quy trình cơ bản trong dệt nhuộm và đề xuất công nghệ xử lý nước trong dệt nhuộm

Nhắc đến nước thải ngành dệt nhuộm là một trong những loại nước thải ô nhiễm nặng, hàm lượng các chất hữu cơ cao, khó phân hủy, pH dao động từ 9- 12 do thành phần các chất tẩy.. Trong qu

Mục lục Trang

LỜI MỞ ĐẦU 2

I TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM 3

1 Sơ đồ công nghệ ngành dệt – nhuộm 4

2 Các loại thuốc nhuộm thường dung 6

3 Nguồn gốc và đặc tính của nước thải dệt – nhuộm 8

3.1 Nguồn gốc 8

3.2 Đặc tính của nước thải dệt- nhuộm 10

4 Ảnh hưởng của nước thải dệt- nhuộm đến môi trường 12

II ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT- NHUỘM 15

1 Cơ sở lựa chọn công nghệ 15

2 Một số công nghệ xử lý nước thải dệt – nhuộm 16

2.1 Phương án 1 16

2.2 Phương án 2 19

2.3 Phương án 3 21

III KẾT LUẬN 25

DANH MỤC CHỮ, KÍ HIỆU VIẾT TẮT 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI MỞ ĐẦU

Trong nền kinh tế đang phát triển như nước ta hiện nay, ngành dệt là một trong những ngànhđang phát triển đáng kể ở nước ta kim ngạch xuất khẩu chiếm 15% kim ngạch xuất khẩu cảnước Giá trị sản xuất công nghiệp của ngành dệt may trong năm 2007 tăng 17,9% so với năm

2006 Các sản phẩm chủ yếu đều tăng như sợi toàn bộ tăng 11%; vải lụa thành phẩm tăng 8,9%;sản phẩm quần áo dệt kim tăng 8,8%; quần áo may sẵn tăng 12,6%, Sự phát triển nhanh chóngcủa ngành may mặc đã góp phần đưa Việt Nam trở thành một trong chín nước xuất khẩu hàngmay mặc lớn nhất trong số 153 nước xuất khẩu hàng dệt may trên toàn thế giới

Song cùng với sự phát triển ấy là các phát sinh trong quá trình sản xuất mà tiêu biểu đến là nướcthải Ngành dệt nhuộm sử dụng một lượng nước thải lớn để sản xuất và đồng thời thải ra một

lượng nước thải đáng kể cho môi trường Nhắc đến nước thải ngành dệt nhuộm là một trong

những loại nước thải ô nhiễm nặng, hàm lượng các chất hữu cơ cao, khó phân hủy, pH dao động

từ 9- 12 do thành phần các chất tẩy Trong quá trình sản xuất có rất nhiều hóa chất độc hại được

sử để sản xuất tạo màu: như là phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chấttạo môi trường, tinh bột, men, chất ôxy hoá….Các chất này thường có chứa các ion kim loại hòatan, hay kim loại nặng rất khó phân hủy trong môi trường, có thể gây ô nhiễm môi trường trầmtrọng trong thời gian dài Nếu chưa được xử lý và xử lý chưa đạt QCVN mà thải ra ngoài thì cáchóa chất này có thể giết chết vi sinh vật xung quanh, làm chết cá và các loại động vật sống dướinước, các chất độc này còn có thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hưởng tới nguồn nước

ngầm và bên cạnh đó còn ảnh hưởng đến đời sống của con người Ngoài ra, nước thải dệt nhuộm thường có độ màu rất lớn và thay đổi thường xuyên tùy loại thuốc nhuộm, và có nhiệt độ

cao nên cần phải được xử lý triệt để đễ trước khi thải ra, tránh gây ô nhiễm môi trường

Trong quá trình sản xuất của ngành dệt nhuộm thì sử dụng nước nhiều và nguồn phát sinh

ra nước thải ngành dệt nhuộm ở rất nhiều công đoạn khác nhau, thay đổi theo từng loại sản

phẩm Nhưng đặc trưng của loại nước thải này có pH, nhiệt độ, COD cao và độ màu tương đốicao Do vậy cần có biện pháp hợp lý để quản lý được lượng nước thải này triệt để hơn Và đó

cũng là mục tiêu nghiên cứu đề tài “Quy Trình Cơ Bản Trong Dệt Nhuộm Và Đề Xuất Công Nghệ Xử Lý Nước Trong Dệt Nhuộm.” của nhóm.

Bài viết này chắc hẳn còn vấp nhiều thiếu sót, do sự hiểu biết không được cặn kẽ và kiến thức cóhạn Rất mong Thầy cùng các bạn đóng góp ý kiến thêm để hiểu rõ hơn và đề tài của nhóm đượchoàn chỉnh hơn nữa

I TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT- NHUỘM

Là một trong những ngành công nghiệp lớn mạnh nhất thế giới, hàng năm, đi đôi với sức tiêu thụnhư vũ bão của người tiêu dùng, ngành công nghiệp thời trang cũng theo đó có doanh thu khổng

lồ Theo số liệu thống kê, chỉ tính riêng trong năm 2010, giá trị của ngành công nghiệp thời trang

đã lên tới 2.560 nghìn đô la và năm 2014 con số này sẽ còn hứa hẹn tăng tiến đáng kể bất chấptình hình kinh tế của thế giới vẫn chưa hết ảm đạm Cùng với sự phát triển đó, ngành côngnghiệp dệt nhuộm cũng có nhiều thay đổi, nhiều nhà máy, xí nghiệp mới cũng ra đời Với khốilượng hóa chất sử dụng, nước thải ngành dệt-nhuộm cũng gây ô nhiễm cao

1 Sơ đồ công nghệ ngành dệt - nhuộm

Hình 1 Sơ đồ nguyên lí công nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông và các nguồn nước thải

 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 Sauquá 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 làdồn 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 ngoài ra còn dùng các

hồ nhân tạo như polyvinylalcol PVA, polyacrylat…

 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 hồđược 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 đượcnấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất cao (2 – 3 at) và ở nhiệt độ cao(120 – 1300 C) 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 làmbóng vải thông thường bằng dung dịch kiềm (NaOH) có nồng độ 280-300 g/l, ở nhiệt độthấp 10-200 C sau đó vải được giặt lại nhiều lần đốim với vải nhân tạo không cần làmbóng

 Tẩy trắng: mục đích tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các vết bẩn Các chất tẩy thườngdùng là natri clorit NaClO2, natri hypoclorit NaOCl hoặc hydro peroxyte H2O2 cùng vớicác chất phụ trợ Trong đó đối với vải bông có thể dùng chất tẩy H2O2, NaClO2, NaOCl

 Nhuộm vải hoàn thiện: mục đích tạo màu sắc khác nhau của vải.Thường sử dụng các loạithuốc nhuộm tổng hợp cùng với các hợp chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu của vải phầnthuốc nhuộm dư không gắn vào vải, đi vào nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưcông nghệ nhuộm, loại vải cần nhuộm, độ màu yêu cầu…

Thuốc nhuộm trong dịch nhuộm có thể ở dạng tan hay dạng phân tán Quá trình nhuộm xảy ratheo 4 bước:

 Di chuyển các phân tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi.

 Gắn màu vào bề mặt sợi

 Khuyết tán màu vào trong sợi, quá trình xảy ra chậm hơn quá trình trên

 Cố định màu và sợi

In hoa là tạo ra các vân hoa có một hoặc nhiều màu trên nền vải trắng hoặc vải màu Sau khinhuộm và in, vải được giặt lạnh nhiều lần Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải và các hóachất 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 nhưmetylic, axit axetic, formaldehit

2 Các loại thuốc nhuộm thường dùng

 Thuốc nhuộm hoạt tính: các loại thuốc nhuộm trong nhóm này thường có công thức tổngquát là : S-F-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-), antraquinon, acid chứakim loại hoặc ftaloxiamin

+ T : gốc mang nhóm phản ứng

+ X: nhóm phản ứng

Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được xem

là tác nhân gây ung thư

 Thuốc nhuộm trực tiếp: hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu, là nhửng hợp chất màuhòa tan trong nước Có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: xơ xenlulo, giấy,tơtằm, da, xơ polyamit một cách trực tiếp, nhờ các lực hấp phụ trong môi trường kiềm hoặctrung tính

Hầu hết thuốc nhuộm trực tiếp thuộc về nhóm azo, số ít hơn là dẫn xuất của dioxazin ftaloxianin.Tất cả được sãn xuất dưới dạng muối natri của acid sunfonic hay caboxilic hửu cơ.một vàitrường hợp được sãn xuất dưới dạng muối amoni và kali nên được viết dưới dạng tổng quát làAR-SO3Na

+ AR- là gốc hửu cơ mang màu của thuốc nhuộm

+ ion AR –SO3 là ion mang màu, tích điện âm

Khi hòa tan thuốc nhuộm trong nước sẽ xảy ra phản ứng sau: R-SO3 Na → R-SO3 ‾ + Na+

 Thuốc nhuộm hoàn nguyên: có 2 nhóm chính , nhóm đa vòng là loại thuốc nhuộm có cấutạo phân tử phức tạp chứa nhiều nhân thơm, nhiều nhóm mạch vòng, đa số là dẫn xuấtcủa antra quinon và nhóm indigoit

Công thức tổng quát là R=C-O Trong đó R : là 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 khichưa được xử lý thải ra môi trường, gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe con người

 Thuốc nhuộm phân tán: là những hợp chất màu không tan trong nước do không chứa cácnhóm cho tính tan như : SO3Na , - COONa

Thuốc nhuộm phân tán hầu hết là các hợp chất màu azo và antraquinon và nhóm amin Dùngchủ yếu để nhuộm sợi tổng hợp không ưa nước

 Thuốc nhuộm lưu huỳnh: là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch dị hình như : tiazol, tiazin,zin…, trong đó có cầu nối –S-S- dùng để nhuộm vải cotton và viscozo

 Thuốc nhuộm axit : thuốc nhuộm này có những đặc điểm chung là hòa tan trong nướcthường dùng để nhuộm lông thú hoặc nhuộm da Đa số loại thuốc nhuộm này thuộc vềnhóm azo, một số tạo phức với kim loại

Công thức tổng quát có thể viết dưới dạng:Ar-SO3Na Trong đó: Ar-SO3 : là ion mang màu

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

 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

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

Nước thải nhuộm bao gồm các loại chính:

- Nước thải chứa phẩm nhuộm sunfua

- Nước thải chứa phẩm nhuộm hoạt tính

- Nước thải do tẩy giặt

Bảng 1 Các nguồn ô nhiễm nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm:

Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặt tính của nước thải

Hồ sợi, rũ hồ Tinh bột, glucose, polyvinyl,

alcol, nhựa…

BOD cao (34 – 50 tổng lượng

BOD)

Nấu tẩy NaOH, chất sáp, soda, silicat,

và sợi vải vụn Độ kiềm cao màu tối, BOD cao

Tẩy trắng Hypoclorit, các hợp chất chứa

Clo, axit, NaOH…

Độ kiềm cao, chiếm 5% BOD

Tổng

(dưới 1% BOD tổng)

Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axit axetic,

các muối kim loại,…

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

In Chất màu,tinh bột, dầu muối, kim loại,

Hoàn tất Vết tinh bột, mỡ động vật, muối… Kiềm nhẹ, BOD thấp…

(Nguồn Hoàng Văn Huệ, Trần Đức Hạ, 2002, Thoát nước tập II- xử ký nước thải , NXB Khoa

Học và Kỹ Thuật).

Bảng 2 Lượng tiêu thụ nước trong dệt-nhuộm

Hàng dệt - nhuộm Lượng nước tiêu thụ (m 3 / 1 tấn sản phẩm).

(Tổng công ty dệt may Việt Nam 2003).

3 2 Đặc tính của nước thải dệt- nhuộm

Tính chất nước thải giữ vai trò quan trọng trong thiết kế, vận hành hệ thống xử lý và quản lý chấtlượng môi trường Sự dao động về lưu lượng và tính chất nước thải quyết định tải trọng thiết kếcho các công trình đơn vị.

Nước thải dệt nhuộm sẽ khác nhau khi sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau.Chẳng hạn nhưlen và cotton thô sẽ thải ra chất bẩn tự nhiên của sợi Nước thải này có độ màu, độ kiềm, BOD vàchất lơ lửng (SS)cao Ở loại nguyên liệu sợi tổng hợp, nguồn gây ô nhiễm chính là hóa học docác loại hóa chất sử dụng trong giai đoạn tẩy và nhuộm

Nước thải dệt nhuộm nhìn chung rất phức tạp và đa dạng, đã có hàng trăm loại hóa chất đặctrưng như phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất tạo môi trường, tinh bộtmen,chất oxy hóa…được đưa vào sử dụng Trong quá trình sản xuất, lượng nước thải ra 12-300

m3/tấn vải, chủ yếu từ công đoạn nhuộm và nấu tẩy Nước thải dệt nhuộm ô nhiễm nặng trongmôi trường sống như độ màu, pH, chất lơ lửng, BOD, COD, nhiệt độ đều vượt quá tiêu chuẩncho phép xả vào nguồn tiếp nhận

Nước thải dệt nhuộm gây ô nhiễm cho nguồn xả chủ yếu do độ đục, độ màu, lượng chất hữu cơ

và pH cao Nhiều công trình nghiên cứu trước đây cho thấy keo tụ bằng phèn nhôm có thể khửmàu hiệu quả 50-90%, đặc biệt hiệu quả cao với loại thuốc nhuộm sulfur

Theo nghiên cứu của CIBA GELGY Service Limited (1993) thì phèn nhôm và phèn sắt cóthể loại bỏ 40% COD và 80% Crom tổng cộng từ 0,6mg/l xuống còn 0,1 mg/l Nghiên cứuTURKMAN (1991) cho thấy với liều lượng phèn sắt 500mg/l hiệu quả khử độ đục là 98,3%

Bảng 3 Nồng độ, thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm

Chỉ tiêu Đơn vị

Kết quả Nước thải hoạt tính Nước thải sunfua Nước thải tẩy

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

Bảng 4 Lưu lượng và tính chất nước thải của một số nhà máy ở Tp.HCM

(Nguồn: Phòng quản Lý Môi Trường – Sở Khoa Học Công Nghệ Môi Trường Tp.HCM).

4 Ảnh hưởng của nước thải dệt- nhuộm đến môi trường

Nguồn nước thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm là từ các công đoạn hồ sợi, rũ hồ, nấutẩy, nhuộm và hoàn tất.

Với các hoá chất sử dụng như trên thì khi thải ra nguồn tiếp nhận, nhất là ra các sông ngòi, ao hồ

sẽ gây độc cho các loài thuỷ sinh Có thể phân chia các nhóm hoá chất ra làm 3 nhóm chính:Nhóm 1 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 là Polyeste, bông)

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

 Clo hoạt động (nước tẩy Javen) dùng để tẩy trắng vải sợi

 Fomatđêhyt có trong phần chất cầm màu và các chất dùng xử lý hoàn tất

 Một hàm lượng kim loại nặng đi vào nước thải

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

- 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…

Nhóm 2 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 hố 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…

Nhóm 3 CÁC CHẤT ÍT ĐỘC VÀ CÓ THỂ PHÂN GIẢI VI SINH:

 Sơ sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong sơ sợi bị loại bỏ trong các công đoạn xử lý trước

 Các chất dùng để hồ sợi dọc

 Axit axetic (CH3COOH), axit fomic (HCOOH) để điều chỉnh pH…

 Tải lượng ô nhiễm phụ thuộc vào nhiều loại sợi thuộc thiên nhiên hay tổng hợp, công nghệnhuộm (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 nhuộmsợi Cotton)

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

Những ảnh hưởng cho các chất ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm tới nguồn tiếp nhận cóthể 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 độchại cho các loài thủy sinh do tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá trình trao đổichất của tế bào

 Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước gây tác hại đối với đời sốngthuỷ 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, ảnhhưởng tới quá trình quang hợp của các loài thuỷ sinh, ảnh hưởng tới cảnh quang Các