1

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
----------------

Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Header Page 1 of 126.

TRẦN PHƯỚC GIANG

Người hướng dẫn khoa học: TS. BÙI XUÂN VỮNG

NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH ĐÔNG TỤ VÀ OXY HÓA

Phản biện 1: GS.TS. Đào Hùng Cường

NÂNG CAO FENTON TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ

Phản biện 2: PGS.TS. Đặng Minh Nhật

MÁY DỆT NHUỘM PHONG PHÚ
HÒA KHÁNH

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số
: 60 44 27

bằng phương pháp ño quang UV-VIS.
Chỉ số COD của dung dịch ñược xác ñịnh bằng phương pháp
Bicromat Cr2O72-/Cr3+.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
Nghiên cứu các quá trình keo tụ tạo bông và oxy hóa Fenton
ñể tìm ra một giải pháp xử lý nước thải ñạt hiệu suất cao nhất.
6. Kết cấu luận văn:
Ngoài phần mở ñầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn
gồm 3 chương:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và bàn luận
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM
1.1.1. Sự phát triển của ngành dệt trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.2. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm
1.1.3. Đặc ñiểm nước thải dệt nhuộm và tác ñộng của nước thải ñến
môi trường
1.1.3.1. Đặc ñiểm nước thải dệt nhuộm
1.1.3.2. Tác ñộng của nước thải ñến môi trường
1.2. THUỐC NHUỘM TRONG CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM
1.2.1. Khái quát về thuốc nhuộm
1.2.2. Phân loại, ñặc ñiểm thuốc nhuộm
1.2.2.1. Phân loại theo cấu trúc hóa học

1. Tính cấp thiết của ñề tài
Hiện nay vấn ñề xử lý nguồn nước ô nhiễm do các quá trình
dệt nhuộm là hết sức cần thiết. Ước tính có hơn 70.000.000 tấn thuốc
nhuộm ñược sản xuất hàng năm. Trong quá trình nhuộm thì có ñến
12-15% tổng lượng thuốc nhuộm không phản ứng gắn màu, thất thoát

6

1.2.2.2. Phân loại theo ñặc tính áp dụng
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
1.3.1. Phương pháp sinh học
1.3.2. Phương pháp hóa lý
1.3.2.1. Lọc qua song chắn rác
1.3.2.2. Phương pháp ñông tụ và keo tụ
1.3.2.3. Tuyển nổi
1.3.2.4. Hấp phụ
1.3.2.5. Trao ñổi ion
1.3.3. Phương pháp ñiện hóa
1.3.4. Phương pháp hóa học
1.3.4.1. Phương pháp trung hòa
1.3.4.2. Phương pháp oxy hóa khử
1.3.5. Các quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation
Processes - AOPs)
1.3.5.1. Ozon
1.3.5.2. Ozon + H2O2
1.3.5.3. Ôxy hóa quang hóa
1.3.5.4. Phản ứng Fenton
1.3.5.5. Phản ứng Fenton sử dụng hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng
mặt trời
Fe(III)- oxalat hấp thụ ánh sáng mạnh ở bước sóng λ = 550 nm
và tạo ra gốc OH• với hiệu suất lượng tử cao.
FeIII(C2O4)33- + hν → Fe2+ + 2C2O42- + C2O4• −
C2O4• −
→ CO2• − + CO2
CO2• − + FeIII(C2O4)33- → Fe2+ + CO2 + 3C2O42Từ ba phản ứng trên, có thể thu gọn lại thành một phản ứng
như sau:

8

Io, I: cường ñộ bức xạ ñiện từ trước và sau khi ñi qua
chất phân tích
ε: hệ số hấp thụ, Lmol-1cm-1
l: chiều dày cuvet, cm
C: nồng ñộ chất phân tích, mol.L -1
Máy UV-VIS sẽ quét từ miền phổ tử ngoại ñến miền phổ
hồng ngoại. Tại bước sóng mà dung dịch hấp thụ cực ñại gọi là bước
sóng cực ñại λmax ñược thể hiện bởi giá trị mật ñộ quang cực ñại Dmax.
Sau khi ñã xác ñịnh ñược λmax, ta xác ñịnh mật ñộ quang
trước (Dt) và mật ñộ quang sau (Ds) xử lý, từ ñó tính hiệu suất khử
màu.
2.2.4. Phương pháp xử lý keo tụ
2.2.5. Phương pháp xử lý Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng
mặt trời
2.2.6. Phương pháp xác ñịnh COD
2.2.6.1. Nguyên tắc
2.2.6.2. Pha thuốc thử
2.2.6.3. Cách tiến hành
2.2.6.4. Tính kết quả
COD của nước thải ñược tính theo công thức:

2.2.7. Phương pháp ñánh giá hiệu quả xử lý
2.2.7.1. Hiệu suất khử màu
Hiệu suất khử màu ñược tính theo công thức:
Dt - Ds
Hmàu (Dgiảm)=
x 100%
Dt

B: thể tích dung dịch FAS chuẩn cho mẫu nước thải (ml)
N: nồng ñộ dung dịch FAS (N)
V: thể tích mẫu ñem phân tích (ml)
S: ñương lượng gam của oxy (g)

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

10

9

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Hình 3.1. Dung dịch nước thải
ban ñầu

số COD; BOD; TSS; TDS, ño hàm lượng một số kim loại nặng có
trong nước thải.
Các quá trình keo tụ sẽ ñược lần lượt khảo sát với 4 hệ sau:
FeCl3/Bentonite Thuận Hải, FeCl3/C hoạt tính, FeCl3/Polime Anion,
FeCl3/Polime Cation.
3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của FeCl3/Bentonite Thuận Hải
3.1.1.1. Khảo sát FeCl3
Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng bentonit = 600
ppm, nồng ñộ của FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm ñến 600 ppm. Giá trị
mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,2242. Kết quả ñược trình bày ở hình
3.5.

0,2
0

0
200

300

400

500

600

Nồng ñộ (mg/l)

Hình 3.3. Nước thải ñã lọc sau
Hình 3.4. Nước thải xử lý bằng
khi keo tụ
Fenton
3.1. QUÁ TRÌNH KEO TỤ
Trước khi thực hiện quá trình keo tụ, phải tiến hành khảo sát
các chỉ tiêu ban ñầu của nước thải như: mật ñộ quang D, pH, các chỉ

Footer Page 5 of 126.

Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng ñộ FeCl3
Kết quả hình 3.5 cho thấy việc tăng nồng ñộ FeCl3 sẽ làm
hiệu suất hấp phụ màu giảm xuống. Điều này có thể giải thích do khi
tăng nồng ñộ FeCl3 thì kết tủa Fe(OH)3 sẽ hình thành nhiều hơn, kéo

trình bày ở hình 3.8.

25

0,8

20

0,6

15

0,4

10

0,2

5

0

D
%D

0
300

400


Kết quả hình 3.6 cho thấy việc tăng nồng ñộ Bentonit sẽ làm
hiệu suất hấp phụ màu tăng lên. Điều này có thể giải thích do tính
chất quan trọng của Bentonit – tính chất hấp phụ, khi tăng nồng ñộ
bentonit sẽ làm tăng khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ mang
màu. Việc sử dụng kết hợp giữa FeCl3 và bentonit góp phần nâng cao
hiệu quả xử lý, trong ñó FeCl3 là chất keo tụ chính còn bentonit ñóng
vai trò là chất trợ keo tụ. Bentonit có nhiệm vụ là hấp phụ chất màu,
FeCl3 sẽ thủy phân tạo kết tủa Fe(OH)3, và nó sẽ quét cuốn các hạt
keo trong dung dịch tạo thành các hạt lớn hơn và lắng xuống. Nồng
ñộ bentonit là 800 ppm sẽ ñược chọn cho quá trình xử lý tiếp theo.
3.1.1.3. Khảo sát pH
Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 = 300 ppm, bentonit =
800 ppm, pH thay ñổi từ 6 ñến 10. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là
D0=1,3072. Kết quả ñược trình bày ở hình 3.7.

10
5
0
6

7

8

9

10

pH



1,2

%

M ật ñộ quang

Header Page 6 of 126.

D
%D

15
0,4

10

0,2

5

0

0
100

200

300


10

0,2

5

0

0
200

300

400

500

600

Nồng ñộ (mg/l)

Hình 3.9. Ảnh hưởng của C hoạt tính
Kết quả hình 3.9 cho thấy việc tăng nồng ñộ C hoạt tính sẽ
làm hiệu suất hấp phụ màu tăng lên, ñiều này có thể giải thích do C
hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn, diện tích bề mặt của than
hoạt tính nếu tính ra ñơn vị khối lượng thì là từ 500 ñến 2500 m2/g .
Với diện tích bề mặt lớn như vậy thì phần lớn các vết rỗng – mao
quản vi mạch của C hoạt tính ñều có tính hấp phụ rất mạnh, do ñó
các chất hữu cơ mang màu sẽ bị hấp phụ theo các lỗ rỗng cacbon và
khuếch tán bề mặt, sau ñó ñược hấp phụ trên bề mặt cacbon. Việc sử

0,95

5

0,9

0
6

7

8

9

10

pH

Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH
Kết quả hình 3.10 cho thấy ở giá trị pH=7 thì hiệu suất phân
hủy màu tốt nhất (38,56%). Điều này ñược giải thích tương tự như
khảo sát Bentonit.
Kết luận: Khảo sát quá trình ñông tụ với FeCl3/C hoạt tính
thu ñược kết quả tốt nhất là: pH = 7, FeCl3 = 400 ppm, C hoạt tính =
500 ppm, %D = 38,56%.
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của FeCl3/Polime Anion (PA)
3.1.3.1. Khảo sát FeCl3
Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng polime anion cho
vào mỗi cốc là 2 ppm, nồng ñộ của FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm ñến


%

Mật ñộ quang

(hiện tượng ñảo dấu ñiện tích) và hệ huyền phù bền trở lại, nước sẽ ñục
hơn. Việc sử dụng kết hợp giữa FeCl3 với C hoạt tính ñã góp phần
nâng cao hiệu quả xử lý, làm giảm chi phí hóa chất keo tụ.
3.1.2.2. Khảo sát C hoạt tính
Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào
mỗi cốc là 300 ppm, nồng ñộ của cacbon hoạt tính thay ñổi từ 200
ppm ñến 600 ppm. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,1862. Kết
quả ñược trình bày ở hình 3.9.

M ật ñộ quang

13

Header Page 7 of 126.

D
%D

20
0,4

15
10

0,2

ñổi từ âm sang dương và hệ huyền phù bền trở lại.
3.1.3.2. Khảo sát Polime Anion
Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào
mỗi cốc là 800 ppm, nồng ñộ của polime anion thay ñổi từ 1 ppm
ñến 5 ppm. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,3103. Kết quả ñược
trình bày ở hình 3.12.

3.1.3.3. Khảo sát pH
Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 cho vào mỗi cốc là 800
ppm, polime anion là 2 ppm, pH thay ñổi từ 6 ñến 10. Giá trị mật ñộ
quang ban ñầu là D0=1,2981. Kết quả ñược trình bày ở hình 3.13.

1,2

45

%

Mật ñộ quang

%

30
0,6

D
%D

20
10


1

1,4

1
Mật ñộ quang

Header Page 8 of 126.

D

7

8

9

10

pH

%D

20
0,4

15
10


hiệu suất khử màu bị giảm.

Footer Page 8 of 126.

Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH
Kết quả hình 3.13 cho thấy ở giá trị pH=7 và pH=8 thì hiệu
suất phân hủy màu cao nhất với giá trị lần lượt là 48,00% và 45,24%.
Tuy nhiên khi pH tăng lên thì ñộ bền của bông keo giảm, các bông
keo tụ nhỏ hơn dẫn ñến hiệu quả xử lý giảm.
Kết luận: Khảo sát quá trình ñông tụ với FeCl3/Polime Anion
thu ñược kết quả tốt nhất là: pH = 7, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion
= 2 ppm, %D = 48 %.
3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của FeCl3/Polime Cation (PC)
3.1.4.1. Khảo sát FeCl3
Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng polime cation
cho vào mỗi cốc là 2 ppm, nồng ñộ của FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm
ñến 1000 ppm. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,3238. Kết quả
ñược trình bày ở hình 3.14.


50

0,8

40

0,6

30


3.1.4.2. Khảo sát Polime Cation
Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào
mỗi cốc là 800 ppm, nồng ñộ của polime cation thay ñổi từ 1 ppm
ñến 5 ppm. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,3238. Kết quả ñược
trình bày ở hình 3.12.

ñịnh của các hạt keo nhờ vào các cơ chế hấp phụ và trung hòa ñiện
tích. Ngoài ra dưới sự hỗ trợ của polime cation thì liên kết bắt cầu là
sự hấp phụ các polime lên các cạnh riêng của bề mặt các hạt keo hoặc
chất keo tụ, kết quả là các hạt keo bị lắng xuống và màu bị giảm ñi.
Do ñó, nồng ñộ 2 ppm sẽ ñược chọn ñể khảo sát.
3.1.4.3. Khảo sát pH
Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 cho vào mỗi cốc là 800
ppm, polime cation là 2 ppm, pH thay ñổi từ 6 ñến 10. Giá trị mật ñộ
quang ban ñầu là D0=1,3238. Kết quả ñược trình bày ở hình 3.16.
1,4

60

1,2

50

1

40

0,8
30
0,6


4

5

Nồng ñộ (mg/l)

Hình 3.15. Ảnh hưởng của nồng ñộ FeCl3
Kết quả hình 3.15 cho thấy ở nồng ñộ 2 ppm và 3 ppm thì
hiệu suất hấp phụ màu tốt nhất và ñạt hiệu suất lần lượt là 51,05% và
52,32%. Polime cation là loại polime khi hòa tan trong dung dịch sẽ
ion hóa thành cation tạo nên lớp ñiện tích dương ở xung quanh phân
tử polime, lớp ñiện tích dương này góp phần trung hòa các hạt keo
mang ñiện âm trong dung dịch. Chất keo tụ FeCl3 làm mất tính ổn

Footer Page 9 of 126.

%D

10

0,2
0

0
7

8

9

1,2

%

Mật ñộ quang

18

17

Header Page 9 of 126.

Hình 3.16. Ảnh hưởng của pH
Kết quả hình 3.17 cho thấy ở giá trị pH=8 thì hiệu suất phân
hủy màu cao nhất (53,64%). Kết quả có ảnh hưởng rất tốt ñến quả
trình xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, bởi vì nước thải dệt
nhuộm có giá trị pH rất cao (khoảng 9-14), do ñó xử lý keo tụ ở
pH=8 sẽ tiết kiệm ñược nhiều hóa chất.
Kết luận: Khảo sát quá trình ñông tụ với FeCl3/Polime
Cation thu ñược kết quả tốt nhất là: pH = 8, FeCl3 = 800 ppm, Polime
cation = 2 ppm, %D = 53,64 %.
Sau khi khảo sát 4 quá trình trên, chúng tôi chọn quá trình
ñông tụ FeCl3/Polime Cation ñể tiếp tục xử lý bằng phương pháp oxy
hóa nâng cao.


19

20


50
100
1000

Fe
mg/L
0,527
0,213
5
Cu
mg/L
0,0411
0,0360
2
Cr(III)
mg/L
0,1662
0,0778
1
Từ kết quả bảng 3.13 ta thấy, các chỉ số như BOD, TSS và
một số kim loại nặng của nước thải ñầu ra sau khi keo tụ bằng
FeCl3/Polime Cation ñã ñạt tiêu chuẩn cột B của bộ tài nguyên môi
trường. Tuy nhiên, chỉ số COD vẫn còn khá cao và nước thải sẽ ñược
tiếp tục xử lý bằng phương pháp oxy hóa nâng cao.
3.2. QUÁ TRÌNH FE(III) – OXALAT/H2O2/ÁNH SÁNG MẶT TRỜI
3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH
100
90
80



Hình 3.18. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của pH ñến hiệu suất xử lý màu (%)

Footer Page 10 of 126.

80
70
60
50
% COD

Header Page 10 of 126.

pH=4
40

pH=5
pH=6

30
20
10
0
10

20

30

Thời gian (phút)

Header Page 11 of 126.

3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của H2O2
100

90

H2O2=5 mM

80
%

H2O2=10 mM
H2O2=15 mM

70

Ngoài ra việc dư H2O2 nhiều vừa không kinh tế vừa ảnh
hưởng ñến môi trường sống các vi sinh nếu sử dụng phương pháp
này trước phương pháp xử lí bằng vi sinh. Vì vậy [H2O2]o phù hợp
trong nghiên cứu này là 15 mM.
3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Fe3+

H2O2=20 mM
60

100

H2O2=25 mM
90

Fe3+=0,9mM

60

50

80
70

40
60

5

10

15

20

25

30

Thời gian (phút)

50
%

H2O2=5 mM

COD (%)
Kết quả từ hình 3.20 và 3.21 cho thấy việc tăng [H2O2]o làm
hiệu suất phân hủy màu tăng lên, tuy nhiên ñến một nồng ñộ nhất
ñịnh thì hiệu suất bắt ñầu giảm. Hiệu suất COD cũng tăng nhanh và
ñạt giá trị cao nhất là 72,92% ở nồng ñộ 15 mM sau 30 phút xử lý.
Nguyên nhân là do khi tăng nồng ñộ H2O2 sẽ làm tạo nhiều gốc HO•
hơn do phản ứng:
Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII(C2O4)33- + OH- + OH•
Nhưng khi lượng H2O2 dư nhiều sẽ có phản ứng giữa H2O2
với gốc HO• vừa mới sinh ra theo phản ứng:
HO + H2O2 → H2O + HO2
HO + HO2 → H2O + O2

70

Fe3+=0,1mM
40

Fe3+=0,5mM
Fe3+=0,9mM

30
20
10
0
10

20

30

Nếu tăng nồng ñộ oxalat lên thì nồng ñộ FeII(C2O4) sẽ tăng
lên, do ñó FeII(C2O4) bị oxy hóa bởi H2O2 với hằng số tỉ lệ k = 3 ×
104 M-1s-1 nên gốc HO sẽ ñược tạo ra nhiều hơn theo phản ứng sau:
FeII(C2O4) + H2O2 → FeIII(C2O4)+ + HO + HO- ( k = 3 × 104 M-1s-1)
Mặt khác, nếu nồng ñộ oxalat cho vào ít thì phức Fe(III)oxalat chủ yếu tồn tại ở dạng FeIII(C2O4)+ và FeIII(C2O4)2− do ñó khả
năng quang hoạt còn thấp. Khi năng nồng ñộ oxalat lên thì
FeIII(C2O4)+ và FeIII(C2O4)2− lần lượt bị chuyển thành FeIII(C2O4)33−
sẽ quang hoạt tốt hơn và xảy ra theo phản ứng sau:
(k=3.31×106 M-1 )
FeIII(C2O4)+ + C2O42− → FeIII(C2O4)2−
FeIII(C2O4)2− + C2O42− → FeIII(C2O4)33−
(k=2.75×104 M-1 )
Ngoài ra phức oxalat có khả năng quang hoạt cao dưới ñiều
kiện ánh sáng mặt trời, nguyên nhân là do sắt oxalat có hệ số hấp thụ
phân tử cao ở bước sóng dài hơn ( λ = 550 nm) và tạo ra gốc HO với
hiệu suất lượng tử cao.
Như vậy, oxalat ñóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra gốc
HO , phức Fe(III) - oxalat sẽ bị quang hóa tốt hơn so với Fe(III),
phức Fe(II) - oxalat sẽ bị oxy hóa tốt hơn Fe(II) và ñặc biệt phức
oxalat có khả năng quang hóa rất tốt dưới ánh sáng mặt trời.

Header Page 12 of 126.

100

90
[C2O4]2 =5mM
80
%


% COD

50
[C2O4]2 =5mM
40

[C2O4]2 =15mM
[C2O4]2 =25mM

30
20
10
0
10

20

30

Thời gian (phút)

Hình 3.25. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của [C2O4]o ñến hiệu suất xử
COD (%)

Footer Page 12 of 126.


25

26

mặt trời
Điều kiện tốt nhất cho việc xử lý nước thải dưới ánh sáng
mặt trời là pH=5, [H2O2]o= 15 mM, [Fe3+]o= 0, 5 mM, [C2O42 −]o = 10
mM thì hiệu suất phân hủy màu gần như hoàn toàn và ñộ giảm COD
khoảng 73,07 sau 30 phút xử lý.
2. KIẾN NGHỊ
- Nghiên cứu này ñã khẳng ñịnh ñược ưu thế của sự kết hợp
giữa quá trình ñông tụ và oxy hóa nâng cao Fenton trong quá trình xử
lí nước thải ô nhiễm, ñặc biệt là tận dụng hiệu quả ñược nguồn năng

Footer Page 13 of 126.