BÁO CÁO ĐỒ ÁN NGHIỆP ĐỀ TÀI XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Công
nghệ Sinh học và Kỹ thuật Môi Trường cụ thể hơn là quý thầy cô bộ
môn Kỹ thuật Môi trường đã giảng dạy kiến thức cho chúng em suốt
thời gian qua để chúng em có được kiến thức hoàn thành được Đồ án
này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô Ngô Thị Thanh Diễm, cô là
người đã định hướng cho nhóm đến với đề tài này và cũng là người tận
tình hướng dẫn, truyền đạt, chỉ bảo để chúng em thực hiện tốt bài báo
cáo Đồ án này.
Cuối cùng chúng em xin cảm ơn bạn bè và người thân, những
người luôn âm thầm đồng hành và cổ vũ tinh thần cho chúng em có
thể hoàn thành mọi công việc cho dù khó khăn thế nào.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, tháng 06 năm 2016
Nhóm sinh viên thực hiện

Ngô Văn Cường

Huỳnh Phạm Dũ

Nguyễn Tấn Thành

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan rằng bài đồ án tốt nghiệp này là do chính chúng em thực
hiện. Các số liệu, các kết quả tính toán trong bài báo cáo này là trung thực, không sao
chép từ bất cứ một tài liệu khoa học nào.

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
COD

Nhu cầu Oxy hóa học

BOD

Nhu cầu Oxy sinh học

POPs

Các chất hợp chất hữu cơ bền

(Persistent Organic Pollutants).
UASB

Bể sinh học kỵ khí dòng chảy

ngược

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

DANH MỤC BẢNG

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ

NGUYỄN TẤN THÀNH

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhộm bằng keo tụ
điện hóa
Hình 3.2: Sơ đồ bố trí mô hình thí nghiệm
Hình 3.3: Mô hình thí nghiệm thực tế
Hình 4.1: Biểu đồ hiệu quả xử lý COD, độ màu khi sử dụng sắt làm
vật liệu điện cực
Hình 4.2: Biểu đồ hiệu quả xử lý COD, độ màu khi sử dụng nhôm làm
vật liệu điện cực
Hình 4.3: Mẫu sau xử lý ở hiệu điện thế 20V điện cực sắt và nhôm
Hình 4.4 : Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý COD
Hình 4.5: Biểu đồ ảnh hưởng của pH hiệu quả xử lý độ màu
Hình 4.6: Mẫu sau xử lý ở pH=6 của 2 điện cực, so sánh với mẫu đầu
vào
Hình 4.7: Mẫu sau xử lý ở pH=7 của 2 điện cực, so sánh với mẫu đầu
vào
Hình 4.8: Biểu đồ ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu
suất xử lý COD
Hình 4.9: Biểu đồ ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu
suất xử lý độ màu
Hình 4.10: Nước sau xử lý ở khoảng cách giữa hai điện cực là 3cm

Hình 4.11: Nước sau xử lý ở khoảng cách giữa hai điện cực là 4cm
Hình 4.12 : Biểu đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế đến hiệu quả xử lý
COD
Hình 4.13: Biểu đồ ảnh hưởng của hiệu điện thế đến hiệu quả xử lý
độ màu
Hình 4.14: Nước sau xử lý ở hiệu điện thế 20V
Hình 4.15: Nước sau xử lý ở hiệu điện thế 25V
Hình 4.16: Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý COD
Hình 4.17: Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý độ
màu
Hình 4.18: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý, điện cực sắt

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

Hình 4.19: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý, điện cực
nhôm

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

LỜI MỞ ĐẦU
Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành xuất hiện sớm nhất và lâu đời ở nước ta.
Hiện nay, ngành này chiếm một vị trí quan trọng, đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà
nước và giải quyết việc làm cho một lượng lớn người lao động. Tuy nhiên, bên cạnh việc
thúc đẩy kinh tế phát triển thì các ảnh hưởng đến môi trường từ ngành dệt nhuộm cũng là
một vấn đề đáng được quan tâm, trong đó nước thải ngành dệt nhuộm là vấn đề mang
tính cấp thiết nhất.
Nhìn chung, nước thải ngành dệt nhuộm có giá trị pH, COD, nhiệt độ cũng như độ
màu rất cao. Ngoài ra, nước thải còn chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ độc hại như
thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, kim loại, muối và các chất hợp chất hữu cơ bền
(Persistent Organic Pollutants – POPs).
Hiện nay, có rất nhiều quá trình khác nhau được áp dụng để xử lý nước thải ngành dệt
nhuộm như: keo tụ - tạo bông, xử lý hiếu khí... Trong đó, đáng chú ý nhất là phương pháp
keo tụ điện hóa do khả năng loại bỏ hiệu quả các chất hữu cơ bền mà không phải bất kì
quá trình oxy hóa thông thường nào cũng có thể thực hiện được. Đồng thời phương pháp
này dễ quản lý, không phức tạp khi vận hành và lượng bùn thải sinh ra ít hơn nhiều so với
quá trình xử lý sinh học hay các quá trình oxy khác. Trên cơ sở đó, đề tài
“NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG KEO TỤ
ĐIỆN HÓA” được thực hiện để tìm ra phương pháp xử lý nước thải mới
áp dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm nói riêng cũng như các loại
nước thải khác có đặc tính tương

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG

HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
1.1. Giới thiệu nước thải dệt nhuộm
Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm
Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các
công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. Trong đó lượng
nước thải chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn. Nhu cầu sử
dụng nước trong nhà máy dệt nhuộm rất lớn và thay đổi tùy theo mặt
hàng khác nhau.
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. Xét hai yếu tố là lượng nước thải và thành phần các
chất ô nhiễm trong nước thải thì ngành dệt nhuộm được đánh giá là ô
nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệz
Đặc tính của nước thải dệt nhuộm
Đặc tính của nước thải dệt nhuộm nói chung và nước thải dệt nhuộm
làng nghề Vạn Phúc, Dương Nội nói riêng đều chứa các loại hợp chất

tạo màu hữu cơ, do đó có các chỉ số pH, DO, BOD, COD… rất cao (xem
bảng 1.1), vượt quá tiêu chuẩn cho phép được thải ra môi trường sinh
thái (xem bảng 1.2).
Bảng 1.1: Đặc tính nước thải của một số cơ sở dệt nhuộm
BOD
Q
COD
SS
Tên nhà máy
pH
Độ
màu
(mg/l
SO42- PO43- KLN
3
(m /t)
(mg/l)
(mg/l)
)
Thành Công
6500 9.2 1160 280
651 98
298 0.25 0
Thắng Lợi
5000 5.6 1250 350
630 95
76 1.31 0.4
SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Phong Phú
Việt Thái
Gia Định

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

3600 7.5 510
180
480
4800 10.1 969
250
506
1300 7.2 260
130
230
Nguồn: công ty cổ phần

45
1.68 0
0
145
0.4 0
0
32

0
0
0
dệt may Thành Công

Bảng 1.2: Quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp dệt
may
Giới hạn theo QCVN 13: 2015
STT
1

Thông số
Độ màu

Đơn vị
Pt-Co

BTNMT
A
75

B
200

2
Độ pH
6-9
5,5-9
3 BOD5 (ở 200C)
mg/l

30
50
4
COD
mg/l
100
200
Như vậy, nước thải công nghiệp nói chung và nước thải ngành dệt
nhuộm nói riêng để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi trường sinh
thái cần tuân thủ nghiêm ngặt khâu xử lý các hóa chất gây ô nhiễm
môi trường có mặt trong nước thải sau khi sản xuất hoặc chế biến các
sản phẩm công nghiệp.
Các chất ô nhiễm chính trong 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 hoạt động bề mặt, 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. Trong đó,
thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm
azo - loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm tới
60 - 70 % thị phần.
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.

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu
cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn.
Các loại thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam
Thuốc nhuộm là các hợp chất mang màu dạng hữu cơ hoặc dạng
phức của các kim loại như Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay dạng
phức kim loại không còn sử dụng nhiều do nước thải sau khi nhuộm
chứa hàm lượng lớn các kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường nghiêm
trọng. Thuốc nhuộm dạng 6 hữu cơ mang màu hiện rất phổ biến trên
thị trường.
Tuỳ theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng mà người
ta chia thuốc nhuộm thành các nhóm khác nhau. Ở nước ta hiện nay,
thuốc nhuộm thương phẩm vẫn chưa được sản xuất, tất cả các loại
thuốc nhuộm đều phải nhập của các hãng sản xuất thuốc nhuộm trên
thế giới.
 Có hai cách để phân loại thuốc nhuộm:

- Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hoá học: thuốc nhuộm trong
cấu trúc hoá học có nhóm azo, nhóm antraquinon, nhóm nitro,…
- Phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng: ưu điểm của
phân loại này là thuận tiện cho việc tra cứu và sử dụng, người ta đã
xây dựng từ điển thuốc nhuộm. Từ điển thuốc nhuộm được sử dụng
rộng rãi trên thế giới, trong đó mỗi loại thuốc nhuộm có chung tính
chất kỹ thuật được xếp trong cùng lớp như: nhóm thuốc trực tiếp,

thuốc axit, thuốc hoạt tính… Trong mỗi lớp lại xếp theo thứ tự gam màu
lần lượt từ vàng da cam, đỏ, tím, xanh lam, xanh lục, nâu và đen. Sau
đây là một số nhóm thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam.
 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 tự bắt màu vào
một số vật liệu như: các tơ xenlulozơ, giấy… nhờ các lực hấp phụ trong

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

môi trường trung tính hoặc môi trường kiềm. Tuy nhiên, khi nhuộm màu
đậm thì thuốc nhuộm trực tiếp không còn hiệu suất bắt màu cao, hơn
nữa trong thành phần có chứa gốc azo (- N=N - ), đây là loại hợp chất
hợp chất hữu cơ độc hại nên hiện nay loại thuốc này không còn được
khuyến khích sử dụng nhiều. Mặc dù vậy, do thuốc nhuộm trực tiếp dễ
sử dụng và rẻ nên vẫn được đa số các cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề
truyền thống sử dụng để nhuộm các loại vải, sợi dễ bắt màu như tơ,
lụa, cotton...
 Thuốc nhuộm axit

Theo cấu tạo hoá học thuốc nhuộm axit đều thuộc nhóm azo, một số
là

dẫn

xuất

của

antraquinon,

triarylmetan,

xanten,

azin

và

quinophtalic, một số 7 có thể tạo phức với kim loại. Các thuốc nhuộm
loại này thường sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật tức là
các nhóm xơ sợi có tính bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit
trong môi trường axit.

 Thuốc nhuộm hoạt tính

Thuốc nhuộm hoạt tính là những hợp chất màu mà trong phân tử của
chúng có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện liên kết hoá trị với
vật liệu nói chung và xơ dệt nói riêng trong quá trình nhuộm.
Dạng công thức hoá học tổng quát của thuốc nhuộm hoạt tính là: S—

R—T—X
Trong đó:
S: là các nhóm -SO3Na, -COONa, -SO2CH3.
R: phần mang màu của phân tử thuốc nhuộm, quyết định màu
sắc, những gốc mang màu này thường là monoazo và diazo, gốc thuốc
nhuộm axit antraquinon, hoàn nguyên đa vòng…

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

T: nhóm nguyên tử phản ứng, làm nhiệm vụ liên kết giữa thuốc
nhuộm với xơ và có ảnh hưởng quyết định đến độ bền của liên kết này,
đóng vai trò quyết định tốc độ phản ứng nucleofin.
X: nhóm nguyên tử phản ứng, trong quá trình nhuộm nó sẽ tách
khỏi phân tử thuốc nhuộm, tạo điều kiện để thuốc nhuộm thực hiện
phản ứng hoá học với xơ.
Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao,
khoảng 30 %, có chứa gốc halogen hữu cơ (hợp chất AOX) nên làm
tăng tính độc khi thải ra môi trường. Hơn nữa hợp chất này có khả
năng tích luỹ sinh học, do đó gây nên tác động tiềm ẩn cho sức khoẻ
con người và động vật.
 Thuốc nhuộm bazơ

Thuốc nhuộm bazơ là những hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầu
hết chúng là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.
 Thuốc nhuộm hoàn nguyên

Được dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, vải, sợi bông, lụa visco. Thuốc
nhuộm hoàn nguyên phần lớn dựa trên hai họ màu indigoit và
antraquinon. Các thuốc nhuộm hoàn nguyên thường không tan trong
nước, kiềm nên 8 thường phải sử dụng các chất khử để chuyển về dạng
tan được (thường là dung dịch NaOH + Na 2S2O3 ở 50 - 60oC). ở dạng tan
được này, thuốc nhuộm hoàn nguyên khuyếch tán vào xơ.
 Thuốc nhuộm lưu huỳnh

Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất màu chứa nguyên tử lưu
huỳnh trong phân tử thuốc nhuộm ở các dạng -S-, -S-S-, -SO-, -Sn-.
Trong nhiều trường hợp, lưu huỳnh nằm trong các dị vòng như: tiazol,
tiazin, tiantren và vòng azin. Thuốc nhuộm nhóm này rất phức tạp, đến
nay vẫn chưa xác định được chính xác cấu tạo tổng quát của chúng.
 Thuốc nhuộm phân tán

Là những chất màu không tan trong nước, phân bố đều trong nước
dạng dung dịch huyền phù, thường được dùng nhuộm xơ kị nước như
SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

xơ axetat, polyamit, polyeste, polyacrilonitrin. Phân tử thuốc nhuộm có
cấu tạo từ gốc azo (- N=N -) và antraquinon có chứa nhóm amin tự do
hoặc đã bị thay thế (- NH 2, - NHR, NR2, - NH - CH2 - OH) nên thuốc
nhuộm dễ dàng phân tán vào nước. Mức độ gắn màu của thuốc nhuộm
phân tán đạt tỉ lệ cao (90 - 95 %) nên nước thải không chứa nhiều
thuốc nhuộm và mang tính axit.
 Thuốc nhuộm azo không tan

Thuốc nhuộm azo không tan còn có tên gọi khác như thuốc nhuộm
lạnh, thuốc nhuộm đá, thuốc nhuộm naptol, chúng là những hợp chất
có chứa nhóm azo trong phân tử nhưng không có mặt các nhóm có tính
tan như - SO3Na, -COONa nên không hoà tan trong nước.


Thuốc nhuộm pigment

Pigment là những hợp chất có màu, có đặc điểm chung là không tan
trong nước do phân tử không chứa các nhóm có tính tan (-SO 3H,
-COOH) hoặc các nhóm này bị chuyển về dạng muối bari, canxi không
tan trong nước.
Thuốc nhuộm này phải được gia công đặc biệt để khi hoà tan trong
nước nóng nó phân bố trong dung dịch như một thuốc nhuộm thực sự
và bắt màu lên xơ sợi theo lực hấp phụ vật lý.
1.2. Một số đặc điểm cấu trúc và tính chất của chất màu hữu
cơ (thuốc nhuộm).
Cấu trúc của phân tử chất màu hữu cơ
Trong các phân tử chất màu hữu cơ thường chứa các mạch nối tiếp

chủ yếu là các vòng thơm, dị vòng có cấu trúc :
-CH=CH-CH=CH-.....
+ Trong phân tử của chúng thường có các nguyên tử hay các
nhóm hút điện tử như: -NO 2, -NO, -COCH3.... hoặc nhường điện
tử dễ dàng như -OCH3, -NH2, -SH, -OH, -NHCH3, -N(CH3)2...
+ Các nguyên tử trong phân tử cùng nằm trong một mặt phẳng.

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

Một số tính chất của thuốc nhuộm
+ Tính có màu được gây ra do cấu tạo hóa học đặc trưng.
+ Khả năng liên kết với bề mặt trong của sợi do các lực hóa học
và vật lý.
Sự hòa tan trong nước
+ Tùy theo sự có mặt và bản chất của các nhóm phân cực trong
phân tử mà thuốc nhuộm có thể tan nhiều hay ít hoặc không
tan trong nước. Căn cứ vào độ tan trong nước, thuốc nhuộm
+

được chia thành các nhóm sau:
Nhóm hòa tan trong nước: Đó là các thuốc nhuộm trực tiếp,

axit, cation, hoạt tính, azo và điazo. Độ hòa tan đạt được trong
khi sử dụng từ 40 ÷ 100 g/l. các phân tử của nhóm này có các
ion phân cực có tính tan như: SO3Na, -COOH, -SO3Na, -N+H2-

HCl, -N+R3Cl...
+ Thuốc nhuộm tạo nên tính tan tạm thời : Ở giai đoạn sử dụng
như thuốc nhuộm lưu huỳnh... Độ tan tạm thời khi sử dụng vào
khoảng 50g/l và do các nhóm ion –ONa và SNa gây ra.
+ Nhóm thuốc nhuộm ít tan trong nước :
+ Độ tan vào khoảng 0.1 ÷ 30mg/l ở nhiệt độ 60 ÷ 900C): các
thuốc nhuộm phân tán..., độ hòa tan nhỏ do trong phân tử có
các nhóm trao đổi điện tử như -OH, - NH2, -SO2NH2, -NO2...
+ Nhóm không tan trong nước như các pigment... Các chất màu
này không nằm trong cấu trúc của sợi mà liên kết với sợi bằng
các liên kết giữa các phân tử và gắn đính với bề mặt bởi các
liên kết polymer đặc biệt.
1.3. Trạng thái phân tán của thuốc nhuộm trong nước
Trạng thái của thuốc nhuộm liên quan đến cấu trúc, bản chất
hóa học của chúng và chịu ảnh hưởng của bản chất dung môi,
pH môi trường và sự có mặt của các chất phụ gia...
Một số đặc điểm, tính chất của chất keo hữu cơ

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

Đặc điểm hình dạng và kích thước
Phân tử keo hữu cơ có thể tồn tại ởcác dạng hình cầu, hình que
hay hình xoắn với kích thước từ vài chục angtron đến hàng
nghìn angtron.
Độ nhớt của keo hữu cơ
Các phân tử có độ nhớt cao thường là các chất phân cực, chúng dễ
liên kết với nhau thông qua tương tác tĩnh ñiện của các lực tích điện
trái dấu. Độ nhớt còn phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, khối lượng
phân tử và nồng độ chất keo.
Các tính chất điện
Các chất điện ly bao gồm các dạng: mixen như xà phòng..., Đại
phân tử anion như pectin, polyacrylic axit..., đại phân tử cation như
polyvinyl pyridin bromua..., đại phân tử như protein... Dưới tác dụng
của điện trường, chúng thể hiện tính chất điện di, điện thẩm tích.

Cấu trúc hạt keo hữu cơ
Các hạt keo được chia thành hai nhóm lớn:
Các chất keo phân tử mà các hạt là những phân tử lớn liên kết với nhau
bằng các lực liên kết hoá học.
Mixen keo là những tập hợp của nhiều phân tử nhỏ, các phân tử này
liên kết với nhau bằng cả lực hoá trị và lực Van der Waals.
Mixen thường kém bền hơn các đại phân tử do nó có thể hoà tan, phân
rã thành những phân tử cơ sở trong dung môi thích hợp.
Tính chất keo của chất màu hữu cơ
Tuỳ thuộc bản chất, cấu tạo kích thước và khối lượng phân tử của chất màu hữu cơ
mà nó nằm ở trạng thái hoà tan hay phân tán trong dung dịch.
Kích thước phân tử của các chất màu hữu cơ rất khác nhau và phụ

thuộc vào nhiều thành phần hoá học.

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

1.4. Hiện trạng ô nhiễm nước thải dệt nhuộm ở nước ta
Trong những năm gần đây, mặc dù lĩnh vực bảo vệ môi trường đã và
đang được nhà nước đặc biệt quan tâm, song một số công ty, nhà máy
và hầu hết các làng nghề sản xuất dệt nhuộm thủ công vẫn xả thải
trực tiếp nguồn nước thải sau sản xuất chưa qua xử lý ra các con sông,
hồ, kênh, rạch… gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống và sức
khỏe của người dân. Tại một số làng nghề như Vạn Phúc, Dương Nội
(Hà Đông), nhu cầu oxy hoá học COD trong các công đoạn tẩy, nhuộm
đo được từ 380 - 890 mg/l, cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 3 - 8 lần; độ
màu đo được là 750 Pt-Co, cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần.
Nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hoá chất độc hại
gây ô nhiễm cho các con sông, ao hồ, tiêu diệt các loài thuỷ sinh, gây
tác động xấu tới sản xuất, sinh hoạt của con người
Các vấn đề về sự ô nhiễm môi trường dưới sự tác động của ngành
công nghiệp tẩy nhuộm đã gia tăng trong nhiều năm qua. Các quá
trình tẩy nhuộm có tỷ lệ mất mát chất tẩy nhuộm lên đến 50 %.
Nguyên nhân của việc mất mát chất tẩy, nhuộm là do các chất này

không bám dính hết vào sợi vải, số phẩm 14 nhuộm này sẽ đi theo
đường nước thải ra ngoài. Việc thu hồi các chất thất thoát chỉ đạt
khoảng 75%. Vì vậy việc xử lý nước thải dệt nhuộm là vấn đề cần được
quan tâm nghiên cứu.
Bên cạnh những lợi ích của chất tạo màu họ azo trong công nghiệp
nhuộm, thì tác hại của nó không nhỏ khi mà các chất này được thải ra
môi trường. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra tính độc hại
và nguy hiểm của hợp chất họ azo đối với môi trường và con người, đặc
biệt là loại thuốc nhuộm này có thể gây ung thư cho người sử dụng sản
phẩm. Ngoài ra, nước thải có màu sắc đậm làm mất thẩm mỹ và gây
cản trở việc tiếp nhận ánh sáng của các sinh vật thủy sinh.

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI
2.1

Khái niệm keo tụ điện hóa
Keo tụ điện hóa là một phương pháp điện hóa trong xử lý nước

thải, trong đó dưới tác dụng của dòng điện các điện cực dương (thường
sử dụng là nhôm hoặc sắt) sẽ bị ăn mòn và phóng ra các chất có khả
năng keo tụ (cation Al3+ và Fe3+) vào trong môi trường nước thải, kèm
theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt khí ở cực âm
(Hold, Barton và Mitchell, 2004). Là phương pháp giao thoa của 3 quá
trình: điện hóa học, tuyển nổi, keo tụ.
Keo nhôm, sắt được sử dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý nước
và nước thải. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào tính chất, độ bền
của các chất keo trong dung dịch và cơ chế keo tụ. Sự keo tụ của các
huyền phù bằng các phức hydro và hydroxit.
Keo tụ điện hóa là phương pháp hữu hiệu nhất do tạo được Ppy
trực tiếp trên bề mặt vật liệu làm điện cực với độ dẫn điện cao, sạch và
có khả năng điều khiển các tính chất cũng như độ dày của màng bằng
các thông số điện hóa. Quá trình polyme hóa pyrol là dạng điển hình
nhất cho các polyme dị vòng. Cơ chế tổng hợp Ppy bằng phương pháp
điện hóa gồm bốn giai đoạn:
-

Giai đoạn 1: Sự oxy hóa monome, hình thành một cation gốc.
Giai đoạn 2: Cation gốc cặp đôi với một gốc khác tạo ra một

-

đication.
Giai đoạn 3: Đication này trải qua phản ứng đề proton hóa tạo ra

-

một đime trung hòa.
Giai đoạn 4: Đime trung hòa này bị oxy hóa tạo thành một cation

gốc. Sau đó, đime này cặp đôi với các cation gốc khác dẫn đến sự
phát triển mạch. Khi đạt đến một độ dài nhất định, mạch polyme
này trở nên không tan và lắng đọng trên bề mặt điện cực tạo
thành lớp phủ.

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

Quá trình điện hóa cho phép loại bỏ hoặc giảm thiểu các hợp chất
ô nhiễm bằng cách oxy hóa trực tiếp các chất ô nhiễm trên điện cực
nhờ dòng điện hoặc tạo ra các tác nhân oxy hoá trong môi trường có
khả năng oxy hóa các hợp chất hữu cơ độc hại.
2.2
-

Đặc tính chung của keo tụ điện hóa

Hạt keo gồm ba phần:
+ Nhân hạt keo: là tập hợp nhiều phân tử rắn liên kết với nhau,
được bao bọc bởi một lớp vỏ ion. Sự hấp phụ một loại ion nào đó

-

trong dung dịch tạo nên lớp vỏ ion này.
+ Lớp điện tích kép: hình thành bởi các ion trái dấu với lớp vỏ ion.
+ Lớp ion khuếch tán hình thành ở phần ngoài của lớp điện tích kép
Đặc điểm:
+ Dòng điện một chiều.
+ Các điện cực dương là kim loại hoà tan có khả năng tạo chất keo
tụ.
+ Tùy vào pH và đặc tính của nước thải ở từng trường hợp cụ thể
mà chọn kim loại làm điện cực dương.
+ Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu
suất vận hành của bể có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau.
+ Hệ thống điện cực được đặt ngập trong nước thải, để đảm bảo
khả năng tiếp xúc giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm là tốt
nhất.
+ Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước
thải đầu vào liên tục hoặc hoạt động trong điều kiện nước thải
chỉ được nạp một lần (theo mẻ).
+ Sự xáo trộn thích hợp, bọt khí, cánh khuấy điều chỉnh vận tốc.
+ Phản ứng tạo chất keo tụ cần alkalinity, oxy thích hợp
2.3

Sự hình thành keo trong quá trình hoà tan kim loại tại
anode
Quá trình hình thành các hạt keo trong bể keo tụ điện hóa đối với

kim loại tan trên anode được thể hiện:
Tại anode:
M → Mn+ + ne
SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG

HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

2H2O + 2e- → 2H+ + O2 + 4e+
Tại Canode:
Mn+ + ne- → M
2H2O + 2e- → 2OH- + H2
Trong quá trình điện phân, pH của lớp dung dịch sát anode giảm
dần do tạo ra keo Mn+ và thoát O2 nên các Hydroxyt tích điện dương có
độ phân tán rất cao.
Trong điện trường, H+ chuyển về cathode sẽ trung hòa các ion OH
chuyển từ cathode sang anode, giúp cho quá trình thủy phân hình
thành các hydroxyt dễ dàng.
Ví dụ trên điện cực Fe:
Tại anode:
Fe → Fe2+ + 2e2H2O → 4H+ + O2 + 4eTại catode:
2H+ + 2e- → H
2Fe2+ + 2e- → Fe
Phản ứng hóa học:
Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3
2.4
-

Đông tụ điện hóa (Electro-coagulation – EC)

Cơ chế:
EC là một phương pháp sử dụng điện cực anode hòa tan nhôm
hoặc sắt để tạo ra các tác nhân keo tụ. Chúng sẽ keo tụ các tạp chất
trong dòng thải. Trong bình điện phân, nước thải đóng vai trò là chất
điện phân. Anode và Cathode bằng nhôm hoặc sắt. Khi có dòng điện
một chiều đi qua dịch điện phân, anode nhôm có quá trình hòa tan:
Hòa tan nhôm:

Al – 3e → Al3+

Đồng thời quá trình thoát oxy
SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

Ở pH < 7,0:

2H2O – 4e → O2 + 4H+

Ở pH >7,0:

4OH- - 4e → O2 + 2H2O

Ở cathode:
Ở pH <7,0:

2H+ + 2e → H2

Ở pH >7,0:

H2O + 2e → H2 + 2H2O

Ion Al3+ vừa mới hình thành trên lớp dung dịch sát anode nhôm,
chúng tham gia các phản ứng thủy phân. Các sản phẩm thủy phân sẽ
là Al(OH)2+, Al(OH)2+ và cuối cùng là Al(OH)3. Tùy theo giá trị pH mà
thành phần các sản phẩm thủy phân này sẽ khác nhau.
Do quá trình keo tụ xảy ra đồng thời với quá trình thoát khí nên
dung dịch được khuấy trộn. Các khí H 2, O2 sẽ có tác dụng tuyển nổi các
hạt keo sau khi trung hòa điện (hấp thụ các tạp chất)
-

Khả năng của phương pháp:
Ứng dụng của phương pháp EC rất đa dạng, có thể áp dụng cho
nhiều loại nước thải, có thành phần thay đổi lớn. Bằng những nghiêm
cứu, các nước tiên tiến trên thế giới đã áp dụng phương pháp này một
cách có hiệu quả. Các lĩnh vực có thể áp dụng phương pháp này như:
làm sạch nước ngầm, xử lý nước thải giặt, xử lý nước cấp, xử lý nước
thải sinh hoạt, tách các đồng vị phóng xạ….
2.5

-

Tuyển nổi điện hóa (Electronflotation – EF)

Bản chất của phương pháp:
EF là một quá trình tách các hạt phân tán trong nước thải bằng
các bóng khí. Bóng khí H2, O2 tạo ra do quá trình điện phân nước.
Các điện cực được bố trí ở đáy thùng điên phân. Khi dòng điện
một chiều đi qua dịch điện phân, khí O2 thoát ra ở anode và H2 thoát ra
ở cathode. Khi các bóng khí thoát ra, dính bám vào các hạt lơ lửng
trong nước thải, và kéo các hạt này nổi lên mặt nước. Tạp chất dính

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

bám trong đám bọt nổi lên bề mặt gọi là bùn tuyển nổi (flotosludge).
Thiết bị tách bọt sẽ gạt lớp bùn này khỏi bề điện phân.
-

Thuận lợi của phương pháp tuyển nổi điện hóa:
Vì các bóng khí tạo ra từ điện phân nước do vậy không cần vận
chuyển, vận hành các thiết bị tạo khí như máy nén, bình chứa khí. Khí

thoát ra ngoài không gây ô nhiễm.
Điều khiển, khống chế quá trình dễ dàng. Khí thoát ra nhiều hay
ít phụ thuộc vào dòng điện vào thùng xử lý.
Thiết bị xử lý đơn giản, dễ chế tạo.
2.6

-

Oxi hóa các chất hữu cơ trong nước thải

Bản chất:
Nước thải nói chung ngoài chứa các chất vô cư như acid, bazo,
kim loại nặng… còn có mặt nhiều chất hữu cơ khác. Chúng cần phải xử
lý khi thải ra môi trường.
Xử lý sinh học là phương pháp thông dụng để xử lý các tạp chất
hữu cơ. Song với các chất hữu cơ gây độc hại với vi sinh vật thì phương
pháp sinh học không còn mấy hiệu quả.
Bản chất của phương pháp oxi hóa điện hóa là trên anode sẽ xảy
ra quá trình oxi hóa điện hóa, các tạp chất hữu cơ sẽ bị oxi hóa chuyển
thành các chất hữu cơ khác hay đến chất vô cơ như CO 2 và H2O (oxi
hóa hoàn toàn).

-

Oxy hóa điện hóa trực tiếp tại anode tạo gốc hydroxyl:
Phương pháp này cho phép oxy hóa nước tạo gốc hydroxyl hấp
thụ trên bề mặt anode có quá thế oxy cao:
H2O → •OH ads + H+ + e-

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG

HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

Gốc hydroxyl tạo ra có khả năng oxy hóa nhiều hợp chất hữu cơ
trong dung dịch. Việc lựa chọn vật liệu điện cực anôt vô cùng quan
trọng, quyết định khả năng ứng dụng của phương pháp này.
Khoảng 20 năm trở lại đây, rất nhiều công trình khoa học tập
trung nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp ô nhiễm bởi các hợp chất
hữu cơ, các vật liệu điện cực hiệu quả nhất đều có thế oxy cao.
Trong số các vật liệu nghiên cứu này, các oxit kim loại như oxit
thiếc, oxit chì, dioxit chì pha tạp và platin là các vật liệu điện cực có
nhiều triển vọng. Một vật liệu mới, kim cương pha tạp Bo (BDD - Boron
doped diamond) cho quá thế oxy cao nhất từ trước đến nay đã được
nghiên cứu áp dụng.
Hiện nay, điện cực anode BDD được cho là vật liệu tối ưu cho
phép hình thành gốc hydroxyl, mở ra hướng ứng dụng điện cực anôt
tạo chất oxy hóa mạnh cho phép khoáng hóa hoàn toàn các hợp chất
hữu cơ.
2.7
-

Tài liệu nước ngoài
Theo Mr. Kobya, S.Delipinar (2008). Trong các thí nghiệm trong

phòng thí nghiệm quy mô, xử lý nước thải sản xuất nấm men
bánh mì đã được khảo sát bởi đốt điện (EC) sử dụng một lò phản
ứng hàng loạt. Ảnh hưởng của các yếu tố như pH, vật liệu điện
(Fe và Al), mật độ hiện tại, và thời gian hoạt động được khảo sát
về hiệu quả loại bỏ nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng carbon hữu
cơ (TOC), độ đục, và chi phí vận hành, tương ứng. Các hiệu quả
loại bỏ tối đa COD, TOC và độ đục trong điều kiện hoạt động tối
ưu, tức là, pH 6,5 cho điện cực Al và pH 7 cho điện cực Fe, với
mật độ 70 A/m2 và thời gian 50 phút thì hiệu quả xử lý 71, 53 và
90% cho điện cực Al và 69, 52 và 56% cho điện cực Fe. Hiệu quả
loại bỏ các chất bẩn của điện cực Al cao hơn 4,4 lần điện cực Fe
do có màu sắc của sắt hoà tan.

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

-

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

Theo nghiên cứu của Erthan Gengec (2011). HIện nay, quá trình
keo tụ điện hóa được dùng để khử màu, COD, TOC từ nước thải
sản xuất men bánh mì sử dụng điện cực nhôm. Có 3 yếu tố chính
ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý màu, COD, TOC là pH, thời gian,

mật độ dòng điện. Hiệu suất xử lý độ màu và COD, TOC của
phương pháp kỵ tụ khí – hiếu khí – keo tụ điện hóa (AAE) với mật
độ dòng điện 80A/m2, pH=4,0, thời gian 30 phút và phương pháp
kỵ khí – keo tụ điện hóa (AE) với mật độ dòng điện 12,5A/m 2,
pH=5,0, thời gian 30 phút lần lượt là 88%, 48%, 49% và 86%,
49%, 43%.

2.8

Tài liệu trong nước
Theo nghiên cứu của Đinh Tuấn “ Nghiên cứu xử lý nước thải

dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ - tuyển nổi điện hóa với Anode
hòa tan nhôm, sắt” (2011) cho thấy:
-

Dung dịch muối điện ly NaCl cải thiện rõ rệt hiệu quả của quá
trình: hiệu suất hòa tan tốt, lượng keo nhôm mới sinh tạo ra trong
một thời gian nhiều, kích thước nhỏ mịn, tốc độ tương tác cao.
Khoảng nồng độ NaOH ≤ 1 g/l thích hợp cho xử lý nước thải dệt

-

nhuộm.
Khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng trong sự phân tán và
phân bố của chất keo tụ trong toàn khối dung dịch, duy trì cơ chế

-

keo tụ điện tích của quá trình keo tụ hệ màu.

Mật độ dòng điện 0,5 – 1 A/dm2.
pH khoảng 6,5 – 8,5.
Khoảng cách giữa 2 điện cực từ 1 -2 cm.

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Nội dung nghiên cứu
3.1.1 Sơ đồ nghiên cứu

Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhộm bằng keo tụ
điện hóa
- Nước thải dệt nhuộm được lấy từ công ty dệt may Thành Công
sau quá trình sản suất với thông số đầu vào được thể hiện ở bảng
3.6:
Bảng 3.1: Thông số các chỉ tiêu của nước thải đầu vào
Stt
Thông số
Giá trị
1
pH đầu vào

7.12
2

COD (mg/l)

3

độ màu (Pt Co)

320
1900

3.1.2. Mô hình nghiên cứu:
-

-

Thể tích mẫu là 1L
Khoảng cách điện cực: 2 – 6 cm
- Thời gian chạy 1 mẻ là 1 giờ với nhiệt độ bình thường hằng ngày
của phòng thí nghiệm
Hiệu điện thế: U = 5V ÷ 30V
Vật liệu nghiên cứu:
SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

24

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

-

-

GVHD: Th.S NGÔ THỊ THANH DIẼM

+ Điện cực bằng nhôm (Al), kích thước: 2cm × 12cm × 0.1cm
+ Điện cực bằng sắt (Fe), kích thước: 2cm × 12cm × 0.1cm.
Thiết bị nghiên cứu:
+ Thiết bị điện phân
+ Máy khuấy từ
+ Máy đo pH điện tử.
Các thí nghiệm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý:
+ Thí nghiệm 1: nghiên cứu khả năng điện phân của nước thải
đầu vào
+ Thí nghiệm 2: nghiên cứu sự ảnh hưởng của pH đến hiệu quả
xử lý
+ Thí nghiệm 3: nghiên cứu sự ảnh hưởng của khoảng cách giữa
hai điện cực đến hiệu quả xử lý
+ Thí nghiệm 4: nghiên cứu sự ảnh hưởng của hiệu điện thế

-

đến hiệu quả xử lý.
Bố trí mô hình thí nghiệm như sau:
Nguồn điện một chiều
30V- 5A
2- Thiết bị đo dòng điện

Biến trở
4- Điện cực anode làm
bằng nhôm hoặc sắt
5- Điện cực canode làm
bằng hợp kim nhôm
Dung dịch nước cần xử
lý
Bể xử lý
1-

3-

67-

Hình 3.2: Sơ đồ
bố trí mô hình thí
nghiệm

SVTH: NGÔ VĂN CƯỜNG
HUỲNH PHẠM DŨ
NGUYỄN TẤN THÀNH

25