Vì vậy, đề tài khóa luận tốt nghiệp là: “Nghiên cứu xử lý nước thải dệtnhuộm bằng phương pháp keo tụ kết hợp với hấp phụ’’ đã được lựa chọn.Nhiệm vụ của đề tài:- Tìm hiểu quy trình dệt n
Ngành Kỹ thuật Môi trường MỞ ĐẦU Những năm gần đây, phát triển mạnh mẽ hoạt động công nghiệp tiểu thủ công nghiệp Việt Nam thúc đẩy phát triển kinh tế đất nước Sự hoạt động 500.000 nhà máy 1.000 bãi rác đô thị Việt Nam, hàng ngày thải môi trường lượng nước thải lớn Trong đó, ngành cơng nghiệp dệt may có tác động tiêu cực đến môi trường công đoạn nấu, tẩy nhuộm Đặc biệt nước thải công đoạn nhuộm cịn chứa chất hữu khó phân hủy nhóm phức mang màu có cấu trúc bền vững Vì vậy, dư lượng chúng nước thải gây ô nhiễm trầm trọng đến môi trường, ảnh hưởng đến động thực vật thủy sinh tác nhân gây ung thư cho người động vật Trước sức ép môi trường ngày lớn, sở sản xuất dệt nhuộm, sản xuất sơn,…không phải sản xuất phù hợp với tiêu chuẩn môi trường Việt Nam ban hành mà phấn đấu đạt tiêu chuẩn quản lý chất lượng môi trường ISO 14000 để đảm bảo xuất cạnh tranh thương trường quốc tế, đặc biệt bối cảnh Việt Nam nhập WTO Vì vậy, vấn đề xử lý nước thải sở sản xuất công nghiệp tiểu thủ công nghiệp quan tâm Để xử lý nước thải chứa chất hữu khó phân hủy người ta áp dụng kỹ thuật xử lý khác q trình sinh học hiếu khí yếm khí, q trình hóa lý: keo tụ, đơng tụ, lắng, lọc,…Tuy nhiên, áp dụng công nghệ kết hợp chúng với thường khơng có hiệu cao, nước thải sau xử lý không đảm bảo tiêu chuẩn thải Một nguyên nhân làm ảnh hưởng đến hiệu xử lý có mặt chất nhiễm, chất hữu khó phân hủy nước thải Đây vấn đề nghiêm trọng Việt Nam Giải pháp mong đợi tương lai khoảng 20 – 30 năm chất nhiễm khó phân hủy cấm sử dụng hoạt động sản xuất Tuy nhiên, giải pháp trước mắt vòng 10 – 15 năm chất hữu khó phân hủy phải loại bỏ khỏi nước thải Để loại bỏ chất ô nhiễm hữu khó phân hủy người ta áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến hấp phụ than hoạt tính, cơng nghệ màng Tuy nhiên, chi phí cơng nghệ màng tốn Khóa luận tốt nghiệp Việc lựa chọn phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm phù hợp mặt kỹ thuật kinh tế cần thiết Vì vậy, đề tài khóa luận tốt nghiệp là: “Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ kết hợp với hấp phụ’’ lựa chọn Nhiệm vụ đề tài: - Tìm hiểu quy trình dệt nhuộm, chất thải phát sinh trình dệt nhuộm phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm - Tìm điều kiện tối ưu trình xử lý phương pháp keo tụ - Tìm điều kiện tối ưu trình xử lý phương pháp hấp phụ CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Một vài nét ngành công nghiệp dệt may Việt Nam Dệt may coi ngành trọng điểm mũi nhọn công nghiệp Việt Nam Với lợi riêng biệt vốn đầu tư không lớn, thời gian thu hồi vốn nhanh, thu hút nhiều lao động, có nhiều điều kiện mở rộng thị trường nước với tham gia nhiều thành phần kinh tế khác Trong năm qua, gặp nhiều khó khăn nhiều mặt, lại bị cạnh tranh gay gắt thị trường quốc tế nước, nhiên toàn ngành dệt may đẩy mạnh sản xuất có mức tăng trưởng cao Việt Nam lọt vào tốp 10 nước vùng lãnh thổ có kim ngạch xuất ngành may mặc lớn giới, mặt hàng dệt may vượt qua mặt hàng dầu thô, lần trở thành mặt hàng có kim ngạch xuất lớn Kim ngạch năm 2009 đạt 9,2 tỷ USD, tăng 1% so với năm 2008 Trong năm 2010, ngành dệt may dự kiến kim ngạch xuất đạt khoảng 10,5 tỷ USD, tăng trưởng 12% (tin từ VietnamPlus, TTXVN 9/1/2010) Tuy nhiên, ngành dệt nhuộm với khâu nhuộm hoàn tất vải nguồn gây ô nhiễm môi trường mạnh lượng chất Ước tính lượng nước thải, thải từ công đoạn nhuộm vải lớn, từ 120-300 m /tấn vải Nước thải ngành nhuộm đa dạng phức tạp Theo tính tốn, hóa chất sử dụng cơng đoạn nhuộm như: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngấm, chất tạo môi trường, hồ, men, chất oxi hóa…Với hàng trăm loại hố chất đặc trưng hịa tan dạng ion với kim loại nặng làm tăng thêm tính độc hại nước thải ngành nhuộm, làm ảnh hưởng lâu dài đến môi trường sức khỏe người Hơn nữa, thành phần tính chất nước thải ngành nhuộm hồn tồn khơng ổn định, thay đổi theo cơng nghệ mặt hàng Vì vậy, việc xác định thành phần tính chất nước thải không dễ dàng 1.2 Công nghệ dệt nhuộm 1.2.1 Quy trình cơng nghệ dệt nhuộm Hiên nay, Ngành sản xuất diệt nhuộm Việt Nam áp dụng theo quy trình chung sau: Nguyên liệu đầu Kéo sợi, chải, ghép, đánh đống H2O, tinh bột, phụ gia Hồ sợi Nước thải chứa hồ tinh bột, hóa chất Dệt vải NaOH NaOH, hóa chất , H2O H2SO4,H2O , chất tẩy giặt Giũ hồ Nước thải chứa hồ tinh bột bị thủy phân Nấu Nước thải Xử lý axit, giặt Nước thải Tẩy trắng H2O2, NaOCl, hóa chất Nước thải Giặt H2SO4, H2O chất tẩy giặt Nước thải Làm bóng NaOH, hóa chất Nước thải Nhuộm, in hoa Dung dịch nhuộm Dung dịch nhuộm Giặt H2SO4,H2O chất tẩy giặt H2O, hồ, hóa chất Nước thải Hồn tất,văng khổ Nước thải Sản phẩm Hình 1.1: Sơ đồ cơng nghệ dệt nhuộm hàng sợi & nguồn nước thải - Nhập nguyên liệu: nguyên liệu nhập điều kiên bơng khơ, chứa sợi bơng có kích thước khác tạp chất tự nhiên bụi đất, hạt cỏ rác Ngồi cịn sử dụng nguyên liệu lông thú, đay gai, tơ tằm để sản xuất mặt hàng - Làm sạch: đánh tung, làm trộn khô để thu nguyên liệu đồng Sau trình làm sạch, 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 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 môi trường 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 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 lại vào nước thải Quá trình nhuộm xảy theo bước: - Di chuyển phần tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi - Gắn màu vào bề mặt sợi - 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 không 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 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 vô Các loại thuốc nhuộm thường gặp, gồm: Thuốc nhuộm trực tiếp Thuốc nhuộm trực tiếp hay gọi 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 môi 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 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 Một 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 từ thuốc nhuộm có chứa gốc azo, nên nước EU cấm không 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 hòa tan nước cao khả chịu ẩm tốt Công thức tổng quát thuốc nhuộm hoạt tính là: S - F – T – X, đó: 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 hữu 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, Na 2SO4) 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 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 – 60 C 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 amin tự (- NH2, - NH-CH2=CH2-OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân 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 Ngồi cịn có số loại thuốc nhuộm khác thuốc nhuộm pigment, thuốc nhuộm phân tán… 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 vô như: Na2S2O3 dùng nhuộm hoàn nguyên, 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 chống nhăn…, xà phòng chất tẩy giặt tổng hợp sử dụng tất cơng đoạn nhóm anion, cation Các chất làm giảm sức căng bề mặt nước thải ảnh 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 Vấn đề ô nhiễm môi trường công nghệ dệt nhuộm 1.2.3.1 Các công đoạn phát sinh chất nhiễm q trình dệt nhuộm Trong q trình dệt nhuộm, lượng nước hố chất sử dụng lớn cho công đoạn khác Để sản xuất 1m vải cần dùng từ 12 – 60 lít nước thải từ 10 – 40 lít nước thải (Trần Văn Nhân, 2002) Do nước thải công nghệ dệt nhuộm cần quan tâm Các chất gây nhiễm cơng nghiệp dệt nhuộm gồm: - Các tạp chất tách từ vải sợi: hợp chất chứa nitơ, dầu mỡ, bụi bám vào sợi… (trung bình chiếm khoảng 6% khối lượng xơ sợi) - Các hố chất sử dụng cơng nghệ dệt nhuộm: hồ tinh bột, H 2O2, NaOH, nước javen, H2SO4…, loại thuốc nhuộm, thuốc ngấm, thuốc trợ, chất cầm màu, chất tẩy giặt…Lượng hoá chất sử dụng với loại vải, loại màu khác vào cơng đoạn q trình dệt nhuộm - Các chất tẩy rửa thành phần gây ô nhiễm hữu đáng kể Chất tẩy rửa bao gồm: chất hoạt động bề mặt, chất phụ gia…, chúng gây cản trở q trình xử lý nước Mức độ nhiễm nước thải dệt nhuộm dao động lớn lưu lượng thành