Xử lý nước thải dệt nhuộm

Công nghệ dệt nhuộm sử dụng một lượng nước khá lớn phục vụ cho các công đoạn sản xuất đồng thời xả ra một lượng nước thải bình quân 12 – 300 m3/tấn vải.. Hàng năm ngành dệt nhuộm sử dụng

A LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật và những thành tựu đạt được trong công – nông nghiệp thì đời sống của người dân Việt Nam trong những năm gần đây càng được cải thiện và năng cao Vấn đề về ăn mặc đã trở thành nhu cầu thiết yếu của mọi người Để có được nhiều loại mặt hàng và mẫu mã phong phú phục vụ thị hiếu của người dân thì nhiều nhà máy về dệt nhuộm ra đời Điều đó cũng đồng nghĩa với việc một lượng lớn nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao vượt quá tiêu chuẩn cho phép được thải ra ngoài, nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường, làm mất cân bằng sinh thái, mất cảnh quan môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân Do đó việc xử lý nước thải dệt nhuộm là một yêu cầu rất cần thiết đòi hỏi chúng ta phải quan tâm Để lựa chọn được một phương pháp cần phải có những hiểu biết chung về môi trường và những kiến thức về các nguyên lý cơ bản cũng như công nghệ của phương pháp đó Xử lý nước thải dệt nhuộm trước khi chúng hòa vào nguồn nước mặt tự nhiên là rất cần thiết để bảo vệ nguồn tài nguyên nước Chính vì những lý do trên nhóm tôi xin chọn đề tài: Xử lý nước thải dệt nhuộm”

B NỘI DUNG Chương I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT

NHUỘM1.1 Giới thiệu về ngành dệt nhuộm ở Việt Nam

Dệt nhuộm ở nước ta là ngành công nghiệp có mạng lưới sản xuất rộng lớn với nhiều mặt hàng, nhiều chủng loại và gần đây tốc độ tăng trưởng kinh tế rất cao Công nghệ dệt nhuộm sử dụng một lượng nước khá lớn phục vụ cho các công đoạn sản xuất đồng thời xả ra một lượng nước thải bình quân 12 – 300 m3/tấn vải Trong đó, nguồn ô nhiễm chính là từ nước thải công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy Nước thải giặt có pH: 9 –

12, hàm lượng chất hữu cơ cao (có thể lên đến 3000 mg/l), độ màu trên dưới 1000 Pt –

Co, hàm lượng SS có thể bằng 2000 mg/l

Hình 1: Một công đoạn trong quá trình dệt nhuộm

Trong những năm gần đây sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dệt nhuộm đã góp một phần lớn vào sự phát triển kinh tế chung của nước ta

Ngành công nghiệp dệt nhuộm đã đáp ứng nhu cầu lớn trong nước và còn thu được một lượng ngọai tệ lớn nhờ xuất khẩu Mặt khác ngành dệt nhuộm còn giải quyết việc làm cho một số lượng lớn lao động Hiện nay công nghiệp dệt nhuộm đã trở thành một ngành

mũi nhọn trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội của nước ta, đã và đang được sự quan tâm mạnh mẽ của nhà nước

Ở nước ta hiện nay ngoài các cơ sở, nhà máy dệt nhuộm lớn thì các làng nghề truyền thống cũng đang phát triển mạnh mẽ Song cùng với sự phát triển này là những quá trình phát sinh trong sản xuất Đây luôn là vấn đề khiến cho các nhà quản lí và các nhà khoa học quan tâm Hàng năm ngành dệt nhuộm sử dụng một lượng nước lớn để sản xuất sau đó thải ra môi trường khi chưa được xử lí hoặc đã xử lí nhưng chưa đạt tiêu chuẩn môi trường Do vậy việc xử lí nước thải của nhà máy dệt nhuộm ngày càng trở thành vấn đề cấp thiết

Ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đang phát triển đa dạng với những quy

Góp phần hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm, Phân viện Nhiệt đới môi trường quân sự (Trung tâm Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng) đã nghiên cứu phương pháp xử lý và quy trình công nghệ

xử lý nước thải ngành dệt nhuộm ở quy mô công nghiệp và đưa vào ứng dụng Các công trình xử lý nước thải dệt nhuộm áp dụng kết hợp công nghệ xử lý hóa học, sinh học và cơ

lý Quá trình xử lý hóa học nhằm điều chỉnh, trung hòa độ pH của nước thải; dùng keo tụ, tạo bông để loại bỏ các loại nhờ sự phân hủy hiếu khí của bùn hoạt tính lơ lửng để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải Quy trình công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm do phân viện nghiên cứu đã áp dụng cho các Công ty dệt nhuộm Tân Tiến và Công ty dệt len Bình Lợi trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh và tỉnh Khánh Hòa Nước thải sau xử lý tại các công ty trên đều đạt loại B theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945-1995 Các nhà khoa học Phân viện Nhiệt đới môi trường quân sự đang tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm nhằm nâng cao chất lượng nước sau xử lý, bảo đảm

hạ giá thành, tiết kiệm năng lượng và hóa chất sử dụng Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm có khả năng áp dụng rộng rãi trong các cơ sở dệt nhuộm của quân đội và ngành dệt nhuộm cả nước, đáp ứng các điều kiện cho phép về chỉ tiêu môi trường ở nước ta.

1.2 Các quy trình cơ bản trong công nghệ dệt nhuộm

Thông thường công nghệ dệt nhuộm gồm 3 quá trình cơ bản: kéo sợi, dệt vải và xử

lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải Trong đó được chia thành các công đoạn sau:

- Làm sạch nguyên liệu: nguyên liệu bông thô được đánh tung, làm sạch và trộn đều Sau quá trình làm sạch bông được thu dưới dạng các tấm phẳng đều

- Chải: các sợi bông được chải song song và tạo thành các sợi thô

- Kéo sợi, đánh bóng, mắc sợi: tiếp tục kéo thô tại các máy sợi con để giảm kích thước sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống sợi thích hợp cho việc dệt vải Tiếp tục mắc sợi

là dồn qua các quả ống 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 hố bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi để có thể tiến hành dệt vải

- Dệt vải: kết hợp sợi ngang với sợi dọc đã mắc thành hình tấm vải mộc

- Giũ hồ: tách các thành phần của hồ bám trên vải mộc bằng phương pháp enzym (1% enzym, muối và các chất ngấm) hoặc axit ( dung dịch H2SO4 0.5%)

- Vải sau khi giũ hồ được giặt bằng nước, xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa sang

nấu tẩy

- Nấu vải: loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên như dầu mỡ, sáp Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất cao (2 – 3 atm) và ở nhiệt độ cao (120 – 1300oC Sau đó vải được giặt nhiều lần

- Làm bóng vải: làm cho sợi cotton trương nở, làm tăng kích thước các mao quản làm cho xơ sợi trở nên xốp hơn, dễ thấm nước hơn, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm

- Tẩy trắng: mục đích tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các vết bẩn Các chất tẩy thường dùng là natri clorit NaClO2, natri hypoclorit NaOCl hoặc hydro peroxyte H2O2

- Nhuộm vải hoàn thiện: mục đích tạo màu sắc khác nhau của vải Thường sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các hợp chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu của vải

- In hoa là tạo ra các vân hoa có một hoặc nhiều màu trên nền vải trắng hoặc vải màu Sau khi nhuộm và in, vải được giặt lạnh nhiều lần Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải và các hóa chất sẽ đi vào nước thải Văng khổ, 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 màu, chất làm mềm và hóa chất như metylic, axit axetic, formaldehit

Sơ đồ quy trình công nghệ dệt nhuộm

Chuẩn bị sợi nguyên liệu

1.3 Các loại thuốc nhuộm thường dùng trong ngành dệt nhuộm

1.3.1 Giới thiệu về thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là tên gọi chung của những hợp chất hữu cơ mang màu (có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu nghĩa là có khả năng bắt màu hay gắn màu trực tiếp

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Hiện nay con nguời hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm hỗn hợp Đặc điểm nổi bậc của các loại thuốc nhuộm là

độ bền màu và tính chất không bị phân huỷ Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hoá học Một cách chung nhất cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử

π không cố định như:

> C=C<, < C=N-, -NO2….Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: -NH2, -COOH, -SO3h, -OH…đóng vai trò tăng cuờng màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng luợng của hệ điện tử Phân loại thuốc nhuộm:

Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc , phạm vi sử dụng

1.2.2 Các loại thuốc nhuộm thường dùng

 Thuốc nhuộm hòa tan trong nước:

- Thuốc nhuộm trực tiếp

Thuốc nhuộm trực tiếp hòa tan trong nước, nhưng ở nhiệt độ nhỏ hơn 2500C khó hòa tan hơn Khi nhuộm hoặc in hoa, thuốc nhuộm trực tiếp bắt màu thẳng vào vật liệu không phải qua khâu xử lí trung gian, thường sử dụng để nhuộm các loại vật liệu từ xenlulo như: vải sợi bông, lụa vixco, đay, gai

- Thuốc nhuộm axit

Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là R-SO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu

Thuốc nhuộm axit dùng để nhuộm và in hoa những loại xơ sợi và vật liệu cấu tạo từ protein như: len, lụa tơ tằm, lông thú, da thuộc và xơ tổng hợp họ polyamid

Thuốc nhuộm axit gồm 3 loại:

+ Thuốc nhuộm axit thông thường

+ Thuốc nhuộm axit cầm màu

+ Thuốc nhuộm axit chứa kim loại

- Thuốc nhuộm hoạt tính

Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là S-Ar-T-X

Trong đó: S là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan; Ar là gốc Ar là gốc thuốc nhuộm, thường là các hợp chất Azo (-N=N-), antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin; T

là gốc mang nguyên tử phản ứng; X là nguyên tử phản ứng Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi có khả năng tạo thành các amin thơm được xem là tác nhân gây ung thư

- Thuốc nhuộm bazơ – cation

Thuốc nhuộm bazơ khi hòa tan trong nước chúng phân ly thành các phần mang màu tích điện dương Tuy được tổng hợp từ các gốc màu khác nhau nhưng tất cả thuốc nhuộm bazơ đều hòa tan tốt trong nước, có cường độ màu và độ tươi rất cao

Thuốc nhuộm cation là một loại thuốc nhuộm bazơ đặc biệt được sản xuất về sau

Chúng có đặc điểm như thuốc nhuộm bazơ, chỉ khác là chúng bắt màu mạnh vào xơ polyacrylnitril và chỉ dùng cho thuốc nhuộm in hoa các loại vải, hàng dệt kim từ loại

xơ này Chúng bắt màu tốt ở nhiệt độ 90 – 100oC

 Thuốc nhuộm không tan trong nước

- Thuốc nhuộm hoàn nguyên

Là những hợp chất màu hữu cơ không tan trong nước, được sử dụng chủ yếu để

nhuộm các chế phẩm từ xenlulo

Thuốc nhuộm hoàn nguyên bao gồm 2 loại hợp chất hữu cơ:

+ Hợp chất kiểu indigo (xanh chàm)

+ Các hợp chất thơm đa vòng gồm nhiều phân nhóm

- Thuốc nhuộm lưu huỳnh

Là những hợp chất màu không tan trong nước và một số dung môi hữu cơ, dưới tác dụng của các chất khử nó chuyển về dạng axit, tan trong môi trường kiềm tạo dạng bazơ dễ phân bị hủy và oxy hóa về màu

Thuốc nhuộm lưu huỳnh có chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, zin trong đó có cầu nối –S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và viscose

- Thuốc nhuộm phân tán

Nhóm thuốc nhuộm này có cấu tạo phân tử từ gốc azo và antraquinon và nhóm amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm các loại sợi tổng hợp (sợi axetat, sợi polieste ) không ưa nước

- Thuốc nhuộm Pigment

Là những chất màu không hòa tan trong nước, dung môi hữu cơ, không có ái lực với xơ sợi và các vật liệu khác

Thuốc in, nhuộm pigment có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxianin, dẫn xuất của antraquinon

- Thuốc nhuộm azo không tan

Trong phân tử của chúng có chứa nhóm mang màu azo (-N = N-) nhưng không chứa các nhóm có tính tan (- SO3Na, - COONa) nên chúng không tan trong nước

Thuốc nhuộm azo đượcdùng nhiều để nhuộm nền và in hoa theo kiểu in phá gắn màu nhưng không bền dưới tác dụng của ánh sáng

1.4 Thành phần và đặc tính của nước thải dệt

Nước thải công nghiệp dệt nhuộm có thành phần rất đa dạng và phức tạp

Bảng 1: Nồng độ của các thành phần trong nước thải dệt nhuộm

Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước

thải

Đặc tính của nước thải

Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucozo, carboxy BOD cao (34-50% tổng sản

Metyl xelulozo, polyvinyl alcol, nhựa, chất béo và sáp.

lượng BOD)

tro, soda, silicat natri và xo sợi vụn

Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30% tổng BOD)

Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa

clo, NaOH, AOX, axit…

Độ kiềm cao, chiếm 5% BOD

Làm bong NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp

(dưới 1% tổng BOD)

axitaxetic và các muối kim loại

Độ màu rất cao, BOD khá cao (6% tổng BOD), TS cao

sét, muối kim loại,axit…

Độ màu cao, BOD cao và dầu mỡ

Hoàn thiện Vệt tinh bột, mỡ động vật,

muối

Kiềm nhẹ, BOD thấp, lượng nhỏ

Bảng 2: Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt - nhuộm

1.5 Tác động của nước thải dệt nhuộm đến môi trường

Nước thải công nghiệp dệt nhuộm gây ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường

sống, độ màu, pH, TS, BOD, COD, nồng độ vượt quá tiêu chuẩn cho phép xả vào nguồn Hàm lượng chất hoạt động bề mặt đôi khi khá cao lên đến 10-12 mg/l, khi thải vào nguồn nước như sông, kênh sẽ tạo màng nổi trên bề mặt, ngăn cản sự khuếch tán của oxi vào môi trường, gây nguy hại cho hoạt động của thủy sinh vật Bên cạnh đó độ màu của nước thải quá cao, việc xả liên tục vào nguồn nước đã làm cho độ màu tăng dần dẫn đến hiện tượng nguồn nước bị vẫn đục Chính các thuốc nhuộm thừa có khả năng hấp thụ ánh sáng, ngăn cản ánh sáng chiếu vào nước do vậy thực vật dần bị tiêu diệt, sinh thái nguồn nước

có thể bị ảnh hưởng Mặt khác một số hóa chất chứa kim loại nặng như crôm, nhân thơm

benzene, các thành phần chứa độc tố có thể gây một số bện nguy hiểm như bệnh ngoài da, ung thư.

Hình 2: Nước thải dệt nhuộm làm ô nhiễm nguồn nước

1.6 Các thông số đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm

1.6.1 Độ pH

Độ pH là một trong những chỉ tiêu cần kiểm tra đối với chất lượng nước cấp và nước thải Giá trị pH cho phép ta quyết định xử lý theo phương pháp thích hợp hoặc điều chỉnh lượng hóa chất trong quá trình xử lý nước như đông tụ hóa học, khử trùng hoặc xử

lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Sự thay đổi giá trị pH trong nước có thể dẫn tới những thay đổi về thành phần các chất trong nước

1.3.2 Màu sắc

Màu sắc của nước là do các chất bẩn trong nước gây nên Màu sắc của nước cụ thể

là do các chất hữu cơ và phần chiết của thực vật gọi là màu thực Ngoài ra là do các chất

vô cơ là những hạt rắn có màu gây ra, gọi là màu biểu kiến

1.3.3 Tổng lượng chất rắn (TS)

Tổng lượng chất rắn là trọng lượng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 1030C cho tới khi trọng lượng không đổi (đơn vị: mg/l).

1.3.4 Chất rắn huyền phù (SS)

Là chất rắn ở dạng lơ lửng rong nước Hàm lượng chất rắn huyền phù SS là trọng lượng khí của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít mẫu nước qua phễu rồi sấy khô (đơn vị: mg/l)

2.1 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

2.1.1 Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được dùng để phân hủy các chất không có khả năng phân hủy sinh học hoặc khó phân hủy sinh học Trong công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm, người ta dùng chúng để khử màu nước thải thuốc nhuộm hòa tan và thuốc nhuộm hoạt tính

Cơ sở của quá trình là sự hấp thụ chất tan lên bề mặt chất rắn(chất hấp phụ), sau đó giải hấp để tái sinh chất hấp phụ

Các chất hấp phụ thường được sử dụng là than hoạt tính, than nâu, đất sét, cacbonat magie Trong số đó, than hoạt tính hấp phụ hiệu quả nhất là do có bề mặt riêng lớn 400-1500 m2/g Nhu cầu lượng than hoạt tính để xử lý chất thải màu là khác nhau, trong đó có sự tổn thất do quá trình hoạt hóa nhiệt cho than

Than hột tính có nhiều ưu điểm nhưng không kinh tế nên không được sử dụng rộng rãi

2.1.2 Phương pháp oxi hóa

Cơ sở của phương pháp này là dùng các chất oxi hóa mạnh để phá vỡ một phàn hay toàn bộ phân tử thuốc nhuộm và chuyển về dạng đơn giản khác

Các chất oxi hóa thường dùng: Cl2, H2O2, O3

Cl2: là chất oxi hóa tương đối mạnh và rẻ tiền nên Cl2 được sử dụng nhiều trong công nghệ môi trường nhưng lại tăng khả năng tạo AOX

H2O2: là chất oxi hóa thân thiện với môi trường nhưng do tính khử màu yếu nên

H2O2 riêng rẽ không thể khử màu thuốc nhuộm

O3: là chất oxi hóa rất mạnh nên hiệu quả xử lý rất cao Theo nghiên cứu của Sheng H.Ling và Wen Y.Liu, ozon khử hoàn toàn màu nước thải dệt nhuộm trong vòng

10 phút với thiệt bị diện phân dòng liên tục Song do chi phí đắt nên không được ứng dụng rộng rãi

2.1.3 Phương pháp pháp keo tụ