Khóa luận chuyên ngành hóa môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
KHOA HÓA HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ & Môi trường

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN XÚC TÁC HOẠT HÓA H2O2
NHẰM XỬ LÝ CHẤT MÀU TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

Giảng viên hướng dẫn: ThS.Nguyễn Thị Kim Giang.
Sinh viên:

Đinh Thị Hải Yến

Lớp:

K63B Hóa học

Hà Nội 2017


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1.1 Chất màu – phẩm nhuộm ..................................................................... 4
1.2 Vấn đề nước thải và màu trong công nghiệp dệt nhuộm .................. 8
1.3 Đặc điểm và sự chuyển hoá của nước thải dệt nhuộm .................... 10
1.3.1 Các chất hữu cơ bền vi sinh ............................................................... 10
1.3.2 Các chất HĐBM ................................................................................ 11
1.3.3 Các halogen hữu cơ dễ bị hấp thụ (AOX) và các kim loại nặng ....... 11
1.4 Tác động của nước thải dệt nhuộm đối với môi trường .................. 12

1.5 Các phương pháp xử lý TNHT (TNHT) trong nước thải công nghiệp
dệt nhuộm................................................................................................... 14
1.5.1 Phương pháp hóa lý ............................................................................ 14
1.5.2 Phương pháp oxi hóa khử hóa học .................................................... 17
1.5.3 Phương pháp sinh học ...................................................................... 23
1.5.4 Giới thiệu về phương pháp CWAO .................................................. 25
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................... 32
2.1 Hóa chất, dụng cụ sử dụng trong thí nghiệm ................................... 32
2.1.1 Hóa chất .............................................................................................. 32
2.1.2 Thiết bị ............................................................................................... 33
2.1.3 Dụng cụ .............................................................................................. 33
2.2 Quy trình thực nghiệm ....................................................................... 33
2.3 Phương pháp ........................................................................................ 34
2.3.1 Phương pháp xác định nồng độ chất màu trong mẫu ......................... 34
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 36
3.1 Kết quả đường chuẩn.......................................................................... 36
3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng .................................................................... 37
3.3 Kết quả xử lý màu ............................................................................... 39
3.3.1 Kết quả xử lý màu khi chưa có chất xúc tác ...................................... 39
3.3.2 Khảo sát khả năng xử lý màu khi có chất xúc tác .............................. 40
3.3 Kết quả quét phổ ................................................................................. 49


TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 51

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Độ màu và tiêu chuẩn độ màu của một số nước thải công nghiệp
Bảng1.2: Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi
Bảng 1.3: Thế oxi hóa của một số cặp oxi hóa/ khử
Bảng 1.4: Đặc điểm chính của các quá trình oxi hóa pha lỏng quan trọng

Bảng 1.5: Xúc tác cho quá trình CWO
Bảng 1.6: Điều kiện thực hiện WAO bởi các nhóm nghiên cứu trên thế giới
Bảng 2.1: Đặc điểm và tính chất cơ bản của xanh metylen
Bảng 2.2: Đặc điểm và tính chất cơ bản của xanh metylen
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 nên sự tạo thành chất X

1
9
18
22
22
25
32
32
37

Bảng 3.2: sự thay đổi hiệu suất và nồng độ RB19 theo thời gian của phản ứng
với mẫu ĐC và TNHH trong trường hợp xúc tác MnSO4.
40
Bảng 3.3: Sự thay đổi hiệu suất và nồng độ RB19 theo thời gian của phản ứng
với mẫu ĐC và TNHH trong trường hợp xúc tác CoCl2
41
Bảng 3.4: Sự thay đổi nồng độ RB19 với hai xúc tác CoCl2 và MnSO4
42
Bảng 3.5: Sự thay đổi nồng độ Rb19 khi thay đổi lượng CoCl2
43
Bảng 3.6: Sự ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý màu RB19 khi thay đổi lượng X
phản ứng trong cùng lượng CoCl2
44
Bảng 3.7: Sự thay đổi hiệu suất và nồng độ MB theo thời gian của phản ứng với

mẫu ĐC và mẫu TNHH X trong trường hợp xúc tác MnSO4
45
Bảng 3.8: Sự thay đổi hiệu suất và nồng độ MB theo thời gian của phản ứng với
mẫu ĐC và TNHH X trong trường hợp xúc tác CoCl2
46
Bảng 3.9: Sự thay đổi hiệu suất xử lý MB tại các nồng độ khác nhau của CoCl2
46
Bảng 3.10: Sự thay đổi hiệu suất xử lý MB tại các nồng độ khác nhau của CoCl2
với việc dụng 4 ml/l X hoặc 20 ml/l X
47
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của sự thay đổi thể tích X đến khả năng xử lý màu với
trường hợp dùng xúc tác CoCl2
48


DANH MỤC VIẾT TẮT

HĐBM: Hoạt động bề mặt

Abs: Độ hấp thụ quang

RB19: Reactive blue 19

WO: Wet Oxidation

MB: Methylen blue

WAO: Wet Air Oxidation

Cộng sự: cs

CWO: Catalytic Wet Oxidation

TNHH: tác nhân hoạt hóa

SCWO: Supercritical Catalytic Wet Oxidation

ĐC: Đối chứng

CWAO: Catalytic Wet Air Oxidation

TNHT: Thuốc nhuộm hoạt tính WPO: Wet Peroxide Oxidation

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ các quá trình vi sinh chuyển hóa cơ chất và xử lý ô nhiễm
24
Hình 1.2: Sơ đồ phản ứng loại 1
27
Hình 1.3: Sơ đồ phản ứng loại 2
27
Hình 1.4: Sơ đồ phản ứng loại 3
27
Hình 1.5: Sơ đồ chuyển hóa của quá trình oxi hóa pha lỏng
28
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình phản ứng
34
Hình 3.1: Đường chuẩn RB19
36
Hình 3.2: Đường chuẩn xanh metylen
36

Hình 3.3: Sự ảnh hưởng pH của môi trường phản ứng lên tốc độ tạo gốc hoạt
động của X.
38
Hình 3.4: Sự ảnh hưởng của pH của môi trường phản ứng vào tốc độ tạo gốc
hoạt động của H2O2.
38
Hình 3.5: Sự ảnh hưởng của nhiệt độ quá trình lên tốc độ tạo gốc hoạt động của
chất X
38
Hình 3.6: Sự ảnh hưởng của nhiệt độ quá trình xử lý lên tốc độ tạo gốc hoạt
động của hidropeoxit
39
Hình 3.7: Kết quả xử lý màu khi chưa có chất xúc tác
39
Hình 3.8: Sự thay đổi hiệu suất và nồng độ RB19 theo thời gian của phản ứng
với mẫu ĐC và TNHH trong trường hợp xúc tác MnSO4.
40


Hình 3.9: Sự thay đổi hiệu suất và nồng độ RB19 theo thời gian của phản ứng
với mẫu ĐC và TNHH trong trường hợp xúc tác CoCl2.
41
Hình 3.10: Sự thay đổi nồng độ của Rb19 với xúc tác MnSO4 và CoCl2
42
Hình 3.11: Sự thay đổi nồng độ Rb19 khi thay đổi lượng CoCl2
43
Hình 3.12: Sự ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý màu RB19 khi thay đổi lượng X
phản ứng trong cùng nồng độ CoCl2
44
Hình 3.13: Sự thay đổi hiệu suất và nồng độ MB theo thời gian của phản ứng

với mẫu ĐC và TNHH X trong trường hợp xúc tác MnSO4
45
Hình 3.14: Sự thay đổi hiệu suất và nồng độ MB theo thời gian của phản ứng
với mẫu ĐC và TNHH trong trường hợp xúc tác CoCl2
46
Hình 3.15: Sự thay đổi hiệu suất xử lý MB tại các nồng độ khác nhau của CoCl2
47
Hình 3.16: Sự biến đổi về hiệu suất xử lý MB tại các nồng độ khác nhau của
CoCl2 với việc dùng 4 ml/l X hoặc 20 ml/l X
48
Hình 3.17: Sự biến đổi về nồng độ màu của MB khi các thể tích X khác nhau
với xúc tác CoCl2
49
Hình 3.18: Đường quét phổ của MB
50
Hình 3.19 : Đường quét phổ của RB19
50


LỜI CẢM ƠN

Em xin phép được bày tỏ lòng biết ơn tới Thạc sĩ Nguyễn Thị Kim Giang đã
trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo em tận tình trong suốt quá trình làm khóa luận.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô thuộc bộ môn Hóa Công nghệ - Môi
trường khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã giảng dạy và hướng
dẫn em tận tình trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô thuộc trung tâm nghiên cứu Môi trường
và phát triển bền vững - Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
đã nhiệt tình hướng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất trong khoảng thời gian em
nghiên cứu tại Trung tâm.

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã động viên,
giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Hà Nội, tháng 5 năm 2017
Người viết

Đinh Thị Hải Yến


MỞ ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển của thế giới về mọi mặt, đặc biệt trong lĩnh vực công
nghiệp đã tạo ra ngày càng nhiều sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con
người. Song song với những thành tựu to lớn ấy là vấn đề ô nhiễm môi trường, một
vấn đề toàn cầu. Trong các nguồn gây ô nhiềm thì nước thải từ các hoạt động công
nghiệp có ảnh hưởng nhiều nhất đến môi trường do tính đa dạng và phức tạp. Trong
nước thải công nghiệp, thành phần khó xử lý nhất là các chất hữu cơ khó phân hủy
sinh học. Với bản chất khó phân hủy bởi vi sinh, tồn tại bền vững trong môi trường,
chất hữu cơ khó phân hủy sinh học sẽ là mối nguy hại lâu dài tới sức khỏe con người
và môi trường.
Khóa luận đã chọn đối tượng xử lý là TNHT một nguồn thải ngày càng phổ
biến trong nước thải dệt nhuộm ở Việt Nam hiện nay và đang có xu hướng tăng lên do
tính ưu việt của loại thuốc nhuộm này và nhu cầu của thị trường.
Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải đã được nghiên cứu như: Hấp
phụ, keo tụ - tạo bông, xử lý vi sinh không phải lúc nào cũng đạt được tiêu chuẩn thải,
nhất là trong trường hợp TNHT (Bảng 1.1).
Bảng 1.1. Độ màu và tiêu chuẩn độ màu của một số nước thải công nghiệp [1]

Giới hạn thải
Độ màu
ST
T

1

Đơn vị hazen
Ngành

Đường

Pt-Co

3

Nguồn

m /T

0,4

Đơn vị USPH

BIS

Hazen

S(*)

(*)

150–200 5–10

20

m3/tấn

QCVN

Loại A- 50;
Loại B-

mía

BIS

–

4251,

1996 Cartier et
al. (1997)

150
QCVN40:2011/
BTNMT

1


2

Giấy-

Loại

A-nhà QCVN12:2008/

bột giấy

máy mới:20;

BTNMT

cũ:50;
Loại Bmới:

50

(không bột)
100 (có bột)
cũ:

100

(không bột)
150 (có bột)
Lớn

175

100–600 0–10

m3/tấn

1994

giấy
Nhỏ

150

Ali
m3/

(2001)

Dệt

120

may

m3/tấn sợi 1300

1100–

0–25

20

Loại

A-nhà BIS – 201 1992

máy mới:20;

thành
phẩm

Thuộc
da

28 m3/T

400–500 10–50

25

Correia

et

al.

cũ:50;

(1994)

Loại B-

QCVN13:2008/

150
4

&

Sreekrishnan

tấn giấy
3

–2724,

BIS

5–101

xem mục 1

BTNMT
BIS

–

4221,

1984

da thô

Naumezyk et al.

(1996)

2


5

6

Bột

40 m3/tấn 2100–

Kraft

bột

2300

Bia

0,25

200–300 5–10

10– 40

xem mục 2

20

BIS

–

2724,

–

4251,

1994
xem mục 1

20

m3/1000

BIS
1996

lít bia

Silva

et

al.

(2004)

7

Cồn

12

200–300 5–10

xem mục 1

20

m3/1000

BIS

–

4251,

1996

lít cồn

Mall & Vivek
Kumar (1997)

(*)USPHS: United States Public Health Services.
(*) BIS: Bureau of Indian Standards.
Biện pháp oxi hóa pha lỏng có xúc tác (CWAO) đã được áp dụng trong xử lý

nước thải từ những năm 1990 trở lại đây nhằm đáp ứng nhu cầu khắt khe về xử lý
nước thải. Đây là giải pháp không thể thiếu bên cạnh việc sử dụng những công nghệ
truyền thống để xử lý nước thải công nghiệp. Để góp phần vào xu hướng chung này,
em quyết định chọn đề tài “ Nghiên cứu phát triển xúc tác hoạt hóa H2O2 nhằm xử lý
chất màu trong nước thải dệt nhuộm”. Kết quả thu được là triển vọng để phát triển và
hoàn

thiện

phương

pháp

oxi

hóa

3

nâng

cao

ứng

dụng

thực

tế.

CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN
1.1 Chất màu – phẩm nhuộm
Màu song hành với sự phát triển của nhân loại, người ta đã tìm thấy màu có tới
1.800.000 năm tuổi trong các hang của người Neanderthal [3]. Tuy nhiên màu hữu cơ
xanh indigo “chỉ có“ 4000 năm tuổi được tìm thấy trong các nhà mồ Ai cập [4]. Mãi
tới năm 1856, màu tổng hợp đầu tiên, mauveine, xuất hiện ở Trung Quốc. Từ thế kỉ
20, màu mới được sản xuất phổ biến trong công nghiệp như ngày nay [5].
Về cấu trúc hóa học, màu là phân tử hữu cơ phức tạp, tuy nhiên nó phải có hai
nhóm chức chính: nhóm mang màu (chromophores) có cấu tạo phân tử sao cho khi đưa
ra ánh sáng nó sẽ hấp thụ một phần các bước sóng ánh sáng nhìn thấy, phần còn lại thể
hiện màu của nó và nhóm trợ màu (auxochromes), các nhóm này tăng cường màu
chính do chromophore đem lại, đồng thời giúp đem lại những tính chất ứng dụng của
màu như độ tan trong nước, khả năng gắn màu lên sợi vải,...
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử
dụng. Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân chia
thành các họ, các loại khác nhau. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:
+ Phân loại theo cấu trúc hóa học
Thuốc nhuộm được phân thành 20-30 họ khác nhau. Các họ chính là:
Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc
nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo). Đây là họ
thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng
các thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index.
Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều
nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó:

4

Họ thuốc nhuộm này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp.
Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó
nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu:

diaryl metan

triaryl metan
Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm.
Thuốc nhuộm phtaloxianin: hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên
hợp khép kín. Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên tử H trong
nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại còn các nguyên tử N khác thì tham gia
tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm thay đổi. Họ thuốc nhuộm này có
độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng thuốc nhuộm.
Ngoài ra, còn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít có quan trọng hơn như:
thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh…
+ Phân loại theo đặc tính áp dụng [2,32]
Đây là cách phân loại các loại thuốc nhuộm thương mại đã được thống nhất trên
toàn cầu và liệt kê trong bộ đại từ điển về thuốc nhuộm: Color Index (CI), trong đó
mỗi thuốc nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa học, đặc điểm về màu sắc và phạm vi sử
dụng. Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm nhiều nhất đến thuốc nhuộm sử dụng
cho xơ sợi xenlullo (bông, visco,...), đó là các thuốc nhuộm hoàn nguyên, lưu hóa,
hoạt tính và trực tiếp. Sau đó là các thuốc nhuộm cho xơ sợi tổng hợp, len, tơ tằm như:
thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ (cation), thuốc nhuộm axit.
-

Thuốc nhuộm hoàn nguyên bao gồm:

5

Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan: là hợp chất màu hữu cơ không tan trong
nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát: R=C=O. Trong quá trình
nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit không tan trong nước nhưng tan trong
kiềm tạo thành layco bazơ:

Hợp chất này bắt màu mạnh vào xơ, sau đó khi rửa sạch kiềm thì nó lại trở về
dạng layco axit và bị oxi không khí oxi hóa về dạng nguyên thủy.
Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan: là muối este sunfonat của hợp chất layco axit
của thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO3Na. Nó dễ bị thủy phân trong
môi trường axit và bị oxi hóa về dạng không tan ban đầu.
Khoảng 80% thuốc nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon.
-

Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D-

nhóm mang màu thuốc nhuộm) có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua quá trình
khử. Giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật
liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxi hóa trở lại.
-

Thuốc nhuộm trực tiếp: đây là loại thuốc nhuộm anion có khả năng bắt

màu trực tiếp vào xơ sợi xenllulo và dạng tổng quát: Ar-SO3Na. Khi hòa tan trong
nước, nó phân ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong mỗi màu
thuốc nhuộm trực tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính trong tổng số thuốc nhuộm
trực tiếp thì có đến 92% thuộc lớp azo.
-

Thuốc nhuộm phân tán: đây là loại thuốc nhuộm này có khả năng hòa

tan rất thấp trong nước (có thể hòa tan nhất định trong dung dịch chất HĐBM). Thuốc
nhuộm phân tán dùng để nhuộm các loại xơ sợi tổng hợp kị nước. Xét về mặt hóa học
có đến 59% thuốc nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc
antraquinon, còn lại thuộc các lớp hóa học khác.

6


-

Thuốc nhuộm bazơ – cation:

Các thuốc nhuộm bazơ trước đây dùng để nhuộm tơ tằm, ca bông cầm màu
bằng tananh, là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ. Chúng dễ tan
trong nước cho cation mang màu. Các thuốc nhuộm bazơ biến tính - phân tử được đặc
trưng bởi một điện tích dương không định vị - gọi là thuốc nhuộm cation, dùng để
nhuộm xơ acrylic. Trong các màu thuốc nhuộm bazơ, các lớp hóa học được phân bố:
azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%), arcrydin (7%), antraquinon (5%) và các
loại khác.
-

Thuốc nhuộm axit: là muối của axit mạnh và bazơ mạnh nên chúng tan

trong nước phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO3- + Na+, anion mang màu thuốc
nhuộm tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm axit có khả
năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit. Xét
về cấu tạo hóa học có 79% thuốc nhuộm axit azo.
-

TNHT: là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng với xơ sợi trong

những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi. Trong cấu tạo của
TNHT có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác nhau, quan trọng nhất là các nhóm:
vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin.
Dạng tổng quát của TNHT: S – R – T – Y, trong đó:
S: nhóm cho thuốc nhuộm độ hòa tan cần thiết (-SO3Na, -COONa, -SO2CH3).
R: nhóm mang màu của thuốc nhuộm.
Y: nhóm nguyên tử phản ứng, trong điều kiện nhuộm nó tách khỏi phân tử thuốc
nhuộm, tạo khả năng cho thuốc nhuộm phản ứng với xơ (-Cl, -SO2, -SO3H,...).
T: nhóm mang nguyên tử hay nhóm nguyên tử phản ứng, thực hiện liên kết giữa thuốc
nhuộm và xơ.
Là loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền
màu giặt và độ bền màu ướt rất cao nên TNHT là một trong những thuốc nhuộm được
phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là lớp thuốc nhuộm quan trọng
nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha.

7


Tuy nhiên, TNHT có nhược điểm là: trong điều kiện nhuộm, khi tiếp xúc với
vật liệu nhuộm (xơ sợi), TNHT không chỉ tham gia vào phản ứng với vật liệu mà còn
bị thủy phân.
Ví dụ:

Thuốc nhuộm sunfatoetylsunfon

Thuốc nhuộm Vinylsunfon
(dạng hoạt hóa của thuốc nhuộm gốc)

Thuốc nhuộm Vinylsunfon

Xơ được nhuộm (X là O-Xenlullo)

Thuốc nhuộm thủy phân (X là OH)
Do tham gia vào phản ứng thủy phân nên phản ứng giữa thuốc nhuộm và xơ sợi
không đạt hiệu suất 100%. Để đạt độ bền màu giặt và độ bền màu tối ưu, hàng nhuộm
được giặt hoàn toàn để loại bỏ phần thuốc nhuộm dư và phần thuốc nhuộm thủy phân.
Vì thế, mức độ tổn thất đối với TNHT cỡ 10÷50%, lớn nhất trong các loại thuốc
nhuộm. Hơn nữa, màu thuốc nhuộm thủy phân giống màu thuốc nhuộm gốc nên nó
gây ra vấn đề màu nước thải và ô nhiễm nước thải.
1.2 Vấn đề nước thải và màu trong công nghiệp dệt nhuộm
Theo phân tích của các chuyên gia, lượng nước được sử dụng trong các công
đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là từ các công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm.
Người ta có thể tính sơ lược nhu cầu sử dụng nước cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ
12 - 65 lít và thải ra 10 - 40 lít nước. Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành công nghiệp
dệt nhuộm là sự ô nhiễm nguồn nước. Nói đến nước thải dệt nhuộm là nói đến màu,
tuy nhiên thành phần nước thải dệt nhuộm rất phức tạp, không chỉ có màu, rất khác
nhau khi đi từ nhà máy này tới nhà máy kia, trong mục này thông tin chủ yếu được

8


trích dẫn từ sản phẩm của một Dự án về môi trường dệt nhuộm của Bỉ [8]. Đó là vì
sản phẩm của các nhà máy không giống nhau, trong khi đó công nghệ nhuộm luôn là
công nghệ đặc thù, phụ thuộc vào chất vải/sợi, chủng loại sản phẩm và yêu cầu của
khách hàng. Mỗi loại vải/sợi/sản phẩm có công nghệ tẩy trắng – nhuộm – hoàn thiện
riêng, điều này dẫn tới nhu cầu các hóa chất sử dụng khác nhau, các hóa chất này, trừ
phần đã gắn lên vải/sợi, một phần nhỏ phân hủy, thất thoát do rơi vãi, còn lại sẽ đi vào
nước thải và gây ra cho nước thải các đặc trưng ô nhiễm mà ta phải xử lý (Bảng 1.2).
Các đặc trưng thì có nhiều, tuy nhiên ta sẽ tập trung vào những nét đặc trưng nhất cho

nước thải loại này. Riêng về đặc trưng chính của nước thải dệt nhuộm là màu đã được
đề cập ở trên. Thuốc nhuộm sử dụng hiện nay là các sản phẩm tổng hợp hữu cơ. Nồng
độ thuốc nhuộm trong môi trường nước tiếp nhận đối với các công đoạn dệt nhuộm
phụ thuộc vào các yếu tố:
-

Mức độ sử dụng hàng ngày của thuốc nhuộm,

-

Độ gắn màu của thuốc nhuộm lên vật liệu dệt,

-

Mức độ xử lý trong các công đoạn xử lý nước thải,

-

Hệ số pha loãng trong nguồn nước tiếp nhận.

Bảng1.2: Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi
STT

Loại thuốc nhuộm

Loại xơ sợi

Tổn thất vào dòng thải, %

1

Axit

Polyamit

5 ÷ 20

2

Bazơ

Acrylic

0÷5

3

Trực tiếp

Xenlulo

5 ÷ 30

4

Phân tán

Polyeste

0 ÷ 10

5

Hoạt tính

Xenlulo

10 ÷ 50

6

Lưu hóa

Xenlulo

10 ÷ 40

7

Hoàn nguyên

Xenlulo

5 ÷ 20

9


Mức độ gắn màu là một yếu tố quan trọng, nó phụ thuộc vào độ đậm màu, công
nghệ áp dụng, tỉ lệ khối lượng hàng nhuộm và dung dịch nước dùng trong máy nhuộm,

vật liệu dệt và thuốc nhuộm sử dụng. Tổn thất thuốc nhuộm đưa vào nước trung bình là
10% với màu đậm, 2% với màu trung bình và <2% với màu nhạt. Trong in hoa thì tổn
thất thuốc nhuộm có thể lớn hơn nhiều [9].
1.3 Đặc điểm và sự chuyển hoá của nước thải dệt nhuộm
Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các chất hữu cơ khó
phân hủy, thuốc nhuộm, chất HĐBM, các hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính
làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao và pH của nước thải cao do lượng
kiềm lớn.
1.3.1 Các chất hữu cơ bền vi sinh
Một trong những nguyên nhân chính làm nước thải dệt nhuộm khó xử lý là
nhóm các chất hữu cơ bền vi sinh (bao gồm phần lớn các chất màu). Đầu tiên là màu
(đã nêu trên), tiếp theo là các hóa chất hỗ trợ như polyacrylat, phosphonat, các chất
che phủ (ví dụ EDTA), các chất phân tán (lignin hoặc naphtalenesulfonat), các chất
chống tĩnh điện (trường hợp sợi tổng hợp), các chất mang và phân tán thuốc nhuộm
không tan (trường hợp nhuộm polyeste), các chất cố định (nhuộm sợi bông bằng thuốc
nhuộm trực tiếp), các chất bảo quản (thường là dẫn xuất của phenol), và rất nhiều hóa
chất phục vụ khâu hoàn thiện khác để đem lại cho sản phẩm những tính chất đặc thù,
ví dụ như tính chịu lửa, chịu nước, chống nhậy cắn vải,….Đối với những loại sợi đặc
biệt như len nước giặt len thông thường có nhiều nhũ của chất tẩy rửa, hàm lượng
nonylphenoletoxilat (NPE) có thể lên tới 0,8g/l, ngoài ra còn tới 15 g/l lanolin, các loại
muối gốc mồ hôi động vật, các thuốc chống chấy rận cho động vật. Tương tự nước giặt
sợi bông cũng có nhiều loại thuốc bảo vệ thực vật. Nước thải các nhà máy dệt thảm thì
hay có các hợp chất kiểu latex – mủ cao su.
Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất. Thông thường, các chất
màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà
còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư sau
công đoạn nhuộm có thể lên đến 50 % tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu

10

[10,11]. Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và
nồng độ chất ô nhiễm lớn.
1.3.2 Các chất HĐBM
Các chất HĐBM là thành phần không thể thiếu trong mọi công đoạn xử lý
sợi/vải. Nước giặt len chứa tới 800mg/l NPE. Trong nước thải hỗn hợp của nhà máy
dệt may ở Como với nước nước thải sinh hoạt người ta định lượng được 11 và 67 mg/l
chất HĐBM anionic và non-ionic tương ứng [8] còn nước thải từ nhà máy nhuộm lụa
ở Lycra thường có tới 30 - 40 mg/l chất HĐBM anionic. Trong số các chất HĐBM
non-ionic sử dụng trong công nghiệp dệt may thì họ alkylphenoletoxilat là đại diện
thường gặp nhất, và ngành dệt may cũng là khách hàng lớn nhất của sản phẩm này.
Hàm lượng trong nước thải thì cao như vậy, trong khi tiêu chuẩn xả thải của nhiều
nước châu Âu khống chế nhóm chất alkylphenol này ở mức dưới 0,5 mg/l (Bồ Đào
Nha), thậm chí ở Đức là cấm hoàn toàn [8]. Trong nước thải alkylphenolpolyetoxilat
phân rã sinh học thành các alkylphenol, các chất này thường hấp phụ lên bùn và có thể
tích lũy tới 1000 ppm. Rất không may các alkylphenol độc hơn nhiều so với các
etoxilat ban đầu, nồng độ cho phép tối đa của chúng chỉ ở mức ppb. Đối với các chất
HĐBM khác, mức cho phép trong nước tự nhiên chỉ là 2 mg/l (Italy, Bồ Đào Nha).
1.3.3 Các halogen hữu cơ dễ bị hấp thụ (AOX) và các kim loại nặng
Trước đây NaClO thường được ưu tiên so với H2O2 để tẩy trắng vải/sợi vì chi
phí thấp hơn, cơ bản là do NaClO không làm giảm độ bền của sợi so với khi dùng
H2O2 vì trong quá trình phân hủy H2O2 các gốc tự do OH sẽ hình thành và oxi hóa phá
hủy sợi. Khi dùng NaClO để tẩy sợi/vải nước thải có tới 100 mg/l AOX trong đó phần
đáng kể là cloroform có khả năng gây ung thư. Vì lí do này mà các nhà máy dệt may
hiện nay đã chuyển sang sử dụng chất tẩy trắng bằng peroxit nên vấn đề AOX đã
giảm. Tuy nhiên, do một vài công đoạn giặt vẫn dùng clo nên nước giặt giũ len vẫn
chứa tới 12-39 mg/l AOX. Nguồn AOX cuối cùng là ở chính thuốc nhuộm, một số
thuốc nhuộm chứa Cl đồng nghĩa là AOX. Tiêu chuẩn thải về AOX ở nhiều nước như
Bỉ, Thụy Điển và Đức chỉ cho phép 0,5mg/l.
Kim loại nặng trong nước thải có nguồn gốc từ một số loại thuốc nhuộm, nồng

độ thường gặp là 1-10 mg/l. Do tăng cường nhận thức về môi trường, thay đổi đầu vào

11


nên các nhà máy dệt nhuộm ở Flanders (Bỉ) trong giai đoạn 1991-1994 đã giảm tới
50% phát thải độc chất nhóm này. Tới năm 1994 nước thải từ các nhà máy ở Flanders
thường chỉ có 0,15 mg/l Cr và Cu có nguồn gốc từ phức kim loại. Nhà máy thảm có
nồng độ Cr và Ni cao hơn (0,6-0,9 mg/l), Zn tới 1-9 mg/l.
1.4 Tác động của nước thải dệt nhuộm đối với môi trường
Các yếu tố đã nêu cộng lại làm nước thải dệt nhuộm có độc tính nhất định. Đối
với hệ vi sinh hiếu khí trong hệ bùn hoạt tính nước thải loại này ức chế nhẹ. Nhận định
này đã được chứng minh tại một nhà máy sản xuất thảm ở Flanders khi sử dụng cảm
biến Rodtox. Trong quá trình 2 tháng đo và ghi nhận số liệu liên tục mức độ ức chế
đánh giá được là 10-20% khả năng xử lý COD, trong thời gian này nhà máy sử dụng
các loại màu axit gốc azo khác nhau, số liệu được ghi nhận trên cả hệ bùn hoạt tính và
màng vi sinh phòng thí nghiệm. Với hệ màng vi sinh đã ghi nhận sự phát triển, tích lũy
màng vi sinh thấp hơn.
Khác với vi sinh dị dưỡng hiếu khí, vi sinh hóa tự dưỡng (chemoautotrophic)
nitrat hóa bị ức chế mạnh hơn. Böhm [9] đo tốc độ tiêu thụ oxi của vi khuẩn nitrat hóa
trong hệ phản ứng với lớp đệm cố định và nhận thấy khi xử lý nước thải dệt nhuộm từ
hai nhà máy đại lượng IC25 đo được là 11 và 27% (v/v). Tác giả [8], sử dụng phép thử
nhanh khả năng ức chế nitrat hóa xác định được IC50 = 10-40% (v/v) đối với nước thải
sau điều hòa từ hai nhà máy sản xuất thảm ở Flanders. Nguyên nhân của sự ức chế
được cho là do các tác nhân tạo phức với đồng vì khi cho đồng vào thì mất hiệu ứng ức
chế. Grüttner và cs.[21] cho rằng hiện tượng ức chế vi khuẩn nitrat hóa ở Đan Mạch là
do nước thải từ các khu công nghiệp của Đan Mạch. Ở môi trường tự nhiên cũng ghi
nhận được độc tính của nước thải dệt nhuộm. Giá trị LC50 (96h) thường gặp là 5-6%
(v/v) đối với cá nước ngọt. Costan và cs.[22] xếp nước thải dệt nhuộm về mặt độc tính
đứng thứ hai trong số 8 loại nước thải công nghiệp trên cơ sở sử dụng các phương

pháp đánh giá sinh học (bioassays) để đánh giá độ độc ở các mức. Undén[23] sử dụng
Microtox đánh giá và xếp nước thải dệt nhuộm là loại ô nhiễm nặng trong số 49 loại
công nghiệp ở Thụy Điển. Trong các nghiên cứu này các tác giả không chỉ rõ hóa chất
nào là nguyên nhân, có lẽ do tác động tổng hợp như nhận định ban đầu. Tuy nhiên một
số phẩm nhuộm azo và các dẫn xuất amin của chúng hình thành trong quá trình xử lý
yếm khí đã được ghi nhận là có khả năng gây ung thư.

12


Về tác hại gây ung thư và nghi ngờ gây ung thư: không có loại thuốc nhuộm
nào nằm trong nhóm gây ung thư cho người. Các thuốc nhuộm azo được sử dụng
nhiều nhất trong ngành dệt, tuy nhiên chỉ có một số màu azo, chủ yếu là thuốc nhuộm
benzidin, có tác hại gây ung thư và đã bị cấm sản xuất. Các nhà sản xuất châu Âu đã
ngừng sản xuất loại này, nhưng trên thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do
giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao.
Mức độ độc hại với cá và các loài thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn
3000 thuốc nhuộm được sử dụng thông thường cho thấy thuốc nhuộm nằm trong tất cả
các nhóm từ không độc, độc vừa, độc, rất độc đến cực độc. Trong đó có khoảng 37%
thuốc nhuộm gây độc vừa đến độc cho cá và thủy sinh, có 2% thuốc nhuộm ở mức độ
rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh.
Khi đi vào nguồn nước nhận như sông, hồ,… với một nồng độ rất nhỏ thuốc
nhuộm đã cho cảm nhận về màu sắc. Thuốc nhuộm thải ra càng nhiều thì màu nước thải
càng đậm. Màu đậm của nước thải cản trở sự xuyên qua của ánh sáng mặt trời, gây bất
lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loài thủy sinh vật. Nó tác động xấu đến khả năng
phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước thải. Các nghiên cứu cho thấy
khả năng phân giải trực tiếp TNHT bằng vi sinh rất thấp. Ở Việt Nam, qua số liệu điều
tra tại các công ty dệt may lớn đều cho thấy màu nước thải dệt nhuộm chủ yếu do TNHT
và một phần do các loại thuốc nhuộm không tận trích hết khác gây ra.
Kết luận

Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác
nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ độc hại,
đặc biệt là các công đoạn tẩy trắng và nhuộm màu. Việc tẩy, nhuộm vải bằng các
loại thuốc nhuộm khác nhau như TNHT, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn
nguyên, thuốc nhuộm phân tán,… khiến cho lượng nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm
khác nhau (chất tạo màu, chất làm bền màu,...). Nguồn chất thải này có sự chuyển hoá
phức tạp và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng đặc biệt là môi trường nước vì vậy
đây là vấn đề đáng quan tâm để tìm ra giải pháp hợp lý nhằm đạt hiệu quả cao về xử lý
nước thải.

13


1.5 Các phương pháp xử lý TNHT trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm
Đối với TNHT, hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam vẫn chưa có phương
pháp tiền xử lý thật sự hiệu quả và kinh tế vì đặc tính tan, bền và đa dạng về chủng
loại của nó. Phương pháp oxi hóa, đặc biệt là oxi hóa pha lỏng, tỏ ra có tiềm năng
trong việc giải quyết vấn đề này nhờ khả năng oxi hóa phân hủy không chọn lọc.
1.5.1 Phương pháp hóa lý
Các phương pháp hóa lý đơn thuần là keo tụ - tạo bông, hấp phụ và lọc có đặc
điểm chung là chuyển chất ô nhiễm (chất màu) từ pha này sang pha khác mà không
làm biến đổi bản chất, cấu trúc chất màu. Do đó, trong xử lý chất màu thì các phương
pháp trên có nhược điểm chung là không xử lý triệt để chất màu để chuyển chúng
thành các chất không gây ô nhiễm hoặc các chất dễ phân hủy sinh học hơn. Chất ô
nhiễm sẽ tích lũy ở bùn hay chất hấp phụ phải chi phí để thải bỏ. Riêng đối với TNHT
keo tụ - tạo bông hiệu quả rất thấp, sinh nhiều bùn; hấp phụ chi phí cao; lọc chỉ hiệu
quả từ lọc NF tới RO, chi phí ban đầu rất cao.
1.5.1.1 Phương pháp keo tụ
Hiện tượng keo tụ là hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành
những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng

lực trong một thời gian đủ ngắn [4,8].
Phương pháp keo tụ để xử lý chất màu dệt nhuộm là phương pháp tách loại chất
màu gây ô nhiễm ra khỏi nước dựa trên hiện tượng keo tụ. Các chất keo tụ thường
dùng là phèn nhôm, muối FeCl3.nH2O (n =1-6) và muối Fe2(SO4)3.H2O. Ngoài ra, hiện
nay người ta thường dùng PAC (Poly Aluminium Chloride),
PFC (Poly Ferri Chloride). Các chất trợ keo tụ thường dùng là dung dịch axit
silixic và phổ biến hơn là PAA (Polyacrylamit) [9].
1.5.1.2 Phương pháp hấp phụ [7]
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha (ở đây chủ yếu đề cập
đến pha rắn). Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ, chất
được tích lũy trên bề mặt là chất bị hấp phụ.

14


Dựa trên bản chất lực hấp phụ có thể phân loại thành hấp phụ vật lý và hấp phụ
hóa học, trong đó, hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Van dec van còn hấp phụ hóa học gây
ra bởi sự hình thành liên kết hóa học. Do bản chất lực hấp phụ nên hấp phụ hóa học
không vượt qua đơn lớp phân tử còn hấp phụ vật lý có thể có hiện tượng đa lớp (pha
rắn - khí). Hai loại hấp phụ này khác nhau về nhiệt hấp phụ, tốc độ hấp phụ, và đáng
chú ý là tính đặc thù, có nghĩa là hấp phụ vật lý ít phụ thuộc bản chất bề mặt trong khi
đó để xảy ra hấp phụ hóa học nhất thiết cần có ái lực giữa bề mặt và chất bị hấp phụ.
Hấp phụ có thể biểu diễn dưới dạng một cân bằng:
Chất bị hấp phụ + bề mặt ↔ Chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt
Để biểu diễn lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị chất hấp phụ (khối lượng,
bề mặt) người ta dùng đại lượng hấp phụ ký hiệu là a (Г hoặc α). Đại lượng hấp phụ là
một hàm của nhiệt độ, nồng độ hoặc áp suất: a = a(T,C) hoặc a = a(T, P), khi cố định
nhiệt độ trong phương trình trên ta được đường hoặc phương trình hấp phụ đẳng nhiệt.
Để mô tả sự hấp phụ ở trạng thái cân bằng người ta thường dùng các phương
trình đẳng nhiệt hấp phụ, đối với hấp phụ trên bề mặt phân cách pha rắn- lỏng thì phổ

biến nhất là phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.
Phương trình Langmuir:

a
a max



bC
1  bC

Phương trình Freundlich:
a = KC1/n , (n>1)
Trong đó:
a: đại lượng hấp phụ cân bằng (lượng chất bị hấp phụ/g chất hấp phụ).
amax: đại lượng hấp phụ cực đại (lượng chất bị hấp phụ khi nó che phủ toàn bộ bề mặt
chất hấp phụ tạo đơn lớp (lớp đơn phân tử bị hấp phụ)).
C: nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch (g/L, mol/L).

15


b: hằng số cân bằng: hấp phụ ↔ giải hấp.
K: hằng số đặc trưng cho hệ hấp phụ - bị hấp phụ, K = a khi C = 1.
Các chất hấp phụ sử dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm [9]:
- Than hoạt tính
- Các chất hấp phụ vô cơ khác: đất sét, than bùn, silic oxit, một số khoáng, phế thải
nông nghiệp,… cũng được dùng làm chất hấp phụ thuốc nhuộm khá hiệu quả với giá
thành rẻ hơn than hoạt tính.
- Các chất hấp phụ do một số công ty và tổ chức chế tạo có khả năng hấp phụ tốt các

thuốc nhuộm tan, kể cả TNHT. Điển hình như chất hấp phụ Acrasorb D, Macrosorb,
Cucurbiturial,...
- Sinh khối: được sử dụng để khử màu nước thải dệt nhuộm bằng cơ chế hấp phụ và
trao đổi ion.
Hấp phụ là phương pháp được nghĩ đến nhiều trong xử lý TNHT, tuy nhiên
nhược điểm của phương pháp này nằm trong chính bản chất của nó là chuyển chất
màu từ pha này sang pha khác, khi đó sẽ thải ra một lượng thải rắn sau hấp phụ, không
xử lý triệt để chất ô nhiễm, phải chi phí tiếp cho chất thải rắn.
1.5.1.3 Phương pháp lọc [4,5]
Các kỹ thuật lọc thông thường là quá trình tách chất rắn ra khỏi nước khi cho nước
đi qua vật liệu lọc có thể giữ cặn hoặc chất tan có kích thước phân tử đủ lớn và cho nước
đi qua. Các kỹ thuật lọc thông thường không xử lý được các tạp chất tan nói chung và
thuốc nhuộm nói riêng. Lọc màng nano (NF), thẩm thấu ngược (RO), điện thẩm tích có
thể tách được thuốc nhuộm tan ra khỏi nước thải dệt nhuộm.
Tuy vậy phương pháp lọc màng ít được sử dụng do giá thành của màng, thiết bị
lọc cao và năng suất thấp do thuốc nhuộm lắng xuống và các chất khác bám lên làm bẩn
dẫn đến gây tắc màng.

16


1.5.1.4 Phương pháp điện hóa [9]
Phương pháp này dựa trên cơ sở quá trình oxi hóa/ khử xảy ra trên các điện cực.
Ở anot, nước và các ion clorua bị oxi hóa dẫn đến sự hình thành O2, O3, Cl2 và các gốc
là tác nhân oxi hóa các chất hữu cơ trong dung dịch. Quá trình khử điện hóa các hợp
chất hữu cơ như thuốc nhuộm, ở catot, kết hợp với phản ứng oxi hóa điện hóa và quá
trình tuyển nổi, keo tụ điện hóa dẫn đến hiệu suất xử lý màu và khoáng hóa cao. Tuy
nhiên phương pháp điện hóa có nhược điểm là độ bền và độ ổn định của điện cực, giá
thành cao do tiêu tốn năng lượng và kim loại làm điện cực.
1.5.2 Phương pháp oxi hóa khử hóa học [5]

Ưu điểm nổi bật của các phương pháp hóa học so với các phương pháp hóa lý
đơn thuần là biến đổi, phân hủy chất ô nhiễm (thuốc nhuộm) thành các chất dễ phân
hủy sinh học hoặc không ô nhiễm chứ không chuyển chúng từ pha này sang pha khác.
So với phương pháp vi sinh thì tốc độ xử lý chất thải bằng phương pháp hóa học nhanh
hơn nhiều, tuy nhiên sẽ phải chi phí hóa chất.
1.5.2.1. Khử hóa học
Phương pháp khử hóa học được ứng dụng trong trường hợp nước thải chứa các
chất dễ bị khử. Phương pháp khử hóa học hiệu quả với các thuốc nhuộm azo nhờ phân
giải liên kết azo tạo thành các amin thơm không màu có thể phân giải vi sinh hiếu khí
tốt hơn thuốc nhuộm gốc.
Khử hóa học trên cơ sở natri bohidrua (xúc tác bisunfit) áp dụng với thuốc
nhuộm tan trong nước như thuốc nhuộm trực tiếp, axit, hoạt tính chứa các nhóm azo
hoặc các nhóm khử được và thuốc nhuộm phức đồng. Quy trình này có thể khử màu trên
90% [9].
1.5.2.2 Oxi hóa hóa học
a. Oxi hóa bằng các tác nhân oxi hóa thông thường
Các chất oxi hóa thông thường như: clo, clodioxit, natri hipoclorơ, kali
permanganat, ozon, hidropeoxit,… có thể được dùng để oxi hóa các chất ô nhiễm nói
chung và thuốc nhuộm nói riêng. Quá trình oxi hóa tiêu tốn một lượng lớn tác nhân oxi
hóa nên chi phí cao, do đó quá trình oxi hóa hóa học chỉ được sử dụng trong trường hợp

17


khi chất ô nhiễm không thể loại bỏ bằng các phương pháp khác. Khả năng oxi hóa được
xác định bởi thế oxi hóa:
Bảng 1.3: Thế oxi hóa của một số cặp oxi hóa/ khử [13]
Cặp oxi hóa/khử

O3/O2-

OH•/O2-

Cl2/2Cl-

H2O2/H2O

MnO4 / Mn 2

Thế oxi hóa (V)

2,07

2,8

1,3595

0,682

1,51

Clo hóa được đánh giá cao về hiệu quả xử lý màu nhưng khi sử dụng ở nồng độ
cao để khử màu sẽ để lại dư lượng clo lớn trong nước thải. Nó có thể khử màu nhanh
thuốc nhuộm axit và TNHT. Với thuốc nhuộm phân tán và thuốc nhuộm trực tiếp thì
ngay ở nồng độ clo cao cũng không thu được hiệu quả đáng kể. Nhìn chung clo không
được tin dùng trong xử lý màu nước thải vì sinh ra các hợp chất cơ clo gây ung thư và
độc hại với môi trường.
Ozon là chất oxi hóa mạnh và có thể oxi hóa thuốc nhuộm trong nước thải mà
không sinh ra các hợp chất hữu cơ thứ cấp độc hại. pH < 5, ozon tồn tại ở dạng O3 và
oxi hóa chọn lọc nối đôi trong thuốc nhuộm. pH > 8, ozon phân hủy tạo gốc tự do OH•

phản ứng không chọn lọc với các chất hữu cơ (theo cơ chế của quá trình oxi hóa tiên
tiến). Ozon có hiệu quả nhất trong loại bỏ TNHT. Nhược điểm lớn nhất của phương
pháp này nằm ở giá thành cao và thời gian tồn tại của ozon ngắn, chi phí cho thiết bị
tạo ozon cao.
KMnO4, H2O2 là chất oxi hóa có thế oxi hóa chưa đủ cao để phân hủy các thuốc
nhuộm. Hơn nữa, chi phí hóa chất nếu sử dụng hai chất oxi hóa này là khá lớn (gấp 2,5
lần so với dùng clo).
b. Oxi hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Processes - AOPs) [12]
Các quá trình oxi hóa tiến tiến dựa trên sự tạo thành các gốc tự do hoạt động
như OH•, gốc tự do này là một tác nhân oxi hóa rất mạnh và không chọn lọc. Trong
các quá trình này, sự khoáng hóa hoàn toàn có thể đạt được ở điều kiện nhiệt độ, áp
suất bình thường. Các quá trình oxi hóa tiên tiến phân biệt với nhau ở cách tạo ra gốc
tự do. Gốc tự do được tạo ra bằng nhiều cách: chiếu tia UV, sự phân ly của H2O2 (có
xúc tác), O3,….

18


 Các quá trình quang hóa
Gốc tự do được tạo thành dưới tác dụng của bức xạ tử ngoại:
-

Quang hóa không xúc tác: bức xạ tử ngoại năng lượng cao được hấp thụ bởi các

phân tử, đưa phân tử chất hấp thụ lên trạng thái kích thích. Ở trạng thái này khả năng
phản ứng của nó là rất lớn, nó phân hủy tạo ra các chất ít độc hơn hoặc khơi mào phản
ứng dây chuyền phân hủy các chất hữu cơ trong hệ. Phản ứng tạo thành gốc OH• :
H2 O
-

H• +OH•

Quá trình quang phân UV/ H2O2: sử dụng bức xạ tử ngoại để phân ly liên kết

trong H2O2 tạo ra gốc OH•. Cơ chế quang phân của trường hợp này là bẻ gãy liên kết
O-O do hấp thụ bức xạ tử ngoại, hình thành hai gốc OH•:
2OH•

H2 O 2
-

Quá trình xúc tác quang hóa: xúc tác thường là chất bán dẫn như TiO2 dạng

anatase. Chất bán dẫn hấp phụ năng lượng ánh sang phù hợp với khoảng cách năng
lượng giữa hai vùng dẫn – không dẫn tạo ra cặp e- - lỗ trống.
TiO2

e- + h+, h+ là lỗ trống

Cặp e- - lỗ trống đóng vai trò hệ oxi hóa – khử trên bề mặt chất bán dẫn, thực
hiện phản ứng oxi hóa phân hủy các chất hữu cơ. Thêm vào đó OH cũng được sinh ra
trong quá trình này, do đó chất hữu cơ không chỉ bị phân hủy bởi phản ứng oxi hóa mà
còn bởi phản ứng với gốc tự do OH•
TiO2 (h+) H2O hp  TiO2 + 2OH•hp + H+
TiO2(h+) + OH-hp/bm  TiO2 + OH•hp
TiO2 (h+) + RXhp  TiO2 + RX-hp
Ưu điểm nổi bật của xúc tác quang hóa là nó không dùng nhiệt năng mà dùng
quang năng (suy ra là có thể dùng ánh sáng mặt trời) để hoạt hóa xúc tác và các tác
nhân phản ứng.

19