ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
ĐHBK
TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỰC IN BẰNG PHƯƠNG
PHÁP KEO TỤ VÀ PHẢN ỨNG OXY HÓA
FENTON – C.TY GIẤY BAO BÌ VIỆT TRUNG
Mơn học: Q trình hóa học và hóa lý trong cơng nghệ Mơi Trường
CBGD:

PGS.TS Nguyễn Văn Phước

HVTH:
Đặng Phước Ân
Kiên Hùng

- 02508593
- 02508597

Lê Quang Huy

- 02508599

Trần Bảo Phúc

- 02508613

Phạm Nguyên Bình

- 02508595

1


NỘI DUNG BÁO CÁO

I. TỔNG QUAN
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỰC IN
III. KẾT LUẬN

2


I. TỔNG QUAN

1. TỔNG QUAN NGHÀNH IN
2. TỔNG QUAN VỀ C.TY BAO BÌ GIẤY VIỆT HƯNG
3. MỤC TIÊU
4. GIỚI HẠN

3


1.TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH IN
• Q trình phát triển của ngành in, đặc biệt là kỹ thuật in, chúng
ta chia lịch sử phát triển qua 3 thời kì: Cổ đại, Trung cổ, Cận Hiện đại
• Các phương pháp in được sử dụng cho đến ngày nay như in

Flexo, Typo, Offset, in Ống Đồng, v.v… Ngành in ngày càng mở
rộng quy mô, việc sản xuất sách trong các thư viện phát triển và
mang tính thương mại.

•

Việc cơng nghiệp hóa mạnh mẽ ngành in do nhu cầu xã hội
mang đến hệ quả là cũng như các ngành khác, ngành in thải vào
môi trường một lượng lớn chất thải có thành phần phức tạp.

• Vật liệu in: giấy in và mực in.
4


1.TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH IN (tt)
• Sơ lược về mực in (nhân tố gây ơ nhiễm chính)
- Cấu trúc mực in cơ bản gồm chất tạo màu và dầu liên kết.
- Chất tạo màu thường là các pigment không tan trong nước và những dung
môi thông thường.
- Dầu liên kết được xem là pha lỏng của mực in tao ra độ kết dính mực in trên
bề mặt vật liệu in.
- Mực in cơ bản có hai loại là mực in gốc dầu và mực in gốc nước. Công nghệ
in với mực in gốc dầu cho chất lượng bản in cao và ít gây ơ nhiễm mơi trường
do việc thiết kế tuần hồn mực in rất tốt. Trong khi đó mực in gốc nước mới có
giá thành rẻ hơn, in trên bao bì carton là chủ yếu và khơng thể tuần hồn mực
và phải thải ra mơi trường.
- Một số nhóm màu thường dùng trong mực in như: azo, aril kim loại, xanten,
ptaloxianyl… trong đó nhóm màu azo được sử dụng rộng rãi nhất.
 Đề tài nghiên cứu công nghệ in Flexo với mực in gốc nước in trên carton
gợn sóng.


5


2. TỔNG QUAN VỀ C.TY BAO BÌ
GIẤY VIỆT TRUNG
Cơng ty bao bì giấy Việt trung tọa lạc tại Đường 2B, Khu Cơng nghiệp Vĩnh
Lộc, huyện Bình Tân, TP Hồ Chí Minh.
Chuyên thiết kế, tạo mẫu và in bao bì giấy các loại, đặc biệt là thùng
carton.

Hoạt động sản xuất của công ty:
 Nguyên liệu sản xuất chủ yếu là giấy, máy in và mực in trong đó
giấy in được cung cấp trong nước.



Công ty sản xuất với hai công nghệ in là Flexo và Offset. In
Flexo chủ yếu in trên thùng carton cịn in Offset in trên các bao bì
nhỏ có và địi hỏi chất lượng in cao hơn.
6


2. TỔNG QUAN VỀ C.TY BAO BÌ
GIẤY VIỆT TRUNG (tt)
. Nhu cầu sữ dụng nước của cơng ty
Mục đích sử dụng
-Sinh hoạt
-Sản xuất (rửa khoang mực in).
-Xử lý nước thải

-Rửa phân xưởng

Lưu lượng (m3/ngày
đêm)
30
2
3
0,5

7


2. TỔNG QUAN VỀ C.TY BAO BÌ
GIẤY VIỆT TRUNG (tt)
. Cơng nghệ sản xuất:
Giấy

Tạo gợn sóng

In

Cắt rãnh

May kim / dán keo

Thành phẩm

8



2. TỔNG QUAN VỀ C.TY BAO BÌ
GIẤY VIỆT TRUNG (tt)
. Hiện trạng môi trường của Công ty

Sơ đồ lưu phát thải

9


2. TỔNG QUAN VỀ C.TY BAO BÌ
GIẤY VIỆT TRUNG (tt)
. Hiện trạng môi trường của Công ty (tt)
- Nước thải:
Nước thải sinh hoạt được xử lý bằng bể tự hoại, lưu lượng cũng
không lớn do mỗi ca sản xuất chỉ có khoảng 140 cơng nhân.
Nước thải phát sinh chủ yếu từ khâu rửa máy in với Q = 5 m3/nđ, vào
những giai đoạn cao điểm như lễ tết, lượng nước thải tăng lên đến 10 m3/nđ.
Thành phần, tính chất nước thải như sau:
Số
TT

CHỈ
TIÊU

ĐƠN
VỊ

GIÁ TRỊ

TCVN 5945-1995 (B)


1

pH

-

6,34

5,5 – 9

2

SS

mg/L

2.750

100

3

COD

mg/L

16.780

100


4

BOD5

mg/L

3100

50

5

Tổng N

mg/L

56,5

60

6
Tổng P
mg/L
0,3
6
 Nước thải mực in có màu đen nồng độ ơ nhiễm cao, thành phần chất hữu cơ
cao do có mực in, khó phân hủy sinh học (BOD5/COD=0,18 < 0,5).

10



2. TỔNG QUAN VỀ C.TY BAO BÌ
GIẤY VIỆT TRUNG (tt)
. Hiện trạng môi trường của Công ty (tt)
(*) Tác hại của nước thải mực In đối với Môi trường
Độ màu cao do dư lượng mực in đi vào nước thải gây màu cho
nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy
sinh, ảnh hưởng tới cảnh quang. Các chất độc nặng có khả năng tích tụ
trong cơ thể sinh vật với hàm lượng tăng dần theo chuỗi thức ăn trong hệ
sinh thái nguồn nước, gây ra một số bệnh mãn tính đối với người và động
vật.
Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan
trong nước, ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh.

11


3. MỤC TIÊU
- Áp dụng phương pháp xử lý hóa lý cho nước thải mực in
thay vì chỉ pha lỗng rồi thải ra Môi trường.
- Xác định hiệu quả xử lý quá trình keo tụ tách bùn đối với
nước thải của ngành in bao bì.
- Xác định hiệu quả xử lý chất hữu cơ của q trình oxy hóa
Fenton, xem xét khả năng xử lý sinh học nước thải mực in.
- Đề xuất cơng nghệ xử lý thích hợp, thiết kế chi tiết hệ thống
xử lý nước thải cho Công ty bao bì giấy Việt Trung.
12



4. GIỚI HẠN

- Nước thải sử dụng để nghiên cứu là nước thải lấy từ Cơng
ty bao bì giấy Việt Trung, Đường 2B, Khu Cơng nghiệp Vĩnh
Lộc, quận Bình Tân, TP Hồ Chí Minh.
- Các mơ hình thí nghiệm keo tụ và thí nghiệm oxy hóa
Fenton được thực hiện tại Phịng Thí nghiệm Cơng ty bao bì
giấy Việt Trung.
- Mẫu nước thải được phân tích tại Phịng thí nghiệm Cơng
ty bao bì giấy Việt Trung. Các chỉ tiêu phân tích bao gồm pH,
BOD5, COD, SS, độ màu, tổng Nitơ, tổng Phosphore.
13


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LY ÁP
DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỰC IN

1. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM
2. PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ
3. PHƯƠNG PHÁP CƠ ĐẶC
4. Q TRÌNH OXI HĨA FENTON

14


1. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM
- Ưu điểm :
+ Có khả năng loại các chất độc hữu cơ khơng có khả năng phân hủy

sinh học.

+ Hiệu quả xử lý cao
+ Kiểm sốt được các q trình nên dễ vận hành
+ Kích thước hệ thống xử lý nhỏ
+ Có thể tự động hóa hồn tồn
+ Có thể thu hồi các chất khác nhau
+ Không cần theo dõi hoạt động của vi sinh

- Nhược điểm:
+ Không thể xử lý triệt để các chất gây ô nhiễm mà chỉ chuyển chúng

từ dạng ô nhiễm này sang dạng ô nhiễm khác.
+ Tiêu tốn nhiều hóa chất, năng lượng.
+ Một vài phương pháp địi hỏi chi phí đầu tư cao

15


2. PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ
- Keo tụ là quá trình làm mất tính ổn định
của hệ keo trong mơi trường nước, tăng kích thước
các hạt cặn phân tán trong nước, tạo thành dạng
bơng dễ lắng. Trong q trình keo tụ, lượng chất lơ
lửng, mùi, màu sẽ giảm xuống. Ngoài ra các chất như
silicar, hydrat cacbon, chất béo, dầu mỡ và lượng lớn
vi khuẩn cũng bị loại bỏ.
Hình 2.2 – Cơ chế quá trình
keo tụ

- Ngun tắc : tạo thành các bơng hydroxit kim loại tích điện dương hút các hạt
keo và hạt lơ lửng tích điện âm

- Chất keo tụ thường dùng là các muối sunfat nhôm, sunfat sắt và clorua sắt, …
Khi cho muối nhôm vào nước chúng sẽ tác dụng với io bicacbonat có trong nước
và tạo thành hydroxyt ở dạng keo:
Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 → 2 Al(OH)3 ↓ + 3CaSO4 + 6 CO2↑
Nếu trong nước không đủ độ kiềm, phải tăng kiềm bằng cách thêm xút, khi đó:
Al2(SO4)3 + 6 NaOH
2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4
Khi dùng các muối sắt sẽ tạo thành các hydoxyt sắt dạng không tan:
16
FeSO4 + 2 NaOH Na2SO4 + Fe(OH)2


2. PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ (tt)
Chất keo tụ
(alum or iron)
Chất kiềm

Trợ keo tu
(polymer)
Tới lọc

Nước thô

Bể lắng

Hạt keo

Mất ổ định

KEO TỤ


Hình thành keo

TẠO BÔNG

LẮNG

17


2. PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ (tt)
CHỌN CHẤT KEO TỤ THEO:
Thành phần, tính chất hóa lý, giá trị, nồng độ tạp chất trong nước, pH và
thành phần muối của nước.
CÁC GIAI ĐOẠN CỦA Q TRÌNH KEO TỤ:
- Pha trộn hố chất keo tụ vào nước
- Thuỷ phân phèn, làm mất tính ổn định của hệ keo
- Hình thành bơng căn
- Giai đoạn pha trộn và thủy phân phèn diễn ra rất nhanh khỗng 10-2s.
 Hiệu quả của giai đoạn tạo bơng phụ thuộc vào số lần va chạm giữa
các hạt cặn
Để tạo các bông cặn lớn, dễ lắng người ta cho thêm các chất trợ keo tụ.
Đó là các chất cao phân tử tan trong nước và dễ phân ly thành ion. Tuỳ thuộc
vào nhóm ion phân ly mà chất trợ keo tụ có điện tích âm hay dương ( loại anion,
cation, nonion ).
Chất trợ keo tụ thông dụng nhất là polyacrylamit (CH2CHCONH2)2.
Lượng chất trợ keo tụ thường dùng là 1 - 5 g/l.

18



2. PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ (tt)
(*) Quá trình keo tụ chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau :
- pH (keo tụ bằng phèn nhôm pH tối ưu bằng 4,8 - 8,0, hoặc nếu dùng
FeSO4 phải duy trì pH bằng 9 - 11).
- Nồng độ của chất keo tụ.
Liều lượng chất keo tụ PAA: 0,4 – 1 g/m3 , pH < 9
 Liều lượng chất keo tụ xác định bằng thực nghiệm thơng qua thí nghiệm
Jartest
- Bản chất của hệ keo, sự có mặt của các ion khác trong nước thải.
- Thành phần của các chất hữu cơ có trong nước.
- Nhiệt độ

19


2. PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC

Đối với một số loại nước thải như nước thải mực in, do lưu
lượng thải hằng ngày nhỏ và thành phần tính chất phức tạp, hàm lượng
cặn cao, phương pháp cô đặc nước thải thành bùn và xử lý nước thải
sau tách bùn có hiệu quả đáng kể.
Lượng nước thải sau khi tách bùn tối đa khoảng 15 - 30%
lượng nước thải ban đầu tùy thuộc vào thời gian tách nước. Tính chất
nước thải sau khi tách bùn cũng đơn giản hơn, nồng độ ô nhiễm cũng
thấp hơn nên sẽ đơn giản hóa cơng nghệ xử lý phía sau hơn.

20



2. Q TRÌNH OXY HĨA FENTON
ĐỊNH NGHĨA:
Hệ tác nhân Fenton là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị 2 (FeSO4) và H2O2,
chúng tác dụng với nhau tạo ra gốc tự do hydroxyl *OH có khả năng oxi hóa
mạnh
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + *OH + OH-

. Ưu điểm
- Tác nhân H2O2 và muối sắt tương đối rẻ và có sẵn, khơng độc hại, dễ vận
chuyển, dễ sử dụng
- Hiệu quả cao hơn rất nhiều so với H2O2 sử dụng một mình
Khống hóa hồn tồn các chất hữu cơ thành CO2, H2O và các ion vô cơ.
Phạm vi ứng dụng
- Áp dụng quá trình Fenton để phân hủy từng phần, chuyển các chất hữu cơ
khơng thể hoặc khó phân hủy sinh học thành các chất dễ phân hủy sinh học
nhằm áp dụng thuận lợi cho quá trình sinh học kế tiếp

21


CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CỦA FENTON
Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác ion Fe

2+

Quá trình được thực hiện bằng cách thêm xúc tác Fe
Trong phản ứng Fenton, Fe

2+


2+

(FeSO4), sau đó thêm từ từ H2O2.

giữ vai trị khơi mào tạo thành gốc OH*.

OH* là tác nhân oxi hóa chính của hệ Fenton.
pH = 3 ÷ 5, nếu pH quá cao sắt sẽ kết tủa thành Fe(OH)3 và nó sẽ phân hủy H2O2 thành oxy

22


CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CỦA FENTON
Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác ion Fe

2+

Q trình Fenton có thể xảy ra các phản ứng sau

Phương trình phản ứng

HS tốc độ PƯ, k
l.mol-1.S-1

Quá trình

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + * OH + OH-

63


(1)

Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + H+ + *HO2

≤ 3 × 10-3

(2)

3 × 108

(3)

*HO + H2O2 → H2O + *HO2

3,3 × 107

(4)

Fe2+ + *HO2 → Fe3+ + HO2-

1,2 × 106

(5)

2 × 103

(6)

*HO + Fe2+ → Fe3+ + OH-


Fe3+ + *HO2 → Fe2+ + O2 + H+

23


CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CỦA FENTON
Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác ion Fe

2+

Phản ứng (1), (2) và (3) chứng tỏ Fe đóng vai trị là chất xúc tác.
Q trình khử Fe

3+

thành Fe

2+

xảy ra rất chậm so với phản ứng oxi hóa Fe

2+

thành Fe

3+

⇒Fe tồn tại sau phản ứng chỉ ở dạng Fe3+
*
2+

Gốc OH tạo ra có khả năng phản ứng với Fe
và H2O2 (Phản ứng (3) và (4))
*
*
Theo PƯ (4), (5) và (6), nếu H2O2 dư, gốc OH sẽ phản ứng vơí H2O2 tạo ra OOH có khả
năng oxi hóa thấp hơn.

24


CƠ CHẾ PHẢN ỨNG CỦA FENTON
Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác ion Fe

2+

*
OH có khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH) tạo thành gốc hưu cơ có khả năng phản
ứng cao.
*
*
OH + RH → R + H2O
Gốc R* có thể oxi hóa Fe

2+

, khử Fe

3+

và dimer hóa theo các phản ứng sau:


*
2+
3+
R + Fe
→ Fe
+ RH
*
3+
2+
R + Fe
→ Fe
+ “sản phẩm”
*
*
R + R → “sản phẩm” (dimer)

25