Xử lý COD và độ màu trong nƣớc thải dệt nhuộm của làng nghề dệt nhuộm xã phùng xá mỹ đức hà nội

MỞ ĐẦU
Nƣớc là cơ sở sự sống của mọi sinh vật. Con ngƣời cần mỗi ngày 1.83 lít
nƣớc để uống, khoảng 150 lít nƣớc để sinh hoạt và sản xuất cơng, nơng nghiệp.
Trong khi đó tình trạng ơ nhiễm nƣớc trên thế giới đƣa ra cho chúng ta những
con số rất đáng phải suy ngẫm. Ở châu Âu, đƣờng thuỷ và sơng ngịi đều bị
nhiễm độc chủ yếu là các hợp chất hữu cơ của clo do bên cạnh bờ sơng có nhiều
các nhà máy xí nghiệp hố chất. Ở sông Ranh chảy qua Hà Lan đã phát hiện ra
nông dƣợc độc hại và các chất vi ô nhiễm trong nƣớc uống. Ƣớc tính một nhà
máy trung bình làm nhiễm bẩn nƣớc tƣơng đƣơng 500.000 hộ dân. Theo báo cáo
mới nhất của các chuyên gia môi trƣờng hàng đầu thế giới thì các địa danh
Kabu, Bhopal (Ấn Độ), Cubatao (Brazil), dịng sơng Huai (Trung Quốc) là
những nơi ơ nhiễm nhất thế giới do công nghiệp. Tại Việt Nam, ô nhiễm nƣớc
thải công nghiệp đang là vấn đề nhức nhối của tồn xã hội. Cái chết của một loạt
dịng sơng nhƣ: sông Thị Vải, sông Đồng Nai…là hồi chuông cảnh tỉnh cho việc
khơng có ý thức bảo vệ mơi trƣờng. Cơn giận dữ của thiên nhiên sẽ trả cho ta
nỗi đau gấp ngàn lần những gì chúng ta làm. Số ca tử vong vì các bệnh hiểm
nghèo nhƣ: ung thƣ, máu trắng… đang ngày càng gia tăng ở Việt Nam theo
khuyến cáo là do sự suy giảm môi trƣờng sống gây nên. Muốn giải quyết vấn đề
mang tính tồn cầu này cần làm tốt vấn đề xử lý ô nhiễm ở từng quốc gia, từng
vùng lãnh thổ. Trong cùng một quốc gia phải có sự kết hợp đồng bộ từ trung
ƣơng đến địa phƣơng sao cho mỗi cá nhân, mỗi doanh nghiệp phải thấy rõ việc
cần thiết bảo vệ môi trƣờng nhƣ thế nào. Phùng Xá - huyện Mỹ Đức - thành phố
Hà Nội có dịng sơng Đáy là một nhánh của sông Hồng chảy qua. Nối tiếp
truyền thống đất trăm nghề của Hà Tây, Phùng Xá cũng chọn cho mình một
nghề gia truyền để đời này qua đời khác cha truyền cho con làm nghề mƣu sinh
đó là nghề dệt khăn. Để đáp ứng nhu cầu xã hội, Phùng Xá không ngừng mở
rộng quy mô sản xuất đồng thời phát thải nhiều nƣớc thải dệt nhuộm hơn ra
sông Đáy, làm cho một bộ phận sông chảy qua bị nhiễm độc. Là cơng dân trong
xã nói riêng và của nƣớc Việt Nam nói chung, em thấy trách nhiệm của mình
1

trong việc ngăn chặn tác động của nƣớc thải công nghiệp vào môi trƣờng. Đƣợc
học tập và nghiên cứu trong trong trƣờng Đại học Lâm Nghiệp, khoa QLTNR,
ngành MT càng giúp em có cơ hội thực hiện dự định thiết lập hệ thống xử lý
nƣớc thải cho quê hƣơng mình. Đó là thơi thúc em chọn đề tài: “Xử lý COD và
độ màu trong nƣớc thải dệt nhuộm của làng nghề dệt nhuộm xã Phùng Xá Mỹ Đức - Hà Nội”

2


CHƢƠNG I.
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về cơng nghiệp dệt nhuộm
1.1.1. Vai trị và sự phát triển của dệt nhuộm
Ngày xƣa khi con ngƣời xuất hiện trên trái đất đã biết dùng lá cây, rơm để
che thân và đỡ lạnh. Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật đã tìm ra vật
liệu polime, để sản xuất ra vải sợi phục vụ cho nhu cầu cuộc sống cơm no áo
ấm. Xã hội càng phát triển, nhu cầu không dừng lại chỉ để mặc ấm nữa mà đã
nâng lên thành mặc đẹp. Đó là cơ hội cũng nhƣ thách thức lớn cho ngành dệt
nhuộm. Dƣới sự quan tâm của Đảng, sự lãnh đạo của nhà nƣớc cùng với q
trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nƣớc, dệt nhuộm Việt Nam đã, đang và
sẽ vƣơn mình để trở thành nền kinh tế mũi nhọn trong nền kinh tế quốc dân
nƣớc ta chỉ đứng thứ hai sau nền cơng nghiệp nặng dầu mỏ. Theo đó, trƣớc sự
kiện Việt Nam gia nhập TPP đồng nghĩa với thị trƣờng hàng hóa Việt Nam sẽ
đƣợc mở rộng, giao lƣu với hàng hóa của các nƣớc ngồi đặc biệt là các nƣớc
phát triển ở Châu Âu, DMVN phải không ngừng nâng cao về số lƣợng, chất
lƣợng, phong phú về chủng loại và màu sắc để có khả năng cạnh tranh trong lĩnh
vực xuất khẩu hàng dệt may ra thế giới. Năm 2010, DMVN đạt kim ngạch xuất
khẩu 11,2 tỉ USD, tăng 21,7% so với năm 2009. Sau 10 năm xuất khẩu một cách
chính quy, Dệt may Việt Nam đã đứng trong tốp 8 nƣớc có quy mơ xuất khẩu

dệt may lớn nhất thế giới. Dệt may Việt Nam có nhiều lợi thế cạnh tranh so với
các nƣớc trên thế giới. Năm 2010, Việt Nam là nhà xuất khẩu dệt may đứng thứ
2 vào thị trƣờng Mỹ, đứng thứ 3 ở thị trƣờng Nhật Bản và thị trƣờng châu Âu.
Đây là 3 thị trƣờng chính, rất quan trọng đối với bất kỳ một nhà xuất khẩu dệt
may nào. Điều đó khẳng định, vị thế của dệt may Việt Nam trên thị trƣờng thế
giới đã đƣợc nâng lên rất nhiều. Bên cạnh những thành tựu đã đạt đƣợc, dệt may
Việt Nam vẫn tồn tại một số vấn đề cơ bản: ngành may, ngành sợi là những
ngành sản xuất sạch, không sử dụng tài nguyên thiên nhiên, không gây ô nhiễm.
Chỉ trừ ngành dệt nhuộm đang và đã có nguy cơ gây ơ nhiễm nhƣng hoàn toàn
3


có thể xử lý đƣợc tận gốc. Nếu quản lý tốt phần này thì hồn tồn n tâm về sự
phát triển bền vững của ngành.
1.1.2. Quy trình cơng nghệ dệt nhuộm tại Phùng Xá
Chỉ với nguyên liệu đầu vào là những cối sợi trắng, bằng đôi bàn tay khéo
léo cùng với óc sáng tạo, ngƣời dân Phùng Xá đã làm ra những chiếc khăn với
đủ mẫu mã, kiểu dáng, màu sắc, kích cỡ để đến tay ngƣời tiêu dùng trong và
ngoài nƣớc. Đối với làng nghề dệt khăn truyền thống Phùng Xá, quá trình sản
xuất ra sản phẩm khăn trải qua các cơng đoạn:

Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý cơng nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông và các nguồn
nước thải
+ Mắc sợi nhằm giảm kích thƣớc sợi, sợi con trong các ống nhỏ đƣợc
đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt.
4


+ 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 để có thể tiến hành dệt, có

thể dùng các loại hồ nhân tạo nhƣ là PVA.
+ Dệt khăn: Kết hợp sợi ngang và sợi dọc để hình thành các tấm khăn to
nhỏ khác nhau tùy từng loại khăn.
+ Giũ hồ: Tách các thành phần của hồ bám trên tấm khăn. Những tấm
khăn đó phải đƣợc giặt bằng nƣớc, xút, chất ngấm rồi đem sang tẩy.
+ Nấu khăn: Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của sợi
nhƣ dầu mỡ, sáp… nhằm tăng khả năng hấp phụ thuốc nhuộm của khăn, tăng
độ mềm và đẹp của khăn.
+ Tẩy trắng: Để tẩy màu tự nhiên của khăn và làm sạch vết bẩn. Khi đó
khăn có độ trắng yêu cầu. Sau khi tẩy tiếp tục giặt để loại các hóa chất đã sử
dụng.
+ Làm bóng khăn: Tăng độ bóng của khăn xơ sợi xốp hơn làm tăng khả
năng bắt màu của thuốc nhuộm.
+ Nhuộm và in hoa: nhuộm để tạo màu sắc của khăn khác nhau. Đây là
công đoạn gây ô nhiễm lớn nhất trong các nhà máy dệt nhuộm. Hoàn tất tạo
khổ: tạo kích thƣớc theo yêu cầu của khăn chống nhàu và ổn định nhiệt.
1.2. Đặc điểm nguồn nƣớc thải
- Nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp. Theo tính
tốn từ các loại hố chất sử dụng nhƣ: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất
điện ly, chất ngậm, chất tạo môi trƣờng, tinh bột, men, chất ơxy hố... đã có
hàng trăm loại hố chất đặc trƣng, các loại này hoà tan dƣới dạng ion và các chất
kim loại nặng đã làm tăng thêm tính độc hại khơng những trong thời gian trƣớc
mắt mà cịn ảnh hƣởng lâu dài đến môi trƣờng sống.
- Nƣớc thải ở các khâu hồ sợi chứa hàm lƣợng chất hữu cơ cao, pH vƣợt
tiêu chuẩn xả thải. Tuy nhiên, công đoạn hồ sợi, lƣợng nƣớc đƣợc sử dụng rất
nhỏ, hầu nhƣ toàn bộ phẩm hồ đƣợc bám trên vải, nƣớc thải chỉ xả ra khi làm vệ
sinh thiết bị nên không đáng kể.
5

- Nƣớc thải giặt tẩy: có pH dao động khá lớn từ 9 - 12, hàm lƣợng chất
hữu cơ cao (COD = 1000 - 3000 mg/l) do thành phần các chất tẩy gây nên. Độ
màu của nƣớc thải khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể lên đến
10.000 Pt - Co, hàm lƣợng cặn lơ lửng TSS có thể đạt đến trị số

2000 mg/l,

nồng độ này giảm dần ở cuối chu kỳ xả và giặt. Thành phần chủ yếu của nƣớc
thải bao gồm: thuốc nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, các chất ơxy hố,
xenlulơ, xáp, xút, chất điện ly...
- Công nghệ nhuộm sử dụng một lƣợng nƣớc lớn phục vụ cho các công
đoạn sản xuất và xả ra một lƣợng nƣớc thải tƣơng ứng, bình qn khoảng

50 -

300 m3/tấn vải. Trong đó hai nguồn ơ nhiễm chính cần phải giải quyết là từ cơng
đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy.
- Nƣớc thải nhuộm thành phần thƣờng không ổn định và đa dạng, thay đổi
ngay trong từng nhà máy khi nhuộm các loại vải khác nhau, thậm chí ngay cả
khi cùng một loại vải với loại thuốc nhuộm khác nhau. Các chất ơ nhiễm chủ
yếu có trong nƣớc thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, chất oxi
hóa nhƣ H2O2, nƣớc Javen, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp
chất halogen hữu cơ, muối trung tính NaCl, Na2SO4… làm tăng tổng hàm lƣợng
chất rắn, nhiệt độ cao (thấp nhất là 40°C) và pH của nƣớc thải cao do lƣợng
kiềm trong nƣớc thải lớn. Trong số các chất ơ nhiễm có trong nƣớc thải dệt
nhuộm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất. Những chất màu thƣờng
chứa nhóm đặc trƣng: nitro -NO2, azo -N-N, cacbonyl -CO. Các chất này cho
màu và những nhóm hỗ trợ để hịa tan màu và dính nó vào các sợi vải. Thuộc
vào nhóm này gồm có nhóm -HSO3 của axit H2SO3, cacbonyl -COOH, amino NH2, dimetyl amino -N(CH3)3, hidroxyl -OH đặc biệt là thuốc nhuộm azo không
tan - loại thuốc nhuộm đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị

phần.

6


Bảng 1.1. Các chất ô nhiễm trong từng công đoạn của q trình dệt nhuộm
và đặc tính dịng thải

Cơng đoạn
STT
1
Hồ sợi, giũ
hồ

Chất ơ nhiễm trong nƣớc
thải

Đặc tính của nƣớc
thải

Tinh bột, glucozơ, nhựa,
sáp, chất béo, PVA,
cacboxyl metyl xellulozo

BOD cao (34-50%
tổng BOD)
Độ kiềm cao, màu tối,
BOD cao (30% BOD
tổng)

2

Nấu tẩy

NaOH, chất sáp, dầu mỡ,
tro, soda, silicatnatri, xơ
sợi, vụn

3

Tẩy trắng

Hợp chất chứa Clo, NaOH, Độ bền cao, BOD
axit
chiếm 5% BOD tổng

4

Làm bóng

NaOH, tạp chất

5

Nhuộm

Các loại thuốc nhuộm, các
muối kim loại, CH3COOH

6

In hoa

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

Độ màu cao, BOD
cao, dầu mỡ

7

Hoàn thiện

Vết tinh bột, mỡ động vật,
muối

Kiềm nhẹ, BOD thấp,
lƣợng thải nhỏ.

Độ bền cao, BOD
thấp ( < 1%)
Độ màu rất cao, BOD
khá cao ( 6% BOD
tổng), TS cao

- Mơi trƣờng nhuộm có thể là axit hoặc kiềm, hoặc trung tính. Cho đến
nay, hiệu quả hấp thụ thuốc nhuộm của vải chỉ đạt 70 - 80%, 20 - 30% các phẩm
nhuộm thừa còn lại ở dạng nguyên thuỷ hoặc một số đã bị phân huỷ ở dạng
khác, ngoài ra một số các chất điện ly, chất hoạt động bề mặt, chất tạo mơi
trƣờng, có chứa hàn lƣợng chất hữu cơ cao, cũng tồn tại trong thành phần nƣớc

thải. Đó là nguyên nhân gây ra độ màu rất cao của nƣớc thải dệt nhuộm.

7


Bảng 1.2. Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm

STT
1
2
3
4
5
6
7

Chỉ
tiêu

Đơn vị Nƣớc thải hoạt
tính

pH
COD (mg/l)
BOD5 (mg/l)
N tổng (mg/l)
P tổng (mg/l)
SS
(mg/l)
Màu Pt- Co

10 – 11
450 – 1500
200 – 800
5 – 15
0,7 - 3,0
7000 - 20000

Kết quả
Nƣớc thải
sulfua

Nƣớc thải
tẩy

> 11
> 12
10000 - 40000 9000 – 30000
2000 - 10000 4000 – 17000
100 - 1000
200 – 1000
7 - 30
10 – 30
10000 - 20000 500 – 2000
( Nguồn: Nguyễn Thị Ánh, 2014)

Từ Bảng 1.2 cho thấy, nƣớc thải dệt nhuộm có các thơng số ơ nhiễm rất cao,
để đạt đƣợc tiêu chuẩn QCVN40:2011/BTNMT đối với nƣớc thải ngành dệt
nhuộm đòi hỏi các cơ sở sản xuất dệt nhuộm trên địa bàn làng nghề, phải xử lý
nƣớc thải ngay tại nguồn trƣớc khi thải ra nguồn tiếp nhận. Tuy nhiên, do sự

thiếu ý thức bảo vệ môi trƣờng của một số doanh nghiệp đã làm suy giảm chất
lƣợng nƣớc ở sông, hồ, ao nghiêm trọng, trong đó có sơng Đáy chảy qua địa
phận làng dệt Phùng Xá.
1.3. Tác động của các hoạt động dệt nhuộm đến môi trƣờng
Công nghiệp diệt nhuộm đang là một ngành công nghệ mũi nhọn của Việt
Nam. Trong những năm qua song hành cùng với sự phát triển của ngành công
nghệp dệt nhộm thế giới thì ngành cơng nhiệp dệt nhuộm nƣớc ta cũng có những
sự chuyển mình mạnh mẽ. Từ đó mà ngành cơng nghiệp này đã đóng một phần
khơng nhỏ cho GDP của Việt Nam góp phần nâng cao chất lƣợng cuộc sống của
ngƣời dân. Nhƣng bên cạnh đó thì vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do các hoạt động
dệt nhuộm này đang ngày càng nghiêm trọng và ảnh hƣởng sấu đến đời sống sứ
khỏe của con ngƣời và sinh vật. Dƣới đây và một vài ảnh hƣởng của các hoạt
động công nghiệp đến môi trƣờng.
Đặc điểm của công nghiệp gia cơng dệt khơng chỉ địi hỏi một lƣợng lớn
nƣớc cho các cơng đoạn khác nhau mà cịn là các loại hóa chất khác nhau đƣợc
sử dụng cho các qui trình gia cơng khác nhau. Có một chuỗi dài của các công
8


đoạn gia công ƣớt yêu cầu đầu vào là nƣớc, hóa chất, năng lƣợng và tạo ra chất
thải trong mỗi khâu. Nét đặc trƣng khác của ngành công nghiệp dệt, mà là
xƣơng sống của ngành quần áo thời trang, là các yêu cầu rất khác nhau về chủng
loại, mẫu mã và màu sắc của vải tạo nên sự thay đổi rất bất thƣờng về tải trọng
và khối lƣợng chất thải phát sinh. Gia cơng dệt phát sinh nhiều dịng thải, bao
gồm các chất thải dạng lỏng, khí và rắn, một số trong đó có thể là các chất thải
nguy hiểm. Bản chất của các chất thải phát sinh phụ thuộc vào dạng thiết bị dệt,
qui trình gia cơng và cơng nghệ đƣợc thực hiện, các loại xơ và hóa chất đƣợc sử
dụng. Tổng quan về lƣợng chất thải phát sinh trong gia cơng dệt đƣợc tóm tắt
trong Bảng 1.3 phụ lục 1
Hầu hết các quy trình sản xuất trong các nhà máy may, dệt nhuộm đều sản

sinh ra các khí thải gây hại. Các khí thỉa này đƣợc xem nhƣ nguồn ô nhiễm thứ
môi trƣờng lớn đứng thứ hai sau ô nhiễm do chất lƣợng dòng nƣớc thải trong
ngành công nghiệp dệt nhuộm. Các nhà máy dệt nhuộm thƣờng tạo ra Ni–tơ và
axít sulphur từ các nồi hơi. Các nguồn phát thải khí đáng kể khác trong các hoạt
động của ngành dệt bao gồm hồ sợi, các hoạt động làm khô, in, nhuộm, chuẩn
bị vải và các nhà máy xử lý nƣớc. Hydrocarbon thải ra từ các lò của phân xƣởng
nhuộm và từ các loại dầu vô cơ trong qui trình sấy khơ xử lý nhiệt ở nhiệt độ
cao. Các qui trình này có thể thải ra formaldehyde, axít, chất làm mềm và các
hợp chất dễ bay hơi khác. Các nguồn khí thải độc hại này đang là tác nhân chính
để gây ra hiện tƣợng mƣa axit và biến đổi khí hâu tồn cầu. Các nguồn chính
gây ơ nhiễm khơng khí trong cơng nghiệp dệt đƣợc tóm tắt trong Bảng 1.4

9


Bảng 1.4 Tóm tắt các dạng chất thải gây ơ nhiễm khơng khí trong họt động
sản xuất dệt nhuộm

STT
1

2
3

Cơng đoạn
Tạo năng
lƣợng
Phủ, làm khô,
giữ nhiệt
Các hoạt

động kéo sợi,
dệt từ xơ, sợi
bông

4
Hồ sợi
5
Tẩy
6
Nhuộm
7

In

8
Hồn tất
9

Lƣu giữ hóa
chất

10

Xử lý nƣớc
thải

Nguồn
Phát thải từ nồi hơi
Phát thải từ lị nhiệt
độ cao

Phát thải từ cơng
đoạn chuẩn bị, chải
thô, chải kỹ, sản xuất
vải
Phát thải từ việc sử
dụng các hợp chất hồ
(các loại keo, PVA)
Phát sinh từ việc sử
dụng các hợp chất
chlorine
Nhuộm phân tán sử
dụng chất dẫn,
nhuộm sulphur,
nhuộm aniline

Các chất ô nhiễm
Hạt bụi, nitrous oxides
(Nox), sulfur dioxide
(SO2)
Các hợp chất hữu cơ
dễ bay hơi (VOCS)
Bụi
Nitrgen oxide, sulphr
oxide, carbon
monoxide
Chlorine, chlorine
dioxide
Các chất dẫn, H2S, hơi
aniline

Hydrocarbon,
ammonia
Formaldehyde, các
Gia nhiệt hoàn tất hồ
chất dẫn khối lƣợng
cho các loại vải tổng
phân tử thấp, các loại
hợp
dầu bôi trơn
Phát thải từ các khó
Các hợp chất hữu cơ
chứa hàng hóa
dễ bay hơi (VOCs)
và hóa chất
Phát thải từ các bể
Các hợp chất hữu cơ
chứa và ống dẫn
dễ bay hơi, các khí độc
Khí thải

 Ơ nhiễm nguồn nƣớc
Cơng nghiệp dệt nhuộm sử dụng một lƣợng lớn nƣớc qua các hoạt động
sản xuất, từ giặt xơ cho đến tẩy, nhuộm và giặt hồn tất sản phẩm. Theo ƣớc tính
của các nhà khoa học trung bình, cần khoảng 200 lít nƣớc cho 1 kg vải. Phần lớn
lƣợng nƣớc thải phát sinh cũng chứa nhiều loại hóa chất khác nhau mà đã đƣợc
10


sử dụng qua các công đoạn. Lƣợng nƣớc thải này có thể phá hủy mơi trƣờng nếu
khơng có những biện pháp quả xử lý thích hợp trƣớc khi thải ra mơi trƣờng.

Tính chất độc hại cho mơi trƣờng sống dƣới nƣớc của nƣớc thải công
nghiệp dệt nhuộm thay đổi rất nhiều tùy theo điều kiện sản xuất. Các nguồn độc
hại cho mơi trƣờng sống dƣới nƣớc có thể bao gồm: muối, chất hoạt động bề
mặt, ion kim loại và các phức kim loại của chúng, biôxit và các anion độc. Hầu
hết các thuốc nhuộm trong ngành công nghiệp dệt nhuộm đều có độ độc tính cho
mơi trƣờng. Mặt khác, các chất hoạt động bề mặt và các hợp chất liên quan,
chẳng hạn nhƣ bột giặt, các chất nhũ hóa, các chất phân tán đƣợc sử dụng trong
hầu hết các công đoạn của mỗi qui trình sản xuất và có thể là một nguồn quan
trọng tạo độc tính cho mơi trƣờng sống dƣới nƣớc nhƣ BOD và chất tạo bọt.
Nƣớc thải dệt nhuộm nếu không đƣợc xử lý thải trực tiếp ra môi trƣờng sẽ là
một trong những tác nhân tàn pháp môi trƣờng sống của con ngƣời và sinh vật.
Trên thực tế nƣớc thải diệt nhuộm chƣa qua xử lý đang ngày đêm giết chết
nhƣng con sông, đầu độc nguồn nƣớc mặt và nƣớc ngầm gây ra nhừng hệ lụy
sấu đối với con ngƣời và sinh vật.
1.4. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
Do đặc thù của nƣớc thải dệt nhuộm chứa tổng hàm lƣợng chất rắn TS, chất
rắn lơ lửng, độ màu, BOD, COD cao nên chọn phƣơng pháp xử lý thích hợp
phải dựa vào nhiều yếu tố nhƣ lƣợng nƣớc thải, đặc tính nƣớc thải, tiêu chuẩn
thải, xử lý tập trung hay cục bộ. Về nguyên lý xử lý, nƣớc thải dệt nhuộm có thể
áp dụng các phƣơng pháp sau: - Phƣơng pháp cơ học. - Phƣơng pháp hóa học. Phƣơng pháp hóa – lý. - Phƣơng pháp sinh học.
- Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp cơ học.
Trong nƣớc thải thƣờng chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng. Để tách
các chất này ra khỏi nƣớc thải. Thƣờng sử dụng các phƣơng pháp cơ học nhƣ lọc
qua song chắn rác hoặc lƣới chắn rác, lắng dƣới tác dụng của trọng lực hoặc lực
ly tâm và lọc. Tùy theo kích thƣớc, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lƣu

11


lƣợng nƣớc thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn cơng nghệ xử lý thích hợp.

Các cơng nghệ nhƣ: song chắn rác, lƣới chắn rác, bể lắng cát, bể vớt dầu mỡ,v.v.
- Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hóa học.
Các phƣơng pháp hóa học xử lý nƣớc thải gồm có: trung hịa, oxy hóa và
khử. Tất cả các phƣơng pháp này đều dùng tác nhân hóa học nên tốn nhiều tiền.
Ngƣời ta sử dụng các phƣơng pháp hóa học để khử các chất hịa tan và trong các
hệ thống nƣớc khép kín. Đơi khi phƣơng pháp này đƣợc dùng để xử lý sơ bộ
trƣớc khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này nhƣ là một phƣơng pháp xử lý
nƣớc thải lần cuối để thải vào nguồn.
- Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hóa- lý:
Cơ chế của phƣơng pháp hóa lý là đƣa vào nƣớc thải chất phản ứng nào
đó, chất này phản ứng với các tập chất bẩn trong nƣớc thải và có khả năng loại
chúng ra khỏi nƣớc thải dƣới dạng cặn lắng hoặc dạng hịa tan khơng độc hại.
Các phƣơng pháp hóa lý thƣờng sử dụng để khử nƣớc thải là quá trình keo tụ,
hấp phụ, trích ly, tuyển nổi...
- Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học:
Là phƣơng pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy sinh hóa
các hợp chất hữu cơ, biến các hợp chất có khả năng thối rữa thành các chất ổn
định với sản phẩm cuối cùng là Cacbonic, nƣớc và các chất vơ cơ khác. Phƣơng
pháp sinh học có thể chia thành hai loại: xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí trên cơ
sở có oxy hịa tan và khơng có oxy hòa tan.
1.5. Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp keo tụ tủa bơng
1.5.1. Cơ chế q trình đơng tụ
1.5.1.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình keo tụ
Các hạt keo lơ lửng trong nƣớc thải bền vững do các điện tích trái
dấu trên bề mặt, làm cho các hạt keo đẩy nhau.
Hai quá trình đan xen với nhau trong q trình phản ứng, hốn đổi cho
nhau, trên thực tế chúng là các quá trình tách biệt. Giai đoạn đầu thì keo tụ là

12

chiếm ƣu thế, nó tạo ra các flocs có khối lƣơng lớn hơn phục vụ cho q trình
tủa bơng.
Các hóa chất đƣợc trộn lẫn vào với nƣớc thải để đẩy mạnh quá trình tập hợp
các chất rắn lơ lửng.
1.5.1.2. Cơ chế hình thành phản ứng keo tụ
Phản ứng keo tụ thơng qua ba q trình keo tụ
(1) Hạt lơ lửng tiếp xúc với phân tử polyme tạo thành khối các hạt
(2) Hạt lơ lửng không tan tiếp xúc các hạt polyme tạo thành chuỗi hạt
(3) Các hạt tiếp xúc với nhau theo một chuỗi hỗn tạp, không quy tắc
Lƣợng polyme sử dụng phải tối ƣu, khi lƣợng polyme là quá dƣ, hạt keo
lơ lửng lại tái bền và làm cho nƣớc vẫn đục. Q trình phản ứng đƣợc giải thích
nhƣ sau:
- Phản ứng 1: (lƣợng polime tối ƣu): hấp phụ sơ cấp, một hạt hoặc chùm
hạt lơ lửng liên kết với một phân tử polyme.
- Phản ứng 2: kết bông xảy ra sau phản ứng 1, liên kết bền giữa các hạt
vẫn cịn điện tích.
- Phản ứng 3: (hấp phụ thứ cấp) không xảy ra kết bông, khi lƣợng polyme
không đủ, các hạt vẫn cịn điện tích và các phần tử điện tích trái dấu gần nhau tự
kết hợp để trở thành hạt tái ổn định.
- Phản ứng 4: (lƣợng polyme quá dƣ) không kết bông, một hạt hoặc chùm
hạt liên kết với nhiều ptử polyme. Kết bông trở lên kém, và sau quá trình xử lý
tạo ra nhiều sản phẩm phụ không mong muốn.
- Phản ứng 5: vỡ bông do lực cơ học tác động quá mạnh làm phá vỡ trạng
thái cân bằng của hệ keo.
1.5.1.3. Các tác nhân gây keo tụ


Cơ chế keo tụ của phèn nhôm:
Khi dùng phèn nhôm làm chất keo tụ sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân:

Al2(SO4)3 + 6H2

2Al(OH)3 + 6 H+ +3SO42-

Khi sử dụng phèn nhôm cần lƣu ý:
13


 pH

hiệu quả tốt nhất với phèn nhôm là khoảng 5.5 – 7.5.

 Nhiệt
 Ngồi

độ của nƣớc thích hợp khoảng 20OC – 40OC
ra, cần chú ý đến: các thành phần ion có trong nƣớc, các hợp chất

hữu cơ, liều lƣợng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trƣờng phản ứng…
- Ƣu điểm của phèn nhôm:
Về mặt năng lực keo tụ ion nhơm (và cả sắt (III)), nhờ điện tích 3+, có
năng lực keo tụ thuộc loại cao nhất (quy tắc Shulz-Hardy) trong số các loại muối
ít độc hại mà lồi ngƣời biết. Muối nhơm ít độc, sẵn có trên thị trƣờng và khá rẻ.
- Nhƣợc điểm của phèn nhôm:
Làm giảm đáng kể độ pH, phải dùng NaOH để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn
đến chi phí sản xuất tăng. Khi quá liều lƣợng cần thiết thì hiện tƣợng keo tụ bị
phá huỷ làm nƣớc đục trở lại. Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ và trợ
lắng. Hàm lƣợng Al dƣ trong nƣớc > so với khi dùng chất keo tụ khác và có thể
lớn hơn tiêu chuẩn với (0,2mg/lit). Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và ko
tan cùng các kim loại nặng thƣờng hạn chế. Ngồi ra, có thể làm tăng lƣợng

SO42- trong nƣớc thải sau xử lý là loại có độc tính đối với vi sinh vật.


Phèn sắt : Fe2(SO4)3.nH2O hoặc FeCl3.nH2O (n = 1 – 6)
Muối sắt chƣa phổ biến ở Việt Nam nhƣng rất phổ biến ở các nƣớc cơng

nghiệp. Hố học của muối sắt tƣơng tự nhƣ muối nhôm nghĩa là khi thuỷ phân
sẽ tạo axit, vì vậy cần đủ độ kiềm để giữ pH không đổi.
Fe3+ + 3H2O

Fe(OH)3 + 3H+

Phèn sắt (III) khi thuỷ phân ít bị ảnh hƣởng của nhiệt độ. Vùng pH tối ƣu
là từ 5 đến 9. So sánh keo của phèn nhôm và phèn sắt đƣợc tạo thành cho thấy:
- Độ hoà tan của keo Fe(OH)3trong nƣớc nhỏ hơn Al(OH)3
- Tỉ trọng của Fe(OH)3= 1,5 Al(OH)3 ( trọng lƣợng đơn vị của Al(OH)3 =
2,4 còn của Fe(OH)3 = 3,6 ) do vậy keo sắt tạo thành vẫn lắng đƣợc khi trong
nƣớc có ít chất huyền phù.
Ƣu điểm của phèn sắt so với phèn nhôm:
 Liều

lƣợng phèn sắt(III) dùng để kết tủa chỉ bằng 1/3 – 1/2 liều lƣợng
14


phèn nhơm.
 Phèn

sắt ít bị ảnh hƣởng của nhiệt độ và giới hạn pH rộng.

Nhƣợc điểm của phèn sắt(III) là ăn mịn đƣờng ống mạnh hơn phèn
nhơm ( vì trong quá trình phản ứng tạo ra axit).
Ở nƣớc ta, ngƣời ta vẫn quen dùng phèn nhôm. Để khắc phục nhƣợc
điểm của mỗi loại có thể dùng kết hợp cả phèn sắt và phèn nhôm tƣơng ứng là
1 : 1 hoặc 2: 1. Kết tủa hỗn hợp thích hợp nhất vào mùa lạnh.
Poly Aluminium Chloride: ( PAC)
Một trong những chất keo tụ thế hệ mới, tồn tại dƣới dạng polime vô cơ
là polime aluminium chloride, thƣờng viết tắt là PAC (hoặc PACl). Hiện nay, ở
các nƣớc tiên tiến, ngƣời ta đã sản xuất PAC với lƣợng lớn và sử dụng rộng rãi
để thay thế phèn nhôm sunfat trong xử lý nƣớc sinh hoạt và đặc biệt là xử lí
nƣớc thải.
Tính chất: PAC có cơng thức tổng qt
là [Al2(OH)nCl6.nxH2O]m (trong đó m <=10, n<= 5). PAC thƣơng mại ở
dạng bột thô màu vàng nhạt hoặc vàng đậm, dễ tan trong nƣớc và kèm tỏa nhiệt,
dung dịch trong suốt, có tác dụng khá mạnh về tính hút thấm.
PAC có nhiều ƣu điểm so với phèn nhôm sunfat và các loại phèn vô cơ
khác:
 Hiệu

quả keo tụ và lắng trong > 4-5 lần. Tan trong nƣớc tốt, nhanh hơn

nhiều, ít làm biến động độ pH của nƣớc nên không phải dùng NaOH để
xử lý và do đó ít ăn mịn thiết bị hơn.
 Khơng

làm đục nƣớc khi dùng thừa hoặc thiếu.

 Không

cần (hoặc dùng rất ít) phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng.

 [Al]

dƣ trong nƣớc < so với khi dùng phèn nhôm sunfat.

 Khả

năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loại

nặng tốt hơn.
 Không

làm phát sinh hàm lƣợng SO42-trong nƣớc thải sau xử lý là loại

có độc tính đối với vi sinh vật.
15


Q trình phản ứng của PAC:
Thơng thƣờng khi keo tụ chúng ta hay dùng muối clorua hoặc sunfat của
Al(III) hoặc Fe(III). Khi đó, do phân li và thuỷ phân ta có các hạt trong nƣớc:
Al3+, Al(OH)2+, Al(OH) phân tử và Al(OH)4–, ba hạt polime: Al2(OH)24+,
Al3(OH)45+, Al13O4(OH)247+ và Al(OH)3 rắn. Trong đó Al13O4(OH)247+ gọi tắt là
Al13 là tác nhân gây keo tụ chính và tốt nhất.
Với Fe(III) ta có các hạt: Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH) phân tử và Fe(OH)4–, ba
hạt polime: Fe2(OH)24+, Fe3(OH)45+ và Fe(OH)3 rắn.
Trong công nghệ xử lý nƣớc thông thƣờng, nhất là nƣớc tự nhiên với pH
xung quanh 7 q trình thuỷ phân xảy ra rất nhanh, tính bằng micro giây, khi đó
hạt Al3+ nhanh chóng chuyển thành các hạt polime rồi hydroxit nhôm trong thời
gian nhỏ hơn giây mà không kịp thực hiện chức năng của chất keo tụ là trung

hồ điện tích trái dấu của các hạt cặn lơ lửng cần xử lý để làm chúng keo tụ.
Khi sử dụng PAC q trình hồ tan sẽ tạo các hạt polime Al 13, với điện
tích vƣợt trội (7+), các hạt polime này trung hồ điện tích hạt keo và gây keo tụ
rất mạnh, ngoài ra tốc độ thuỷ phân của chúng cũng chậm hơn Al 3+ rất nhiều,
điều này tăng thời gian tồn tại của chúng trong nƣớc nghĩa là tăng khả năng tác
dụng của chúng lên các hạt keo cần xử lý, giảm thiểu chi phí hố chất. Ngoài ra,
vùng pH hoạt động của PAC cũng lớn gấp hơn 2 lần so với phèn, điều này làm
cho việc keo tụ bằng PAC dễ áp dụng hơn. Hơn nữa, do kích thƣớc hạt polime
lớn hơn nhiều so với Al3+ (cỡ 2 nm so với nhỏ hơn 0,1 nm) nên bơng cặn hình
thành cũng to và chắc hơn, thuận lợi cho quá trình lắng tiếp theo.
1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ
Quá trình keo tụ phụ thuộc vào hai cơ chế chính là trung hồ điện tích và
hấp phụ tạo cầu nối. Vì thế các yếu tố nào ảnh hƣởng đến hai quá trình trên điền
gây ảnh hƣởng đến q trình keo tụ tạo bơng.
- Ảnh hƣởng của pH

16


Đối với phèn Al: Khi pH < 4.5 thì khơng xảy ra phản ứng thủy phân. Khi
pH > 7.5 làm cho muối kiềm kém tan và hiệu quả keo tụ bị hạn chế. Phèn nhôm
đạt hiệu quả cao nhất khi pH = 5.5 – 7.5.
Đối với phèn Fe: Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3.5 và quá trình kết
tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5.5 – 6.5.
Ở pH < 3 thì Fe(III) khơng bị thủy phân, SiO2 keo tụ do ion Fe(III). Ở pH
cao hơn, chỉ cần liều lƣợng Fe (III) thấp có thể keo tụ SiO2.
- Nhiệt độ nƣớc
- Liều lƣợng chất keo tụ và chất trợ keo tụ
- Tạp chất trong nƣớc
- Tốc độ khuấy trộn

- Môi chất tiếp xúc: nếu trong nƣớc duy trì một lớp cặn bùn nhất định,
khiến cho q trình kết tủa càng hồn tồn, tốc độ kết tủa tăng.
Ảnh hƣởng của pH (quyết định quá trình thuỷ phân của chất keo tụ trong
dung dịch) đến quá trình keo tụ là ảnh hƣởng quan trọng nhất quyết định hiệu
suất của việc xử lý.
1.5.3. Một số ứng dụng của keo tụ tủa bông trong xử lý nước thải
Phản ứng keo tụ tủa bông đã và đang đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trên thế
giới và cả ở Việt Nam trong lĩnh vục xử lý nƣớc thải. Đây đƣợc coi là một trong
những công nghệ xử lý mang lại hiệu quả tốt nhất hiện nay. Với đặc tính vận
hành đơn giản, chi phí sử dụng thấp, hiệu quả xử lý cao bởi vận mà phƣơng
pháp keo tụ đã và đang đƣợc xử dụng cho hầu hết các lợi hình xử lý nƣớc thải.
Tại nƣớc ta đã có nhiều cơng trình ứng dụng phƣơng pháp này vào xử lý nƣớc
thải đã mang lại hiệu quả xử lý cao nhu:
- Xử lý nƣớc thải dệt nhuộm công suất 1000 m3/ngày của Công ty Dệt
nhuộm Xuân Hƣơng.
- Xử lý nƣớc cấp sinh hoạt tại khu công nhiệp phú nghĩa.
- Xử lý nƣớc rỉ rác.

17


1.6. Phƣơng pháp oxi hóa nâng cao hệ Peroxon
1.6.1. Cơ lý thuyết của phương pháp
Các q trình oxy hóa nâng cao là những q trình phân hủy oxy hóa dựa
vào gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH đƣợc tạo ra ngay trong quá trình xử lý.
Gốc hydroxyl là tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong những tác nhân oxy
hóa đã biết từ trƣớc đến nay, có khả năng phân huỷ oxy hóa các hợp chất hữu
cơ, *OH dù là loại khó phân huỷ nhất, biến chúng thành những hợp chất vơ cơ
khơng độc hại nhƣ CO2, H2O, axít vơ cơ…từ những tác nhân oxy hóa thơng
thƣờng nhƣ hydrogen peroxit, ozone, có thể nâng cao khả nâng oxy hố của

chúng bằng các phẩn ứng hoá học khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, vì vậy các
quá trình này đƣợc gọi là các q trình oxy hố nâng cao.
Các q trình oxy hóa nâng cao nổi lên trong những năm gần đây nhƣ một
loại cơng nghệ cao có tầm quan trọng trong việc đẩy mạnh các q trình oxy
hóa, giúp phân huỷ nhiều loại hợp chất hữu cơ khó phân huỷ nhƣ hydrocacbon
halogen hóa, hydrocacbon aromatic, các hố chất bảo vệ thực vật, dioxin, furan,
thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt…
Ngoài ra do tác dụng oxy hóa cực mạnh nên chúng có thể tiêu diệt đƣợc
các loại vi khuẩn thơng thƣờng và những loại vi khuẩn nhƣ Campylobacter,
Yersina, Mycrobacteria, Legionella, Cryptosporidium. Mặt khác tác nhân *OH
không tạo ra các sản phẩm phụ gây ƣng thƣ nhƣ các hợp chất chứa clor
trihalometan (THM).
Oxy hố là q trình trong đó electron đƣợc chuyển từ chất này sang chất
khác. Điều này tạo ra một hiệu điện thế đƣợc tính bằng volt dựa trên hiệu điện
thế điện cực hydro bằng 0. Mỗi tác nhân oxy hố đều có một thế oxy hố khác
nhau và đại lƣợng này dùng để so sánh khả năng oxy hoá mạnh hay yếu của
chúng. Một số thể oxy hóa đƣợc thể hiện trong Bảng 1.5.

18


Bảng 1.5.Thế oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa thường gặp

STT

Tác nhân oxy hóa

Thể oxy hóa, V

1

Gốc hydroxyl

2.8

2

Ozone

2.07

3

Hydrogen peroxit

1.78

4

Permanganat

1.68

5

Hydrobromic axit

1.59

6

Clo dyoxit

1.57

7

Hypocloric axit

1.49

8

Hypoiodic axit

1.45

9

Clo

1.36

10

Brom

1.09

11

Iod

0.54
(Nguồn: US EPA, 1998;US EPA, 2001)

Nhiều tác nhân oxy hoá mạnh là các gốc tự do trong đó gốc hydroxyl là
tác nhân oxy hố mạnh nhất có thế oxy hố là 2,8V, cao gấp 1,52 lần ozone, gấp
2,05 lần Cl.
Đặc tính của gốc tự do là trung hoà về điện trong khi các ion đều mang
điện tích dƣơng hoặc âm. Gốc tự do đƣợc tạo thành từ sự tách ra hai phần bằng
nhau của liên kết electron. Các gốc tự do này không tồn tại sẵn nhƣ các tác nhân
oxy hố thơng thƣờng mà chỉ đƣợc sản sinh trong quá trình phản ứng với thời
gian tồn tại rất ngắn chỉ khoảng vài phần nghìn giây nhƣng liên tục sinh ra trong
suốt quá trình phản ứng.
+ Phân loại
Theo cơ quan bảo vệ môi trƣờng Mỹ, dựa theo đặc tính q trình sử dụng
hay khơng sử dụng nguồn năng lƣợng bức xạ tử ngoại UV có thể phân loại q
trình oxy hóa nâng cao thành hai nhóm nhƣ Bảng 1.6.

19


Bảng1.6. Phân loại các q trình oxy hóa nâng cao
STT

Nhóm q trình

Q trình
Q trình Fenton

Các q trình oxy hóa Q trình Peroxon
nâng cao khơng nhờ
1

Q trình Catazon

tác nhân ánh sáng

Q trình oxy hóa điện hóa

(ANPO)

Q trình Fenton điện hóa
Q trình bức xạ năng lƣợng cao

Các q trình oxy hóa
2

nâng cao khơng nhờ
tác nhân ánh sáng
(ANPO)

Q trình UV/ H2O2
Q trình UV/ O3
Quá trình quang Fenton
Quá trình quang Fenton biến thể
Quá trình quang xúc tác bán dẫn
(Nguồn :US EPA, 1998;US EPA, 2001)

+ Cơ sở lý thuyết của quá trình Peroxon
Quá trình oxi hóa của ozon với sự có mặt của hydrogen peroxit (O3/H2O2)
đƣợc gọi là quá trình Peroxon hoặc (Perozon).
+ Cơ chế phản ứng và phƣơng thức phản ứng của gốc H2O2
Sự khác nhau cơ bản giữa hai quá trình Ozon và Peroxon là ở chỗ, quá
trình ozon thực hiện quá trình oxi hóa các chất ơ nhiễm chủ yếu trực tiếp bằng
phân tử ozon trong nƣớc trong khi đó q trình Peroxon thực hiện sự oxi hóa các
chất ơ nhiễm chủ yếu là gián tiếp thông qua gốc hydroxyl đƣợc tạo ra từ ozon.
Khi ozon hóa để thực hiện q trình oxy hóa, lƣợng ozon khơng hịa tan
hết, cịn dƣ thốt ra ở dạng khí. Trong khi đó, ở q trình Peroxone, do sự có
mặt hydrogen peroxide đã gia tăng đáng kể quá trình tiêu thụ và phân hủy ozon
làm cho sự chuyển ozon từ pha khí sang pha lỏng đƣợc tăng cƣờng. Vì q trình
oxy hóa thơng qua gốc hydroxyl hiệu quả hơn q trình oxy hóa trực tiếp bằng
phân tử ozon nên quá trình peroxone đƣợc sử dụng rất phổ biến và phát triển
mạnh nhiều năm gần đây để xử lý các chất gây mùi, vị khó chịu, các hợp chất
20


hữu cơ chứa clo, đồng thời còn sử dụng nhƣ một tác nhân khử trùng mạnh, tiêu
diệt đƣợc những loại vi khuẩn. Đối với nƣớc thải, quá trình peroxone sử dụng để
xử lý các chất mang màu hoặc các chất hữu cơ chứa halogen, các hợp chất của
phenol, các alcohol và axit dây ngắn đến mức độ khống hóa nhất định. Tuy
vậy, quá trình peroxone thƣờng đƣợc dừng lại ở mức độ phân hủy nào đó, nhằm
chuyển hóa các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành những chất hữu cơ có
khả năng dễ phân hủy sinh học, làm cải thiện tỷ số BOD/COD trong nƣớc thải
theo chiều thuận lợi để thực hiện các quá trình xử lý sinh học tiếp sau.
Sự có mặt của H2O2 đƣợc xem nhƣ làm tác dụng đầu tiên và chủ chốt
cho sự phân hủy O3 thông qua ion hydroperoxit HO2- đƣợc thể hiện qua các
phƣơng trình sau:
H2O2

HO2- + H+

(3.1)

HO2- + O3

O3- + *HO2

(3.2)

+ Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl *HO.
- Phản ứng tạo gốc *HO t *O3Mặc dù tác nhân Peroxon đã đƣợc biết đến hành nhiều năm nay nhƣng cơ
chế của phản ứng Peroxon cho đến nay vẫn còn nhiều tranh cãi trong giới
chuyên gia.
Hệ tác nhân Peroxon bao gồm hai tác nhân chính là O3 và hydro peroxit
H2O2 chúng tác dụng với nhau sinh ra gốc *HO và giải phóng O2. Dƣới đây là
hai phƣơng trình mơ phỏng q trình phản ứng :
O3 + H+

*HO3

(3.3)

*HO3

*HO + O2

(3.4)

 Phản ứng tạo gốc *HO t *HO2
Ngồi việc sử dụng 2 tác nhận chính là O3 và hydro peroxit H2O2 chúng
tác dụng với nhau sinh ra gốc *HO và giải phóng O2 thì *HO còn đƣợc tao ra từ
*HO2 . Dƣới đây là phƣơng trình mơ phỏng các phản ứng xảy ra :
21


*HO2

H+

+ *O2-

*O2- + O3

*O3- + O2

(3.6)

*O3- + H+

*HO3

(3.7)

*HO3

*HO + O3

(3.8)

(3.5)

Tổng hợp các phƣơng tình trên ta có phƣơng trình tổng hợp đặc trƣng cho quá
trình Peroxon:
H2O2 + 2O3

2*HO + 3O2

(3.9)

 Ƣu, nhƣợc điểm của quá trình Peroxon vào nghiên cứu xử lý nƣớc, nƣớc thải
Ƣu điểm: Việc lựa chọn quá trình Peroxon vào nghiên cứu xử lý nƣớc,
nƣớc thải là nhờ những ƣu điểm sau:
- Thoa tác thực hiện dễ dàng, đơn giản, ít tốn hóa chất.
- Hiệu quả oxi hóa đƣợc nâng cao rất nhiều so với Ozon sử dụng một
mình. p dụng quá trình Peroxon để xử lý nƣớc và nƣớc thải sẽ làm cải thiện tỷ
số BOD/COD trong nƣớc thải, cải thiện q trình chuyển hóa các chất hữu cơ
khó phân hủy sinh học thành những chất hữu cơ có khả năng dễ phân hủy sinh
học.
- Tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý sinh học tiếp sau.
- Do tác dụng oxy hóa cực mạnh của *HO so với các tác nhân diệt khuẩn
truyền thống (các hợp chất của clo) nên ngoài khả năng tiêu diệt triệt để các vi
khuẩn thơng thƣờng, chúng cịn có thể tiêu diệt các tế bào vi khuẩn và virus gây
bệnh mà clo không thể diệt nổi.
- Tăng hàm lƣợng DO sau quá trình xử lý.
- Nƣớc thải sau xử lý không cần chỉnh pH và hàm lƣợng cặn thấp.
 Nhƣợc điểm: Quá trình peroxone thƣờng chƣ triệt để chỉ dừng lại ở mức độ
phân hủy nào đó, nhằm chuyển hóa các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học
thành những chất hữu cơ có khả năng dễ phân hủy sinh học

22


1.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng


p
Hydrogen peroxit bản thân phản ứng chậm với ozon, nhƣng sản phẩ

phân hủy của nó theo phƣơng trình (3.1) là ion HO2- lại phản ứng rất mạnh với
ozon theo phƣơng trình (3.2). Vì vậy, trong môi trƣờng pH cao rất thuận lợi cho
phản ứng (3.2) do đó làm tăng tốc độ phân hủy ozon và tạo ra gốc *HO. Theo
Meijer, R.T, et al.,(1998) khi tăng pH lên 1 đơn vị, có thể tăng tốc độ tạo thành
gốc *HO lên 10 lần. Trị số pH tối ƣu của quá trình Peroxon thƣờng nằm trong
khoảng 7-8.


l

2O2/O3

Hydrogen peroxide bản thân phản ứng chậm với ozon, nhƣng sản phẩm
phân hủy của hydrogen peroxide theo phƣơng trình (3.1) là ion HO2- lại phản
ứng rất mạnh với ozon theo phƣơng trình (3.2). pH làm tăng tốc độ quá trình
phân hủy ozon và tạo ra gốc *OH. Theo Meijer, R.T, etal.,(1998) khi tăng pH
lên 1 đơn vị, có thể tăng tốc độ tạo thành gốc *HO lên 10 lần. Trị số pH tối ƣu
của quá trình peroxon thƣờng nằm trong khoảng 7-8. Theo Staehelin and
Hoigné, (1982) tốc độ phản ứng phân hủy ozon có thứ bậc 1 đối với nồng độ
ozon cũng nhƣ thứ bậc 1 đối với nồng độ ion HO2- sinh ra do sự phân hủy H2O2.

Độ kiềm là một thơng số quan trọng của q trình Peroxon O3/H2O2 Nếu
trong nƣớc và nƣớc thải chứa độ kiềm bicacbonat và cacbonat, cần phải loại bỏ
chúng trƣớc khi tiến hành phản ứng Peroxone O3/H2O2 vì khi thực hiện trong
mơi trƣờng pH cao, cân bằng cacbonat-bicacbinat sẽ nhanh chóng chuyển sang
tạo cacbonat là một chất tìm diệt gốc *OH.
1.6.3 Tình hình nghiên cứu và áp dụng các q trình oxy hóa nâng cao
Nhờ những ƣu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc
biệt là những chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POP), trong việc khử trùng
an tồn và triệt để. Cơng nghệ dựa trên các q trình oxy hóa nâng cao dựa trên
gốc tự do Hydroxyl *OH đƣợc xem nhƣ chiếc “chìa khóa vàng” để giải bài
toán thách thức cho nghành xử lý nƣớc và nƣớc thải hiện nay. Đó là lý do tại
sao AOP đƣợc mệnh danh là quá trình xử lý nƣớc của thế kỷ 21.
23


Bảng 1.7. Ứng dụng oxy hóa trong xử lý nước thải và bùn thải
Tên nghiên cứu
Khảo sát xử lý nƣớc rỉ rác
bằng phƣơng pháp hóa lý
(Bjorkman và Mavinic,
1997)

Kết quả
• Tuần hồn sau khi ozon hóa phân hủy sinh học và
cải thiện giảm thiểu vấn đề tạo bọt;
• Hàm lƣợng 100mg O3/ l có hiệu quả trong việc giảm
COD.

• Ozone hiệu quả làm giảm 80% amoniac;
Ozon hóa nƣớc rỉ rác

• Ozon hóa hiệu quả khi xử lý sinh học đƣợc sử dụng
(Gierlich và Kollbach, 1998)
nhƣ một tiền xử lý
Khảo sát các q trình khác Khơng phù hợp trong xử lý COD trong nƣớc rỉ rác tại
nhau trong xử lý nƣớc rỉ rác những bãi rác trẻ do VFA tồn tại nhiều, chúng có khả
năng kháng O3.
(Chian vàDeWalle, 1976)
Khơng hiệu quả khi xử lý nƣớc rỉ rác trẻ, trong khi
Ozon hóa nƣớc rỉ rác trẻ
hiệu xuất xử lý COD trong nƣớc rỉ rác già đạt tới
(Qasim và Chiang, 1994)
>22%.
Ozon hóa nƣớc rỉ rác
(Ho et al., 1974)

• Nƣớc rỉ rác có COD 7000mg /l, đƣợc xử lý bằng
ozone ở mức 25,7 mgO3/l với thời gian phản ứng là 1
và 4 giờ. hiệu suất xử lý COD từ 5% đến 37%.
• Loại bỏ sắt là 80 và 95% tƣơng ứng.

Xử lý màu trong nƣớc bằng
Peroxit và ozon (Ahn et al,
2001)

• Perozone có hiệu quả ở pH 2-4;
• Tăng thời gian ozone đến 60 phút hiệu suất xử lý
màu là 53%;
• Tăng tiếp thời gian lên 65 phút hiệu suất xử lý
COD là 27% đến31%.

( Nguồn: Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2016)
Hiện nay ở Việt Nam cũng có nhiều nghiên và ứng dụng cơng nghệ AOP vào
xử lý nƣớc thải có thể kể đến nhƣ: Các hƣớng nghiên cứu về nƣớc rỉ rác ở Việt
Nam hiện nay chủ yếu vào xử lý COD và BOD bằng phƣơng pháp oxi hoá
nâng cao sử dụng hệ ozon, Fe2+/H2O2 và 2/O3. Tác giả Đặng Xuân Hiển, Văn
Hữu Tập, Trịnh Văn Tuyên và các cộng sự đã nghiên cứu xử lí các hợp chất
hữu cơ trong nƣớc rỉ rác bằng kĩ thuật oxi hố nâng cao UV/O 3, nhóm nghiên
cứu đã xác định chỉ số COD trong nƣớc rỉ rác trƣớc và sau khi thực hiện phản
ứng oxi hoá. Dƣ Thị Thanh Huyền cũng tiến hành nghiên cứu quá trình xử lí
nƣớc rỉ rác bằng hệ phản ứng oxi hố nâng cao kết hợp H2O2/ O3/UV.
24


CHƢƠNG II
MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG
NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung và mục tiêu nghiên cứu.
2.1.1 . Nội dung nghiên cứu
Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả xử lý nƣớc thải dệt nhuộm bằng
phƣơng pháp keo tụ tủa bông kết hợp với phƣơng pháp oxy hoá nâng cao
Peroxon. Các nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình Peroxon nhƣ độ pH, tỉ lệ H 2O2/
O3
2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu
+ Mục tiêu chung
Nhằm nâng cao chất lƣợng nƣớc thải sau hoạt động sản xuất tại các làng nghề
bằng công nghệ keo tụ tủa bông kết hợp với phƣơng pháp Peroxon.
+ Mục tiêu cụ thể
Ứng dụng công nghệ keo tụ tủa bông kết hợp với phƣơng pháp Peroxon vào xử
lý COD và độ màu trong nƣớc thải dệt nhuộm của làng nghề dệt nhuộm Phùng
Xásao cho đạt chuẩn theo QCVN 40:2008/BTNMT

2.2. Đối tƣợng nghiên cứu
Nƣớc thải diệt nhuộm tại xã Phùng Xá- Mỹ Đức – TP Hà Nội.
2.3. Phạm vi nghiên cứu
- Đặc tính nƣớc thải của làng nghề dệt nhuộm Phùng Xá
- Xử lý nƣớc thải dệt nhuộm theo phƣơng pháp ơxi hóa nâng cao dự trên
q trình peroxon trong điều kiện phịng thí nghiệm.
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp thừa kế tài liệu
- Các đồ án nghiên cứu xử lý nƣớc thải dệt nhuộm bằng phƣơng pháp oxy
hóa nâng cao.
- Các cơng trình nghiên cứu về xử lý nƣớc thải diệt nhuộm
- Các luận văn một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
25