TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƢỜNG & TNTN
-oOo-

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Chuyên ngành: Môi trƣờng đất và nƣớc
Mã ngành: 62440303

ĐÀO MINH TRUNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU KEO TỤ
SINH HỌC CHẾ TẠO TỪ HẠT MUỒNG HOÀNG
YẾN (CASSIA FISTULA L.) ĐỂ CẢI THIỆN
CHẤT LƢỢNG NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Cần Thơ, Năm 2018


TÓM TẮT
Nghiên cứu cải thiện chất lƣợng nƣớc thải dệt nhuộm và nƣớc thải xi mạ dựa
trên hai loại vật liệu keo tụ có nguồn gốc sinh học gồm Biogum (vật liệu ly
trích từ thực vật) và Biogum cải tiến (vật liệu kết hợp giữa nano oxit sắt từ với
Biogum) có khả năng thu hồi bằng nam châm và tái sử dụng. Các thí nghiệm
đƣợc tiến hành trên mô hình Jartest và mô hình Pilot để khảo sát khả năng loại
bỏ màu của nƣớc thải dệt nhuộm và loại bỏ ion kim loại trong nƣớc thải xi mạ,
trong đó bố trí nghiệm thức với vật liệu keo tụ hóa học PAC làm đối chứng.
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất loại màu và COD trong nƣớc thải
nhuộm của vật liệu Biogum đạt đƣợc tƣơng ứng là 91,20% và 72,66% (RR);
82,30% và 78,92% (NMDN) và hiệu suất loại bỏ các ion kim loại Ni2+, Cu2+,
Zn2+ trên nƣớc thải giả định của Biogum đạt đƣợc lần lƣợt là 79,26%; 83,11%;
82,96%, trên nƣớc thải nhà máy xi mạ lần lƣợt là 58,91%; 71,78%; 78,06%.

tiến (92,93% Ni2+; 97,17% Cu2+; 94,97% Zn2+); Biogum (79,26% Ni2+;
83,11% Cu2+; 82,96% Zn2+) và PAC (59,77% Ni2+; 68,93% Cu2+; 66,13%
Zn2+). Khi khảo sát trên mô hình Pilot cũng cho kết quả tƣơng tự, Biogum cải
tiến cho hiệu quả cải thiện tốt nhất, kết quả thu đƣợc tƣơng ứng với 3 ion kim
loại Ni2+, Cu2+ và Zn2+ trong mẫu nƣớc thải giả định nhƣ sau: Biogum cải tiến
(99,15% Ni2+; 91,88% Cu2+; 86,97% Zn2+), Biogum (98,88% Ni2+; 89,45%
Cu2+; 86,37% Zn2+).
Các kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu có nguồn gốc sinh học Biogum và
Biogum cải tiến có đặc tính cải thiện chất lƣợng nƣớc tƣơng tự nhƣ vật liệu
hóa học PAC. Bên cạnh Biogum có khả năng tự phân hủy sinh học không gây
tồn dƣ hóa chất trong môi trƣờng tự nhiên; Biogum cải tiến có thể thu hồi và
tái sử dụng khi sử dụng cải thiện chất lƣợng nƣớc thải. Kết quả nghiên cứu mở
ra hƣớng tiếp cận mới khi sử dụng vật liệu có nguồn gốc sinh học để cải thiện
chất lƣợng môi trƣờng nƣớc theo hƣớng thân thiện môi trƣờng và phát triển
bền vững trong tƣơng lai.

ii


MỤC LỤC
TÓM TẮT.......................................................................................................... i
ABSTRACT..................................................................................................... iii
MỤC LỤC ........................................................................................................ v
LỜI CẢM ƠN................................................................................................ viii
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... x
DANH MỤC BẢNG........................................................................................ xi
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................... xiii
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU............................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................. 1

2.4.2. Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm ................................... 15
2.4.3. Một số nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm ...................................... 18
2.5. Tổng quan về nƣớc thải xi mạ và các phƣơng pháp xử lý .................. 19
2.5.1. Thành phần ô nhiễm trong nước thải xi mạ........................................... 19
2.5.2. Các phương pháp xử lý nước thải xi mạ ................................................ 20
2.5.3. Một số nghiên cứu xử lý nước thải xi mạ............................................... 23
CHƢƠNG 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 25
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu và hóa chất keo tụ ............................................. 25

3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 25
3.1.2. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................ 25
3.2. Thiết bị nghiên cứu ................................................................................. 27
3.2.1. Thiết bị Jartest ....................................................................................... 27
3.2.2. Thiết bị Pilot .......................................................................................... 28
3.3. Phƣơng pháp phân tích .......................................................................... 29

3.4. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu.................................................. 30
3.4.1. Phương pháp chung ............................................................................... 30
3.4.2. Các thí nghiệm nghiên cứu .................................................................... 30
3.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ...................................................................... 43
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................ 44
4.1. Xác định hiệu suất loại bỏ màu của các vật liệu trên nƣớc thải dệt
nhuộm ............................................................................................................. 44

4.1.1. Xác định pH tối ưu của vật liệu ............................................................. 44
4.1.2. Kết quả xác định lượng tối ưu của PAC ................................................ 50
4.1.3. Kết quả xác định lượng tối ưu của Biogum ........................................... 51
4.1.4. Kết quả xác định lượng Biogum cải tiến tối ưu ..................................... 53
4.1.5. Xác định hiệu quả xử lý của Biogum cải tiến ở các lần thu hồi ............ 57
4.1.6. Xác định hiệu suất cải thiện chất lượng nước thải dệt nhuộm khi vận

5.2. Đề xuất ................................................................................................... 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 111
PHỤ LỤC...................................................................................................... 122

vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: pH thích hợp cho hoạt động của các chất keo tụ ............................. 10
Bảng 2.2: Một số thành phần ô nhiễm trong nƣớc thải dệt nhuộm ................. 15
Bảng 2.3: Các chỉ số ô nhiễm kim loại nặng của nƣớc thải xi mạ .................. 19
Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật của mô hình Jartest...................................... 28
Bảng 3.2: Phƣơng pháp phân tích các thông số ô nhiễm nghiên cứu.............. 29
Bảng 3.3: Lƣợng chất keo tụ trong thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của pH ... 31
Bảng 3.4: Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của reactive red 3BS (RR) cho
Biogum............................................................................................................. 32
Bảng 3.5: Thí nghiệm xác định lƣợng Biogum tối ƣu trên mẫu nƣớc thải RR 33
Bảng 3.6: Lƣợng chất keo tụ dùng cho nƣớc thải RR theo các nồng độ đầu vào
.......................................................................................................................... 34
Bảng 3.7: Bảng giá trị D, xác định tƣơng quan giữa nồng độ đầu vào và lƣợng
Biogum cải thiện độ màu của nƣớc thải RR .................................................... 35
Bảng 3.8: Bố trí thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa nồng độ đầu vào
với lƣợng Biogum trên mẫu nƣớc RR ............................................................. 35
Bảng 3.9: Lƣợng các chất keo tụ sử dụng trong thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng
của pH .............................................................................................................. 38
Bảng 3.10: Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của Ni2+ cho Biogum. ........ 39
Bảng 3.11: Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng Biogum trên mẫu
nƣớc thải Ni2+................................................................................................... 39
Bảng 3.12: Lƣợng của các chất keo tụ theo từng loại nƣớc thải xi mạ ........... 41

Bảng 4.13. Kết quả xác định liều lƣợng Biogum vận hành cải thiện ion Zn2+
của nƣớc NMXM trên thiết bị Pilot................................................................. 91
Bảng 4.14. Kết quả xác định liều lƣợng Biogum cải tiến vận hành cải thiện ion
Ni2+, Cu2+, Zn2+ của NMXM trên thiết bị Pilot................................................ 92

xii


DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1: Cấu tạo mô hình Jartest ................................................................... 27
Hình 3.2: Thiết bị Pilot keo tụ tạo bông .......................................................... 29
Hình 3.3: Thí nghiệm với nƣớc thải dệt nhuộm trên thiết bị Jartest và Pilot .. 32
Hình 3.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của Biogum, Biogum cải
tiến và PAC ...................................................................................................... 33
Hình 3.5: Bố trí thí nghiệm xác định lƣợng tối ƣu của Biogum, Biogum cải
tiến và PAC ...................................................................................................... 34
Hình 3.6: Sơ đồ thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa lƣợng chất keo tụ
với nồng độ đầu vào......................................................................................... 35
Hình 3.7: Bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả thu hồi của Biogum cải tiến ... 37
Hình 3.8: Thí nghiệm vận hành nƣớc thải xi mạ trên thiết bị Jartest và Pilot. 37
Hình 3.9: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH tối ƣu của Biogum, Biogum cải
tiến và PAC ...................................................................................................... 38
Hình 3.10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định lƣợng tối ƣu của Biogum, Biogum
cải tiến và PAC ................................................................................................ 40
Hình 3.11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa lƣợng chất
keo tụ với nồng độ đầu vào.............................................................................. 41
Hình 3.12: Bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả thu hồi của Biogum cải tiến . 42
Hình 4.1: Xác định pH tối ƣu của PAC trên nƣớc thải RR ............................. 44
Hình 4.2: Xác định pH tối ƣu của PAC trên nƣớc thải NMDN ...................... 45
Hình 4.3: Xác định pH tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải RR ........................ 46

Pt-Co) với hàm lƣợng Biogum ........................................................................ 61
Hình 4.23: Mối tƣơng quan giữa độ màu nƣớc thải RR với hàm lƣợng Biogum
cải tiến.............................................................................................................. 63
Hình 4.24: Mối tƣơng quan giữa hiệu suất loại màu nƣớc thải RR (1052 PtCo) với hàm lƣợng Biogum cải tiến ................................................................ 64
Hình 4.25: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại màu nƣớc thải NMDN với hàm
lƣợng Biogum .................................................................................................. 66
Hình 4.26: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại màu nƣớc thải NMDN với hàm
lƣợng Biogum .................................................................................................. 67
Hình 4.27: Mối tƣơng quan giữa hiệu quả loại màu nƣớc thải NMDN với hàm
lƣợng Biogum cải tiến ..................................................................................... 68
Hình 4.28: Xác định pH tối ƣu của PAC trên nƣớc thải xi mạ giả định.......... 70
Hình 4.29: Xác định pH tối ƣu của Biogum trên nƣớc thải xi mạ giả định .... 71
Hình 4.30: Xác định pH tối ƣu của Biogum cải tiến trên nƣớc thải xi mạ giả
định .................................................................................................................. 71
Hình 4.31: Xác định liều lƣợng PAC tối ƣu trên nƣớc thải xi mạ giả định..... 73
Hình 4.32: Xác định liều lƣợng tối ƣu PAC trên nƣớc thải NMXM............... 73
Hình 4.33: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum trên nƣớc thải xi mạ giả định 74
Hình 4.34: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum trên nƣớc thải xi mạ nhà máy74
Hình 4.35: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum cải tiến trên nƣớc thải xi mạ giả
định .................................................................................................................. 76
Hình 4.36: Xác định liều lƣợng tối ƣu Biogum cải tiến trên nƣớc thải ........... 76
Hình 4.37: Xác định hiệu suất cải thiện của các vật liệu nghiên cứu trên nƣớc
thải xi mạ giả định ........................................................................................... 77
Hình 4.38: Xác định hiệu suất cải thiện của các vật liệu nghiên cứu trên nƣớc
thải NMXM...................................................................................................... 77
Hình 4.39: Hiệu suất loại bỏ kim loại của Biogum cải tiến ở các lần thu hồi . 79
Hình 4.40: Mối tƣơng quan giữa nồng độ nƣớc thải Ni2+ với hàm lƣợng
Biogum............................................................................................................. 80
xiv


từ hạt MHY; (c) vật liệu Biogum cải tiến CoFe2O4 - Biogum ........................ 98
Hình 4.59: Đƣờng cong từ rễ của hạt CoFe2O4 và vật liệu Biogum cải tiến
(Biogum-CoFe2O4) .......................................................................................... 99
Hình 4.60: Giản đồ phân tích nhiệt của vật liệu Biogum cải tiến.................. 100
Hình 4.61: Kết quả chụp ảnh SEM của Biogum cải tiến............................... 100
Hình 4.62: Hình Biogum cải tiến bị hút bởi từ tính nam châm ..................... 101
Hình 4.63. Hình (a) PAC và (b) Biogum không bị hút bởi từ nam châm ..... 101
Hình 4.64: Quy trình công nghệ cải thiện độ màu của nƣớc thải dệt nhuộm 104
Hình 4.65: Quy trình công nghệ loại bỏ ion kim loại nặng trong nƣớc thải xi
mạ ................................................................................................................... 106
xv


CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây với sự phát triển của thế giới về mọi mặt,
trong đó các ngành công nghiệp đã có những bƣớc phát triển mạnh mẽ, tạo ra
nhiều sản phẩm đa dạng có chất lƣợng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng
của thị trƣờng và con ngƣời. Bên cạnh những thành tựu to lớn đó, con ngƣời
đang dần hủy hoại môi trƣờng sống của mình do nguồn chất thải phát sinh từ
các công đoạn sản xuất không đƣợc xử lý hoặc xử lý không triệt để.
Sử dụng hóa chất có nguồn gốc hóa học trong quá trình vận hành để cải
thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp, xi mạ, dệt nhuộm, thủy sản… đƣợc
ứng dụng khá rộng rãi. Tuy nhiên trong quá trình xử lý dƣ lƣợng của chúng
gây ô nhiễm trực tiếp hoặc gián tiếp qua chất ô nhiễm thứ cấp đến môi trƣờng
tiếp nhận (Vijayaraghavan, 2011). Ngoài ra ô nhiễm thứ cấp còn làm thay đổi
tính chất vật lý, hóa học, sinh học của hệ sinh thái của nƣớc theo chiều hƣớng
xấu đi và đây là thực trạng cấp thiết cần có giải pháp thay đổi vật liệu trong
quá trình vận hành để cải thiện chất lƣợng môi trƣờng tiếp nhận (Nguyễn Thị
Phƣơng Loan, 2011).

góp phần cải thiện chất lƣợng môi trƣờng nƣớc, bảo vệ môi trƣờng và phát
triển bền vững.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
1.2.1. Mục tiêu tổng quát
Khảo sát khả năng ứng dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện
với môi trƣờng và vật liệu nano sinh học có khả năng thu hồi và tái sử dụng
trong cải thiện chất lƣợng nƣớc thải một số ngành công nghiệp và đề xuất một
quy trình công nghệ cải thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp, tập trung vào
hai dạng ô nhiễm kim loại nặng và màu.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Chế tạo vật liệu keo tụ sinh học từ cây Muồng Hoàng Yến (MHY).
- Phát triển vật liệu keo tụ sinh học với nano từ tính.
- Tối ƣu hóa quá trình loại bỏ màu (trong nƣớc thải dệt nhuộm) và kim
loại nặng (trong nƣớc thải xi mạ) ra khỏi nƣớc thải.
1.3. Nội dung nghiên cứu
- Chế tạo vật liệu keo tụ sinh học từ hạt MHY từ đó phát triển vật liệu
keo tụ sinh học kết hợp với nano từ tính.
+ Trích ly vật liệu keo tụ sinh học từ hạt MHY.
+ Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu.
+ Chế tạo vật liệu nano từ tính kết hợp với chất keo tụ sinh học MHY.
+ Nghiên cứu cấu trúc vật liệu mới.
- Nghiên cứu loại bỏ màu trong nƣớc thải dệt nhuộm.
+ Nghiên cứu tối ƣu hóa các điều kiện keo tụ (pH, lƣợng vật liệu sử
dụng) trong quy mô phòng thí nghiệm.
+ Nghiên cứu hiệu quả loại bỏ màu trên mô hình pilot công suất 30 lít.
+ Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu chế tạo từ nano từ tính kết
hợp với vật liệu sinh học MHY.
+ Đánh giá hiệu quả kinh tế và đề xuất quy trình cho áp dụng vào thực
tiễn.


Dầu Một, Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh và Đại học Khoa học
Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh.
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.5.1. Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu là nguồn số liệu khoa học trong nghiên cứu ứng
dụng vật liệu mới trong xử lý nƣớc và nƣớc thải công nghiệp.
- Công trình nghiên cứu là các số liệu khoa học cơ bản sử dụng cho
giảng dạy và nghiên cứu các đề tài tƣơng tự.
- Kết quả có thể dùng tham khảo cho các nhà máy có thành phần và tính
chất ô nhiễm tƣơng tự.
3


1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Luận án cung cấp những thông tin khoa học hiệu quả cải thiện chất lƣợng
nƣớc thải của một số ngành công nghiệp ô nhiễm kim loại nặng và ô nhiễm
màu. Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khuyến khích sử dụng vật liệu
sinh học trong cải thiện chất lƣợng môi trƣờng nƣớc thải vừa thân thiện môi
trƣờng vừa có khả năng tái sử dụng từ đó tạo ra một môi trƣờng sinh thái bền
vững.

4


CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về keo tụ
2.1.1. Bản chất của các hạt keo trong nước
Hạt keo là các hạt có kích thƣớc rất nhỏ biến thiên từ 0,001 mm đến 10
mm. Tỉ lệ giữa khối lƣợng và diện tích bề mặt hạt keo rất nhỏ nên tác động của
diện tích bề mặt chiếm ƣu thế hơn so với tác động của trọng lực. Mặc khác, do


5


khuếch tán. Do chuyển động Brown, lớp ion khuếch tán không chuyển động
đồng thời với hạt keo, bởi vì lực liên kết không bền vững. Do đó, hạt keo trong
nƣớc luôn là hạt keo mang điện tích (Trịnh Xuân Lai, 2005).
2.1.2. Cơ chế của quá trình keo tụ
Kết quả nghiên cứu của Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (2006) cho thấy
trong quá trình keo tụ tạo bông diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo
của các hạt nhờ trung hòa điện tích. Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào hóa trị của
ion, chất keo tụ mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt. Hóa trị càng lớn
thì hiệu quả keo tụ càng cao.
Thực chất cơ chế làm mất ổn định và trung hòa điện tích bề mặt của các
hạt keo là do các hoạt chất trung gian tạo ra trong quá trình thủy phân của các
chất keo tụ. Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) trích dẫn
từ tài liệu của Wang et al. (2005) cho thấy quá trình làm mất ổn định của các
hạt keo có thể diễn ra theo 4 cơ chế chính:
Làm giảm độ dày 2 lớp điện tích của hạt keo: khi cho chất điện phân
với nồng độ cao vào trong nƣớc thải nó sẽ phân ly tạo thành các ion. Các ion
trái dấu sẽ len lỏi vào trong khu vực các ion làm phân tán và điện tích ở khu
vực này bị giảm đi hay thậm chí là bị mất hẳn, do đó các hạt keo bị mất lực
đẩy và có thể tiến gần nhau, kết lại với nhau để hình thành các bông cặn.
Hấp phụ và trung hòa điện tích bề mặt của hạt keo: các ion dƣơng
trái dấu bị hấp phụ bởi các hạt keo mang điện tích âm. Điện tích của hạt keo sẽ
bị trung hòa, lực đẩy tĩnh điện của nó sẽ giảm hoặc mất hẳn, phá vỡ trạng thái
bền vững của hạt keo. Tuy nhiên khi sử dụng ở liều lƣợng vƣợt mức cần thiết
nó có thể đảo điện tích bề mặt của các hạt keo và các hạt keo trở về trạng thái
ổn định.
Kết dính các hạt keo và các chất kết tủa: khi cho chất keo tụ vào trong


Al2(SO4)3
FeCl3

2Al3+ + 3SO42Fe3+ + 3Cl-

Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nƣớc tạo
thành phức chất Me(H2O)63+ (Me3+ có thể là Al3+ hoặc Fe3+). Tùy thuộc vào
pH và các điều kiện của quá trình, các hydroxit nhôm hoặc sắt đƣợc tạo thành
khác nhau, song chúng đều là những hợp chất mang điện dƣơng và có hoạt
tính tạo bông keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bông keo này khi lắng
xuống sẽ hấp thụ, cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn chất hữu cơ, chất mang mùi
vị… tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong nƣớc.
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ và tạo bông cặn
Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình keo tụ và tạo bông cặn. Lê
Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) trích dẫn tài liệu của Wang et
al. (2005) các yếu tố sau:
a) Mật độ hạt keo
Mật độ các hạt keo ảnh hƣởng đến liều lƣợng và hiệu quả keo tụ. Mật độ
hạt keo cao kéo theo liều lƣợng chất keo tụ cần sử dụng cao. Tuy nhiên ở mật

7


độ hạt keo thấp, tốc độ keo tụ sẽ diễn ra rất chậm do bị hạn chế cơ hội tiếp xúc
với nhau. Trong trƣờng hợp này không nên tăng liều lƣợng chất keo tụ mà nên
thêm chất trợ keo tụ hoặc hoàn lƣu bùn về cho bể keo tụ.

b) Liều lƣợng chất keo tụ
Ảnh hƣởng của liều lƣợng phèn nhôm và phèn sắt sử dụng có thể chia ra

g) Độ kiềm (alkalinity)
8


Các chất keo tụ nhƣ phèn nhôm, phèn sắt có thể tạo ra các sản phẩm
Al(OH)3, Fe(OH)3 tham gia vào quá trình keo tụ và tạo bông, nƣớc thải phải
có chứa một hàm lƣợng alkalinity đủ để phản ứng với lƣợng chất keo tụ cho
vào. Trong trƣờng hợp hàm lƣợng akalinity trong nƣớc thải thấp, ngƣời ta sử
dụng vôi hay soda để bổ sung lƣợng akalinity cho nƣớc thải giúp quá trình keo
tụ đạt hiệu quả cao hơn.
h) Nhiệt độ của nƣớc và hàm lƣợng cặn
Wang et al. (2005) và Trịnh Xuân Lai (2004) cho rằng nhiệt độ của nƣớc
có ảnh hƣởng đến quá trình keo tụ. Khi nhiệt độ của nƣớc tăng thì liều lƣợng
của phèn cần thiết để keo tụ giảm, thời gian và cƣờng độ khuấy trộn giảm
theo. Hàm lƣợng, tính chất cặn cũng ảnh hƣởng đến quá trình keo tụ vì số va
chạm giữa các hạt phụ thuộc vào nồng độ còn hiệu quả va chạm phụ thuộc vào
tính chất phân tán, hoạt tính bề mặt của cặn và phèn. Khi hàm lƣợng cặn tăng
lên thì liều lƣợng phèn cần thiết để keo tụ tăng.
i) Điều kiện khuấy trộn và thời gian khuấy trộn
Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2006) trong quá trình keo tụ, cần thiết phải
tiến hành trộn hóa chất. Hiệu quả của quá trình trộn phụ thuộc vào cƣờng độ
khuấy trộn biểu thị bằng gradient vận tốc (G) và thời gian khuấy trộn (T). Quá
t nh khuấy trộn đƣợc thực hiện theo 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: trộn nhanh trong thời gian ngắn với mục đích khuếch tán
nhanh hóa chất keo tụ, phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo trong nƣớc. Ở giai
đoạn này giá trị gradient vận tốc G thƣờng từ 500 đến 1000 s-1, thời gian
khuấy trộn T thông thƣờng vào khoảng 30 giây đến 120 giây là có thể đạt hiệu
quả.
Giai đoạn 2: khuấy trộn chậm với mục đích làm cho các phần tử kết
bông, phần tử gây đục, gây màu cho nƣớc có điều kiện tiếp xúc với nhau tốt


FeCl3

4,0 – 6,5 và > 8,5

Fe2(SO4)3

3,5 – 7,0 và > 9,0
(Wang et al., 2005 – Trích từ Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)

2.2. Vật liệu PAC trong cải thiện chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp
Thông thƣờng trong cải thiện chất lƣợng nƣớc thải chất keo tụ đƣợc sử
dụng rộng rãi là phèn nhôm, phèn sắt, Al2(SO4)3.FeSO4 (kết tinh), Fe2(SO4)3,
FeCl3, Ca(OH)2 (Unlu, 2009). Ngoài ra, các muối cao phân tử của sắt và nhôm
(phổ biến nhất là PAC) hay các chất hữu cơ cao phân tử cũng đƣợc sử dụng
làm chất keo tụ (Trịnh Lê Hùng, 2009). Những vật liệu keo tụ có thể có nguồn
gốc hóa học hoặc sinh học, đối với các vật liệu có nguồn gốc hóa học có thể
chia làm 3 loại PAC, phèn và Polymer.
2.2.1. Đặc điểm
PAC là loại phèn nhôm tồn tại ở dạng hợp chất cao phân tử (Polymer) có
công thức hóa học là [Al2(OH)nCl6-n]m và có thể tồn tại ở dạng rắn hoặc dạng
lỏng (Blackburn, 2015). PAC dạng rắn là bột màu trắng ngà ánh vàng hoặc
màu vàng nghệ, tan hoàn toàn trong nƣớc. PAC sử dụng để cải thiện chất
lƣợng môi trƣờng nƣớc ở dạng dung dịch 10% hoặc 20%. PAC dạng lỏng có
màu nâu vàng, có thể đựng trong chai hoặc can nhựa để bảo quản lâu dài.
2.2.2. Một số kết quả nghiên cứu
Nghiên cứu của Đào Minh Trung và ctv. (2015) nghiên cứu hiệu quả xử
lý nƣớc thải dệt nhuộm bằng chất trợ keo tụ hóa học và sinh học, kết quả khảo
sát cho thấy khi sử dụng vật liệu keo tụ PAC-HA01T với lƣợng 200 mg/L và ở
pH = 7 cho hiệu quả cải thiện màu là 85,3%; hiệu quả cải thiện COD là 57,8%

bỏ màu và COD đạt lần lƣợc là 87,3% và 90%.
Kết quả nghiên cứu của Mohamed et al. (2014) cho thấy 6 g/L phèn
nhôm loại bỏ 90% màu nhuộm, khi tăng lƣợng chất keo tụ PAC từ 0,8 g/L đến
2 g/L hiệu suất loại màu tăng từ 98% lên 100%. Kết quả nghiên cứu cũng cho
thấy tiếp tục tăng lƣợng chất keo tụ sau lƣợng tối ƣu không gia tăng hiệu suất
loại màu.
2.3. Tổng quan về vật liệu keo tụ có nguồn gốc từ sinh học
Thuật ngữ Biogum dùng để chỉ gum ly trích từ thực vật, gum đƣợc định
nghĩa là những polysaccarit có cấu tạo gồm nhiều đơn vị đƣờng liên kết với
nhau tạo thành những phân tử lớn với thành phần không đồng nhất, khi bị thủy
phân gum tạo thành những đơn vị đƣờng đơn giản nhƣ arabinose, galactose,
glucozơ, manozơ, xylozơ hay axit uronic. Gum có nhiều trong tự nhiên và
thƣờng đƣợc tìm thấy ở các loài thực vật bậc cao, gum có ƣu điểm dễ phân
hủy sinh học, chi phí chế tạo thấp, sẵn có trong tự nhiên và an toàn sinh học
(Albuquerque et al., 2016).
11


Theo kết quả nghiên cứu của Gherca (2011) và Pui (2011), kết quả
nghiên cứu này cho thấy hai nhóm dao động mạnh tại khoảng 409 cm-1 và
trong khoảng 594 cm-1 tƣơng ứng với dao động mạnh bên trong của hợp chất
có cấu trúc tứ diện phối hợp với bát diện trong cấu trúc spinel. Sự khác nhau
trong độ truyền qua giữa các đặc tính dao động có thể đƣợc cho là độ dài liên
kết của oxy với các ion kim loại trong các lỗ trống bát diện ngắn hơn độ dài
liên kết của oxy với các ion kim loại trong lỗ trống tứ diện.
2.3.1. Phương pháp chế tạo vật liệu sinh học Biogum
Phƣơng pháp chung để chiết tách polysaccarit từ thực vật là phƣơng
pháp hòa tan với các kỹ thuật hòa tan trong nƣớc cất hoặc hòa tan trong dung
dịch nƣớc muối 1% (NaCl, KCl…) hoặc hòa tan trong dung dịch axit axetic
1% (Montakhab, 2010; Pawar, 2011; Nguyễn Kim Phi Phụng, 2010). Sau khi

quả nhất bằng việc điều chỉnh điều kiện thí nghiệm (tác chất hoặc nhiệt độ
phản ứng). Với phƣơng pháp đồng kết tủa: chất gốc là các muối vô cơ nhƣ
FeCl2, FeCl3, FeSO4, … đƣợc hòa tan trong môi trƣờng nƣớc, sau đó đƣợc cho
phản ứng với dung dịch bazơ nhƣ KOH, NaOH, NH4OH và chất oxi hóa nhẹ,
… để tạo kết tủa. Sản phẩm kết tủa đƣợc lọc rửa sạch bằng nƣớc cất và đƣợc
làm khô ở nhiệt độ 40 - 60oC trong chân không. Các hạt đƣợc tổng hợp có kích
thƣớc từ vài nanomet đến vài chục nanomet. Bằng cách thay đổi các yếu tố
nhƣ tỉ lệ vật liệu ban đầu, trạng thái oxy hóa, pH dung dịch, lực ion, … kích
thƣớc hạt có thể đƣợc kiểm soát từ 2 – 15 nm (Laurent et al., 2008).
2.3.2.2. Phƣơng pháp sol - gel
Phƣơng pháp sol - gel tạo ra các hợp chất ở dạng khối, siêu mịn, màng
mỏng và sợi. Phƣơng pháp này bao gồm hai loại phản ứng cơ bản là phản ứng
thủy phân và Polymer hóa ngƣng tụ. Hạt đƣợc tạo thành tồn tại ở dạng gel.
Quá trình tạo sol bao gồm sự hòa tan các ion kim loại hoặc các oxit kim loại
kiềm, các muối kim loại hữu cơ trong dung môi rƣợu hoặc các muối kim loại
vô cơ trong dung môi nƣớc (Hasany et al., 2012; Laurent et al., 2008).
2.3.2.3. Phƣơng pháp vi nhũ
Vi nhũ là một phƣơng pháp phổ biến để chế tạo hạt nano. Vi nhũ là sự
phân tán của chất lỏng trong một chất lỏng khác, vi nhũ nƣớc trong dầu bao
gồm các giọt nƣớc có kích thƣớc nano phân tán trong pha dầu và đƣợc ổn định
bằng màng phân cách của các chất hoạt động bề mặt. Trong phƣơng pháp này,
các hạt dung dịch nƣớc bị bẫy bởi các phân tử hoạt động bề mặt phân tán trong
pha dầu liên tục. Các hốc hoạt hóa bề mặt tạo ra sự giới hạn về không gian,
làm cho sự hình thành và phát triển các hạt nano bị hạn chế. Do đó các hạt
nano đƣợc tạo thành rất đồng nhất (Hasany et al., 2012).

2.3.2.4. Phƣơng pháp thủy nhiệt
Phƣơng pháp thủy nhiệt đƣợc sử dụng rộng rãi để chế tạo nhiều loại cấu
trúc nano của cả vật liệu hữu cơ và vô cơ. Phản ứng đƣợc thực hiện trong môi
trƣờng nƣớc trong bình phản ứng hoặc nồi chƣng áp ở áp suất cao hơn 2000

Yu-Li et al. (2006), Thitame et al. (2016) cho rằng đặc tính của nƣớc thải dệt
nhuộm hầu hết là các hợp chất từ dẫn xuất phenol, dẫn xuất anilin, axit hữu cơ
và các dẫn xuất benzen, với nồng độ ô nhiễm tùy thuộc vào công nghệ nhuộm.
Mặt khác trong quá trình sản xuất có rất nhiều hóa chất độc hại đƣợc sử
dụng để sản xuất tạo màu, nhƣ phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện
ly, chất ngậm, chất tạo môi trƣờng, tinh bột, men, chất oxy hóa… (Kumar,
2017; Unlu et al., 2009; Ahmad et al., 2002). Bên cạnh đó, trong quá trình sản
xuất, hiệu quả hấp phụ thuốc nhuộm chỉ đạt từ 60 - 70%, các phẩm nhuộm
thừa còn lại ở dạng nguyên thủy hay ở dạng phân hủy và các chất này thƣờng
có chứa các ion kim loại nặng.
Nếu nƣớc thải chƣa đƣợc xử lý hoặc xử lý chƣa đạt tiêu chuẩn xả thải ra
nguồn tiếp nhận, hóa chất có trong nƣớc thải sẽ gây chết hệ vi sinh vật có lợi
trong nguồn tiếp nhận, làm chết cá và các loại động vật sống dƣới nƣớc, các
chất độc này còn có thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hƣởng tới nguồn
nƣớc ngầm, ảnh hƣởng đến đời sống của con ngƣời. Nƣớc thải dệt nhuộm
thƣờng có độ màu rất lớn, thay đổi thƣờng xuyên tùy loại thuốc nhuộm và có
nhiệt độ cao nên cần phải đƣợc xử lý triệt để trƣớc khi thải ra nguồn tiếp nhận
(Hussein, 2013).

14