Đánh giá chất lượng nước thải xi mạ đồng (Cu2+) của chất keo tụ sinh học trích ly từ hạt muồng

Thân Văn Long... Đánh giá chất lượng nước thải xi mạ đồng... 
 128 
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI XI MẠ ĐỒNG (Cu2+) 
CỦA CHẤT KEO TỤ SINH HỌC TRÍCH LY TỪ HẠT MUỒNG 
HOÀNG YẾN 
Thân Văn Long(1), Nguyễn Thanh Quang(1), 
Nguyễn Xuân Thành Nam(2), Đào Minh Trung(1), 
(1) Trường Đại học Thủ Dầu Một; (2)Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM 
Ngày nhận 29/12/2016; Chấp nhận đăng 29/01/2017; Email: trungdm@tdmu.edu.vn 
Tóm tắt 
Nghiên cứu này đã đánh giá hiệu quả xử l nước thải xi mạ nhân tạo với các thông số khảo 
sát ban đầu pH= 7, Cu2+= 25 (mg/l). Chất keo tu trích ly từ hạt cây Muồng Hoàng Yến (Biogum) 
được sử dụng như vật liệu keo tụ và vật liệu keo tụ hóa học PAC. Kết quả khảo sát trên đối 
tượng nước thải xi mạ Cu2+ cho thấy hiệu suất cải thiếc của Biogum ở liều lượng tối ưu đã đạt 
được 84,54% ± 3,36 trong khi PAC đạt chỉ 68,12% ± 0,99. Qua đó cho thấy vật liệu Biogum có 
thể đề xuất nghiên cứu thay thế vật liệu hóa học PAC. 
Từ khóa: nước thải, xi mạ đồng, keo tụ, muồng Hoàng Yến, hóa học, sinh học 
Abstract 
EFFICIENCY IMPROVE COPPER PLATING WASTEWATER QUALITY OF THE 
BIOLOGICAL FLOCCULANTS 
This study evaluated the effect of artificial plating wastewater treatment with initial survey 
parameters pH = 7, Cu2 + = 25 (mg / l). (This is a flocculants extracted from theseeds of Cassia 
fistula) s used as coagulant material and PAC chemical conglomerate. Survey results on Cu2 + 
plating water show that the optimum biogum conversion efficiency was 84,54% ± 3,36 while PAC 
reached 68,12% ± 0,99. This suggests that Biogum could propose a substitute for PAC. 
1. Đặt vấn đề 
Nước thải ngành xi mạ chứa thành phần ô nhiễm kim loại nặng với nồng độ ô nhiễm rất 
cao. Theo Đinh Thị Huyền Nhung (2012), đặc trưng của nước thải ngành xi mạ là chứa hàm 
lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng. Tùy theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm 
chính có thể là đồng, kẽm, crôm, niken, tùy vào loại muối kim loại sử dụng mà nước thải có 
chứa các độc tố như xianua, muối sunfat, crômat, amonium. Theo Sở khoa học - Công nghệ và 
Môi Trường TP.HCM (1998), trong nước thải xi mạ thường có sự thay đổi pH rất rộng từ axit 
thấp (pH = 2–3) đến kiềm cao (pH = 10–11). 
Nước thải sinh ra trong quá trình mạ kim loại chứa hàm lượng độc chất cao nên mức độ 
ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng là đáng kể. Với các kết quả phân tích chất 
lượng nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ tại TP.HCM, Bình Dương, Đồng Nai đều thấy 
hàm lượng kim loại nặng vượt tiêu chuẩn cho phép, COD dao động trong khoảng 320 – 885 
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 
 129 
mg/lít. Ước tính, lượng chất thải các loại phát sinh trong công nghiệp xi mạ trong những năm 
tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm (Đặng Thị Thơm, 2008) và đây là thách thức lớn cho môi 
trường tiếp nhận trong thời gian tới. Qua đó có thể thấy cần có giải pháp về quản lý cũng như 
công nghệ trong cải thiện chất lượng nước nguồn tiếp nhận. 
Bảng 1. Các chỉ số ô nhiễm kim loại nặng của nước thải xi mạ 
Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải chưa xử lý 
QCVN 40 – 2011/BTNMT 
A B 
pH - 3 – 11 6 – 9 5,5 – 9 
Niken (Ni) mg/l 5 – 85 0,2 0,5 
Crôm (Cr VI) mg/l 1 – 100 0,05 0,1 
Kẽm (Zn) mg/l 2 – 150 3 3 
Đồng (Cu) mg/l 15 – 200 2 2 
(Theo Bùi Vân Anh, Phạm Quang Khánh, Đỗ Thị Lương, 2006) 
Với nước thải xi mạ đồng, sau khi mạ sẽ có nhiều màu sắc khác nhau. Quá trình mạ đồng 
thải ra nước có pH thấp đồng thời chứa nhiều muối vô cơ có nồng độ cao (muối sunfat đồng, 
muối amoni, soda, muối photpho), xianua, amoni, axit naptalendisunfonic, hồ tinh bột và chất 
hoạt động bề mặt (Nguyễn Khương, 1997). Do đó, nước thải mạ đồng gây ô nhiễm hệ sinh thái 
nguồn tiếp nhận, do đó cần phải cải thiện chất lượng nước đạt quy chuẩn cho phép xả thải trước 
khi xả nguồn tiếp nhận. 
2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 
 2.1. Đối tượng nghiên cứu 
Nước thải xi mạ đồng nhân tạo được pha chế trong phòng thí nghiệm có thành phần ô 
nhiễm: Cu2+ 25(mg/l), CuSO4.5H2O 0,0977mg. Nước thải nhà máy dùng trong nghiên cứu được mô 
tả ở bảng 2. Vật liệu sinh học (Biogum) được trích li từ hạt cây muồng Hoàng Yến theo phương 
pháp hòa tan trong nước cất. PAC sử dụng nghiên cứu có công thức chung (Aln(OH)mCln_m, 
Poli Alumino Clorua). Một số hóa chất dùng điều chỉnh pH: H2SO4 1N, NaOH 1N. Máy AAS 
(atomic absorption spectrometer), máy đo pH Mettler Toledo; máy đo TDS; thiết bị Jartest. Mô 
hình Jasrtest. 
2.2. Phương pháp nghiên cứu 
Phương pháp lấy mẫu và phân tích: Lấy mẫu theo TCVN 5999:1995. Bảo quản mẫu theo 
TCVN 4556:1988. Phân tích pH theo TCVN 6492:1999. Phân tích kim loại nặng trên máy 
AAS (atomic absorption spectrometer) theo phương pháp phổ hấp thu nguyên tử. Các thí 
nghiệm thực hiện ở nhiệt độ môi trường (25 -32°C), áp suất 1atm và chọn nồng độ cho ion kim 
loại nặng (Cu2+) là 25 mg/L. 
Thí nghiệm 1: Xác định loại PAC tối ưu. 
Bảng 2. Loại PAC sử dụng trong thí nghiệm 
MẪU PVCu PDCu PYCu 
pH Ban đầu Ban đầu Ban đầu 
 PAC (mL) 10 10 10 
Loại PAC PAC 01V PAC 02D PAC 02Y 
Nước thải Cu2+ Cu2+ Cu2+ 
Nồng độ đầu vào (mg/L) 25 25 25 
Thân Văn Long... Đánh giá chất lượng nước thải xi mạ đồng... 
 130 
Chuẩn bị 3 cốc thể tích 1 lít. Mỗi cốc cho 1l nước thải có các thông số pH, nồng độ đầu 
vào (mg/l) được mô tả ở bảng 2. Sau khi thêm vào mỗi cốc hàm lượng chất keo tụ được mô tả ở 
bảng 4, đưa cốc lên thiết bị Jartest tiến hành khuấy nhanh 100 vòng/phút trong vòng 4 phút, 
khuấy chậm 50 vòng/phút trong 4 phút. Sau khi lắng cặn 30 phút, lấy dung dịch xác định nồng 
độ ion kim loại nặng (Cu2+) bằng máy AAS 7000. 
Thí nghiệm 2: Xác định pH tối ưu của PAC và Biogum 
Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ưu của PAC 
Thí nghiệm được tiến hành với giá trị pH biến thiên 2,3,5 với lượng chất keo tụ PAC 
(mL) như ở bảng 3, tổng cộng có 3 nghiệm thức. Tiến hành khuấy trộn nhanh 100 vòng/phút 
trong 4 phút, sau đó khuấy chậm 50 vòng/phút trong 4 phút, sau đó lắng với thời gian lắng 30 
phút. Giá trị pH mong muốn sẽ được điều chỉnh bằng cách cho H2SO4 1N để hạ pH. Sau khi thí 
nghiệm thu mẫu phân tích, lấy mẫu nước trong đo nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+), so sánh 
hiệu xuất loại bỏ nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+) của mỗi cốc để xác định được cốc có giá trị 
pH tốt nhất → pH tối ưu. 
Bảng 3. Thí nghiệm xác định pH tối ưu cho vật liệu hóa học PAC 
Mẫu Cu2+ PCu H1 PCu H2 PCu H3 
pH 2 3 5 
Liều lượng PAC (mL) 10 10 10 
Nồng độ đầu vào (mg/L) 25 25 25 
Bố trí thí nghiệm xác định pH tối ưu của Biogum 
Thí nghiệm được tiến hành với giá trị pH biến thiên 2,3,5 với lượng chất keo tụ Biogum 
(ml) như ở bảng 4, tổng cộng có 3 nghiệm thức. Tiến hành khuấy trộn nhanh 100 vòng/phút 
trong 4 phút, sau đó khuấy chậm 50 vòng/phút trong 4 phút, sau đó lắng với thời gian lắng 30 
phút. Giá trị pH mong muốn sẽ được điều chỉnh bằng cách cho H2SO4 1N để hạ pH. Sau khi thí 
nghiệm thu mẫu phân tích, lấy mẫu nước trong đo nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+), so sánh 
hiệu suất loại bỏ nồng độ ion kim loại nặng (Cu2+) của mỗi cốc để xác định được cốc có giá trị 
pH tốt nhất → pH tối ưu. 
Bảng 4. Thí nghiệm xác định pH tối ưu cho vật liệu sinh học Biogum 
Mẫu Cu2+ GCuH1 GCuH2 GCuH3 
pH 2 3 5 
Biogum (mL) 7,5 7,5 7,5 
Nồng độ đầu vào (mg/L) 25 25 25 
Loại PAC PAC tối ưu PAC tối ưu PAC tối ưu 
Thí nghiệm 3: Xác định liều lượng tối ưu của Biogum và PAC trên nước thải giả định 
- PAC 
Bảng 5. Thí nghiệm xác định liều lượng tối ưu cho vật liệu hóa học 
PAC trên nước thải giả định 
Mẫu Cu2+ PCu L1 PCu L2 PCu L3 PCu L4 PCu L5 
pH Tối ưu Tối ưu Tối ưu Tối ưu Tối ưu 
PAC (mL) V1 V2 V3 V4 V5 
Nồng độ đầu vào (mg/L) 25 25 25 25 25 
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 
 131 
Các thí nghiệm nghiên cứu được tiến hành ở điều kiện như các thí nghiệm trước, lượng 
keo tụ PAC (mL) thay đổi như bảng 7, pH tối ưu được chọn từ thí nghiệm 2 và được điều chỉnh 
bằng dung dịch H2S04. Để lắng cặn 30 phút, lấy dung dịch xác định nồng độ ion kim loại nặng 
(Cu2+) bằng thiết bị đo kim loại nặng AAS 7000. 
- Biogum 
Bảng 6. Thí nghiệm xác định liều lượng tối ưu cho vật liệu sinh học 
Biogum trên nước thải giả định 
Mẫu Cu2+ GCuL1 GCuL 2 GCuL 3 GCuL 4 GCuL 5 
pH Tối ưu Tối ưu Tối ưu Tối ưu Tối ưu 
Nồng độ đầu vào (mg/L) 25 25 25 25 25 
Loại PAC tối ưu tối ưu tối ưu tối ưu tối ưu 
 PAC (mL) V1 V2 V3 V4 V5 
Các thí nghiệm nghiên cứu được tiến hành ở điều kiện như các thí nghiệm trước, lượng 
keo tụ Biogum (mL) thay đổi như bảng 8, pH tối ưu được chọn từ thí nghiệm 2 và được điều 
chỉnh bằng dung dịch H2S04. Để lắng cặn 30 phút, lấy dung dịch xác định nồng độ ion kim loại 
nặng (Cu2+) bằng thiết bị đo kim loại nặng AAS 7000. 
3. Kết quả và thảo luận 
3.1. Xác định các thông số vận hành tối ưu 
Xác định loại PAC phù hợp cho nước thải 
Bảng 8. Kết quả phân tích ion kim loại Cu2+ 
ST
T 
Ký 
hiệu 
 PAC 
(mL) 
pH Cu (mg/L) 
Lần 1 Lần 2 Lần 3 
Trung 
bình 
Lần 1 Lần 2 Lần 3 
Trung 
bình 
1 PVCu 10 3,96 4,01 4,03 4,00 26,15 25,90 25,40 25,82 
2 PDCu 10 4,64 4,68 4,50 4,61 23,85 23,60 24,00 23,82 
3 PYCu 10 5,14 5,02 5,00 5,05 15,13 16,40 15,00 15,51 
4 Cu BĐ 0 4,48 4,30 4,45 4,41 25,00 25,00 25,00 25,00 
Đồ thị 1. Xác định loại PAC 
tối ưu dựa vào hiệu suất xử lý 
Kết quả phân tích cho thấy ở mẫu PAC 02Y cho kết quả tốt nhất đạt hiệu quả xử lý là 
42,83% ± 0,77 qua đó cho thấy PAC 02Y phù hợp cho việc thực hiện thí nghiệm. 
Xác định pH tối ưu 
Thân Văn Long... Đánh giá chất lượng nước thải xi mạ đồng... 
 132 
Bảng 9. Kết quả phân t ch ion kim loại – Xác định pH phù hợp của PAC 
ST
T 
Ký hiệu 
PAC 
(mL) 
pH Cu (mg/L) 
Lần 
1 
Lần 
2 
Lần 
3 
Trung 
bình 
Lần 1 Lần 2 Lần 3 
Trung 
bình 
1 PCuH1 10 1,91 1,82 1,87 1,87 24,10 24,80 24,00 24,30 
2 PCuH2 10 2,84 2,94 2,89 2,89 22,76 22,89 23,40 23,02 
3 PCuH3 10 4,28 4,60 4,44 4,44 15,40 16,50 17,01 16,30 
4 PCuH4 10 5,10 5,40 5,60 5,37 19,50 19,60 18,70 19,27 
5 Cu BĐ 0 5,01 5,12 5,07 5,07 25,00 25,00 25,00 25,00 
Bảng 10. Kết quả phân t ch ion kim loại – Xác định pH phù hợp của Biogum 
ST
T 
Ký hiệu 
 Biogum 
(mL) 
pH Cu (mg/L) 
Lần 
1 
Lần 
2 
Lần 
3 
Trung 
bình 
Lần 1 Lần 2 Lần 3 
Trung 
bình 
1 GCuH1 7,5 2,24 2,03 2,01 2,09 22,22 22,31 21,98 22,17 
2 GCuH2 7,5 2,94 2,68 3,01 2,88 21,36 21,04 21,12 21,17 
3 GCuH3 7,5 5,3 5,2 5,1 5,20 15,75 15,47 14,99 15,40 
4 Cu BĐ 0 5,14 5,15 5,1 5,13 25,00 25,00 25,00 25,00 
Đồ thị 2 . Xác định pH tối ưu 
của PAC và Biogum dựa vào 
hiệu suất xử lý kim loại nặng 
(Cu
2+
) 
Kết quả phân tích ở pH = 5 cho thấy hiệu quả xử lý ion kim loại nặng Cu2+ với Biogum 
và PAC (42,52% ± 1,43; 40,28% ± 3,05) là tốt hơn so với ở pH = 3 (21,00% ± 0,62; 4,7% ± 
2,52) và pH = 2 (17,28% ± 0,64; 1,22% ± 0,55). Nhiều kim loại đã được hấp phụ ở các giá trị 
pH cao hơn của các dung dịch (pH 4 đối với Cr (III) và pH 5 đối với Cu (II) và Zn (II))[8]. 
3.2. Xác định liều lượng tối ưu đối với nước thải giả định 
Bảng 11. Kết quả xử lý ion kim loại – Xác định liều lượng tối ưu của PAC 
STT Ký hiệu 
 PAC 
(mL) 
pH Cu (mg/L) 
Lần 
1 
Lần 
2 
Lần 
3 
Trung 
bình 
Lần 1 Lần 2 Lần 3 
Trung 
bình 
1 PCuL1 20 5,40 5,13 5,27 5,27 16,10 15,60 15,03 15,58 
2 PCuL2 30 5,56 5,51 5,54 5,54 14,90 13,10 13,80 13,93 
3 PCuL3 40 5,60 5,61 5,61 5,61 13,40 12,00 12,30 12,57 
4 PCuL4 50 5,49 5,40 5,45 5,45 8,10 8,30 7,80 8,07 
5 PCuL5 60 5,17 5,10 5,14 5,14 14,50 13,90 14,10 14,17 
6 Cu BĐ 0 5,03 5,13 5,08 5,08 25,00 25,00 25,00 25,00 
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 
 133 
Bảng 12. Kết quả phân tích ion kim loại – Xác định liều lượng tối ưu của Biogum 
STT Ký hiệu 
 Biogum 
(mL ) 
pH Cu (mg/L) 
lần 1 lần 2 lần 3 Trung bình lần 1 lần 2 lần 3 Trung bình 
1 GCuL1 10 5,40 5,13 5,20 5,24 16,59 15,82 16,30 16,24 
2 GCuL2 20 5,50 5,30 5,40 5,40 4,26 5,20 3,20 4,22 
3 GCuL3 30 5,88 5,48 5,70 5,69 7,40 8,50 8,40 8,10 
4 GCuL4 40 5,68 5,56 5,80 5,68 9,54 10,03 9,83 9,80 
5 GCuL5 50 5,66 6,12 6,01 5,93 11,05 11,30 12,40 11,58 
6 Cu BĐ 0 5,02 5,30 5,50 5,27 25,00 25,00 25,00 25,00 
Đồ thị 3. Xác định liều lượng 
tối ưu của PAC và Biogum dựa 
vào hiệu suất xử lý kim loại 
(Cu
2+
) 
Kết quả phân tích cho thấy với vật liệu Biogum khi ở liều lượng 20ml và PAC ở liều 
lượng 50ml là tốt nhất với hiệu suất xử lý ion kim loại nặng (Cu2+) lần lượt là 84,54% ± 3,36 và 
68,12% ±0,99. Ở nghiên cứu của Phung Thi Kim Thanh (2011) cũng chỉ ra rằng với nồng độ 
ban đầu của Cu2+ là 99,07 và liều lượng bã mía là 0,5g đạt hiệu suất là 79,43%[4]. 
4. Kết luận 
Quá trình cải thiện chất lượng nước thải xi mạ đồng khi sử dụng vật liệu sinh học 
Biogum cho kết quả tốt hơn so với vật liệu hóa học PAC trong cùng điều kiện nghiên cứu. Kết 
quả nghiên cứu cho thấy ở giá trị tối ưu về pH và liều lượng vật liệu vật liệu Biogum cho hiệu 
suất cải thiện ion kim loại (Cu2+) đạt 84,54% ±3,67 và tốt hơn vật liệu PAC, hiệu suất cải thiện 
chỉ đạt 68,12%±0,99. Kết quả cho thấy có sự khác biệt về hiệu suất cải thiện chất lượng nước 
thải xi mạ đồng khi sử dụng vật liệu sinh học so với hóa học. Mặt khác về khía cạnh môi trường 
Biogum chất thân thiên môi trường, có khả năng phân hủy trong môi trường nước tự nhiên sẽ là 
lựa chọn trong đề cải thiện chất lượng nước thải trong tương lai. Kết quả nghiên cứu là cơ sở 
khoa học định hướng cho các nghiên cứu cải thiện chất lượng nước xi mạ kẽm; Niken; Crôm 
trong thời gian tới. Bên cạnh đó hướng đi mới là tạo vật liệu sinh học thân thiện môi trường có 
thể thu hồi khi sử dụng là hướng đi trong cải thiện chất lượng môi trường nước. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Nguyễn Thị Hà, Trần Thị Hồng, Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Đỗ Thị Cẩm Vân và Lê Thị Thu Yến 
(2006), Nghiên cứu khả năng hấp thụ một số kim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Zn2+) trong nước của 
nấm men Saccharomyces cerevisiae, Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa tự nhiên 
và công nghệ, 23: 99-106. 
Thân Văn Long... Đánh giá chất lượng nước thải xi mạ đồng... 
 134 
[2] Nguyễn Thị Hạnh (2012), Tìm hiểu khả năng hấp phụ niken trong nước của vật liệu hấp phụ 
chế tạo từ bã mía cho biết khả năng hấp phụ từ vật liệu chế tạo từ bã mía, Khóa luận tốt nghiệp 
ngành Kỹ thuật môi trường, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng. 
[3] Lê Thanh Hưng, Phạm Thành Quân, Lê Minh Tâm và Nguyễn Xuân Thơm (2008), Nghiên cứu 
khả năng hấp phụ và trao đổi ion của sơ dừa và vỏ trấu biến tính, Tạp chí Khoa học và Công 
nghệ, 11(8): 5-12. 
[4] Phung Thi Kim Thanh (2011), Investigation of the adsorption capacity of Cr3+ , Ni2+, Cu2+, 
Zn2+ by modified sugarcane bagasse and treatment environment testing, Ha Noi University of 
Siences; VNU, Major: Environmental Chemistry; Code: 60 44 41. 
[5] Magdalena Balintova, Marian Holub, Eva Singovszka (2012), Study of Iron, Copper and Zinc 
Removal from Acidic Solutions by Sorption, Technical University of Kosice, Civil Engineering 
Faculty, Institute of Environmental Engineering Vysokoskolska 4, 042 00 Kosice, Slovakia, 
VOL. 28 . 
[6] Nguyễn Quốc Thông, Đặng Đình Kim, Lê Lan Anh và Nguyễn Hiếu Mai (2004), Nghiên cứu 
khả năng hấp thụ kim loại nặng của bèo sen (Eichhornia crassipes) góp phần xử lý nước thải 
công nghiệp bằng biện pháp sinh học, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 42(5). 
[7] Lê Đức Trung, Nguyễn Ngọc Linh và Lê Thị Thanh Thúy (2006), Sử dụng vật liệu tự nhiên để 
xử lý kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, 
10(1): 63-70. 
[8] W.S. Wan Ngah, M.A.K.M. Hanafiah (2008), Removal of heavy metal ions from 
wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents, School of Chemical 
Sciences, Universiti Sains Malaysia, 11800 Penang, Malaysia, Bioresource Technology 99 
(2008) 3935–3948.