La nghiên cứu sử dụng vật liệu keo tụ sinh học chế tạo từ hạt muồng hoàng yến (cassia fistulal ) để cải thiện chất lượng nước thải công nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƢỜNG & TNTN
-oOo-

ĐÀO MINH TRUNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU
KEO TỤ SINH HỌC CHẾ TẠO TỪ HẠT
MUỒNG HOÀNG YẾN (CASSIA FISTULA L.)
ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG
NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH: MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC
MÃ NGÀNH: 62440303

Cần Thơ, Năm 2018


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƢỜNG & TNTN
-oOo-

ĐÀO MINH TRUNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU
KEO TỤ SINH HỌC CHẾ TẠO TỪ HẠT
MUỒNG HOÀNG YẾN (CASSIA FISTULA L.)
ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG
NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH: MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC
MÃ NGÀNH: 62440303

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
PGs.Ts. NGUYỄN VÕ CHÂU NGÂN
PGs.Ts. NGÔ KIM ĐỊNH

Cần Thơ, Năm 2018




TÓM T T
ghi n ứ ải thiện hất lƣợng nƣớ thải ệt nh ộm và nƣớ thải xi ạ
ự t n h i l ại ật liệ
tụ
ng ồn gố inh họ gồ
i g
ật liệ
ly t h từ thự ật
i g
ải tiến ật liệ ết hợ giữ n n xit ắt từ
ới i g
hả năng thu hồi bằng n
h
tái ử ụng. á th
nghiệm đƣợ tiến hành trên mô hình Jartest và mô hình Pilot để hả át hả
năng loại bỏ
ủa nƣớ thải ệt nh ộ

l ại bỏ i n i l ại trong nƣớ
thải xi ạ, trong đ ố t nghiệ thứ ới ật liệ
tụ h họ P
l
đối hứng. ết ả nghi n ứ h thấy hiệ
ất l ại
ải thiện h ố
trong nƣớ thải nh ộ
ủ ật liệu iogum đạt đƣợ tƣ ng ứng l
ti
nh
áy ệt nh ộ
hiệ
ất l ại bỏ á i n i l ại i
n trên nƣớ thải giả đ nh
ủa iogum đạt đƣợ l n lƣợt là ,
,
,
, trên nƣớ thải nh
áy xi ạ l n lƣợt l
.
hiệ
ả l ại bỏ
i l ại n ng ao nhƣng iogum h thu hồi
á t nh hò t n
h n hủy ết ả nghi n ứ h thấy
ng y i g
h n hủy h ảng
,
trong nƣớ , o đ nghiên ứ ải tiến i g

ất
n t ọng h iệ
tái ử ụng ng ồn ật liệ inh họ n y.
ết ả th nghiệ
ới i g
ải tiến ng ho thấy hả năng ải thiện
hất lƣợng môi trƣ ng nƣớ thải ng nghiệ ệt nh ộ
xi ạ. iệ
ả
l ại bỏ màu,
tƣ ng ứng l n lƣợt l
ti
nh áy ệt nh ộ
t ng hi hiệ
ả ải thiện i l ại
n ng i
n tƣ ng ứng đạt đƣợ là ,
,
,
nƣớ
giả đ nh
nh áy xi ạ . T nh hả thi hi tái ử
ụng ật liệ i g
ải tiến h thấy
ết ả
l n th hồi thứ
thứ hiệ
ất l ại màu đạt đƣợ l n lƣợt l
,
đối ới

u nƣớ thải
ti
độ màu
Pt o
,
và ,
đối
ới
u nƣớ thải nh
áy ệt nh ộ
độ
Pt
. ới nƣớ thải
xi ạ hiệ
ả ải thiện i l ại
l n th hồi và đạt l n lƣợt
i
n .
ết ả nghi
ủ b ật liệ
ti
nh
áy
áy ệt nh ộm
nƣớ thải giả đ nh
nh ộ .

n ứ h thấy ật liệ i g
ải tiến h hiệ
ất l ại

nghi n ứ P
i g
i g
ải tiến tƣ ng ứng l
ti
ti
ệt nh ộ
nh
áy ệt nh ộ
nh
ua đ ho thấy i g
ải tiến đạt hiệ
ất l ại
ới
bằng ới P
nhƣng ao h n với nƣớ thải nh
áy ệt

i


ới nƣớ thải xi ạ i
n
ết ả nghi n ứ h thấy
i g
ải tiến h hiệ
ả
nhất i g
ải tiến
i

n
i g
i
n
P
i
n . ghi n ứu ng h ết ả
tƣ ng tự hi ử ụng b ật liệ n y ận h nh t n
h nh Pil t ết ả
i g
ải tiến đạt hiệ
ả tốt nhất
i
n .
á ết ả nghi n ứ h thấy ật liệ
ng ồn gố inh họ i g
i g
ải tiến đ t nh ải thiện hất lƣợng nƣớ tƣ ng tự nhƣ vật liệ
h họ P . n ạnh i g
hả năng tự h n hủy inh họ h ng g y
tồn ƣ h a hất trong môi trƣ ng tự nhi n i g
ải tiến
thể th hồi
tái ử ụng hi ử ụng ải thiện hất lƣợng nƣớ thải. ết ả nghi n ứ
ra hƣớng tiế ận ới hi ử ụng ật liệ
ng ồn gố inh họ để ải thiện
hất lƣợng môi trƣ ng nƣớ theo hƣớng th n thiện môi trƣ ng
hát t iển
b n ững trong tƣ ng lai
Từ k

nƣớ thải xi

hất
ạ

tụ h
ồng

họ hất
ng ến

ii

tụ inh họ nƣớ thải ệt nh ộ


T

T

St

i
ni
ing th
lity
t xtil n y ing
t
t
b

n t
bi
g l nt
i g
l nt xt t n i
i g
G
P ly
h i
n n
it
th t
n b
n
. Th
t t n Pil t x i nt
x in t
l t th
bility t
l in t xtil
t
t
n h y
t l in y ing
t
t
n P
g l nt nt l. Th
lt h
th t th

l
l
n i
nt
in i g
n
ti ly
ti
n
ti ly n th
l h y
t l
i
n in i g
ti i i l
t
t t t nt n
in
l ting
t
t . lth gh i g
h
high
i i n yt
l
n
t l it i i i lt t
t th
i l ti n n
iti n. Th

lt h
b t
i g
in
t
t
y . Th
t i
n i
ing i g
y
i
t nt in
ing thi bi l gi l
g l nt.
h
lt h
i
ing th
lity
i i n y t
l
ti
n
t l
i
n
t t nt n
i
i g

t th
hi
n
l
n
n y ing
t
t
y hi
n
n .
i i n y
l nt
i g
t

h
P

h
i g

th t i
n i

ti
t xtil l nt
n P
h th
t n

high th n
n y ing
ing h y

i g

lt

th t i
i g
i l
bl
in t i l t xtil
n
y ing
t
t . Th
n
i
n
ti ly
t xtil l nt n th
l h y
ti i i l
t
t
l ting l nt . Th bility t
n n th thi
y t
l

ti
t
t
ith
Pt
t xtil l nt
t
t
ith
Pt
l .
ing h y t l t th
n n th thi
n
i
n

t
t l
i

t

i
i

i g
h
l
i g

ti
n
t xtil l nt . t h
th t i
l
l
i i n y ith
t
t
t xtil l nt .
i g
h
n th n i g
n
iii

th b t
n P
i g

l
ti
t xtil

i i n y n
i
i


n

n . Th
i g

lt
h th b t
lt

thi

n P
i il in Pil t
i i n y

i
x

i

l ting

t

t

t

i l l
i it l

l nt

.

i

bi

in

hi h i

i

y in i t th t
i
i g
t i l h
th
ti
h i l P
. n
iti n
bi g
ti n ith t
ing h i l
i
hil i
i g
n b
t
t

lity. Th
lt
ight
n
b
t i l t i
t
lity in
nn in th
t .
h

nt

n
t i l
nt
t
i g
in th n
n
n
n
i n

l

l nt

ining i g

n
lity i
nt
l
bl
t l n i n nt
in i
ing
h in ing bi
ly n
t in bl

t xtil

t

t



MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................... 1
TÓM TẮT.......................................................................................................... i
ABSTRACT..................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................. v
MỤC LỤC ....................................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG........................................................................................ ix
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................ xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... xiv
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU............................................................................. 1

1.1. Đặt vấn đề ......................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................ 2
1.2.1. Mục tiêu tổng quát ................................................................................... 2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 3
1.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................ 3
1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu................................................... 4
1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu .............................................................................. 4
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 4
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn......................................................... 4
1.5.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 4
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn...................................................................................... 4
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU......................................................... 5
2.1. Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm và các phƣơng pháp xử lý .. 5
2.1.1. Thành phần ô nhiễm ................................................................................ 5
2.1.2. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm..................................... 6
2.1.3. Một số nghiên cứu xử lý nƣớc thải dệt nhuộm........................................ 9
2.2. Tổng quan về nƣớc thải xi mạ và các phƣơng pháp xử lý ......... 10
2.2.1. Thành phần ô nhiễm trong nƣớc thải xi mạ........................................... 11
2.2.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải xi mạ................................................ 12
2.2.3. Một số nghiên cứu xử lý nƣớc thải xi mạ.............................................. 14
2.3. Tổng quan về keo tụ....................................................................... 16
2.3.1. Bản chất của các hạt keo trong nƣớc ..................................................... 16
2.3.2. Cơ chế của quá trình keo tụ ................................................................... 17
2.3.3. Các phƣơng pháp keo tụ ........................................................................ 18
2.3.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình keo tụ và tạo bông cặn................. 19

vi


2.4. Vật liệu PAC trong cải thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp21

2.4.1. Đặc điểm ................................................................................................ 22
2.4.2. Một số kết quả nghiên cứu..................................................................... 22
2.5. Tổng quan về vật liệu keo tụ có nguồn gốc từ sinh học .............. 23
2.5.1. Phƣơng pháp chế tạo vật liệu sinh học Biogum .................................... 23
2.5.2. Phƣơng pháp chế tạo vật liệu nguồn gốc sinh học (Biogum cải tiến) ... 24
CHƢƠNG 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 30
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu và hóa chất keo tụ .................................... 30
3.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................ 30
3.1.2. Vật liệu nghiên cứu................................................................................ 30
3.2. Thiết bị nghiên cứu ........................................................................ 33
3.2.1. Thiết bị Jartest........................................................................................ 33
3.2.2. Thiết bị Pilot .......................................................................................... 34
3.3. Phƣơng pháp phân tích và thiết bị phân tích .............................. 34
3.4. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ......................................... 35
3.4.1. Phƣơng pháp chung ............................................................................... 35
3.4.2. Các thí nghiệm nghiên cứu .................................................................... 36
3.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ............................................................. 48
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................ 49
4.1. Kết quả nghiên cứu vật liệu .......................................................... 49
4.1.1. Thành phần cấu trúc vật liệu Biogum.................................................... 49
4.1.2. Đánh giá khả năng phân hủy của Biogum ............................................. 51
4.1.3. Xác định dƣ lƣợng nhôm (Al3+) còn lại trong nƣớc thải dệt nhuộm và xi
mạ khi sử dụng vật liệu keo tụ hóa học PAC .................................................. 52
4.1.4. Thành phần cấu trúc vật liệu Biogum cải tiến ....................................... 53
4.2. Xác định hiệu suất loại bỏ màu của các vật liệu trong nƣớc thải
dệt nhuộm ....................................................................................................... 56
4.2.1. Xác định pH tối ƣu của vật liệu ............................................................. 57
4.2.2. Kết quả xác định lƣợng tối ƣu của PAC ................................................ 62
4.2.3. Kết quả xác định lƣợng tối ƣu của Biogum........................................... 64
4.2.4. Kết quả xác định lƣợng Biogum cải tiến tối ƣu..................................... 65

4.2.5. Xác định hiệu quả xử lý của Biogum cải tiến ở các lần thu hồi ............ 68
4.2.6. Xác định hiệu suất cải thiện chất lƣợng nƣớc thải dệt nhuộm khi vận
hành trên thiết bị Pilot sử dụng vật liệu keo tụ ................................................ 70
4.3. Xác định hiệu quả xử lý của các vật liệu trên nƣớc thải xi mạ.. 80
4.3.1. Xác định pH tối ƣu................................................................................. 80
4.3.2. Kết quả xác định lƣợng PAC tối ƣu....................................................... 83
vii


4.3.3. Kết quả xác định lƣợng Biogum tối ƣu ................................................. 84
4.3.4. Kết quả xác định lƣợng Biogum cải tiến tối ƣu..................................... 86
4.3.5. Xác định hiệu quả xử lý của Biogum cải tiến thu hồi ........................... 88
4.3.6. Xác định hiệu quả cải thiện chất lƣợng nƣớc xi mạ khi ứng dụng vật liệu
nghiên cứu vận hành trên thiết bị Pilot ............................................................ 89
4.4. Thảo luận chung........................................................................... 101
4.5. Đề xuất quy trình cải thiện độ màu của nƣớc thải dệt nhuộm và
kim loại nặng của nƣớc thải xi mạ ứng dụng vật liệu Biogum cải tiến... 105
4.5.1. Quy trình cải thiện độ màu của nƣớc thải dệt nhuộm ứng dụng vật liệu
Biogum cải tiến .............................................................................................. 105
4.5.2. Quy trình cải thiện độ màu của nƣớc thải xi mạ ứng dụng Biogum cải
tiến.................................................................................................................. 107
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.................................................. 110
5.1. Kết luận ......................................................................................... 110
5.2. Đề xuất .......................................................................................... 111
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.................................. 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 113
PHỤ LỤC...................................................................................................... 124

viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Một số thành phần ô nhiễm trong nƣớc thải dệt nhuộm ................... 6
Bảng 2.2: Các chỉ số ô nhiễm kim loại nặng của nƣớc thải xi mạ .................. 11
Bảng 2.3: pH thích hợp cho hoạt động của các chất keo tụ............................. 21
Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật của mô hình Jartest...................................... 33
Bảng 3.2: Phƣơng pháp phân tích các thông số ô nhiễm nghiên cứu.............. 35
Bảng 3.3: Thiết bị phân tích dùng trong nghiên cứu ....................................... 35
Bảng 3.4: Lƣợng chất keo tụ trong thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của pH... 37
Bảng 3.5: Bố trí thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa nồng độ đầu vào
với lƣợng Biogum trên mẫu nƣớc Ni2+ ............................................................ 38
Bảng 3.6: Thí nghiệm xác định lƣợng Biogum tối ƣu trên mẫu nƣớc thải RR 39
Bảng 3.7: Lƣợng chất keo tụ dùng cho nƣớc thải RR theo các nồng độ
đầu vào ............................................................................................................. 40
Bảng 3.8: Bảng giá trị D, xác định tƣơng quan giữa nồng độ đầu vào và lƣợng
Biogum cải thiện độ màu của nƣớc thải RR .................................................... 41
Bảng 3.9: Bố trí thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa nồng độ đầu vào
với lƣợng Biogum trên mẫu nƣớc RR ............................................................. 41
Bảng 3.10: Lƣợng các chất keo tụ sử dụng trong thí nghiệm khảo sát ảnh
hƣởng của pH................................................................................................... 44
Bảng 3.11: Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của Ni2+ cho Biogum ......... 44
Bảng 3.12: Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng Biogum trên mẫu
nƣớc thải Ni2+................................................................................................... 44
Bảng 3.13: Lƣợng của các chất keo tụ theo từng loại nƣớc thải xi mạ ........... 46
Bảng 3.14: Bố trí thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa nồng độ đầu vào
với lƣợng Biogum trên mẫu nƣớc Ni2+ ............................................................ 47
Bảng 4.1: Kết quả tính toán lƣợng PAC sử dụng vận hành cải thiện độ màu
nƣớc thải RR .................................................................................................... 72
Bảng 4.2: Kết quả tính toán lƣợng Biogum theo lý thuyết sử dụng vận hành cải
thiện độ màu nƣớc thải RR .............................................................................. 73

Bảng 4.3: Kết quả tính toán lƣợng Biogum cải tiến sử dụng vận hành cải thiện
độ màu nƣớc thải RR ....................................................................................... 75
Bảng 4.4: Kết quả tính toán lƣợng PAC sử dụng vận hành cải thiện độ màu
nƣớc thải NMDN ............................................................................................. 77
Bảng 4.5: Kết quả tính toán lƣợng Biogum sử dụng vận hành cải thiện độ màu
nƣớc thải NMDN ........................................................................................... 778
Bảng 4.6: Kết quả tính toán lƣợng Biogum cải tiến sử dụng vận hành cải thiện
độ màu nƣớc thải NMDN ................................................................................ 79
Bảng 4.7: Kết quả xác định liều lƣợng Biogum vận hành cải thiện ion Ni2+ trên
thiết bị Pilot...................................................................................................... 91
ix


Bảng 4.8: Kết quả xác định liều lƣợng Biogum vận hành cải thiện ion Cu2+
trên thiết bị Pilot .............................................................................................. 92
Bảng 4.9: Kết quả xác định liều lƣợng Biogum vận hành cải thiện ion Zn2+
trên thiết bị Pilot .............................................................................................. 94
Bảng 4.10: Kết quả xác định liều lƣợng Biogum cải tiến vận hành cải thiện ion
Ni2+ trên thiết bị Pilot....................................................................................... 95
Bảng 4.11: Kết quả xác định liều lƣợng Biogum cải tiến vận hành cải thiện ion
Cu2+ trên thiết bị Pilot ...................................................................................... 97
Bảng 4.12: Kết quả xác định liều lƣợng Biogum cải tiến vận hành cải thiện ion
Zn2+ trên thiết bị Pilot ...................................................................................... 99
Bảng 4.13 : Kết quả xác định liều lƣợng Biogum vận hành cải thiện ion Ni2+,
Cu2+ và Zn2+ của nƣớc NMXM trên thiết bị Pilot.......................................... 100
Bảng 4.14: Kết quả xác định liều lƣợng Biogum cải tiến vận hành cải thiện ion
Ni2+ của NMXM trên thiết bị Pilot ................................................................ 101
Bảng 4.15: Tổng hợp kết quả xử lý độ màu .................................................. 102
Bảng 4.16: Kết quả xử lý kim loại nặng ........................................................ 102
Bảng 4.17: Bảng kết quả xác định H% của vật liệu Biogum cải tiến thu hồi và

tái sử dụng...................................................................................................... 103

x


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Hệ thống xử lý nƣớc thải dệt nhuộm sử dụng hiện nay..................... 9
Hình 2.2: Hệ thống xử lý nƣớc thải xi mạ hiện nay ........................................ 15
Hình 2.3: Quy trình ly trích Biogum hạt Muồng Hoàng Yến ......................... 24
Hình 2.4: Quy trình tổng hợp hạt nano từ tính ................................................ 27
Hình 2.5: Quy trình làm giàu -OH trên hạt nano từ tính ................................. 28
Hình 2.6: Quy trình tổng hợp Biogum cải tiến................................................ 29
Hình 3.1: Hoa của cây Muồng Hoàng Yến...................................................... 31
Hình 3.2: Hạt của cây Muồng Hoàng Yến ...................................................... 31
Hình 3.3: Cấu tạo mô hình Jartest ................................................................... 33
Hình 3.4: Thiết bị Pilot keo tụ tạo bông .......................................................... 34
Hình 3.5: Thí nghiệm với nƣớc thải dệt nhuộm trên thiết bị Jartest và Pilot .. 37
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của Biogum, Biogum cải
tiến và PAC ...................................................................................................... 38
Hình 3.7: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lƣợng tối ƣu của Biogum, Biogum
cải tiến và PAC ................................................................................................ 39
Hình 3.8: Sơ đồ thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa lƣợng chất keo tụ
với nồng độ đầu vào......................................................................................... 40
Hình 3.9: Bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả thu hồi của Biogum cải tiến ... 42
Hình 3.10: Thí nghiệm vận hành nƣớc thải xi mạ trên thiết bị Jartest và Pilot42
Hình 3.11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của Biogum, Biogum
cải tiến và PAC ................................................................................................ 43
Hình 3.12: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lƣợng tối ƣu của Biogum, Biogum
cải tiến và PAC ................................................................................................ 45
Hình 3.13: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa lƣợng chất

keo tụ với nồng độ đầu vào.............................................................................. 46
Hình 3.14: Bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả thu hồi của Biogum cải tiến . 47
Hình 4.1: Kết quả FT-IR của Biogum ............................................................. 49
Hình 4.2: Phổ 13C-NMR của Biogum hạt Cassia nodosa (Kapoor, 2000)...... 50
Hình 4.3: Phổ 13C-NMR của Biogum hạt Muồng Hoàng Yến ........................ 50
Hình 4.4: Ảnh SEM của Biogum ly trích từ hạt Muồng Hoàng Yến .............. 51
Hình 4.5: Hiệu suất giảm khối lƣợng của Biogum theo thời gian................. 511
Hình 4.6: Dƣ lƣợng Al3+ còn lại trong nƣớc thải dệt nhuộm và xi mạ khi sử
dụng vật liệu keo tụ hóa học PAC ................................................................... 52
Hình 4.7: Giản đồ phổ FT-IR của (a) hạt nano; (b) Biogum sinh học trích ly từ
hạt MHY; (c) vật liệu Biogum cải tiến CoFe2O4 - Biogum............................. 53
Hình 4.8: Đƣờng cong từ trễ của hạt CoFe2O4 và vật liệu Biogum cải tiến
(Biogum-CoFe2O4) .......................................................................................... 54
Hình 4.9: Giản đồ phân tích nhiệt của vật liệu Biogum cải tiến...................... 55
Hình 4.10: Kết quả chụp ảnh SEM của Biogum cải tiến............................... 555
Hình 4.11: Hình Biogum cải tiến bị hút bởi từ tính nam châm ....................... 56
xi


Hình 4.12. Hình (a) PAC và (b) Biogum không bị hút bởi từ nam châm ....... 56
Hình 4.13: Xác định pH tối ƣu của PAC trên nƣớc thải RR ........................... 57
Hình 4.14: Xác định pH tối ƣu của PAC trên nƣớc thải NMDN .................... 57
Hình 4.15: Xác định pH tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải RR ...................... 58
Hình 4.16: Xác định pH tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải NMDN ............... 59
Hình 4.17: Xác định pH tối ƣu của Biogum cải tiến trên nƣớc thải RR ......... 61
Hình 4.18: Xác định pH tối ƣu của Biogum cải tiến trên nƣớc thải NMDN... 62
Hình 4.19: Xác định liều lƣợng tối ƣu của PAC trên nƣớc thải RR................ 63
Hình 4.20: Xác định liều lƣợng tối ƣu của PAC trên nƣớc thải NMDN......... 63
Hình 4.21: Xác định liều lƣợng tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải RR........... 64
Hình 4.22: Xác định liều lƣợng tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải NMDN.... 64

Hình 4.23: Khảo sát sơ bộ của Biogum cải tiến với nƣớc thải RR.................. 65
Hình 4.24: Khảo sát sơ bộ của Biogum cải tiến với nƣớc thải NMDN........... 66
Hình 4.25: Xác định liều lƣợng tối ƣu của Biogum cải tiến trên nƣớc thải RR66
Hình 4.26: Xác định liều lƣợng tối ƣu của Biogum cải tiến trên NMDN ....... 67
Hình 4.27: Nghiên cứu hiệu quả xử lý màu giữa các vật liệu trên nƣớc thải RR67
Hình 4.28: Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD giữa các vật liệu trên nƣớc thải
NMDN ............................................................................................................. 68
Hình 4.29: Hiệu suất loại màu của Biogum cải tiến sau các lần thu hồi trên
nƣớc thải RR .................................................................................................... 69
Hình 4.30: Hiệu suất loại màu và COD của Biogum cải tiến sau các lần thu hồi
trên nƣớc thải NMDN ...................................................................................... 69
Hình 4.31: Mối tƣơng quan giữa độ màu nƣớc thải RR với hàm lƣợng PAC. 70
Hình 4.32: Mối tƣơng quan giữa hiệu suất loại màu nƣớc thải RR với hàm
lƣợng PAC ....................................................................................................... 71
Hình 4.33: Mối tƣơng quan giữa độ màu nƣớc thải RR với hàm lƣợng Biogum72
Hình 4.34: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại màu mẫu nƣớc thải RR (1051
Pt-Co) với hàm lƣợng Biogum ........................................................................ 73
Hình 4.35: Mối tƣơng quan giữa độ màu nƣớc thải RR với hàm lƣợng Biogum
cải tiến.............................................................................................................. 74
Hình 4.36: Mối tƣơng quan giữa hiệu suất loại màu nƣớc thải RR (1052 PtCo) với hàm lƣợng Biogum cải tiến .............................................................. 754
Hình 4.37: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại màu nƣớc thải NMDN với hàm
lƣợng Biogum .................................................................................................. 76
Hình 4.38: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại màu nƣớc thải NMDN với hàm
lƣợng Biogum .................................................................................................. 78
Hình 4.39: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại màu nƣớc thải NMDN với hàm
lƣợng Biogum cải tiến ..................................................................................... 79
Hình 4.40: Xác định pH tối ƣu của PAC trên nƣớc thải xi mạ giả định.......... 80
Hình 4.41: Xác định pH tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải xi mạ giả định .... 81

xii

Hình 4.42: Xác định pH tối ƣu của Biogum cải tiến trên nƣớc thải xi mạ
giả định ............................................................................................................ 82
Hình 4.43: Xác định liều lƣợng PAC tối ƣu trên nƣớc thải xi mạ giả định..... 83
Hình 4.44: Xác định liều lƣợng tối ƣu PAC trên nƣớc thải NMXM............... 83
Hình 4.45: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum trên nƣớc thải xi mạ giả định 84
Hình 4.46: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum trên nƣớc thải xi mạ nhà máy85
Hình 4.47: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum cải tiến trên nƣớc thải xi mạ
giả định ............................................................................................................ 86
Hình 4.48: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum cải tiến trên nƣớc thải ........... 86
Hình 4.49: Xác định hiệu suất cải thiện của các vật liệu nghiên cứu trên nƣớc
thải xi mạ giả định ........................................................................................... 87
Hình 4.50: Xác định hiệu suất cải thiện của các vật liệu nghiên cứu trên nƣớc
thải NMXM...................................................................................................... 87
Hình 4.51: Hiệu suất loại bỏ kim loại của Biogum cải tiến ở các lần thu hồi . 89
Hình 4.52: Mối tƣơng quan giữa nồng độ nƣớc thải Ni2+ với hàm lƣợng
Biogum............................................................................................................. 90
Hình 4.53: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại bỏ Ni2+ với hàm lƣợng Biogum90
Hình 4.54: Mối tƣơng quan giữa nồng độ nƣớc thải Cu2+ với hàm lƣợng
Biogum............................................................................................................. 92
Hình 4.55: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại bỏ Cu2+ với hàm lƣợng
Biogum............................................................................................................. 92
Hình 4.56: Mối tƣơng quan giữa nồng độ nƣớc thải Zn2+ với lƣợng Biogum 93
Hình 4.57: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại bỏ Zn2+ với hàm lƣợng
Biogum............................................................................................................. 93
Hình 4.58: Mối tƣơng quan giữa nồng độ nƣớc thải Ni2+ với hàm lƣợng
Biogum cải tiến ................................................................................................ 95
Hình 4.59: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại bỏ Ni2+ với hàm lƣợng Biogum
cải tiến.............................................................................................................. 95

Hình 4.60: Mối tƣơng quan giữa nồng độ nƣớc thải Cu2+ với hàm lƣợng
Biogum cải tiến ................................................................................................ 96
Hình 4.61: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại bỏ Cu2+ với hàm lƣợng Biogum
cải tiến.............................................................................................................. 97
Hình 4.62: Mối tƣơng quan giữa nồng độ nƣớc thải Zn2+ với hàm lƣợng
Biogum cải tiến ................................................................................................ 98
Hình 4.63: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại bỏ Zn2+ với hàm lƣợng Biogum
cải tiến.............................................................................................................. 98
Hình 4.64: Quy trình xử lý chất thải công nghiệp dệt nhuộm bằng chất keo tụ
sinh học cải tiến ............................................................................................. 106
Hình 4.65: Quy trình xử lý chất thải công nghiệp xi mạ bằng chất keo tụ sinh
học cải tiến ..................................................................................................... 108

xiii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Biogum

Tên tiếng Anh

Biogum cải
tiến
BTNMT
CMC
COD
EC
Emu
FT-IR

HDPE
IDC
KPH
MAPE

MB
MF
MHY
NF
NMDN
NMXM
Oe
PAC
QCVN
RB
RR
SDS
SEM
TGA
UV
VLHP
VSM
XRD

Carboxymethyl cellulose
Chemical Oxygen Demand
Electrical Conductivity
Electromagnetic unit
Fourier Transform Infrared
High-density Polyethylene

Initial Dye Concentration

Tên tiếng Việt
Gum sinh học Muồng Hoàng
Yến ly trích từ hạt MHY
Vật liệu kết hợp giữa Gum sinh
học ly trích từ hạt MHY và nano
oxit sắt từ
Bộ Tài nguyên Môi trƣờng
Nhu cầu oxy hóa học
Độ dẫn điện
Đơn vị điện từ
Quang phổ chuyển đổi hồng
ngoại
Nhựa Polyethylene mật độ cao
Nồng độ màu đầu vào
Không phát hiện

Mean Absolute Percentage
Error

Độ lệch phần trăm trị tuyệt đối

Methylene Blue
Micro Filtration

Xanh methylene
Vi lọc
Muồng Hoàng Yến
Màng lọc nano

Nƣớc thải nhà máy dệt nhuộm
Nƣớc thải nhà máy xi mạ
Đơn vị cƣờng độ từ trƣờng
Phèn nhôm
Quy chuẩn Việt Nam

Nanofiltration

Oersted
Poly Aluminium chloride
Reactive Blue
Reactive Red
Sodium Dodecyl Sulfate
Scanning Electron microscope
Thermogravimetry Analysis
Ultraviolet
Vibrating Sample
Magnetometer
X-ray Diffraction

trung bình

Kính hiển vi quét điện tử
Phân tích nhiệt trọng lƣợng
Tia cực tím
Vật liệu hấp phụ
Từ kế mẫu rung
Nhiễu xạ tia X

xiv

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây với sự phát triển của thế giới về mọi mặt,
trong đó các ngành công nghiệp đã có những bƣớc phát triển mạnh mẽ, tạo ra
nhiều sản phẩm đa dạng có chất lƣợng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng
của thị trƣờng và con ngƣời. Bên cạnh những thành tựu to lớn đó, con ngƣời
đang dần hủy hoại môi trƣờng sống của mình do nguồn chất thải phát sinh từ
các công đoạn sản xuất không đƣợc xử lý hoặc xử lý không triệt để.
Sử dụng hóa chất có nguồn gốc hóa học trong quá trình vận hành để cải
thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp, xi mạ, dệt nhuộm, thủy sản… đƣợc
ứng dụng khá rộng rãi. Tuy nhiên trong quá trình xử lý dƣ lƣợng của chúng
gây ô nhiễm trực tiếp hoặc gián tiếp qua chất ô nhiễm thứ cấp đến môi trƣờng
tiếp nhận (Vijayaraghavan, 2011). Ngoài ra ô nhiễm thứ cấp còn làm thay đổi
tính chất vật lý, hóa học, sinh học của hệ sinh thái của nƣớc theo chiều hƣớng
xấu đi và đây là thực trạng cấp thiết cần có giải pháp thay đổi vật liệu trong
quá trình vận hành để cải thiện chất lƣợng môi trƣờng tiếp nhận (Nguyễn Thị
Phƣơng Loan, 2011).
Hiện nay, đã có một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về việc ứng dụng
các loại chất có nguồn gốc tự nhiên trong đó có các gum sinh học trong xử lý
nƣớc thải để loại bỏ màu và cải thiện chỉ số COD trong nƣớc thải một số
ngành công nghiệp dệt nhuộm, xi mạ (Sapanda M., 2012; Hanif, 2008). Theo
Đoàn Thị Thúy Ái (2013), Nguyễn Văn Cƣờng và Huỳnh Thị Kim Ngọc
(2014); Carlos L. et al. (2013) có thể ứng dụng vật liệu nano trong xử lý nƣớc
thải ngành công nghiệp dệt nhuộm và xi mạ. Kết quả nghiên cứu cho thấy gum
sinh học và hạt nano từ tính có tiềm năng ứng dụng trong xử lý nƣớc. Mặt
khác, bản chất keo tụ của các gum sinh học là hình thành các liên kết và tƣơng
tác hóa học với các chất ô nhiễm, do đó quá trình thu hồi gum sinh học khá tốn
kém, cần sử dụng tác nhân để cắt đứt các liên kết hóa học và tái tạo lại gum

dƣới dạng tủa. Vì vậy việc thu hồi gum sinh học không khả thi và tốn kém.
Qua đó việc thu hồi các hạt nano từ tính rất đơn giản, dƣới tác dụng của lực
các chất ô nhiễm trong lỗ trống của hạt nano sẽ bị đẩy ra ngoài và hạt nano
đƣợc thu lại bằng nam châm một cách dễ dàng. Tuy nhiên hiệu quả xử lý nƣớc
thải của các hạt nano bị hạn chế do thiếu các nhóm chức hoạt động trên bề mặt
hạt nano, do đó việc gắn gum sinh học lên bề mặt hạt nano nhằm tạo ra vật
liệu nano sinh học mới vừa tăng khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nƣớc
vừa giữ đƣợc đặc tính thu hồi và tái sử dụng của hạt nano từ tính.
Cây Muồng Hoàng Yến đƣợc trồng làm cây đô thị, trái và hạt thƣờng
1


thải bỏ, do đó việc tận dụng hạt để làm vật liệu xử lý nƣớc rất thuận lợi, vừa
có chi phí thấp, đồng thời góp phần giải quyết vấn đề xử lý chất thải rắn đô
thị. PAC là hóa chất sử dụng thông dụng nhất trong các hệ thống xử lý nƣớc
thải công nghiệp, do tính chất ít làm thay đổi pH, khả năng keo tụ nhiều đối
tƣợng ô nhiễm, đặt biệt là tính phổ biến vì dễ tìm, dễ mua và có giá thành thấp.
Các nghiên cứu trƣớc đây đã xác định thành phần có hoạt tính keo tụ
trong gum hạt thuộc chi Cassia là các galactomannan, một loại polysaccharide
trung tính tan tốt trong nƣớc và là tác nhân hiệu quả trong việc loại bỏ các chất
lơ lửng, chất màu ra khỏi nƣớc bị ô nhiễm. Theo kết quả nghiên cứu của Trần
Văn Nhân (2002) cho thấy nƣớc thải xi mạ chứa các muối vô cơ và hàm lƣợng
kim loại nặng cao, tùy theo lớp mạ mà nguồn gây ô nhiễm có thể là đồng, kẽm
hay các kim loại nặng khác. Theo nghiên cứu của Mukesh Parmar & Lokendra
Singh Thakur (2013), công nghiệp mạ điện và gia công kim loại thải ra lƣợng
lớn kim loại nặng, trong đó có ion kim loại đồng (Cu2+), niken (Ni2+) và kẽm
(Zn2+) và là vấn nạn lớn ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời và đời sống thủy
sinh. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng kim loại đồng không thể phân hủy
và có thể gây ung thƣ cũng nhƣ bệnh Wilson. Bên cạnh tác hại của đồng,
niken gây dị ứng da, dễ gây tổn thƣơng cho hệ hô hấp, hệ thần kinh cũng nhƣ

màng nhầy tế bào.
Những nghiên cứu trên cho thấy vật liệu sinh học có tiềm năng thay thế
vật liệu có nguồn gốc hóa học là một bƣớc tiến và cần nghiên cứu ứng dụng,
đặc biệt cần nghiên cứu vật liệu nano sinh học có thể thu hồi trong cải thiện
chất lƣợng nƣớc thải cũng nhƣ môi trƣờng tiếp nhận. Trên cơ sở và ý tƣởng đó
luận án “Nghiên cứu sử dụng vật liệu keo tụ sinh học chế tạo từ hạt
Muồng Hoàng Yến (Cassia fistula L.) để cải thiện chất lƣợng nƣớc thải
công nghiệp” đƣợc thực hiện trên nƣớc thải ngành công nghiệp dệt nhuộm và
xi mạ góp phần cải thiện chất lƣợng môi trƣờng nƣớc, bảo vệ môi trƣờng và
phát triển bền vững.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
1.2.1. Mục tiêu tổng quát
Xác định khả năng ứng dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện
với môi trƣờng (vật liệu nano sinh học đƣợc chế tạo từ gum trích ly từ hạt
Muồng Hoàng Yến và Nano từ tính) và có khả năng thu hồi, tái sử dụng trong
quá trình cải thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm và xi mạ. Với
kết quả nghiên cứu đạt đƣợc, đề xuất một quy trình công nghệ ứng dụng vật
liệu này trong công nghệ để cải thiện thành phần ô nhiễm độ màu và kim loại
nặng có trong nƣớc thải.
2


1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Cải tiến vật liệu từ nền vật liệu sinh học Biogum (đƣợc điều chế từ hạt
cây MHY) và hạt Nano từ tính để đƣợc vật liệu Biogum cải tiến.
- Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Biogum cải tiến trong việc cải thiện độ
màu của nƣớc thải dệt nhuộm giả định và nhà máy.
- Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Biogum cải tiến trong việc cải thiện
thành phần ô nhiễm kim loại nặng của nƣớc thải xi mạ giả định và nhà máy.
- Xác định khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu cải tiến Biogum

cải tiến.
1.3. Nội dung nghiên cứu
- Nội dung 1: Nghiên cứu cải tiến Biogum phục vụ cho mục tiêu nâng
cao hiệu quả khử màu trong nƣớc thải dệt nhuộm và kim loại nặng trong nƣớc
thải xi mạ;
+ Trích ly vật liệu keo tụ sinh học từ hạt MHY.
+ Chế tạo vật liệu nano từ tính kết hợp với chất keo tụ sinh học MHY.
- Nội dung 2: Nghiên cứu ứng dụng Biogum cải tiến nâng cao hiệu quả
khử màu trong nƣớc thải dệt nhuộm;
+ Nghiên cứu tối ƣu hóa các điều kiện keo tụ (pH, lƣợng vật liệu sử
dụng) trong quy mô phòng thí nghiệm.
+ Nghiên cứu hiệu quả loại bỏ màu trên mô hình Pilot công suất 30 lít.
+ Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu chế tạo từ nano từ tính kết
hợp với vật liệu sinh học MHY.
- Nội dung 3: Nghiên cứu ứng dụng Biogum cải tiến nâng cao hiệu quả
khử kim loại nặng (Ni2+; Cu2+; Zn2+) trong nƣớc thải xi mạ”;
+ Nghiên cứu tối ƣu hóa các điều kiện keo tụ (pH, lƣợng vật liệu sử
dụng) trong quy mô phòng thí nghiệm.
+ Nghiên cứu hiệu quả loại bỏ kim loại nặng trên thiết bị Pilot công
suất 30 lít.
+ Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu chế tạo từ nano từ tính kết
hợp với vật liệu sinh học MHY.
- Nội dung 4: Đánh giá khả năng cải thiện chất lƣợng nƣớc thải của vật
liệu Biogum cải tiến sau khi thu hồi và tái sử dụng.
- Nội dung 5: Đánh giá và đề xuất khả năng ứng dụng của vật liệu
Biogum cải tiến vào quy trình công nghệ xử lý màu và xi mạ.

3

1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả khử màu trong
nƣớc thải dệt nhuộm và khử kim loại nặng (Ni2+; Cu2+; Zn2+) trong nƣớc thải
xi mạ;
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Tập trung cho quá trình xử lý hóa lý trên quy mô Phòng thí nghiệm và
Pilot trên đối tƣợng nƣớc thải dệt nhuộm và xi mạ:
+ Thí nghiệm đƣợc tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm và trên mô
hình Pilot công suất 30 lít.
+ Nƣớc thải dệt nhuộm giả định gồm hai loại màu có tên thƣơng mại
Reactive red 3 BS (RR). Nƣớc thải dệt nhuộm thực tế đƣợc lấy từ nhà
máy trong Khu công nghiệp Nam Tân Uyên tại Bình Dƣơng.
+ Nƣớc thải xi mạ giả định gồm Ni2+, Cu2+, Zn2+. Nƣớc thải xi mạ thực tế
đƣợc lấy từ nhà máy trong Khu công nghiệp Nam Tân Uyên tại Bình
Dƣơng.
- Các nghiên cứu đƣợc thực hiện và phân tích tại Trƣờng Đại học Thủ
Dầu Một, Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh và Đại học Khoa học
Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh.
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.5.1. Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu là nguồn số liệu khoa học trong nghiên cứu ứng
dụng vật liệu mới trong xử lý nƣớc và nƣớc thải công nghiệp.
- Công trình nghiên cứu là các số liệu khoa học cơ bản sử dụng cho
giảng dạy và nghiên cứu các đề tài tƣơng tự.
- Kết quả có thể dùng tham khảo cho các nhà máy có thành phần và tính
chất ô nhiễm tƣơng tự.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Luận án cung cấp những thông tin khoa học hiệu quả cải thiện chất lƣợng
nƣớc thải của một số ngành công nghiệp ô nhiễm kim loại nặng và ô nhiễm

màu. Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khuyến khích sử dụng vật liệu
sinh học trong cải thiện chất lƣợng môi trƣờng nƣớc thải vừa thân thiện môi
trƣờng vừa có khả năng tái sử dụng từ đó tạo ra một môi trƣờng sinh thái bền
vững.

4


CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm và các phƣơng pháp xử lý
Đối với nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm, kết quả nghiên cứu của
Rachakornkij et al. (2004) cho rằng thành phần tính chất nƣớc thải quyết định
phƣơng pháp để xử lý nƣớc. Hai công nghệ chính đƣợc sử dụng để loại màu là
oxy hóa và hấp phụ.
2.1.1. Thành phần ô nhiễm
Hai nguồn ô nhiễm màu chính là công nghiệp dệt may và công nghiệp
nhuộm vải. Nƣớc thải của các ngành công nghiệp này có độ màu cao và rất
khó xử lý do thuốc nhuộm đƣợc sử dụng là các phân tử tổng hợp phức tạp
chống lại sự phân hủy của vi khuẩn ƣa khí và bền với ánh sáng cũng nhƣ nhiệt
độ. Màu nhuộm là những hợp chất hữu cơ đƣợc sử dụng để nhuộm vải, giấy,
nhựa, sơn và chất màu tổng hợp, hầu hết màu nhuộm không phân hủy sinh học
và gây độc cao. Trong quá trình nhuộm, nồng độ thuốc nhuộm dao động từ 10
- 200 mg/L và có đến 10 - 15% màu nhuộm không bám hết vào vật liệu cần
nhuộm và luôn hiện diện trong nƣớc thải (Kumar, 2012; Bell et al., 2000).
Kết quả nghiên cứu của Demirer et al. (2003) nƣớc thải dệt nhuộm là
tổng hợp nƣớc thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng,
làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất. Thành phần nƣớc thải dệt nhuộm không
ổn định, thay đổi theo từng nhà máy khi nhuộm và các loại vải khác nhau, môi
trƣờng nhuộm là axit hay kiềm hoặc trung tính. Kết quả nghiên cứu của Yuan
Yu-Li et al. (2006), Thitame et al. (2016) cho rằng đặc tính của nƣớc thải dệt

nhuộm hầu hết là các hợp chất từ dẫn xuất phenol, dẫn xuất anilin, axit hữu cơ
và các dẫn xuất benzen, với nồng độ ô nhiễm tùy thuộc vào công nghệ nhuộm.
Mặt khác trong quá trình sản xuất có rất nhiều hóa chất độc hại đƣợc sử
dụng để sản xuất tạo màu, nhƣ phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện
ly, chất ngậm, chất tạo môi trƣờng, tinh bột, men, chất oxy hóa… (Kumar,
2017; Unlu et al., 2009; Ahmad et al., 2002). Bên cạnh đó, trong quá trình sản
xuất, hiệu quả hấp phụ thuốc nhuộm chỉ đạt từ 60 - 70%, các phẩm nhuộm
thừa còn lại ở dạng nguyên thủy hay ở dạng phân hủy và các chất này thƣờng
có chứa các ion kim loại nặng.
Nếu nƣớc thải chƣa đƣợc xử lý hoặc xử lý chƣa đạt tiêu chuẩn xả thải ra
nguồn tiếp nhận, hóa chất có trong nƣớc thải sẽ gây chết hệ vi sinh vật có lợi
trong nguồn tiếp nhận, làm chết cá và các loại động vật sống dƣới nƣớc, các
chất độc này còn có thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hƣởng tới nguồn
nƣớc ngầm, ảnh hƣởng đến đời sống của con ngƣời. Nƣớc thải dệt nhuộm
5


thƣờng có độ màu rất lớn, thay đổi thƣờng xuyên tùy loại thuốc nhuộm và có
nhiệt độ cao nên cần phải đƣợc xử lý triệt để trƣớc khi thải ra nguồn tiếp nhận
(Hussein, 2013).
Bảng 2.1: Một số thành phần ô nhiễm trong nƣớc thải dệt nhuộm
Thông số
Nhiệt độ
pH
COD
Màu
TSS
SO42-

Đơn vị

C
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

Giá trị tiêu biểu
60 - 80
4 - 13
1500 - 5000
4000 - 5000
1300 - 1400
500 - 1000

o

Với tính chất phức tạp nên việc chọn phƣơng pháp xử lý cần phải dựa
vào nhiều yếu tố nhƣ lƣu lƣợng nƣớc thải, đặc tính nƣớc thải, quy chuẩn xả
thải... Thông thƣờng công nghệ xử lý luôn kết hợp nhiều phƣơng pháp khác
nhau nhƣ cơ học, sinh học, hóa lý hay hóa học. Nhiều công trình nghiên cứu
trƣớc đây cho thấy keo tụ bằng phèn nhôm có thể khử màu hiệu quả 50 - 90%,
đặc biệt hiệu quả cao với loại thuốc nhuộm sunfua (Trịnh Xuân Lai, 2011).
Với đặc trƣng ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm thông thƣờng chủ yếu ô
nhiễm màu, COD và một số kim loại nặng do đó phƣơng pháp phổ biến sử
dụng để loại bỏ ô nhiễm thƣờng dùng trong công nghệ cải thiện chất lƣợng
nƣớc là hóa lý, hóa học và sinh học.
2.1.2. Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
Có nhiều kỹ thuật hóa lý, hóa học và sinh học đƣợc áp dụng để giảm độ
màu trong nƣớc thải, hiện nay phƣơng pháp chủ yếu để xử lý nƣớc thải dệt
nhuộm là phƣơng pháp vật lý và phƣơng pháp hóa học (Ahmad et al., 2002).

Các kỹ thuật hóa lý và hóa học thƣờng dùng bao gồm: màng lọc (Verma et al.,
2012), hấp phụ, trao đổi ion, oxy hóa nâng cao (Al-Kdasi et al., 2004;
Rachakornkij et al., 2004)... Trong khi các kỹ thuật sinh học đƣợc sử dụng
nhƣ dùng nấm, vi khuẩn để phân hủy trong điều kiện hiếu khí, yếm khí hoặc
kết hợp hai quá trình xử lý yếm khí và hiếu khí (Trịnh Lê Hùng, 2009).
a)

Phương pháp hóa lý

Trong cải thiện chất lƣợng nƣớc thải tùy vào thành phần tính chất nƣớc
thải mà có phƣơng pháp cải thiện khác nhau, phƣơng pháp hóa lý thƣờng đƣợc
dùng phổ biến để xử lý một số loại ô nhiễm vô cơ và hữu cơ cao, thƣờng dùng
là phƣơng pháp lọc màng và hấp phụ (Archna et al., 2012).
- Phƣơng pháp lọc màng gồm các kỹ thuật thẩm thấu ngƣợc, màng lọc
nano, màng siêu lọc, màng vi lọc. Lọc màng có thể tách hai hay nhiều thành
6


phần (phân tử hữu cơ, ion vô cơ có hàm lƣợng cao) dựa vào kích thƣớc phân
tử. Theo kết quả nghiên cứu của Wu et al. (1998) khí kết hợp lọc màng với
quá trình ozon hóa trong xử lý nƣớc thải dệt nhuộm chứa màu nhuộm hoạt
tính, muối NaCl và kim loại Cu2+, kết quả cho thấy loại bỏ đƣợc 99% màu và
ion Cu2+.
- Về giải pháp hấp phụ, tác nhân keo tụ sẽ hình thành bông cặn với màu
nhuộm nhờ lực hút Van der Waals, liên kết hydro, tƣơng tác lƣỡng cực - lƣỡng
cực hoặc sự phân cực giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Hấp phụ là hiện
tƣợng chỉ xảy ra trên bề mặt của các chất mà không có bất kỳ phản ứng hóa
học nào nên lực hấp phụ yếu và xảy ra thuận nghịch (Grande et al., 2015).
Theo kết quả nghiên cứu của Jain et al., (2010) cho thấy khi tăng lƣợng chất
hấp phụ cacbon hoạt tính từ 0,1 - 0,5 g/L hiệu quả loại màu tăng và giảm dần

khi tăng từ 0,5 - 0,6 g/L. Kết quả cũng cho thấy khi tăng nồng độ màu đầu vào
thì hiệu suất loại màu tăng từ 82,60 - 94,41%.
b)

Phương pháp hóa học

Phƣơng pháp hóa học bao gồm keo tụ hoặc tạo bông kết hợp với tuyển
nổi và lọc, kết tủa hóa học, tuyển nổi điện hóa, oxi hóa (oxi hóa fenton, ozon
hóa nâng cao, quang hóa học…). Trong đó ozon hóa là kỹ thuật cho hiệu quả
loại bỏ màu nhuộm hoạt tính tốt nhất. Với hiệu suất loại màu từ 98 - 99%
(Archna et al., 2012).
Kết quả nghiên cứu của Mehmet Kobya et al. (2014) cho thấy phƣơng
pháp điện phân dung dịch với điện cực bằng sắt cho cải thiện COD tốt hơn
điện cực bằng nhôm. Kết quả nghiên cứu của Agustina & Ang (2012) cho thấy
khi sử dụng phƣơng pháp oxy hóa nâng cao fenton hiệu quả cải thiện chất
lƣợng màu đạt 99,8% ở pH = 3 trong thời gian phản ứng 60 phút. Ngoài ra còn
nhiều tác giả nghiên cứu cải thiện độ màu bằng phƣơng pháp oxy hóa nhƣ
Arizbeth Pérez et al. (2013); Hinda Lachheb et al. (2002) sử dụng quang xúc
tác TiO2/UV để xử lý màu nƣớc thải nhà máy dệt nhuộm cho hiệu quả cải
thiện tốt.
Theo kết quả nghiên cứu của Bell et al. (2000) xử lý và loại màu nƣớc
thải dệt nhuộm sử dụng công nghệ phản ứng kỵ khí dạng vách ngăn, kết quả
cho thấy hiệu suất loại bỏ COD đạt 60% và hiệu suất loại màu đạt 95%.
Trong kỹ thuật keo tụ - tạo bông, các chất keo tụ thƣờng đƣợc sử dụng là
phèn nhôm, phèn sắt, PAC và anion (Polymer anion) để tạo bông với các chất
ô nhiễm và tách ra khỏi nƣớc thải. Phèn và PAC đều loại màu tốt, tuy nhiên
chất keo tụ này sản sinh ra một khối lƣợng lớn bùn thải, rất khó xử lý (bùn thải
nguy hại) và làm tăng chi phí xử lý chung cho nhà máy. Việc thêm hóa chất
7