Nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu Fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
........................................

CÙ THỊ VÂN ANH

NGHIÊN CỨU TÁCH THU HỒI THUỐC NHUỘM DƢ
TRONG NƢỚC THẢI NHUỘM BẰNG MÀNG LỌC
VÀ KHẢ NĂNG GIẢM THIỂU FOULING CHO QUÁ
TRÌNH LỌC TÁCH THUỐC NHUỘM QUA MÀNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI, 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
........................................

CÙ THỊ VÂN ANH

NGHIÊN CỨU TÁCH THU HỒI THUỐC NHUỘM DƢ
TRONG NƢỚC THẢI NHUỘM BẰNG MÀNG LỌC VÀ
KHẢ NĂNG GIẢM THIỂU FOULING CHO QUÁ TRÌNH
LỌC TÁCH THUỐC NHUỘM QUA MÀNG

Chuyên ngành : Hóa Môi trƣờng
Mã số 60 44 41

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN THỊ DUNG

HÀ NỘI, 2012


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 8
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................... 3
1.1. Nƣớc thải dệt nhuộm và các phƣơng pháp xử lý ............................................ 3
1.1.1. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải .................................. 3
1.1.2. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường ............ 4
1.1.3. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm . 6
1.2. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng ............................... 8
1.2.1. Phân loại màng lọc ................................................................................. 9
1.2.2. Module màng lọc .................................................................................. 10
1.2.3. Mô hình dòng qua module và cách sắp xếp hệ thống module ................ 11
1.2.4. Một số đặc tính của màng ..................................................................... 13
1.2.5. Các quá trình màng dùng động lực áp suất........................................... 14
1.2.6. Cơ chế tách qua màng .......................................................................... 16
1.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng ............................. 17
1.2.8. Một số ứng dụng của màng lọc .............................................................. 19
1.3. Biến tính bề mặt màng lọc ........................................................................... 23
1.3.1. Kỹ thuật trùng hợp bề mặt .................................................................... 24
1.3.2. Kỹ thuật phủ nhúng............................................................................... 25
1.3.3. Kỹ thuật trùng hợp plasma.................................................................... 25
1.3.4. Xử lý nhiệt trong môi trường ozone (O3) ............................................... 26
1.3.5. Trùng hợp ghép quang bằng tia UV ...................................................... 27
1.4. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................... 29
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................... 30

2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị............................................................................ 30
2.1.1 Hóa chất ................................................................................................ 30
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị ............................................................................... 31
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................. 33


2.2.1. Đánh giá khả năng tách thuốc nhuộm của màng................................... 33
2.2.2. Xác định độ giảm năng suất lọc theo thời gian ...................................... 34
2.2.3. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường pH khác nhau .......... 35
2.2.4. Đánh giá khả năng phục hồi năng suất lọc bằng phương pháp rửa ...... 35
2.2.5. Biến tính bề mặt màng lọc .................................................................... 35
2.2.6. Xác định lượng polyme được trùng hợp ghép lên bề mặt màng ............. 36
2.2.7. Xác định lượng thuốc nhuộm hấp phụ lên màng trong quá trình lọc ..... 36
2.2.8. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất bề mặt màng .................................... 36
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ............................. 38
3.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ thuốc nhuộm .............................. 38
3.1.1. Xác định bước sóng hấp thụ cực đại của các dung dịch thuốc nhuộm ... 38
3.1.2. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm .................. 38
3.2. Khả năng tách loại thuốc nhuộm của màng ở các điều kiện khác nhau ........ 40
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch ......................... 40
3.2.2. Ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch.............................................. 41
3.2.3. Ảnh hưởng của áp suất dòng qua module màng .................................... 42
3.2.4. Ảnh hưởng của loại thuốc nhuộm ......................................................... 43
3.2.5. So sánh khả năng lọc thuốc nhuộm của một số loại màng khác nhau .... 46
3.2.6. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường có pH khác nhau ...... 47
3.2.7. Kết quả tách thuốc nhuộm trên một số mẫu nước thải nhuộm thực tế ... 50
3.3. Khả năng giảm fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng ........ 52
3.3.1. Làm sạch màng bằng phương pháp rửa ................................................ 52
3.3.2. Biến tính bề mặt màng .......................................................................... 53
3.3.2.1. Tác động bức xạ tử ngoại lên bề mặt màng .................................... 53

3.3.2.2. Trùng hợp ghép axit maleic lên bề mặt màng ................................. 56
3.3.2.3. Trùng hợp ghép axit acrylic ........................................................... 61
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 67


MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1. Module sợi rỗng ........................................................................................... 10
Hình 1.2. Module khung bản ........................................................................................ 11
Hình 1.3. Module cuộn ................................................................................................. 11
Hình 1.4. Sơ đồ dòng qua module màng lọc ............................................................... 12
Hình 1.5. Sơ đồ quá trình lọc gián đoạn ..................................................................... 12
Hình 1.6. Sơ đồ hệ lọc màng liên tục........................................................................... 13
Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống sản xuất nước siêu sạch dùng màng lọc ........................... 21
Hình 1.9. Kỹ thuật trùng hợp bề mặt ........................................................................... 25
Hình 1.10. Kỹ thuật phủ nhúng .................................................................................... 25
Hình. 1.11. Quá trình trùng hợp ghép bề mặt dưới bức xạ UV ................................. 28
Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị lọc màng liên tục tự lắp đặt .................................................. 32
Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị thử màng lọc phòng thí nghiệm............................................ 33
Hình 3.1. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Red 3BF ........ 38
Hình 3.2. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Blue MERF ... 39
Hình 3.3. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Yellow 3GF... 39
Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch thuốc nhuộm đến năng suất lọc: Red
3BF (JR), Blue MERF (JB) và Yellow 3GF(JV) ................................................ 40
Hình 3.5. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc dung dịch.. 42
Hình 3.6. Độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc của dung dịch ....................... 42
Hình 3.7. Ảnh hưởng của áp suất dòng vào đến năng suất lọc ................................. 43
Hình 3.8. Màu của dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Yellow 3FG và ....................... 44
dịch lọc qua màng ......................................................................................................... 44

Hình 3.9. Màu của dung dịch thuốc nhuộm phân tán Yellow E3G và dịch lọc qua
màng ...................................................................................................................... 44
Hình 3.10. So sánh năng suất lọc đối với các dung dịch thuốc nhuộm khác nhau: . 44
Hình 3.11. Độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc các dung dịch ..................... 45
Hình 3.12. So sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch ................................... 47


Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH đến sự thay đổi tính năng tách của màng ................ 48
Hình 3.14. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng ......... 49
Hình 3.15. Ảnh chụp SEM bề mặt màng ban đầu (trái) và sau khi ngâm trong các
môi trường pH=10 (giữa) và pH = 1 (phải) ...................................................... 49
Hình 3.16. So sánh màu sắc và độ trong của một số mẫu nước thải nhuộm ............ 50
Hình 3.17. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc ................. 51
Hình 3.18. Khả năng làm sạch màng bằng phương pháp rửa với các tác nhân rửa
khác nhau: nước (Jw1), Na5P3O10 (Jw2) và axit xitric (Jw3) ................................ 52
Hình 3.19. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng khi bề mặt màng được
tác động bởi bức xạ tử ngoại trong các điều kiện khác nhau ........................... 53
Hình 3.20 Ảnh hưởng của chiếu bức xạ đến tính năng tách của màng..................... 54
Hình 3.21. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng .................................................................... 55
Hình 3.22. Ảnh chụp AMF bề mặt màng trước và sau khi chiếu bức xạ tử ngoại.... 55
Hình 3.23. So sánh tính năng lọc của màng nền (J mn) và màng trùng hợp (J,S) ... 58
Hình 3.24. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng nền và ..................... 60
Hình 3.25. So sánh năng suất lọc của màng nền (J,mn) và các màng ...................... 63
Hình 3.26. Ảnh chụp AFM bề mặt màng nền và màng trùng hợp ghép .................... 64
Hình 3.27. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng nền và màng trùng hợp ghép với MA ...... 65
Hình 3.28. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng nền và màng trùng hợp ghép với AA........ 65


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt-nhuộm ............... 5

Bảng 1.2. Một số mục tiêu tách loại các chấ t ô nhiễm của màng RO
.......................... 23
Bảng 3.1. Năng suất lọc của màng với ba loại dd thuốc nhuộm .................................. 41
Bảng 3.2. So sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch thuốc nhuộm .................. 46
Bảng 3.3. Năng suất lọc và độ lưu giữ thuốc nhuộm của màng .................................... 48
Bảng 3.4. Tính chất các mẫu nước thải nhuộm trước và sau khi lọc qua màng ........... 51
Bảng 3.5. Độ lưu giữ và năng suất lọc của màng sau khi chiếu bức xạ tử ngoại ......... 54
Bảng 3.6. Tính năng lọc của các màng trùng hợp ghép với MA (dd 5%) ................. 57
Bảng 3.7. Tính năng tách của màng trùng hợp ghép MA theo phương pháp nối tiếp .. 59
Bảng 3.8. So sánh lượng polyme được trùng hợp ghép từ axit maleic lên màng .......... 60
Bảng 3.9. So sánh lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng ........................................ 61
Bảng 3.10. So sánh giữa các màng trùng hợp axit maleic (MA) và axit acrylic (AA) .. 62
Bảng 3.11. So sánh tính năng lọc của các màng trùng hợp ghép AA 5% và MA 5% ... 63


BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AA: axit acrylic
AFM: chụp phổ hiểm vi lực nguyên tử
BOD: Nhu cầu oxy sinh hóa
COD: Nhu cầu oxy hóa học
DR: trực tiếp
DS: phân tán
FTIR – ATR: phổ hồng ngoại phản xạ ngoài
MA: axit maleic
MN: Màng nền
PP: phƣơng pháp
SEM: chụp hiểm vi điện tử quét
SS: song song
TSS: Tổng hàm lƣợng chất rắn lơ lửng

MỞ ĐẦU

Ngành dệt nhuộm đã có từ lâu đời vì nó gắn liền với một trong những nhu cầu
cơ bản của con ngƣời là may mặc. Sản lƣợng dệt trên thế giới ngày càng tăng,
không chỉ về chất lƣợng mà còn đa dạng về mẫu mã, màu sắc của sản phẩm. Ở Ấn
Độ, hàng năm sản xuất khoảng trên 4000 triệu mét vải. Ở Việt nam, ngành công
nghiệp dệt may đang trở thành một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn, hàng
năm sản xuất khoảng trên 2000 triệu mét vải và trong các năm tới sẽ còn tăng thêm.
Tuy nhiên, một vấn đề luôn đi kèm theo qui mô sản xuất là vấn đề chất thải của
ngành này, trong đó có nƣớc thải. Nƣớc thải phát sinh trong ngành công nghiệp dệt
nhuộm xuất phát từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm... Nếu lƣợng
nƣớc thải này chỉ xử lý sơ bộ, sau đó xả ra môi trƣờng sau mỗi chu trình thì không
chỉ gây thiệt hại cho nguồn tài nguyên nƣớc mà còn làm ô nhiễm môi trƣờng nƣớc
và không tận dụng hết thuốc nhuộm còn tồn dƣ. Hiện nay, các phƣơng pháp xử lý
nƣớc thải dệt nhuộm đòi hỏi khá nhiều chi phí, kỹ thuật phức tạp mà hiệu quả
không cao. Thành phần gây ô nhiễm chính trong nƣớc thải dệt nhuộm là lƣợng
thuốc nhuộm tồn dƣ trong dòng thải sau công đoạn nhuộm. Do đó, việc tách thu hồi
thuốc nhuộm tồn dƣ ngay tại công đoạn phát sinh là một trong những giải pháp hữu
ích để xử lý và giảm thiểu ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm. So với các phƣơng pháp
xử lý thông thƣờng, ngoài mục đích tách thuốc nhuộm dƣ trong nƣớc thải nhuộm,
kỹ thuật lọc màng còn cho phép tái sử dụng lại dung dịch nhuộm và nƣớc sạch sau
khi đã tách thuốc nhuộm, đây là một phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm và đã đƣợc áp
dụng ở một số nƣớc. Ở nƣớc ta, việc áp dụng kỹ thuật lọc màng trong xử lý nƣớc
thải dệt nhuộm là vấn đề còn rất mới.
Phƣơng pháp tách bằng màng là một trong những kỹ thuật tách hiện đại và
đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong khoảng vài chục năm trở lại
đây, kỹ thuật lọc màng đã có những bƣớc tiến bộ vƣợt bậc và đƣợc áp dụng rộng rãi
ở qui mô công nghiệp cho nhiều mục đích khác nhau, nhƣ sản xuất nƣớc sạch và

1


siêu sạch, lọc hoá dầu, dƣợc phẩm, thực phẩm, hoá chất, y tế, môi trƣờng … Ƣu
điểm của phƣơng pháp lọc bằng màng là có thể tách đƣợc các cấu tử có kích thƣớc
rất khác nhau, từ cỡ hạt tới cỡ ion mà không cần phải sử dụng thêm các hoá chất
khác, các cấu tử cần tách không phải chuyển pha, là phƣơng pháp tách hiện đại, tiết
kiệm năng lƣợng và thân thiện với môi trƣờng.
Trong luận văn này, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu tách thu hồi
thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu
fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng”
Luận văn đƣợc thực hiện tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu màng lọc, Trƣờng
Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Nƣớc thải dệt nhuộm và các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
1.1.1. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải
Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ sản xuất
khá phức tạp với nhiều loại hình công nghệ khác nhau. Quá trình sản xuất sử dụng
các nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau để sản xuất các mặt hàng với mẫu mã,
màu sắc, chủng loại rất đa dạng. Nguyên liệu chủ yếu là xơ bông, xơ nhân tạo để
sản xuất các loại vải cotton và vải pha, ngoài ra còn dùng các nguyên liệu nhƣ lông
thú, đay gai, tơ tằm …
Thông thƣờng công nghệ dệt nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: Kéo sợi, dệt
vải và xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải. Các công đoạn chính gồm[14-42]:
Làm sạch nguyên liệu: Nguyên liệu bông thô chứa các sợi bông có kích
thƣớc khác nhau cùng với các tạp chất cơ học đƣợc đánh tung, làm sạch và trộn đều.

Chải: Các sợi bông đƣợc chải song song và tạo thành các sợi thô.
Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: Kéo sợi thô tại các máy sợi con để giảm kích
thƣớc sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống thích hợp. Sợi con trong các ống nhỏ
đƣợc đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt vải. Mắc sợi để chuẩn bị cho công
đoạn hồ sợi.
Hồ sợi dọc: Hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hồ bao
quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi. Ngoài ra còn dùng các loại hồ
nhân tạo nhƣ polyvinylalcol PVA, polyacrylat …
Dệt vải: Kết hợp sợi ngang và sợi dọc để hình thành tấm vải mộc.
Giũ hồ: Tách các thành phần hồ bám trên vải mộc bằng enzim hoặc axit
sunfuric 0.5%, sau đó giặt bằng nƣớc, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đƣa sang nấu
tẩy.
Nấu vải: Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của xơ sợi. Vải
đƣợc nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất 2 đến 3 at, nhiệt độ
120 đến 1300C, sau đó vải đƣợc giặt nhiều lần.

3


Làm bóng vải: Mục đích làm trƣơng nở sợi cotton, xơ sợi trở nên xốp, thấm
nƣớc, bóng hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm. Thƣờng dùng dung dịch
NaOH nồng độ 300 ppm, nhiệt độ 100C đến 200C, sau đó vải đƣợc giặt nhiều lần.
Tẩy trắng: Các chất tẩy thƣờng dùng là NaClO2, NaOCl hoặc H2O2 cùng với
các hóa chất phụ trợ khác.
Nhuộm vải và hoàn thiện: Thƣờng sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp và
các hóa chất trợ nhuộm để tăng sự gắn màu của vải. Phần thuốc nhuộm dƣ không
gắn vào vải sẽ đi vào nƣớc thải. Tỷ lệ màu gắn vào sợi nằm trong khoảng 50 đến
98%, tùy thuộc vào công nghệ nhuộm, loại vải, độ màu yêu cầu … Để tăng hiệu quả
quá trình nhuộm, các hóa chất đƣợc sử dụng là các loại axit H2SO4, CH3COOH, các
muối sunfat natri, các chất cầm màu nhƣ syntephix, tinofix.

Nguồn nƣớc thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các công đoạn
hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lƣợng nƣớc thải chủ yếu do
quá trình giặt sau mỗi công đoạn, và nƣớc thải công đoạn giặt sau nhuộm chiếm từ
20 đến 60 % tổng lƣợng nƣớc thải.
1.1.2. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường
Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong công nghiệp dệt nhuộm là ô nhiễm nƣớc thải.
Các chất thải trong nƣớc thải dệt nhuộm bao gồm: Các thành phần nguyên liệu (tạp
chất thiên nhiên, muối, dầu, mỡ trong bông và len, xơ sợi), hóa chất, thuốc nhuộm
còn tồn dƣ sau khi hoàn thành công đoạn nhuộm, in hoa và chất thải của các công
đoạn phụ trợ. Mức độ ô nhiễm nƣớc thải phụ thuộc chủ yếu vào loại và lƣợng các
hóa chất, chất trợ thuốc nhuộm sử dụng, phụ thuộc vào công nghệ và các máy móc
thiết bị trong dây chuyền công nghệ áp dụng. Các chất gây ô nhiễm trong nƣớc thải
dệt nhuộm đƣợc chia thành ba nhóm chính gồm:
* Các chất độc với vi sinh và tôm cá gồm xút, natricabonat, axit vô cơ, các
chất khử vô cơ nhƣ natrisunfua và natrihidrosunfit, dung môi hữu cơ clo hóa, các
dẫn xuất phenol và đi phenol, các hợp chất kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ
hay dung môi.

4


* Các chất khó phân giải vi sinh gồm phần lớn thuốc nhuộm và chất tăng
trắng quang học, các chất tạo phức-càng hóa, nhũ hóa, làm mềm, các chất hồ sợi,
các chất giặt vòng thơm, ankylenoxit dài hay mạch nhánh ankyl.
* Các chất tương đối không độc và có thể phân giải vi sinh gồm xơ sợi và
các tạp chất thiên nhiên của chúng, bột sắn không biến tính hóa học dùng để hồ sợi,
các chất giặt ankyl mạch thẳng, axit axetic và axit fomic, muối trung tính nồng độ
thấp.
Các thông số đặc trƣng cho tính chất nƣớc thải dệt-nhuộm gồm các thông số
vật lý (nhiệt độ, pH, màu sắc, tổng lƣợng chất rắn lơ lửng, tổng lƣợng chất rắn hòa

tan), các thông số sinh học, sinh thái (BOD, COD, tổng cacbon hữu cơ TOC,
cacbon hữu cơ hòa tan DOC, kim loại nặng, halogen hữu cơ AOX) và các thông số
hóa học (clo tự do trong nƣớc, nito amoni, nito tổng, phosphor tổng, sulfua, sulfite,
sunfat, hidrocacbon tổng, các chất thơm, các chất hoạt động bề mặt..).
Đặc tính nƣớc thải và các chất gây ô nhiễm trong nƣớc thải ngành dệt-nhuộm
đƣợc thể hiện trong bảng sau.
Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt-nhuộm [14 ]
Công đoạn

Chất ô nhiễm trong nƣớc thải

Đặc tính của nƣớc thải

Hồ sợi, giũ hồ

Tinh bột, glucose, carboxy metyl xenlulo,
polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp

BOD cao (34 đến 50 % tổng
BOD)

Nấu tẩy

NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda,
silicat natri và xơ sợi vụn

Độ kiềm cao, màu tối, BOD
cao (30 % tổng BOD)

Tẩy trắng

Hypoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH,
AOX, axit …

Độ kiềm cao, chiếm 5 %
BOD

Làm bóng

NaOH, tạp chất

Độ kiềm cao, BOD thấp
(dƣới 1% tổng BOD)

Nhuộm

Các loại thuốc nhuộm, axit axetic và các
muối kim loại

Độ màu rất cao, BOD khá
cao, TS cao

In

Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối, kim
loại, axit …

Độ màu cao, BOD cao và
dầu mỡ

Hoàn thiện

Vết tinh bột, mỡ động vật, muối

Kiềm nhẹ, BOD thấp

5


Trong các chất thải dệt nhuộm thì thuốc nhuộm là một trong những thành phần
rất đƣợc quan tâm. Thuốc nhuộm đi vào nƣớc thải do còn tồn dƣ sau khi hoàn tất
công đoạn nhuộm. Các thuốc nhuộm thƣờng có trong nƣớc thải xƣởng nhuộm ở
nồng độ 10-50 mppm. Tuy nhiên, tùy thuộc vào qui mô và công nghệ áp dụng, nồng
độ thuốc nhuộm trong nƣớc thải có thể cao hơn nhiều. Cho đến nay, việc xử lý
thuốc nhuộm tồn dƣ trong nƣớc thải dệt nhuộm vẫn là một thách thức đáng kể với
ngành công nghiệp này.
1.1.3. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm
Các phƣơng pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nƣớc thải ngành dệt nhuộm
có thể thực hiện trong quá trình sản xuất nhƣ:
- Giảm nhu cầu sử dụng nƣớc bằng cách thƣờng xuyên kiểm tra hệ thống
nƣớc cấp, tránh rò rỉ nƣớc. Sử dụng công nghệ tẩy, nhuộm, giặt hợp lý. Tuần hoàn,
sử dụng lại các dòng nƣớc giặt ít ô nhiễm và nƣớc làm nguội.
- Hạn chế sử dụng các hóa chất trợ, thuốc nhuộm ở dạng độc hay khó phân
hủy sinh học. Giảm các chất gây ô nhiễm nƣớc thải trong quá trình tẩy, giảm ô
nhiễm kiềm trong nƣớc thải từ công đoạn làm bóng.
- Thu hồi và sử dụng lại dung dịch hồ từ công đoạn hồ sợi và giũ hồ, phƣơng
pháp lọc màng dùng để thu hồi PVA đƣợc ứng dụng lần đầu tiên ở Mỹ năm 1974 và
cho đến nay đã đƣợc áp dụng ở nhiều nƣớc châu Âu.
- Sử dụng nhiều lần dịch nhuộm vừa tiết kiệm hóa chất, thuốc nhuộm và
giảm đƣợc ô nhiễm môi trƣờng. Các loại thuốc nhuộm cho phép sử dụng lại nhiều

lần gồm: Thuốc nhuộm axit dùng cho len và polyamit, thuốc nhuộm bazo dùng cho
polyacrylonitril, thuốc nhuộm trực tiếp cho mặt hàng bông, thuốc nhuộm phân tán
cho sợi tổng hợp nhƣ polyester. Cho đến nay, việc thu hồi thuốc nhuộm từ dịch
nhuộm bằng phƣơng pháp lọc màng đã đƣợc thực hiện thành công ở một số nƣớc để
thu hồi thuốc nhuộm indigo từ quá trình nhuộm sợi bông. Sau khi nhuộm thì phần
thuốc nhuộm không gắn vào sợi sẽ đi vào nƣớc giặt với nồng độ 0,1 ppm. Để thu
hồi thuốc nhuộm, dùng phƣơng pháp lọc màng để nâng nồng độ thuốc nhuộm sau
lọc lên 60 đến 80 ppm và có thể đƣa vào bể nhuộm để sử dụng lại.

6


Do đặc thù của công nghệ, nƣớc thải ngành dệt nhuộm chứa tổng hàm lƣợng chất
rắn, độ màu, BOD, COD cao. Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý cần phải dựa vào
nhiều yếu tố nhƣ lƣợng nƣớc thải, đặc tính nƣớc thải, tiêu chuẩn thải … Về nguyên
lý, hiện có các phƣơng pháp sau đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm:
* Phương pháp đông keo tụ: Đây là phƣơng pháp khá thông dụng trong xử lý nƣớc
thải dệt nhuộm. Trong phƣơng pháp này ngƣời ta dùng phèn nhôm hoặc phèn sắt
cùng với sữa vôi khử màu và một phần COD. Điều chỉnh pH thích hợp cho từng
loại phèn và loại nƣớc thải cần xử lý. Về nguyên tắc, trong hệ phản ứng có các bông
hydroxit sắt hoặc nhôm sẽ hấp phụ các hợp chất màu và các chất khó phân hủy sinh
học, lắng xuống tạo thành bùn. Phƣơng pháp này ứng dụng để khử màu của nƣớc
thải và cho hiệu suất khá cao với thuốc nhuộm phân tán. Có thể áp dụng phƣơng
pháp keo tụ điện hóa để tăng sự tạo bông và áp dụng trên quy mô lớn. Để tăng sự
tạo bông và trợ lắng ngƣời ta thƣờng cho thêm các polime hữu cơ. Tuy nhiên
phƣơng pháp này tạo ra lƣợng lớn bùn (từ 0,5 đến 2,5 kg/1 m3 nƣớc thải), bùn này
sau đó phải tách nƣớc và chôn lấp đặc biệt, nhƣng COD chỉ giảm từ 60 đến 70%.
* Phương pháp hấp phụ: Dùng để xử lý các chất thải không có khả năng phân hủy
sinh học và các chất hữu cơ không hoặc khó xử lý bằng phƣơng pháp sinh học,
nƣớc thải dệt nhuộm có thuốc nhuộm hòa tan và thuốc nhuộm hoạt tính. Cơ sở của

quá trình là hấp phụ chất tan lên bề mặt chất rắn xốp (chất hấp phụ). Các chất hấp
phụ thƣờng là than hoạt tính, than nâu, đất sét, cacbonat, magie, trong đó than hoạt
tính có bề mặt riêng lớn từ 400 đến 500 m2/g. Tuy nhiên phƣơng pháp này cũng
chỉ giảm tối đa 70% COD.
* Phương pháp oxi hóa: Các chất nhuộm vải hầu hết đều là các chất bền hóa học
nên phải dùng các chất oxi hóa mạnh. Nhiều kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khi
dùng ozon hoặc không khí có chứa hàm lƣợng ozon nhất định có khả năng khử màu
tốt, đặc biệt cho nƣớc thải có chứa thuốc nhuộm hoạt tính. Theo tài liệu cứ 1g thuốc
nhuộm hoạt tính cần 0,5g O3. Tuy nhiên giá thành cho việc sản xuất ozon khá cao.
Dùng khí clo là phƣơng pháp kinh tế để khử màu nƣớc thải dệt nhuộm. Xử lý vi
sinh tiếp theo sẽ giảm đáng kể tải lƣợng COD và độ độc. Tuy nhiên, phƣơng pháp

7


này có bất lợi là sinh ra hợp chất clo hữu cơ, do đó làm tăng tổng lƣợng halogen
hữu cơ AOX trong nƣớc thải. Nếu dùng peroxit H2O2 trong môi trƣờng axit với chất
xúc tác muối sắt (II) thì gốc hydroxyl trung gian đƣợc tạo ra có thể có khả năng oxi
hóa cao hơn cả ozon, tuy vậy phƣơng pháp này cũng khá tốn kém.
* Phương pháp sinh học: Mặc dù thuốc nhuộm hầu hết đều là các chất khó phân
hủy nhƣng trong thành phần nƣớc thải dệt nhuộm cũng có chứa nhiều chất có thể
phân hủy sinh học. Tuy nhiên trong nƣớc thải dệt nhuộm có nhiều chất gây độc cho
vi sinh vật nhƣ chất thải vô cơ, fomandehit, kim loại nặng.... và các chất khó phân
hủy sinh học nhƣ chất tẩy giặt, hồ PVA.... cho nên trƣớc khi đƣa vào xử lý sinh học
cần xử lý sơ bộ các chất gây độc, giảm tỷ lệ các chất khó phân hủy. Với phƣơng
pháp xử lý hiếu khí cần kiểm tra tỷ lệ theo chỉ tiêu BOD5 : N : P = 100:5:1. Do nƣớc
thải dệt nhuộm có chứa nito và photpho nên các kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng
nên trộn cùng nƣớc thải sinh hoạt để đƣa vào xử lý sinh học. Các phƣơng pháp sinh
học thƣờng dùng là phƣơng pháp bùn hoạt tính, lọc sinh học, hồ oxy hóa hoặc kết
hợp xử lý sinh học nhiều bậc. Các kết quả cho thấy nƣớc sau xử lý không màu và

hàm lƣợng chất rắn nhỏ song lƣợng bùn sinh khối tạo ra tƣơng đối lớn. Nhƣ vậy sẽ
kèm theo chi phí xử lý bùn và giá thành sẽ lại cao.
Các nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các phƣơng pháp nhƣ sinh hóa, hấp phụ,
bùn lắng.... cũng không mang lại hiệu quả cao, chi phí tốn kém nhƣng chỉ loại bỏ tối
đa đƣợc khoảng 70% COD [41]
* Phương pháp màng lọc: Phƣơng pháp này đã đƣợc ứng dụng trong xử lý nƣớc
thải ngành dệt nhuộm với mục đích thu hồi các chất tái sử dụng lại nhƣ hồ tinh bột,
PVA, thu hồi muối và thuốc nhuộm. Một số kết quả nghiên cứu về việc áp dụng kỹ
thuật lọc màng NF và RO đã cho thấy phƣơng pháp này khá hiệu quả, có thể giảm
COD tới 99,5 % [41]. Việc áp dụng công nghệ màng có thể giảm lƣợng nƣớc sạch
tiêu tốn cho quá trình nhuộm vải tới 70%. Kỹ thuật lọc màng có thể áp dụng để xử
lý nƣớc thải nhuộm tốt hơn rất nhiều so với các phƣơng pháp thông thƣờng [9,17,
18, 26,28,37,46].
1.2. Giới thiệu về màng lọc và các quá trình phân tách màng

8


Màng lọc là một loại vật liệu đƣợc sử dụng trong quá trình tách một hỗn hợp
đồng thể hay dị thể (lỏng – lỏng, lỏng – rắn, khí – rắn, khí – khí). Một cách khái
quát, có thể coi màng là một lớp chắn có tính thấm chọn lọc đặt giữa hai pha – pha
đi vào (feed) và pha thấm qua (filtrate). Trong quá trình tách, màng có khả năng lƣu
giữ đƣợc một số cấu tử trong hỗn hợp và cho các cấu tử khác đi qua. Quá trình vận
chuyển chất qua màng đƣợc thực hiện một cách tự nhiên hay cƣỡng bức nhờ động
lực giữa hai phía màng. Động lực của quá trình tách qua màng là chênh lệch áp
suất, chênh lệch nồng độ, chênh lệch nhiệt độ hay chênh lệch điện trƣờng.
1.2.1. Phân loại màng lọc
Dựa vào bản chất, ngƣời ta chia màng thành hai loại: màng sinh học và màng
tổng hợp. Đây là cách phân loại rõ ràng nhất vì hai loại màng này khác nhau hoàn
toàn cả về cấu trúc và chức năng [27].

Một cách phân loại khác là dựa vào cấu trúc màng, đây cũng là một cách
phân loại quan trọng vì cấu trúc màng quyết định cơ chế tách và phạm vi ứng dụng
của màng. Trong phạm vi các màng tổng hợp rắn, ngƣời ta chia thành hai loại:
màng đối xứng và màng bất đối xứng [28].
Màng đối xứng là loại màng có cấu trúc đồng nhất từ trên xuống dƣới với hai
mặt hoàn toàn nhƣ nhau (ví dụ nhƣ màng xenlophan, cuprophan). Độ dày của màng
đối xứng (xốp hoặc không xốp) nằm trong khoảng từ 10 đến 200 μm, trở lực chuyển
khối đƣợc quyết định bởi độ dày của toàn bộ màng, nếu giảm độ dày của màng thì
sẽ làm tăng tốc độ thấm qua. Loại màng này thƣờng đƣợc dùng trong các quá trình
vi lọc để lọc các tiểu phân nhỏ hoặc hoặc dùng cho thẩm tách máu [4, 28].
Một bƣớc đột phá trong các ứng dụng công nghiệp là sự phát triển của màng
bất đối xứng. Loại màng này có cấu trúc gồm hai lớp: lớp thứ nhất là lớp hoạt động
rất mỏng (cỡ khoảng từ 0.1 đến 0.5 μm), lớp thứ hai là lớp đỡ xốp nằm ở dƣới, lớp
này dày hơn rất nhiều so với lớp hoạt động (cỡ khoảng 50 đến 150 μm). Kích thƣớc
lỗ của lớp hoạt động nhỏ hơn rất nhiều so với kích thƣớc lỗ của lớp đỡ. Trở lực
chuyển khối của màng hoàn toàn do lớp hoạt động quyết định, lớp đỡ có tác dụng
làm tăng độ bền cơ học của màng, giữ cho lớp hoạt động khỏi bị rách nhƣng không

9


ảnh hƣởng tới việc vận chuyển dung môi và các chất qua màng. Do đó, loại màng
này có năng suất lọc rất cao. Các lớp đỡ thƣờng có cấu trúc xốp kiểu ngón tay hoặc
kiểu tổ ong [1, 4, 28]. Với cấu trúc đặc biệt nhƣ vậy, màng bất đối xứng có hiệu quả
tách cao, có độ bền cơ học tốt và đƣợc ứng dụng nhiều trong quá trình siêu lọc, lọc
nano, tách khí, thẩm thấu ngƣợc,… Tùy theo điều kiện chế tạo màng ta có thể thay
đổi chiều dày và kích thƣớc lỗ của lớp hoạt động cũng nhƣ cấu trúc xốp của lớp đỡ.
Màng composite là một trƣờng hợp đặc biệt của màng bất đối xứng, lớp hoạt
động và lớp đỡ xốp của nó đƣợc làm từ hai loại vật liệu khác nhau, mỗi lớp có thể
đƣợc chế tạo tối ƣu hóa một cách độc lập. Loại màng này có hiệu quả tách rất cao,

có tính năng cơ học và hóa học rất tốt [6, 28, 31].
1.2.2. Module màng lọc
Trong các ứng dụng lớn ở quy mô công nghiệp và bán công nghiệp, màng
thƣờng đƣợc sử dụng ở dạng module (bộ lọc), để tăng diện tích làm việc và công
suất lọc[7, 28].
 Module sợi rỗng

Hình 1.1. Module sợi rỗng
Module sợi rỗng (hollow fibre) gồm những sợi rỗng rất nhỏ, có đƣờng kính
ngoài khoảng 80 μm và đƣờng kính trong khoảng 40 μm. Lớp hoạt động nằm ở phía
trong sợi. Loại màng này có thể chịu đƣợc áp suất cao.
 Module khung bản

10


Hình 1.2. Module khung bản
Module khung bản gồm nhiều tấm màng đặt song song nhau. Giữa các tấm
có lớp đệm, dung dịch đi vào giữa hai tấm màng còn dung dịch thấm qua và dung
dịch lƣu giữ đƣợc dẫn ra ngoài theo các kênh khác nhau.
 Module cuộn
Module cuộn là các tấm dài đƣợc cuộn quanh một lõi. Hai tấm màng dài
đƣợc đặt song song ở giữa có lớp đệm xốp. Module cuộn có chiều dài từ 30 – 150
cm với đƣờng kính từ 5 – 30 cm [7,9,28].

Hình 1.3. Module cuộn
1.2.3. Mô hình dòng qua module và cách sắp xếp hệ thống module màng lọc

11

Trong quá trình lọc màng , bao giờ cũng có tối thiểu 3 pha trong một module
(bộ lọc) gồ m pha đi vào , pha lƣu giữ và pha thấm qua. Sơ đồ mô tả các dòng (pha)
đi qua một module màng lọc đƣợc đƣa ra ở Hình 1.3.

Pha đi vào

Module

Pha lưu giữ

Pha thấm qua

Hình 1.4. Sơ đồ dòng qua module màng lọc

Trong phƣơng pháp làm việc gián đoạn, một thể tích nhất định dung dịch
đƣợc nén qua màng, theo thời gian nồng độ chất bị lƣu giữ tăng dần trên bề mặt
màng và năng suất lọc giảm dần. Sơ đồ mô tả quá trình đƣợc đƣa ra ở hình 1.5.
Dung dịch vào

Dung dịch thấm qua

Hình 1.5. Sơ đồ quá trình lọc gián đoạn
Trong phƣơng pháp làm việc liên tục, dung dịch vào đƣợc bơm liên tục qua
module, sản phẩm (dung dịch thấm qua) đƣợc lấy ra liên tục. So với phƣơng pháp
gián đoạn, phƣơng pháp này có chất lƣợng sản phẩm và năng suất lọc ổn định, mặt
khác sẽ giảm đƣợc hiện tƣợng phân cực nồng độ và tắc màng.

12

Dung dịch vào

Dung dịch lưu giữ

Dung dịch thấm qua

Dung dịch lưu giữ

Dung dịch vào

Dung dịch thấm qua

Dung dịch lưu giữ
Dung dịch vào

Dung dịch thấm qua

Hình 1.6. Sơ đồ hệ lọc màng liên tục
1.2.4. Một số đặc tính của màng
 Mật độ lỗ
Mật độ lỗ là số lỗ trên một đơn vị diện tích bề mặt. Màng công nghiệp thƣờng
có từ 108 – 109 lỗ/cm2. Tính chất này cũng phần nào đánh giá đƣợc độ xốp và lƣu
lƣợng lọc của màng. Các màng có cùng đƣờng kính lỗ xốp thì màng nào có mật độ
lỗ lớn sẽ có độ xốp cao hơn, lƣu lƣợng lọc lớn hơn và ngƣợc lại [4,7].
 Độ thấm ướt
Độ thấm ƣớt là một đặc trƣng quan trọng của màng. Màng lọc dễ thấm ƣớt bởi
dung dịch cần lọc thì quá trình lọc xảy ra dễ dàng hơn so với màng lọc không thấm
ƣớt bởi dung dịch cần lọc [2,4,7].

13


 Độ xốp của màng
Độ xốp của màng là thể tích lỗ trống không bị chiếm bởi vật liệu màng trên
tổng thể tích của màng. Độ xốp đƣợc quyết định bởi kích thƣớc lỗ và mật độ lỗ xốp
[2,4,6,7].
 Chiều dày màng
Chiều dày màng là một đặc trƣng quan trọng và đƣợc khống chế khi chế tạo.
Màng càng dày thì trở lực của màng càng lớn và năng suất lọc của màng bị giảm
nhƣng màng sẽ bền hơn, ngƣợc lại nếu màng mỏng thì sẽ không bền. Thông thƣờng
màng polyme đƣợc chế tạo với chiều dày từ 300-500 μm, chiều dày của màng chế
tạo thƣờng dao động 10% so với giá trị xác định [4,7].
 Độ nén ép
Đối với các quá trình lọc đặc biệt là lọc bằng màng thì đòi hỏi phải có sự
chênh lệch áp suất giữa hai phía của màng lọc. Trong quá trình lọc, do sự chênh
lệch áp suất, màng bị nén lại làm cho độ xốp của màng bị giảm đi, trở lực của màng
tăng lên. Tuỳ thuộc vào sự chênh lệch áp suất và thời gian làm việc mà màng bị nén
ít hay nhiều, khi đó năng suất lọc cũng bị giảm xuống so với khi chƣa bị nén trong
cùng điều kiện lọc [4, 7].
 Trở lực của màng
Trở lực của màng là áp suất thuỷ tĩnh để dung dịch có thể chảy đƣợc qua màng
với lƣu lƣợng riêng nào đó. Màng càng dày, càng ít lỗ thì trở lực càng lớn và ngƣợc
lại [4, 7].
1.2.5. Các quá trình màng dùng động lực áp suất
Các quá trình màng động lực áp suất chủ yếu gồm: lọc thƣờng, vi lọc, siêu lọc,
lọc nano, thẩm thấu ngƣợc. Việc phân chia thành các quá trình màng dựa theo kích
thƣớc lỗ màng và cũng chỉ mang tính tƣơng đối. Ngoài ra còn một số quá trình khác
nhƣ điện thẩm tách, thẩm tách và bốc hơi qua màng[3,16,28].

14


 Vi lọc (Microfiltration)
Màng vi lọc có kích thƣớc lỗ từ 0.1 đến 10µm, có khả năng giữ đƣợc những
tiểu phân có kích thƣớc tƣơng đối lớn và các loại vi khuẩn. Loại màng này có độ
cản thuỷ lực thấp. Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế sàng lọc. Vật liệu tạo
màng có thể là vô cơ (gốm, thủy tinh, kim loại) hoặc hữu cơ (polyme).
 Siêu lọc (Ultrafitration)
Để tách các tiểu phân có kích thƣớc tƣơng đối nhỏ và các phân tử có kích
thƣớc trung bình, ngƣời ta phải dùng màng siêu lọc. Màng này có cấu trúc bất đối
xứng, vật liệu tạo màng thƣờng là polyme hoặc gốm. Kích thƣớc lỗ của lớp hoạt
động khoảng từ 0.001 đến 0.1µm. Độ cản thủy lực của màng lớn hơn so với màng
vi lọc. Quá trình tách qua màng cũng xảy ra theo cơ chế sàng lọc (rây phân tử). Khả
năng tách của màng đƣợc đặc trƣng bởi hệ số cắt phân tử (MWCO) hay còn gọi là
giới hạn tách phân tử.
 Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis)
Màng thẩm thấu ngƣợc có kích thƣớc lỗ vô cùng nhỏ, khoảng một vài nm. Loại
màng này có thể tách đƣợc các ion trong dung dịch và cho dung môi đi qua. Độ cản
thủy lực của màng này rất lớn, theo đó áp suất làm việc cũng rất lớn, có thể lên đến
80 bar [2,6,31]. Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế hoà tan khuếch tán và
hấp phụ mao quản.
 Lọc nano (Nanofiltration)
Màng lọc nano có cấu trúc bất đối xứng và thƣờng dùng để tách các tiểu
phân có kích thƣớc nhỏ (đƣờng, amino axit, thuốc trừ sâu, chất diệt cỏ,…) theo cơ
chế thấm khuếch tán và sàng lọc. Độ cản thủy lực của quá trình này cao hơn so với
quá trình siêu lọc.
Màng thẩm thấu ngƣợc và lọc nano dùng cho dung môi nƣớc khá giống nhau
về cấu trúc và phƣơng pháp chế tạo. Tuy nhiên, màng lọc nano có kích thƣớc lỗ lớn
hơn một chút so với màng thẩm thấu ngƣợc và quá trình chuyển khối qua màng lọc

nano là phức tạp hơn vì quá trình tách xảy ra không chỉ do cơ chế thấm khuếch tán

15


mà còn có cả cơ chế sàng lọc. Màng thẩm thấu ngƣợc và lọc nano cần có tính chất
ƣa nƣớc, bền về mặt hoá học (đặc biệt là với các tác nhân làm sạch và khử trùng
chứa clo – nƣớc gia ven), chống đƣợc vi khuẩn, và có độ bền cơ học tốt. Màng bất
đối xứng làm từ vật liệu cellulose acetate dùng cho thẩm thấu ngƣợc và lọc nano
hiện nay vẫn khá thông dụng. Tuy nhiên, các loại màng composite (TFC) cũng đang
có ƣu thế trên thị trƣờng, ví dụ nhƣ màng composite với lớp đỡ là polysulfone hay
polyethersulfone và lớp bề mặt polyamide. So với màng composite, màng làm từ
dẫn xuất cellulose có khả năng chịu đƣợc môi trƣờng clo tốt hơn, nhƣng khả năng
chịu dung môi kém hơn và khoảng pH làm việc thích hợp hẹp hơn. Giới hạn tách
của các loại màng dùng động lực áp suất có thể đƣợc biểu diễn nhƣ Hình 1.7.

Hình 1.7. Giới hạn tách của các loại màng lọc dùng động lực áp suất
1.2.6. Cơ chế tách qua màng
Quá trình vận chuyển chất qua màng là một quá trình phức tạp. Qua nghiên
cứu các nhà khoa học đã đƣa ra nhiều giả thuyết khác nhau để giải thích cơ chế của
quá trình tách qua màng nhƣ[4,7,20]:
 Thuyết sàng lọc
Thuyết này cho rằng màng gồm nhiều mao quản có kích thƣớc lỗ xác định.
Cấu tử nào có kích thƣớc bé hơn kích thƣớc mao quản thì sẽ vận chuyển qua màng,
còn cấu tử có kích thƣớc lớn hơn thì bị giữ lại [2,5]. Thuyết này chỉ phù hợp trong
việc giải thích cho các quá trình siêu lọc và vi lọc (chất tan có kích thƣớc lớn).

16

Trong trƣờng hợp phân tử chất tan và phân tử dung môi có kích thƣớc tƣơng đƣơng
nhau thì thuyết này không giải thích đƣợc.
 Thuyết hòa tan khuếch tán
Thuyết này cho rằng dƣới động lực áp suất cao, dung môi và chất tan đều
khuếch tán qua màng. Các phân tử sau khi thẩm thấu vào màng sẽ khuếch tán,
nhƣng dòng khuếch tán chất tan và dòng khuếch tán dung môi khác nhau về tốc độ,
tốc độ này tỉ lệ với hệ số khuếch tán của chúng trong màng. Hệ số khuếch tán của
dung môi càng lớn và của chất tan càng nhỏ thì quá trình tách càng hiệu quả. Thuyết
này cho thấy ảnh hƣởng của vật liệu tạo màng đến hiệu quả tách.
 Thuyết mô hình mao quản
Thuyết này cho rằng màng bán thấm đƣợc cấu tạo từ nhiều mao quản, trên
bề mặt màng bán thấm và trong ống mao quản hình thành một lớp nƣớc liên kết hấp
phụ. Do tác dụng của các lực hoá lý, lớp nƣớc hấp phụ này đã mất đi một phần hay
toàn bộ khả năng hoà tan chất tan, vì thế nó không cho chất tan đi qua các ống mao
quản. Nếu các ống mao quản có đƣờng kính đủ nhỏ hơn hai lần chiều dày lớp nƣớc
liên kết hấp phụ thì màng chỉ cho nƣớc tinh khiết đi qua. Thuyết này giải thích đƣợc
khá đầy đủ cơ chế và các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tách.
1.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng
* Sự phân cực nồng độ và tắc màng (fouling)
Sự phân cực nồng độ là hiện tƣợng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt màng
do dung môi vận chuyển đƣợc qua màng còn chất tan bị giữ lại. Hiện tƣợng này làm
cho lƣu lƣợng của màng giảm xuống trong quá trình tách. Khi sự phân cực nồng độ
lớn thì chất tan sẽ bám trên bề mặt màng khiến cho bề mặt làm việc của màng giảm
xuống, đồng thời làm tăng vọt áp suất thẩm thấu, do đó hiệu quả làm việc của màng
giảm[4,7,28].
Có nhiều cách làm giảm sự phân cực trên màng bán thấm. Đối với nhiều
thiết bị lớn, để làm mất đi sự phân cực nồng độ trên màng bán thấm ngƣời ta thƣờng
cho dung dịch trên màng vận chuyển với tốc độ lớn và tạo dòng xoáy. Còn đối với

17