Xử lý nước thải phẩm nhuộm acid blue 62 bằng phương pháp ozon hóa trên xúc tác oms 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

MAI NGUYỆT THU HÀ

XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHẨM NHUỘM ACID BLUE 62 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP OZON HÓA TRÊN XÚC TÁC OMS-2

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
Mã số:

60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2017


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
Cán bộ chấm nhận xét 1 :

PGS. TS. Nguyễn Đình Thành

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

TS. Ngô Thanh An

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG Tp. HCM
ngày 11 tháng 8 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. PGS. TS. Nguyễn Quang Long
2. PGS. TS. Nguyễn Đình Thành
3. TS. Ngơ Thanh An
4. TS. Trần Thị Kiều Anh
5. TS. Nguyễn Văn Dũng
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Mai Nguyệt Thu Hà

MSHV: 1570168

Ngày, tháng, năm sinh: 29 – 10 – 1973

Nơi sinh: Sài Gòn

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học

Mã số: 60520301

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Xử lý nước thải phẩm nhuộm acid blue 62 bằng phương pháp ozon hóa trên xúc tác
OMS-2
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Mục tiêu của luận văn này là tổng hợp xúc tác Fe-OMS-2 và khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng đến khả năng phân hủy của thuốc nhuộm acid blue 62 bằng phương pháp ozon
hóa trên xúc tác Fe-OMS-2.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 16/01/2017
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/06/2017
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hạnh

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2017
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC


1

LỜI CẢM ƠN
Em kính gửi lời cám ơn chân thành đến PGS. TS Nguyễn Ngọc Hạnh, Cơ đã tận tình
hướng dẫn em làm luận văn, tạo mọi điều kiện để em học và làm thí nghiệm tại Phịng
Thí Nghiệm Xúc Tác Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM. Dù rất bận rộn với việc

nghiên cứu và giảng dạy tại trường, nhưng Cô đã dành nhiều thời gian và công sức để
giúp em hoàn thành luận văn này.
Em chân thành cám ơn:
ThS Lâm Hoa Hùng, Thầy đã tận tình chỉ dạy và luôn giúp đỡ em trong suốt thời gian
em làm luận văn.
PGS. TS Nguyễn Quang Long, Thầy đã tận tình hỗ trợ, đóng góp ý kiến và ln giúp
đỡ em trong suốt thời gian em làm luận văn.
KS Nguyễn Ngọc Điền, ThS Dương Thành Trung và Cô Nguyễn Kim Phương, Thầy
Cô đã tận tình hỗ trợ và giúp đỡ em trong thời gian em làm luận văn.
PGS. TS Nguyễn Đình Thành, TS Ngô Thanh An, TS Trần Thị Kiều Anh và TS
Nguyễn Văn Dũng, Thầy Cơ đã đóng góp ý kiến giúp em hồn thành luận văn này.
Q Thầy Cơ Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền
đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.
Ban Giám Hiệu và Phòng Đào Tạo sau đại học Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM
đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập và hoàn thành luận văn này.
KS Nguyễn Hải Đăng đã hỗ trợ tơi trong thời gian làm thí nghiệm.
Gia đình đã ln quan tâm và giúp đỡ em trong suốt thời gian em học và làm luận văn
ở trường.

Mai Nguyệt Thu Hà


2

TÓM TẮT
Xử lý nước thải dệt nhuộm liên quan chủ yếu đến việc xử lý các loại nước thải
chứa các loại phẩm nhuộm có nồng độ phẩm màu cao và có nồng độ khác nhau. Nước
thải dệt nhuộm này cần phải được xử lý trước khi thải ra ngoài bằng cách loại bỏ màu
thuốc nhuộm để bảo vệ môi trường. Trong phần nghiên cứu này, q trình ozon hóa kết
hợp với chất xúc tác Fe-OMS-2 đã được dùng để xử lý nước thải phẩm nhuộm acid

blue 62. Xúc tác Fe-OMS-2 đã được tổng hợp trong phịng thí nghiệm và khảo sát các
tính chất đặc trưng như XRD, BET, TEM… Xúc tác Fe-OMS-2 được tổng hợp bằng
phương pháp Sol-Gel. Nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy xúc tác có các đỉnh (peak) ở vị
trí 2 theta là 12,8, 18, 28,7, 37,6, 42, 50 và 58 độ. Diện tích bề mặt riêng là 84.5 m2/g.
Trong điều kiện khảo sát, nước thải phẩm nhuộm acid blue 62 ở nồng độ 25ppm trong
môi trường pH = 8, lưu lượng của dịng có chứa ozon là 0.5lít/phút, lượng xúc tác FeOMS-2 là 0.2g/L, có khuấy trộn, hỗn hợp sẽ phân hủy hoàn toàn 100% màu sau 10
phút.


3

ABSTRACT
Waste water treatment in textile and dye industry mainly involves treatment of
highly colored waste water containing variety of dyes in different concentrations. The
waste water needs to be treated prior to discharge by effectively removing dye color in
order to protect environment. In this study, the catalytic ozonation in the presence of
Fe-OMS-2 as catalyst was done for removal of acid dye (Acid Blue 62) waste water.
The Fe-OMS-2 was made in Catalyst laboratory and well characterised by methods
such as XRD, BET measurements, TEM images… Fe-OMS-2 material was
synthesized by Sol-Gel method. X-ray diffraction (XRD) pattern showed characteristic
peaks at 2 theta values of 12.8, 18, 28.7, 37.6, 42, 50 and 58 degree. Specific surface
area is 84.5 m2/g. In the 25ppm acid blue 62 waste solution at pH of 8 with ozone flowrate of 0.5L/min and Fe-OMS-2 content of 0.2g/L, the complete decolorisation was
reached after 10 mins.


4

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là do tơi thực hiện, các kết quả thí nghiệm trong luận
văn là trung thực. Những thông tin tham khảo trong luận văn đều được trích dẫn cụ thể.

Ngày 15 tháng 6 năm 2017
Học viên thực hiện

Mai Nguyệt Thu Hà


5

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN

1

TÓM TẮT

2

ABSTRACT

3

LỜI CAM ĐOAN

4

MỤC LỤC

5

DANH MỤC BẢNG

8

DANH MỤC HÌNH

9

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

11

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN

13

2.1. Thuốc nhuộm acid blue 62 và các phương pháp xử lý nước thải nhuộm 13
2.2. Ozon

21

2.3. Rây phân tử bát diện OMS

28

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM

32

3.1. Tổng hợp OMS-2 và Fe-OMS-2 bằng phương pháp Sol-Gel

33

3.1.1. Quy trình tổng hợp OMS-2

33

3.1.2. Quy trình tổng hợp Fe-OMS-2

35

3.2. Lập đường chuẩn quan hệ giữa độ hấp thu A và nồng độ dung dịch
phẩm nhuộm acid blue 62

37

3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng quá trình xử lý phẩm nhuộm acid
blue 62

38

3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy màu acid
blue 62 (TN1)

42

3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng của dịng có chứa ozon đến hiệu suất
phân hủy màu acid blue 62 (TN2)
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu của acid blue 62 đến hiệu suất

42


6

phân hủy màu acid blue 62 (TN3)

42

3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phân hủy
màu acid blue 62 (TN4)

43

3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của lượng xúc tác Fe-OMS-2 đến hiệu suất
phân hủy màu acid blue 62 (TN5)

43

3.3.6. Khảo sát khả năng hấp phụ của xúc tác Fe-OMS-2 đến hiệu suất
phân hủy màu acid blue 62 (TN 6,7,8,9)

43

3.3.7. Tái sử dụng xúc tác

44

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

45

4.1. Kết quả phân tích đặc trưng xúc tác Fe-OMS-2

45

4.2. Đường chuẩn quan hệ giữa độ hấp thu A và nồng độ dung dịch acid
blue 62

48

4.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng quá trình xử lý phẩm nhuộm

50

4.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy màu acid blue 62 50
4.3.2. Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng của dịng có chứa ozon đến hiệu suất
phân hủy màu acid blue 62

53

4.3.3. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ban đầu của acid blue 62 đến hiệu suất
phân hủy màu acid blue 62

55

4.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phân hủy
màu acid blue 62

56

4.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của lượng xúc tác Fe-OMS-2 đến hiệu suất
phân hủy màu acid blue 62

57

4.3.6. Khảo sát khả năng hấp phụ của xúc tác Fe-OMS-2 đến hiệu suất
phân hủy màu acid blue 62

59

4.3.7. Tái sử dụng xúc tác

60

4.3.8. Hiệu suất phân hủy màu phẩm nhuộm acid blue 62 bằng khả năng
hấp phụ của Fe-OMS-2 khơng ozon và có ozon và bằng ozon không xúc
tác Fe-OMS-2 (TN 1,10,11)

61


7

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

62

5.1. KẾT LUẬN

62

5.2. KIẾN NGHỊ

62

TÀI LIỆU THAM KHẢO

63

PHỤ LỤC

67


8

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Các q trình oxy hóa nâng cao không cần tác nhân ánh sáng

17

Bảng 2.2. Các quá trình oxy hóa nâng cao cần tác nhân ánh sáng

21

Bảng 2.3. Tính chất vật lý của ozon

22

Bảng 2.4. Thế oxy hóa của ozon với các tác nhân oxy hóa mạnh

23

Bảng 2.5. Các thông số cơ bản của OMS-1 và OMS-2

29

Bảng 4.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy màu acid blue 62
bằng ozon trên xúc tác Fe-OMS-2

67

Bảng 4.2 Ảnh hưởng lưu lượng của dịng có chứa ozon đến hiệu suất
phân hủy màu acid blue 62

68

Bảng 4.3. Ảnh hưởng nồng độ ban đầu của acid blue 62 đến hiệu suất
phân hủy màu acid blue 62

69

Bảng 4.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phân hủy
màu acid blue 62

70

Bảng 4.5. Ảnh hưởng của lượng xúc tác Fe-OMS-2 đến hiệu suất phân

hủy màu acid blue 62

70

Bảng 4.6. Khả năng hấp phụ của xúc tác Fe-OMS-2 đến hiệu suất phân
hủy màu acid blue 62

71

Bảng 4.7. Số lần tái sử dụng xúc tác Fe-OMS-2

72

Bảng 4.8. Hiệu suất phân hủy màu phẩm nhuộm acid blue 62 bằng xúc
tác Fe-OMS-2 không ozon và có ozon và bằng ozon khơng sử dụng xúc
tác Fe-OMS-2

72


9

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Acid blue 62

13

Hình 2.2. Cấu trúc OMS-1

28

Hình 2.3. Cấu trúc OMS-2

28

Hình 2.4. Octahedron.

29

Hình 2.5. Cấu trúc K-OMS-2 hoặc cryptomelane

29

Hình 2.6. Cấu trúc mạng OMS-2

30

Hình 3.1. Quy trình tổng hợp OMS-2

33

Hình 3.2. Hỗn hợp sau khi lọc rửa

34

Hình 3.3. Xúc tác OMS-2

35

Hình 3.4. Quy trình tổng hợp Fe-OMS-2

35

Hình 3.5. Xúc tác Fe-OMS-2

36

Hình 3.6. Dãy dung dịch acid blue 62 chuẩn

38

Hình 3.7. Đồ thị A= f(C)

38

Hình 3.8. Mơ hình thí nghiệm xử lý phẩm nhuộm acid blue 62 bằng ozon

38

Hình 4.1. Nhiễu xạ tia X của Fe-OMS-2 tổng hợp bằng phương pháp
Sol-Gel

45

Hình 4.2. Nhiễu xạ chuẩn tia X của OMS-2 (JCPDS 29-1020)

45

Hình 4.3. Kết quả phân tích mẫu Fe-OMS-2 bằng phương pháp quang phổ

UV-VIS

46

Hình4.4.Ảnh chụp TEM của Fe-OMS-2 tổng hợp theo phương pháp sol-gel 48
Hình 4.5. Kết quả qt bước sóng của dung dịch acid blue 62

49

Hình 4.6. Đường chuẩn acid blue 62

50

Hình 4.7. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy màu acid blue 62
bằng ozon có và khơng có xúc tác Fe-OMS-2 và bằng xúc tác Fe-OMS-2 50
Hình 4.8. Ảnh hưởng lưu lượng của dịng có chứa ozon đến hiệu suất


10

phân hủy màu acid blue 62 có và khơng có xúc tác Fe-OMS-2

53

Hình 4.9. Ảnh hưởng nồng độ ban đầu của acid blue 62 đến hiệu suất
phân hủy màu acid blue 62 bằng ozon có và khơng có xúc tác Fe-OMS-2

55

Hình 4.10. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phân hủy

màu acid blue 62 bằng ozon có và khơng có xúc tác Fe-OMS-2

56

Hình 4.11. Ảnh hưởng của lượng xúc tác Fe-OMS-2 đến hiệu suất phân
hủy màu acid blue 62

58

Hình 4.12. Khả năng hấp phụ của xúc tác Fe-OMS-2 đến hiệu suất phân
hủy màu acid blue 62

59

Hình 4.13. Số lần tái sử dụng xúc tác Fe-OMS-2

60

Hình 4.14. Hiệu suất phân hủy màu phẩm nhuộm acid blue 62 bằng xúc
tác Fe-OMS-2 khơng ozon và có ozon và bằng ozon không sử dụng xúc
tác Fe-OMS-2

61


11

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Một trong những vấn đề đặt ra cho các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam là

cải thiện mơi trường ơ nhiễm từ các hóa chất độc hại do nền cơng nghiệp tạo ra, trong
đó, cần quan tâm đến các ngành cơng nghiệp nhựa cao su, hóa chất, cơng nghiệp thực
phẩm, giấy ... đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam.
Nước thải dệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễm nhất trong tất cả các ngành công nghiệp
vì trong quá trình nhuộm đã sử dụng nhiều loại hóa chất như chất hoạt động bề mặt,
chất tẩy trắng, chất cầm màu… và chủ yếu là các loại phẩm nhuộm đều là những chất
hữu cơ có cấu trúc hóa học bền vững và khó xử lý nhất. Nước thải nhuộm chứa một
lượng lớn các chất hữu cơ không phân hủy được và có độ màu cao [1,2].
Độ màu của nước thải nhuộm chưa được qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn khi
thải ra môi trường sẽ lan truyền khắp nơi, làm đục nước, độ màu của thuốc nhuộm sẽ
làm giảm lượng ánh sáng xuyên qua nước, dẫn đến làm giảm hiệu quả quang hợp và
tác động đến sự tăng trưởng của thực vật thủy sinh. Ngoài ra, một số thuốc nhuộm có
thể gây độc cho một số sinh vật, gây ô nhiễm nặng đến môi trường, sinh thái, làm chết
cá và ảnh hưởng đến đời sống của nhiều loài thủy sinh, các loài động vật sống dưới
nước và cũng ảnh hưởng đến động vật và con người [3].
Nhiều phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm đã được nghiên cứu và ứng dụng như
keo tụ, hấp phụ, xử lý sinh học... nhưng không đạt hiệu quả cao [4], do đó để tăng
cường khả năng phân hủy các chất hữu cơ người ta đã nghiên cứu và ứng dụng các q
trình oxy hóa nâng cao. Các q trình này dựa trên cơ sở oxy hóa các hợp chất hữu cơ
thành CO2 và H2O với tác nhân oxy hóa là các gốc tự do hoạt động hydroxyl •OH. Q
trình oxy hóa nâng cao là phương pháp xử lý nước thải đạt hiệu quả cao [2].
Phản ứng Fenton là một phương pháp được áp dụng để xử lý nước thải theo nguyên tắc
phản ứng oxy hóa giữa hydrogen peroxide H2O2 với muối sắt Fe2+ để tạo ra gốc tự do
hydroxyl •OH có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ. Nhược điểm của phương


12

pháp xử lý Fenton là tạo ra một lượng bùn sắt kết tủa khá lớn (do keo tụ để tách xúc tác
sắt ra khỏi dung dịch) và khả năng thu hồi để tái sử dụng tiếp tục chất xúc tác thì khơng

có hiệu quả cho xử lý nước thải nhuộm [5,6].
Để khắc phục nhược điểm của phương pháp Fenton nên nhóm nghiên cứu ở phịng thí
nghiệm Hóa Lý đã sử dụng hệ H2O2/ Fe-OMS-2 để xử lý màu nước thải phẩm nhuộm
acid blue 62.
Tuy nhiên hệ xúc tác oxy hóa H2O2/ Fe-OMS-2 chỉ ứng dụng được trong môi trường
pH khoảng từ 3 đến 4 với thời gian xử lý khoảng 45 đến 60 phút và xử lý không hiệu
quả ở mơi trường kiềm.
Do đó, chúng tơi đặt vấn đề nghiên cứu sử dụng q trình ozon hóa trên xúc tác FeOMS-2 để xử lý thuốc nhuộm acid blue 62 trong nước thải nhuộm.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của luận văn này là tổng hợp chất xúc tác Fe-OMS-2 và khảo sát các yếu tố
ảnh hưởng đến khả năng phân hủy của thuốc nhuộm acid blue 62 bằng phương pháp
ozon hóa trên chất xúc tác Fe-OMS-2.


13

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1. Thuốc nhuộm acid blue 62 và các phương pháp xử lý nước thải nhuộm
Thuốc nhuộm acid blue 62
Tên hóa học:
Sodium1-amino-4-(cyclohexylamino)-9,10-dihydro-9,10-dioxoanthracene-2-sulfonate
Tên thương mại: Acid blue 62
Cơng thức cấu tạo acid blue 62

Công thức phân tử acid blue 62: C20H19N2NaO5S
Tính chất vật lý: Bột màu xanh đậm, khơng mùi

Hình 2.1. Acid blue 62
Khối lượng phân tử: 422.43 g/mol
Tính ổn định: acid blue 62 ổn định trong 7 năm, khi được lưu giữ trong thùng kín tránh

ánh sáng và độ ẩm.
Độc tính cấp tính: độc tính cấp tính đường miệng, đường hơ hấp, kích ứng da… [7].


14

Nước thải nhuộm chứa các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy như thuốc nhuộm, các
chất hoạt động bề mặt, các chất tẩy rửa…, trong đó thuốc nhuộm là thành phần khó xử
lý nhất.
Lượng dư thuốc nhuộm khi thải ra môi trường sẽ làm ô nhiễm nguồn nước, độ màu của
thuốc nhuộm ngăn cản quá trình khuếch tán ánh sáng và độ hịa tan oxy tác động đến
q trình quang hợp và hô hấp của sinh vật, gây độc cho một số sinh vật, nhiều loài
thủy sinh sống dưới nước, làm chết cá và cũng ảnh hưởng đến động vật và con người.
Xử lý nước thải nhuộm là vấn đề ln được quan tâm hàng đầu và đã có nhiều phương
pháp xử lý nước thải nhuộm được nghiên cứu và ứng dụng.
Các phương pháp xử lý nước thải nhuộm
Phương pháp keo tụ, hấp phụ
Quá trình keo tụ được thực hiện bằng cách cho vào nước các hóa chất như phèn nhôm
Al2(SO4)3, phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3, chúng phân li tạo các ion Al3+, Fe2+ và Fe3+ bị
thủy phân và tạo thành Al(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3 có khả năng hấp phụ và làm giảm
độ màu của thuốc nhuộm.
Al 3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+
Fe 2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+
Fe 3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+
Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để xử lý các chất hữu cơ hòa tan,khử
độc, khử mùi, phân hủy màu các hợp chất hữu cơ như thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát
trùng, các hợp chất vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, phẩm nhuộm...
Trong quá trình hấp phụ, người ta sử dụng phổ biến nhất là than hoạt tính, chất hấp phụ
vô cơ như đất sét, silicagen. Các hydroxit kim loại ít được sử dụng vì năng lượng tương
tác tương đối lớn. Than hoạt tính được sản xuất từ các vật liệu chứa carbon như than,

gỗ, chất thải rắn của công nghiệp thực phẩm, giấy…


15

Than hoạt tính phải có một số tính chất sau
- Tương tác yếu với phân tử nước và mạnh với các chất hữu cơ, có lỗ xốp thơ tương đối
(8 – 50Å) để có thể hấp phụ các phân tử hữu cơ lớn và phức tạp.
- Than phải có hoạt tính xúc tác thấp đối với phản ứng oxy hóa và trùng ngưng vì một
số chất hữu cơ trong nước thải có khả năng bị oxy hóa và bị hóa nhựa.
- Than phải có giá thành thấp, khơng giảm khả năng hấp phụ sau khi tái sinh [8].
Phương pháp sinh học
+ Q trình hiếu khí: chất hữu cơ + O2

vi sinh vật CO2, H2O

+ Q trình kỵ khí: chất hữu cơ + O2 vi sinh vật

CH4, H2S, NH3, CO2, H2O (có mùi,

hàm lượng phụ thuộc vào chất hữu cơ) (xem oxy ở trong các liên kết như NO3-,
SO42,…) (ngoài các khí này cịn có 1 ít chất hữu cơ khơng phân hủy gọi là chất trơ )
[8].
Q trình hiếu khí
Q trình xử lý sinh học hiếu khí là q trình sử dụng các vi sinh oxy hóa các chất hữu
cơ trong điều kiện có oxy.
Q trình xử lý nước thải nhuộm bằng phương pháp hiếu khí gồm các q trình:
- Q trình oxy hóa chất hữu cơ: (đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào)
CxHyOzN + O2 vi sinh vật CO2 + NH3 + H2O + Q
- Quá trình tổng hợp tế bào: (tổng hợp để xây dựng tế bào)

CxHyOz + NH3 + O2

vi sinh vật

C5H7NO2 + CO2 + H2O + Q

(Trong đó CxHyOzN: tồn bộ chất hữu cơ của nước thải nhuộm, C5H7NO2: Công thức
theo tỷ lệ trung bình các ngun tố chính trong chất tế bào vi khuẩn, Q: năng lượng)
- Q trình oxy hóa nội bào (tự oxy hóa): nếu tiếp tục tiến hành q trình oxy hóa thì
khi khơng đủ chất dinh dưỡng, q trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra
q trình tự oxy hóa:
C5H7NO2 + O2

vi sinh vật CO2 + NH3 + H2O + Q

Trong q trình oxy hóa sinh học hiếu khí, các chất hữu cơ chứa N, S, P cũng được
chuyển thành NO3-, SO4 2-, PO43-, CO2, H2O.


16

Q trình yếm khí
Q trình xử lý sinh học yếm khí là q trình sử dụng các vi sinh oxy hóa các chất hữu
cơ trong điều kiện khơng có oxy, các chất hữu cơ có thể bị phân hủy nhờ vi sinh vật và
sản phẩm cuối cùng là CH4, CO2.
Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờ vi khuẩn kỵ khí chủ yếu theo q trình lên men
gồm các bước sau:
Bước 1: Thủy phân các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hơn như
monosaccharide, amino acid hoặc các muối khác. Đây là nguồn dinh dưỡng và năng
lượng cho vi khuẩn hoạt động.

Bước 2: Các nhóm vi khuẩn kỵ khí thực hiện q trình lên men axit, chuyển hóa các
chất hữu cơ đơn giản thành các loại axit hữu cơ thông thường như acid acetic, glycerin,
acetate,...
CH3CH2COOH + 2H2O

CH3COOH + CO2 + 3H2

Acid propionic
CH3CH2 CH2COOH + 2H2O

2 CH3COOH + 2H2

Acid butyric
Bước 3: Các nhóm vi khuẩn kỵ khí lên men kiềm (chủ yếu là các loại vi khuẩn lên men
metan như methanosarcina và methanothrix) đã chuyển hóa acid acetic và hydro thành
CH4, CO2 [4].
Phương pháp oxy hóa
Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ gây ơ nhiễm mơi trường có trong nước thải là q
trình chuyển các chất hữu cơ có cấu trúc hóa học bền vững thành chất hữu cơ có trọng
lượng phân tử thấp, chất vơ cơ ít độc hơn bằng cách sử dụng các chất oxy hóa như
Natri hypochlorite (NaOCL), Clo dioxyt (ClO2)…
Clo hóa
Muối NaClO có tính oxy hóa rất mạnh nên được dùng để phân hủy màu nước thải
nhuộm, muối NaOCl có tác dụng tẩy màu, sát trùng, tẩy trắng vải, sợi, giấy và có khả


17

năng phá vỡ cấu trúc các phân tử phẩm màu để tạo thành các hợp chất có phân tử nhỏ
hơn. Natri hypochlorite khơng được sử dụng trong q trình phân hủy phẩm màu là do

muối NaOCl có thể phản ứng với các chất hữu cơ trong nước thải tạo các hợp chất clo
hữu cơ, là chất độc có khả năng gây ung thư như chloroanilines, chlorobenzamide,
chlorophenols, chloronitrobenzenes, acid chloroacetic… [9].
Phương pháp oxy hóa nâng cao
(Advanced Oxidation Processes -AOPs) [2,5,10].
Q trình oxy hóa nâng cao là q trình oxy hóa phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ dựa
vào gốc tự do hoạt động hydroxyl •OH được tạo ra ngay trong q trình xử lý. Gốc
hydroxyl •OH là tác nhân oxy hóa mạnh có khả năng oxy hóa phân hủy các hợp chất
hữu cơ thành các chất vô cơ như: CO2, H2O và các acid vơ cơ.
Các q trình oxy hóa nâng cao không cần tác nhân ánh sáng là các q trình khơng
cần năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng.
Bảng 2.1. Các quá trình oxy hóa nâng cao khơng cần tác nhân ánh sáng

TT

Tác nhân phản ứng

Phản ứng đặc trưng

Tên quá trình

1

H2O2 và Fe2+

H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- +

Fenton

•OH

2
3

H2O2 và O3

H2O2 + 2O3 → 2•OH + 3O2

cxt
O3 và các chất xúc tác 3O3 + H2O ⎯⎯
→ 2•OH +

4O2
4

H2O và năng lượng
điện hóa

Peroxon
Catazon

(chất xúc tác: cxt)

nldh
H2O ⎯⎯
⎯
→ •OH + •H

(năng lượng điện hóa: nlđh)

Oxi hóa điện

hóa