Ngành dệt nhuộm hiện nay thu hút nhiều lao động góp phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nước đang phát triển không có nền công nghiệp nặng phát triển mạnh như Việt Nam. Tuy nhiên, hầu hết các nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm ở ta đều chưa có hệ thống xử lý nước thải mà đang có xu hướng thải trực tiếp ra sông, suối, ao, hồ… loại nước thải này có độ kiềm cao, độ màu lớn, nhiều hóa chất độc hại đối với loài thủy sinh.

Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm

Mục tiêu xử lý

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải công suất 1.500m3/ngày.đêm công ty… xác định các nguồn gây ô nhiễm và mức độ ô nhiễm của công ty. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhằm giảm thiểu tác hại đến môi trường.

Phương pháp thực hiện

a. Điều tra khảo sát thu thập số liệu tài liệu liên quan, quan sát trực tiếp, lấy mẫu đo đạc và phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải trước và sau xử lý, đánh giá tác động môi trường của nguồn thải.

b. Phương pháp kế thừa, tham khảo kết quả xử lý của các công ty trên thực tế.

c. Tham khảo kết quả của mô hình xử lý trong phòng thí nghiệm.

d. Tính toán thiết kế theo những chuẩn mực đã quy định.

Từ những số liệu đo đạc tính chất nước và yêu cầu đầu ra của nguồn thải, ta có phương pháp xử lý gồm 3 giai đoạn:

– Giai đoạn 1: Xử lý bằng phương pháp cơ học và hóa học – keo tụ, tạo bông, lắng cặn.

– Giai đoạn 2: Xử lý bằng phương pháp sinh học MBBR.

– Giai đoạn 3: Xử lý tăng cường, cho nước thải qua bồn lọc áp lực, khử màu để xử lý triệt để độ màu của nước, đảm bảo tiêu chuẩn dầu ra và khử trùng nước thải trước khi thải vào hệ thống thoát nước.

Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm

Đặc điểm về nền công nghệ dệt nhuộm: Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành công nghiệp dệt nhuộm cũng có nhiều thay đổi, bên cạnh những nhà máy xí nghiệp quốc doanh, ngày càng có nhiều xí nghiệp mới ra đời. Kết quả khảo sát cho thấy hầu hết các nhà máy đều nhập thiết bị, hoá chất từ nhiều nước khác nhau:

– Thiết bị : Mỹ, Đức, Nhật, Ba Lan, Ấn Độ, Đài Loan, …

– Thuốc nhuộm : Nhật, Đức, Thụy Sĩ, Anh, …

– Hóa chất cơ bản : Trung Quốc, Ấn Độ, Đài Loan, Việt Nam, …

Với khối lượng lớn hóa chất sử dụng, nước thải ngành dệt nhuộm có mức ô nhiễm cao. Tuy nhiên, trong những năm gần đây khi nền kinh tế phát triển mạnh đã xuất hiện nhiều nhà máy, xí nghiệp với công nghệ hiện đại ít gây ô nhiễm môi trường.

Công nghệ sản xuất

Các loại nguyên liệu của ngành dệt nhuộm: Nguyên liệu cho các ngành dệt nhuộm chủ yếu là các loại sợi tự nhiên (sợi Cotton), sợi tổng hợp (sợi Poly Ester) và sợi pha, trong đó:

– Sợi Cotton (Co): được kéo từ sợi bông vải có đặc tính hút ẩm cao, xốp, bền trong môi trường kiềm, phân hủy trong môi trường axít. Vải dệt từ loại sợi này thích hợp cho khí hậu nóng mùa hè. Tuy nhiên sợi còn lẫn nhiều sợi tạp chất như sáp, mày lông và dễ nhăn.

– Sợi tổng hợp (PE): là sợi hóa học dạng cao phân tử được tạo thành từ quá trình tổng hợp chất hữu cơ. Nó có đặc tính là hút ẩm kém, cứng, bền ở trạng thái ướt.

– Sợi pha (sợi Poly ester kết hợp với sợi cotton): sợi pha này khi tạo thành sẽ khắc phục được những nhược điểm của sợi tổng hợp và sợi tự nhiên.

Quy trình công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm tổng quát

Chuẩn bị: Nguyên liệu thường được đóng dưới dạng các kiện bông thô, chứa các sợi bông có các kích thước khác nhau cùng với các tạp chất tự nhiên như: bụi, đất,… Nguyên liệu bông thô được đánh tung, làm sạch và trộn đều. Sau quá trình làm sạch bông tồn tại dưới dạng các tấm bông phẳng đều.

Chải: Các bông sợi được chải song song tạo thành sợi thô.

Kéo sợi thành ống, mắc sợi: Kéo sợi thô để giảm kích thước sợi, tăng độ bền, quấn sợi vào các ống sợi thích hợp cho việc dệt vải sợi con trong các ống nhỏ được đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt vải. Mắc sợi là dồn các quả ống để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi.

Hồ sợi: Hồ sợi bằng hồ tinh bột và hồ biến tính để tạo màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi để có thể tiến hành dệt vải. Ngoài ra còn dùng các loại hồ nhân tạo như: polyvinlalol (PVA), polyacrylat,…

Chuẩn bị nhuộm: Đây là công đoạn tiền xử lý và quyết định các quá trình nhuộm về sau. Vải mộc được tiền xử lý tốt mới đảm bảo được độ trắng cần thiết, đảm bảo cho thuốc nhuộm bám đều lên mặt vải và giữ được độ bền trên đó. Các công đoạn chuẩn bị nhuộm bao gồm: đốt lông, giũ hồ, mấu tẩy,…

Rũ hồ: Các loại vải mộc xuất ra khỏi phân xưởng dệt mang nhiều tạp chất thiên nhiên của sợi bông, vải còn mang nhiều bụi, dầu mỡ, lượng hồ đáng kể trong quá trình dệt. Do đó, mục đích của rũ hồ là dùng một số hóa chất hủy bỏ lớp hồ này. Người ta thường dùng axit loãng như: axit sunfuric 0.5, bazo loãng, men vi sinh vật, muối, các chất ngấm. Vải sau khi rũ hồ được giặt bằng nước, xà phòng, chất ngấm rồi đưa sang nấu tẩy.

Nấu vải: Mục đích của nấu vải là loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của xơ sợi như: dầu, mỡ sáp,…Sau khi nấu vải có độ mao dẫn và khả năng thấm ướt cao, hấp thụ hóa chất-thuốc nhuộm cao hơn, vải mềm mại và đẹp hơn. Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất cao (2-3 at) và nhiệt độ cao (120-1300C).

Tẩy trắng: Công đoạn này dùng để tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các chất bẩn, làm cho vải có độ trắng theo yêu cầu. Các hóa chất thường sử dụng: Natriclorit (NaClO2), natri hypoclric (NaClO),… và các chất phụ trợ như: Na2SiO¬3, Slovapon N.

Công đoạn nhuộm: Mục đích là tạo ra những màu sắc khác nhau của vải. Để nhuộm vải được người ta sử dụng chủ yếu các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu của vải. Phần thuốc nhuộm như không gắn vào vải mà theo dòng nước thải đi ra, phần thuốc thải này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ, loại vải, độ màu yêu cầu,…

Pigment: Là một số thuốc nhuộm hữu cơ không hòa tan và một số chất vô cơ có màu như các bôxit và muối kim loại. Thông thường pigment được dùng trong in hoa.

Thuốc nhuộm Azo: Loại thuốc nhuộm này hiện nay đang được sản xuất rất nhiều, chiếm trên 50% lượng thuốc nhuộm.

Đây là loại thuốc nhuộm có chứa một hay nhiều nhóm Azo: -N= N-, nó có các loại sau:

– Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu, không tan trong nước nên thường nhuộm cho loại sợi tổng hợp ghét nước.

– Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Là những hợp chất màu hữu cơ không tan trong nước,có dạng R=C=O. Khi bị khử sẽ tan mạnh trong kiềm và hấp thụ mạnh vào sợi, loại thuốc này cũng dễ bị thủy phân và oxy hóa về dạng không tan ban đầu.

– Thuốc nhuộm bazơ: Là những hợp chất mày có cấu tạo khác nhau, hầu hết là các muối clorua, oxalate hoặc muối kép của các bazơ hữu cơ. Khi axit hòa tan, chúng phân ly thành các cation mang màu và anion không mang màu.

– Thuốc nhuộm axit: Khi hòa tan trong nước, bắt màu vào xơ trong môi trường axit. Thuốc này thường dùng để nhuộm len và nhuộm trực tiếp (là những hợp chất màu hòa tan trong nước, có khả năng tự bắt mày vào xơ xenlulôz nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm).

– Thuốc nhuộm hoạt tính: Là những hợp chất màu mà trong phân tử có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện các mối liên kết hóa trị với xơ.

– Thuốc nhuộm lưu huỳnh: Là những hợp chất màu không tan trong nước và một số dung môi hữu cơ nhưng tan trong môi trường kiềm. Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt để nhuộm vải từ xơ xenlulo, không nhuộm được len và tơ tằm vì dung dịch nhuộm có tính kiềm mạnh.

Chất tẩy trắng quang học: Là những hợp chất hữu cơ trung tính, không màu hoặc có màu vàng nhạt, có ái lực với xơ. Đặc điểm của chúng là khi nằm trên xơ sợi, chúng có khả năng hấp thụ một số tia trong miền tử ngoại của quang phổ và phản xạ tia xanh lam và tia tím.

Phạm vi sử dụng thuốc: Thuốc nhuộm trong dịch nhuộm có thể ở dạng hòa tan hay phân tán, và mỗi loại thuốc nhuộm khác nhau sẽ thích hợp cho từng loại vải khác nhau. Để nhuộm vải từ những nguyên liệu ưa nước, người ta dùng thuốc nhuộm hòa tan trong nước. Các loại thuốc nhuộm này sẽ khuếch tán và gắn màng vào xơ sợi nhờ các lực liên kết hóa lý (thuốc nhuộm trực tiếp), liên kết ion (thuốc nhuộm axit, bazơ), liên kết đồng hóa trị (thuốc nhuộm hoạt tính). Còn để nhuộm vải từ những nguyên liệu sợi kỵ nước như sợi tổng hợp thì người ta thường dùng thuốc nhuộm không tan trong nước (thuốc nhuộm phân tán).

Đối với các loại vải dệt từ sợi pha thì có thể chia làm hai lần, mỗi lần nhuộm một thành phần hay nhuộm một lần cho cả hai thành phần.

Mức độ gắn màu của các loại thuốc nhuộm

Khi nhuộm vải thì quá trình nhuộm vải xảy ra theo 4 bước:

– Di chuyển các phân tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi;

– Gắn màu vào bề mặt sợi;

– Khuếch tán màu vào bề mặt sợi, quá trình này xảy ra chậm hơn so với quá trình trên;

– Cố định màu vào sợi.

Để tăng hiệu quả quá trình nhuộm, các hóa chất sử dụng để phụ trợ cho quá trình nhuộm như các loại axít H2SO4, CH3COOH, các muối Natri sulfat, muối Amôni, các chất cầm màu như Syntephix, Tinofix.

Công đoạn in hoa: In hoa tạo ra các văn hoa có một hay nhiều màu trên nền vải trắng hoặc vải màu bằng hồ in. Hồ in là một loại hỗn hợp các loại thuốc nhuộm ở dạng hòa tan hay pigment dung môi. Các loại thuốc nhuộm dùng cho in hoa như pigment, hoạt tính, hoàn nguyên, azo không tan và indigozol. Hồ in có nhiều loại như hồ tinh bột, dextrin, hồ liganit natri, hồ nhũ tương hay hồ nhũ hóa tổng hợp.

Hồ tinh bột:
– Tinh bột: 199 g
– Nước: 987 g
– HCl 28%: 1.5 g
– CH3COONa:1.5g

Hồ dextrin:
– British gum D: 500g
– Nước: 500g
Hồ dextrin được dùng để in thuốc nhuộm hoàn nguyên và in phá gắn màu.

Hồ nhũ tương:
– Chất nhũ tương dispersal PR 8 – 15g
– Nước: 185 – 192g
Khuấy đều để nguội, trong lúc khuấy tốc độ cao cho thêm vào xăng công nghệ hay dầu khác 800g, tiếp tục khuấy cho đến khi hồ đồng nhất.

Công đoạn sau in hoa:

Cao ôn:
Sau khi in, vải được cao ôn để cầm màu:
– Thuốc hoạt tính:1500C trong 5 phút;
– Thuốc pigment: 1400C – 1500C trong 3 phút;
– Thuốc nhuộm phân tán: 2150C.

Giặt:
Sau khi nhuộm và in vải được giặt nóng và lạnh nhiều lần để loại bỏ tạp chất hay thuốc nhuộm, in dư trên vải.
– Đối với thốc nhuộm hoạt tính: 4 lần
– Đối với thuốc nhuộm pigment: 2 lần
– Đối với thuốc nhuộm phân tán: 2 lần

Công đoạn văng khổ hoàn tất:

Văng khổ hay hoàn tất vải với mục đích ổn định kích thước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử dụng một số hóa chất chống nhàu, chất làm mềm và hóa chất như mêtylit, axít axetic, formaldehyt,…

Ngoài công nghệ xử lý cơ học, người ta còn kết hợp với việc xử lý hóa học .

+ Mặt hàng in bông 100% cotton:
– Finish KVS 40g/l: chống nhàu và nhăn vải.
– Ceramine HCL 10g/l: làm mềm vải.
– Slovapon N 0.1g/l: tăng khả năng thấm hóa chất.

+ Mặt hàng in bông PE/Co:
– Polysol S5 1g/l: chống nhàu và nhăn vải.
– Repellan 77 10g/l: làm mềm vải sợi PE.
– Softener NN 5g/l: làm mềm vải sợi Co.
– Slovapon N 0.1g/l: tăng khả năng thấm hóa chất.

+ Mặt hàng nhuộm 100% cotton:
– Finish PU 20g/l.
– Calalyst PU 1g/l.

+ Mặt hàng nhuộm PE/Co:
– Hồ mềm: giống như bông PE/Co.
– Repellan HYN 40g/l: chất béo để tạo savon, làm mềm vải.
– Al2(S04)3 2g/l: muối làm tác nhân savon hóa.

+ Mặt hàng in bông có diện tích ăn mòn nhỏ cần tăng độ trắng:
– Leucophor BRB 2g/l: chất hoạt quang.
– Cibaoron BBlue 0.02g/l: màu hoạt tính.

Đặc điểm nước thải dệt nhuộm

Nguồn gốc phát sinh nước thải: Các tạp chất tách ra từ vải sợi như: dầu mỡ, các tạp chất chứa Nitơ, các chất bụi bẩn dính vào sợi (chiếm 6% khối lượng xơ). Hóa chất sử dụng: hồ tinh bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3,…các loại thuốc nhuộm, các chất trơ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt. Thành phần nước thải phụ thuộc vào: đặc tính của vật liệu nhuộm, bản chất của thuốc nhuộm, các chất phụ trợ và các hóa chất khác được sử dụng. Nguồn nước thải bao gồm từ các công đoạn chuẩn bị sợi, chuẩn bị vải, nhuộm và hoàn tất.

Các loại thuốc nhuộm được đặc biệt quan tâm vì chúng thường là nguồn sinh ra các kim loại, muối và màu trong nước thải. Các chất hồ vải với lượng BOD, COD cao và các chất hoạt động bề mặt là nguyên nhân chính gây ra tính độc cho thuỷ sinh của nước thải dệt nhuộm.

Kết quả phân tích thành phần ô nhiễm của các loại nước thải trên được trình bày trong bảng sau:

Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm

Chỉ tiêu	Đơn vị	Kết quả
		Nước thải hoạt tính	Nước thải sunfua	Nước thải tẩy
pH		10-11	>11	>12
COD	mg/l	450-1500	10000-40000	9000-30000
BOD5	mg/l	200-800	2000-10000	4000-17000
N tổng	mg/l	5-15	100-1000	200-1000
P tổng	mg/l	0.7-3	7-30	10-30
SS	mg/l	–	–	120-1300
Màu	Pt-Co	7000-50000	10000-50000	500-2000
Độ đục	FAU	140-1500	8000-200000	1000-5000

(Nguồn: Khoa Môi Trường – Đại học Bách Khoa TPHCM)

Phân tích tác động của nước thải công nghiệp dệt nhuộm đến xã hội

Các chất độc hại đối với vi sinh và cá

– Xút (NaOH) và Natri Cacbonat (Na2CO3) được dùng với số lượng lớn để nấu vải sợi bông và xử lý vải sợi pha (chủ yếu l Poslyeste, bông).

– Axít vô cơ (H2SO4) dùng để giặt, trung hòa xút, hiện màu thuốc nhuộm hoàn nguyên tan (Indigisol).

– Clo hoạt động (nước tẩy Javen) dùng để tẩy trắng vải sợi bông.

– Fomatđêhyt có trong chất cầm màu và các chất dùng xử lý hoàn tất.

– Dầu hỏa dùng để chế tạo hồ in pigment.

– Một hàm lượng kim loại nặng đi vào nước thải:

Trong một tấn xút công nghiệp nếu sản xuất bằng điện cực thuỷ ngân sẽ có 4g thuỷ ngân (Hg).

Tạp chất kim loại nặng có trong thuốc nhuộm sử dụng.

– Một lượng halogen hữu cơ độc hại đưa vào nước thải từ một số thuốc nhuộm hoàn nguyên, phân tán, hoạt tính, pigment …

Các chất khó phân giải vi sinh

– Các chất giặt vòng thơm, mạch Etylenoxit dài hoặc có cấu trúc mạch nhánh Alkyl.

– Các Polyme tổng hợp bao gồm các chất hồ hoàn tất, các chất hồ sợi dọc như polyvinylalcol, polyacrylat,…

– Phần lớn các chất làm mềm vải, các chất tạo phức trong xử lý hoàn tất.

– Nhiều thuốc nhuộm và chất tăng trắng quang học đang sử dụng,…

Các chất ít độc và có thể phân giải vi sinh

– Xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong xơ sợi bị loại bỏ trong các công đoạn xử lý trước.

– Các chất dùng để hồ sợi dọc.

– Axít axetic (CH3COOH), axít fomic (HCOOH) để điều chỉnh pH…

– Tải lượng ô nhiễm phụ thuộc vào nhiều loại sợi thuộc thiên nhiên hay tổng hợp, công nghệ nhuộm (nhuộm liên tục hay gián đoạn), công nghệ in hoa và độ hòa tan của hóa chất sử dụng. Khi hòa trộn nước thải của các công đoạn, thành phần nước thải có thể khái quát như sau:

pH: 4 – 12 (pH = 4.5 cho công nghệ nhuộm sợi PE, pH = 11 cho công nghệ nhuộm sợi Co).

Nhiệt độ: dao động theo thời gian và thấp nhất là 400C. So sánh với nhiệt độ cao nhất không ức chế hoạt động của vi sinh là 370C thì nước thải ở đây gây ảnh hưởng bất lợi đến hiệu quả xử lý sinh học.

COD: 250 – 1500 mg 02/l ( 50 – 150 kg/tấn vải)

BOD5: 80 – 500 mg 02/l

Độ màu: 500 – 2000 Pt – Co

Chất rắn lơ lửng: 30 – 400 mg/l, đôi khi cao đến 1000 mg/l (trường hợp nhuộm sợi cotton).

SS: 0 – 50 mg/l

Chất hoạt tính bề mặt: 10 – 50 mg/l

Qua những số liệu vừa nêu cho thấy nước thải ngành dệt nhuộm rất độc cho hệ sinh thái nước. Những ảnh hưởng cho các chất ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm tới nguồn tiếp nhận có thể tóm tắt như sau :

– Độ kiềm cao làm tăng pH của nước, nếu pH >9 sẽ gây độc hại cho các loài thủy sinh.

– Muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn. Nếu lượng nước thải lớn sẽ gây độc hại cho các loài thủy sinh do tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của tế bào.

– Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước gây tác hại đối với đời sống thuỷ sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nước.

– Độ màu cao do dư lượng thuốc nhuộm trong nước thải gây màu cho nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thuỷ sinh, ảnh hưởng tới cảnh quan. Các chất độc nặng như sunfit kim loại nặng, các hợp chất halogen hữu cơ (AOX) có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật với hàm lượng tăng dần theo chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nguồn nước, gây ra một số bệnh mãn tính đối với người và động vật.

– Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng đến sự sống các loài thuỷ sinh.