TUYỂN TẬP LUẬN ÁN-LUẬN VĂN KHÓA LUẬN



XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ


1


I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ô nhiễm môi trường là vấn đề đang được nhiều người, nhiều ngành, nhiều quốc
gia quan tâm. Nhiều hội nghị quốc tế cấp cao được tổ chức để cùng nhau tìm giải
pháp, gìn giữ cho chính mình một môi trường trong sạch. Nhiều bằng chứng đã thể
hiện sự “quá tải” của môi trường cũng như cân bằng tự nhiên bị phá vở.
Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nền kinh tế Việt Nam
đã có nhiều khởi sắc, đời sống người dân dần dần được cải thiện. Nhưng đổi lại, nguồn
tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt dần, chất thải từ sản xuất công nghiệp ngày càng nhiều,
càng ngày càng khó xử lý…, làm cho môi trường càng ngày càng xấu đi, sức khỏe
cộng đồng và hệ sinh thái bị đe dọa nghiêm trọng.
Sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp đã thải ra môi nhiều chất gây ô nhiểm
môi trường nước, khí và môi trường đất, trong đó có rất nhiều chất thải nguy hại.
Riêng công nghiệp dệt nhuộm đã thải ra môi trường một lượng nước đáng kể chứa
nhiều chất độc hại và chất hữu cơ tạo màu.
Vì vậy, để có một giải pháp môi trường thích hợp là rất cần thiết. Đây là vấn đề
mà các nhà quản lý môi trường, các nhà công nghệ đã và đang hết sức quan tâm
nghiên cứu.
Để góp một phần nhỏ của mình vào công cuộc bảo vệ môi trường, tôi mạnh
dạng chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý chất màu hữu cơ của nước thải nhuộm …bằng
phương pháp keo tụ điện hóa”
Chương 1

Vì phải sử dụng nhiều lao động, nên ngành dệt may thường được xây dựng cạnh
những khu đông dân cư. Do quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng nên có nhiều
doanh nghiệp dệt may hiện nay đang nằm giữa các khu dân cư, khu đô thị lớn. Quá
trình đô thị hóa trong 10 năm qua đã biến những khu công nghiệp dệt may trước đây
nằm bên cạnh khu dân cư thì ngày nay đang nằm ở trung tâm của những khu dân cư
đông đúc. Đặc điểm này làm cho áp lực về ô nhiễm môi trường ngày một gia tăng đối
với các doanh nghiệp dệt may Việt Nam. Sự phân bố quá tập trung, xem kẽ khu dân cư
càng làm tăng thêm phần bức bách sự ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng lớn đến sức
khỏe cộng đồng
1.1.2- Vài nét về nước thải dệt nhuộm
1.1.2.1- Thành phần và tính chất trong nước thải dệt nhuộm
Dệt nhuộm là một trong những ngành đòi hỏi sử dụng nhiều đến nước và hóa
chất. Các kết quả phân tích đặc điểm nước thải cho thấy:
+ Lượng nước thải thường lớn (khoảng 50 đến 300 m3 nước cho 1 tấn hàng dệt)
chủ yếu từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy.
+ Dòng thải dệt thay đổi từ ngày này qua ngày khác và thậm chí thay đổi theo giờ ,do
vậy rất khó xác định được đặc tính. Sự biến động đáng kể nhất gồm màu của nước thải
và loại thuốc nhuộm có trong nước thải. Màu đậm của nước thải nhuộm là thành phần
khó xử lý nhất. Dòng nước thải chứa rất nhiều hợp chất như khi phân tích dòng nước
thải từ bốn nhà máy, đã nhận diện được 314 hợp chất, trong số đó có 94 hợp chất xác
định được một phần cấu trúc, và phát hiện thêm 107 hợp chất chưa được biết đến. Các
chất gây ô nhiễm trong dòng thải dệt là các hợp chất hydrocacbon thơm được clo hoá
và các kim loại.
Có thể sử dụng các chỉ số sau để phân loại cường độ của dòng thải từ quá trình
xử lý dệt trong bảng 1.1
Các chỉ số
Nhu cầu ôxy sinh học (mg/l)
Các chất rắn lơ lửng (mg/l)
Nhu cầu ôxy hoá học (mg/l)
Sunphit (mg/l)


Sử dụng nước (l/kg)

297

277

297

+ Nước thải chứa hỗn hợp phức tạp các hoá chất dư thừa (phẩm nhuộm, chất hoạt
động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo môi trường, men, chất oxy hoá) dưới
dạng các ion, các kim loại nặng và các tạp chất tách ra từ xơ sợi:
 Nước thải tẩy giặt có pH dao động từ 9 đến 12, hàm lượng chất hữu cơ cao (COD
có thể lên tới 1000 - 3000 mg/l). Ðộ màu của nước thải khá lớn ở những giai đoạn tẩy
ban đầu, hàm lượng cặn lơ lửng đạt giá trị 2000 mg/l.
 Nước thải nhuộm thường không ổn định và đa dạng (hiệu quả hấp thụ thuốc
nhuộm của vải chỉ đạt 60 - 70%, 30 - 40% các phẩm nhuộm thừa ở dạng nguyên thuỷ
hoặc bị phân huỷ ở một dạng khác, do đó nước có độ màu rất cao, COD thay đổi từ 80
đến 18.000 mg/l. Các phẩm nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên, thường thải trực tiếp ra
môi trường, lượng phẩm nhuộm thừa lớn dẫn đến gia tăng chất hữu cơ và độ màu.
Bảng 1.2 chỉ ra các đặc tính của dòng thải từ các hoạt động trong quá trình sản
xuất ngành dệt.
Quá trình
Hồ sợi dọc

Rũ hồ
Tẩy trắng

Làm bóng
Nhuộm

Các muối vô cơ, formaldehit
Kiềm nhẹ, BOD thấp

+ Mức độ ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm phụ thuộc rất lớn vào loại và lượng hoá
chất sử dụng, vào kết cấu mặt hàng sản xuất (tẩy trắng, nhuộm, in hoa...), vào tỷ lệ sử
dụng sợi tổng hợp, vào loại hình công nghệ sản xuất (gián đoạn, liên tục hay bán liên
tục), vào đặc tính máy móc thiết bị sử dụng...
1.1.2.2- Các chất rắn trong nước thải dệt nhuộm
4


Chất thải rắn của ngành công nghiệp dệt may bao gồm các loại:
-Xỉ than của lò hơi.
-Các phê liệu như vải vụn, bụi bông, bao bì…
-Các loại hóa chất: thuốc nhuộm, chất tẩy rửa…bị hỏng.
-Các loại phế liệu của ngành cơ khí…
Mỗi năm lượng chất thải rắn khoảng 300-500 ngàn tấn. Lượng chất thải rắn được các
doanh nghiệp chú trọng thu gom, phân loại, một phần được tái sử dụng còn chủ yếu
được chôn lấp. Trong các loại chất thải rắn có khoảng 50 tấn hóa chất thuốc nhuộm
gồm rất nhiều chủng loại khác nhau được nhập về từ thời bao cấp đến nay không thể
đưa vào sản xuất được. Đây là vấn đề khó giải quyết nhất cho những nhà quản lý của
ngành.
1.1.2.3- Các thông số đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm
Nước thải sau xử lý đạt loại B theo tiêu chuẩn 5945-2005
pH
Màu sắc
BOD
COD
SS
Tổng Nitơ

C6H5-(CH=CH)3-C6H5 (diphenylhexatrien) : vàng
C6H5-(CH=CH)6-C6H5 (diphenyldodecahexaen) : da cam nâu
Những nhóm chức có khả năng gây màu cho chất hữu cơ gọi là các nhóm mang màu,
ví dụ :
nhóm etylen

-CH=CH-

nhóm azo

-N=N-

nhóm nitrozo

-N=O

5


nhóm cacbonyl

=C=O

Ngoài nhóm mang màu cần thiết , khi đưa thêm vào phân tử của chất mang một nhóm
nguyên tử gọi là “nhóm trợ màu” thì màu của hợp chất sẽ sâu hơn và sẽ có khả năng
nhuộm màu cho một số vật liệu thích hợp. Trong các nhóm trợ màu thì quan trọng hơn
cả là : -OH, -NH2, -N(CH3)2, -N(C2H5)2
Như vậy trong các đặc điểm cấu trúc của phân tử chất hữu cơ, những đặc điểm sau có
ý nghĩa đối với sự xuất hiện màu ở chất :
+ Mạch gồm những liên kết đôi và đơn xen kẽ

mực viết…Về màu sắc, chúng có đủ các gam màu
6


-Thuốc nhuộm axit (acid dyes ) :
Có công thức tổng quát giống như thuốc nhuộm trực tiếp, nhưng phân tử nhỏ hơn
nhiều lần nên khả năng hòa tan trong nước tốt hơn. Chúng bắt màu vật liệu trong môi
trường axit.
Thuốc nhuộm axit cũng có đủ gam màu. Trong môi trường axit, chúng liên kết vào vật
liệu bằng mối liên kết ion theo phương trình tổng quát như sau:
Ar-SO3Na +
Ar1-NH3+Cl- =
Ar-SO3-H3N+-Ar1 + NaCl
Với Ar là ký hiệu gốc thuốc nhuộm, Ar1 là ký hiệu cho vật liệu in hoa.
-Thuốc nhuộm hoạt tính (reactive dyes)
Là những hợp chất màu mà trong phân tử của chúng có chứa các nhóm nguyên tử có
thể thực hiện mối liên kết hóa trị với vật liệu nói chung và xơ dệt nói riêng trong quá
trình nhuộm. Nhờ vậy mà chúng có độ bền màu cao với gia công ướt và nhiều chỉ tiêu
khác nữa. Hầu hết thuốc nhuộm hoạt tính hòa tan tốt trong nước và bắt màu vào vật
liệu trong môi trường kiềm
Thuốc nhuộm hoạt tính có công thức tổng quát : S-Ar-T-X với S là nhóm tạo cho phân
tử thuốc nhuộm có tính tan; Ar là gốc thuốc nhuộm; T là nhóm mang nguyên tử phản
ứng; X là nguyên tử ( nhóm) phản ứng.
-Thuốc nhuộm bazơ-cation (bazic-dyes)
Khác với các loại thuốc nhuộm trên, khi hòa tan trong nước chúng phân ly thành phần
màu mang điện tích dương. Chúng hòa tan tốt trong nước, cường độ màu mạnh và có
đủ các gam màu.
Nhược điểm cơ bản của loại thuốc nhuộm này là chúng kém bền với giặt và ánh sáng,
nên dùng chủ yếu để nhuộm và in giấy các loại, công nghiệp ấn loát và mực in, mây
tre, lụa tơ tằm…

ONa

+H2O

lâycô axit

lâycô bazơ

-Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan
Loại thuốc nhuộm này có công thức tổng quát: Ar-CO-SO3Na (Ar là ký hiệu gốc thuốc
nhuộm). Tất cả những thuốc nhuộm loại này đều tan tốt trong nước
7


-Thuốc nhuộm lưu huỳnh (sulfur dyes)
Là những hợp chất màu không tan trong nước và một số dung môi hữu cơ, nhưng
trong dung dịch kiềm của Na 2S thì nó bị khử để chuyển về dạng lâycô bazơ hòa tan
trong nước. Công nghệ tổng hợp thuốc nhuộm lưu huỳnh không quá phức tạp, giá
thành rẻ
-Thuốc nhuộm phân tán (disperse dyes)
Là những hợp chất màu không tan trong nước do không chứa các nhóm có tính tan
như –SO3Na, -COONa. Độ hòa tan trong nước rất thấp, khoảng 0,2-8 mg/l ở 25 0C.
Trong phân tử có chứa nhóm amin ở dạng tự do hoặc ankyl hóa nên thuốc nhuộm
trung tính hay có tính bazơ yếu
-Thuốc nhuộm picmen
Là những chất màu không hòa tan trong nước, trong các dung môi hữu cơ, không có
ái lực với xơ sợi và các vật liệu khác. Để picmen có thể bám vào vật liệu khi in người
ta phải dùng một chất tạo màng, đó là nhựa cao phân tử bán da tụ được chế sẵn dạng
nhũ tương
-Thuốc nhuộm azô không tan

Như vậy tất cả những biến đổi cấu trúc nào mà không phá vỡ cấu tạo phẳng của
phân tử và thúc đẩy sự di chuyển hệ electron π của phân tử, sự phân cực của phân tử
và sự xuất hiện cách phân bố cố định các điện tích âm và dương thì đều là cho phân tử
khả kiến, nghĩa là tạo điều kiện cho sự xuất hiện màu.
1.2- Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm
1.2.1- Phương pháp sinh học
Thực chất của biện pháp sinh học để xử lý nước thải là sử dụng khả năng sống và
hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bền hữu cơ trong nước thải. Chúng sử
dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng
lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận được các chất làm vật liệu để xây
dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối được tăng lên. Phương pháp này
thường được sử dụng để làm sạch các loại có chứa các chất hữu cơ hòa tan hoặc các
chất phân tán nhỏ, keo. Do vậy, chúng thường được dùng sau khi loại các tạp chất
phân tán thô ra khỏi nước thải.
Đối với các chất hữu cơ có trong nước thải thì phương pháp này dùng để khử các
hợp chất sunfit, muối amoni nitrat - tức là các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn. Sản
phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn sẽ là CO 2,H2O, N2,
SO42-,…Các nghiên cứu cho thấy vi sinh vật có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ có
trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học gồm các phương pháp sau:
+ Phương pháp hiếu khí
+ Phương pháp kỵ khí
+ Phương pháp thiếu khí
Tùy điều kiện cụ thể như địa hình, tính chất và khối lượng nước thải, khí hậu, mặt
bằng nơi cần xử lý, kinh phí cho phép với công nghệ thích hợp, người ta sẽ chọn một
trong những phương pháp trên hay kết hợp với nhau
Các phương pháp này có những ưu điểm sau:
+ Có thể xử lý nước thải có phổ nhiễm bẩn các chất hữu cơ tương đối rộng.
+ Hệ thống có thể tự điều chỉnh theo phổ các chất nhiễm bẩn và nồng độ của chúng.
+ Thiết kế và trang thiết bị đơn giản.

Tế bào mới + O2 vi sinh vật

H2O + CO2 + NH3

Tổng cộng: Chất hữu cơ + O2

H2O + CO2 + NH3 + …

Trong phương pháp hiếu khí amoniac cũng được loại bỏ bằng oxy hóa nhờ vi sinh tự
dưỡng (quá trình nitrit hóa)
2 NH4+ + 3 O2
2 NO2- + O2

Nitrosomonas

2 NO2- + 4 H+ + 2 H2O + Năng lượng

Nitrobacter

2 NO3-

Tổng cộng: NH4+ + 2 O2 Vi sinh
NO3- + 2 H+ + H2O + Năng lượng
(giảm pH )
Điều kiện thích hợp cho quá trình là: pH = 5,5 - 9,0; oxy hòa tan lớn hơn hoặc bằng
0,5 mg/l, nhiệt độ 5-400C.
b. Kỹ thuật xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí:
b.1. Kỹ thuật bùn hoạt tính
Đây là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp.
Theo cách này, nước thải được đưa ra bộ phận chắn rác, loại rác, chất rắn được lắng,

Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan việc khử nitrit hóa sẽ xảy ra. Oxy được giải
phóng từ nitrat sẽ oxy hóa chất hữu cơ và nitơ sẽ được tạo thành.
NO3- vi sinh
NO2- + O2
O2 chất hữu cơ N2 + CO2 + H2O
Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt tính sự khử nitrit hóa sẽ xảy ra khi
không tiếp tục thông khí. Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần và việc
giải phóng oxy từ nitrit sẽ xảy ra. Theo nguyên tắc trên, phương pháp thiếu khí (khử
nitrit hóa) được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải.
1.2.1.3- Các phương pháp kỵ khí
Phương pháp xử lý kỵ khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ có trong phần cặn của
nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh vật kỵ khí
Hai cách xử lý yếm khí thông dụng là:
+ Lên men acid thủy phân và chuyển hóa các sản phẩm thủy phân (như acid
béo, đường) thành các acid và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí cacbonic.
+ Lên men metan: Phân hủy các chất hữu cơ thành metan (CH 4) và khí
cacbonic (CO2). Việc lên men metan nhạy cảm với sự thay đổi pH, pH tối ưu cho quá
trình từ 6,8-7,4. Thí dụ về phản ứng metan hóa:
CH3COOH Methanosarcina CH4 + CO2
M.Suboxydans
→ CH4 + 2CH3COOH + C2H5COOH + CO2
2CH2(CH3)COOH 
+ H O + CO
Các phương pháp kỵ khí thường được dùng để xử lý nước thải công nghiệp và chất
thải từ chuồng trại chăn nuôi
2

2

11

lắng cát, bể lắng và bể lắng trong
• Bể lắng cát
Được dùng để loại sơ bộ chất bẩn khoáng và hữu cơ ( 0,2-0,25mm ) ra khỏi nước
thải. Bể lắng cát ngang là hồ chứa có tiết diện ngang là tam giác hoặc hình thang.
Chiều sâu bể lắng cát 0,25-1m. Vận tốc chuyển động của nước không quá 0,3m/s. Bể
lắng cát dọc có dạng hình chữ nhật, tròn, trong đó nước chuyển động theo dòng từ
dưới lên với vận tốc 0,05m/s.
• Bể lắng ngang
Bể lắng ngang là bể hồ chứa hình chữ nhật, có hai hay nhiều ngăn hoạt động đồng
thời. Nước chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bể. Chiều sâu của bể lắng H=1,5-4
m, chiều dài L=( 8-12 )xH, chiều rộng B=3-6 m. Bể lắng ngang được ứng dụng khi lưu
lượng nước thải lớn hơn 15000m3/ngày đêm. Hiệu quả bể lắng 60%.
12


• Bể lắng đứng
Bể lắng đứng là bể chứa hình trụ (hoặc tiết diện vuông) có đáy chóp. Nước thải
được cho vào theo ống trung tâm. Sau đó nước chảy từ dưới lên trên vào các rãnh chảy
tràn. Như vậy, quá trình lắng cặn diễn ra trong dòng đi lên, vận tốc nước là 0,5-0,6m/s.
Chiều cao vùng lắng 4-5m.
• Bể lắng hướng tâm
Bể lắng hướng tâm là bể lắng tròn. Nước trong đó chuyển động từ tâm ra vành
đai. Vận tốc nước nhỏ nhất là ở vành đai. Loại bể lắng này được ứng dụng cho lưu
lượng nước thải lớn hơn 20.000m3/ngày đêm.
• Bể lắng dạng bảng
Ở bên trong bể lắng dạng bảng có các bản đặt nghiêng và song song với nhau.
Nước chuyển động giữa các bản, còn cặn trượt xuống vào bình chứa.
• Bể lắng trong
Bể lắng được sử dụng để làm sạch tự nhiên và để làm trong nước thải công
nghiệp. Người ta thường sử dụng bể lắng trong với lớp cặn lơ lửng trong đó người ta

chất đông tụ là tạo thành muối từ các chất kiềm và axit yếu. Chất đông tụ trong nước
tạo thành các bông hydroxit kim loại, lắng nhanh trong trường trọng lực. Các bông này
có khả năng hút các hạt keo và hạt lơ lửng kết hợp với chúng. Các chất này tham gia
vào phản ứng trao đổi với ion nước và hình thành các tạp chất có phối trí phức tạp
Quá trình thủy phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các
giai đoạn sau:
Me3+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+
Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+
Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)3 + H+
Me3+ + 3HOH ↔ Me(OH)3 + 3H+
Các chất đông tụ thường dùng trong mục đích này là các muối nhôm hoặc muối
sắt hoặc hỗn hợp của chúng. Đây là hai loại hóa chất rất thông dụng trong xử lý nước
cấp nhất là xử lý nước sinh hoạt
Các muối nhôm gồm có: Al 2(SO4)3.18H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, NaAlO2.
Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O. Trong đó được sử dụng rộng rãi nhất là Al 2(SO4)3 vì
Al2(SO4)3 hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp, hoạt động có hiệu quả cao trong khoảng
pH= 5÷7,5
+ Trong phần lớn các trường hợp, người ta dùng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỉ
lệ (10:1 )÷( 20:1). Phản ứng xảy ra như sau:
6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12 H2O ↔ 8 Al(OH)3 ↓ + 3 Na2SO4
Việc sử dụng hỗn hợp này cho phép tăng hiệu quả của quá trình làm trong nước,
tăng khối lượng và tốc độ lắng của các bông keo tụ, mở rộng khoảng pH tối ưu của
môi trường.
Al2(OH)5Cl có độ axit thấp dùng làm sạch nước có độ kiềm yếu nhờ phản ứng:
Al2(OH)5Cl + Ca(HCO 3)2 → 4 Al(OH) 3↓ +CaCl2+ 2CO2↑
Các muối sắt Fe2(SO4)3.2 H2O, Fe2(SO4)3.3 H2O, FeSO4. 7H2O và FeCl3 cũng
thường được dùng làm chất đông tụ
Dùng FeCl3 để loại photphat:
FeCl3 + 6 H2O + PO43- →
FePO4 + 3 Cl- + 6 H2O

Keo tụ không có tác chất hay keo tụ điện hóa diễn ra bằng cách dẫn nước qua các
tấm nhôm được xếp cách nhau 10-20 mm. Bản chất của quá trình là hòa tan anot của
các tấm nhôm được nối lần lượt với các cực dương và cực âm của nguồn điện có
cường độ cao và hiệu điện thế thấp. Khi đó ion nhôm sẽ chuyển vào nước và tạo thành
hydroxit. Ưu điểm của quá trình này là hình thành và lắng nhanh các sợi bông dai và
không cần điều chỉnh pH. Nhược điểm của nó là chi phí điện năng cao.
Phương pháp này có thể được dùng để xử lý nước phù sa ở các tỉnh thuộc đồng
bằng Sông Cửu Long, nhưng do mạng lưới điện chưa được lắp đặt đầy đủ và chi phí
điện cao nên còn bị hạn chế
1.2.2.5- Tuyển nổi
Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có
khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt
nước. Sau đó người ta tách bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước. Thực chất đây
là quá trình tách bọt hay làm đặc bọt. Ngoài ra, quá trình này còn để tách các chất hòa
tan như các hoạt động bề mặt
Trong công nghiệp, tuyển nổi được áp dụng để xử lý chất khoáng, tái sinh
nguyên liệu từ nước rửa, làm sạch nước thải, xử lý bùn và thu hồi khoáng sản quí.
Trong xử lý nước cấp, quá trình tuyển nổi được kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông,
15


đặc biệt là đối với chất mùn và tảo sau quá trình keo tụ tạo bông được tách ra khỏi
nước bằng tuyển nổi
Phương pháp này được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong
nước thải. Các bọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên trên mặt nước. Khi nổi
lên các bọt khí tập hợp thành bông hạt đủ lớn, rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiều hạt
bẩn
Tuyển nổi bọt nhằm tách các hạt lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hòa
tan ra khỏi pha lỏng. Kĩ thuật này có thể dùng cho xử lý nước thải đô thị và nhiều lĩnh
vực công nghiệp như: chế biến dầu béo, dệt thuộc da, chế biến thịt, v.v…



hiệu quả. Tuy nhiên, nếu vận tốc quay cao sẽ làm tăng đột ngột dòng chảy rối và có
thể phá vỡ tổ hợp hạt - khí, do đó làm giảm hiệu quả xử lý
c. Tuyển nổi nhờ các tấm xốp
Phương pháp này có ưu điểm là: kết cấu buồng nổi đơn giản, chi phí năng lượng
thấp. Khuyết điểm: các bọt mau bị bẩn và dễ bị bịt kín, khó cho vật liệu có lỗ giống
nhau để tạo bọt khí nhuyễn và có kích thước bằng nhau.
Hiệu quả tuyển nổi phụ thuộc vào lỗ xốp, áp suất không khí, lưu lượng không
khí, thời gian tuyển nổi, mực nước trong thiết bị tuyển nổi
d. Xử lý bằng phương pháp tách phân đoạn bọt (tách bọt)
Phương pháp tách phân đoạn bọt dựa trên sự hấp phụ chọn lọc một hay nhiều
chất tan trên bề mặt bọt khí nổi lên trên xuyên qua dung dịch. Quá trình này ứng dụng
để loại chất hoạt động bề mặt ra khỏi nước thải, nó tương tự quá trình hấp phụ trên
chất rắn.
Trong quá trình phân riêng, bọt tạo thành có nồng độ chất tan hoạt động bề mặt
khá cao. Việc tách nó ra khỏi bọt rất khó khăn. Vì vậy, trong đa số các trường hợp nó
là chất thải. Như vậy, quá trình xử lý nước thải khỏi chất hoạt động bề mặt bằng
phương pháp tách bọt có nhược điểm:
+ Tạo thành chất ngưng giàu chất hoạt động bề mặt, bị phân hủy chậm.
+ Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt trong nước thải tăng hiệu quả xử lý giảm.
Do đó, người ta đề nghị phương pháp xử lý chất hoạt động bề mặt kết hợp với
phương pháp tách bọt rồi xử lý bức xạ, loại trừ hoàn toàn chất thải dạng bọt. Theo sơ
đồ này, chất thải chứa chất hoạt động bề mặt được cho liên tục vào tháp. Không khí
cũng được sủi bọt vào thùng này. Bọt tạo thành trong tháp được đưa qua thiết bị bức
xạ, chiếu bằng tia γ. Nhờ đó, chất hoạt động bề mặt bị phân hủy còn bọt ngưng tụ.
Theo sơ đồ khác, bọt không đi ra khỏi tháp mà bị phân hủy ngay trên đỉnh tháp
bằng tia γ . Phương pháp này cho phép xử lý nước thải có nồng độ chất hoạt động bề
mặt cao. Tuy nhiên, sự phân hủy hoàn toàn chất hoạt động bề mặt thành H 2O và CO2
không kinh tế. Thích hợp nhất là phân hủy chúng thành các chất dễ bị oxy hóa sinh

một trong các điện cực (catot) sẽ tạo ra khí hydro. Kết quả nước thải khí được bão hòa
bởi các bọt khí đó sẽ kéo theo các chất bẩn không tan khác nổi lên bề mặt nước. Ngoài
ra, nếu trong nước thải còn chứa nhiều chất bẩn khác là các chất điện phân thì dòng
điện đi qua sẽ làm thay đổi các thành phần hóa học và tính chất của trạng thái các tạp
chất không tan do có các quá trình điện ly, phân cực, điện chuyển và oxy hóa khử….
xảy ra
Trong nhiều trường hợp những thay đổi có lợi cho qua trình xử lý nước thải và
trong những trường hợp khác cần phải điều khiển các quá trình đó để đạt được hiệu
suất xử lý một loại chất bẩn nào đó
Khi sử dụng các điện cực tan (sặt hoặc nhôm) thì ở cực anot sẽ diễn ra quá trình
hòa tan kim loại: Kết quả sẽ có các cation (nhôm hoặc sắt) chuyển vào nước. Những
cation này sẽ cùng nhóm hydroxyl tạo thành hydroxit là những chất keo tụ phổ biến
trong thực tế xử lý nước thải. Do đó, trong không gian các điện cực sẽ diễn ra quá
trình tạo bông keo tụ và tạo các bọt khí, tạo điều kiện để bọt khí bám vào bông cũng
như quá trình keo tụ chất bẩn, quá trình hấp phụ, kết dính…. diễn ra mạnh và hiệu suất
tuyển nổi cao hơn.
Cường độ của tất cả quá trình quá trình phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Thành phần hóa học nước thải.
+ Vật liệu các điện cực (tan hoặc không tan).
+ Các thông số của dòng điện: điện thế, cường độ, điện trở suất….
Đối với các trạm tuyển nổi điện có công suất lớn thì nên xây dựng hai ngăn gồm
một ngăn điện cực (ngăn keo tụ), và một ngăn tuyển nổi
18


1.2.2.6- Hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các
chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải
có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này thường không phân hủy
bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao. Nếu các chất này bị hấp phụ tốt

chất có giá trị và đạt mức độ làm sạch cao. Vì vậy, nó được ứng dụng rộng rãi để tách
muối trong xử lý nước và nước thải.
a. Cơ sở của quá trình trao đổi ion
19


Trao đổi ion theo tỉ lệ tương đương và trong phần lơn các trường hợp là phản ứng
thuận nghịch. Phản ứng trao đổi ion xảy ra do hiệu số thế hóa học của các ion trao đổi.
Phương trình trao đổi tổng quát có dạng:
mA + RmB ↔ RmA + mB
Quá trình trao đổi ion có thể tiến hành qua một số giai đoạn sau:
1. Vận chuyển các ion A từ trong dòng chất lỏng đến mặt ngoài màng biên bao
quanh hạt ionit.
2. Khuếch tán các hạt qua lớp biên.
3. Vận chuyển các ion qua bề mặt phân chia pha vào hạt nhựa.
4. Khuếch tán ion A vào trong hạt đến bề mặt phân chia pha.
5. Phản ứng trao đổi ion A và B.
6. Khuếch tán ion B bên trong hạt đến bề mặt phân chia pha.
7. Chuyển ion B qua bề mặt phân chia pha đến mặt trong màng biên.
8. Khuếch tán ion B qua màng.
9. Khuếch tán ion B vào trong dòng lỏng.
b. Các chất trao đổi ion (nhựa trao đổi ion)
Các chất có khả năng trao đổi ion được gọi là các ionit. Tùy theo loại trao đổi mà
nhựa có tên là cationit hay anionit. Ngoài ra do khả năng trao đổi với các ion H + hay có
nhóm OH- mà nó sẽ có tính axit hay bazơ. Nhìn chung cấu tạo của các chất trao đổi ion
gồm hai phần: phần gốc và phần mang nhóm ion được trao đổi.
Một số chất trao đổi ion: zeolic, silicagen, than đá,…
1.2.2.8- Thẩm thấu ngược
Là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới một áp suất cao hơn áp suất
thẩm thấu

khác biệt giữa hai quá trình là ở chỗ siêu lọc thường được sử dụng để tách dung dịch
có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩm thấu nhỏ ( như vi khuẩn, tinh bột,
protêin, đất sét,…). Còn thẩm thấu ngược thường được sử dụng để khử các vật liệu có
khối lượng phân tử thấp và có áp suất thẩm thấu cao. Siêu lọc thường được sử dụng để
khử đất sét, vi sinh vật, các chất thực vật, tách nước cho bùn
Cơ chế của quá trình siêu lọc hoàn toàn khác so với cơ chế của quá trình thẩm
thấu ngược. Chất tan bị giữ trên màng lọc vì kích thước phân tử của chúng lớn hơn
đường kính lỗ xốp hoặc do ma sát phân tử với thành lỗ xốp của màng. Quá trình này
phức tạp hơn nhiều
Khi sử dụng kết hợp thẩm thấu ngược và siêu lọc có thể làm đậm đặc và phân
tách các chất hòa tan hữu cơ và vô cơ trong nước thải. Ví dụ theo sơ đồ dưới đây, thì
sau quá trình siêu lọc ta nhận được phần đậm đặc chứa các chất hữu cơ, còn trong quá
trình thẩm thấu ngược sẽ nhận được phần đậm đặc của các chất vô cơ và nước sạch.

21


1.2.2.10- Thẩm tách và điện thẩm tách (TT và ĐTT)
Phép thẩm tách là quá trình phân tách chất rắn bằng sử dụng khuếch tán không
bằng nhau qua màng.
Điện thẩm tách được thực hiện bằng cách đặt các màng có tính chọn lọc với
cation và anion luân phiên nhau dọc theo dòng điện. Khi đưa dòng điện vào, các cation
được gắn điện đi qua màng trao đổi cation về một hướng, còn các anion sẽ đi qua
màng trao đổi ion về một hướng khác.
Kết quả là muối giảm trong khoang của một cặp màng và tăng trong khoang bên
cạnh. Nước khi đó có thể đi qua một số màng cho đến khi đạt đến độ mặn cần thiết
theo yêu cầu. Phương pháp thẩm tách đã được dùng để thu hồi axit, muối kim loại và
các hydroxit
Phương pháp điện thẩm tách đã được nghiên cứu như một phương pháp khử nitơ
trong nước thải nông nghiệp, nó cũng được ứng dụng rộng rãi để làm ngọt nước.

a.Cơ chế oxy hóa của anot (oxy hóa điện hóa)
+ Oxy hóa anot của xyanua xảy ra theo phản ứng :
CNO- + 2H2O → NH4+ + CO32hay quá trình oxy hóa có thể dẫn đến sự tạo thành nitơ:
2CNO- + 4OH- - 6e → 2CO2 + N2 + 2H2O.
+ Quá trình phá hủy xyanua xảy ra do sự oxy hóa điện hóa ở anot và oxy hóa bằng
clo được giải phóng ở anot từ sự phân tách NaCl được mô tả như sau:
Cl- - 2e → Cl2
CN- + Cl2 + 2OH- → CNO- + 2Cl- + H2O
2CNO- + 3Cl2 + 4OH- → 2CO2 + N2 + 6Cl- + 2H2O
+ Các sunfoxyanua được phân hủy theo sơ đồ sau :
CNS- + 10OH- - 8e → CNO- + SO42- + 5H2O
+ Các ion sunfit ở pH=7 bị oxy hóa tới sunfit. Khi pH nhỏ hơn lưu huỳnh có thể
được tạo thành. Oxy hóa phenol khi có clorua trong nước (khi hàm lượng phenol
không lớn) xảy ra theo các phản ứng sau:
4OH- - 4e → 2H2O + O2
2H+ + 2e → H2
2Cl- - 2e → Cl2
Cl2 + H2O → HClO + HCl
HClO + OH- → H2O + ClO12ClO- + 6H2O - 12e → 4HCO3- + 8HCl + 3O2
C6H5OH + 14O → 6CO2 + 3H2O
b. Cơ chế khử điện hóa

23


Người ta ứng dụng quá trình khử điện hóa để loại các ion kim loại ra khỏi nước
thải với sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô nhiễm thành các hợp chất ít
độc hơn hoặc về dạng dễ tách khỏi nước như cặn, khí. Quá trình này có thể được sử
dụng để làm sạch nước thải ra khỏi các ion kim loại nặng như: Pb 2+, Sn2+, Hg2+, Cu 2+,
As2+ và Cr 2+. Quá trình khử của catot đối với các kim loại nặng xảy ra như sau:

sạch, không có các chất độc; bùn cặn có tính chất hóa học và cấu trúc tốt. Nhưng
phương pháp này có nhược điểm là tiêu tốn kim loại và chi phí điện năng cao.
Phương pháp đông tụ điện được ứng dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm, hóa
chất, giấy, bột giấy, lọc nước phù sa, phẩm màu phân tán.
1.2.3- Phương pháp hóa học

24


Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxy
hóa và khử. Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hóa học nên là phương
pháp đắt tiền. Người ta sử dụng các phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và
trong các hệ thống cấp nước khép kín. Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử
lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý
nước thải lần cuối để thải vào nguồn nước
1.2.3.1- Phương pháp trung hòa
Nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa pH về khoảng 6,5
÷ 8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo.
Trung hòa nước thải có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:
Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm:
Phương pháp này được sử dụng khi nước thải của xí nghiệp là axit còn xí nghiệp gần
đó có nước thải là kiềm: Cả hai loại nước thải này đều không chứa các cấu tử gây ô
nhiễm khác
Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học:
Để trung hòa nước axit , có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH,
Na2CO3 , nước amoniac NH4OH, CaCO3, MgCO3 , đolomit ( CaCO3 .MgCO3) và xi
măng. Tác nhân rẻ nhất là sữa vôi 5 đến 10% Ca(OH) 2 , tiếp đó là sođa và NaOH ở
dạng phế thải . Đôi khi người ta sử dụng các chất thải khác nhau của sản xuất để trung
hòa nước thải.
Để trung hòa nước thải kiềm người ta sử dụng các axit khác nhau hoặc khí thải mang