LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và không trùng lặp với
bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung
thực và chưa sử dụng để bảo vệ một học vị nào, chưa được ai công bố trong bất kỳ
một công trình nghiên cứu nào.

Hà Nội, tháng 04 năm 2016
Tác giả luận án

Nguyễn Thị Thu Trang


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến tập thể giáo viên hướng dẫn,
TS. Nguyễn Minh Tân và PGS.TS Nguyễn Hồng Khánh, đã cho tôi những chỉ dẫn
quý báu về phương pháp luận và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành bản
Luận án này. Tôi cũng vô cùng biết ơn PGS.TS Lê Thị Hoài Nam đã tận tình chỉ
dẫn và giúp đỡ tôi về khoa học và định hướng nghiên cứu trong suốt quá trình tôi
thực hiện Luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ Khoa học và Công nghệ (Nhiệm vụ hợp tác quốc tế
về khoa học và công nghệ theo nghị định thư, mã số đề tài: 04/2012/HĐ-NĐT) đã
hỗ trợ kinh phí cho việc thực hiện Luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo và các bạn đồng nghiệp phòng Giải pháp công
nghệ cải thiện môi trường – Viện Công nghệ môi trường và phòng Hóa học xanh –
Viện Hóa học đã tạo điều kiện về mọi mặt và đóng góp các ý kiến quý báu về
chuyên môn trong suốt quá trình tôi thực hiện và bảo vệ Luận án.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Viện nghiên cứu và phát triển ứng dụng các hợp
chất thiên nhiên (INAPRO) – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và GS.TS.
Gianaurelio Cuniberti - Bộ môn Khoa học Vật liệu và kỹ thuật nano - Viện Khoa
học Vật liệu – Trường Đại học Tổng hợp Kỹ thuật Dresden (Đức) đã tạo điều kiện

2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................ 43
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................ 43
2.1.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 43
2.2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .......................................................................... 45
2.2.1. Xây dựng qui trình tổng hợp vật liệu xúc tác .................................................... 45
2.2.2. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác trong phản ứng phân hủy thuốc nhuộm ...... 49
2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ................................................................................. 54
2.3.1. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu ................................................ 54
2.3.2. Các phương pháp phân tích chất lượng nước thải dệt nhuộm trước và sau xử lý
..................................................................................................................................... 58
2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU .......................................................................... 58


ii
2.4.1. Xác định hằng số tốc độ phản ứng .................................................................... 58
2.4.2. Đánh giá hiệu quả xử lý .................................................................................... 59
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 60
3.1. ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU XÚC TÁC ..................... 60
3.1.1. Vật liệu xúc tác dạng bột ................................................................................... 60
3.1.2. Vật liệu xúc tác dạng lớp phủ............................................................................ 75
3.2. TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA NANO TIO2 PHA TẠP ỨNG DỤNG
TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM ............................................................... 89
3.2.1. Hoạt tính quang xúc tác trong xử lý metyl da cam và metylen xanh ................ 89
3.2.2. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm ................................................ 104
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 118
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ............................................................... 121
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ............................................................. 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 124



CB

Vùng dẫn

Conduction Band

COD

Nhu cầu oxy hóa học

Chemical Oxygen Demand

CVD

Lắng đọng pha hơi hóa học

Chemical Vapor Deposition

Eg

Năng lượng vùng cấm của vật
liệu bán dẫn theo thuyết vùng

EDX

Phổ tán sắc năng lượng tia X

Energy Dispersive X ray
Spectroscopy


Methyl Orange

MQTB

Mao quản trung bình

Mesopore

NTDN

Nước thải dệt nhuộm

ppi

Số lỗ xốp trên một đơn vị chiều
dài inch

SBET

Diện tích bề mặt riêng tính theo
phương pháp BET

TBOT

Pore per inch

Tetrabutyl octotitanat

TEM



Valence Band

XPS

Phổ quang điện tử tia X

X-ray Photoelectron Spectroscopy

XRD

Giản đồ nhiễu xạ tia X

X-ray Diffraction


v
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý công nghệ dệt nhuộm và các nguồn nước thải ................5
Hình 1.2: Phản ứng oxy hóa khử trên bề mặt TiO2 ...................................................19
Hình 1.3: Phân bố năng lượng mặt trời theo bước sóng ...........................................20
Hình 1.4: Sơ đồ minh họa quá trình kích hoạt và phân tách điện tử và lỗ trống của
cấu trúc dị thể TiO2/Cu2O dưới bức xạ ánh sáng ......................................................23
Hình 1.5: Sơ đồ mức năng lượng của TiO2 pha tạp N ..............................................26
Hình 1.6: Quá trình phân hủy chất hữu cơ của composit TiO2/AC ..........................29
Hình 1.7: Xốp polyuretan (A, B, D); cacbon có cấu trúc xốp (C) và SiC có cấu trúc
xốp (E) .......................................................................................................................30
Hình 1.8: Nhôm oxit có cấu trúc xốp (a) 10 ppi, (b) 15 ppi .....................................32
Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm .................................................................44

Hình 3.14: Giản đồ XRD của màng mỏng TiO2 pha tạp đồng phủ trên hạt thủy tinh
...................................................................................................................................76
Hình 3.15: Ảnh FESEM của màng mỏng 0,05% Cu-TiO2 phủ 1 lớp trên đế kính chế
tạo bằng phương pháp sol-gel phủ nhúng: (a) Bề mặt, (b) Mặt cắt ngang ...............77
Hình 3.16: Ảnh FESEM của màng mỏng 0,05% Cu-TiO2 phủ 3 lớp trên đế kính chế
tạo bằng phương pháp sol-gel phủ nhúng: (a) Bề mặt, (b) Mặt cắt ngang ...............77
Hình 3.17: Ảnh FESEM của màng mỏng 0,05% Cu-TiO2 phủ 6 lớp trên đế kính chế
tạo bằng phương pháp sol-gel phủ nhúng: (a) Bề mặt, (b) Mặt cắt ngang ...............78
Hình 3.18: Giản đồ XRD của các mẫu TiO2: Cr,N-TiO2 và Cr,N-TiO2/AC ............79
Hình 3.19: Phổ UV-Vis rắn của của các mẫu TiO2: Cr,N-TiO2 và Cr,N-TiO2/AC ..79
Hình 3.20: Ảnh FESEM của mẫu Cu-TiO2/AC ........................................................80
Hình 3.21: Phổ EDX của mẫu Cu- TiO2/AC (a) vùng màu trắng; (b) vùng màu xám
...................................................................................................................................81
Hình 3.22: Ảnh FESEM của mẫu Cr,N-TiO2/AC .....................................................82


vii
Hình 3.23: Phổ EDX của mẫu Cr, N- TiO2/AC (b1) vùng màu trắng (b1) và (b2)
vùng màu xám ...........................................................................................................83
Hình 3.24: Phổ IR của mẫu than hoạt tính chưa phủ (a) và mẫu Cr,N-TiO2/AC (b) 85
Hình 3.25: Giản đồ XRD của mẫu TiO2 phủ trên xốp polyuretan ............................86
Hình 3.26: Ảnh FESEM của mẫu TiO2/polyuretan ở các độ phân giải khác nhau ...87
Hình 3.27: Phổ IR của mẫu polyuretan (a) và TiO2 phủ trên xốp polyuretan (b) .....88
Hình 3.28: Phản ứng quang xúc tác xử lý MO bằng vật liệu xúc tác 0,05% Cu-TiO2:
(a) hiệu quả xử lý và (b) hằng số tốc độ phản ứng loại màu MO. ...........................93
Hình 3.29: Phản ứng quang xúc tác xử lý MB bằng vật liệu xúc tác 0,15% Cu-TiO2:
(a) hiệu quả xử lý và (b) hằng số tốc độ phản ứng loại màu MB. ............................94
Hình 3.30: Hiệu quả xử lý MO, MB của các vật liệu hạt thủy tinh phủ TiO2 sau thời
gian phản ứng 240 phút ...........................................................................................100
Hình 3.31: Hiệu quả xử lý MO, MB của các mẫu TiO2 pha tạp phủ trên than hoạt

Hình 3.44: Hiệu quả xử lý độ màu và COD của nước thải dệt nhuộm sau các lần tái
sử dụng của xúc tác dạng lớp phủ dưới bức xạ tử ngoại (UVA) và nhìn thấy (LED)
.................................................................................................................................116


ix
DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Nguồn phát sinh và đặc tính nước thải dệt nhuộm .....................................6
Bảng 1.2: Chất lượng nước thải của một số nhà máy dệt nhuộm tại Hà Nội .............9
Bảng 1.3: Thế oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa .................................................12
Bảng 1.4: Một số kết quả nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng AOPs .........16
Bảng 1.5: Tóm tắt các kết quả nghiên cứu ứng dụng TiO2 trong xử lý nước thải dệt
nhuộm ........................................................................................................................40
Bảng 3.1: Kích thước tinh thể tính theo phương trình Scherrer và độ rộng vùng cấm
của các mẫu xúc tác TiO2 pha tạp đồng ....................................................................60
Bảng 3.2: Kích thước tinh thể của mẫu TiO2 pha tạp đồng tổng hợp theo một số
phương pháp ..............................................................................................................65
Bảng 3.3: Kết quả diện tích bề mặt riêng BET của các mẫu vật liệu TiO2 pha tạp
đồng ...........................................................................................................................65
Bảng 3.4: Thành phần các nguyên tố của mẫu vật liệu 0,15% Cu-TiO2 xác định
bằng phương pháp XPS.............................................................................................66
Bảng 3.5: Kích thước tinh thể tính theo phương trình Scherrer và độ rộng vùng cấm
của các mẫu xúc tác TiO2 pha tạp crôm và nitơ ........................................................70
Bảng 3.6: Thành phần các nguyên tố của mẫu vật liệu Ti:N:Cr = 1:2:2% xác định
bằng phương pháp XPS.............................................................................................74
Bảng 3.7: Diện tích bề mặt, thể tích lỗ xốp và kích thước mao quản của các mẫu
than hoạt tính .............................................................................................................84
Bảng 3.8: Khả năng hấp phụ (MO) và metylen xanh (MB) trong thời gian 30 phút 90
Bảng 3.9: Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy metyl da cam (MO) và metylen xanh

nước thải đã nhận được sự chú ý đáng kể. Quang xúc tác TiO2 là công nghệ xử lý
nước thải nổi bật do có ưu điểm là không giới hạn về chuyển khối, vận hành ở nhiệt
độ thường, xúc tác có giá thành không cao, sẵn có ở dạng thương mại và không độc.
Phương pháp sử dụng xúc tác quang hóa TiO2 có thể dễ dàng loại bỏ màu và giảm
đáng kể tải lượng hữu cơ của nước thải dệt nhuộm và các dòng thải tương tự.
Tuy nhiên, xúc tác quang hóa TiO2 có nhược điểm là độ rộng vùng cấm lớn
(Eg 3,2 eV), để phản ứng quang hóa có thể xảy ra, các hạt nano TiO2 cần phải có
năng lượng kích hoạt lớn (λ < 388 nm). Điều này có nghĩa là phản ứng chỉ được
thực hiện khi bức xạ nằm trong vùng tử ngoại. Bên cạnh đó, tốc độ tái kết hợp của
cặp điện tử-lỗ trống cao cũng dẫn đến hiệu suất lượng tử quang hóa xúc tác thấp và
hiệu quả phản ứng quang xúc tác kém. Đây là một trong những lý do làm hạn chế
khả năng ứng dụng của TiO2 trong thực tế. Do đó, để tăng cường hiệu quả quang
xúc tác, cần phải mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng của TiO2 từ vùng tử ngoại
sang vùng nhìn thấy và cải thiện sự phân tách điện tích của chất xúc tác này. Một
trong các kỹ thuật biến tính TiO2 nhằm mở rộng khả năng hoạt động quang của


2
TiO2 trong vùng khả kiến, làm giảm quá trình tái kết hợp của lỗ trống và điện tử là
pha tạp các kim loại (như Cu, Co, Fe, Ni , Cr, Mn, Mo, V, Ag, Au...) vào trong cấu
trúc mạng tinh thể TiO2 [1-3].
Mô hình thiết bị phản ứng sử dụng quang xúc tác TiO2 chủ yếu ở dạng huyền
phù. Tuy nhiên, nhược điểm chính của hệ thiết bị phản ứng huyền phù là cần thiết
phải có bộ phận lọc để thu hồi xúc tác từ dòng ra của hệ thống. Bên cạnh đó, lượng
xúc tác bị mất mát trong quá trình phản ứng là rất lớn. Điều này làm cho quang xúc
tác TiO2 khó có thể áp dụng rộng rãi với quy mô lớn. Để có thể thực hiện thành
công việc thương mại hóa công nghệ quang xúc tác trong lĩnh vực xử lý môi trường
nói chung và xử lý nước thải dệt nhuộm nói riêng, các nhược điểm trên cần phải
được khắc phục. Việc cố định bột xúc tác TiO2 lên chất nền rắn làm cho hệ thiết bị
phản ứng trở nên linh hoạt hơn, tăng khả năng sử dụng xúc tác, bỏ qua quá trình

tạo.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM CÔNG NGHIỆP
Dệt may là một trong những ngành công nghiệp chiếm vai trò và vị trí quan
trọng trong nền kinh tế nước ta, không chỉ thỏa mãn nhu cầu may mặc của xã hội và
đẩy mạnh xuất khẩu mà còn góp phần quan trọng trong việc giải quyết vấn đề công
ăn việc làm trong xã hội.
Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp đa sản phẩm, áp dụng nhiều quy
trình sản xuất khác nhau, sử dụng nhiều chủng loại nguyên vật liệu, hoá chất. Nước
thải dệt nhuộm, đặc biệt nước thải từ các công đoạn nhuộm, nấu có độ màu và độ ô
nhiễm cao, chứa các chất hữu cơ khó phân hủy, có tính độc cao đối với sinh vật và
con người. Do vậy, xử lý nước thải của các cơ sở dệt nhuộm ngày càng trở thành
vấn đề cấp thiết.
1.1.1. Các nguồn phát sinh nước thải và đặc tính ô nhiễm của nước thải dệt
nhuộm công nghiệp
1.1.1.1. Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm công nghiệp
Các chất thải trong nước thải dệt nhuộm có thể phân thành một số loại như
sau [4]:
- Các thành phần nguyên liệu không mong muốn như tạp chất thiên nhiên,
muối, dầu và mỡ trong bông và len và cả xơ sợi bị loại ra trong quá trình xử lý hóa
học và cơ học tạo thành một phần chính của tải lượng ô nhiễm.
- Hóa chất và thuốc nhuộm còn thừa không gắn màu vào xơ sợi được loại bỏ
trong công đoạn giặt tạo ra nguồn ô nhiễm nước thải chủ yếu thứ hai.
- Các công đoạn phụ trợ như vệ sinh máy móc, nồi hơi, lò dầu, xử lý nước
cấp và cả xử lý nước thải cũng tác động đến môi trường.
Sơ đồ nguồn phát sinh nước thải được thể hiện ở hình 1.1, bảng 1.1.


Nước thải

H2SO4, H2O,
chất tẩy giặt

Xử lý axit,
giặt

Nước thải

NaOCl/H2O2
Hóa chất

Tẩy trắng

Nước thải

H2SO4, H2O,
chất tẩy giặt

Giặt

Nước thải

NaOH, hóa chất

Làm bóng

Nước thải

Chất ô nhiễm trong nước thải

Đặc tính của nước thải

1

Hồ sợi, rũ hồ

Tinh bột, glucozơ, cacboxyl BOD cao (chiếm ~34 - 50%
metyl,
cellulose,
polyvinyl tổng thải lượng BOD)
alcohol, nhựa, sáp và chất béo,...

2

Nấu

NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, Độ kiềm cao, màu tối, BOD
sođa, natri silicat, xơ sợi vụn,...
cao (30% tổng thải lượng
BOD)

3

Tẩy trắng

Hypoclorit, hợp chất chứa clo, Độ kiềm cao, BOD thấp (5%
NaOH, AOX, ...
tổng thải lượng BOD)

BOD)

Kiềm nhẹ, BOD thấp, TS thấp

1.1.1.2. Các loại thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam
Ô nhiễm nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm chủ yếu là do hóa chất,
thuốc nhuộm sau khi sử dụng còn thừa, không gắn màu vào xơ sợi được loại bỏ
trong công đoạn giặt. Một trong những yếu tố chính để xác định mức độ thải loại
thuốc nhuộm vào môi trường là độ gắn màu. Mức độ gắn màu lại phụ thuộc rất lớn
vào loại thuốc nhuộm sử dụng. Tùy theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng mà
người ta chia thuốc nhuộm thành các nhóm, họ, loại, lớp khác nhau [7].
+ Thuốc nhuộm trực tiếp: là thuốc nhuộm tự bắt màu trực tiếp với xơ sợi
không qua giai đoạn gia công trung gian, thường dùng để nhuộm trực tiếp cho sợi
100% cotton, xơ protein (tơ tằm) và xơ poliamit.
Thuốc nhuộm trực tiếp hầu hết là loại anion, là muối natri của các axit
sunfonic hay axit cacboxilic hữu cơ của các hợp chất có hệ mang màu chứa nhóm
azo (-N = N-) kiểu monoazo, diazo và đa số là poliazo. Một số là các hợp chất


7
ftaloxiamin và các hợp chất khác. Trong phân tử của chúng có chứa một hệ thống
mối liên kết nối đôi, một số nhóm chất trợ màu (-OH, -NH2). Thuốc nhuộm trực
tiếp dễ hoà tan trong nước do có chứa nhiều nhóm tan (NaSO3, -COONa).
Ngoài ra trong thuốc nhuộm chứa nhóm triazin làm tăng khả năng bắt màu
của thuốc nhuộm vào vật liệu và nhóm xalixilic có thể tạo phức với các ion kim loại
nặng để tăng thêm độ màu.
+ Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Thuốc nhuộm hoàn nguyên được dùng chủ
yếu để nhuộm chỉ, vải, sợi bông và lụa vicose.
Thuốc nhuộm hoàn nguyên gồm hai loại chính: nhóm đa vòng (có chứa nhân
antraquinon và các dẫn xuất) và nhóm indigoit (có chứa nhân indigo), trong phân tử

chứa một vài nguyên tử hoạt tính có độ hoà tan trong nước cao và khả năng chịu ẩm
tốt. Công thức tổng quát của thuốc nhuộm hoạt tính là S - F - T - X, trong đó:
S là nhóm cho thuốc nhuộm có tính tan, thường là SO3Na;
F là phần mang mầu của phân tử thuốc nhuộm nó quyết định mầu của thuốc
nhuộm;
T là gốc mang nhóm phản ứng;
X là nhóm phản ứng và nhóm này rất khác nhau, có thể là nhóm halogen hữu
cơ hoặc nhóm nguyên tử chưa no và trong một phân tử thuốc nhuộm có thể chứa
một hoặc hai ba nhóm phản ứng.
Thuốc nhuộm hoạt tính dùng để nhuộm các loại xơ xenlulo, poliamit, len, tơ
tằm. Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao, khoảng 30%
và do chứa gốc halogen hữu cơ nên làm tăng tải lượng độc hại AOX (Absorbable
Organic Chlorinated Compounds) trong nước thải. Quá trình nhuộm phải sử dụng
lượng chất điện li khá lớn (NaCl, Na2SO4), chúng bị thải hoàn toàn sau nhuộm và
giặt (30 - 60 g/l). Nước thải có muối rất có hại cho thuỷ sinh và cản trở việc xử lý
nước thải bằng phương pháp sinh học. Màu nhuộm hoạt tính thuộc nhóm azo là
nhóm mang màu hữu cơ khó phân hủy sinh học.


9
Các loại thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm
trực tiếp… có thể dễ dàng loại bỏ bằng các phương pháp hóa lý thông thường như
keo tụ, hấp phụ. Trong khi đó, thuốc nhuộm hoạt tính là loại thuốc nhuộm được sử
dụng nhiều nhất hiện nay nhưng khác với các loại thuốc nhuộm khác, hiệu quả xử lý
thuốc nhuộm hoạt tính trong các hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm rất thấp [8, 9].
Nghiên cứu này tập trung vào xử lý dòng nước thải nhuộm hoạt tính ngay sau công
đoạn nhuộm.
1.1.1.3. Đặc trưng ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm công nghiệp
Do công nghệ sản xuất sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau
nên thành phần ô nhiễm của nước thải ngành dệt nhuộm khá phức tạp và không ổn

529

Công ty Dệt len
Mùa Đông

36

7-8

171 265

Công ty Dệt 19/5

120

9,1

311

Công ty Minh Khai

600

11,2

271 533

Nhà máy chỉ khâu
Hà Nội


175 400

TSS
mg/l

Độ
màu
Pt-Co
520

7 - 26

119 417

-

56

5960

287

40

7

27 80

7,5 - 40


Các phương pháp được áp dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm có thể chia
như sau:
Cơ học: sàng, lọc, lắng để tách các tạp chất thô như cặn bẩn, xơ sợi, rác.
Hóa học và hóa lý: trung hòa các dòng thải có tính chất kiềm với dòng thải
có tính axit; phương pháp oxy hóa, hấp phụ và điện hóa để khử màu thuốc nhuộm;
phương pháp màng để thu hồi hóa chất như PVA, thuốc nhuộm indigo bằng siêu
lọc.
Sinh học: để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học
như một số loại thuốc nhuộm, hồ tinh bột, hay các tạp chất tách từ sợi.
Tùy theo chất lượng nước đạt được, các quá trình xử lý được nhóm lại thành
các công đoạn: xử lý cấp I, xử lý cấp II, xử lý cấp III.
Xử lý cấp I gồm các quá trình xử lý sơ bộ và lắng. Công đoạn này nhằm loại
bỏ các tác nhân gây ô nhiễm có thể cảm nhận được như chất gây đục, gây mùi, gây
màu hoặc những vật có kích thước lớn có thể tách ra khỏi nước bằng biện pháp cơ


11
học. Các kỹ thuật áp dụng trong xử lý cấp I thường gồm các quá trình lọc qua song
(hoặc lưới) chắn, lắng, tuyển nổi, tách dầu mỡ và trung hòa.
Xử lý cấp II gồm các quá trình sinh học để loại bỏ chất hữu cơ hòa tan có thể
phân hủy bằng con đường sinh học. Đó là các quá trình hoạt hóa bùn, lọc sinh học
hay oxy hóa sinh học trong hồ (hồ sinh học) và phân hủy yếm khí. Tất cả các quá
trình này đều sử dụng khả năng của các vi sinh vật chuyển hóa các chất thải hữu cơ
về dạng ổn định và năng lượng thấp.
Xử lý cấp III gồm các quá trình xử lý nâng cao, sử dụng các phương pháp
hóa học hoặc các quá trình oxi hóa nâng cao (AOPs) [5, 11]. Trong quá trình oxi
hóa, các chất hữu cơ trong nước thải, kể cả những loại thuốc nhuộm sẽ bị oxi hóa
thành các chất không màu.
1.1.2.1. Phương pháp đông keo tụ
Đây là một trong những phương pháp truyền thống để xử lý nước thải dệt

nhuộm bằng phương pháp oxi hóa cần phải dùng các chất oxi hóa mạnh. Các chất
oxi hóa hay được sử dụng để khử màu thuốc nhuộm như clo và các hợp chất clo
(Cl2, ClO2, Ca(ClO)2 hoặc NaClO), KMnO4, H2O2, O3,…
* Quá trình oxi hóa tiên tiến
Bảng 1.3: Thế oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa
Tác nh n oxi h a

Thế oxi h a V

Gốc hydroxyl

2,80

Ozon

2,07

Hydro peoxit

1,78

Pemanganat

1,68

Axit bromhidric

1,59

Clo dioxit

thường, cũng như không hoặc ít phân hủy bởi vi sinh vật.
a) Quá trình ozon hóa
Ozon là tác nhân oxi hóa mạnh được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước và
nước thải. Ozon có hiệu quả cao ở pH cao. Ở giá trị pH cao (>11), ozon phản ứng
với hầu hết tất các hợp chất hữu cơ và vô cơ có mặt trong môi trường phản ứng.
Quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ bằng ozon có thể được thực hiện theo hai
cách: (1) Oxi hóa trực tiếp bởi các phân tử ozon hòa tan trong nước; (2) Oxi hóa
gián tiếp bởi các gốc hydroxyl, hình thành trong quá trình phân hủy phân tử ozon.
Cả hai phản ứng xảy ra đồng thời và do đó động học phản ứng phụ thuộc rất lớn vào
các tính chất của nước thải. Cơ chế phản ứng của ozon ở pH cao được đơn giản hóa
như sau:
3O3 + H2O → 4O2 + 2•OH

(1.1)

Phản ứng oxi hóa gián tiếp bằng các gốc tự do nhanh hơn 106 đến 109 lần so
với phản ứng oxi hóa trực tiếp bằng phân tử ozon. Hạn chế của quá trình này là
năng lượng điện cho quá trình sản xuất ozon rất lớn, làm tăng chi phí đầu tư và chi
phí vận hành hệ thống.
b) Quá trình peroxon
Khả năng oxi hóa các chất ô nhiễm bằng ozon tăng lên đáng kể khi có mặt
H2O2 do sự tạo thành các gốc hydroxyl hoạt tính cao. H2O2 bị phân ly tạo thành các
ion hydroperoxit tấn công vào phân tử ozon hình thành nên các gốc hydroxyl. Cơ
chế chung của quá trình peroxon như sau:
H2O2 + 2O3 → 2•OH + 3O2

(1.2)

Do tốc độ quá trình phụ thuộc vào nồng độ ozon, thời gian tiếp xúc nên hệ
phản ứng này cũng bị ảnh hưởng do các hạn chế tương tự như quá trình ozon hóa là