CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 1. Công nghệ dệt nhuộm và đặc tính nước thải 1. Quy trình công nghệ Dệt nhuộm là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ phức tạp, sử dụng nhiều nguyên liệu, hóa chất khác nhau và sản xuất ra nhiều mặt hàng đa dạng. Thông thường, công nghệ dệt nhuộm bao gồm các quá trình kéo sợi, dệt vải, tẩy, nhuộm, in hoa, và xử lý hoàn tất.
Sơ đồ công nghệ dệt nhuộm phổ biến được chỉ ra trên hình 1. Kéo sợi, chải, ghép, Nguyên liệu đầu đánh ống Nước thải chứa hồ H2O, tinh bột, phụ gia Hơi Hồ sợi tinh bột, nước hóa chất Dệt Enzym, Nước thải chứa hồ tinh Giũ hồ NaOH bột bị thủy phân, NaOH NaOH, hoá chất Nấu Nước thải H2SO4 H2O Xử lý axit, giặt Nước thải Chất tẩy giặt H2O2, NaOCl, hoá chất Tẩy trắng Nước thải H2SO4 Giặt Nước thải H2O2, chất tẩy giặt NaOH, hoá chất Làm bóng Nước thải Dung dịch nhuộm Nhuộm, in hoa Dịch nhuộm thải H2SO4 Nước thải Giặt H2O2, chất tẩy giặt Hơi nước Hoàn tất, văng khổ Nước thải Hồ hoá chất Sản phẩm Hình 1. Sơ đồ quy trình công nghệ dệt nhuộm kèm nước thải [17] 4 Trong công nghệ dệt nhuộm, công đoạn nhuộm thường sử dụng một lượng lớn các loại thuốc nhuộm tổng hợp và các loại chất trợ để tạo màu sắc khác nhau cho vải. Trong quá trình sản xuất chỉ một phần thuốc nhuộm được lưu lại trên sản phẩm nhuộm, phần còn lại sẽ theo dòng thải đi vào môi trường nguồn tiếp nhận gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Chính vì vậy nước thải từ công đoạn nhuộm là một trong những nguồn ô nhiễm cao, thành phần phức tạp và khó xử lý nhất. Đặc tính của nước thải dệt nhuộm Công nghệ dệt nhuộm gồm các công đoạn tiền xử lý, nhuộm, in và hoàn tất. Các quá trình sản xuất đó không chỉ tiêu thụ một lượng lớn nước và năng lượng mà chúng còn tạo ra các chất ô nhiễm với hàm lượng cao gây ô nhiễm môi trường. Theo sơ đồ quy trình công nghệ hình 1.1, trong quá trình sản xuất, công nghệ dệt nhuộm thải ra một lượng lớn nước thải chứa các loại chất ô nhiễm khác nhau như các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, … Lượng nước thải ra từ quá trình dệt nhuộm bình quân khoảng từ 50 m3/tấn vải đến 300 m3/tấn vải.
Trong đó, nước thải từ các công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy là các nguồn nước thải chính cần xử lý. Các số liệu sử dụng nước cho các loại vải khác nhau trong ngành dệt nhuộm được đưa ra trong bảng 1. Tiêu thụ nước trong ngành dệt nhuộm [17] Hàng dệt nhuộm Lượng nước tiêu thụ (m3/tấn sản phẩm) Vải cotton 80 – 240 Vải cotton dệt thoi 70 – 180 Len 100 – 250 Vải polyacrylic 10 – 70 Trong công nghệ dệt nhuộm có khoảng 88% nước sử dụng được thải ra dưới dạng nước thải và 12% thoát ra do bay hơi [17]. Với từng loại vải người ta có thể sử dụng thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm hoạt tính và với mỗi loại thuốc nhuộm lại yêu cầu môi trường khác nhau do đó tính chất nước thải cũng khác nhau.
Dòng thải và các chất ô nhiễm cần quan tâm trong nước thải ngành dệt [17] Công đoạn Hóa chất sử dụng Thông số ô nhiễm cần quan tâm Giũ hồ Nước dùng để tách chất hồ sợi khỏi vải BOD, COD Hồ in, chất khử bọt có trong vải Dầu khoáng Nấu tẩy Nước dùng để nấu BOD, COD, nhiệt độ cao, kiềm tính Chất hoạt động bề mặt BOD, COD Tác nhân chelat hóa (chất tạo phức) chất Phốt pho, kim loại nặng ổn định, chất điều chỉnh pH, chất mang. Tác nhân tẩy trắng hypoclorit AOX Nhuộm Nước dùng để nhuộm giặt Độ màu, BOD, COD, nhiệt độ cao. Nhuộm với các thuốc nhuộm hoạt tính, pH kiềm tính hoàn nguyên và sunfua, kiềm bóng,nấu, tẩy trắng Nhuộm với thuốc nhuộm bazo, phân tán, pH tính axit axit, hoàn tất 5 Thuốc nhuộm, chất mang, tẩy trắng bằng AOX Clo, chất bảo quản, chất chống mối mọt, clo hóa len. Thuốc nhuộm sunfua Sunfua Nhuộm hoạt tính Muối trung tính Các thuốc nhuộm phức chất kim loại và Kim loại nặng pigment.
Các chất giặt, tẩy dầu mỡ, chất mang, tẩy Hydrocacbon chứa halogen trắng bằng clo Các thuốc nhuộm hoạt tính và sunfua Màu In hoa Dòng thải ra từ công đoạn in hoa BOD, COD, TSS, Cu, nhiệt độ, pH Hoàn tất Dòng thải từ các công đoạn xử lý nhằm COD, BOD, TSS tạo các tính năng mong muốn cho thành phẩm. Nước thải của công đoạn nhuộm có độ màu cao, có thể lên đến hơn 25000 Pt-Co. Công đoạn này cũng có độ kiềm khá cao, vì sử dụng môi trường kiềm mạnh để bắt màu cho sản phẩm nhuộm đối với một vài loại thuốc nhuộm. Nước thải phát sinh từ quy trình dệt nhuộm có mầu khá đậm, chủ yếu do quá trình nhuộm gây ra.
Màu của nước thải có thể nhìn thấy bằng mắt thường ngay cả với nồng độ thuốc nhuộm rất thấp. Nguyên nhân chủ yếu gây màu cho nước thải là do thuốc nhuộm không ‘’tận trích’’ hết, hoặc không gắn màu vào xơ sợi và thải ra ngoài môi trường. Nước thải từ quá trình nhuộm thuốc nhuộm hoạt tính có chứa [43] : · Các thuốc nhuộm bị thủy phân không gắn kết được vào vật liệu nhuộm thường chiếm khoảng 10 – 50% lượng thuốc nhuộm sử dụng ( trung bình là 2 g/l). Lượng thuốc nhuộm này sẽ tạo ra màu cho dòng thải và không thể tuần hoàn lại được.
· Các chất trợ nhuộm hoặc các chất hữu cơ tạo cho tỷ lệ BOD/COD của dòng thải cao. · Các xơ sợi dệt · Chất điện ly, đặc biệt NaCl và Na2CO3 là những chất tạo cho hàm lượng muối rất cao trong nước thải. · Ngoài ra, dòng thải nhuộm có pH khoảng 10 – 11 và nhiệt độ cao (khoảng 400C) Bảng 1. Chất lượng nước thải của một số công ty dệt nhuộm [13] TT Tên công ty BOD5, COD, mg/l TSS, mg/l Độ màu, mg/l Pt-Co 1 Công ty dệt may Trung Thư 595 1000 332 1310 2 Công ty Dệt Minh Khai 210 442 73 2620 3 Công ty CP dệt 10/10 80 1659 124 2720 4 Công ty dệt Phong Phú 348 557 109 321 5 Công ty Dệt Thắng Lợi 273 388 100 6 Công ty Việt Thắng 400 650 - 700 300 - 1600 50 – 60 7 Công ty dệt Choongnam 950 1250 650 - Việt Nam QCVN 13-MT : 50 200 100 200 2015/BTNMT (cột B) 6 Kết quả thu được trong bảng 1.3 cho thấy thành phần ô nhiễm của nước thải ngành dệt nhuộm khá phức tạp và không ổn định do công nghệ sản xuất sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu, hóa chất khác nhau.
Nước thải của các cơ sở dệt nhuộm thường có mức độ ô nhiễm vượt xa các giới hạn cho phép thải ra môi trường theo QCVN 13-MT:2015/BTNMT (cột B). Ngoài ra, một số dòng thải từ các công ty có tỷ số BOD5/COD rất nhỏ (Công ty CP dệt may 10/10, Công ty dệt Minh Khai ) không đáp ứng yêu cầu ≥ 0,5 đối với dòng thải trước khi vào xử lý sinh học. Trong khí đó một số công ty lại có tỷ số BOD5/COD rất lớn (>0,7) như Công ty dệt Choongnam Việt Nam, Công ty Dệt Thắng Lợi…Điều này chứng tỏ thành phần của dòng thải từ các nhà máy dệt nhuộm phụ thuộc nhiều vào loại thuốc nhuộm sử dụng trong công đoạn nhuộm. Tác động đến môi trường của nước thải dệt nhuộm Nước thải dệt nhuộm chứa hàm lượng lớn các thành phần gây hại nghiêm trọng cho môi trường nếu không qua xử lý như các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính.
Nước thải dệt nhuộm làm thay đổi màu của các nguồn nước như sông, hồ…; ngăn cản sự khuếch tán ánh sáng, làm rối loạn hệ sinh thái nguồn tiếp nhận. Nước thải phát sinh từ công nghệ dệt nhuộm có màu đậm khó chấp nhận bởi cộng đồng và chứa các chất ô nhiễm có tính độc cao đối với động thực vật thủy sinh. Một số các hóa chất chứa kim loại như crôm, nhân thơm…không những có thể tiêu diệt thủy sinh vật mà còn gây ra một số bệnh nguy hiểm như ung thư có thể gây hại trực tiếp đến dân cư ở khu vực lân cận [3]. Các tác động của nước thải dệt nhuộm được tóm tắt trên hình 1.
Tác động của nước thải dệt nhuộm đến môi trường [31] 7 1. Phân loại thuốc nhuộm và đặc tính của thuốc nhuộm hoạt tính 1. Phân loại thuốc nhuộm Phân loại bằng chỉ số màu Việc phân loại bằng chỉ số màu được thực hiện đầu tiên bởi Hiệp hội những người sản xuất thuốc nhuộm và màu vào năm 1921, trong đó giới thiệu hơn 1.200 loại thuốc nhuộm hữu cơ tổng hợp và một số thuốc nhuộm thiên nhiên cùng pigment. Trong phiên bản thứ ba của chỉ số màu xuất bản năm 1971 đã liệt kê được 7.900 tên xuất xứ và 36.000 tên màu thương mại [1].
Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hoá học Đây là cách phân loại dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó thuốc nhuộm được phân thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau [1]. Các họ chính là: - Thuốc nhuộm azo Nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo). Đây là họ thuốc nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index. - Thuốc nhuộm antraquinon Trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó.
Họ thuốc nhuộm này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp [1]. Những dẫn xuất khác nhau ở các vị trí 1, 4, 5, 8 sẽ cho các loại thuốc nhuộm tương ứng như sau: Thuốc nhuộm amino antraquinon; Thuốc nhuộm hyđroxyl antraquinon; Thuốc nhuộm axylamino antraquinon; Thuốc nhuộm antrimit; Thuốc nhuộm antraquinon đa vòng. - Thuốc nhuộm triaryl metan Triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu: diaryl metan triaryl metan Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm [1]. 8 - Thuốc nhuộm phtaloxianin Hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên hợp khép kín.
Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên tử H trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại còn các nguyên tử N khác thì tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm thay đổi.