Nghiên cứu quá trình xử lý nước thải chứa chất hữu cơ khó phân hủy sinh học bằng ozon (áp dụng cho nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính)

Phân loại thuốc nhuộm và đặc điểm của thuốc nhuộm hoạt tính...20 Chương II ...29 CÔNG NGHỆ NHUỘM, CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...29 II.1...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

HOẠT TÍNH)

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

NGUYỄN NGỌC LÂN

HÀ NỘI – 2010

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan §Ò tµi: “Nghiên cứu quá trình xử lý nước thải chứa chất

hữu cơ khó phân huỷ sinh học bằng ozon (áp dụng cho nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính)” lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu khoa häc cña t«i vµ ch−a ®−îc c«ng bè ë bÊt k×

tµi liÖu, t¹p chÝ còng nh− t¹i c¸c Héi nghÞ, Héi th¶o nµo Nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ hÕt søc râ rµng

T«i xin chÞu tr¸ch nhiÖm tr−íc Nhµ tr−êng vµ ViÖn vÒ luËn v¨n cña t«i

Ng−êi cam ®oan

Nguyễn Vũ Ngọc Mai

Trước tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Ngọc Lân, người đã luôn quan tâm, giúp đỡ, tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho

em những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Em xin gởi lời cảm ơn các thầy cô, các anh chị phòng thí nghiệm Viện Khoa học và Công nghệ môi trường đã giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn tại trường

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên em trong thời gian học tập và làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

Học viên

Nguyễn Vũ Ngọc Mai

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Biochemmical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa (mg/l) COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học (mg/l)

SR Sunzol Red RB 133%

SS Suspended Solids Hàm lượng chất rắn lơ lửng(mg/l) SSY Sunfix supra yellow S3R 150%

STB Sunzol turquoise blue G 165%

Vinatex Tập đoàn Dệt -May Việt Nam

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG I 8

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP DỆT NHUỘM VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN 8

I.1 Hiện trạng ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta 8

I.2 Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất và các vấn đề môi trường liên quan 10

I.2.1 Sơ đồ công nghệ quá trình nhuộm 10

I.2.2 Hiện trạng chất thải trong ngành công nghiệp dệt nhuộm 12

I.2.4 Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm trong ngành dệt nhuộm 18

I.2.5 Phân loại thuốc nhuộm và đặc điểm của thuốc nhuộm hoạt tính 20

Chương II 29

CÔNG NGHỆ NHUỘM, CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

II.1 Qui trình công nghệ quá trình nhuộm 29

II.2 Các biện pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 33

II.2.1 Phương pháp hoá lý 33

II.2.2 Xử lý sinh học 41

II.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp oxy hoá 43

II.3 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 46

II.3.1 Quá trình oxy hoá nâng cao trên cơ sở ozon 47

CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 55

III.1 Mục đích, đối tượng, nội dung nghiên cứu 55

III.2 Thuốc nhuộm và chọn mẫu nghiên cứu 55

III.2.1 Thuốc nhuộm 55

III.3 Sơ đồ nghiên cứu và các phương pháp tiến hành thí nghiệm 58

III.3.1 Phương pháp tiến hành các thí nghiệm xử lý bằng keo tụ 58

III.3.2 Phương pháp tiến hành các thí nghiệm xử lý bằng ozon 59

III.4 Các phương pháp phân tích kết quả 61

III.4.1 Đánh giá hiệu suất xử lý độ màu 61

III.4.2 Xác định nhu cầu oxy hóa hóa học COD 62

III.4.3 Phân tích và xác định chỉ số nồng độ Ozon trong nước 62

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 62

IV.1 Nghiên cứu khử màu và COD nước thải chứa TNHT bằng phương pháp keo tụ 62

IV.1.1 Nghiên cứu lựa chọn chất keo tụ 62

IV.1.2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng khử màu dung dịch chứa TNHT bằng phương pháp keo tụ với MgSO4 65

IV.2 Nghiên cứu khử màu và COD nước thải chứa TNHT bằng phương pháp oxi hoá nâng cao trên cơ sở ozon 78

IV.2.1 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến quá trình khử màu và COD các dung dịch TNHT 78

IV.2.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý bằng ozon 80

IV.2.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2/O3 81

IV.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xử lý bằng ozon với hỗn hợp TNHT 83 KẾT LUẬN 88

DANH MỤC BẢNG

Bảng I-1: Các công đoạn của quá trình dệt nhuộm……….… 10 Bảng I-2: Định mức tiêu thụ nước trong ngành dệt nhuộm……… ………12 Bảng I-3: Dòng thải và chất ô nhiễm cần quan tâm trong nước thải ngành dệt……12 Bảng I-4: Dòng thải và chất ô nhiễm cần quan tâm trong nước thải ngành dệt… 13 Bảng I-5: Thành phần tính chất nước thải nhuộm…… 15 Bảng I-6: Nguồn phát sinh khí thải cùng các chất ô nhiễm đáng quan tâm của ngành dệt 16 Bảng I-7: Các phân lớp thuốc nhuộm và phần trăm màu đi vào dòng thải 24 Bảng I-8: Các loại thuốc nhuộm hoạt tính (TNHT) sử dụng phổ biến trên thế giới và trong nước 28 Bảng II-1: Độ tận trích của một số loại thuốc nhuộm……… 30 Bảng II-2: Một số thông số kỹ thuật trong quá trình nhuộm………31 Bảng II-3: Kết quả phân tích mẫu nước thải của một số công ty dệt phía Bắc……32 Bảng II-4: Thế oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa………44 Bảng III-1: Các loại TNHT sử dụng trong nghiên cứu……….56 Bảng III-2: Bảng mô tả chi tiết kỹ thuật máy ozon công nghiệp công suất 1 g/h….59 Bảng IV-1 Ảnh hưởng của hàm lượng chất keo tụ đến độ màu và COD của TNHT

SR 63 Bảng IV-2: Ảnh hưởng của nồng độ chất keo tụ đến độ màu và COD hỗn hợp TNHT………63 Bảng IV-3: Đặc trưng của các dung dịch TNHT pha chế trong phòng thí nghiệm 65

Bảng IV-4: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu quả xử lý màu TNHT………….66 Bảng IV-5: Ảnh hưởng của hàm lượng MgSO4 đến hiệu quả xử lý dung dịch TNHT………69 Bảng IV-6: Ảnh hưởng của thời gian keo tụ đến hiệu quả xử lý dung dịch TNHT.70 Bảng IV-7: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu quả xử lý màu và COD hỗn hợp TNHT………73 Bảng IV-8: Ảnh hưởng của hàm lượng MgSO4 đến hiệu quả xử lý dung dịch hỗn hợp TNHT……….74 Bảng IV-9: Ảnh hưởng của thời gian keo tụ đến hiệu quả xử lý dung dịch hỗn hợp TNHT 75 Bảng IV-10: Đặc trưng của các dung dịch TNHT sau keo tụ bằng MgSO4 77 Bảng IV-11: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu quả xử lý màu và COD của dung dịch TNHT bằng ozon 78 Bảng IV-12: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý màu và COD của dung dịch TNHT bằng ozon 80 Bảng IV-13: Ảnh hưởng của tỷ lệ H2O2/O3 đến hiệu quả xử lý màu và COD của dung dịch TNHT bằng ozon 81 Bảng IV-14: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu quả xử lý màu và COD của dung dịch hỗn hợp TNHT bằng ozon 83 Bảng IV-15: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý màu và COD của dung dịch hỗn hợp TNHT bằng ozon 84 Bảng IV-16: Ảnh hưởng của tỷ lệ H2O2/O3 đến hiệu quả xử lý màu và COD của dung dịch hỗn hợp TNHT bằng ozon 85

DANH MỤC HÌNH

Hình I-1: Diễn biến kim ngạch xuất khẩu hàng dệt may Việt Nam qua các năm

(triệu USD) 9

Hình I-2: Sơ đồ nguyên lý công nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông và các nguồn nước thải 1

Hình II-1: Cấu tạo hạt keo trong nước thải 34

Hình II-2: Mô tả điện thế trên bề mặt hạt keo 35

Hình II-3: Tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử 39

Hình II-4: Sơ đồ quá trình bắc cầu phá vỡ cân bằng hệ keo nhờ các polymer .40

Hình II-5: Sơ đồ phản ứng sinh hoá trong điều kiện yếm khí 43

Hình II-6: Hai đường đi phản ứng oxi hoá của ozon trong dung dịch nước 51

Hình III-1 Công thức hóa học của Reactive Yellow 145 57

Hình III-2 Công thức hóa học của Reactve red 198 57

Hình III-3: Thiết bị Jatest 59

Hình III-4: Máy ozon công nghiệp công suất 1g/h 61 

Hình IV-1: Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý màu và COD của dung dịch thuốc nhuộm SR khi sử dụng chất keo tụ là Al2(SO4)3 và MgSO4……… 63

Hình IV-2 Hỗn hợp TNHT ban đầu và sau keo tụ bằng MgSO4 76

Hình IV-3 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý độ màu dung dịch các loại thuốc nhuộm hoạt tính ở các tỉ lệ H2O2/O3 khác nhau 82

Hình IV-7 Mẫu hỗn hợp TNHT sau keo tụ và sau xử lý ozon 86

và đời sống con người Vì vậy, việc xử lý nước thải của ngành công nghiệp này là hết sức cần thiết, nhằm tránh những ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh và đến sức khỏe cộng đồng

Phương pháp xử lý truyền thống đối với nước thải dệt nhuộm là phương pháp đông keo tụ và phương pháp sinh học Tuy nhiên hai phương pháp này chỉ có hiệu quả đối với nước thải chứa thuốc nhuộm phân tán, đối với thuốc nhuộm hoạt tính và hoàn nguyên thì sử dụng phương pháp này không đạt được tiêu chuẩn thải Chính vì vậy cần xử lý tiếp bằng các phương pháp khác có hiệu quả cao hơn như: oxy hóa nâng cao, hấp phụ, kỹ thuật màng, điện hóa…

Với đề tài: “Nghiên cứu quá trình xử lý nước thải chứa chất hữu cơ khó phân hủy sinh học bằng Ozon (áp dụng cho nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính)” là một trong rất nhiều nghiên cứu để giảm thải lượng ô nhiễm của ngành dệt

nhuộm ra môi trường

9 Mục đích của đề tài:

- Nghiên cứu lựa chọn chất keo tụ thích hợp để xử lý nước thải công đoạn nhuộm khi sử dụng chất keo tụ là Al2(SO4)3 và MgSO4 Từ đó tìm các giá trị tối ưu của các thông số ảnh hưởng đến quá trình keo tụ như: pH ban đầu, hàm lượng chất keo tụ, thời gian xử lý

- Nghiên cứu phương pháp xử lý mới: phương pháp oxi hóa nâng cao trên cơ

sở ozon Từ đó lựa chọn các giá trị tối ưu của các thông số ảnh hưởng đến quá trình oxi hóa như: pH ban đầu, thời gian xử lý, ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2/O3

9 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu là nước thải pha chế trong phòng thí nghiệm theo các bước tương tự trong quá trình nhuộm

- Phạm vi nghiên cứu: thí nghiệm mới chỉ được tiến hành trong phòng thí nghiệm

9 Ý nghĩa khoa học của đề tài:

- Đề tài là cơ sở khoa học trong việc lựa chọn chất keo thích hợp trong xử lý nước thải dệt nhuộm

- Đề tài đã nêu được những ưu điểm khi sử dụng phương pháp oxi hóa nâng cao trên cơ sở ozon

9 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

- Kết quả nghiên cứu xử lý màu và COD nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính – là một trong những loại thuốc nhuộm khó xử lý nhất bằng phương pháp keo

tụ và oxi hóa nâng cao trên cơ sở ozon là cơ sở để lựa chọn giải pháp thích hợp trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP DỆT NHUỘM VÀ

CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN

I.1 Hiện trạng ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta

Ngành công nghiệp dệt và may tồn tại ở Việt Nam ít nhất một thế kỷ nhưng các hoạt động thủ công truyền thống như thêu và dệt lụa thì đã có lịch sử lâu đời Theo lịch sử ghi lại, nhiều triều đại của Việt Nam phải cống nạp vải quý hiếm do người dân Việt Nam sản xuất sang Trung Quốc Ngày nay, tại Việt Nam một số làng nghề cổ như làng lụa Vạn Phúc, làng Triều Khúc (Hà Nội), làng Mẹo (tỉnh Thái Bình) vẫn đang tồn tại và phát triển

Lịch sử phát triển của ngành công nghiệp dệt may được xem là bắt đầu khi thành lập nhà máy dệt Nam Định năm 1897 Ngành công nghiệp này đã nhanh chóng lớn mạnh sau thế chiến thứ hai với quy mô và hình thức khác nhau Ở miền Nam, các doanh nghiệp được thành lập và sử dụng máy móc hiện đại của châu Âu

Ở miền Bắc, các doanh nghiệp nhà nước do Trung Quốc, Liên bang Xô viết cũ và Đông Âu cung cấp thiết bị máy móc cũng được xây dựng trong công đoạn này Hiện nay, ngành công nghiệp dệt may Việt Nam đã phát triển nhanh chóng và trở thành một hoạt động sản xuất công nghiệp quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Năm 2004, toàn ngành sử dụng 2,1 triệu lao động, chiếm 4,7% trong tổng số lao động cả nước Trong số các doanh nghiệp nhà nước thì Vinatex – một doanh nghiệp nhà nước – chiếm tới 22% tỉ trọng xuất khẩu dệt may của Việt Nam 2006 [12]

Tuy còn phải đối mặt với nhiều thách thức, tương lai cho ngành dệt may của Việt Nam đầy hứa hẹn Việt Nam đã gia nhập tổ chức thương mại thế giới (WTO) vào năm 2007 Bên cạnh đó, chính phủ Việt Nam đang dành cho ngành sự hỗ trợ rất lớn, hiện có những biện pháp khuyến khích mạnh mẽ để thu hút đầu tư nước ngoài

Chính phủ đã soạn thảo các kế hoạch tiềm năng để phát triển ngành công nghiệp dệt may trở thành một trong những ngành công nghiệp chủ đạo trong nền kinh tế nước

I.2 Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất và các vấn đề môi trường liên quan

I.2.1 Sơ đồ công nghệ quá trình nhuộm

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 (spinning), dệt vải (weaving), tẩy (bleaching), nhuộm (dyeing), in hoa (printing), và xử lý hoàn tất (finishing) Sơ đồ công nghệ được chỉ ra trên hình I.2 Đặc điểm, chức năng của từng công đoạn trong dây chuyền được mô tả trong bảng I.1

Bảng I-1: Các công đoạn của quá trình nhuộm vải coton dệt thoi

Đầu vào vải mộc

Công

đoạn

Đặc điểm, chức năng

Giũ hồ Công đoạn này nhằm tách phần hồ bám trên vải mộc và làm sạch vải,

sợi Vải sau khi giũ hồ được giặt bằng nước, xà phòng, tác nhân giũ

hồ rồi đưa sang nấu tẩy

Nấu và

giặt

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 – 1300C) Sau đó vải được giặt nhiều lần để loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên của

Tẩy trắng Dùng các chất tẩy như H2O2, NaClO, NaClO2 để loại bỏ màu tự

nhiên của vải, làm sạch các vết bẩn, làm vải có độ trắng đúng yêu cầu

Hoàn tất Dùng các chế phẩm tùy theo yêu cầu

tinh bột bị thủy phân

NaOH, hóa chất

I.2.2 Hiện trạng chất thải trong ngành công nghiệp dệt nhuộm

Quá trình sản xuất hàng dệt gây ra rất nhiều vấn đề lớn về môi trường Dạng ô nhiễm đáng chú ý nhất là nước thải, sau đó là khí thải và các chất thải rắn

1 Nước thải

Nước được sử dụng rất nhiều trong quá trình xử lý vải ướt Lượng nước sử dụng thay đổi theo từng công đoạn và mặt hàng xử lý Trong cùng một công đoạn thì việc sử dụng nước cũng khác nhau tuỳ theo loại thiết bị

Bảng I-2: Định mức tiêu thụ nước trong ngành dệt nhuộm [12] 

Hàng dệt nhuộm Lượng nước tiêu thụ

(m3/tấn sản phẩm)

Vải cotton dệt kim 80 – 240

Vải cotton dệt thoi 70 – 180

Máy nhuộm cuốn (Jigger) 3:1 – 5:1

Máy nhuộm trục cuốn cao áp 8:1 – 10:1

Nhìn chung, nước thải ngành dệt nhuộm có pH kiềm tính, nhiệt độ cao, độ dẫn điện lớn và tỷ lệ BOD:COD thấp (có nghĩa là khả năng phân huỷ sinh học thấp) Giá trị đặc thù của tỉ lệ BOD:COD nằm trong khoảng 1:25 tới 1:5 Ô nhiễm hữu cơ của nước thải chủ yếu được sinh ra từ quá trình tiền xử lý bằng hoá chất; trong trường hợp nấu bằng kiềm thì giá trị BOD có thể lên tới 210 kg/tấn [12]

Dòng thải bao gồm nước thải chủ yếu từ các công đoạn nhuộm và hoàn tất Người ta đặc biệt quan tâm tới các loại thuốc nhuộm, các chất hồ và các chất hoạt động bề mặt Các nguồn gây ô nhiễm nước thải quan trọng do các xưởng nhuộm được trình bày trong bảng I-4

Bảng I-4: Dòng thải và chất ô nhiễm cần quan tâm trong nước thải ngành dệt [4]

Công đoạn Hoá chất sử dụng Chất ô nhiễm cần quan tâm

Nước dung để tách chất

hồ sợi khỏi vải

BOD, COD Giũ hồ

Nước dùng để nấu Lượng nước thải lớn có BOD,

COD, nhiệt độ cao, kiềm tính

Chất hoạt động bề mặt BOD, COD

Tác nhân càng hóa (chất tạo phức), chất ổn định, chất điều chỉnh pH

Photpho, kim loại nặng

Nấu tẩy Tác nhân tẩy trắng AOX

hypoclorit

Nước dùng để nhuộm, giặt

Lượng nước thải lớn có màu, BOD, COD, nhiệt độ cao

Nhuộm với các thuốc nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên và sunfua

pH kiềm tính

Nhuộm với thuốc nhuộm bazơ, phân tán, axit, hoàn tất

pH tính axit

Thuốc nhuộm, chất mang AOX

Thuốc nhuộm sunfua Sunfua

Nhuộm hoạt tính Muối trung tính Nhuộm

Các thuốc nhuộm phức chất kim loại và pigment

Kim loại nặng

Hoàn tất Dòng thải từ các công

đoạn xử lý nhằm tạo ra các tính năng mong muốn cho thành phẩm

BOD, COD, TSS

Bên cạnh nước thải, xơ sợi chứa các tạp chất và hoá chất sử dụng trong quá trình xử lý vải cũng góp phần gây ra ô nhiễm cho dòng thải ngành dệt nhuộm Phần lớn các tạp chất và hydrocacbon, đều được đưa vào có chủ đích trong quá trình hoàn tất kéo sợi nhằm tăng cường các đặc tính vật lý Các chất hoàn tất này thường được tách ra khỏi vải trước khâu xử lý cuối cùng, và do đó gây ra sự ô nhiễm trong nước

thải Thành phần của nước thải phụ thuộc nhiều vào đặc tính của vật liệu được

nhuộm, thuốc nhuộm, phụ gia và các hoá chất khác được sử dụng

Bảng I-5: Thành phần tính chất nước thải nhuộm [8]

Kết quả Chỉ tiêu Đơn

Nước thải tẩy

Phát thải khí bao gồm cả các nguồn điểm cố định và nguồn phân tán di động Các nguồn thải cố định bao gồm quá trình phủ bề mặt ở nhiệt độ cao, sấy khô và xử

lý nhiệt độ cao trong đó thải ra các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs); các lò hơi thải

ra các hạt lơ lửng, các oxit nito và dioxit lưu huỳnh; và các thùng chứa hoá chất và hoá chất chuyên dụng Nguồn khí thải phân tán di động có nguồn gốc từ rò rỉ thiết

bị, làm sạch bằng dung môi, hoạt động của các trạm xử lý nước thải và các kho chứa vải thành phẩm Bảng I-6 đưa ra các nguồn phát sinh khí thải cùng các chất ô nhiễm đáng quan tâm của ngành dệt

Bảng I-6: Nguồn phát sinh khí thải cùng các chất ô nhiễm đáng quan tâm của ngành dệt [12]

Công đoạn Các nguồn phát thải Các chất ô nhiễm

Sản xuất năng lượng Phát thải từ lò hơi Các hạt lơ lửng, NOx, SO2

Phủ bề mặt, sấy và

xử lý nhiệt độ cao

Phát thải từ các máy nhuộm nhiệt độ cao

Các thành phần hữu cơ bay hơi (VOCs)

Lưu giữ hoá chất Phát thải từ các

I.2.3 Khả năng gây độc cho hệ sinh thái của nước thải dệt nhuộm [7]

Các hợp chất phenol làm cho nước có mùi Một số dẫn xuất phenol có khả năng gây ung thư

Các chất hoạt động bề mặt có khuynh hướng tạo lớp màng trên bề mặt vực nước, ngăn cản oxy hoà tan vào nước do đó gián tiếp làm ảnh hưởng đến hoạt động của các vi sinh vật nước

pH < 4 và pH >11 làm chết các loài vi khuẩn sống trong nguồn nước

Các hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học có khả năng gây kiệt oxi trong nước làm chết các loài tôm cá

Nhiệt độ cao làm ức chế hoạt động của các vi sinh vật nước

Trong quá trình sản xuất và sử dụng lượng thuốc nhuộm chiếm khoảng 15% được thải vào môi trường Sự hiện diện của thuốc nhuộm trong dòng thải làm giảm thẩm mỹ của nguồn nước tiếp nhận, làm giảm sự khuếch tán của ánh sáng mặt trời trong nước và gây nhiều độc hại với sinh vật Loại thuốc nhuộm có độc tính cao nhất là thuốc nhuộm azo Trong môi trường kỵ khí, thuốc nhuộm azo bị khử tạo ra những amin vòng thơm, đây là những chất độc hại, gây biến dị và ung thư cho người và động vật

10-I.2.4 Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm trong ngành dệt nhuộm

I.2.4.1.Các biện pháp kiểm soát đầu nguồn

1 Giảm tiêu thụ nước [4] 

Để giảm tiêu thụ nước cho 1 kg hàng hay 1 mét vải từ kinh nghiệm thế gới

và thực tế sản xuất trong nước có thể nêu lên những giải pháp sau đây:

− Tối ưu hóa quy trình giặt: sử dụng công nghệ giặt với nước ngược dòng, đưa

ra quy trình giặt và kiểm tra chất lượng sản phẩm sau khi giặt để giảm số lần giặt lại ,sử dụng lại nước giữa các lần giặt xả (sử dụng nước giặt xả lần cuối cho nước giặt lần đầu của mẻ khác)

− Thu hồi, tuần hoàn nước làm mát ở hệ thống làm mát bay hơi trong nhà máy kéo sợi, ở các nhà máy nhuộm nhiệt độ cao, máy đốt lông, máy sấy văng,…để

sử dụng lại như nước cấp công nghiệp

− Thu hồi nước ngưng

− Đầu tư máy nhuộm tận trích thế hệ mới, nhuộm với dung tỉ thấp dần dần thay thế các máy nhuộm dung tỉ cao hiện đang sử dụng phổ biến Như vậy có ý nghĩa tiết kiệm cả hóa chất và năng lượng, kéo giá thành xuống thấp

− Sử dụng lại nước lưu trong các công nghệ giảm trọng, tăng trắng quang học

và cả nhuộm vải sợi ở các máy jet Điều này có giá trị tiết kiệm cả hóa chất, chất trợ

− Sử dụng lại nước vệ sinh băng tải in hoa vì nước này chỉ chứa một lượng nhỏ hồ in

− Tuần hoàn sử dụng lại nước thải đã xử lý triệt để cho các công đoạn thích hợp (chẳng hạn như giặt)

− Nâng cao ý thức tiết kiệm nước của công nhân

2 Lựa chọn sử dụng, thay thế hóa chất, chất trợ và thuốc nhuộm [7]

Lựa chọn các hóa chất công nghệ, các chất trợ và thuốc nhuộm là công đoạn quyết định nhất để giảm thiểu tác động đến môi trường Một cách thức hữu hiệu, khả thi để giảm thải lượng BOD trong nước thải là sử dụng thay thế các hóa chất có giá trị BOD thấp cho các chất có giá trị BOD cao Ví dụ như:

- Thay thế hồ tinh bột như bột sắn (khoai mì) có 50% BOD và gelatin (100% BOD) bằng hồ tổng hợp, chỉ có 1 – 3 % BOD trong công đoạn hồ sợi dọc bông 100% hay tơ vixco

- Chất giặt tổng hợp (≤ 22% BOD) thay thế xà phòng (140 % BOD)

- Thay thế amoni sunfat/ clorua hay axit vô cơ cho axit axetic (33 – 62% BOD) Tuy nhiên, việc thay thế các hóa chất, thuốc nhuộm có BOD cao bằng chất có BOD thấp, dễ phân hủy cũng có một số nhược điểm Thường sản phẩm BOD thấp

có giá bán cao hơn

3 Thu hồi và sử dụng lại hóa chất và thuốc nhuộm [7]

Các tiềm năng thu hồi và sử dụng lại hóa chất, thuốc nhuộm còn dư sau khi sử dụng lần đầu là to lớn Như:

- Thu hồi sử dụng lại hồ

- Thu hồi sử dụng lại xút khâu làm bóng

Tận dụng thuốc nhuộm còn lại để nhuộm các mẻ sau mang lại hiệu quả kinh tế (tiết kiệm cả thuốc nhuộm, hóa chất và chất trợ), giảm được đáng kể thải lượng ô nhiễm môi trường Do dễ bị thủy phân trong nước nên thuốc nhuộm hoạt tính bị hạn chế sử dụng lại

Một số nơi đã thành công trong việc thu hồi thuốc nhuộm inđigo từ quá trình nhuộm sợi bông bằng phương pháp siêu lọc: nâng cao nồng độ thuốc nhuộm trong nước thải sau khi giặt lên 60 – 80 g/l dệt có thể tuần hoàn lại bể nhuộm

4 Các công nghệ sạch hơn, tiên tiến và thân thiện với môi trường[12]

Áp dụng các qui trình công nghệ mới, tiên tiến và thân thiện với môi trường trên cơ sở máy móc thiết bị mới, hiện đại có thể đưa ra hiệu quả nhiều mặt cả về kinh tế, kỹ thuật (chất lượng) và môi trường

Một số công nghệ tiên tiến và thân thiện với môi trường như:

- Thay thế NaOCl và NaClO2 bằng kali pemanganat KMnO4, H2O2 trong tẩy trắng vải sợi bông và sợi pha KMnO4 là một chất oxy hóa mạnh, thân thiện với môi trường hơn nữa qui trình pemangant tốn ít thời gian Các phản ứng phụ trong quá tình tẩy trắng bằng các hợp chất hữu cơ chứa Clo làm tăng hàm lượng AOX trong nước thải Để giảm được lượng chất tẩy trắng bằng Clo mà vẫn đảm bảo được độ trắng cho vải bông, có thể kết hợp tẩy 2 cấp: cấp 1 tẩy trắng bằng NaOCl có bổ sung NaOH, sau 10 – 15 phút tẩy trắng cấp 2 bằng H2O2 (đun nóng) Phương pháp này có thể giảm được 80% AOX

- Tiến hành nhuộm theo công nghệ ngậm ép – cuộn ủ lạnh Qui trình công nghệ nhuộm rất ngắn và đơn giản như sau:

Ép thuốc nhuộm hoạt tính và kiềm Cuộn, ủ ở nhiệt độ bình thường

giặt (ở nhiệt độ bình thường)

- Giảm ô nhiễm kiềm trong nước thải từ công đoạn làm bóng bằng cách thay thế phương pháp làm bóng lạnh bằng phương pháp làm bóng nóng với nhiệt độ 60-

70oC (thường 10 – 20oC), thời gian lưu giảm còn 20s (thường 50s), lượng kiềm tiết kiệm được 7 – 10% (thường sử dụng dung dịch kiềm nồng độ 280 – 300 mg/l); hoặc kết hợp giữa làm bóng và tận thu xút bằng phương pháp cô đặc, hơi thứ của quá trình cô đặc được quay lại làm nóng dung dịch kiềm Bằng phương pháp này có thể

tiết kiệm được 15% lượng nước, 15% lượng hơi và 25% lượng xút

I.2.5 Phân loại thuốc nhuộm và đặc điểm của thuốc nhuộm hoạt tính

I.2.5.1 Phân loại thuốc nhuộm [13]

1 Phân loại thuốc nhuộm theo cấu tạo hoá học

™ 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

™ Phân loại thuốc nhuộm theo cấu tạo hoá học

+ Thuốc nhuộm Azo: Trong phân tử có một hay nhiều nhóm Azo (-N=N-) Dựa vào số nhóm azo có trong hệ mang màu của thuốc nhuộm mà người ta chia ra các nhóm thuốc nhuộm:

− Monoazo Ar-N = N-Ar’

− Điazo Ar – N = N – Ar’ –N =N – Ar’

− Tri và polyazo Ar – N = N – Ar’- N = N-Ar’ – N = N – Ar’’

Trong đó: Ar, Ar’, Ar’’ là những gốc hữu cơ nhân thơm có cấu tạo đa vòng, dị vòng v.v…

Thuốc nhuộm Azo là thuốc nhuộm quan trọng nhất và có lịch sử phát triển rất lâu đời Nó bao gồm hầu hết các loại thuốc nhuộm theo phân lớp kĩ thuật: thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm cầm màu, thuốc nhuộm bazic, thuốc nhuộm cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm azo không tan và thuốc nhuộm pigment Thuốc nhuộm azo được sản xuất nhiều nhất, chiếm tới gần 50% tổng sản lượng thuốc nhuộm

+ Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử có một hay nhiều nhân Antraquinon hay các dẫn xuất của nó 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 antraquinon chiếm vị trí thứ hai sau thuốc nhuộm azo Nó bao gồm các loại thuốc nhuộm cầm màu, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp và thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng

+ Thuốc nhuộm Indiogit:

Loại thuốc nhuộm này trước đây có nguồn gốc từ thực vật, đó là màu xanh sẫm trích được từ lá cây chàm Khi hóa học thuốc nhuộm phát triển, dựa trên gốc thuốc nhuộm inđigo có trong lá chàm người ta đã tổng hợp được thuốc nhuộm inđigoit với nhiều màu sắc phong phú bằng cách đa thêm các nhóm thế vào phân tử inđigo Gốc mang màu của loại thuốc nhuộm này có công thức:

+ Thuốc nhuộm Arylmetan

Chúng là những dẫn xuất của metan mà trong đó nguyên tử cacbon trung tâm

sẽ tham gia vào mạch liên hợp của hệ mang màu

Theo cấu tạo phân tử, thuốc nhuộm arymetan được chia thành các phân nhóm sau:

- thuốc nhuộm xanten;

- thuốc nhuộm acryđin;

+ Thuốc nhuộm Nitro: Có cấu tạo đơn giản nhất và có ý nghĩa không lớn Loại này chỉ bao gồm một số thuốc nhuộm phân tán

+ Thuốc nhuộm Nitrozo: Trong phân tử có nhóm nitrozo ( NO )

+ Thuốc nhuộm polymetyn: chúng có công thức tổng quát là Ar – ( CH=CH)n– CH = Ar’, trong đó Ar và Ar’ tương ứng phải có nhóm cho và nhận điện tử, chúng

có thể là các vòng thơm như benzen, naphtalen, hoặc các gốc dị vòng như quinolin, piriđin, indol

+ Thuốc nhuộm lưu huỳnh: Trong phân tử có nhiều nguyên tử lưu huỳnh

+ Thuốc nhuộm Arylamin: Trong phân tử thuốc nhuộm arylamin có hệ mang màu là mạch nối các gốc thơm với nhau qua nguyên tử nitơ trung tâm Ar – N =Ar’, trong đó Ar là gốc thơm chứa nhóm cho điện tử, Ar’ là gốc thơm chứa nhóm nhận điện tử Theo cấu tạo, lớp thuốc nhuộm này có thể chia thành các phân nhóm: điarylamin Ar-NH-Ar’; osazin; thiazin; azin

+ Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng: Trong phân tử của chúng có hệ mang màu là các hợp chất đa tụ giữa antraquinon (hoặc dẫn xuất) với các vòng dị thể khác, tạo nên các mạch đa vòng

+ Thuốc nhuộm Azometyn: trong phân tử của chúng chứa hệ mang màu là Ar – CH = N –Ar’ Lớp thuốc nhuộm này ít được sản xuất và chỉ được sử dụng để nhuộm xơ axetat, xơ sợi tổng hợp và in ảnh màu

+ Thuốc nhuộm phtaloxianin: Chúng là một lớp thuốc nhuộm tương đối mới,

hệ thống mang màu trong phân tử của chúng là một hệ liên hợp khép kín

2 Phân loại thuốc nhuộm theo phân lớp kỹ thuật

Thuốc nhuộm được liên kết với vật liệu bằng liên kết ion, liên kết hydro, liên kết đồng hoá trị và liên kết Vander waals

ƒ Thuốc nhuộm hoạt tính

Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là T-X trong đó: S là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan, F là phần mang màu, thường là các hợp chất Azo (-N=N-), antraquynon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin, T là gốc mang nhóm phản ứng, X là nhóm phản ứng Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được xem

S-F-là tác nhân gây ung thư

ƒ Thuốc nhuộm trực tiếp

Đây là nhóm thuốc nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ sợi không qua giai đoạn

xử lý trung gian, thường sử dụng để nhuộm sợi 100% cotton, sợi protein (tơ tằm) và sợi poliamid, phần lớn thuốc nhuộm trực tiếp có chứa Azo (mono, di and poliazo)

và một số là dẫn xuất của dioxazin Ngoài ra, trong thuốc nhuộm còn có chứa các nhóm làm tăng tốc độ bắt màu như triazin và salicilic axit có thể tạo phức với các kim loại để tăng độ bền màu

ƒ Thuốc nhuộm hoàn nguyên

Thuốc nhuộm hoàn nguyên gồm 2 nhóm chính: Nhóm đa vòng có chứa nhân antraquynon và nhóm indigoit có chứa nhân indigo Công thức tổng quát là R = C- O; trong đó, R là các hợp chất hữu cơ nhân thơm, đa vòng Các nhân thơm đa vòng trong loại thuốc nhuộm này cũng là tác nhân gây ung thư, vì vậy khi không được xử

lý, thải ra môi trường, có thể ảnh hưởng đến sức khoẻ con người

ƒ Thuốc nhuộm phân tán

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

hợp (sợi axetat, sợi polieste ) không ưa nước

ƒ Thuốc nhuộm lưu huỳnh

Là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch di hình như tiazol, tiazin, zin trong đó có cầu nối -S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và viscose

ƒ 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 Các thuốc nhuộm này thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquynon, triaryl metan

ƒ Thuốc in, nhuộm pigmen

Có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxiamin, dẫn xuất của antraquynon

Bảng I-7 Các phân lớp thuốc nhuộm và phần trăm màu đi vào dòng thải [6]

Thuốc nhuộm Loại sợi sử dụng Phần màu thải (%)

Hoạt tính Sợi bông, cellulose, len 5 – 50

Phân tán Sợi polyester, polyamide 8 – 20

Trực tiếp Sợi bông, cellulose, tơ lụa 5 – 30

Hoàn nguyên Sợi bông 5 – 20

Lưu huỳnh Sợi bông, celllulose 30 – 40

Axit Len, tơ lụa, polyamide 7 – 20

Cation Polyacrylonitrile 2 – 3

I.2.5.2 Một vài đặc điểm của thuốc nhuộm hoạt tính

Thuốc nhuộm hoạt tính là những hợp chất màu mà trong phân tử của chúng có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện mối liên kết hoá trị với vật liệu nói chung và xơ dệt nói riêng trong quá trình nhuộm Nhờ vậy chúng có độ bền màu cao với gia công ướt, ma sát và nhiều chỉ tiêu khác nữa Thuốc nhuộm hoạt tính có

đủ gam màu, màu tươi và thuần sắc, công nghệ nhuộm đa dạng và không phức tạp,

vì vậy nên tuy mới ra đời năm 1956 đến nay đã được sản xuất với khối lượng lớn và

sử dụng khá phổ biến Chúng được sử dụng để nhuộm in hoa cho các vật liệu xenlulo, tơ tằm, len, vật liệu từ xơ polyamit

Trong điều kiện nhuộm, khi tiếp xúc với vật liệu thuốc nhuộm hoạt tính sẽ tham gia đồng thời vào hai phản ứng: với vật liệu và phản ứng thuỷ phân

Phản ứng vật liệu (xơ) là phản ứng chính có dạng tổng quát:

S-Ar-T-X + HO-Xơ → S-Ar-T-O-Xơ + HX

Phản ứng thuỷ phân là phản ứng phụ làm giảm hiệu suất sử dụng thuốc nhuộm, có dạng tổng quát:

S-Ar-T-X + HOH → S-Ar-T-OH + HX

Thuốc nhuộm đã bị thuỷ phân không có khả năng liên kết hoá học với vật liệu nữa, chỉ bám vào mặt ngoài bằng lực hấp phụ không mạnh nên không đủ độ bền

màu cần thiết, cần phải giặt sạch phần thuốc nhuộm này để đạt độ bền màu của thuốc nhuộm

Những thuốc nhuộm hoạt tính thông thường:

a Thuốc nhuộm điclotriazin

Thuốc nhuộm điclotriazin được nhiều hãng sản xuất với tên gọi thương phẩm khác nhau, để chỉ khả năng phản ứng cao và cần nhuộm trong điều kiện êm dịu Cuối tên gọi của mỗi màu thường có chữ M, chữ K hoặc chữ X Phần mang màu (R) của thuốc nhuộm điclotriazin thường là gốc màu azo, antraquinon và gốc phtaloxiamin Cầu nối giữa gốc S-R và T-X thường là nhóm –NH–, chỉ khi dùng phtaloxianin làm gốc mang màu thì mới dùng cầu nối là nhóm –SO2- hoặc nhóm –NH-(CH2)2-NH- và một vài nhóm khác

Do trong vòng triazin có hai nguyên tử clo chưa bị thay thế nên thuốc nhuộm

có hoạt độ cao Khi nhuộm ở nhiệt độ thường (300C) trong môi trường kiềm yếu (NaHCO3) thì một nguyên tử clo tham gia phản ứng với xơ, còn khi tăng độ kiềm thì cả hai nguyên tử clo sẽ liên kết với xơ

b Thuốc nhuộm monoclotriazin

Có thể xem thuốc nhuộm loại này như là thuốc nhuộm đicloptriazin trong đó một nguyên tử clo đã bị thế bởi các nhóm thế có khả năng nhường điện tử nên hoạt

độ của chúng giảm đi, chúng tham gia các phản ứng với các nhóm định chức của

xơ ở nhiệt độ cao (800C), hoặc nếu ở nhiệt độ thấp hơn thì phải tiến hành trong môi trường kiềm mạnh, vì vậy trong tên gọi thường có thêm chữ H nghĩa là nóng

c Thuốc nhuộm hoạt tính là dẫn xuất của primiđin

Những thuốc nhuộm thuộc nhóm này thường là dẫn xuất của đi- và triclopirimiđin có cấu tạo chung như sau:

Vòng pirimiđin có thể xem như vòng triazin trong đó một nguyên tử nitơ đã bị thay thế bởi một nguyên tử cacbon nên các nguyên tử cacbon kém hoạt động hơn và loại thuốc nhuộm này có thể nhuộm ở nhiệt độ cao

d Thuốc nhuộm hoạt tính vinysunfon

Khác với các nhóm kể trên, thuốc nhuộm hoạt tính vinysunfon thực hiệ phản ứng kết hợp với xơ sợi Nhóm phản ứng của thuốc nhuộm là este của axit sunfuric

và hyđroxyletylsunfon có dạng tổng quát như sau:

S-R-SO2-CH2-CH2-O-SO3Na Dạng này chưa hoạt động, sau khi hấp phụ vào xơ, trong môi trường kiềm yếu, thuốc nhuộm sẽ chuyển về dạng vinylsunfon, làm cho độ phân cực của nguyên tử cacbon tăng lên, nó trở nên hoạt động Dạng hoạt động mới tạo thành sẽ tham gia vào phản ứng kết hợp với các nhóm định chức của xơ ở dạng đã ion hoá để tạo thành liên kết ete giữa thuốc nhuộm và xơ

e Thuốc nhuộm hoạt tính có nhóm phản ứng là 2,3 – đicloquinoxalin

Nhóm thuốc nhuộm này được hãng Bayer sản xuất với tên gọi thương phẩm là levafix E, chúng có khả năng phản ứng tương tự như thuốc nhuộm điclotriazin, nhưng thường chỉ có một nguyên tử clo trong dị vòng tham gia phản ứng nên không

có khả năng tạo thành cầu bắc ngang giữa các mạch xơ sợi Ái lực của thuốc nhuộm với xơ tương tự như thuốc nhuộm triazin

f Thuốc nhuộm hoạt tính chức vòng etylenimin

Loại thuốc nhuộm này có tên thương phẩm là levafix, có cấu tạo hoá học gần giống thuốc nhuộm remazol Trong quá trình nhuộm trong phân tử thuốc nhuộm xuất hiện vòng etylenimin kém bền, dễ tham gia phản ứng với nhóm chức của xơ

g Thuốc nhuộm hoạt tính là dẫn xuất của 2-clobenthiazol

Nhóm phản ứng của thuốc nhuộm loại này là 2-clobenthiazol có công thức chung như sau:

Trong mạch dị vòng này, ngoài nguyên tử cacbon và nitơ còn có nguyên tử lưu huỳnh Trong môi trường kiềm nguyên tử cao sẽ tách ra và thuốc nhuộm sẽ liên kết với xơ theo cơ chế thế nucleophin

Bảng I-8: Các loại thuốc nhuộm hoạt tính (TNHT) sử dụng phổ biến trên thế giới và trong nước [14]. 

STT Loại TNHT Nhóm hoạt tính Gốc hay phần mang màu

1 Procion H; Cibacron

P,E; Evercion HE;

Youhaoreactive K, KE

Monoclotriazin (MCT)

Antraquinon

4 Cibacron F; Levafix E

– N

Monoflotriazin (MFT)

Phtaloxianin

5 Sumifix Supra MCT và VS Phức kim loại

6 Cibacron LS MFT

Chương II

CÔNG NGHỆ NHUỘM, CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

II.1 Qui trình công nghệ quá trình nhuộm

Quá trình nhuộm được thực hiện để phân bố đều ánh sắc lên mặt vải, trong đó xảy ra sự khuếch tán của phân tử thuốc nhuộm vào bên trong sợi vải để tạo cho vải màu sắc mong muốn Mục tiêu của quá trình nhuộm là làm cho các phân tử thuốc nhuộm gắn chặt vào sợi vải

Có thể thực hiện nhuộm liên tục hoặc theo mẻ Trong cả hai trường hợp, thuốc nhuộm dần khuếch tán vào trong sợi vải Có các phương pháp đưa thuốc nhuộm vào trong hoặc lên trên sợi vải như sau:

- Nhuộm tận trích: Khuếch tán thuốc nhuộm đã hòa tan vào sợi vải

- Nhuộm pigment: Phủ thuốc nhuộm không hòa tan lên bề mặt sợi vải

- Nhuộm khối và nhuộm gel: Thâm nhập thuốc nhuộm trong quá trình sản xuất sợi

Nhuộm tận trích là quá trình quan trọng nhất trong nhuộm vải Trong nhuộm tận trích, thuốc nhuộm được hòa tan từng phần và khuếch tán qua bề mặt của sợi vải vào bên trong xơ sợi Thuốc nhuộm ở trong môi trường chất lỏng cùng với vải Quy trình nhuộm tận trích có thể chia thành 3 giai đoạn:

- Giai đoạn nhuộm (tận trích và hấp phụ): Giai đoạn này diễn ra sự khuếch tán của thuốc nhuộm vào bên trong sợi vải Trong hầu hết các trường hợp, mức độ khuếch tán thuốc nhuộm tỉ lệ với chênh lệch nồng độ giữa dịch và vải Trong quy trình nhuộm tận trích, nồng độ thuốc nhuộm có trong dịch nhuộm liên tục giảm, do

đó chênh lệch nồng độ cũng giảm theo Vì thế, tốc độ nhuộm liên tục giảm và đạt đến giá trị cuối cùng (cân bằng)

- Giai đoạn cân bằng: là giai đoạn mà khi đó nồng độ thuốc nhuộm trên sợi vải đạt đến gần hiệu suất thuốc nhuộm Trong giai đoạn này, sự đồng nhất và thẩm thấu thuốc nhuộm xảy ra Trên thực tế, giai đoạn này đạt tới khi nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch không còn biến đổi đáng kể nữa

- Giai đoạn gắn màu thuốc nhuộm: Khi quá trình nhuộm đã ở trạng thái cân bằng, thuốc nhuộm thường đứng yên ở vùng ngoài của sợi vải Thuốc nhuộm ở trạng thái cơ động và có thể di chuyển khỏi sợi vải bất kỳ lúc nào Vì thế, cần phải

cố định thuốc nhuộm theo hai phương pháp sau: phản ứng hóa học hoặc cải thiện sự phân bố thuốc nhuộm trong lõi sợi vải

Bảng II-1: Độ tận trích của một số loại thuốc nhuộm [12]

Nhóm thuốc nhuộm Loại vải Độ tận trích Lượng có trong nước thải

Thuốc nhuộm cation Lụa Acrylic ~ 98% ~2%

Thuốc nhuộm axit Len, Lụa,

Thuốc nhuộm trực

tiếp

Cotton, viscose

~ 80% ~ 20%

Thuốc nhuộm phân

tán

Polyester, Nylon, Acetate

~ 90% ~ 10%

Thuốc nhuộm hoàn

nguyên

Cotton, viscose

~ 95% ~ 5%

Thuốc nhuộm lưu

huỳnh

Cotton, viscose

~ 60% ~ 40%

Thuốc nhuộm hoạt

tính

Cotton, viscose

50 – 95% 5 – 40%

Hiệu suất lên màu của thuốc nhuộm tăng lên khi giảm nhiệt độ dịch nhuộm, dung tỉ, hiệu quả duy trì của các chất trợ và nồng độ thuốc nhuộm Hiệu suất này sẽ tăng theo nồng độ muối, ái lực với thuốc nhuộm, và các đặc tính thành phần của thuốc nhuộm Bảng II-2 trình bày một số thông số kỹ thuật liên quan đến quá trình nhuộm vải tổng hợp

Bảng II-2: Một số thông số kỹ thuật trong quá trình nhuộm [12]

Thông số quy trình Nhuộm gián đoạn Nhuộm liên tục

Tỉ lệ nhuộm trung bình (2%, nghĩa là

20 mg thuốc nhuộm/kg hàng)

0,5 – 5% 50 – 150%

Dung tỉ nhuộm 4:1 – 25:1 0,4:1 – 1,2:1

Nồng độ thuốc nhuộm 0,5 – 5 g/l 17 – 50 g/l

Thời gian nhuộm 20 – 200 phút 0,6 – 2 phút

Quá trình nhuộm sinh ra một số vấn đề liên quan đến môi trường do nguyên liệu sử dụng như sau:

- Nước được sử dụng với lượng rất lớn;

- Chỉ với một lượng rất nhỏ thuốc nhuộm có trong nước đã nhìn thấy rõ do có giá trị nhuộm màu cao, gây ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động quang hoá của các loài thuỷ sinh

- Hầu hết thuốc nhuộm có cấu trúc vòng thơm phức tạp, bền, do vậy không dễ dàng loại bỏ bởi các quá trình xử lý nước thải thông thường

Bảng II-3 Kết quả phân tích mẫu nước thải của một số công ty dệt phía Bắc [9]

Nhà máy pH Độ màu

(Pt – Co)

BOD (mg/l)

COD (mg/l) Dệt 8/3 9, 5 - 12 1000 135 500

Hanosimex 9, 5 - 12 1000 220 400

Dệt Minh Khai 9, 5 - 12 1000 274 200

Dệt len Mùa Đông 9, 5 - 12 1000 132 300

Dệt 19/5 9, 5 - 12 1000 240 300

Dựa vào đặc trưng nước thải công đoạn nhuộm nêu trên, cũng như quy chuẩn chất lượng nước thải dệt may QCVN 13:2008, các phương pháp xử lý nước thải nhuộm thường được chia ra 3 nhóm chính: hoá lý, hóa học và sinh học

II.2 Các biện pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

II.2.1 Phương pháp hoá lý

II.2.1.1 Đông keo tụ

Đông keo tụ là một phương pháp xử lý nước thải tương đối thông dụng để tách các hạt cặn dạng keo và dạng hòa tan trong nước, các hạt cặn này không thể tách được bằng quá trình lắng thông thường Quá trình đông keo tụ làm cho kích thước các hạt cặn này lớn lên, tốc độ lắng tăng lên và có thể lắng được trong các bể lắng thông thường Quá trình đông keo tụ bao gồm hai quá trình chính: quá trình đông tụ

và quá trình keo tụ

Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn và ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng, lọc hay tuyển nổi

Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng dung dịch hòa tan, các chất điện ly hoặc các chất cao phân tử,…

Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ người ta có thể tách được hoặc làm giảm

đi các thành phần có trong nước thải như: các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng,

3-1 Cấu tạo của hạt keo và cơ chế quá trình đông keo tụ

a Cấu tạo của hạt keo

Người ta có thể chia các hạt keo thành hai loại: keo kỵ nước và keo háo nước Trong kỹ thuật xử lý nước bằng quá trình keo tụ, keo kỵ nước đóng vai trò chủ đạo Ngoài ra, người ta còn phân loại theo các dạng sau:

- Keo phân tử là những phân tử lớn (polymer) tạo thành hạt keo

- Keo phân tán gồm nhiều phần tử phân tán (cát, đất sét) tạo thành hạt keo

- Keo liên kết gồm nhiều phần tử khác nhau liên kết với nhau tạo thành hạt keo

Hình II-1: Cấu tạo hạt keo trong nước thải [10] 

Keo kỵ nước hình thành sau quá trình thủy phân các chất xúc tác như phèn nhôm, phèn sắt Ban đầu các phân tử mới hình thành liên kết lại với nhau thành các khối đồng nhất Nhờ có điện tích bề mặt lớn, các khối này có khả năng hấp thụ chọn lọc một số loại ion nào đó, tạo thành lớp vỏ bọc ion Lớp vỏ ion này cùng với khối phân tử bên trong tạo thành hạt keo Bề mặt nhân keo mang điện tích của lớp ion gắn chặt trên đó, có khả năng hút một số ion tự do mang điện tích trái dấu để bù lại một phần điện tích Như vậy, quanh khối liên kết phần tử ban đầu có hai lớp ion mang điện tích trái dấu bao bọc, gọi là lớp điện tích kép của hạt keo Lớp ion ngoài cùng do lực liên kết yếu nên thường không có đủ điện tích trung hòa với lớp điện

tích bên trong và do vậy hạt keo luôn mang một điện tích nhất định Để cân bằng điện tích trong môi trường, hạt keo lại thu hút xung quanh mình một số ion trái dấu

Hình II-2: Mô tả điện thế trên bề mặt hạt keo [10]

b Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông

- Quá trình nén lớp điện tích kép: Quá trình đòi hỏi nồng độ cao của các ion trái dấu cho vào để giảm thế điện động Zeta Sự tạo bông nhờ trung hòa điện tích, giảm thế điện động Zeta làm cho lực hút mạnh hơn lực đẩy và tạo ra sự kết dính giữa các hạt keo

- Quá trình keo tụ do hấp phụ, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện Zeta bằng 0: Các hạt keo hấp phụ ion trái dấu lên bề mặt song song với cơ chế nén lớp điện tích kép nhưng cơ chế hấp phụ mạnh hơn Hấp phụ ion trái dấu làm trung hòa điện tích, giảm thế điện động Zeta tạo ra khả năng kết dính giữa các hạt keo

- Quá trình keo tụ do hấp phụ tĩnh điện thành từng lớp các hạt keo đều tích điện, nhờ lực tĩnh điện chúng có xu thế kết hợp với nhau

- Quá trình keo tụ do hiện tượng bắc cầu: Các polyme vô cơ hoặc hữu cơ (không phải nhôm hoặc sắt) có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo

- Quá trình keo tụ ngay trong quá trình lắng: Hình thành các tinh thể Al(OH)3, Fe(OH)3,các muối không tan,… Khi lắng, chúng hấp phụ cuốn theo các hạt keo khác, các cặn bẩn, các chất vô cơ, hữu cơ lơ lửng và hòa tan trong nước

2 Phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu

Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trị III, còn gọi

là phèn nhôm hay phèn sắt làm chất keo tụ Các muối này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan, trong dung dịch chúng phân ly thành các anion và cation theo phản ứng sau:

Al2(SO4)3 → 2Al3+ + 3SO4

2-FeCl3 → 2Fe3+ + 3Cl

-Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các phức chất hexa Me(H2O)63+ (trong đó Me3+ có thể là Al3+ hoặc Fe3+) Tùy thuộc vào giá trị pH của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau, thí dụ với nhôm, các phức chất này tồn tại ở pH từ 3 đến 4, với sắt, chúng tồn tại ở pH từ 1 đến 3

Khi tăng pH, các phản ứng xảy ra như sau :