Chính vì vậy, đề tài là : “ Thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800 m3/ngày đêm” đã được lựa chọn làm khóa luận tốt nghiệp Trang 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT
Tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800m3/ng.đ MỞ ĐẦU Trong năm gần phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường chủ đề tập trung quan tâm nhiều nước giới Một vấn đề đặt cho nước phát triển có Việt Nam cải thiện mơi trường nhiễm chất độc hại phát triển công nghiệp tạo Điển ngành cơng nghiệp cao su, hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt ngành dệt nhuộm phát triển mạnh mẽ chiếm kim ngạch xuất cao Việt Nam Ngành dệt nhuộm phát triển từ lâu giới hình thành phát triển 100 năm nước ta Trong năm gần đây, nhờ sách đổi mở cửa Việt Nam có 72 doanh nghiệp nhà nước, 40 doanh nghiệp tư nhân, 40 dự án liên doanh 100% vốn đầu tư nước tổ hợp hoạt động lĩnh vực dệt nhuộm Ngành dệt may thu hút nhiều lao động góp phần giải việc làm Khóa luận quản trị nhân lực phù hợp với nước phát triển cơng nghiệp nặng phát triển mạnh nước ta Tuy nhiên, hầu hết nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm chưa có hệ thống xử lý nước thải, nước thải thải trực tiếp sông suối ao hồ loại nước thải có độ kiềm cao độ màu lớn, nhiều hóa chất độc hại lồi thủy sinh Chính vậy, đề tài : “ Thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800 m3/ngày đêm” lựa chọn làm khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Viết Trường-MT1101 Tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800m3/ng.đ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM 1.1.Tổng quan ngành dệt nhuộm ô nhiễm môi trƣờng [8] Ngành dệt nhuộm ngành lâu đời gắn liền với nhu cầu loài người may mặc Sản phẩm ngành ngày tăng với gia tăng chất lượng sản phẩm, đa dạng màu sắc, mẫu mã sản phẩm Ngày nay, nước tiên tiến, sản phẩm dệt may chủ yếu nhập từ nước chậm phát triển Với quốc gia phát triển nguyên vật liệu nhân công rẻ nên ngành dệt nhuộm ngành có khả đem lại lợi nhuận lớn từ xuất sản phẩm dệt may Đó yếu tố khách quan thuận lợi giúp cho cơng nghiệp dệt nhuộm nước có điều kiện cạnh tranh thi trường quốc tế Tuy nhiên, điều kiện lịch sử hoàn cảnh kinh tế, sở ngành dệt nhuộm sử dụng thiết bị dây chuyền công nghệ với mức độ đại khác Các sở xây dựng lựa chọn dây chuyền công nghệ đại với thiết bị có độ tự động cao Khóa luận quản trị nhân lực độ xác cao, nhiều sở khác tiếp tục sử dụng thiết bị cũ kĩ, lạc hậu, gây ảnh hưởng tới điều kiện làm việc chất lượng sản phẩm môi trường Ở Việt Nam, công nghiệp dệt may đà phát triển mạnh đem lại nhiều lợi nhuận thu nhập kinh tế Tuy nhiên, đặc thù ngành mà ngành công nghiệp dệt may ln ngành có mức độ ô nhiễm môi trường trầm trọng, đặc biệt ô nhiễm nước thải Cho dù cải tiến trang thiết bị đại, hóa chất nhuộm thay đổi cải tiến, nguyên nhân ô nhiễm thay đổi ngành dệt may sử dụng hóa chất mang màu làm ngun liệu cơng đoạn nhuộm hàng loạt hóa chất khác Cải tiến trang thiết bị đem lại giảm thiểu ô nhiễm môi trường đáng kể Cho đến nay, toàn ngành dệt may Việt Nam đổi thiết bị đạt 7% Tuy nhiên, tỷ lệ thấp so với nước khu vực (20 – 25%) Thiết bị lại ngành dệt hư mòn nặng nề, nhiều thiết bị cũ kỹ, ngành khơng có đủ phụ tùng thay thế, khơi phục tính cơng nghệ Đây ngun nhân làm gia tăng chất thải, cần khảo sát kỹ nghiên cứu phương pháp xử lý kịp thời SVTH: Nguyễn Viết Trường-MT1101 Tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800m3/ng.đ 1.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng ngành dệt nhuộm [6,8] 1.2.1 Quy trình chung cơng nghệ dệt nhuộm Tùy đặc thù công nghệ sản phẩm sở sản xuất khác mà quy trình sản xuất áp dụng thay đổi cho phù hợp Dây chuyền công nghệ sản xuất dệt nhuộm tổng quát thể hình 1.1, bao gồm bước sau: Nguyên liệu đầu Kéo sợi, chải, ghép, đánh ống H2O, tinh bột, phụ gia Hồ sợi Hơi nước Nước thải chứa hồ bột, hóa chất tinh Dệt vải Enzym, NaOH NaOH, hóa chất Hơi nước Giũ hồ Nước thải chứa hồ tinh bột bị thủy phân NaOH Khóa luận quản trị nhân lực Nấu Nước thải Xử lý axit, giặt Nước thải Tẩy trắng Nước thải H2SO4, H2O, chất tẩy giặt Giặt Nước thải NaOH, hóa chất Làm bóng Nước thải Dung dịch nhuộm Nhuộm, in hoa H2SO4,H2O Chất tẩy giặt Giặt Nước thải Hoàn tất, văng khổ Nước thải H2SO4,H2O Chất tẩy giặt NaOH, hóa chất H2O2,Hơi NaOCl, nướchóa chất Hơi nước, hồ, hóa chất Dung dịch nhuộm Sản phẩm Hình 1.1 Quy trình cơng nghệ sản xuất dệt nhuộm SVTH: Nguyễn Viết Trường-MT1101 Tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800m3/ng.đ - Nhập nguyên liệu: nguyên liệu nhập điều kiên khô chứa sợi bơng có kích thước khác tạp chất tự nhiên bụi đất, hạt cỏ rác Ngoài cịn sử dụng ngun liệu lơng thú, đay gai, tơ tằm để sản xuất mặt hàng - Làm sạch: đánh tung, làm trộn khô để thu nguyên liệu đồng Sau q trình làm sạch, bơng thu dạng phẳng - Chải: sợi chải song song tạo thành sợi thô xoắn máy chải - Kéo sợi: kéo sợi để giảm kích thước tăng độ bền sợi - Hồ sợi: sợi sử dụng hồ tinh bột tinh bột biến tính, sợi nhân tạo sử dụng PVA (Polyvinylancol), polycrylat Mục đích q trình tạo màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền, độ bôi trơn độ sợi để tiến hành dệt - Dệt vải: kết hợp sợi ngang sợi dọc để hình thành vải - Giũ hồ: sử dụng xút enzyme amilaza để tách phần hồ lại vải - Nấu vải: loại trừ phần hồ lại tạp chất thiên nhiên bám vào sợi tách dầu mỡ - Tẩy trắng: làm cho vải màu, vết dầu mỡ làm cho vải đạt độ trắng theo tiêu chuẩn đặt Chất tẩy trắng thường dùng NaClO, NaClO2, H2O2 hóa chất phụ trợ khác để tạo mơi trường Khóa luận quản trị nhân lực Nếu sử dụng H2O2 giá thành sản phẩm cao không ảnh hưởng tới môi trường sinh thái Nước thải chủ yếu chứa kiềm dư chất hoạt động bề mặt Nếu sử dụng chất tẩy chứa Clo: giá thành thấp tạo hàm lượng AOX (hợp chất halogen hữu dễ hấp phụ) nước thải Các chất khả gây ung thư ảnh hưởng tới môi trường sinh thái - Nhuộm vải: công đoạn phức tạp, sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm hóa chất để tạo màu sắc khác cho vải Thuốc nhuộm có nhiều loại như: trực tiếp, hồn ngun, lưu huỳnh, hoạt tính…tồn dạng tan hay phân tán dung dịch Tỉ lệ màu thuốc nhuộm gắn vào sợi từ 50-98%, phần cịn lại vào nước thải Q trình nhuộm xảy theo bước: Di chuyển phần tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi Gắn màu vào bề mặt sợi SVTH: Nguyễn Viết Trường-MT1101 Tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800m3/ng.đ Khuếch tán màu vào sợi, trình xảy chậm Cố định màu vào sợi - In hoa: để tạo vân hoa, có hay nhiều màu vải Các loại thuốc in hoa dạng hồ tan hay dung mơi chất màu Các thuốc in hoa chất màu, hoạt tính, hồn ngun azo khơng tan Indigozol Hồ in hoa hồ tinh bột dextrin, natrialginat, hồ nhũ tương tổng hợp - Văng khơ, hồn tất: mục đích ổn định kích thước vải chống màu ổn định nhiệt Trong sử dụng số hóa chất chống nhàu, chất làm mềm hóa chất metylic, axitaxetic, focmandehit 1.2.2.Các loại hóa chất sử dụng sản xuất dệt nhuộm [8] a) Các loại thuốc nhuộm sử dụng sản xuất dệt nhuộm Để sản xuất mặt hàng vải màu in hoa công nghiệp dệt nhuộm người ta phải sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm khác Thuốc nhuộm chủ yếu hợp chất hữu có màu, tiếp xúc với vật liệu khác khả bắt màu giữ màu vật liệu khác lực liên kết vật lý hóa học Hầu hết thuốc nhuộm hợp chất màu hữu trừ thuốc nhuộm pigment có số màu từ hợp chất vơ Các loại Khóa luận quản trị nhân lực thuốc nhuộm thường gặp, gồm: Thuốc nhuộm trực tiếp Thuốc nhuộm trực tiếp hay goi thuốc nhuộm tự bắt màu hợp chất hịa tan nước, có khả bắt màu vào số vật liệu sợi xenlulo, giấy, tơ tằm sợi polyamit cách trực tiếp nhờ lực hấp phụ mơi trường trung tính kiềm Hầu hết loại thuốc nhuộm trực tiếp có nhóm azo, số dẫn xuất dioazin flatoxianim, tất sản xuất dạng muối natri axit sunforic cacbonyl hữu cơ, vài trường hợp sản xuất dạng muối amoni kali nên viết dạng tổng quát là: Ar-SO3-Na ( Ar: gốc hữu mang màu thuốc nhuộm) Khi hòa tan vào nước thuốc nhuộm phân ly sau: Ar-SO3-Na → Ar-SO3 - + Na+ Ar-SO3- : ion mang màu có điện tích âm SVTH: Nguyễn Viết Trường-MT1101 Tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800m3/ng.đ Thuốc nhuộm trực tiếp có hiệu suất bắt màu cao 90% nhuộm màu nhạt nồng độ thấp, màu đậm, lượng thuốc nhuộm bị thải tương đối lớn Do khả tự bắt màu, đơn giản sử dụng rẻ tiền nên thuốc nhuộm trực tiếp sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác ngành dệt vải, sợi bông, hàng dệt kim từ bông, số sản phẩm dệt từ polyamit ngành thuộc da sử dụng thuốc nhuộm trực tiếp màu nâu, đen số màu xanh Gần phát thấy nguyên nhân gây ung thư amin thơm thoát từ thuốc nhuộm có chứa gốc azo, nên nước EU cấm khơng sử dụng loại thuốc nhuộm này, phạm vi sử dụng loại thuốc nhuộm thu hẹp dần Thuốc nhuộm hoạt tính Là loại thuốc nhuộm anion, có phần mang màu thường gốc azo, antraquinon, axit chứa kim loại ftaloxianin chứa vài ngun tử hoạt tính có độ hịa tan nước cao khả chịu ẩm tốt Công thức tổng quát thuốc nhuộm hoạt tính là: S F – T – X, đó: Khóa luận quản trị nhân lực S: nhóm cho thuốc nhuộm có tính tan F: phần mang màu phân tử thuốc nhuộm, định màu thuốc nhuộm T: gốc mang nhóm phản ứng X: nhóm mang phản ứng nhóm khác nhau, nhóm halogen hữu nhóm nguyên tử chưa no CH2=CH2 phân tử thuốc nhuộm chứa nhiều nhóm phản ứng Mức độ khơng gắn màu thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao khoảng 30% có chứa gốc Halogen hữu nên làm tăng lương độc hại (AOX) nước thải Mặt khác trình nhuộm phải sử dụng chất điện li lớn (NaCl, Na2SO4) chúng bị thải hồn tồn sau nhuộm giặt Vì vậy, nước thải có hàm lượng muối cao có hại cho thủy sinh cản trở xử lý nước phương pháp vi sinh Thuốc nhuộm hoàn nguyên Thuốc nhuộm hoàn nguyên dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, sợi vải bơng, lụa vixco SVTH: Nguyễn Viết Trường-MT1101 Tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm, cơng suất 800m3/ng.đ Thuốc nhuộm hồn ngun bao gồm nhóm chính: nhóm indigoit (có chứa nhân indigo dẫn xuất nó) nhóm hồn ngun đa vịng (có chứa nhân Antraguinon dẫn xuất) Tuy có cấu tạo màu sắc khác tất có nhóm axeton (C=O) phân tử nên cơng thức tổng quát R=C=O Tất loại thuốc nhuộm hồn ngun khơng tan nước kiềm Để nhuộm in hoa, người ta khử môi trường kiềm chất khử mạnh NaHSO3, H2O2, hay dùng dung dịch Na2SO4 + NaOH nhiệt độ 50 – 600C Tùy thuộc vào công nghệ nhuộm khác mà tỷ lệ bắt màu thuốc nhuộm hoàn nguyên khác nhau, dao động khoảng 70 – 80% Phần không bắt màu vào nước thải, có cấu trúc bền vững vấn đề đáng quan tâm xử lý nước thải dệt nhuộm Thuốc nhuộm phân tán Là chất màu không tan nước, sản xuất dạng hạt phân tán cao thể keo nên phân bố nước kiểu dung dịch huyền phù, đồng thời có khả chịu ẩm cao, có cấu tạo phân tử từ gốc azo (- N=N -) antraquinon, có chứa nhóm Khóa luận quản trị nhân lực amin tự bị (- NH , - NH-CH =CH -OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân 2 tán nước Mức độ gắn màu thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao 90 – 95%, nên mức độ thải ngồi mơi trường khơng cao Mơi trường thuốc nhuộm có tính axit có nhiều chất hoạt động bề mặt kết hợp trung hịa với dịng thải kiềm tính Thuốc nhuộm lưu huỳnh: Trong phân tử có chứa disunfua (- S – S) nhiều nguyên tử lưu huỳnh Là hợp chất không màu tan nước số dung môi hữu Dùng để nhuộm sợi cotton thuốc nhuộm tương đối đủ màu trừ màu tím màu đỏ chưa tổng hợp Mơi trường nhuộm mang tính kiềm độ hấp thụ loại thuốc nhuộm khoảng 60 – 70%, phần lại vào nước thải làm cho nước thải có chứa hợp chất lưu huỳnh chất điện li Ngoài cịn có số loại thuốc nhuộm khác thuốc nhuộm pigment, thuốc nhuộm phân tán… SVTH: Nguyễn Viết Trường-MT1101 Tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800m3/ng.đ b) Các loại hóa chất khác sử dụng sản xuất dệt nhuộm Trong sản xuất dệt nhuộm loại thuốc nhuộm thường dùng, người ta cịn sử dụng loại hóa chất sau: - NaOH Na2CO3 dùng nấu tẩy, làm bóng với số lượng lớn - H2SO4 dùng để giặt trung hòa màu thuốc nhuộm - H2O2, NaOCl dùng để tẩy trắng vật liệu - Các chất khử vơ như: Na2S2O3 dùng nhuộm hồn ngun, Na2S dùng để khử thuốc nhuộm lưu huỳnh Các chất cầm màu thường nhựa cao phân tử syntephix, tinofic - Những chất khó tan nước lại dễ tan dung dịch axit axetic, chúng tạo thành phức khó tan cation chất cầm màu anion thuốc nhuộm Nó sử dụng để nâng cao độ bền màu cho vải nhuộm thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên… - Các chất hoạt động bề mặt (như chất ngấm, chất màu, chất chống bọt, chất chơng nhăn…), xà phịng chất tẩy giặt tổng hợp sử dụng tất cơng đoạn nhóm anion, cation Các chất làm giảm sức căng bề mặt nước thải ảnh Khóa luận quản trị nhân lực hưởng tới đời sống thủy sinh, đơi có sản phẩm khó phân giải vi sinh - Các polymer tổng hợp dùng hồ sợi hồ vải PAC, polycrylat Khi vào nước thải chất khó phân hủy sinh học - Các chất làm mềm vải dùng khâu hoàn tất phần lớn hợp chất cao phân tử có gốc silion : polisiloxan, silicon biến tính Các chất có khả tạo thành lớp màng mỏng vải làm cho vải mềm mịn 1.2.3 Hiện trạng ô nhiễm chất ô nhiễm [11] Sự gia tăng đáng kể ngành dệt may nhờ đóng góp lớn ngành dệt nhuộm Chất lượng vải, màu sắc kiểu dáng ưa chuộng yếu tố thiếu lĩnh vực thời trang Tuy nhiên, với nhu cầu ngày cao màu sắc độ bền thuốc nhuộm, góc độ mơi trường đa dạng màu sắc độ bền màu ngày tăng cao thuốc nhuộm lại ô nhiễm môi trường mức độ ô nhiễm môi trường ngày trầm trọng khó khăn nghiên cứu chế công nghệ xử lý nước thải Hàng năm, ngành cơng nghiệp dệt may sử dụng hàng nghìn loại hóa chất nhuộm Hiệu suất sử dụng loại thuốc nhuộm nằm khoảng từ 70 – 80% tối đa đạt SVTH: Nguyễn Viết Trường-MT1101 Tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800m3/ng.đ 95% Như vậy, lượng lớn hóa chất, thuốc nhuộm bị thải môi trường Theo số liệu thống kê, ngành dệt may thải môi trường khoảng 20-30 triệu m3 nước thải/ năm Trong có khoảng 10% tổng lượng nước thải qua xử lý, số lại thải trực tiếp môi trường tiếp nhận Công nghệ nhuộm cần sử dụng 20 – 100 m3 nước/tấn sản phẩm, tương ứng với lượng nước thải từ vài trăm đến hơn1000m3/ngày.Do vậy, nhu cầu số lượng nước sử dụng vấn đề lớn đặt sở sản xuất Sử dụng hợp lý nước vấn đề kinh tế quan trọng, đòi hỏi phải có quản lý nghiêm ngặt phải làm giảm khối lượng nước sử dụng tái sử dụng nguồn nước thải Theo nghiên cứu D.Orhon, F.Germirii Babuna nnk (2001) cho thấy nồng độ chất ô nhiễm từ công đoạn nhuộm khác nhau: độ pH trình chênh lệch, phụ thuộc vào đặc tính riêng cơng đoạn Nhưng phần lớn nước thải công đoạn chủ yếu có tính kiềm Giá trị COD cao công đoạn làm sáng huỳnh quang, công đoạn làm mềm, công đoạn nhuộm công đoạn tẩy trắng, lớn 2000 mg/l Đặc biệt công đoạn nhuộm thải lượng nước thải lớn chứa hàm lượng chất hữu khó phân hủy cao, cịn cơng đoạn khác hầu hết chất hữu dễ phân hủy Cơng đoạn Khóa luận quản trị nhân lực nhuộm có độ màu cao nhất, lên đến 25.000 theo thang độ màu Pt – Co Cịn thơng số TDS tổng Photpho nước thải dệt nhuộm không cao Hàm lượng chất rắn lơ lửng công đoạn nhuộm, công đoạn chuội vải cao Như vậy, chất thải nước thải cơng nghiệp dệt nhuộm chia thành hai loại: - Chất thải loại hóa chất phụ gia nước thải sử dụng dư thừa, chủ yếu chất vô chất hữu dễ phân hủy - Chất thải từ thuốc nhuôm dư thừa, chất hữu khó phân hủy - Do tính chất khác hai loại nước thải này, cần lưu ý tách dòng riêng đưa vào xử lý nhà máy Ngồi ra, vấn đề chất thải rắn khí thải ngành dệt nhuộm Việt Nam vấn đề cần quan tâm Chất thải rắn ngành dệt nhuộm bao gồm xỉ than, phế liệu, vải vụn, bụi bơng, bao bì, loại thuốc nhuộm bị hỏng Mỗi năm lượng chất thải rắn khoảng 700.000 /năm Hiện nay, lượng chất thải rắn sở sản xuất thu gom, xử lý, tái sử dụng SVTH: Nguyễn Viết Trường-MT1101 Tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800m3/ng.đ CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM 2.1 Đặc điểm nƣớc thải ngành dệt nhuộm [7,11] 2.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải dệt nhuộm Tính chất nước thải giữ vai trò quan trọng thiết kế, vận hành hệ thống xử lý quản lý chất lượng môi trường Nước thải dệt nhuộm khác sử dụng loại nguyên liệu khác Chẳng hạn len cotton thô thải chất bẩn tự nhiên sợi Nước thải có độ màu, độ kiềm, BOD chất lơ lửng (SS) cao Ở loại nguyên liệu sợi tổng hợp, nguồn gây nhiễm hóa học loại hóa chất sử dụng giai đoạn tẩy nhuộm Nước thải dệt nhuộm nhìn chung phức tạp đa dạng Đã có hàng trăm loại hóa chất đặc trưng phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất tạo môi trường, tinh bột men, chất oxi hóa…được đưa vào sử dụng Trong trình sản xuất, lượng nước thải dao động 12-300 m3 /tấn vải, chủ yếu từ công đoạn nhuộm nấu tẩy Nước thải dệt nhuộm ô nhiễm nặng tiêu độ màu, pH, chất rắn lơ lửng, BOD, COD, nhiệt độ vượt tiêu chuẩn cho phép Khóa luận quản trị nhân lực 2.1.2 Đặc trưng nước thải dệt nhuộm Đặc trưng quan trọng nguồn nước thải từ sở dệt nhuộm dao động lớn số lượng tải lượng ô nhiễm Thay đổi theo mùa, theo mặt hàng sản xuất theo chất lượng sản phẩm Nhìn chung nước thải từ sở dệt nhuộm có độ kiềm cao, độ màu hàm lượng chất hữu cao Hiệu hấp thụ vải đạt 60-70% Ngồi cịn số chất điện li, chất hoạt động bề mặt, chất tạo môi trường tồn thành phần nước thải tạo độ màu cao nước thải Nước thải ngành dệt nhuộm không xử lý, thải vào môi trường làm cân sinh thái nguồn tiếp nhận gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người SVTH: Nguyễn Viết Trường-MT1101 10