BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
--------***---------

TẠ QUANG THỌ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP FENTON
ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
DỆT NHUỘM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TẠ QUANG THỌ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP FENTON
ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
DỆT NHUỘM

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ sở hạ tầng

Tác giả

Tạ Quang Thọ

i

năm 2016


BẢN CAM KẾT
Tên tác giả: Tạ Quang Thọ

Mã số học viên: 1482580210008

Học viên cao học: 22CTN21
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ sở hạ tầng
Khóa học: 22 đợt 2
Tơi xin cam đoan luận văn này hồn tồn do tơi thực hiện, dưới sự hướng
dẫn của PGS.TS. Đoàn Thu Hà. Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ theo
đúng quy định. Kết quả nêu trong luận văn chưa từng được ai cơng bố trong bất
kỳ cơng trình nào.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả

Tạ Quang Thọ

ii

CHƯƠNG 2: CÁC Q TRÌNH OXY HĨA NÂNG CAO, CƠ SỞ LÝ
THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH FENTON VÀ NGHIÊN CỨU KẾT QUẢ
THỰC NGHIỆM .............................................................................................. 34
iii


2.1 CÁC Q TRÌNH OXY HĨA NÂNG CAO ......................................... 34
2.1.1 Định nghĩa ..................................................................................................... 34
2.1.2 Phân loại ........................................................................................................35
2.1.3 Tình hình nghiên cứu và áp dụng các q trình oxy hóa nâng cao hiện
nay

............................................................................................................ 36

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH FENTON ............................. 36
2.2.1 Quá trình Fenton đồng thể ...........................................................................37
2.2.2 Quá trình Fenton dị thể ................................................................................41
2.2.3 Các quá trình Fenton cải tiến: ......................................................................42
2.3 NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH FENTON ..... 47
2.3.1 Ảnh hưởng của độ pH: ................................................................................. 47
2.3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe2+/H2O2 và loại ion Fe (Fe2+ hay Fe3+) .........48
2.3.3 Ảnh hưởng của các anion vô cơ: .................................................................49
2.3.4 Ứng dụng phương pháp Fenton trong xử lý nước thải .............................50
2.4 KẾT QUẢ CÁC THÍ NGHIỆM ĐÃ NGHIÊN CỨU ............................. 52
2.4.1 Xác định các thông số đầu vào ban đầu .....................................................52
2.4.2 Khảo sát sơ bộ ảnh hưởng của pH ..............................................................53
2.4.3 Khảo sát giá trị pH tối ưu .............................................................................55
2.4.4 Khảo sát sơ bộ ảnh hưởng của lượng Fe2+ đến quá trình Fenton .............56
2.4.5 Khảo sát lượng Fe2+ tối ưu cho quá trình Fenton ......................................58
2.4.6 Khảo sát lượng H2O2 sơ bộ cho quá trình Fenton ....................................60

3.4.2. Khái tốn chi phí quản lý .............................................................................95
3.5. Đánh giá hiệu quả môi trường của hệ thống ............................................ 97
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 98
Kết luận: ........................................................................................................ 98
Kiến nghị: ........................................................................................................ 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 100

v


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ tổng qt quy trình dệt nhuộm .................................................... 7
Hình 1.2 Giản đồ nhuộm Cellulose bằng thuốc nhuộm hoạt tính ...................... 16
Hình 1.3: Sơ đồ quy trình nhuộm tại cơng ty ..................................................... 18
Hình 1.4: Sơ đồ qui trình cơng nghệ tổng qt xử lý nước thải nhuộm vải ...... 22
Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải theo quá trình tăng trưởng lơ lửng .. 27
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống xứ lý nước thải theo q trình vi sinh dính bám ....... 28
Hình 2.1: Q trình Fenton điện hóa .................................................................. 43
Hình 2.2: Ảnh hưởng của pH đến sự phân huỷ benzen trong hệ thống Fenton . 46
Hình 2.3: Ảnh hưởng của nồng độ HA ban dầu đến sự phân huỷ benzen trong hệ
thống Fenton cải tiến tại pH = 5 ......................................................................... 47
Hình 2.4: Ảnh hưởng của pH đến sự phân huỷ benzen trong hệ thống Fenton . 48
Hình 2.5: Phương trình đường chuẩn độ màu .................................................... 53
Hình 2.6 Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa hiệu quả xử lý COD và pH ...... 54
Hình 2.7: Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa hiệu quả xử lý COD, độ màu và
pH ....................................................................................................................... 55
Hình 2.8: Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa hiệu quả xử lý COD, độ màu và
lượng phèn .......................................................................................................... 57
Hình 2.9 Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa hiệu quả xử lý COD, độ màu và
lượng phèn .......................................................................................................... 59

Bảng 3.6: Thơng số thiết kế bể trung gian ......................................................... 82
Bảng 3.7: Thông số thiết kế bể lắng ................................................................... 86
Bảng 3.8: Thông số thiết kế bể khử trùng .......................................................... 90
Bảng 4.1: Khái tốn chi phí các cơng trình phải xây dựng ................................ 94

vii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BOD

Biological Oxygen Demand

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

COD

Chemical Oxygen Demand

DO

Dissolved oxygen

HA

Axit Humic


hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nước ta. Ngành dệt nhuộm thu hút
nhiều lao động góp phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nước đang
phát triển khơng có nền cơng nghiệp nặng phát triển mạnh như nước ta. Hầu hết
các nhà máy, xí nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đã có hệ thống xử lý nước thải tuy
nhiên nước thải đầu ra chưa đạt QCVN 13-MT: 2015/BTNMT Quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia về nước thải cơng nghiệp dệt may.
Trong q trình sản xuất ngành dệt nhuộm sử dụng một lượng nước rất lớn
và nguồn phát sinh ra nước thải ở nhiều công đoạn khác nhau, thay đổi theo từng
loại sản phẩm. Nhưng đặc trưng của loại nước thải này là có chứa các chất hữu
cơ có độ pH cao khó phân hủy và nhiều tạp chất độc hại khác như các chất tạo
màu vải, chất ngâm tẩy… Các chất này thường có chứa các ion kim loại hịa tan,
hay kim loại nặng rất khó phân hủy trong mơi trường, có thể gây ơ nhiễm mơi
trường trầm trọng trong thời gian dài. Ngồi ra, nước thải dệt nhuộm thường có
độ màu rất lớn, thay đổi thường xuyên tùy loại thuốc nhuộm và có nhiệt độ cao.
Nếu chưa được xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn mà thải ra ngồi thì các hóa
chất này có thể giết chết vi sinh vật xung quanh, làm chết cá, các loại động vật
sống dưới nước, các chất độc này cịn có thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh
hưởng tới nguồn nước ngầm, bên cạnh đó cịn ảnh hưởng đến đời sống của con
người.
1


Hiện nay, các nhà máy dệt nhuộm tại Việt Nam chủ yếu áp dụng công nghệ
sinh học để xử lý nước thải như cơng nghệ Aeroten bùn hoạt tính truyền thống,
Aeroten theo mẻ, công nghệ vật liệu đệm vi sinh. Tại một số nhà máy có kết hợp
xử lý bằng cơng nghệ sinh học và cơng nghệ hóa học, tuy nhiên việc ứng dụng
cơng nghệ hóa học bằng phương pháp oxy hóa Fenton chưa được áp dụng ở
nước ta.
Việc nghiên cứu, đánh giá hiệu quả phương pháp oxy hóa Fenton trong xử
lý nước thải ngành dệt nhuộm là một hướng mới để đưa cơng nghệ hóa học được

- Đánh giá được hiện trạng của tình hình xử lý nước thải dệt nhuộm tại khu
vực nghiên cứu;
- Đánh giá được kết quả thực nghiệm của phương pháp Fenton để đề xuất
giải pháp nâng cấp hệ thống xử lý nước thải phù hợp cho xí nghiệp dệt nhuộm;
- Đánh giá hiệu quả môi trường của trạm xử lý nước thải cho xí nghiệp dệt
nhuộm.
- Đánh giá được hiệu quả đầu tư của công nghệ xử lý nước thải.

3


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN
XUẤT CỦA CÔNG TY DỆT NHUỘM XUÂN HƯƠNG

1.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM
Nghành dệt là nghành công nghiệp có dây chuyền cơng nghệ phức tạp, áp
dụng nhiều loại hình cơng nghệ khác nhau. Đồng thời trong q trình sản xuất
sử dụng các nguồn ngun liệu, hóa chất và cũng sản xuất ra nhiều mặt hàng có
mẫu mã, màu sắc, chủng loại khác nhau. Tùy theo quy mô của cơ sở dệt nhuộm
tính chất của nguyên liệu, tính chất của sản phẩm, trình độ cơng nghệ mà các
cơng đoạn dệt nhuộm tại các cơ sở khác nhau nhiều hay ít.
Ngun liệu chủ yếu là xơ bơng, xơ nhân tạo để sản xuất các loại vải
cotton, vải pha và len. Ngồi ra cịn sử dụng các ngun liệu như lông thú, đay
gai, tơ tằm để sản xuất các mặt hàng tương ứng.
1.1.1. Các q trình cơ bản trong cơng nghệ dệt nhuộm
Thông thường công nghệ dệt - nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: kéo sợi, dệt
vải và xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hồn thiện vải. Trong đó được chia thành các
công đoạn sau:
Làm sạch nguyên liệu: Nguyên liệu thường được đóng dưới các dạng kiện

Tẩy trắng: Mục đích tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các vết bẩn, làm
cho vải có độ trắng đúng yêu cầu chất lượng. Các chất tẩy thường dùng là natri
clorit NaClO 2 , natri hypoclorit NaOCl hoặc hyrdo peroxyte H 2 O 2 cùng với các
chất phụ trợ. Trong đó đối với vải bơng có thể dùng các loại chất tẩy H 2 O 2 ,
NaOCl hay NaClO 2 .
Nhuộm vải hồn thiện: mục đích tạo màu sắc khác nhau của vải. Thường
sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các hợp chất trợ nhuộm để tạo
sự gắn màu của vải. Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải, đi vào nước thải
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ nhuộm, loại vải cần nhuộm, độ màu
yêu cầu…

5


Thuốc nhuộm trong dịch nhuộm có thể ở dạng tan hay dạng phân tán. Quá
trình nhuộm xảy ra theo 4 bước:
- Di chuyển các phân tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi.
- Gắn màu vào bề mặt sợi.
- Khuyết tán màu vào trong sợi, quá trình xảy ra chậm hơn quá trình trên.
- Cố định màu và sợi.
In hoa là tạo ra các vân hoa có một hoặc nhiều màu trên nền vải trắng hoặc
vải màu, hồ in là một hỗn hợp gồm các loại thuốc nhuộm ở dạng hòa tan hay
pigment dung môi. Các lớp thuốc nhuộm cùng cho in như pigment, hoạt tính,
hồn ngun, azo khơng tan và indigozol. Hồ in có nhiều loại như hồ tinh bột,
dextrin, hồ alginat natri, hồ nhũ tương hay hồ nhũ hóa tổng hợp.
Sau nhuộm và in, vải được giặt lạnh nhiều lần. Phần thuốc nhuộm khơng
gắn vào vải và các hóa chất sẽ đi vào nước thải. Văng khổ, hoàn tất vải với mục
đích ổn định kích thước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử dụng một
số hóa chất chống màu, chất làm mềm và hóa chất như metylic, axit axetic,
formaldehit.


x

x

indigozol)

lụa

thực vật

Trực tiếp

Hồn ngun (

Tơ

Len

x

x

Hoạt tính

x

x

Naphthol


x

Lưu huỳnh

Pigment

Polyamit Polyester

x
x

8


Thuốc nhuộm hoạt tính
Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có cơng thức cấu tạo tổng qt là SF-T-X trong đó: S là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan; F là phần mang
màu, thường là các hợp chất Azo (-N=N-), antraquinon, axit chứa kim loại hoặc
ftaloxiamin; T là gốc mang nhóm phản ứng; X là nhóm phản ứng. Loại thuốc
nhuộm này khi thải vào mơi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được
xem là tác nhân gây ung thư.
Thuốc nhuộm trực tiếp
Đây là thuốc nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ sợi không qua giai đoạn xử lý
trung gian, thường sử dụng để nhuộm sợi 100% cotton, sợi protein (tơ tằm) và
sợi poliamid, phần lớn thuốc nhuộm trực tiếp có chứa azo (mơn, di and poliazo)
và một số là dẫn xuất của dioxazin. Ngoài ra, trong thuốc nhuộm cịn có chứa
các nhóm làm tăng độ bắt màu như triazin và salicylic axit có thể tạo phức với
các kim loại để tăng độ bền màu.
Thuốc nhuộm hoàn ngun
Thuốc nhuộm hồn ngun gồm 2 nhóm chính: nhóm đa vịng có chứa


5.3%

Làm mát thiết bị

6.4%

Phun mù và khử bụi trong các phân xưởng

7.8%

Nước dùng trong các công đoạn công nghệ

72.3%

Nước vệ sinh và sinh hoạt

7.6%

Phịng hỏa và cho các việc khác

0.6%

Nước thải từ cơng nghiệp dệt cũng rất đa dạng và phức tạp, nhu cầu nước
cho cơng nghiệp dệt cũng rất lớn. Từ đó lượng nước thải từ những công nghệ
này cũng rất nhiều.
Hàng len nhuộm, dệt thoi là: 100 - 240 m3/tấn
Hàng vải bông, nhuộm, dệt thoi: 50 - 240 m3/tấn, bao gồm:
Hồ sợi:


Khăn len màu từ sợi polycrylonitrit là 40-140 m3/tấn, bao gồm:
Nhuộm sợi:

30-80 m3

Giặt sau dệt:

10-70 m3

Vải trắng từ polyacrylonitrit là 20-60 m3 .
1.1.4. Các chất gây ơ nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm
Nước thải từ các xí nghiệp dệt nhuộm rất phức tạp, nó bao gồm cả các chất
hữu cơ, các chất màu và các chất độc hại cho môi trường. Các chất gây ơ nhiễm
mơi trường chính có trong nước thải của xí nghiệp dệt, nhuộm bao gồm:
- Tạp chất tách ra từ xơ sợi, như dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, các chất
bẩn dính vào sợi (trung bình là 6% khới lượng xơ sợi).
- Các hóa chất dùng trong q trình cơng nghệ: hồ tinh bột, tinh bột biến
tính, dextrin, aginat, các loại axit, xút, NaOCl, H 2 O 2 , Soda, Sunfit… Các loại
thuốc nhuộm, các chất phụ trợ, chất màu, chất cầm màu, hóa chất tẩy giặt.
Lượng hóa chất sử dụng đối với từng loại vải, từng loại mầu là rất khác nhau và
phần dư thừa đi vào nước thải tương ứng.
- Đối với mặt hàng len từ lông cừu, nguyên liệu là len thô mang rất nhiều
tạp chất (250-600 kg/tấn) được chia thành:
+ 25-30% mỡ (axít béo và sản phẩm cất mỡ, lơng cừu)
+ 10-15% đất và cát
+ 40-60% mưối hữu cơ và các sản phẩm cất mỡ, lông cừu.
Mỗi công đoạn của công nghệ có các dạng nước thải và đặc tính của chúng.

11



Hipoclorit, hợp chất chứa clo,

Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1%

NaOH, tạp chất.

Làm bong
Nhuộm

Độ kiềm cao, chiếm 5%BOD.

NaOH, AOX, axit…

tổng BOD).

Các loại thuốc nhuộm, axitaxetic

Độ màu rất cao, BOD khá cao

và các muối kim loại.

(6% tổng BOD), TS cao.

Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét,

In

Độ màu cao, BOD cao và dầu mỡ.



Sợi

264

114

236

8-11

9-10

9

9-11

TS

mg/l

400-1000

950-1380

420

800-1300

BOD 5


Độ màu

12


Bảng1.4: Nồng độ của một số chất ô nhiễm trong nước thải Dệt nhuộm.
Thành phần

Đặc điểm

pH

2-14

COD (mg/l)

60-5000

BOD (mg/l)

20-3000

PO 4 3- (mg/l)

10-1800

SO 4 2- (mg/l)


98

298

0,25

5000

5,6

1250

350

630

95

76

1,31

Phong Phú

3600

7,5

510


7,2

260

130

230

32

Tên nhà

Q

máy

(m3/t)

Thành Cơng

6500

Thắng lợi

pH

SO 4 2-

PO 4 3-



264

210–320

805–1330

9–11

279–432

549–773

1599–1800

9–10

230–310

143,5

120–400

570-1200

800–1100

9–11

1600


(mg/l)

(mg/l)

Công ty Dệt 8/3

70–135

Công ty dệt Hà Nội

Tên nhà máy

Nhà máy chỉ khâu Hà
Nội
Công ty dệt Minh Khai
Công ty dệt Kim Đông
Xuân
Công ty dệt len Mùa
đông
Công

ty

Thăng Long

dệt

Kim


- Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng rắn. Lượng thải lớn gây tác hại
đối với đời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá
trình trao đổi của tế bào.
- Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước, gây tác hại
đối với đời sống thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nguồn nước.
- Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho
dịng tiếp nhận, ảnh hưởng tới q trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh
hưởng xấu tới cảnh quan.
- Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong
nước ảnh hưởng tới sự sống của các lồi thủy sinh.
1.2. QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CỦA CƠNG TY DỆT
NHUỘM XN HƯƠNG
Cơng ty dệt nhuộm Xuân Hương tọa lạc phía Tây Nam Tp.HCM, thuộc
khu cơng nghiệp Tân Tạo, xã Tân Tạo, huyện Bình Chánh. Ngành nghề kinh
doanh: sản xuất, mua bán các sản phẩm hàng dệt may, nhuộm và hoàn tất vải
Toàn bộ diện tích cơng ty khoảng 10.000 m2. Nơi đây là đầu mối quan
trọng cho việc phát triển kinh tế và giao thơng của các tỉnh miền Tây. Đồng thời
có một vị trí giao thơng rất thuận lợi:
+ Cách trung tâm Tp.HCM khoảng 12 km.
14


+ Cách sân bay Tân Sơn Nhất khoảng 12 km.
+ Cách cảng Sài Gịn khoảng 15 km.
1.2.1. Quy trình sản xuất
1.2.1.1. Nguyên liệu và phẩm nhuộm
* Nguyên liệu: là vải mộc đã được dệt sẵn, nhìn chung các loại vải đều
được dệt từ các loại sợi sau:
- Sợi cotton: được kéo từ sợi bơng vải, có đặc tính là hút ẩm cao, xốp bền
trong môi trường kiềm, phân hủy trong mơi trường axit. Mặt hàng thích hợp với