Sử dụng vật liệu biến tính từ vỏ trấu làm xúc tác cho quá trình oxy hóa nâng cao loại bỏ phẩm màu

LỜI CẢM ƠN
Với những kiến thức đã đƣợc học trên ghế nhà trƣờng cùng với sự giúp đỡ
chỉ bảo tận tình của thầy, cơ khoa Quản lý Tài ngun rừng và Mơi trƣờng,
Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp, em đã hồn thành bài khóa luận tốt nghiệp của
mình với đề tài“Sử dụng vật liệu biến tính từ vỏ trấu làm xúc tác cho q
trình oxy hóa nâng cao loại bỏ phẩm màu”.
Nhân dịp này, trƣớc hết em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa
Quản lý Tài nguyên rừng và Mơi trƣờng, thầy cơ tại Trung tâm Phân tích môi
trƣờng, Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp, đã tạo điều kiện và giúp đỡ để em có thể
thực hiện tốt đề tài khóa luận của mình. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc
đến thầy Vũ Huy Định và thầy Đặng Thế Anh, ngƣời đã định hƣớng, khuyến
khích, chỉ dẫn và giúp đỡ em xuyên suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2018


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ....................................................... 2
1.1. ...Nƣớc thải dệt nhuộm………………………………………………………2
1.2. Các loại thuốc nhuộm thƣờng dùng ở Việt Nam ........................................... 5
1.3. Phƣơng pháp xử lý hợp chất azo trong nƣớc thải dệt nhuộm ........................ 6
1.3.1. Các phƣơng pháp sinh học ..........................................................................6
1.3.2. Các phƣơng pháp điện hóa ..........................................................................7
1.3.3. Các phƣơng pháp hóa học ...........................................................................7
1.3.4. Ứng dụng quá trình Fenton xử lý màu thuốc nhuộm trong nƣớc thải dệt

nhuộm ................................................................................................................. 13
1.4. Vỏ trấu .......................................................................................................... 15
1.4.1. Nguồn gốc phát sinh................................................................................. 15
1.4.2. Đặc tính của vỏ trấu ................................................................................ 15
1.4.3. Ảnh hƣởng của vỏ trấu tới môi trƣờng .................................................... 15
1.4.4. Ứng dụng của vỏ trấu ............................................................................... 16
CHƢƠNG 2. MỤC TIÊU – ĐỐI TƢỢNG – NỘI DUNG – PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU .................................................................................................... 22
2.1. Mục tiêu của đề tài ....................................................................................... 22
2.1.1. Mục tiêu tổng quát.................................................................................... 22
2.1.2. Mục tiêu cụ thể ......................................................................................... 22
2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 22
2.3. Đối tƣợng – Phạm vi nghiên cứu ................................................................. 22


2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 24
2.4.1. Biến tính vỏ trấu bằng phƣơng pháp gia nhiệt vật lý ............................... 24
2.4.2. Xác định thành phần, tính chất vỏ trấu biến tính ..................................... 25
2.4.3. Phƣơng pháp phân tích nồng độ phẩm màu .............................................. 26
2.4.4. Phƣơng pháp tính hiệu suất xử lý màu ...................................................... 28
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 28
3.1. Đặc tính của vỏ trấu biến tính ...................................................................... 29
3.1.1.Hình thái bề mặt ........................................................................................ 29
3.1.2. Thành phần của vật liệu biến tính ............................................................ 30
3.2. Xây dựng đƣờng chuẩn theo dõi nồng độ phẩm màu ................................. 31
3.3. Khảo sát các điều kiện ảnh hƣởng đến quá trình xử lý phẩm màu .............. 32
3.3.1. Ảnh hƣởng của thời gian biến tính........................................................... 32
3.3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ biến tính ............................................................ 34
3.3.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng muối sắt (III) đƣa vào biến tính vỏ trấu ....... 35
3.4. Hiệu suất xử lý màu cho phẩm RY 160 ....................................................... 38

3.5. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng của hệ xúc tác: ........................................ 39
3.6. Đánh giá khả năng áp dụng q trình Fenton/vỏ trấu biến tính xử lý độ màu
của một số phảm màu phổ biến:.......................................................................... 41
3.6.1. Xây dựng đƣờng chuẩn: ............................................................................ 40
3.6.2. Hiệu suất xử lý độ màu ............................................................................ 45
KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ ............................................................ 47
1. KẾT LUẬN ..................................................................................................... 47
2. TỒN TẠI ......................................................................................................... 47
3. KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC 1
PHỤ LỤC 2


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
RY 160

Reactive Yellow 160
Phẩm màu vàng

DB 199

Direct Blue 199
Phẩm màu xanh da trời

DR 239

Direct-Red-239
Phẩm màu đỏ cờ

DR 224

Direct-Red-224
Phẩm màu đỏ sen

H

Hiệu suất xử lý

UV-VIS

Ultraviolet-visible spectroscopy
Phổ tử ngoại khả kiến

SEM

Scanning electron microscope
Kính hiển vi điện tử quét

EDX

Engery dispersive X-ray spectroscopy
Phổ tán xạ năng lƣợng tia X

COD

Chemical oxigen demand
Nhu cầu oxi hóa học

DANH MỤC BẢNG
ảng 1.1. Đặc tính nƣớc thải của một số cơ sở dệt nhuộm ở Hà Nội...................3
ảng 1.2. Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia QCVN 13-MT:2015/BTNMT về nƣớc
thải công nghiệp dệt nhuộm ..................................................................................3
ảng 1.3. Điện thế oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa mạnh trong mơi trƣờng
lỏng. .......................................................................................................................9
Bảng 1.4. Thành phần các nguyên tố hóa học của vỏ trấu................................. 16
Bảng 2.1. Tên gọi và công thức cấu tạo của các phẩm màu nhuộm đƣợc sử dụng
............................................................................................................................ 23
Bảng 3.1. Thành phần các nguyên tố trong vỏ trấu sau khi biến tính................ 30
Bảng 3.2. Hiệu suất xử lý của hệ xúc tác ........................................................... 40


DANH MỤC HÌNH VẼ
H nh 1. 1 Các q trình hình thành gốc hydroxyl ............................................... 10
Hình 3.1. Ảnh SEM của vỏ trấu sau khi biến tính .............................................. 29
Hình 3.2. Phổ EDX của vỏ trấu sau khi biến tính ............................................... 30
H nh 3.3. Tƣơng quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phẩm màu RY 160 .. 31
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của thời gian biến tính tới hiệu quả xử lý khi biến tính mẫu
xúc tác trong 1 giờ ............................................................................................... 32
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của thời gian biến tính tới hiệu quả xử lý khi biến tính mẫu
xúc tác trong 2 giờ ............................................................................................... 33
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của thời gian biến tính tới hiệu quả xử lý khi biến tính mẫu
xúc tác trong 3 giờ ............................................................................................... 34
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung vỏ trấu................................................. 35
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng muối tới hiệu quả xử lý khi biến tính mẫu
với hàm lƣợng muối Fe2(SO4)3 trong mẫu là 0.5g Fe2(SO4)3 ............................. 36
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng muối tới hiệu quả xử lý khi biến tính mẫu
với hàm lƣợng muối Fe2(SO4)3 trong mẫu là 1.0g Fe2(SO4)3 ............................. 37
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng muối tới hiệu quả xử lý khi biến tính mẫu

với hàm lƣợng muối Fe2(SO4)3 trong mẫu là 1.5g Fe2(SO4)3 ............................. 38
Hình 3.11. Hiệu suất xử lý độ màu của phẩm màu vàng (RY 160) theo thời gian
............................................................................................................................. 39
H nh 3.12. Tƣơng quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phẩm Direct-Red-23
(DR 239) .............................................................................................................. 42
H nh 3.13. Tƣơng quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phẩm Direct Blue 199
(DB 199) .............................................................................................................. 43
H nh 3.14. Tƣơng quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phẩm Direct-Red-224
(DR 224) .............................................................................................................. 44
H nh 3.15. Tƣơng quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phẩm Acid Red 23 45
Hình 3.16. Hiệu suất xử lý độ màu của Acid Red, DB 199, DR 224, DR 239... 46


ĐẶT VẤN ĐỀ
Nƣớc ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa, hiện đại hóa với
sự mở rộng quy mơ sản xuất và phát triển nhanh chóng của các nghành cơng
nghiệp. Bên cạnh lợi ích to lớn mà sản xuất cơng nghiệp mang lại, thì ta khơng
thể phủ nhận những tổn hại môi trƣờng do chất thải công nghiệp gây ra. Với đặc
tính tồn tại lâu trong mơi trƣờng, không bị vi sinh vật phân hủy, chất hữu cơ khó
bị phân hủy sinh học trong chất thải cơng nghiệp là một mối nguy hại lớn. Một
trong những nguồn thải đáng chú ý nhất là nƣớc thải nghành dệt nhuộm, nhất là
nƣớc thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính. Đó là một nguồn thải chứa chất
hữu cơ khó phân hủy sinh học phổ biến hiện nay.
Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất
khác nhau nên nƣớc thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu
cơ độc hại, đặc biệt các công đoạn tẩy trắng và nhuộm màu. Việc tẩy, nhuộm vải
bằng thuốc nhuộm khác nhau nhƣ thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực
tiếp, thuốc nhuộm hồn ngun, thuốc nhuộm phân tán . . . khiến cho lƣợng
nƣớc thải chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau (chất tạo màu, chất bền màu,…).
Bên cạnh những lợi ích của chất tạo màu họ azo trong cơng nghiệp dệt nhuộm,

thì tác hại của nó khơng nhỏ khi đƣợc thải vào mơi trƣờng. Gần đây các nhà
nghiên cứu đã phát hiện ra tính độc hại và nguy hiểm của hợp chất họ azo đối
với môi trƣờng sinh thái và con ngƣời đặc biệt là loại thuốc nhuộm này có khả
năng gây ung thƣ cho ngƣời sử dụng sản phẩm.
Trong những năm gần đây, đã có nhiều cơng trình nghiên cứu và sửu dụng
các phƣơng pháp khác nhau nhằm xử lý các chất hữu cơ độc hại trog nƣớc thải
nhƣ: Phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp sinh học, phƣơng
pháp điện hóa . . . Trong đó, việc xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại bằng kỹ
thuật Fenton dị thể sử dụng vật liệu thải là một trong những hƣớng nghiên cứu
mới đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học trong và ngồi nƣớc quan tâm nghiên
cứu do có thể góp phần vào việc khắc phục nhƣợc điểm cơ bản của kỹ thuật
Fenton đồng thể.
1


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. Nƣớc thải dệt nhuộm
a. Nguồn gốc phát sinh
Nguồn nƣớc thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công đoạn
hồ sợi, giữ hồ, nấu tẩy, nhuộm và hồn tất. Trong đó lƣợng nƣớc thải chủ yếu do
q trình giặt sau mỗi cơng đoạn. Nhu cầu sử dụng nƣớc trong nhà máy dệt
nhuộm rất lớn và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các
chuyên gia, lƣợng nƣớc đƣợc sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm
72,3%, chủ yếu từ các cơng đoạn nhuộm và hồn tất sản phẩm. Ngƣời ta có thể
tính sơ lƣợc nhu cầu sử dụng nƣớc nƣớc cho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12
– 65 lít và thải ra 10 – 40 lít nƣớc. Vấn đề chủ yếu trong ngành công nghiệp dệt
nhuộm là sự ô nhiễm nguồn nƣớc.
Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nƣớc thải dệt nhuộm là các chất hữu cơ
khó phân hủy, thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu

cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lƣợng chất rắn, nhiệt độ cao và pH của
nƣớc thải cao do lƣợng kiềm lớn. Trong đó, thuốc nhuộm là thành phần khó xử
lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm azo - loại thuốc nhuộm đƣợc sử dụng phổ biến
nhất hiện nay, chiếm tới 60 - 70% thị phần. [7],[9],[10] Thơng thƣờng, các chất
màu có trong thuốc nhuộm khơng bám dính hết vào sợi vải trong q trình
nhuộm mà cịn lại một lƣợng dƣ nhất định tồn tại trong nƣớc thải. Lƣợng thuốc
nhuộm dƣ sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50% tổng lƣợng thuốc nhuộm
đƣợc sử dụng ban đầu.[7] Đây chính là nguyên nhân làm cho nƣớc thải dệt
nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ơ nhiễm lớn.
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay, con
ngƣời hầu nhƣ chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại
thuốc nhuộm là độ bền màu - tính chất khơng bị phân hủy bởi những điều kiện,
tác động khác nhau của môi trƣờng, đây vừa là yêu cầu với thuốc nhuộm, vừa là

2


thị hiếu của ngƣời tiêu dùng, nhƣng cũng là vấn đề với xử lý nƣớc thải dệt
nhuộm. Màu sắc của thuốc nhuộm có đƣợc là do cấu trúc hóa học của nó: Một
cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ
màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đơi liên hợp với hệ điện tử π
linh động nhƣ >C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N-. . . Nhóm trợ màu là những nhóm
thế cho hoặc nhận điện tử nhƣ: -COOH, -OH, NH2. . . , đóng vai trị tăng cƣờng
màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lƣợng của hệ điện tử.[12]
b. Đặc tính nƣớc thải dệt nhuộm
Đặc tính của nƣớc thải dệt nhuộm nói chung và nƣớc thải dệt nhuộm làng
nghề Vạn phúc nói riêng đều chứa loại hợp chất tạo màu hữu cơ, do đó có các
chỉ số pH, DO, BOD, COD,. . . rất cao (Bảng 1.1), vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép
đƣợc thải ra môi trƣờng sinh thái (Bảng 1.2)
ản 1.1. Đặc tính nước thải của một số cơ sở dệt nhuộm ở Hà Nội

Tên nhà máy

Độ PH

Độ màu

COD(mg/l)

BOD(mg/l)

Dệt Hà Nội

9-10

250-500

230-500

90-120

Dệt kim Thăng Long

8-12

168

440-500

132

Dệt nhuộm Vạn Phúc

8-11

750

380-890

120

ạ

inh - 2013)

ản 1.2. Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia QCVN 13-MT:2015/BTNMT về nước
thải công nghiệp dệt nhuộm
Thông số

TT
1

Nhiệt độ

2

pH

3

Độ màu (pH = 7)

4

BOD5 ở 200C

5

COD

Đơn vị

Giá trị C
A

B

C

40

40

-

6-9

5, 5-9

Cơ sở mới

Pt-Co

50

150

Cơ sở đang hoạt động

Pt-Co

75

200

mg/l

30

50

Cơ sở mới

mg/l

75

150

Cơ sở đang hoạt động

mg/l

100

200

0

3


Nhƣ vậy, nƣớc thải dệt nhuộm để đạt tiêu chuẩn cho phép thải ra môi
trƣờng cần tuân thủ nghiêm nghặt khẩu xử lý các hóa chất gây ơ nhiễm mơi
trƣờng có mặt trong nƣớc thải sau khi sản xuất hoặc chế biến các sản phẩm công
nghiệp.
c. Tác hại của nƣớc thải dệt nhuộm
Các thuốc nhuộm hữu cơ nói chung đƣợc xếp loại từ ít độc đến khơng độc
đối với con ngƣời (đƣợc đặc trƣng bằng chỉ số LD50). Các kiểm tra về tính kích
thích da, mắt cho thấy đa số thuốc nhuộm khơng gây kích thích với vật thử
nghiệm (thỏ) ngoại trừ một số cho kích thích nhẹ.
Tác hại gây ung thƣ và nghi ngờ gây ung thƣ: Các thuốc nhuộm azo đƣợc
sử dụng nhiều nhất trong ngành dệt, tuy nhiên chỉ có một số màu azo, chủ yếu là
thuốc nhuộm benzidin, có tác hại gây ung thƣ. Các nhà sản xuất châu Âu đã
ngừng sản xuất loại này, nhƣng trên thực tế chúng vẫn đƣợc tìm thấy trên thị
trƣờng do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao.[6]
Mức độ độc hại với cá và các loài thủy sinh: Các thử nghiệm trên cá của
hơn 3000 thuốc nhuộm đƣợc sử dụng thông thƣờng cho thấy thuốc nhuộm nằm
trong tất cả các nhóm từ khơng độc, độc vừa, độc, rất độc đến cực độc. Trong đó
có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc vừa đến độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2%
thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh.

Khi đi vào nguồn nƣớc nhận nhƣ sông, hồ, …với một nồng độ rất nhỏ
thuốc nhuộm đã cho cảm nhận về màu sắc. Thuốc nhuộm hoạt tính sử dụng càng
nhiều th màu nƣớc thải càng đậm. Màu đậm của nƣớc thải cản trở sự hấp thụ
oxy và ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hơ hấp, sinh trƣởng của các lồi
thủy sinh vật. Nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các
chất hữu cơ trong nƣớc thải. Các nghiên cứu cho thấy khả năng phân giải trực
tiếp thuốc nhuộm hoạt tính bằng vi sinh rất thấp. Ở Việt Nam, qua số liệu điều
tra tại các công ty dệt may lớn 12 đều cho thấy màu nƣớc thải dệt nhuộm chủ
yếu do thuốc nhuộm hoạt tính và một phần do các loại thuốc nhuộm khơng tận
trích hết khác gây ra.[6]
4


1.2. Các loại thuốc nhuộm thƣờng dùng ở Việt Nam
Thuốc nhuộm đƣợc sử dụng chủ yếu ở Việt Nam trƣớc đây là các hợp
chất mang màu dạng hữu cơ hoặc dạng phức của các kim loại nhƣ Cu, Co, Ni,
Cr,…Tuy nhiên, hiện nay dạng phức kim loại khơng cịn sử dụng nhiều do nƣớc
thải sau khi nhuộm chứa hàm lƣợng lớn các kim loại nặng gây ô nhiễm môi
trƣờng nghiêm trọng. Ở nƣớc ta hiện nay, thuốc nhuộm thƣơng phẩm vẫn chƣa
đƣợc sản xuất, tất cả các loại thuốc nhuộm đều phải nhập của các hãng sản xuất
thuốc nhuộm trên thế giới. Thuốc nhuộm dạng hữu cơ mang màu hiện rất phổ
biến trên thị trƣờng. Tuỳ theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng
mà ngƣời ta chia thuốc nhuộm thành các nhóm khác nhau.[1]
Có ai các cơ bả để phân loại thuốc nhuộm:
Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hóa học:
Đây là cách phân loại dựa trên cơ sở là cấu tạo của nhóm mang màu, các
họ chính theo số lƣợng thuốc nhuộm đƣợc tổng hợp là:
 Thuốc nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử
thuốc nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo).
Đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lƣợng lớn nhất, chiếm khoảng

60-70% số lƣợng các thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các phẩm màu hữu cơ
trong Color Index.
 Thuốc nhuộm antraquinon: Trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay
nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó:

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

5


diaryl metan

triaryl metan
Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số
lƣợng thuốc nhuộm.
 Thuốc nhuộm phtaloxianin: Hệ mang màu trong phân tử của chúng là
hệ liên hợp khép kín. Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên
tử H trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại còn các nguyên tử N
khác thì tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm thay đổi.
Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2%
tổng số lƣợng thuốc nhuộm.
Ngồi ra, cịn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít có quan trọng
hơn nhƣ: thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc
nhuộm lƣu huỳnh.[12]
1.3. Phƣơng pháp xử lý hợp chất azo trong nƣớc thải dệt nhuộm
1.3.1. Các phƣơng pháp sinh học
Cơ sở của phƣơng pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các

hợp chất hữu cơ trong nƣớc thải. Phƣơng pháp sinh học đạt hiệu quả cao trong
xử lý nƣớc thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học với pH, nhiệt độ,
chủng vi sinh thích hợp và không chứa các chất độc làm ức chế vi sinh. Tuy
nhiên nƣớc thải xƣởng nhuộm chứa thuốc nhuộm rất bền vi sinh hầu nhƣ không
bị phân hủy sinh học. Vì vậy để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm cần qua hai bƣớc:
Tiền xử lý chất hữu cơ khó phân giải sinh học chuyển chúng thành những chất
có thể phân hủy sinh học, tiếp theo là dùng phƣơng pháp vi sinh.
Xử lý sinh học có thể là xử lý vi sinh hiếu khí hoặc yếm khí tùy thuộc vào
sự có mặt hay khơng có mặt oxi. Q trình yếm khí xảy ra sự khử cịn q trình

6


hiếu khí xảy ra sự oxi hóa các chất hữu cơ. Q tr nh yếm khí có thể chạy với tải
lƣợng hữu cơ lớn, loại bỏ một lƣợng lớn các chất hữu cơ đồng thời tạo ra khí
sinh học, tiêu tốn ít năng lƣợng. Lƣợng bùn thải của q trình yếm khí rất thấp.
Tuy nhiên, hiệu quả khử màu của quá tr nh này không cao (đối với thuốc nhuộm
axit là 80 – 90%, thuốc nhuộm trực tiếp là 81%). Ngƣợc lại, q trình hiếu khí
có hiệu suất cao trên 85% nhƣng nó lại tiêu tốn năng lƣợng cho sục khí và tạo
lƣợng bùn thải lớn.[13]
1.3.2. Các phƣơng pháp điện hóa
Phƣơng pháp này dựa trên cơ sở q trình oxi hóa/ khử xảy ra trên các điện
cực. Ở anot, nƣớc và các ion clorua bị oxi hóa dẫn đến sự hình thành O2, O3, Cl2
và các gốc là tác nhân oxi hóa các chất hữu cơ trong dung dịch. Quá trình khử
điện hóa các hợp chất hữu cơ nhƣ thuốc nhuộm, ở catot, kết hợp với phản ứng
oxi hóa điện hóa và q trình tuyển nổi, keo tụ điện hóa dẫn đến hiệu suất xử lý
màu và khống hóa cao. Phƣơng pháp điện hóa với điện cực nhơm hoặc sắt là
công nghệ xử lý hiệu quả độ màu, COD, BOD, TOC, kim loại nặng, chất rắn lơ
lửng. Nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý các loại nƣớc thải từ xƣởng nhuộm
chứa nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau có khả năng đạt tới 90%. Đây là

phƣơng pháp đƣợc chứng minh hiệu quả đối với việc xử lý độ màu, COD, BOD,
TOC, kim loại nặng, chất rắn lơ lửng của nƣớc thải dệt nhuộm. Tuy nhiên
phƣơng pháp điện hóa có giá thành cao do tiêu tốn năng lƣợng và kim loại làm
điện cự.[5]
1.3.3. Các phƣơng pháp hóa học
a. Khử hóa học
Đƣợc ứng dụng trong trƣờng hợp nƣớc thải chứa các chất dễ bị khử.
Phƣơng pháp khử hóa học hiệu quả với các thuốc nhuộm azo nhờ phân giải liên
kết azo tạo thành các amin thơm khơng màu có khản năng phân giải vi sinh hiếu
khí tốt hơn thuốc nhuộm gốc.
Khử hóa học trên cơ sở natri bohidrid, xúc tác bisunfit áp dụng với thuốc
nhuộm tan trong nƣớc nhƣ thuốc nhuộm trực tiếp, axit, hoạt tính chứa các nhóm

7


azo hoặc các nhóm khử đƣợc và thuốc nhuộm phức đồng. Quy trình này có thể
khử màu trên 90% với các loại thuốc nhuộm kể trên.[1],[8]
b. Oxi hóa hóa học


Oxi hóa bằ

tác

â t ơ

t ường

Cơ sở của phƣơng pháp này là dùng các chất oxi hóa mạnh để phá vỡ một

phần hay toàn bộ phân tử thuốc nhuộm chuyển thành dạng đơn giản khác. Các
chất oxi hóa thƣờng dùng gồm O3, H2O2, Cl2,. . .
Ozon là chất oxi hóa mạnh, đƣợc dùng để phá hủy các hợp chất hữu cơ
đặc biệt là các hợp chất màu azo có mặt trong nƣớc thải dệt nhuộm. Ƣu điểm
của nó là dễ tan trong nƣớc, tốc độ phản ứng nhanh, xử lý triệt để, không tạo bùn
cặn, cải thiện phân giải vi sinh, giảm chỉ số COD của nƣớc. Ozon có thể sử dụng
đơn lẻ hay kết hợp với hydroperoxit, tia tử ngoại, siêu âm, hấp phụ than hoạt
tính để phá huỷ nhiều thuốc nhuộm. Jamshid Behin và cộng sự [1] đã nghiên
cứu xử lý phẩm nhuộm Acid Brown 214, một thuốc nhuộm triazo điển hình
bằng ozon thu đƣợc kết quả loại bỏ màu hoàn toàn trong 30 phút, hay một
nghiên cứu khác của Yongjun Shen và cộng sự [1] đã cho thấy hiệu quả cao khi
xử lý phẩm màu Reactive Red X-3B bằng ozon và ozon kết hợp sóng siêu âm,
99,2% phẩm nhuộm đƣợc phân hủy trong vòng 6 phút.
Hydroperoxit cũng là một chất oxi hóa mạnh, có khả năng oxi hóa nhiều
hợp chất hữu cơ và vô cơ. Tuy nhiên nếu phản ứng oxi hóa chỉ bằng
hydroperoxit khơng đủ hiệu quả để oxi hóa các chất màu có nồng độ lớn. Sự kết
hợp giữa H2O2 và Fe2(SO4)3 tạo nên hiệu ứng Fenton,[4] cho phép khống hóa
rất nhiều hợp chất hữu cơ và nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau (hoạt tính, trực
tiếp, bazơ, axit và phân tán), làm giảm chỉ số COD của nƣớc.
Các chất chứa clo hoạt tính (NaClO, Cl2,…) có thể xử lý nhiều thuốc
nhuộm khác nhau tƣơng đối hiệu quả, tuy nhiên nó cũng có các hạn chế nhất
định. Các nghiên cứu của Qianyuan Wu và cộng sự [1] cho thấy khả năng loại
bỏ phẩm màu Reactive Red 2 với hiệu suất và tốc độ lớn bằng clo đồng thời
chiếu tia UV. Tuy nhiên, các nghiên cứu của Hamada và cộng sự [1] đã chỉ ra
8


rằng việc xử lý các chất màu họ azo có thể đƣợc oxi hóa nhờ natri hypoclorơ
(NaClO), nhƣng sau khi phá hủy các hợp chất hữu cơ, các halogen dễ dàng hình
thành các trihalogenmetan và gây ơ nhiễm mơi trƣờng thứ cấp.



Oxi hóa tiên tiến
Q trình oxi hóa tiên tiến là những quá trình phân hủy dựa vào gốc tự do

hoạt động hydroxyl OH• đƣợc tạo ra trong mơi trƣờng lỏng ngay trong quá trình
xử lý. Các gốc hydroxyl rất hoạt hóa và là tác nhân oxi hóa gần nhƣ mạnh nhất
từ trƣớc đến nay (Eo = +2, 8V), chỉ đứng sau flo (Eo = +2, 87 V). Điện thế oxi
hóa của các chất sử dụng phổ biến trong mơi trƣờng lỏng đƣợc giới thiệu trên
bảng 1.3.[1]
ản 1.3. Điện thế oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa mạnh trong mơi
trường lỏng.
Tác nhân oxi hóa

Điện thế (V)

F2

+ 2, 87

OH•

+ 2, 80

O3

+ 2, 07

H2O2

+ 1, 77

ClO2

+ 1, 50

Cl2

+ 1, 36

O2

+ 1, 23

Đặc điểm nổi trội của phƣơng pháp oxi hóa tiên tiến là các gốc hydroxyl
tạo ra có khả năng phản ứng nhanh và không chọn lọc với hầu hết các hợp chất
hữu cơ (hằng số tốc độ phản ứng trong khoảng 107 và 1010 mol-1. l. s-1). Đặc tính
oxi hóa khơng chọn lọc này vơ cùng quan trọng, cho phép mở rộng phạm vi áp
dụng của phƣơng pháp với các nƣớc thải không đồng nhất, chứa các hợp chất ô
nhiễm khác nhau. Khả năng hoạt hóa nhanh phù hợp với thời gian sống ngắn và
nồng độ tức thời thấp của các gốc tự do hydroxyl. Đặc biệt, phản ứng của gốc
hydroxyl với các anken và các hợp chất thơm rất nhanh, hằng số tốc độ phản
ứng trong khoảng 108-1010 mol-1. l. s-1,[2] do đó các gốc hydroxyl này cho phép
9


khống hóa các chất hữu cơ ơ nhiễm, khó phân hủy sinh học trong thời gian từ
vài phút đến vài giờ. Các gốc hydroxyl có thể đƣợc hình thành bằng các phƣơng
pháp khác nhau nhƣ đƣợc mơ tả trên hình 1.1.[5]

nh 1. 1 Các quá trình hình thành gốc hydroxyl
Hiệu quả của q trình xử lý các chất ơ nhiễm phụ thuộc vào rất nhiều thông
số nhƣ nồng độ tác nhân oxi hóa, cƣờng độ ánh sáng U, pH, nhiệt độ,…cũng nhƣ
thành phần của mơi trƣờng cần xử lý. Ngồi ra, hiệu quả của q trình oxi hóa có
thể bị ảnh hƣởng do sự tiêu thụ gốc hydroxyl của các hợp chất vơ cơ hoặc hữu cơ
có mặt trong mơi trƣờng. Hằng số tốc độ phản ứng giữa gốc hydroxyl với cacbonat
và bicacbonat lần lƣợt là 1, 5. 107 và 4, 2. 108 mol-1. l. s-1.[2]
Các q trình oxi hóa tiên tiến đƣợc phân loại dựa vào trạng thái pha
(đồng thể hoặc dị thể) hoặc dựa vào phƣơng pháp tạo gốc hydroxyl (phƣơng
pháp hóa học, quang hóa, điện hóa,…). Nh n chung các phản ứng của các q
trình oxi hóa tiên tiến tƣơng tự nhau, tuy nhiên hiệu quả xử lý và hiệu quả kinh
tế của quá trình phụ thuộc vào phƣơng pháp h nh thành gốc OH• và các điều
kiện vận hành của hệ thống.
 Một số quá trình oxi hóa tiên tiến
a. Q trình ozon hóa

10


Ozon đƣợc phát hiện vào năm 1839 bởi C. F. Schombein. Ozon có khả năng
oxi hóa các hợp chất hữu cơ nên thƣờng đƣợc dùng trong xử lý nƣớc. Do tính
khơng ổn định, dễ phân hủy nên ozon cần phải đƣợc tạo ra tại chỗ, tức thời ngay
trƣớc khi sử dụng. Phản ứng tổng quát h nh thành ozon đƣợc mơ tả nhƣ sau:
3O2 → 2O3

(ΔH = 68 kcal)

Do đó, chỉ cần cung cấp một năng lƣợng 34 kcal cho phép tạo ra 1 mol
ozon. Phƣơng pháp tạo ozon phổ biến nhất bằng cách phóng điện plasma nguội .
Phản ứng có thể đƣợc mơ tả nhƣ sau:

O2 + 2e → O•-+ O•O2 + O• → O3•Ozon có thể đƣợc sản xuất từ oxi ngun chất hoặc khơng khí nhƣng với
hiệu suất thấp hơn khoảng hai lần. Trong nƣớc, ozon không bền và bị phân hủy
tƣơng đối nhanh, ở nhiệt độ dung dịch 20oC, thời gian bán hủy của ozon khoảng
20 - 30 phút. Phản ứng phân hủy ozon trong môi trƣờng nƣớc đã đƣợc Peleg và
cộng sự đề xuất nhƣ sau:
O3 + H2O → O2 + 2OH•
Chi phí xử lý các thuốc nhuộm khó phân hủy rất khác nhau, tùy thuộc vào
thành phần của nƣớc thải, các loại thuốc nhuộm đƣợc sử dụng. Mặc dù khả năng
oxi hóa cao, nhƣng hạn chế chính của việc áp dụng hệ thống này là do chi phí
đầu tƣ, chi phí vận hành sử dụng năng lƣợng điện và chi phí bảo dƣỡng rất lớn,
ngồi ra các sản phẩm phụ tạo ra có thể gây ơ nhiễm thứ cấp. Hơn nữa, q trình
ozơn hóa còn bị hạn chế do độ hòa tan rất thấp của ozôn trong nƣớc (khoảng 104

mol/l ở 20°C) và quá trình chuyển hóa tƣơng đối chậm.
b. Q trình peroxon (O3/H2O2)
Nhiều nghiên cứu cho thấy sự phân hủy ozon trong nƣớc tạo ra gốc

hydroxyl đƣợc tăng cƣờng khi có mặt hydro peoxit H2O2, do có phản ứng:
O3 + H2O2 → O2 + OH• + HO2•
Trong nƣớc, đã có nhiều nhóm nghiên cứu để áp dụng hệ peroxon để xử
lý nƣớc thải; năm 2005, Trần Mạnh Trí và cộng sự đã sử dụng hệ peroxon để xử
11


lý nƣớc thải sản xuất bột gỗ từ cây keo lai với hiệu suất xử lý 98 – 99%; gần
đây, nhóm nghiên cứu Nguyễn Ngọc Lân và cộng sự - đại học Bách khoa Hà
Nội đã thử nghiệm xử lý nƣớc thải dệt nhuộm khu công nghiệp dệt may Phố Nối
(Hƣng Yên) sử dụng phƣơng pháp peroxon xử lý độ màu đạt 90 – 99% và COD
đạt 39 – 80%.
Tuy đạt hiệu quả xử lý cao, hệ peroxon cũng gặp phải các hạn chế nhƣ

quá tr nh ozon, đó là độ hòa tan thấp của O3 trong nƣớc, tiêu thụ nhiều hóa chất,
phụ thuộc vào pH, nhiệt độ và các phản ứng phụ tiêu thụ gốc hydroxyl của các
ion có trong nƣớc.[1]
c.

ươ

p áp oxi óa Fe to

Trong xử lý nƣớc thải, nó đƣợc đặt tên là oxi hóa nâng cao (AOPsAdvanced Oxidation Processes). Giải pháp này đòi hỏi tạo ra một chất trung
gian có hoạt tính cao, có khả năng oxi hóa hiệu quả các chất hữu cơ khó phân
hủy sinh học, trong xử lý nƣớc thải đó là gốc hydroxyl tự do (*OH). Trong việc
áp dụng giải pháp này (AOPs), quá trình Fenton và các quá trình kiểu Fenton
(Fenton – like processes) đƣợc cho là giải pháp hiệu quả cao. Cơng trình nghiên
cứu này đƣợc J. H. Fenton cơng bố vào năm 1894 trong tạp chí Fe2+ làm tác
nhân oxi hóa, thực tế đã chứng minh hiệu quả xử lý và kinh tế của phƣơng pháp
này khá cao Nhƣợc điểm của nó là, việc oxi hóa có thể dẫn tới khống hóa hồn
các chất hữu cơ thành CO2, H2O, các ion vô cơ và do vậy phải sử dụng nhiều
hóa chất sau xử lý làm cho chi phí xử lý cao. Vì vậy, chuyển các chất khó phân
hủy sinh học thành có khả năng phân hủy sinh học rồi tiếp tục dùng các quá
trình xử lý sinh học tiếp sau.[1]
Các phƣơng pháp Fenton tạo ra gốc hydroxyl bằng các phƣơng pháp xúc
tác dị thể [11] đã đƣợc phát triển trong các năm gần đây để xử lý nƣớc thải chứa
các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, đặc biệt là nƣớc thải dệt nhuộm chứa phẩm
màu khó xử lý bằng các phƣơng pháp khác, phƣơng pháp này khắc phục đƣợc
các nhƣợc điểm của phƣơng pháp Fenton đồng thể là chi phí cao cho hóa chất,
khó thu hồi xúc tác sắt sau phản ứng và tái sinh xúc tác.
12

Ƣu điểm chính của q trình này là tạo thành gốc hydroxyl nằm trên pha
rắn, tạo điều kiện thuận lợi cho tái sinh xúc tác sau khi xử lý phẩm màu bằng
phƣơng pháp lọc đơn giản, khơng cần tốn hóa chất để kết tủa sắt sau phản ứng
bằng kiềm hay thải bỏ hoàn toàn muối sắt ở pha đồng thể, giúp giảm chi phí tái
sinh xúc tác.[11]
1.3.4. Ứng dụng quá trình Fenton xử lý màu thuốc nhuộm trong nƣớc thải
dệt nhuộm
a. Ở ước ngồi
Chỉ tính từ năm 2000 trở lại đây đã có hàng trăm cơng tr nh nghiên cứu về
ứng dụng của hiệu ứng Fenton dị thể trong xử lý phẩm màu hữu cơ khó phân
hủy. Các nghiên cứu mới đây tập trung vào tìm ra vật liệu có hoạt tính xúc tác
cao, có quy trình biến tính đơn giản nhƣ: đất sét, silicat, zeolit, quặng sắt,... Junjie và cộng sự đã khảo sát xử lý Acid red 14 sử dụng quặng sắt, thu đƣợc kết quả
quá trình xử lý tuân theo động học bậc một với hằng số tốc độ 0,075 phút-1 hoặc
bằng các vật liệu thải nhƣ: tro bay,[3] bùn đỏ, vỏ trấu,... [1]
Một số cơng trình nghiên cứu nổi bật gần đây nhƣ của Sheng Guo và cộng
sự đã nghiên cứu sử dụng vỏ trấu trên nền graphit để sử dụng làm xúc tác cho
phản ứng Fenton xử lý rhodamine B, acid red G và metronidazole với hiệu suất
đều trên 90% trong thời gian 120 phút; I. Bento và cộng sự nghiên cứu sử dụng
vỏ trấu kết hợp với nhự PET thải để xử lý xanh metylen, kết quả vật liệu sau khi
nung ở 400oC cho hiệu quả xử lý đạt 90% sau 24 giờ phản ứng hay nghiên cứu
của W. Hajjaji và cộng sự đã sử dụng hỗn hợp đất sét và vỏ trấu làm xúc tác dị
thể cho phản ứng Fenton, dƣới tác dụng của tia UV [1]
b. Ở tro

ước

Trong những năm gần đây, nhiều nhà khoa học nƣớc ta đã quan tâm
nghiên cứu và ứng dụng các phƣơng pháp oxi hóa tiên tiến để xử lý phẩm
nhuộm và nƣớc thải dệt nhuộm. Một số nghiên cứu điển hình:
Các nghiên cứu xử lý nƣớc thải dệt nhuộm bằng hiệu ứng Fenton của một

số nhóm tác giả Trần Kim Hoa và cộng sự (2003), Đỗ Quốc Chân (2003),[2]
13


Nguyễn Thị Hƣờng (2009) đều cho thấy, hiệu quả xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
bằng hiệu ứng Fenton phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: bản chất và nồng độ
của thuốc nhuộm có trong nƣớc thải, nồng độ của tác nhân oxi hóa H 2O2,
nồng độ của xúc tác Fe2+...
Năm 2004, Nguyễn Hƣơng và các cộng sự [4] đã nghiên cứu và đánh giá
khả năng khử màu và COD của tác nhân Fenton đối với nƣớc thải chứa thuốc
nhuộm hoàn nguyên ở Công ty Dệt Minh Khai. Kết quả cho thấy, khoảng hàm
lƣợng H2O2 và FeSO4 để tiến hành phản ứng oxi hóa có hiệu quả tƣơng ứng là
0,7 - 0,8 g/l và 0,3 - 0,4 g/l. Nƣớc thải sau xử lý đã trở nên trong và hàm lƣợng
COD giảm từ 352 mg/l xuống dƣới 87 mg/l. Kết hợp quá trình oxi hóa sử dụng
tác nhân Fenton với q trình xử lý bằng keo tụ có thể loại bỏ đƣợc 94 % màu
và 92 % lƣợng COD.
Năm 2012, các nghiên cứu của nhóm Đỗ Ngọc Khuê và các cộng sự
tập trung nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp Fenton và Fenton điện hóa trong
xử lý các hợp chất hữu cơ họ nitrophenol gây ô nhiễm môi trƣờng trong công
nghệ sản xuất vật liệu nổ ở nƣớc ta[1].
Năm 2012, nhóm nghiên cứu của Đào Sỹ Đức [3] đã nghiên cứu sử
dụng vật liệu thải tro bay biến tính, sử dụng làm xúc tác cho phản ứng Fenton
dị thể xử lý phầm màu Reactive Blue 181 với hiệu suất đạt 92,21 % và nghiên
cứu động học của phản ứng cho kết quả quá trình xử lý tuân theo động học
bậc một với hằng số tốc độ k = 0,0238 phút -1.
Năm 2013, nhóm nghiên cứu của Phạm Thị Minh và cộng sự [5] đã
công bố một loạt các nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp Fenton để xử lý các
chất nhuộm hữu cơ khó phân hủy, thử nghiệm xử lý trên mẫu nƣớc dệt nhuộm
của hai làng nghề Dƣơng Nội và Vạn Phúc.
Bên cạnh đó cịn nhiều nghiên cứu khác về ứng dụng của hệ Fenton,

tuy nhiên các nghiên cứu trong nƣớc về ứng dụng phƣơng pháp Fenton điện
hóa trong xử lý các hợp chất hữu cơ và nƣớc thải công nghiệp gây ô nhiễm
mơi trƣờng ở nƣớc ta vẫn cịn rất hạn chế, chƣa có tính hệ thống, việc tận
14


dụng các vật liệu thải để biến tính làm xúc tác còn chƣa đƣợc quan tâm
nghiên cứu đúng mức.[1]
1.4. Vỏ trấu
1.4.1. Nguồn gốc phát sinh
Lúa (Oryza spp.) là một trong năm loại cây lƣơng thực chính của thế giới,
cùng với ngơ (Zea Mays L.), lúa mì (Triticum sp. tên khác: tiểu mạch), sắn
(Manihot esculenta Crantz, tên khác khoai mì) và khoai tây (Solanum tuberosum
L.). Sản phẩm thu đƣợc từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngồi thu đƣợc
sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu. Trấu là lớp vỏ ngoài
cùng của hạt lúa và đƣợc tách ra trong quá trình xay xát.
1.4.2. Đặc tính của vỏ trấu
Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá
tr nh đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ chứa chủ yếu
cellulose, lignin và Hemi - cellulose (90%), ngồi ra có thêm thành phần khác
nhƣ hợp chất nitơ và vô cơ. Lignin chiếm khoảng 25-30% và cellulose chiếm
khoảng 35-40%.
1.4.3. Ảnh hƣởng của vỏ trấu tới mơi trƣờng
Vỏ trấu có rất nhiều tại Đồng bằng sơng Cửu Long và Đồng bằng sông
Hồng, 2 vùng trồng lúa lớn nhất cả nƣớc. Chúng thƣờng không đƣợc sử dụng
hết nên phải đem đốt hoặc đổ xuống sông suối để tiêu hủy. Theo khảo sát, lƣợng
vỏ trấu thải ra tại Đồng bằng sông Cửu Long khoảng hơn 3 triệu tấn/năm, nhƣng
chỉ khoảng 10% trong số đó đƣợc sử dụng. Hiện tại ở các vùng nông thôn, vỏ
trấu, rơm rạ chủ yếu đƣợc đem đốt cháy và tạo nên rất nhiều khói gây ơ nhiễm
khơng khí khơng chỉ ở vùng nơng thôn mà lan tỏa sang các khu vực dân cƣ khác.

- Thành phần các nguyên tố hóa học (%) của vỏ trấu đƣợc thể hiện ở bảng 1.4:

15


Bảng 1.4. Thành phần các nguyên tố hóa học của vỏ trấu
Nguyên tố hóa học

Vỏ trấu (%)

C

38,7

H

5,0

O

36,0

N

0,5

S

0,1

Do các đặc điểm về đặc tính của vỏ trấu, các thí nghiệm đã đƣợc tiến hành
về ứng dụng của vỏ trấu trong xử lý phẩm màu hữu cơ bằng phƣơng pháp
Fenton dị thể nhằm hƣớng tới lợi ích kép là giảm chi phí hóa chất cho q trình
xử lý các nguồn thải khó phân hủy sinh học bằng kỹ thuật Fenton dị thể đồng
thời mở thêm hƣớng giải quyết cho bài tốn mơi trƣờng liên quan đến vỏ trấu.
1.4.4. Ứng dụng của vỏ trấu
1 – Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt
Từ lâu, vỏ trâu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà côn nông dân,
đặc biệt là bà con nông dân ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Chất đốt từ vỏ
trấu đƣợc sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và
sản xuất (làm gạch, sấy lúa). Trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và lại rẻ tiền:
Sản lƣợng lúa năm 2007 cả nƣớc đạt 37 triệu tấn, trong đó, lúa đông xuân 17,7
triệu tấn, lúa hè thu 10,6 triệu tấn, lúa mùa 8,7 triệu tấn (

Bộ Nông

iệp

và phát triể Nông Thôn). Nhƣ vậy lƣợng vỏ trấu thu đƣợc sau xay xát tƣơng
đƣơng 7,4 triệu tấn.
Thành phần là chất xơ cao phân tử rất khó cho vi sinh vật sử dụng nên
việc bảo quản, tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu tƣ ít.
Đối với sản xuất tiểu thủ cơng nghiệp và chăn nuôi, trấu cũng đƣọc sử
dụng rất thƣờng xuyên. Thông thƣờng trấu là chất đốt dùng cho việc nấu thức ăn
nuôi cá hoặc lợn, nấu rƣợu và một lƣợng lớn trấu đƣợc dùng nung gạch trong
nghề sản xuất gạch tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.
16


2 – Dùng vỏ trấu để lọc nƣớc

Tại thành phố Hải Dƣơng đã có ngƣời phát minh ra cách chế tạo thiết bị
lọc nƣớc từ vỏ trấu, có khả năng lọc thẳng nƣớc ao, hồ thành nƣớc uống sạch.
Cốt lõi của thiết bị là một cụm sứ xốp trắng, h nh trụ nằm trong chiếc b nh lọc.
Điều đặc biệt là loại sứ này đƣợc tạo ra bằng cách tách ơxit silic từ trấu, có đặc
tính lọc cực tốt, với lỗ lọc siêu nhỏ, nhỏ hơn lỗ lọc của thiết bị của Mỹ tới 10 lần,
của Nhật 4 lần, ngoài ra nó cũng có độ bền cao (có thể sử dụng 10 đến 20 năm).
Thiết bị cịn có khả năng khử đƣợc mùi ở nguồn nƣớc ô nhiễm, khử chất
dioxin khi mắc nối tiếp một b nh lọc có ống lọc bằng than hoạt tính.
Để kiểm tra tính hiệu quả, an toàn của thiết bị lọc nƣớc, Trung tâm y tế dự
phòng tỉnh Hải Dƣơng đã lấy mẫu nƣớc hồ ạch Đằng, nơi bị ô nhiễm nặng trong
thành phố Hải Dƣơng đem xử lý qua thiết bị lọc từ vỏ trấu. Kết quả cho thấy: nƣớc
hồ sau xử lý đạt tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc ăn uống về các chỉ tiêu vi sinh.
Mặt khác việc bảo dƣỡng lõi lọc khá đơn giản, chỉ cần dùng giẻ lau hoặc
khăn mặt lau sạch là lõi lọc trắng, tốc độ lọc nhƣ ban đầu.
3 – Sử dụng vỏ trấu tạo thành củi nấu
áy ép củi trấu đƣợc sản xuất tại Gị Cơng (Tiền Giang) có cơng suất 70 80kg củi/giờ, tiêu thụ điện 6 - 7KW/h. Cứ 1,05kg trấu thì cho ra 1 kg củi trấu.
Chỉ cần cho trấu vào họng máy, qua bộ phận ép thì máy cho ra những thanh củi
trấu. Củi trấu có đƣờng kính 73 mm, dài từ 0,5 - 1m. Cứ 1kg củi trấu thì nấu
đƣợc bữa ăn cho 4 ngƣời.
4 – Vỏ trấu làm sản phẩm mỹ nghệ
Huyện Gia Viễn, Ninh

nh ngƣời ta đã tạo ra các sản phẩm mỹ nghệ nội

thất từ vỏ hạt thóc. Vỏ hạt thóc (trấu) đƣợc nghiền nhỏ tạo thành bột dƣới dạng
mịn và bột sợi. Sau khi kết hợp với keo, trấu đƣợc cho vào máy ép định hình sản
phẩm và sấy khơ, hồn thiện... để trở thành một sản phẩm mỹ nghệ.
5 - Ứng dụng vỏ trấu để sản xuất gas sinh học (khí hóa nấu)

17

Những năm gần đây công nghệ năng lƣợng tái tạo nói chung đặc biệt là
cơng nghệ năng lƣợng sinh khối ( iomass: củi, trấu, cùi bắp, vỏ đậu phộng, mùn
cƣa, dăm bào,…) đã và đang phát triển rất mạnh.
Công nghệ năng lƣợng sinh khối không chỉ thay thế phần nào cho năng
lƣợng hóa thạch mà cịn góp phần đáng kể trong việc xử lý rác thải. Nguồn phế
thải - phụ phẩm nông nghiệp (cả sau thu hoạch lẫn sau chế biến) nhƣ rơm rạ,
trấu, vỏ cà phê, sơ dừa, bã mía,… trong cả nƣớc ƣớc tính trên 30 triệu tấn/năm.
Do đó, khai thác tiềm năng về năng lƣợng tái tạo từ nguồn phụ phẩm nơng
nghiệp ( trong đó có trấu ) là hƣớng đi và việc làm mang tính chiến lƣợc, có ý
nghĩa phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trƣờng.
Trấu tại Đ SCL cũng nhƣ cả nƣớc đang đƣợc sử dụng để đun nấu và đốt
lị để nung gạch, gốm, sấy nơng sản,… chủ yếu bằng phƣơng pháp đốt trực tiếp
trên ghi lò. Kiểu đốt này kèm theo khói bụi , gây ơ nhiễm nặng nề cho môi
trƣờng. Đây thực sự là vấn nạn với hầu hết các địa phƣơng và các khu công
nghiệp tập trung. Thay đổi quy tr nh đốt là phƣơng án giải quyết tận gốc nguồn
phát sinh ô nhiễm. Phù hợp với xu hƣớng cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa của
nƣớc ta và phù hợp với xu hƣớng của thế giới nói chung .
Một trong các giải pháp thay đổi quy tr nh đốt là khí hóa trấu (hoặc các
sản phẩm iomas khác). Sử dụng lƣợng khí tạo ra đó để đốt nhƣ sử dụng LPG
thơng thƣờng.
Khí hóa là việc chuyển đổi nguyên liệu rắn hoặc lỏng thành nhiên liệu khí
hữu ích và thuận tiện cho việc đốt cháy để giải phóng năng lƣợng.
Trong q trình khí hóa , vật liệu đƣợc gia nhiệt đến một nhiệt độ cao →
dẫn đến thay đổi tính chất vật lý và hóa học → tạo ra các sản phẩm cháy dễ bay
hơi (Co, H2 và CH4) và các chất thải nhƣ tro, hắc ín.
6 – Vỏ trấu cịn có thể làm ngun liệu xây dựng sạch
Tập đoàn Torftech của Anh cho biết, sau khi đốt mỗi tấn vỏ trấu sẽ tạo ra
180 kg tro, có giá trị là 100 USD, có thể sử dụng làm phụ gia cho xi măng và có

thể thay thế trực tiếp SiO2 trong xi măng.

18


Đƣơng nhiên, các nhà khoa học từ lâu đã phát hiện ra vỏ trấu có giá trị khi
sử dụng làm nguyên liệu xây dựng. Trong trấu có chứa hàm lƣợng SiO 2 rất
nhiều, mà đây lại là thành phần chính trong xi măng, nhƣng con ngƣời muốn tận
dụng tro thu đƣợc sau khi đốt vỏ trấu làm nguyên liệu thay thế xi măng, th
phƣơng pháp này sẽ tạo ra hàm lƣợng Carbon trong tro vỏ trấu rất cao, không
thể thay thế thành phần xi măng.
Mới đây, theo tin từ Discovery, dƣới sự hỗ trợ của các quỹ khoa học xã
hội, các nhà khoa học Mỹ đã phát hiện một phƣơng pháp gia cơng vỏ trấu mới,
có thể đồng thời sử dụng tro vỏ trấu làm thành phần trong xi măng, thúc đẩy sự
phát triển nguyên liệu xây dựng sạch.
Tập đoàn CHK bang Texas Mỹ cho biết, hiện tại họ đã hợp tác với một
nhóm nghiên cứu và t m ra một phƣơng pháp gần nhƣ khơng cịn Carbon trong
thành phần tro vỏ trấu. Phƣơng pháp mới này là cho vỏ trấu vào lò đốt, đốt ở
nhiệt độ 8000C, cuối cùng chỉ cịn lại những hạt SiO2 có độ tinh khiết cao. Tại
hội nghị hóa chất sạch và cơng tr nh đƣợc tổ chức tại phân hiệu trƣờng Đại học
Maryland Park, nhóm nghiên cứu của trƣờng đã giới thiệu về kết quả nghiên cứu
của họ. Cho dù trong quá tr nh đốt cũng sẽ tạo ra CO2, nhƣng nh n chung vẫn là
Carbon trung hòa, bởi lƣợng Carbon sẽ bị triệt tiêu bởi sản phẩm lúa mới hàng
năm sẽ hấp thu chúng.
Trên thực tế, việc sử dụng bê tông và tiêu hao đặt ra vấn đề khó khăn khi
gây ra sự biến đổi khí hậu. Mỗi tấn xi măng dùng để sản xuất bê tông, th phải
xả ra không trung một tấn CO2. Mà trong phạm vi toàn thế giới, việc sản xuất xi
măng chiếm 5% lƣợng thải khí Carbon trong tất cả những hoạt động của con
ngƣời.
Sở dĩ tro vỏ trấu chƣa thể làm thành phần chính trong xi măng là bởi v hàm

lƣợng Carbon quá cao. Nếu có thể giải quyết vấn đề này th tro vỏ trấu sẽ trở thành
ngun liệu tốt của bê tơng, từ đó có thể giảm bớt đi lƣợng Carbon thải ra từ ngành
bê tông.

19