Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Nước thải dệt nhuộm và các phương pháp xử lý Ngành dệt may truyền thống thủ công đã có lịch sử hình thành và phát triển lâu đời ở Việt Nam, cũng như trên thế giới [11]. Ở Việt Nam, một số làng nghề vẫn còn tồn tại và phát triển cho đến tận ngày nay phải kể đến Vạn Phúc (Hà Đông- Hà Nội), Triều Khúc (Thanh Trì- Hà Nội), Mẹo (Thái Bình), … Ngành công nghiệp dệt may Việt Nam đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây và trở thành một hoạt động sản xuất công nghiệp quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.
Theo số liệu của Trung tâm thương mại thế giới, trong giai đoạn 2007-2009, Việt Nam đứng trong danh sách TOP 10 các nước có kim ngạch xuất khẩu lớn nhất thế giới về hàng Dệt may. Trong năm 2010, Việt Nam đứng ở vị trí thứ 7 thế giới, với thị phần xuất khẩu gần 3%, sau Trung Quốc (thị phần 36. Bình quân trong giai đoạn 2006-10/2011, ngành Dệt may đóng góp trên 15% vào tổng kim ngạch xuất khẩu của cả nước [5]. Năm 2013, lần đầu tiên kim ngạch xuất khẩu dệt may vượt mức 20 tỷ USD và là ngành có kim ngạch xuất khẩu đứng thứ 2 trong cả nước.
Ngành dệt may cũng là ngành sử dụng nhiều lao động chiếm tới 10,3% lực lượng lao động toàn ngành công nghiệp, là ngành giải quyết nhiều công ăn việc làm đảm bảo chính sách an sinh xã hội, góp phần chuyển dịch cơ cấu công nghiệp nhằm thực hiện quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Nguồn gốc phát sinh Đi cùng với sự phát triển, ngành dệt may cũng gây ra không ít các vấn đề về môi trường [11]. Hoạt động sản xuất của ngành dệt may bao gồm nhiều công đoạn, từ kéo sợi, dệt vải, nhuộm hoàn tất, may và tiêu thụ sản phẩm. Tùy thuộc vào đặc thù của từng công đoạn sản xuất mà phát sinh ra nhiều dạng ô nhiễm như: bụi, tiếng ồn, nhiệt dư, chất thải rắn, khí thải,… đặc biệt là những vấn đề về nước thải.
Dưới đây là sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm ngành dệt may (Hình 1. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Từ Hình 1.1 có thể nhận thấy, nước thải sinh ra ở hầu hết các công đoạn của quy trình. Nguồn ô nhiễm đáng được quan tâm nhất trong nước thải dệt nhuộm là các chất tạo màu khó phân hủy. Theo số liệu ngành công nghiệp dệt nhuộm [29], để sản xuất được 1 kg vải cần sử dụng 200 L nước, nhiều loại thuốc nhuộm và hoá chất khác nhau.
Theo số liệu thống kê, ngành dệt may sử dụng hơn một nửa chất tạo màu hữu cơ và thuốc nhuộm của toàn thế giới. Sơ đồ quy trình dệt nhuộm và các công đoạn tạo nước thải [1] 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đặc tính nước thải dệt nhuộm Trong quá trình nhuộm, không phải tất cả thuốc nhuộm đều được cố định vào các loại vải. Luôn có một phần thuốc nhuộm không cố định được trên vải mà bị hoà tan trong nước tạo thành nguồn ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm. Thuốc nhuộm hoạt tính có thể hoà tan trong nước, được sử dụng cho vải bông và được thải ra 50- 90 % trong nước thải dệt nhuộm.
Một số chất ô nhiễm khác bao gồm kiềm, muối hữu cơ, muối vô cơ, axit, kim loại nặng. Trên thế giới người ta ước tính khoảng 3000 m3 nước thải có chứa 20.000 kg thuốc nhuộm được thải ra mỗi ngày [29]. Các thông số đặc trưng cho nước thải dệt nhuộm thể hiện trong Bảng 1. Giá trị trung bình thành phần nước thải nhà máy dệt nhuộm [28] QCVN 13 US STT Thông số Giá trị MT:2015/BTNMT EPA A B 1 pH 8,2 6- 9 5,5- 9 6- 9 2 COD (mgO/L) 1556,6 75 150 150 3 BOD (mgO/L) 924,1 30 50 15 4 Màu (hazen) 291,3 50 150 - 5 TDS (mg/L) 6845,3 - - 1500 6 ES (µs/cm) 7417 - - - 7 Dầu mỡ (mg/L) 13,2 - - 10 8 Florua (mg/L) 874,3 - - - 9 Sunfat (mg/L) 877,1 - - 0,5 10 Độ kiềm (mg/L) 670,7 - - - 11 Clorua (mg/L) 475,3 1 2 - 12 Độ cứng tổng cộng (mg/L) 1086,7 - - - 13 Độ cứng canxi (mg/L) 660 - - - 14 Độ cứng magie (mg/L) 426,7 - - - 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com QCVN 13 US STT Thông số Giá trị MT:2015/BTNMT EPA A B 15 Phenol (mg/L) 35,8 - - - 16 Photphat (mg/L) 50,1 - - - 17 Silica (mg/L) 31,7 - - - 18 Natri (mg/L) 920 - - - 19 Đồng (mg/L) 2,24 - - - 20 Chì (mg/L) 0,63 - - - 21 Magie (mg/L) 2,2 - - - 22 Crom VI (mg/L) 3,79 0,05 0,1 - Ghi chú: QCVN 13-MT: 2015/BTNMT- Quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm; US EPA: 40 CFR part 410- Textile mills point source category (Luật Liên Bang điều 40 khoản 410 quy định về nước thải công nghiệp dệt nhuộm) Thuốc nhuộm sử dụng trong ngành công nghiệp dệt nhuộm có cấu trúc khác nhau đặc trưng cho mỗi màu.
Chromophore (nhóm mang màu) là một nhóm các nguyên tử hoặc electron có mặt trong phân tử thuốc nhuộm chịu trách nhiệm về màu sắc đó. Một hợp chất có chứa một chromophore được gọi là một chromogen (nhóm sinh màu). Một nhóm các nguyên tử hoặc electron khác nối với chromophore gọi là auxochrome (nhóm trợ màu), làm tăng cường màu sắc của chromogen [21, 29]. Các chromophore phổ biến nhất là liên kết đôi cacbon- cacbon (-C=C-), liên kết đôi cacbon- nitơ (-C=N-), nhóm cacbonyl (-COOH), azo (-N=N-), nitro (-NO2), methine (-CH=), và vòng quinoid.
Các auxochromes có sẵn các nhóm cacboxyl (-COOH), amin (-NH3), sunfonat (-SO3H) và hydroxyl (-OH). Các auxochromes có mặt trong tất cả các loại thuốc nhuộm hoạt tính [8, 29]. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường và sức khỏe con người Nước thải dệt nhuộm không được xử lý, thải ra ngoài môi trường gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp tới hệ sinh thái dưới nước, ảnh hưởng tới đời sống và sức khỏe con người. Nước thải dệt nhuộm chưa qua xử lý có thể gây tích lũy sinh học các chất ô nhiễm trong thủy vực, trong mô hoặc trong một số cơ quan của thực động vật thủy sinh.
pH của nước thải dệt nhuộm có thể nằm trong khoảng 3,9 - 14. pH cao tạo điều kiện thuận lợi cho việc hòa tan của amoniac, kim loại nặng và các muối, trong khi pH thấp, nồng độ cacbon dioxit và axit cacbonic có su hướng tăng. Giá trị pH dưới 4,5 và trên 8,5 có thể gây chết cho thủy sinh vật. Nước thải dệt nhuộm thải trực tiếp ra môi trường làm giá trị BOD, COD trong nước tăng cao, làm giảm DO trong nước, điều này có thể làm chết một số loại động vật thủy sinh.
Trường hợp này tiếp diễn trong thời gian dài có thể làm thay đổi thành phần loài sống trong thủy vực đó. Mặt khác, trong một số nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng con người khi tiếp xúc với nguồn nước bị ô nhiễm bởi nước thải dệt nhuộm dễ bị các loại bệnh như buồn nôn, loét da, kích ứng đường hô hấp, viêm gan, dịch tả [16]. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm có thể chia thành hai nhóm, phương pháp xử lý thông thường và xử lý bậc cao (keo tụ, oxy hoá fenton, lọc màng, hấp phụ, xử lý sinh học, quang hoá, trao đổi ion, oxy hoá điện hoá, ozon hoá) [26, 29, 31]. Khi áp dụng trong ngành công nghiệp dệt nhuộm, các phương pháp này có những hạn chế như tạo ra lượng bùn lớn, yêu cầu cao trong quá trình xử lý, chuyển chất ô nhiễm từ dạng này sang dạng khác, tạo ra sản phẩm ức chế vi khuẩn, hình thành các sản phẩm phụ, chỉ phù hợp với một số thuốc nhuộm cụ thể, yêu cầu thời gian tiếp xúc dài, tốn kém.
Những hạn chế của phương pháp được thể hiện trên Hình 1. Thuốc nhuộm là chất tạo màu, gây ô nhiễm chính cần xử lý triệt để trong nước thải dệt nhuộm. Các phương pháp xử lý thông thường hay xử lý nâng cao hay áp dụng trong xử lý nước chưa thể xử lý khoáng hóa hoàn toàn thuốc nhuộm trong nước thải [29]. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hấp phụ Trao đổi ion Xử lý sinh học Chuyển chất ô Không thích hợp cho xử lý nước thải Ức chế sinh trưởng nhiễm sang pha dệt nhuộm vi khuẩn khác Điện phân kết tủa Oxy hóa điện hóa Thời gian dài Chi phí điện NƯỚC THẢI Xử lý bằng thực DỆT NHUỘM Lọc màng vật Bùn sinh ra làm tắc Chuyển dịch chất màng ô nhiễm Oxy hóa Ozon hóa Keo tụ Quang hóa fenton Thời gian bán Sinh ra bùn Hình thành các sản Sinh ra bùn phân hủy ngắn thải phẩm khác thải Hình 1.
Hạn chế của một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm [31] 1. Phương pháp oxy hoá bậc cao trong xử lý nước thải 1. Phương pháp xử lý oxy hoá bậc cao trong xử lý nước thải Phương pháp oxy hoá bậc cao (Advanced oxidation processes- AOPs), theo nghĩa rộng, là một tập hợp các quy trình xử lý hóa học được thiết kế để loại bỏ các chất hữu cơ trong nước và nước thải bằng quá trình oxy hóa thông qua phản ứng với các gốc hydroxyl. Quá trình oxy hóa bậc cao có khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ mới nổi.
Theo nghĩa rộng, AOPs có thể tạo ra gốc có khả năng oxy hóa cao như gốc hydroxyl, H2O2, O3 và các ion superoxide (O2**), có khả năng khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ trong nước tạo ra CO2 và H2O hoặc các ion và các axít vô cơ [8]. Có rất nhiều các phương pháp oxy hóa bậc cao trong xử lý nước thải. Tuy nhiên có thể chia thành 3 nhóm chính [18]. Nhóm quá trình quang hóa: UV (UV và UV/H 2 O 2 ), quang - fenton, xúc tác quang.
9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm quá trình không quang hóa: fenton, ozon, siêu âm, điện hóa, chiếu xạ. Nhóm quá trình lai - phối kết hợp: siêu âm xúc tác quang, xúc tác quang - ozon, siêu âm fenton,… Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước trải qua 3 giai đoạn [6]: Hình thành các chất oxy hóa mạnh như HO*, HO2*, O2*-, … Các chất oxy hóa phản ứng với các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải, phân giải chất hữu cơ đó về dạng có thể phân hủy sinh học. Cuối cùng, các chất oxy hóa phản ứng với các sản phẩm phân hủy trung gian dẫn đến quá trình khoáng hóa trong nước, CO2 và muối vô cơ.