƣớc sinh hoạt của đa số các hộ gia đình. Nhiều ngƣời dân
quan niệm nƣớc càng khoan sâu, càng trong thì càng an toàn. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần
đây cho thấy, các chất hữu cơ khó phân hủy khiến nguồn nƣớc ngầm đứng trƣớc ẩn họa bệnh
tật.. Các nhà khoa học cho rằng, ở tầng sâu nƣớc tuy ít các chất hữu cơ hơn nhƣng lại bị nhiễm
nhiều các kim loại nặng nhƣ chì, sắt, măng gan, thủy ngân... tác nhân gây nhiều căn bệnh mãn
tính, ảnh hƣởng lớn đến sức khỏe. Thậm chí, giếng càng khoan sâu càng có nguy cơ nhiễm
nhiều asen (thạch tín) chất không màu, không mùi, không vị có thể gây ung thƣ chỉ trong vòng
3 năm nếu nƣớc có nồng độ cao. Các nguồn nƣớc ngầm đều có nguy cơ nhiễm asen song khu
vực nhiễm nhiều asen nhất là đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long.
Việc áp dụng phổ biến biện pháp khử trùng bằng Clo nhƣ hiện nay còn gây nguy hại đến
sức khỏe con ngƣời, khí Clo dễ phản ứng với các chất hữu cơ trong nƣớc tạo thành các phức
chất nhóm Trihalomethanes, Haloacetic acids là những chất hữu cơ khó bị loại bỏ ra khỏi
nƣớc, có nguy cơ gây ung thƣ cho ngƣời sử dụng nƣớc.

10


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

2.2. NGUỒN GỐC Ô NHIỄM CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ [7]
2.2.1. CÁC CHẤT HỮU CƠ DỄ BỊ PHÂN HUỶ SINH HỌC (CÁC CHẤT TIÊU THỤ
OXI)
Cacbonhidrat, protein, chất béo… thƣờng có mặt trong nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải
đô thị , nƣớc thải công nghiệp chế biến thực phẩm là các chất hữu cơ dễ bị phân huỵ sinh học.
Trong nƣớc thải sinh hoạt, có khoảng (60÷80)% lƣợng chất hữu cơ thuộc loại dễ bị phân huỵ
sinh học.Chất hữu cơ dễ bị phân huỵ sinh học thƣờng ảnh hƣởng có hại đến nguồn lợi thuỵ
sản, vì khi bị phân huỵ các chất này sẽ làm giảm oxy hoà tan trong nƣớc, dẫn đến chết tôm cá.
2.2.2. CÁC CHẤT HỮU CƠ BỀN VỮNG
Các chất hữu cơ có độc tính cao thƣờng là các chất bền vững, khó bị vi sinh vật phân
huỵ trong môi trƣờng. Một số chất hữu cơ có khả năng tồn lƣu lâu dài trong môi trƣờng và tích
luỹ sinh học trong cơ thể sinh vật. Do có khả năng tích luỹ sinh học, nên chúng có thể thâm
nhập vào chuỗi thức ăn và từ đó đi vào cơ thể con ngƣời.
Các chất polychlorophenol(PCPs), polychlorobiphenyl (PCBs: polychlorinated
biphenyls), các hydrocacbon đa vòng ngƣng tụ(PAHs: polycyclic aromatic hydrocacbons), các
hợp chất dị vòng N, hoặc O là các hợp chất hữu cơ bền vững. Các chất này thƣờng có trong
nƣớc thải công nghiệp, nƣớc chảy tràn từ đồng ruộng (có chứa nhiều thuốc trừ sâu, diệt cỏ,
kích thoích sinh trƣởng…). Các hợp chất này thƣờng là các tác nhân gây ô nhiễm nguy hiểm,
ngay cả khi có mặt với nồng độ rất nhỏ trong môi trƣờng.
2.2.3. NHÓM HỢP CHẤT PHENOL
Phenol và các dẫn xuất phenol có trong nƣớc thải của một số nghành công nghiệp (lọc
hoá dầu, sản xuất bột giấy, nhuộm…). Các hợp chất này làm cho nƣớc có mùi, gây tác hại cho
hệ sinh thái nƣớc, sức khoẻ con ngƣời, một số dẫn xuất phenol có khả năng gây ung thƣ
(carcinogens). TCVN 5942:1995 quy định nồng độ tối đa của các hợp chất phenol trong nƣớc
bề mặt dùng cho sinh hoạt là 0.001 mg/l.
2.2.4. NHÓM HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT (HCBVTV) HỮU CƠ
Hiện nay có hàng trăm, thậm chí hàng ngàn các loại HCBVTV đang đƣợc sản xuất và
sử dụng để diệt sâu, côn trùng, nấm mốc, diệt cỏ. Trong số đó phần lớn là các hợp chất hữu cơ,

chúng đƣợc chia thành các nhóm:
• Photpho hữu cơ
• Clo hữu cơ
• Cacbamat
11


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

• Phenoxyaxetic
• Pyrethroid
Hầu hết các chất này có độc tính cao đối với con ngƣời và động vật. Nhiều nhất trong
số đó, đặc biệt là các Clo hữu cơ, bị phân huỵ rất chậm trong môi trƣờng, có khả năng tích luỹ
trong cơ thể sinh vật và con ngƣời.
2.2.5. NHÓM HỢP CHẤT POLYCHLORINATED BIPHENYL (PCBs)
PCB là nhóm hợp chất có từ 1 đến 10 nguyên tử Clo gắn vào các vị trí khác nhau của
phân tử phenyl. Có thể có đến 209 hợp chất thuộc loại này. Công nghiệp thƣờng sản xuất đƣợc
các hỗn hợp chứa nhiều loại PCB khác nhau, tuỳ thuộc vào điều kiện, trong đó thông thƣờng
có một ít tạp chất dioxin.
PCBs bền hoá học và cách điện tốt, nên đƣợc dùng làm dầu biến thế và tụ điện, ngoài
ra chúng còn đƣợc dùng làm dầu bôi trơn, dầu thuỵ lực, tác nhân truyền nhiệt…
Đến khoảng thập niên 1960 ngƣời ta đã phát hiện ra nguy cơ gây ô nhiễm PCBs từ các nghành
công nghiệp. PCBs lúc đó đã có mặt gần nhƣ khắp nơi, đặc biệt là nguy cơ tích luỹ PCBs trong
mô mỡ động vật. Trong mô mỡ của nhiều loại động vật có vú ở biển có chứa nồng độ PCBs
lớn gấp 10 triệu lần PCBs trong nƣớc. Những năm cuối thập niên 1970, việc sản xuất PCBs bắt
đầu bị đình chỉ ở hầu hết các nƣớc.
PCBs có thể làm giảm khă năng sinh sản, giảm khả năng học tập của trẻ em ; chúng cũng có
thể là tác nhân gây ung thƣ. Tuy vậy, cũng nhƣ các dioxin, bằng chứng về tác hại của PCBs

cũng chƣa rõ lắm, do nồng độ của chúng trong môi trƣờng thƣờng rất nhỏ và tác hại lại có xu
hƣớng diễn ra sau một thời gian đủ dài.
2.2.6. NHÓM HỢP CHẤT HIDROCACBON ĐA VÒNG NGƢNG TỤ (polynuclear
aromatic hidrocacbon PAHs)
Các hợp chất PAH thƣờng chứa hai hay nhiều vòng thơm. PAH là sản phẩm phụ của
các quá trình cháy khômg hoàn toàn nhƣ: cháy rừng, cháy thảo nguyên, núi lửa phun trào (quá
trình tự nhiên); động cơ xe máy, lò nung than cốc, sản xuất nhựa asphalt, sản xuất thuốc lá,
nƣớng thịt…(quá trình nhân tạo).
Các PAH thƣờng gây hại khi tiếp xúc với liều lƣợng nhỏ trong một thời gian dài,
nhƣng không gây hại đáng kể nếu dùng một lƣợng lớn trong một lần. Trong số các hợp chất
PAH có 8 hợp chất đƣợc xem là tác nhân gây ung thƣ. Thông thƣờng thực phẩm hằng ngày là
nguồn đƣa PAHs chính vào cơ thể ngƣời (95%), thuốc lá, rau không rửa sạch, ngũ cốc chƣa
đƣợc tinh chế, thịt cá xông khói là các nguồn đƣa một lƣợng đáng kể PAHs vào cơ thể.

12


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

2.3. ĐẶC ĐIẾM CỦA CÂY ĐƢỚC
Đƣớc có tên khoa học là Rhizophora apiculata, là loài cây gỗ rừng ngập mặn, tập trung
chủ yếu ở Cà Mau, Bến Tre và Tp. Hồ Chí Minh. Cây Đƣớc mọc ở vùng nhiệt đới, trong vùng
bùn lầy của bờ biển, là loại cây thân gỗ nhỏ. Trên thế giới có 82 giống Đƣớc. Đất lầy bãi biển
quá nhão, thƣờng xuyên bị thủy triều tấn công khiến cây cối khó sinh sống. Cây Đƣớc nhờ có
bộ rễ rất phát trên, trên thân cành lại có rất nhiều rễ trụ đan xen ngang dọc, rủ xuống bãi lầy,
ngoài tác dụng chống đỡ cho cây, Đƣớc còn có tác dụng thoáng khí và hô hấp.
So với gỗ rừng trồng khác (keo, bạch đàn, thông), gỗ Đƣớc có nhiều tính chất cơ lý tốt
hơn. Tuy nhiên, hơn 70% tổng sản lƣợng gỗ khai thác chỉ đƣợc sử dụng để hầm than nhiên

liệu. Than gỗ Đƣớc sản xuất theo phƣơng pháp truyền thống có nhiệt lƣợng 28000KJ/Kg, hàm
lƣợng Cacbon khoảng 70% có thể nghiên cứu để sản xuất than hoạt tính sử dụng trong công
nghệ tẩy màu, khử mùi, lọc nƣớc, lọc khí…

Hình 2.2 Cây đƣớc

Hình 2.1 Than gỗ đƣớc

13


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

2.4. ĐẶC ĐIỂM CỦA NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM [8]
Nƣớc thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nƣớc thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi,
nấu tẩy, tẩy trắng, làm bông sợi, nhuộm in và hoàn tất. Theo phân tích của các chuyên gia,
trung bình một nhà máy dệt nhuộm sử dụng một lƣợng nƣớc đáng kể, trong đó, lƣợng nƣớc
đƣợc sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72.3%, chủ yếu là trong công đoạn nhuộm
và hoàn tất sản phẩm. Xét hai yếu tố là lƣợng nƣớc thải và thành phần các chất ô nhiễm trong
nƣớc thải, ngành dệt nhuộm đƣợc đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp.
Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nƣớc thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó
phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ (AOXAdsorbable Organohalogens), muối trung tính làm tăng tổng hàm lƣợng chất rắn, nhiệt độ cao
(thấp nhất là 40°C) và pH của nƣớc thải cao do lƣợng kiềm trong nƣớc thải lớn. Trong số các
chất ô nhiễm có trong nƣớc thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc
biệt là thuốc nhuộm azo không tan – loại thuốc nhuộm đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay,
chiếm (60÷70)% thị phần. Thông thƣờng, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính
hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng còn lại một lƣợng dƣ nhất định tồn tại
trong nƣớc thải. Lƣợng thuốc nhuộm dƣ sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50% tổng lƣợng

thuốc nhuộm đƣợc sử dụng ban đầu. Đây chính là nguyên nhân làm cho nƣớc thải dệt nhuộm
có độ màu cao, và nồng độ chất ô nhiễm lớn.
Nƣớc thải dệt nhuộm thực tế chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy và có màu xám, mùi
khó chịu, thông số COD cao (800mg/l). Kết quả xử lý đƣợc đánh giá qua thông số COD trƣớc
và sau khi hấp phụ.
2.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ COD TRONG NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM
2.5.1. PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC KỴ KHÍ
Bể sinh học kỳ khí (UASB): xảy ra quá trình phân huỵ các chất hữu cơ hòa tan và dạng
keo trong nƣớc thải với sự tham gia của các vi sinh vật yếm khí. Vi sinh vật yếm khí sẽ hấp thụ
các chất hữu cơ hoà tan có trong nƣớc thải, phân huỵ và chuyển hoá chúng thành khí (khoảng
(70÷80)% là metan, (20÷30)% là cacbonic). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn, nổi lên trên
làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Hiệu quả khử BOD và
COD có thể đạt (70÷90)%.
2.5.2. PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ
Bể sinh học hiếu khí: từ bể điều hòa nƣớc thải đƣợc đƣa vào bể sinh học hiếu khí để
đƣợc hòa trộn với bùn vi sinh hoạt tính để tạo thành hỗn hợp vi sinh và nƣớc thải. Vi sinh vật
14


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

hiếu khí trong hỗn hợp bùn hoạt tính sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ trong nƣớc thải dƣới dạng
thức ăn thành các hợp chất đơn giản hơn và vô hại với môi trƣờng. Hỗn hợp vi sinh và nƣớc
thải đƣợc chảy vào Bể lắng, nơi bùn hoạt tính đƣợc lắng lại và nén ở đáy bể. Bùn lắng đƣợc
tuần hoàn (khoảng (25÷80)% tổng lƣu lƣợng) vào bể sinh học hiếu khí để duy trì nồng độ vi
sinh ổn định trong bể. Nƣớc sau lắng đạt tiêu chuẩn môi trƣờng loại C, TCVN 5945:2005 và
đƣợc đƣa vào nguồn tiếp nhận. Kết quả cho thấy sau bể sinh học hiếu khí, COD giảm đến
97.48%. Nồng độ COD đầu ra thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn môi trƣờng.

2.5.3. PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ
Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc áp dụng rộng rãi để làm sạch nƣớc thải khỏi chất hữu cơ
hoà tan sau xử lý bằng phƣơng pháp sinh học cũng nhƣ khi nồng độ của chúng không cao và
chúng không bị phân huỵ sinh học, hoặc có tính chất độc hại. Ƣu điểm của phƣơng pháp là
hiệu quả cao (80÷95%), có khả năng xử lý nƣớc thải chứa vài chất ô nhiễm cũng nhƣ khả năng
thu hồi các chất này.
Những chất hấp phụ có thể là: than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao
đổi ion, cacbon sunphua, than nâu, than cốc…Để hấp phụ các chất bẩn hữu cơ, đầu tiên phải
dùng các vật liệu xốp (than hoạt tính, chất tổng hợp). Khi trong nƣớc thải chứa các hỗn hợp
chất bẩn hòa tan ở dạng phân tử và ở dạng các chất tạo mixen lớn thì nên xử lý bằng bông cặn
tƣơi của những hydroxit của nhôm hoặc sắt.
Than hoạt tính là chất hấp phụ thông dụng nhất. Than dùng để xử lý nƣớc thải công
nghiệp phải có những tính chất đặc biệt so với các loại than dùng để hấp phụ khí hay dung
môi. Than hoạt tính phải xốp, có độ rỗng lớn để bề mặt có thể hút các phân tử của các chất bẩn
hữu cơ tổng hợp, phải có khả năng chống mài mòn và dễ thấm ƣớt trong nƣớc. Tuỳ thuộc vào
phƣơng thức sử dụng, than hoạt tính phải có thành phần cấp phối hạt nhất định. Than để xử lý
nƣớc thải nên có hoạt tính xúc tác nhỏ nhất đối với các phản ứng oxy hoá, ngƣng tụ hoặc
không làm mất sản phẩm đã thu hồi.
2.5.4. MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG THAN GỖ ĐƢỚC
Than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt nhƣng đắt tiền vì thế chúng tôi nghiên cứu khả
năng hấp phụ của than gỗ đƣớc.
Than gỗ đƣớc là nguyên liệu rất phổ biến ở Việt Nam, dễ tìm và rẻ tiền.

15


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

Chƣơng 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ DÙNG PHƢƠNG PHÁP
HẤP PHỤ ĐỂ XỬ LÝ COD TRONG NƢỚC THẢI
3.1. LÝ THUYẾT HẤP PHỤ [6]
Bên trong một vật rắn thƣờng bao gồm các nguyên tử (ion hay phân tử), giữa chúng có
các liên kết cân bằng để tạo ra các mạng liên kết cứng (chất vô định hình) hoặc các mạng tinh
thể có quy luật (chất tinh thể). Trong khi đó, các nguyên tử nằm ở bề mặt ngoài không đƣợc
cân bằng liên kết, do đó khi tiếp xúc với một chất khí, vật rắn luôn có khuynh hƣớng thu hút
các phân tử khí lên bề mặt của nó để cân bằng liên kết. Kết quả là nồng độ của chất khí ở trên
pha bề mặt lớn hơn trong pha thể tích. Ngƣời ta gọi đó là hiện tƣợng hấp phụ. Vậy, hấp phụ là
sự tăng nồng độ của khí (hơi) trên bề mặt phân cách pha (rắn - khí).
Sự hấp phụ là quá trình tập trung chất lên bề mặt phân chia pha và gọi là sự hấp phụ bề mặt.
Có 2 quá trình hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lí là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật lí và không hình
thành liên kết hóa học, đƣợc thể hiện bởi các lực liên kết yếu nhƣ liên kết Van Đơ Van, lực
tƣơng tác tĩnh điện hoặc lực phân tán London. Hấp phụ vật lý xảy ra ở nhiệt độ thấp, nhiệt hấp
phụ thƣờng nhỏ hơn so với hấp phụ hóa học, khoảng dƣới 20 KJ/mol. Sự hấp phụ vật lí đặc
trƣng nhất là hấp phụ hơi nƣớc trên bề mặt silicagen.
Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản chất hoá học. Hấp phụ hóa học
thƣờng xảy ra ở nhiệt độ cao với tốc độ hấp phụ chậm. Nhiệt hấp phụ hóa học khoảng
(80÷400) KJ/mol, tƣơng đƣơng với lực liên kết hoá học. Hấp phụ hóa học thƣờng kèm theo sự
hoạt hoá phân tử bị hấp phụ nên còn đƣợc gọi là hấp phụ hoạt hoá. Hấp phụ hóa học là giai
đoạn đầu của phản ứng xúc tác dị thể. Hấp phụ hóa học về bản chất khác với hấp phụ vật lý.
Giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thật ra khó phân biệt, có khi nó tiến hành song song,
có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lý tuỳ thuộc tính chất của bề mặt của chất hấp phụ và chất
bị hấp phụ, tuỳ thuộc vào điều kiện quá trình (nhiệt độ, áp suất... ).
Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lƣợng, gọi là nhiệt hấp phụ. Bề mặt càng lớn tức
độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng lớn.
 Các kiểu lực hấp phụ:

-

Lực Vander Waals: là các lực tƣơng tác lƣỡng cực - lƣỡng cực giữa các phân tử (hoặc

các nhóm phân tử). Sự hấp phụ do các lực tƣơng tác Vander Waals đƣợc gọi là hấp phụ vật lý.
16


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm
-

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

Lực liên kết hóa học: các phân tử (nguyên tử) của các chất khí tác dụng với các “hóa trị

tự do” của các tiểu phân bề mặt vật rắn để hình thành các liên kết có bản chất hóa học. Sự hấp
phụ xảy ra do lực liên kết hóa học đƣợc gọi là hấp phụ hóa học.
3.2. CÂN BẰNG VÀ ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ
Trong hấp phụ cần chú ý:


Khả năng hấp phụ của một chất hấp phụ cho biết khối lƣợng chất hấp phụ cần thiết
phải sử dụng hay thời gian hoạt động của sản phẩm thu đƣợc cho một chu kỳ hoạt
động.



Tốc độ hấp phụ cho phép định lƣợng quy mô, độ lớn của thiết bị để đạt tới chất
lƣợng của sản phẩm nhƣ mong muốn.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ:


Bản chất của chất hấp phụ



Nhiệt độ môi trƣờng



Áp suất



Nồng độ chất hấp phụ, chất bị hấp phụ



Thời gian tiếp xúc của các pha.

Gọi q là khả năng hấp phụ của một chất, C là nồng độ chất hấp phụ. Ta xét hệ cấu tử :
q = f(C)

(3.1)

Thí nghiệm ở trạng thái tĩnh, ta có thể xác định:
q=

(𝑪𝒐 −𝑪𝒆 )

𝒎

v

(3.2)

Trong đó: Co là nồng độ chất hấp phụ ban đầu (mg/l)
Ce là nồng độ chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/l)
V là thể tích dung dịch (l)
m là khối lƣợng chất hấp phụ (g)
3.3. PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ BẬC HAI
Ta có phƣơng trình giả định động học bậc hai sau:

dq t
2
 k 2 q e  q t  (3.3)
dt
Lấy tích phân (3.3) từ t = 0→t và qt =0→qt , ta đƣợc phƣơng trình:

17


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

1
1

 k2t

qe  qt qe

(3.4)

Trong đó: k2 là hằng số của phƣơng trình, g/(mg.phút) và k2qe2 = h là tốc độ hấp phụ nội tại
tại thời điểm t = 0, mg/(g.phút), qe là dung lƣợng hấp phụ cân bằng (mg/g) và qt là dung lƣợng
hấp phụ tại thời điểm t (mg/g). Chuyển sang dạng đƣờng thẳng, phƣơng trình có dạng:

t
1
t


2
q t k 2q e q e

(3.5)

Phƣơng trình có dạng đƣờng thẳng y = ax + b. Nếu quá trình tuân theo động học bậc hai, từ
dữ liệu thực nghiệm dựng đƣợc đồ thị t/qt tuyến tính với t, từ đó xác định đƣợc các tham số qe,
k2 và h của phƣơng trình. Phƣơng trình này mô tả tính chất của hầu hết các hệ hấp phụ lỏng rắn với các chất tan là ion kim loại, thuốc nhuộm, thuốc diệt cỏ, dầu, thuốc trừ sâu và các chất
hữu cơ trong pha lỏng.
3.4. PHƢƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT LANGMUIR
Khi thiết kế phƣơng trình này, ngƣời ta xuất phát từ các giả thiết sau:


Những tiểu phân bị hấp phụ liên kết với những trung tâm hấp phụ xác định trên

bề mặt chất hấp phụ.


Một tâm hấp phụ có thể liên kết với một và chỉ một tiểu phân bị hấp phụ.



Các tiểu phân bị hấp phụ không tƣơng tác lẫn nhau.



Bề mặt hấp phụ là đồng nhất, tức năng lƣợng hấp phụ trên tất cả các tâm là nhƣ



Bề mặt rắn hấp phụ đƣợc giả thuyết là đồng nhất và có những đặc điểm sau:



Bề mặt chất hấp phụ rắn có những vết nứt, các góc, các cạnh, những đỉnh nhọn,

nhau.

các tạp chất… thƣờng tạo nên những trung tâm hấp phụ. Tại những trung tâm hấp phụ tồn tại
lực hấp phụ, chúng là những lực hóa trị chƣa bão hòa tạo ra trên bề mặt chất hấp phụ rắn một
trƣờng hấp phụ.


Do các phần tử bị hấp phụ vào bề mặt rắn không tƣơng tác nhau nên các trung

tâm đã bị hấp phụ và chƣa bị hấp phụ không ảnh hƣởng lẫn nhau.
Tốc độ hấp phụ r1 và tốc độ nhả hấp phụ r2 đƣợc tính nhƣ sau:

r1 = (n - ni)×k1 ×Ce (3.6)
r2 = ni × k2

(3.7)

Trong đó: n là tổng số tâm
ni là số tâm đã bị chiếm chỗ
18


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

k1, k2 là hằng số tốc độ hấp phụ, nhả hấp phụ
k1

Khi đạt cân bằng r1= r2. Đặt

k2

𝐊 ×𝐂𝐞

= KL => ni = n × 𝟏+𝐊𝐋

𝐋 ×𝐂𝐞

(3.8)

Vì mỗi tâm chỉ chứa 1 phân tử bị hấp phụ nên n đƣợc coi là chất hấp phụ tối đa và ni là nồng

độ chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng với C e của chất hấp phụ.
Phƣơng trình Langmuir đƣợc xây dựng cho hệ hấp phụ khí – rắn, mô tả mối quan hệ giữa q e
và Ce nhƣ sau:
𝐊 ×𝐂𝐞

qe = qm × 𝟏+𝐊𝐋

𝐋 ×𝐂𝐞

(3.9)

Trong đó: qe là dung lƣợng hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg chất bị hấp phụ/g chất hấp phụ)
qm là dung lƣợng hấp phụ tối đa (mg/g)
KL là hằng số hấp phụ
Ce là nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/g)
Phƣơng trình (3.9) có thể đƣợc viết thành:
𝐂𝐞
𝐪𝐞

=𝑲

𝟏

𝟏

𝑳 ×𝒒𝒎

+ 𝐪 × 𝐂𝐞
𝐦

(3.10)

Phƣơng trình (3.10) có dạng phƣơng trình đƣờng thẳng: y = ax + b (3.11)
Với : xi, yi là các số liệu thực nghiệm
a : hệ số góc
b : hằng số
𝟏

Từ (3.10) và (3.11) suy ra: a = 𝒒 =>
𝒎

b=𝑲

𝟏
𝑳 ×𝒒𝒎

𝟏

qm = 𝒂

𝟏

=> KL = 𝒃×𝒒 =
𝒎

𝐚
𝐛

(3.12)
(3.13)

3.5. PHƢƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT FREUNDLICH
Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt theo phƣơng trình Freundlich là một đƣờng cong hấp phụ đẳng
nhiệt dựa trên giả thuyết bề mặt chất hấp phụ là không đồng nhất. Nhiệt hấp phụ vi phân
không thay đổi khi độ che phủ thay đổi và có sự tƣơng tác lẫn nhau giữa các phân tử bị hấp
phụ. Biểu thức của phƣơng trình:
𝐗

𝟏

qe = 𝐦 = KF 𝐂𝐞

𝐧

(3.14)

Logarit 2 vế ta có phƣơng trình thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa và logq và logC:
𝟏

logqe= logKF + 𝒏 logCe (3.15)
Trong đó: X: khối lƣợng chất bị hấp phụ (mg)
m: khối lƣợng chất hấp phụ (g)

19


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

Ce: nồng độ chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch sau khi quá trình hấp phụ xảy ra
hoàn toàn (mg/l)
KF: hệ số dung tích
𝟏
𝒏

: thông số cƣờng độ Freundlich

3.6. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH COD [5]
3.6.1. Phƣơng pháp đun kín ( với mẫu COD > 50 mg/l)
Rửa sạch ống nghiệm có nút vặc với H2SO4 20% trƣớc khi sử dụng. Chọn thể tích mẫu và thể
tích hóa chất dùng tƣơng ứng theo bảng sau :
ống nghiệm (d*l)
16*100mm
20*150mm
25*150ml
ống chuẩn 10ml

Thể tích mẫu
(ml)
2.5
5.0
10.0
2.5

dd K2Cr2O4
1.5
3.0
6.0
1.5

H2SO4
reagent
3.5
7.0
14.0
3.5

Tổng thể tích
(ml)
7.5
15.0
30.0
7.5

Bảng 3.1 thể tích mẫu và hóa chất dùng trong phân tích COD.
Cho mẫu vào ống nghiệm, thêm dung dịch K2Cr2 O4 0.0167 M cẩn thận thêm H2SO4
reagent vào bằng cách cho acid chảy dọc từ từ bên trong thành ống nghiệm. Đậy nút vặn ngay,
lắc kỹ nhiều lần (cẩn thận vì phản ứng phát nhiệt), đặt ống nghiệm vào rổ inox và cho vào lò
sấy 150oC trong 2 giờ. Để nguội đến nhiệt độ phòng, cho dung dịch vào erlen thêm (0.05÷0,1)
ml (khoảng (1÷2) giọt) chỉ thị feroin và định phân bằng FAS 0.10M. Dứt điểm khi mẫu chuyển
từ màu xanh lục sang màu nâu đỏ. Làm một mẫu thử không với nƣớc cất.
3.6.2. Phƣơng pháp đun hoàn lƣu (với mẫu có COD< 50ml)
Lấy 50 hoặc 100 ml cho vào bình cầu nút mài thêm 1g HgSO4 và vài viên bi thủy tinh,
thêm 5.0 ml H2SO4 reagent lắc đều cho HgSO4 tan ra (nên đặt trong môi trƣờng lạnh để tránh
những chất hữu cơ có thể bay hơi ). Thêm 25.0 ml K2Cr2O4 0.00417M xong lắc đều, sau đó nối
với hệ thống đun hoàn lƣu, thêm 70ml HgSO4 còn lại qua mẫu của hệ thống hoàn lƣu, lắc đều.
Đun hoàn lƣu trong hai giờ,để nguội và rửa ống bằng nƣớc cất, để nguội ở nhiệt độ phòng. Sau
đó định phân lƣợng K2Cr2O4 thừa bằng FAS 0.025M với (0,10÷0,15) ml ( 2÷3 giọt) làm chỉ thị
màu feroin, dứt điểm dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu nâu đỏ.

20


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

3.6.3. Tính toán [1]
Phƣơng pháp đun kín và phƣơng pháp đun hoàn lƣu đều tính theo một công thức sau :
COD mg O2 /l =

𝐴−𝐵 ∗𝑁∗8000
𝑚𝑙 𝑚ẫ𝑢

A : thể tích FAS dùng cho mẫu trắng đun
B : thể tích FAS dùng cho mẫu thử thật
N: nồng độ đƣơng lƣợng của dung dịch FAS.
8000 là hệ số chuyển đổi kết quả sang mg O2/l.

21


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

Chƣơng 4

VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4.1. HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ THIẾT BỊ
4.1.1. HÓA CHẤT


Than gỗ đƣớc mua ở tỉnh Tiền Giang.



K2Cr2O4,

H2SO4

đậm

đặc,

AgSO4,

Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O,

phenanthroline

monohydrate, FeSO4.7H2O, HgSO4.


Nƣớc cất lấy trong phòng thí nghiệm môi trƣờng.

4.1.2. DỤNG CỤ


Cốc thuỵ tinh các loại 100, 500 (ml) của hãng Duran (Đức).



Bình định mức 50 (ml) của hãng Isolab.



Ống đong 100 ml của hãng Schott (Đức)



Bình tam giác 100 ml.



Bóp cao su.



Giấy lọc kích cỡ 100mm của Trung Quốc sản xuất.



Đũa thuỵ tinh của Trung Quốc sản xuất.



Pipet các loại 1ml, 5ml của hãng Schott (Đức).



ống đo COD của hãng Duran (Đức).



Buret 25(ml) của hãng Schott (Đức).

4.1.3. THIẾT BỊ


Tủ sấy Medcenter Eirichturgen GmbH của hãng Ecocell.



Cân phân tích có độ nhạy 4 chữ số, Model Explore Pro EP214 của hãng Ohaus (Mỹ).



Cân điện tử có độ nhạy 2 chữ số, Model Adventurer Pro AV812 của hãng Ohaus (Mỹ).



Máy đo pH WTW pH720 của hãng Inolab (Đức).



Máy lắc IKA KS 260 Basic.



Máy say sinh tố hiệu National của Nhật Bản.



Máy nung COD.

22


Nghiên cứu hấp phụ COD trong nƣớc thải dệt nhuộm

GVHD: PGS-TS Nguyễn Văn Sức

4.2. CHUẨN BỊ MẪU HÓA CHẤT [5]
Chuẩn bị mẫu than: Than gỗ đƣớc đập nhỏ rồi sau đó nghiền mịn bằng máy sấy, lấy cỡ
hạt từ (0,25÷0,5) mm cho vào lọ cất để sử dụng.
Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0.0167M: hòa tan 4.913g K2Cr2O7 (sấy ở 105oC trong 2
giờ) trong 500ml nƣớc cất, thêm vào 167ml H2SO4 đậm đặc và 33.3 HgSO4. Khuấy tan để
nguội đến nhiệt độ phòng và định mức thành 1000ml.
Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0.0167M: hòa tan 4.913g K2Cr2O7 (sấy ở 105oC trong 2
giờ) trong nƣớc cất và định mức thành 1000ml.
Acid sulfuric ( sulfuric acid reagent ): cân 5.5g AgSO4 trong 1kg H2SO4 đậm đặc( 1 lít
= 1.84 kg) để 2 ngày cho hòa tan hoàn toàn AgSO4 .
Chỉ thị màu feroin: hòa tan 1.485g phenalthroline monohydrate và 0.695g
FeSO4.7H2O trong nƣớc cất và định mức thành 100ml.
Dung

dịch

ferrous

ammonium

sulfate

(FAS)

0.1M

:

hòa

tan

39.2g

Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O trong mọt ít nƣớc cất, thêm vào 20ml H2SO4 đậm đặc, làm lạnh và định
mức đến 1000ml.
Dung

dịch

ferrous

ammonium

sulfate

(FAS)

0,1M

:

hòa

tan

9.8g

Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O trong một ít nƣớc cất, thêm vào 20ml H2SO4 đậm đặc, làm lạnh và định
mức đến 1000ml.
4.3. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN TRƢỚC KHI THÍ NGHIỆM
Dụng cụ thí nghiệm: Các cốc thủy tinh, ống đong, đũa thủy tinh, pipet, bình tam giác,
bình định mức, cần phải đƣợc vệ sinh sạch, tráng nƣớc cất, sấy khô rồi mới đƣợc sử dụng.
Thiết bị thí nghiệm: Kiểm tra nguồn điện, độ chính xác trƣớc khi sử dụng.
Mỗi 1 thí nghiệm phải đƣợc tiến hành ít nhất 3 lần để đảm bảo kết quả chính xác, khách quan.
Khi cần lấy 1 thể tích dung dịch nhỏ phải dùng micropipet để có kết quả chính xác.
4.4. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
4.4.1. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA pH ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA THAN
GỖ ĐƢỚC


Đo COD ban đầu của mẩu nƣớc thải dệt nhuộm.



Lấy 400ml dung dịch nƣớc thải dệt nhuộm cho vào cốc 500ml.



Chỉnh pH với các giá trị lần lƣợt là pH=1, pH=2, pH=3, pH=4, pH=5, pH=6, pH=7,
pH=8.

23