Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình keo tụ nước thải xeo giấy bằng phương pháp Quy hoạch thực nghiệm

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25 (2009) 165-171 
165 
Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình keo tụ nước thải 
xeo giấy bằng phương pháp Quy hoạch thực nghiệm 
Trịnh Lê Hùng1, Nguyễn Quang Vinh2, Đào Sỹ Đức1,*, 
Nguyễn Đắc Vinh1, Nguyễn Mạnh Hà1 
1Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 19 Lê Thánh Tông, Hà Nội, Việt Nam 
2 Trung tâm Phân tích, Sở Khoa học & Công nghệ Hà Nội 
Nhận ngày 24 tháng 9 năm 2008 
Tóm tắt. Trong công trình này, PAC đã được sử dụng để keo tụ, xử lý nước thải xeo giấy. Ảnh 
hưởng của hàm lượng PAC, pH và thời gian keo tụ tới hiệu quả loại bỏ COD và độ đục đã được 
nghiên cứu, khảo sát. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã được sử dụng để khảo sát điều kiện 
tối ưu cho quá trình keo tụ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, giá trị phù hợp về hàm lượng PAC, pH 
và thời gian xử lý tương ứng là 380 mg/L; 6.5 và 60 phút. Ở điều kiện trên, giá trị COD và độ đục 
sau xử lý tương ứng là 265 mg/L và 1.33 NTU. 
Từ khóa: PAC, keo tụ, nước thải xeo giấy, phương pháp quy hoạch thực nghiệm. 
1. Mở đầu* 
Ở Việt Nam, công nghiệp bột giấy và giấy 
là một trong những ngành giữ vị trí chiến lược 
quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế 
quốc dân [1], có tốc độ phát triển rất nhanh [2]. 
Tuy nhiên, do đặc thù của một ngành sản xuất 
phức tạp, sử dụng nhiều hóa chất, nguyên liệu 
nên môi trường ngành công nghiệp giấy (đặc 
biệt là công đoạn nấu bột) bị ô nhiễm cực kỳ 
trầm trọng [1-5]. 
Nước thải xeo giấy được hình thành trong 
quá trình hình thành và hoàn thiện tờ giấy, mặc 
dù có mức độ ô nhiễm không quá cao nhưng 
chứa hàm lượng khá lớn các chất hữu cơ hòa 
tan (BOD, COD) cao và nhiều các hợp chất lơ 
_______ 
* Tác giả liên hệ, ĐT: +84-4-38261855. 
 E-mail: ducds@vnu.edu.vn 
lửng (TSS lớn) [3,6,7]. Nếu không được xử lý 
mà thải ra môi trường thì nước thải xeo giấy 
không những sẽ gây ảnh hưởng không nhỏ tới 
môi trường sống, sức khỏe và đời sống của các 
loài thủy sinh [4,6,7] cũng như con người mà 
còn gây lãng phí một lượng khá lớn bột giấy có 
thể tái sử dụng [8]. Nghiên cứu xử lý, tái sử 
dụng nước thải xeo giấy vì thế giữ một vị trí 
cực kỳ quan trọng trong ngành công nghiệp bột 
giấy và giấy. 
Do chứa thành phần hữu cơ và TSS cao, tỷ 
lệ BOD/COD khá lớn nên trong thực tế để giải 
quyết bài toán nước thải xeo giấy người ta 
thường sử dụng các kỹ thuật keo tụ [4,6,7], 
tuyển nổi, sinh học [9]. Với những ưu thế của 
mình, kỹ thuật keo tụ thường được sử dụng 
trước tiên, nhất là khi cần nghiên cứu tái sử 
dụng bột giấy. 
T.L. Hùng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 165-171 
166 
Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của nồng 
độ chất keo tụ PAC, thời gian keo tụ và pH tới 
hiệu quả loại bỏ COD và hiệu quả loại bỏ màu 
đã được nghiên cứu, khảo sát. Dựa trên những 
kết quả thực nghiệm thu được, điều kiện tối ưu 
cho quá trình keo tụ đã được xác định bằng 
phương pháp quy hoạch thực nghiệm với sự hỗ 
trợ của phần mềm thống kê, mô hình và kế 
hoạch hóa thực nghiệm, Modde, phiên bản 5.0. 
2. Thực nghiệm 
2.1. Nước thải và hóa chất 
Nước thải xeo giấy được lấy tại Công ty 
giấy Tây Đô (Đại Mỗ, Từ Liêm, Hà Nội) có các 
thông số ban đầu được trình bày trên bảng 1. 
Bảng 1. Một số thông số ban đầu của nước thải 
Thông số Giá trị 
pH 7 - 8 
COD, mgO2/L 985 
Độ đục, NTU 60 
Tác nhân keo tụ và trợ keo tụ sử dụng trong 
nghiên cứu này là PAC và C508 công nghiệp. 
Các hóa chất sử dụng trong quá trình xác 
định COD thuộc loại tinh khiết phân tích. 
2.2. Quy trình xử lý 
Lấy 200 mL nước thải vào cốc thuỷ tinh 
250 mL, điều chỉnh pH bằng NaOH (hoặc 
H2SO4), bổ sung PAC và tiến hành khuấy trộn. 
Khi đạt thời gian keo tụ cần thiết, tiếp tục bổ 
sung chất trợ keo tụ và khuấy trong thời gian 1 
phút. Sau đó mẫu được đem xác định COD, độ 
đục. 
2.3. Các phương pháp phân tích 
Trong nghiên cứu này, COD được xác định 
theo các phương pháp tiêu chuẩn [10]. Độ đục 
được xác định trực tiếp bằng máy đo độ đục 
2100 P Turbidimeter, HACH. Thiết bị MP 220, 
pH Meter METTLER TOLEDO được sử dụng 
để xác định pH. 
2.4. Thiết kế thực nghiệm 
Phương pháp đáp ứng bề mặt đã được áp 
dụng để xác định điều kiện vận hành tối ưu cho 
quá trình keo tụ. Ảnh hưởng của ba nhân tố độc 
lập: hàm lượng PAC (x1), pH (x2) và thời gian 
keo tụ (x3) tới hai hàm mục tiêu là COD (y1) và 
độ đục (y2) được xác định bằng phương pháp 
quy hoạch thực nghiệm. Các biến độc lập được 
mã hóa theo phương trình: 
i cp
i
i
x x
X
x
-
=
D
Trong đó: xi là giá trị thực của biến Xi; xcp 
là giá trị trung bình của khoảng biến đổi và 
ixD là khoảng thay đổi. 
Ảnh hưởng của các nhân tố tới các hàm 
mục tiêu được mô tả theo mô hình bậc hai với 
phương trình (1): 
2n n n
0 i i ii i ij i j
i 1 i 1 i j
y b b x b x b x x
= = <
æ ö
= + + +ç ÷
è ø
å å å (1) 
Trong nghiên cứu này, n có giá trị bằng 3 
nên phương trình (1) có thể triển khai thành 
[4,11]: 
o 1 1 2 2 3 3 12 1 2 13 1 3 23 2 3
2 2 2
211 1 22 33 3
y b b x b x b x b x x b b b b b b
b x b x b x
= + + + + + +
+ + + (2) 
Trong nghiên cứu này, cần tiến hành 34 thí 
nghiệm để hồi quy và xác định các hệ số trong 
phương trình (2): b0, b1, b2, b3, b12, b13, b23, b11, 
b22, b33. Ý nghĩa thống kê của các hệ số hồi quy 
được xác định bằng cách kiểm tra chuẩn 
Student. Phương trình hồi quy bậc hai được xác 
định dựa trên kết quả kiểm tra chuẩn Fisher. 
Mức độ phù hợp của mô hình hồi quy được thể 
hiện qua giá trị của R2. Điều kiện tối ưu cho quá 
trình xử lý được xác định bằng phần mềm 
Modde 5.0. 
T.L. Hùng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 165-171 
167 
3. Kết quả và thảo luận 
Quá trình thực nghiệm được tiến hành theo 
Bảng thiết kế thực nghiệm (bảng 2). Kết quả 
xác định COD và độ màu theo Bảng Kế hoạch 
thực nghiệm được trình bày trên bảng 3. Dựa 
trên phương pháp đáp ứng bề mặt, kết quả phân 
tích thực nghiệm được trình bày trên bảng 4 và 
bảng 5. 
Như vậy có thể nhận thấy rằng thời gian ít 
ảnh hưởng tới COD nhưng ảnh hưởng khá 
mạnh tới độ đục. Cũng từ các kết quả thực 
nghiệm trên bảng 4 và bảng 5 có thể viết được 
phương trình hồi quy, mô tả sự phụ thuộc của 
y1, y2 vào các nhân tố nồng độ PAC (x1), pH 
(x2) và thời gian (time, x3) như sau: 
2
1 1 2 2 1 2y 270.974 30.282x 45.892x 106.6x 46.9x x= + + + + 
2
2 1 2 3 1
2 2
2 3 1 2 1 3 2 3
y 0.5665 3.0734x 10.3589x 0.3273x 3.461x
6.697x 1.7556x 3.6075x x 1.165x x 0.3725x x
= + - + +
+ + - + -
Hai phương trình hồi quy ở trên phản ánh 
khá chính xác mô hình thực nghiệm, điều này 
được khẳng định qua các giá trị độ lệch chuẩn 
R2, và tính tương thích của mô hình Q2 (những 
giá trị này khá gần 1.00, bảng 4 và bảng 5) và 
hình biểu diễn sự tương quan giữa giá trị COD, 
A529 thu được từ thực nghiệm và thu được từ 
mô hình tiên đoán (hình 3 và hình 4 tương ứng). 
Những kết quả trên bảng 4 và bảng 5; hình 
3 và hình 4 cho thấy, mô hình tiên đoán có thể 
dự đoán giá trị COD và A529 với độ chính xác 
rất cao, tương ứng là 94.42% và 99.99%; sự 
khác biệt giữa những giá trị thu được từ mô 
hình dự đoán và những giá trị thực nghiệm chỉ 
có một sự sai khác nhỏ. 
Bảng 2. Bảng thiết kế thực nghiệm 
Biến mã hóa (X) 
Nhân tố 
Nhân 
tố 
gốc 
(x) 
-1.68 -1 0 +1 
+1.68 
Hàm 
lượng 
PAC, 
mg/L 
x1 97.7 200 350 500 602.3 
pH x2 2.63 4 6 8 9.36 
Thời 
gian, 
phút 
x3 13.18 20 30 40 46.82 
Bảng 3. Kết quả thực nghiệm theo Bảng Kế 
hoạch thực nghiệm 
Nồng độ 
PAC 
(mg/L) 
pH 
Thời 
gian 
(phút) 
COD 
(mg/L) 
Độ đục 
(NTU) 
200 4 20 587.04 16.5 
500 4 20 469.92 27.6 
200 8 20 368 3.77 
500 8 20 411.36 0.58 
200 4 40 548 15.5 
500 4 40 352.8 31.4 
200 8 40 411.36 1.42 
500 8 40 430.88 2.75 
97.7 6 30 352.8 5.41 
602.3 6 30 255.2 15.42 
350 2.636 30 626.08 37.11 
350 9.364 30 453.28 2.03 
350 6 13.18 313.76 5.04 
350 6 46.82 294.24 6.14 
350 6 30 274.72 0.56 
350 6 30 274.72 0.56 
350 6 30 274.72 0.56 
T.L. Hùng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 165-171 
168 
Bảng 4. Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm 
(hàm mục tiêu: COD) 
COD Coeff. SC Std. 
Err. 
P Conf. int 
(±) 
Const. 270.974 23.499 8.30E-06 55.567 
1x -30.282 11.0346 0.028739 26.093 
2x -45.8924 11.0346 0.004247 26.093 
3x -9.2334
* 11.0346 0.430357 26.093 
2
1x 
23.2952 12.1439 0.096576 28.716 
2
2x 
106.6 12.1439 5.02E-05 28.716 
2
3x 
23.2952 12.1439 0.096575 28.716 
1 2x x 46.9 14.4181 0.014002 34.0939 
1 3x x -12.74 14.4181 0.406230 34.0939 
2 3x x 27.38 14.4181 0.099352 34.0939 
N = 17 Q2 = 0.576 Cond. no. = 4.9932 
DF = 7 R2 = 0.944 Y-miss = 0 
 R2 Adj. = 0.872 RSD = 40.7806 
 Conf. lev.= 0.95 
Ở điều kiện tối ưu đã khảo sát được, giá trị 
COD và độ đục có giá trị lần lượt là xấp xỉ 
263.76 mg/L và 1.3296 NTU. Các giá trị tương 
ứng thu được khi tiến hành kiểm tra sự phù hợp 
của mô hình bằng thực nghiệm là 265.12 mg/L; 
1.3345 NTU. Kết quả thực nghiệm này cho thấy 
mô hình dự đoán có độ chính xác khá cao, đảm 
bảo độ tin cậy. Đây là một công cụ hữu ích 
trong việc tiên đoán kết quả cũng như tối ưu 
hóa thực nghiệm. 
_______ 
* Những hệ số in nghiêng là những hệ số không có ý 
nghĩa trong phương trình hồi quy. 
Bảng 5. Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm 
(hàm mục tiêu: Độ đục) 
Độ 
đục 
Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±) 
Const. 0.566468 0.0925674 0.00048 0.21889 
1x 3.07337 0.0434675 2.98E-11 0.10279 
2x -10.3589 0.0434675 6.05E-15 0.10279 
3x 0.327288 0.0434675 0.00013 0.10279 
2
1x 3.46106 0.0478371 2.53E-11 0.11312 
2
2x 6.69704 0.0478371 2.50E-13 0.11312 
2
3x 1.75558 0.0478371 2.90E-09 0.11312 
1 2x x -3.6075 0.0567959 6.30E-11 0.13430 
1 3x x 1.165 0.0567959 1.64E-07 0.13430 
2 3x x -0.3725 0.0567959 0.00031629 0.13430 
N = 17 Q2 = 0.999 Cond. 
no. = 
4.9932 
DF = 7 R2 = 1 Y-miss = 0 
 R2 Adj. = 1 RSD = 0.1606 
 Conf. lev. = 0.95 
Bảng 6. Điều kiện tối ưu 
(tn: thực nghiệm; dđ: dự đoán) 
PAC 
(mg/L) 
pH Thời 
gian 
(phút) 
CODtn 
(mg/L) 
Độ 
đụctn 
(NTU) 
CODdđ 
(mg/L) 
Độ 
đụcdđ 
(NTU) 
380 6.5 30 263.76 1.3296 265.12 1.3345 
T.L. Hùng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 165-171 
169 
Hình 1. Sự biến thiên của COD theo pH và nồng 
độ PAC, khi thời gian keo tụ không đổi. 
Hình 2. Sự biến thiên của độ đục theo pH và nồng 
độ PAC, khi thời gian keo tụ không đổi. 
y = 0.9442x + 22.002
R2 = 0.9442
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700
COD thực nghiệm, mg/L
C
O
D
, d
ự 
đo
án
 b
ằn
g 
M
ô 
hì
nh
, m
g/
L
Hình 3. Tương quan giữa giá trị COD thực nghiệm 
và COD dự đoán từ mô hình. 
y = 0.9999x + 0.0008
R2 = 0.9999
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 10 20 30 40
Độ đục, thực nghiệm (NTU)
Đ
ộ 
đụ
c 
dự
 đ
oá
n 
th
eo
 M
ô 
hì
nh
(N
TU
)
Hình 4. Tương quan giữa giá trị độ đục thực nghiệm 
và độ đục dự đoán từ mô hình. 
T.L. Hùng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 165-171 
170 
4. Kết luận 
Kỹ thuật keo tụ sử dụng PAC kết hợp với 
tác nhân trợ keo tụ C508 phù hợp để xử lý nước 
thải xeo giấy. Điều kiện tối ưu để tiến hành xử 
lý được xác định theo nồng độ PAC, thời gian 
keo tụ và pH tương ứng là 380 mg/L; 30 phút 
và 6.5. Sự khác biệt nhỏ giữa những giá trị thu 
được từ thực nghiệm và những giá trị thu được 
từ thực nghiệm cho thấy phương pháp đáp ứng 
bề mặt là một công cụ hữu ích và phù hợp để 
tối ưu hóa quá trình keo tụ, loại bỏ chất hữu cơ 
và độ đục từ nước thải xeo giấy. 
Lời cảm ơn 
Các tác giả xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ 
tài chính từ Sở Khoa học và Công nghệ thành 
phố Hà Nội với đề tài khoa học mã số số 01C-
09/04-2008-2. 
Tài liệu tham khảo 
[1] Đào Sỹ Đức, Cao Thế Hà, Nghiên cứu xử lý dịch 
đen nhà máy giấy Hòa Bình bằng phương pháp 
keo tụ, Tuyển tập công trình khoa học, Trường 
Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, 2006, trang 
206-214. 
[2] Đào Sỹ Đức, Cao Thế Hà, Nghiên cứu giảm 
thiểu ô nhiễm hữu cơ trong dịch đen nhà máy 
giấy bằng phương pháp keo tụ kết hợp với vi 
sinh. Tạp chí Công nghiệp giấy 1 (2007) 12. 
[3] Đào Sỹ Sành, Báo cáo tổng quan Công nghiệp 
Giấy và vấn đề môi trường. Viện Công nghiệp 
Giấy và Xenlulo, Hà Nội, 1996. 
[4] A.L. Ahmad, S.S. Wong, T.T. Teng, A. Zuhairi, 
Optimization of coagulation – floculation 
process for pulp and paper mill effluent by 
response surface methodology analysis, Journal 
of Hazardous Materials 145 (2007) 162. 
[5] Lother Gottsching, Environmental Protection in 
the Pulp and Paper Industry, Ha Noi, 2001. 
[6] L. Ben Mansour, I. Ksentini, B. Elleuch, 
Treatment of wastewater of paper industry by 
coagulation – electroflotation, Desalination 208 
(2007) 34. 
[7] Vimal Chandra Srivastava, Indra Deo Mall, 
Indra Mani Mishra, Treatment of pulp and paper 
mill wastewaters with poly aluminium chloride 
and bagasse fly ash. Colloids and Surfaces A: 
Physicochem. Eng. Aspects 260 (2005) 17. 
[8] Viện Công nghiệp Giấy và Xenlulo, Báo cáo đề 
xuất kế hoạch tổng thể phát triển bền vững bảo 
vệ môi trường ngành Công nghiệp Giấy đến năm 
2010, Hà Nội, 2002. 
[9] Cao Thế Hà, Báo cáo Dự án sản xuất thử 
nghiệm Xử lý nước thải bằng phương pháp Keo 
tụ - hấp phụ - vi sinh, Trường Đại học Khoa học 
Tự nhiên. Hà Nội, 2002. 
[10] APHA. Standard methods for the examination of 
water and wastewater, 19th ed. Washington, DC, 
1995. 
[11] Zhi-Wen Wang, Xun-Li Liu, Medium 
optimization for antifungal active substances 
production from a newly isolated Paenibacillus 
sp., Using response surface methodology. 
Bioresource Technology, Vol. 99 (2008) Issue 
17, pp. 8245-8251. 
T.L. Hùng và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25 (2009) 165-171 
171 
Determining optimized conditions for coagulation of 
Paper industry effluent by Experiment planning method 
Trinh Le Hung1, Nguyen Quang Vinh2, Dao Sy Duc1, 
Nguyen Dac Vinh1, Nguyen Manh Ha1 
1Faculty of Chemistry, College of Science, VNU, 19 Le Thanh Tong, Hanoi, Vietnam 
2Center for Analysis, Hanoi Dept. of Science and Technology 
Coagulation is a proven technique for the treatment of high suspended solids wastewater. In this 
study, the coagulation using poly aluminium chloride (PAC) was applied in order to remove organic 
compounds (COD) and turbidity from paper industry effluent. The effects of some key operating 
parameters which were PAC dose, pH as well as contact time on the COD and turbidity removals were 
investigated. Response surface methodology (RSM) showed that PAC dose of 380 mg/L; pH of 6.5; 
contact time of 60 minutes were optimum conditions for the coagulation of paper industry effluent. At 
optimized conditions, these values of COD and turbidity were appoximately 265 mgL-1 and 1.33 NTU, 
respectively. The experimental results also indicated that coagulation using PAC was very efficient 
and able to achieve more than 90% COD and turbidity; the model was a suitable and useful tool to 
predict and optimize the treatment of paper industry effluent by the coagulation using PAC as a 
coagulant. 
Keywords: Optimization, coagulation, poly aluminium choloride (PAC), paper industry effluent, 
RSM.