MỞ ĐẦU Ngành dệt nhuộm đã có từ lâu đời vì nó gắn liền với một trong những nhu cầu cơ bản của con ngƣời là may mặc. Sản lƣợng dệt trên thế giới ngày càng tăng, không chỉ về chất lƣợng mà còn đa dạng về mẫu mã, màu sắc của sản phẩm. Ở Ấn Độ, hàng năm sản xuất khoảng trên 4000 triệu mét vải. Ở Việt nam, ngành công nghiệp dệt may đang trở thành một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn, hàng năm sản xuất khoảng trên 2000 triệu mét vải và trong các năm tới sẽ còn tăng thêm.
Tuy nhiên, một vấn đề luôn đi kèm theo qui mô sản xuất là vấn đề chất thải của ngành này, trong đó có nƣớc thải. Nƣớc thải phát sinh trong ngành công nghiệp dệt nhuộm xuất phát từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm. Nếu lƣợng nƣớc thải này chỉ xử lý sơ bộ, sau đó xả ra môi trƣờng sau mỗi chu trình thì không chỉ gây thiệt hại cho nguồn tài nguyên nƣớc mà còn làm ô nhiễm môi trƣờng nƣớc và không tận dụng hết thuốc nhuộm còn tồn dƣ. Hiện nay, các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm đòi hỏi khá nhiều chi phí, kỹ thuật phức tạp mà hiệu quả không cao.
Thành phần gây ô nhiễm chính trong nƣớc thải dệt nhuộm là lƣợng thuốc nhuộm tồn dƣ trong dòng thải sau công đoạn nhuộm. Do đó, việc tách thu hồi thuốc nhuộm tồn dƣ ngay tại công đoạn phát sinh là một trong những giải pháp hữu ích để xử lý và giảm thiểu ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm. So với các phƣơng pháp xử lý thông thƣờng, ngoài mục đích tách thuốc nhuộm dƣ trong nƣớc thải nhuộm, kỹ thuật lọc màng còn cho phép tái sử dụng lại dung dịch nhuộm và nƣớc sạch sau khi đã tách thuốc nhuộm, đây là một phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm và đã đƣợc áp dụng ở một số nƣớc. Ở nƣớc ta, việc áp dụng kỹ thuật lọc màng trong xử lý nƣớc thải dệt nhuộm là vấn đề còn rất mới.
Phƣơng pháp tách bằng màng là một trong những kỹ thuật tách hiện đại và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, kỹ thuật lọc màng đã có những bƣớc tiến bộ vƣợt bậc và đƣợc áp dụng rộng rãi ở qui mô công nghiệp cho nhiều mục đích khác nhau, nhƣ sản xuất nƣớc sạch và 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com siêu sạch, lọc hoá dầu, dƣợc phẩm, thực phẩm, hoá chất, y tế, môi trƣờng … Ƣu điểm của phƣơng pháp lọc bằng màng là có thể tách đƣợc các cấu tử có kích thƣớc rất khác nhau, từ cỡ hạt tới cỡ ion mà không cần phải sử dụng thêm các hoá chất khác, các cấu tử cần tách không phải chuyển pha, là phƣơng pháp tách hiện đại, tiết kiệm năng lƣợng và thân thiện với môi trƣờng. Trong luận văn này, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng” Luận văn đƣợc thực hiện tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu màng lọc, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1.
Nƣớc thải dệt nhuộm và các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm 1. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ sản xuất khá phức tạp với nhiều loại hình công nghệ khác nhau. Quá trình sản xuất sử dụng các nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau để sản xuất các mặt hàng với mẫu mã, màu sắc, chủng loại rất đa dạng. Nguyên liệu chủ yếu là xơ bông, xơ nhân tạo để sản xuất các loại vải cotton và vải pha, ngoài ra còn dùng các nguyên liệu nhƣ lông thú, đay gai, tơ tằm … Thông thƣờng công nghệ dệt nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: Kéo sợi, dệt vải và xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải.
Các công đoạn chính gồm[14-42]: Làm sạch nguyên liệu: Nguyên liệu bông thô chứa các sợi bông có kích thƣớc khác nhau cùng với các tạp chất cơ học đƣợc đánh tung, làm sạch và trộn đều. Chải: Các sợi bông đƣợc chải song song và tạo thành các sợi thô. Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: Kéo sợi thô tại các máy sợi con để giảm kích thƣớc sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống thích hợp. Sợi con trong các ống nhỏ đƣợc đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt vải.
Mắc sợi để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi. Hồ sợi dọc: Hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi. Ngoài ra còn dùng các loại hồ nhân tạo nhƣ polyvinylalcol PVA, polyacrylat … Dệt vải: Kết hợp sợi ngang và sợi dọc để hình thành tấm vải mộc. Giũ hồ: Tách các thành phần hồ bám trên vải mộc bằng enzim hoặc axit sunfuric 0.5%, sau đó giặt bằng nƣớc, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đƣa sang nấu tẩy.
Nấu vải: Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của xơ sợi. Vải đƣợc nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất 2 đến 3 at, nhiệt độ 120 đến 1300C, sau đó vải đƣợc giặt nhiều lần. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Làm bóng vải: Mục đích làm trƣơng nở sợi cotton, xơ sợi trở nên xốp, thấm nƣớc, bóng hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm. Thƣờng dùng dung dịch NaOH nồng độ 300 ppm, nhiệt độ 100C đến 200C, sau đó vải đƣợc giặt nhiều lần.
Tẩy trắng: Các chất tẩy thƣờng dùng là NaClO2, NaOCl hoặc H2O2 cùng với các hóa chất phụ trợ khác. Nhuộm vải và hoàn thiện: Thƣờng sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp và các hóa chất trợ nhuộm để tăng sự gắn màu của vải. Phần thuốc nhuộm dƣ không gắn vào vải sẽ đi vào nƣớc thải. Tỷ lệ màu gắn vào sợi nằm trong khoảng 50 đến 98%, tùy thuộc vào công nghệ nhuộm, loại vải, độ màu yêu cầu … Để tăng hiệu quả quá trình nhuộm, các hóa chất đƣợc sử dụng là các loại axit H2SO4, CH3COOH, các muối sunfat natri, các chất cầm màu nhƣ syntephix, tinofix.
Nguồn nƣớc thải phát sinh trong công nghệ dệt nhuộm là từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lƣợng nƣớc thải chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn, và nƣớc thải công đoạn giặt sau nhuộm chiếm từ 20 đến 60 % tổng lƣợng nƣớc thải. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong công nghiệp dệt nhuộm là ô nhiễm nƣớc thải. Các chất thải trong nƣớc thải dệt nhuộm bao gồm: Các thành phần nguyên liệu (tạp chất thiên nhiên, muối, dầu, mỡ trong bông và len, xơ sợi), hóa chất, thuốc nhuộm còn tồn dƣ sau khi hoàn thành công đoạn nhuộm, in hoa và chất thải của các công đoạn phụ trợ. Mức độ ô nhiễm nƣớc thải phụ thuộc chủ yếu vào loại và lƣợng các hóa chất, chất trợ thuốc nhuộm sử dụng, phụ thuộc vào công nghệ và các máy móc thiết bị trong dây chuyền công nghệ áp dụng.
Các chất gây ô nhiễm trong nƣớc thải dệt nhuộm đƣợc chia thành ba nhóm chính gồm: * Các chất độc với vi sinh và tôm cá gồm xút, natricabonat, axit vô cơ, các chất khử vô cơ nhƣ natrisunfua và natrihidrosunfit, dung môi hữu cơ clo hóa, các dẫn xuất phenol và đi phenol, các hợp chất kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ hay dung môi. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Các chất khó phân giải vi sinh gồm phần lớn thuốc nhuộm và chất tăng trắng quang học, các chất tạo phức-càng hóa, nhũ hóa, làm mềm, các chất hồ sợi, các chất giặt vòng thơm, ankylenoxit dài hay mạch nhánh ankyl. * Các chất tương đối không độc và có thể phân giải vi sinh gồm xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên của chúng, bột sắn không biến tính hóa học dùng để hồ sợi, các chất giặt ankyl mạch thẳng, axit axetic và axit fomic, muối trung tính nồng độ thấp. Các thông số đặc trƣng cho tính chất nƣớc thải dệt-nhuộm gồm các thông số vật lý (nhiệt độ, pH, màu sắc, tổng lƣợng chất rắn lơ lửng, tổng lƣợng chất rắn hòa tan), các thông số sinh học, sinh thái (BOD, COD, tổng cacbon hữu cơ TOC, cacbon hữu cơ hòa tan DOC, kim loại nặng, halogen hữu cơ AOX) và các thông số hóa học (clo tự do trong nƣớc, nito amoni, nito tổng, phosphor tổng, sulfua, sulfite, sunfat, hidrocacbon tổng, các chất thơm, các chất hoạt động bề mặt.
Đặc tính nƣớc thải và các chất gây ô nhiễm trong nƣớc thải ngành dệt-nhuộm đƣợc thể hiện trong bảng sau. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt-nhuộm [14 ] Công đoạn Chất ô nhiễm trong nƣớc thải Đặc tính của nƣớc thải Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucose, carboxy metyl xenlulo, BOD cao (34 đến 50 % tổng polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp BOD) Nấu tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, soda, Độ kiềm cao, màu tối, BOD silicat natri và xơ sợi vụn cao (30 % tổng BOD) Tẩy trắng Hypoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH, Độ kiềm cao, chiếm 5 % AOX, axit … BOD Làm bóng NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp (dƣới 1% tổng BOD) Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axit axetic và các Độ màu rất cao, BOD khá muối kim loại cao, TS cao In Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối, kim Độ màu cao, BOD cao và loại, axit … dầu mỡ Hoàn thiện Vết tinh bột, mỡ động vật, muối Kiềm nhẹ, BOD thấp 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong các chất thải dệt nhuộm thì thuốc nhuộm là một trong những thành phần rất đƣợc quan tâm. Thuốc nhuộm đi vào nƣớc thải do còn tồn dƣ sau khi hoàn tất công đoạn nhuộm. Các thuốc nhuộm thƣờng có trong nƣớc thải xƣởng nhuộm ở nồng độ 10-50 mppm.
Tuy nhiên, tùy thuộc vào qui mô và công nghệ áp dụng, nồng độ thuốc nhuộm trong nƣớc thải có thể cao hơn nhiều. Cho đến nay, việc xử lý thuốc nhuộm tồn dƣ trong nƣớc thải dệt nhuộm vẫn là một thách thức đáng kể với ngành công nghiệp này. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm Các phƣơng pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm nƣớc thải ngành dệt nhuộm có thể thực hiện trong quá trình sản xuất nhƣ: - Giảm nhu cầu sử dụng nƣớc bằng cách thƣờng xuyên kiểm tra hệ thống nƣớc cấp, tránh rò rỉ nƣớc. Sử dụng công nghệ tẩy, nhuộm, giặt hợp lý.
Tuần hoàn, sử dụng lại các dòng nƣớc giặt ít ô nhiễm và nƣớc làm nguội.