Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-----***----

----***---Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2011

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hải Nam

MSSV: 09112181

Vũ Tuấn Anh

09112117

Võ Sỹ Dũng

09112133

Chuyên ngành: Công Nghệ Tự Động

Lớp: 09112CL1

Giáo viên hướng dẫn:
Ngày giao đề tài:

Ngày nộp đề tài:

1. Tên đề tài:


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
DỆT BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA.

2. Nội dung thuyết minh và tính tốn:


Nghiên cứu nước thải dệt nhuộm.



Nghiên cứu cơng nghệ plasma.



Tính tốn, thiết kế và chế tạo mơ hình xử lý nước thải dệt nhuộm.
(10m3 /ngày) bằng cơng nghệ plasma.



Đo đạt và kiểm nghiệm.

3. Sản phẩm:


Mơ hình xử lý nước thải.




Tập bản vẽ thiết kế.
Trưởng ngành

Giáo viên hướng dẫn

I


LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp có tính chất rất quan trong đối với sinh viên năm cuối và là rất
cần thiết trước khi tốt nghiệp, nhằm củng cố và bổ sung lại những kiến thức về
chuyên ngành cơ khí chế tạo máy và các mơn học khác có liên quan mà chúng em
đã được học trong khoảng thời gian ngồi trên giảng đường đại học, cũng như những
kinh nghiệm từ thực tế.
Đồ án tốt nghiệp này đã giúp cho chúng em biết vận dụng được đi từ lý thuyết
vào thực tế để có thể nghiên cứu, tính tốn và chế tạo thiết bị ứng dụng trong thực
tế. Qua đó giúp cho chúng em biết được khả năng xử lý tình huống trong thiết kế,
đã cũng cố vững hơn về kiến thức chuyên ngành và kỹ năng làm việc nhóm sao đạt
hiệu quả cao, là một kỹ năng rất cần thiết cho một kỹ sư sau khi ra trường.
Để hoàn thành đồ án này, chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, hỗ trợ từ
thầy cơ, gia đình, người thân và bạn bè.
Mặc dù chúng em cũng đã rất cố gắng hết sức mình, nhưng trong một khoảng
thời gian cho phép, cũng như hạn chế về mặt kiến thức của bản thân, nên đồ án của
chúng em không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Chính vì vậy, chúng em rất mong
nhận được sự góp ý của quý thầy giáo, cô giáo cũng như của bạn bè để chúng em có
thể củng cố kiến thức của mình trước khi ra trường.
Trước tiên chúng em xin chân thành gửi đến tồn thể q thầy cơ trong khoa chất
lượng cao đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt những
năm tháng trên giảng đường đại học lời cảm ơn chân thành nhất.

Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận
tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt đồ án.
Chúng em xin cảm ơn gia đình, những người ln ủng hộ, động viên, tạo điều kiện
thuận lợi cho chúng em trong học tập cũng như trong cuộc sống.
Ngoài ra chúng em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả những người bạn đã cùng chúng em
gắng bó, giúp đỡ trong suốt q trình học tập.
TP. Hồ Chí Minh tháng 7-2013
Võ Sỹ Dũng
Vũ Tuấn Anh
Nguyễn Hải Nam
II


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT
BẰNG CƠNG NGHỆ PLASMA.
Cơng nghệ Plasma đã có lâu đời nhưng hầu hết được dùng trong phịng thí
nghiệm với áp suất thấp.Về việc ứng dụng công nghệ Plasma để xử lý nước thải khu
công nghiệp thì chưa có tổ chức, trung tâm nào nghiên cứu thiết kế và chế tạo.
Hiện nay ở Việt nam, có rất nhiều phương pháp thường được ứng dụng riêng rẽ
hoặc kết hợp để xử lý nước thải trong khu công nghiệp: phương pháp hóa lý,
phương pháp oxy hóa bậc cao, phương pháp sinh học… Q trình xử lý hóa lý với
phương pháp keo tụ-tạo bông, tuyển nổi và hấp phụ thu được hiệu quả cao trong
việc khử độ màu và giảm nồng độ BOD. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp
này là chi phí hóa chất cao và lượng bùn sinh ra lớn. Đối với phương pháp oxy hóa
bậc cao, các chất oxy hóa thường được sử dụng là Chlorine (Cl2), Hydroxy Peroxide
(H2O2), và Ozone (O3), với Cl2 được đánh giá là chất oxy hóa kinh tế nhất. Nhược
điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư và chi phí vận hành cao. Bên cạnh đó,
q trình xử lý sinh học với bùn hoạt tính hiếu khí và kỵ khí cũng có thể được sử
dụng để xử lý với hiệu quả cao, tuy nhiên nhược điểm chính là thời gian xử lý dài.

Nhìn chung các phương pháp xử lý nước thải cổ điển thường có chi phí đầu tư cao
và chiếm nhiều diện tích xây dựng do đó việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp
xử lý xanh sạch và hiệu quả như công nghệ Plasama là hết sức cần thiết.
Nghiên cứu được thực hiện gồm bốn giai đoạn là: (1) nghiên cứu lý thuyết về
công nghệ Plasma, động lực học plasma, q trình ion hóa và oxy hóa và phân hủy
các tạp chất vơ cơ, hữu cơ có trong nước thải, (2) đưa ra nhiều phương án thiết kế
chế tạo mơ hình xử lý thực nghiệm, phân tích ưu nhược điểm của từng phương án,
và cuối cùng chọn phương án tối ưu dựa trên tiêu chí hiệu suất xử lý, tiết kiệm năng
lượng và bảo vệ môi trường, (3) tiến hành thí nghiệm với các điều kiện khác nhau:
cơng suất tiêu hao (dịng điện, điện áp, tần số), kích thước hình dáng buồng Plasma,
(4) phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm và kết luận.

III


ABSTRACT
RESEARCH ON DESIGN AND MANUFACTURE WASTE WATER
TREATMENT SYSTERM BY TEXTILE PLASMA TECHNOLOGY
In the recent year, Plasma technology has been increase significantly and it is
often used in labs with low pressure. However, there is no organizations, centers
study and manufacture it to solve industrial waste.
In Vietnam, there are many methods which are used separately or associatively to
solve waste in industrial area such as physicochemistry, higher oxidation or biology
chemistry. On physicochemistry method, they used flocculation method - creating
cotton, terminal line and absorbing which have possible effects in removal color and
decrease BOD. However, disadvantage of this solution is the high cost and the huge
of mud was created. For methods higher oxidation, some chemical substance are
used as Chlorine (Cl2), Hydroxyls Peroxide (H2O2) and Ozone (O3), but Cl2 is one
of the most substance is used normally because they have lower cost than other.
Besides that, they also have negative side, they are high investment and high cost

for delivery. Another solution is biology chemistry which use activated sludge
xybionic and anaerobic are also used to settle with possible effects, but long time is
disadvantage of this way. Overall, traditional methods need to high cost and quite
large area, so Plasma technology is possible choice to research and apply methods
The Plasma research is divided by 4 part (1) Plasma theory research Plasma
dynamics, oxygen and decompose inorganic and organic admixtures in waste
(2)given that many methods for model experiment, analyses disadvantages and
advantages of each solution and finally, deciding which is the best choice for the
aims: processor performance, energy saving and protect environment (3)experiment
proceed with different conditions: dissipated power(Electric current, electric
tension, frequency, size shapes Plasma’s chamber (4) analyzing and estimating the
result and make conclusion.

IV


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ I
TÓM TẮT ĐỒ ÁN .................................................................................................. III
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. VIII
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ ........................................................................... IX
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................X
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ..................................................................................... 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài:...................................................................................1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.........................................................................2
1.2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 2
1.2.1.1 Đối tượng nghiên cứu. .................................................................... 2
1.2.1.2 Phạm vi nghiên cứu. ....................................................................... 2
1.3 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................2
1.3.1 Cơ sở phương pháp luận. .......................................................................... 2

1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể. ........................................................ 2
1.4 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp............................................................................3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI .......................................... 2
2.1 Phân loại, thành phần và tính chất các loại thuốc nhuộm trong ngành dệt
nhuộm..........................................................................................................................2
2.1.1 Thuốc nhuộm hoạt tính ............................................................................. 2
2.1.2 Thuốc nhuộm trực tiếp .............................................................................. 2
2.1.3 Thuốc nhuộm hoàn nguyên ....................................................................... 2
2.1.4 Thuốc nhuộm phân tán .............................................................................. 2
2.1.5 Thuốc nhuộm lưu huỳnh ........................................................................... 3
2.1.6 Thuốc nhuộm axit ..................................................................................... 3
2.1.7 Thuốc in, nhuộm pigmen .......................................................................... 3
2.2 Tình hình về các nhà máy dệt nhuộm ở TP.HCM............................................3
V


2.2.1 Xử lý nước thải dệt nhuộm tại Tp. Hồ Chí Minh có thể chia làm 3 dạng
chính như sau: .............................................................................................................3
2.2.1.1 Trạm xử lý nước thải có quy mơ nhỏ từ 50-100 m3/ngày. ............. 3
2.2.1.2 Trạm xử lý nước thải có quy mơ trung bình từ 100-1000
m3/ngày.......................................................................................................................3
2.2.1.3 Trạm xử lý nước thải có quy lớn > 1000 m3/ngày. ........................ 3
2.3. Phương pháp xử lý nước thải tại các nhà máy dệt hiện nay
4
2.3.1. Tổng quan về các phưong pháp xử lý nước thải. ..................................... 4
2.3.1.1 Phương pháp cơ học: ...................................................................... 4
2.3.1.2 Phương pháp hóa lý : ..................................................................... 5
2.3.1.3 Phương pháp sinh học: ................................................................... 7
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 10
3.1 Các định nghĩa cơ bản.

10
3.1.1 Ion hoá: ................................................................................................... 10
3.1.2 Năng lượng ion hố:................................................................................ 10
3.1.3 Bậc Ion hóa: ............................................................................................ 10
3.2 Sự tương tác giữa các hạt trong Plasma.........................................................12
3.2.1 Tiết diện hiệu dụng. ................................................................................ 12
3.2.2 Khoảng đường tự do trung bình. ............................................................. 13
3.2.3 Tần số va chạm. ...................................................................................... 13
3.2.4 Va chạm đàn hồi. .................................................................................... 13
3.2.5 Va chạm không đàn hồi. ......................................................................... 14
3.2.5.1 Va chạm không đàn hồi loại 1:..................................................... 14
3.2.5.2 Va chạm khơng đàn hồi loại 2:..................................................... 14
3.3 Q trình tạo chất oxi hoá:.............................................................................14
3.3.1 Tạo ozone: ............................................................................................... 14
3.3.2 Tạo H2O2 ................................................................................................. 15
3.3.3 Tạo gốc *OH có mức oxi hố mạnh: ...................................................... 15
3.4 Q trình oxy hóa...........................................................................................16
3.4.1 Oxy hóa vịng benzene bằng OH* ........... Error! Bookmark not defined.
3.4.2 Oxy hóa vịng benzene bằng Ozon. ........................................................ 17
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ CÔNG NGHỆ . 18
4.1 Yêu cầu đề tài và thông số thiết kế................................................................18
VI


4.1.1 Phương hướng và giải pháp thực hiện: ................................................... 19
4.1.1.1 Phương án 1 .................................................................................. 19
4.1.1.2 Phương án 2 .................................................................................. 19
4.1.2 Phân tích phương án................................................................................ 20
4.1.3 Trình tự cơng việc tiên hành. .................................................................. 20
CHƯƠNG 5:TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

DỆT NHUỘM BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA.................................................21
5.1 Nhận xét.........................................................................................................21
5.2 Chọn vật liệu cho hệ thống.............................................................................21
5.3 Tính tốn cho hệ thống...................................................................................22
5.3.4.1 Mạch điều chỉnh độ rộng xung...........................................................28
5.3.4.2 Mạch điều chỉnh tần số và điện áp.....................................................29
CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO,THỬ...............................................................................31
NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ...........................................................................................31
6.1 Chế tạo, thử nghiệm........................................................................................31
6.2 Đánh giá:.........................................................................................................34

VII


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1: Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải
cơ sở dệt nhuộm........................................................................................................ 18

VIII


DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Hình 4.1: Phương án nước thải sẽ được xử lý trong ống plasma ............................ 19
Hình 4.2: Phương án nước được xử lý trên máng ................................................... 19
Hình 5.1: Biểu đồ đường Paschen ........................................................................... 22
Hình 5.2: Kích thước sơ bộ ống thạch anh .............................................................. 23
Sơ đồ 5.1: Mối quan hệ giữa cột áp và diện tích lỗ.................................................. 24
Hình 5.4: Kích thước thùng chứa............................................................................. 25
Hinh 5.6: Mơ hình khung đỡ.................................................................................... 26
Hình 5.7: Ứng suất của khung được tính bằng phần mềm inventer ........................ 27

Hình 5.8: Tính tốn mạch điều chỉnh độ rộng xung ................................................ 28
Hình 5.9: Chu kỳ một xung ..................................................................................... 28
Hình 5.10: Tính tốn mạch hiệu chỉnh tần số và điện áp ........................................ 29
Hình 5.11: Tính tốn giá trị tần số ........................................................................... 29
Hình 5.12: Bộ biến áp 0-220VAC ........................................................................... 30
Hình 6.1: Thùng chứa nước sau khi chế tạo ............................................................ 31
Hinh 6.2: Máng chứa nước sau khi chế tạo ............................................................. 31
Hinh 6.3: Khung đỡ sau khi chế tạo ........................................................................ 32
Hinh 6.4: Mơ hình hồn chỉnh sau khi lắp ráp ........................................................ 32
Hình 6.5: Bộ biến đổi điện áp cao (Flyback) ........................................................... 33
Hình 6.6: Các ống phóng plasma trước và sau khi chạy thử ................................... 33
Hình 6.7: Kết quả màu sau khi chạy thử.................................................................. 34

IX


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BOD5 Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh học đo ở điều kiện 200C
trong thời gian 5 ngày)
COD Chemical Oxygen Demand ( Nhu cầu ơxy hóa hóa học)
KCN

Khu cơng nghiệp

SS

Suspended Solids (Chất rắn lơ lửng)

PAC


Poly Aluminium Chloride

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TN

Thí nghiệm

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

XLNT

Xử lý nước thải

X


Chương 1: Giới thiệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài:
Dệt nhuộm ở nước ta là ngành công nghiệp có mạng lưới sản xuất rộng lớn với
nhiều mặt hàng, nhiều chủng loại và gần đây tốc độ tăng trưởng kinh tế rất cao.
Trong chiến lược phát triển kinh tế của ngành dệt nhuộm, mục tiêu đặt ra đến năm
2010 sản lượng đạt trên 2 tỉ mét vải, kim ngạch xuất khẩu đạt 3,5 – 4 tỉ USD, tạo ra
khoảng 1 triệu việc làm. Tuy nhiên, đây chỉ là điều kiện cần cho sự phát triển, để

ngành công nghiệp dệt nhuộm phát triển thật sự thì chúng ta phải giải quyết vấn đề
nước thải và khí thải một cách triệt để. Công nghệ dệt nhuộm sử dụng một lượng
nước khá lớn phục vụ cho các công đoạn sản xuất đồng thời xả ra một lượng nước
thải bình quân 12 – 300 m3/tấn vải. Trong đó, nguồn ơ nhiễm chính là từ nước thải
công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy. Nước thải giặt có pH: 9 – 12, hàm lượng chất hữu
cơ cao (có thể lên đến 3000 mg/l), độ màu trên dưới 1000 Pt – Co, hàm lượng TSS
có thể bằng 2000 mg/l.
Theo kết quả phân tích nước thải ở làng nghề dệt nhuộm Vạn Phúc (Hà Tây) thì
chỉ số BOD là 67 – 159mg/l; COD là 139 – 423mg/l; TSS là 167 – 350mg/l, và kim
loại nặng trong nước như Fe là 7,68 mg/l; Pb là 2,5 mg/l; Cr6+ là 0.08 mg/l. Theo số
liệu của Sở Tài nguyên Mơi trường Thái Bình, hàng năm làng nghề Nam Cao sử
dụng khoảng 60 tấn hóa chất các loại như ơxy già, nhớt thủy tinh, xà phòng, bồ tạt,
Javen, thuốc nhuộm nấu tẩy và in nhuộm. Các thông số ô nhiễm môi trường ở Nam
Cao cho thấy hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải cao hơn tiêu chuẩn cho
phép 3,75 lần, hàm lượng BOD cao hơn tiêu chuẩn cho phép tới 4,24 lần, hàm
lượng COD cao hơn tiêu chuẩn cho phép 3 lần.
Thực chất, tiêu chuẩn Greentrade Barrier - tiêu chuẩn thương mại “xanh”, cũng
chính là một rào cản thương mại xanh. Rào cản thương mại xanh được áp dụng đối
với hàng may mặc là đòi hỏi các sản phẩm phải đáp ứng được các tiêu chuẩn sinh
thái quy định, an toàn về sức khỏe đối với người sử dụng, không gây ô nhiễm môi
trường trong sản xuất, bắt buộc các nhà xuất khẩu phải tuân thủ. Như vậy là, trong
cuộc cạnh tranh quyết liệt sau khi hạn ngạch dệt may được rỡ bỏ và một số tiêu
1


Chương 1: Giới thiệu

chuẩn được các thị trường EU, Mỹ, Nhật... Áp dụng, thì rào cản thương mại “xanh”
là một thách thức, trở ngại lớn đối với tất cả các nước xuất khẩu hàng dệt may.
Chính vì những u cầu hết sức cấp thiết đó nên trong chuyên đề này nhóm sẽ

đề xuất “Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước thải ngành dệt nhuộm công suất 10
m3/ngày bằng plasma”.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
Từ thành công của đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình thực nghiệm hệ
thống xử lý nước thải khu cơng nghiệp bằng công nghệ Plasma” ,chúng tôi sẽ tiếp
tục tiến hành các thí nghiệm nhằm tìm tham số tối ưu của hệ thống áp dụng trong xử
lý nước thải dệt nhuộm
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dệt thải vừa và nhỏ với yêu cầu đặt ra nước
thải đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN 28:2010/BTNMT cột B nhằm giảm thiểu ô nhiễm
môi trường do nước thải gây ra.
1.2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
1.2.1.1 Đối tượng nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nước thải của các cơ sở dệt nhuộm vừa và nhỏ
trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh có lượng nước thải độc hại, khó phân hủy,
chứa đựng mầm lây lan các bệnh truyền nhiễm nguy hại đến môi trường sống của
sinh vật, thực vật và đặc biệt ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.
Nghiên cứu công nghệ Plasma.
1.2.1.2 Phạm vi nghiên cứu.
Nước thải nhà máy dệt
Kiểm nghiệm các chỉ tiêu quan trọng đó là COD, BOD, pH, SS, độ màu, thêm
tiêu chuẩn nước thải dệt nhuộm.
1.3 Phương pháp nghiên cứu.
1.3.1 Cơ sở phương pháp luận.
Đồ án dựa trên cơ sở lý thuyết về vật lý plasma, động lực học plasma.
1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể.
 Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu.
 Phương pháp phân tích đánh giá.
2



Chương 1: Giới thiệu

 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia.
1.4 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp bao gồm sáu chương, trong đó chương một và hai là
giới thiệu tổng quát về đề tài đang nghiên cứu, chương ba là sơ lược cơ sở lý thuyết,
chương bốn là phương hướng và giải pháp, chương năm là đề xuất cơng nghệ tính
tốn thiết kế, chương sáu là chế tạo thực nghiệm, kiểm nghiệm, đánh giá.

3


Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1.

Phân loại, thành phần và tính chất các loại thuốc nhuộm trong ngành

dệt nhuộm
2.1.1. Thuốc nhuộm hoạt tính
Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có cơng thức cấu tạo tổng quát là S-F-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.
2.1.2. 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.
2.1.3. Thuốc nhuộm hoàn ngun
Thuốc nhuộm hồn ngun gồm 2 nhóm chính: nhóm đa vịng có chứa nhân
antraquinon và nhóm indigoit có chứa nhân indigo. Cơng thức tổng qt là R=C-O;
trong đó R là hợp chất hữu cơ nhân thơm, đa vòng. Các nhân thơm đa vòng trong
loại thuốc nhuộm này cũng là tác nhân gây ung thư, vì vậy khi khơng được xử lý,
thải ra mơi trường, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
2.1.4. Thuốc nhuộm phân tán
Nhóm thuốc nhuộm này có cấu tạo phân tử tư gốc azo và antraquinon và nhóm
amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm các loại sợi tổng hợp (sợi
axetat, sợi polieste…) không ưa nước.

2


Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

2.1.5. Thuốc nhuộm lưu huỳnh
Là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, zin… trong đó có cầu
nối –S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và viscose.
2.1.6. Thuốc nhuộm axit
Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có cơng thức là R-SO3Na
khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu. Các thuốc nhuộm này
thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquinon, triaryl metan…
2.1.7. Thuốc in, nhuộm pigmen
Có chứa nhóm azo, hồn ngun đa vịng, ftaoxianin, dẫn suất của antraquinon…
2.2. Tình hình về các nhà máy dệt nhuộm ở TP.HCM
2.2.1. Xử lý nước thải dệt nhuộm tại Tp. Hồ Chí Minh có thể chia làm 3

dạng chính như sau:
2.2.1.1. Trạm xử lý nước thải có quy mơ nhỏ từ 50-100 m3/ngày.
Trạm xử lý nước thải có quy mơ nhỏ từ 50-100 m3/ngày, chỉ áp dụng cho những
cơ sở dệt nhuộm nhỏ, vốn đầu tư cịn hạn chế nên cơng nghệ xử lý chỉ là keo tu,
tạo bơng, lắng do đó chất lượng nước thải sau xử lý không đảm bảo, phần lớn là
không đạt tiêu chuẩn môi trường.
2.2.1.2. Trạm xử lý nước thải có quy mơ trung bình từ 100-1000
m3/ngày.
Trạm xử lý nước thải có quy mơ trung bình từ 100-1000 m3/ngày, phần lớn là do
các doanh nghiệp có vốn đầu tư tương đối lớn, có diện tích mặt bằng rộng do đó
xây dựng hệ thống tương đối hoàn chỉnh bao gồm các quá trình xử lý như : Xử lý
cơ học, xử lý sinh học, xử lý hoá lý. Chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn
xả ra nguồn tiếp nhận.
2.2.1.3. Trạm xử lý nước thải có quy lớn > 1000 m3/ngày.
Trạm xử lý nước thải có quy mơ lớn > 1000m3/ngày, là những trạm xử lý có cơng
nghệ hồn chỉnh. Kết hợp các quá trình xử lý cơ học, sinh học và hoá lý, trang bị
các thiết bị xử lý hiện đại, các thiết bị quan sát điều khiển tự động và kinh phí đầu
tư lớn. Chất lượng nước thải sau xử lý đảm bảo đạt tiêu chuẩn xả ra nguồn tiếp
nhận. Các đơn vị có trạm xử lý nước thải có quy mơ lớn như : Cơng ty dệt may
Thành Công công suất 5000 m3/ngày.
3


Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

2.3.

Phương pháp xử lý nước thải tại các nhà máy dệt hiện nay

Nước thải thường chứa nhiều tạp chất có bản chất khác nhau.Vì vậy, mục đích

của việc xử lý nước thải là khử các tạp chất sau cho nước sau khi xử lý đạt tiêu
chuẩn chất lượng ở mức chấp nhận cho phép thải vào nguồn tiếp nhận. Các phương
pháp chung nhất mà ta thường dùng để xử lý mọi loại chất thải được áp dụng là
phương pháp cơ học, hóa lý, sinh học. Trong thực tế tùy theo từng loại nước thải
mà ta có thể áp dụng để đạt hiệu quả xử lý tối ưu và chi phí xử lý tối thiểu.
2.3.1. Tổng quan về các phưong pháp xử lý nước thải.
2.3.1.1. Phương pháp cơ học:
nhằm để tách các tạp chất khơng hịa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi
nước thải.Thiết bị chắn rác: có chức năng chắn giữ những rác bẩn thô (giấy,rác,...)
nhằm đảm bảo cho máy bơm, các cơng trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động
ổn định. Song và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới
đan bằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ...tùy theo kích cỡ các mắt lưới hay khoảng
cách giữa các thanh mà ta phân biệt loại chắn rác thơ, trung bình hay rác tinh.Thiết
bị nghiền rác: có nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnh nhỏ lơ
lửng trong nước thải để không làm tắt ống, không gây hại cho bơm.Bể điều hòa:
dùng để điều hòa lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả các cơng trình
xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau khi xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị
sau này. Bố trí bể điều hịa có thể là bể điều hịa trên dịng thải hay ngồi dịng thải
xử lý, vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ
thống xử lý, và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như
đặc tính của nước thải. Có 2 loại bể điều hịa:
Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng
 Bể lắng cát: là loại bỏ cặn thô, nặng như: cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim
loại...nhằm bảo vệ các thiết bị ơ khí dễ bị mài mịn, giảm cặn nặng ở các cơng đoạn
xử lý sau.
 Bể lắng cát ngang: có dịng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể.
Bể có thiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể.
 Bể lắng cát đứng: dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể. Nước được dẫn
theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến
đi lên, trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy.

4


Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

 Bể lắng cát tiếp tuyến: là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải được dẫn vào
bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngồi.
 Bể lắng cát làm thống: để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu quả
xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thơng thường một dàn thiết bị phun khí.
 Bể lắng: là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn khơng hịa tan ra
khỏi nước thải. Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại:
 Bể lắng đợt 1: Được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất
rắn, chất bẩn lơ lửng khơng hịa tan (sau hóa lý).
 Bể lắng đợt 2: Được đặt sau cơng trình xử lý sinh học dùng để lắng các cặn vi
sinh, bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.
 Lọc: để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà các loại
bể lắng không thể loại được. Có nhiều dạng lọc: lọc chân khơng, lọc áp lực, lọc
chậm, lọc nhanh,...việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải.
 Tuyển nổi, vớt dầu mỡ: để tách các tạp chất (dạng hạt rắn hoặc lỏng), các chất
hoạt động bề mặt, dùng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Thực hiện
bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là khơng khí) vào trong pha lỏng, các khí đó
kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo
các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các bọt chứa
hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
2.3.1.2 Phương pháp hóa lý :
Phương pháp keo tụ tạo bơng: hai q trình hóa học này kết tụ các chất rắn lơ
lửng và các hạt keo để tạo nên những hạt có kích thước lớn hơn. Nước thải có chứa
các hạt keo có mang điện tích (thường là điện tích âm). Chính điện tích của nó ngăn
cản khơng cho nó va chạm và kết hợp lại với nhau làm cho dung dịch được giữ ở
trạng thái ổn định. Việc cho thêm vào nước thải một số hóa chất (phèn, ferrous,

Chloride...) làm cho dung dịch mất tính ổn định và gia tăng sự kết hợp giữa các hạt
để tạo thành những bông cặn đủ lớn để có thể loại bỏ bằng q trình lọc hay lắng.
Các chất keo tụ thường được sử dụng là muối sắt hay nhơm có hóa trị 3. Các chất
tạo bông cặn thường được sử dụng là các chất hữucơ cao phân tử như
polyacrilamid, việc kết hợp sử dụng các chất hữu cơ cao phân tử với các muối vô
cơ cải thiện đáng kể khả năng tạo bông.
Phương pháp trung hòa: để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh cho q
trình sinh hóa ở các cơng trình làm sạch và nguồn nước không bị phá hoại của
5


Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

nguồn nước thải có chứa axit hoặc kiềm, tách một số kim loại nặng ra khỏi nước
thải. Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch
kiềm hoặc oxit kiềm (CaCO3 , H2SO4, Na2CO3, HNO3...).
Trung hòa bằng trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm.
Trung hòa bằng cách cho thêm hóa chất vào nước thải (nước thải chứa axit yếu,
nước thải có chứa axit mạnh như HC1, HNO3 và các muối canxi dễ tan trong nước,
nước thải có chứa axit mạnh như H2 SO4 , H2 CO3 và các muối canxi khó tan trong
nước.
Trung hịa nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hịa: chứa
hàm lượng dưới 5mg/l và khơng chứa kim loại nặng. Vật liệu lọc là đá vôi,
magiezit...
Phương pháp tuyển nổi: để tách các tạp chất rắn tan, không tan hoặc lỏng có tỉ trọng
nhỏ hơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền.
 Tuyển nổi phân tán khơng khí bằng thiết bị cơ học: cho phép tạo bọt khí nhỏ.
 Tuyển nổi khơng khí bằng máy bơm khí nén (qua các vòi phun, qua các tấm
xốp).
 Tuyển nổi với tách khơng khí từ nước (tuyển nổi chân khơng, tuyển nổi khơng

áp, tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí nước).
 Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học và hóa học thường ít dùng vì gây ra hiện
tượng đơng tụ sinh học.
 Tuyên nổi sinh học và hóa học làm lượng cặn giảm được 80%.
 Phương pháp hấp thụ: để loại bỏ hết các chất bẩn hòa tan vào nước mà phương
pháp xử lý sinh học và các phương pháp không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ
thường có độc tính cao, có mùi vị và màu khó chịu. Than hoạt tính được dùng phổ
biến để làm chất hấp thụ và hiệu quả hấp thụ từ 58-95%.
 Phương pháp hấp phụ: được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải có chứa kim loại
chất bẩn khác nhau. Có thể dùng để xử lý cục bộ khi trong nước hàm lượng chất
nhiễm bẩn nhỏ và có thể xử lý triệt để nước thải đã qua xử lý sinh học hoặc xử lý
hóa học.
 Hấp phụ trong điều kiện tĩnh
 Hấp phụ trong điều kiện động
6


Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

 Phương pháp trích: là phương pháp tách chất bẩn hịa tan bằng cách đưa vào một
dung môi và khuấy đều các chất bẩn hịa tan vào dung mơi và nồng độ các chất bẩn
trong nước giảm đi. Tiếp tục tách dung môi ra khỏi nước thì nước thải coi như được
làm sạch.
Phương pháp trao đổi: dùng để xử lý nước thải khối các kim loại như Zn, Cu, Ni,
Asen, phóng xạ,...cho phép thu hồi các kim loại có giá trịvà đạt mức độ xử lý cao.
Các chất trao đổi ion có thể là các chất vơ cơ hay hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay
tổng hợp nhân tạo.
 Xử lý bằng màng: việcứng dụng màng để tách các chất phụ thuộc vào độ thấm
của các chất đó qua màng, đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau. Các kỹ
thuật như điện thẩm tách, thẩm thấu ngược, siêu lọc, và các q trình làm thống,

oxy khử ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải.
2.3.1.3. Phương pháp sinh học:
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt
động của vi sinh vật có khả năng phân hóa những hợp chất hữu cơ thành nước,
những chất vơ cơ hay các khí đơn giản. Có 2 loại cơng trình xử lý nước thải bằng
phương pháp sinh học: điều kiện tự nhiên và điều kiện nhân tạo.
 Cơng trình xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên:
 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc: để sử dụng nước thải làm phân bón. Dựa
trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc,
nhờ có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật hiếu khí
hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Quá trình oxy hóa nước thải chỉ
xảy ra ở lớp đất mặt sâu 1.5m. Vì vậy, các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được
xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn 1.5m so với mặt đất.
 Cánh đồng tưới nông nghiệp: là sử dụng nước thải như nguồn phân bón để tưới
lên các cánh đồng nơng nghiệp. Trước khi đưa vào cánh đồng nước thải phải được
xử lý sơ bộ qua song chắn rác, bể lắng cát hoặc bể lắng. Chọn loại cánh đồng tùy
thuộc vào đặc điểm nguồn nước thải và loại cây trồng.
 Hồ sinh học (hồ oxy hóa): là nơi diễn ra q trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu
cơ nhờ các lồi vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác. Theo q trình sinh hóa
hồ sinh học được chia ra làm 3 loại:
 Hồ kỵ khí: dùng để lắng và phân hủy cặn lắng bằng phương pháp sinh học tự
nhiên dựa trên sự phân giải của vi sinh vật kỵ khí.
7


Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

 Hồ kỵ hiếu khí: trong hồ kỵ khí xảy ra 2 quá trình song song là oxy hóa hiếu khí
và phân hủy metan cặn lắng. Nguồn oxy cung cấp chủ yếu là do q trình quang
hợp rong tảo.

 Hồ hiếu khí: Oxy hoá các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí. Có 2 loại: hồ làm
thống tự nhiên cấp oxy chủ yếu do khuếch tán khơng khí qua mặt nước và quang
hợp của các thực vật, hồ làm thoáng nhân tạo cấp oxy bằng khí nén, máy khuấy...
 Cơng trình xử lý sinh học nhân tạo
 Bể lọc sinh học (bể biophin có lớp vật liệu khơng ngập nước): được ứng dụng để
làm sạch một phần hay toàn bộ chất hữu cơ phân hủy sinh học trong nước thải và có
thể đạt chất lượng dịng ra với nồng độ BOD tới 15mg/l. Hiệu suất làm sạch nước
thải phụ thuộc vào các chỉ tiêu sinh hóa, trao đổi khối, chế độ thủy lực, kết cấu thiết
bị. Trong đó, các chỉ tiêu BOD của nước cần làm sạch, chiều dày màng sinh, thành
phần các vi sinh vật sống trong màng...cần được chú ý hơn. Bể lọc sinh học chia
thành các loại: lọc nhỏ giọt (thơng khí tự nhiên); lọc tải trọng cao (thơng khí nhân
tạo) và tháp lọc.
 Bể aerotank: tạo điều kiện hiếu khí cho quần thể vi sinh vật có trong nước thải
phát triển tạo thành bùn hoạt tính sẽ phân hủy các chất hữu cơ và làm sạch nước.
Aerotenk là cơng trình bê tơng cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hình trịn, cũng có
trường hợp người ta chế tạo các Aerotank bằng sắt thép hình trụ khối. Thơng dụng
nhất hiện nay là các aerotank hình bể khối chữ nhật. Nước thải chảy qua suốt chiều
dài của bể và được sục khí, khuấy nhằm tăng cường lượng khí oxi hịa tan và tăng
cường q trình oxi hóa chất bấn hữu cơ có trong nước. Nước thải sau khi đã được
xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng
đi vào aerotank. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là các chất hữu cơ
chưa phải là dạng hòa tan. Các chất lơ lửng là nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh
sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông. Các hạt này dần dần to và lơ lửng
trong nước. Chính vì vậy xử lý nước thải ở aerotank được gọi là quá trình xử lý với
sinh vật lơ lửng của quần thế vi sinh vật. Các bông cặn này cũng chính là bùn hoạt
tính.
 Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxi hóa và
khống hóa các chất hữu cơ chứa trong nước thải. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng
thái lơ lửng và để đảm bảo oxi đủ cho quá trình oxi hóa thì phải ln ln đảm bảo
việc thống gió. Số lượng bùn tuần hồn và số lượng khơng khí cần lấy phụ thuộc

vào độ ẩm và mức độ yêu cầu xử lý nước thải. Thời gian nước lưu trong bể
8


Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

aerotank không quá 12 giờ (thường là 4-8 giờ). Nước thải với bùn hoạt tính tuần
hồn sau khi qua bể lắng đợt 2. Ở đấy bùn lắng một phần đưa trở lại aerotank, phần
khác đưa tới bể nén bùn. Do kết quả của việc sinh sôi nảy nở các vi sinh vật cũng
như việc tách các chất bẩn ra khỏi nước thải mà số lượng bùn hoạt tính ngày một
tăng, số lượng bùn thừa chẳng những khơng giúp ích cho việc xử lý nước thải mà
nếu khơng lấy đi thì sẽ gây trở ngại lớn. Độ ẩm của bùn hoạt tính khoảng 98-99%
trước khi đưa lên bể metan cần làm giảm thể tích. Q trình oxy hóa các chất hữu
cơ xảy ra trong aetotank qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn thứ 1: tốc độ oxy hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxy. Ở giai đoạn này bùn
hoạt tính hình thành và phát triến. Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng,
đặc biệt ở thời gian. Đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú,
lượng sinh khối trong thời gian này rấy nhiều. Sau khi vi sinh vật thích nghi với
môi trường chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân vì vậy lượng tiêu thụ oxy
tăng dần.
Giai đoạn thứ 2: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy cũng ở
mức gần như ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất hữu cơ phân hủy nhiều
nhất. Hoạt lực enzym của bùn hoạt tính trong giai đoạn này cũng đạt tới mức cực
đại và kéo dài trong một thời gian tiếp theo. Điểm cực đại enzym oxi hóa của bùn
hoạt tính thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật)
tới mức ổn định. Qua các thông số hoạt động của aerotank cho thấy giai đoạn oxy
hóa (tốc độ tiêu thụ oxy) rất cao, có khi gấp 3 lần giai đoạn thứ 2.
Giai đoạn thứ 3: sau một thời gian khá dài tốc độ oxy hóa cầm chừng (hầu
như ít thay đổi)và có chiều hướng giảm dần ,độ tiêu thụ oxy tăng lên. Đây là giai
đoạn nitrat hóa các muối amon.

Sau cùng, nhu cầu oxy lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của aerotank
(làm việc theo mẻ). Ở đây cần lưu ý rằng, sau khi oxy hóa được 80- 95% BOD
trong nước thải, nếu khơng khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống
đáy, cần phải lấy bùn cặn ra khỏi nước. Nấu không kịp thời tách bùn nước sẽ bị ô
nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối vi sinh vật trong bùn (chiếm khoảng 70% khối
lượng cặn bùn) sẽ tự phân hủy. Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein cao (60-80%
so với chất khơ), ngồi ra cịn có các hợp chất chứa chất béo, hidratcacbon...khi bị
tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nước.

9


Chương 3: Cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Các định nghĩa cơ bản.
3.1.1 Ion hoá:
Định nghĩa:
Ion là một nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị mất hay thu nhận thêm được một
hay nhiều electron. Một ion mang điện tích âm, khi nó thu được một hay nhiều
electron, được gọi là anon hay điện tích âm, và một ion mang điện tích dương khi
nó mất một hay nhiều electron, được gọi là cation hay điện tích dương. Quá trình
tạo ra các ion gọi là ion hóa.
3.1.2 Năng lượng ion hố:
Năng lượng ion hóa của một ngun tử hay một phân tử là năng lượng cần thiết
để tách một điện tử từ nguyên tử hay phân tử đó ở trạng thái cơ bản. Một cách tổng
quát hơn, năng lượng ion hóa thứ n là năng lượng cần thiết để tách điện tử thứ n sau
khi đã tách (n-1) điện tử đầu tiên.Trạng thái cơ bản chính là trạng thái mà tại đó,
ngun tử khơng chịu ảnh hưởng của bất kỳ một từ trường ngoài nào cả. Tức là 1
nguyên tử kim loại ở trạng thái cơ bản sẽ có dạng khí, và cấu hình electron của nó

cũng là cấu hình cơ bản: tn theo ngun lí Pauli, Ngun lí vững bền và qui tắc
Hund.
3.1.3 Bậc Ion hóa:
Bậc bậc ion hóa là tỉ số giữa nồng độ các hạt mang điện với nồng độ các hạt
khí trong mơi trường.

 
β

n e ,i
n0

: bậc ion hóa.

ne,I : nồng độ các hạt mang điện.
n0 : nồng độ các hạt khí trong mơi trường.
 Để plasma có tính ion hóa mạnh thì:




 eo
 ei
10


Chương 3: Cơ sở lý thuyết

 Để plasma có tính ion hóa yếu thì:





 eo
 ei

 ei: Tiết diện hiệu dụng, đặc trưng cho quá trình tương tác giữa điện tử với ion.
 eo : Tiết diện hiệu dụng, đặc trưng cho quá trình tương tác giữa điện tử với hạt
trung hịa.
 Theo quan điểm nhiệt động học có hai loại là plasma cân bằng và plasma không
cân bằng:
 Plasma cân bằng (hoặc plasma đẳng nhiệt) là trong đó các hạt có cùng nhiệt
độ,trung hịa về điện vì các hạt mang điện mất đi luôn được bù lại do quá trình ion
hóa, nó tồn tại mà khơng cần lấy năng lượng từ bên ngồi.
 Plasma khơng cân bằng (hoặc plasma bất đẳng nhiệt): khơng trung hịa về điện,
nhưng sự phá vỡ trung hịa đó khơng phải là lớn, nó tồn tại cần có năng lượng từ
bên ngồi, nếu khơng nhận được năng lượng từ bên ngồi thì plasma sẽ tự mất đi.
 Vậy điều kiện gần trung hòa là một trong những điều kiện cơ bản của plasma ta
có thể định nghĩa “plasma là một tập hợp các ion, điện tử và các hạt trung hòa tương
tác với nhau và với trường bức xạ”.
 Nếu bỏ qua lực tương tác phân tử ta có:



( Z ie e) 2
r

r

 kT


: khoảng cách trung bình giữa các hạt

 r

1
N

1
3

 N: nồng độ của plasma
 N=ne+ ni
 Xét một hạt bất kỳ: Một lớp điện tích hình cầu sinh ra xung quanh hạt, độ dày
của lớp này phụ thuộc vào nhiệt và nồng độ hạt. Độ dày của lớp tiếp xúc phải giúp

11


Chương 3: Cơ sở lý thuyết

nó chứa đủ số hạt khác dấu, có khả năng làm màn chắn trường cho hạt. Bán kính
của hình cầu đó được gọi là bán kính Debye.
 Thế Coulomb:  0  Z ie e
r

 Thế Debye: 




Z ie e
 r 
exp  
r
 D

 D: là bán kính Debye
r = DThì  0

 Khi



e

 Vậy trường của lớp điện tích bao quanh hạt đã làm màn chắn trường của hạt đó
trên khoảng cách xác định
 Trong trường hợp tổng qt thì bán kính Debye được tính bằng cơng thức
 D

 D 
ie

1
2  2

 KTie

Die  


2
 4 ( Z ie ) nie 

1
2

 Die là bán kính Debye của các thành phần cấu tạo plasma
 Nồng độ hạt:
 N 

1
4 3
D
3

 Công thức này cho thấy rằng để tồn tại màn chắn thì số hạt trái dấu trong hình
cầu bán kính Debye phải đủ lớn.Nhưng nếu bán kính Debye q lớn đến khơng cịn
khả năng làm màn chắn thì lúc này nó khơng còn gọi là plasma. Vậy plasma phải
thỏa mãn điều kiện sau:
 Thỏa mãn điều kiện gần trung hịa.
 Bán kính Debye phải nhỏ hơn nhiều lần so với kích thước của miền chứa tập hợp
đó D<3.2 Sự tương tác giữa các hạt trong Plasma.
3.2.1 Tiết diện hiệu dụng.
Tiết diện hiệu dụng đặc trưng cho quá trình va chạm giữa các hạt với nhau. Sự va
chạm giữa hai hạt khi gặp nhau sẽ xảy ra nếu khoảng cách giữa hai tâm nhỏ hơn
12


Chương 3: Cơ sở lý thuyết

hoặc bằng một khoảng cách cực tiểu nào đó. Khoảng cách cực tiểu này là bán kính
hiệu dụng của sự va chạm. Nếu các hạt có dạng như quả cầu đàn hồi có bán kính là
r1,r2, sự va chạm sẽ xảy ra khi các hạt cách nhau một khoảng nhỏ hơn r1+r2
Khi đó : = (r1+r2)2
3.2.2 Khoảng đường tự do trung bình.
Khoảng đường tự do trung bìnhcủa hạt được xác định như tổng số khoảng cách
của hạt giữa hai va chạm chia cho tất cả số hạt đó.



1
N

3.2.3 Tần số va chạm.
Tần số va chạm là số va chạm trong một đơn vị thời gian.

  vN 

v



3.2.4 Va chạm đàn hồi.
Là va chạm không làm thay đổi tính chất của hạt, là va chạm mà trong đó các hạt
tương tác chỉ lệch đi một góc nhỏ, đóng một vai trị đặc biệt.
Chúng ta dùng khái niệm cổ điển để nghiên cứu va chạm đàn hồi, vì lý thuyết cổ
điển khơng áp dụng được cho các mức năng lượng nguyên tử, nên chỉ áp dụng lý
thuyết cổ điển khi:
2

 h 

  
 mv 

Vậy lý thuyết cổ điển đúng chỉ với năng lượng của hạt va chạm lớn và tiết diện
hiệu dụng biến đổi chậm hơn v-2

13