Ngành sản xuất dệt nhuộm

V. MỘT SỐ THÍ DỤ VỀ THAY THẾ NGUYÊN LIỆU HÓA CHẤT THEO NGUYÊN TẮC

V.1 Ngành sản xuất dệt nhuộm

V.1.1 Tổng quan

Dệt nhuộm là một ngành công nghiệp đang phát triển nhanh chóng do sự đầu tư trong nước và nước ngoài. Sản phẩm của ngành này đa dạng về chủng loại và biến đổi lớn về mặt nguyên liệu, đặc biệt là thuốc nhuộm. Hiện nay, mặc hàn dệt may chiếm tỷ trọng từ 20-25% trong cơ cấu mặt hàng xuất khẩu nói chung. Ngành dệt may chiếm 12,7% giá trị sản lượng công nghiệp Việt Nam và chiếm 25% giá trị hàng công nghiệp xuất khẩu.

V.1.2 Công nghệ đặc trưng của ngành dệt

• Qui trình công nghệ sản xuất:

Chỉ, sợi Chỉnh sợi Nhuộm Xuyên sợi sáp, hồ

Dệt vải

• Mô tả qui trình

 Xử lý trước khi nhuộm:

 Tẩy trắng và làm co vải

 Tháo dỡ vải

 Định hình

 Giảm trọng lượng

 Giặt sạch

 Nhuộm: Thuốc nhuộm Tidigo (là loại thuốc nhuộm hoàn nguyên). Thuốc nhuộm sử dụng là IW303 và Tidigo. Trong quá trình nhuộm còn sử dụng lưu huỳnh có tác dụng giữ màu (lưu huỳnh còn có khả năng điều phối các màu đen, xanh, vàng, tím, xám và đỏ). Sau khi nhuộm, sợi vải được chuyển sang khâu sấy, nhằm làm khô sợi rồi tiếp tục đưa sang sáp hồ (hồ sáp được sử dụng từ hoá chất PVA, thuốc sáp tổng hợp và chất dầu, ba thứ hoà lẫn với nhau, phối lên sợi rồi đem sấy khô lại 1 lần nữa, dùng sáp đánh lên bề mặt làm cho sợi bóng). Khi tiến hành dệt, sợi được kéo ra 1 cách dễ dàng không bị đứt).

 Giặt vải: trước khi tiến hành gia công định hình, phải giặt vải để loại bỏ các chất hồ sáp còn dính trong vải, nếu không sau khi thêm chất gia công vào vải sẽ không được hấp thụ đều đặn hoặc vải không thấm.

 Định hình: vải sợi nếu được hấp thụ 1 lượng nước lớn nhất định sẽ giãn nở do tính hấp thụ mà trở nên co giãn. Giặt vải Định hình Chống rút Thành phẩm Đóng gói Kiểm tra định hình

V.1.3 Các loại thuốc nhuộm đặc trưng của ngành dệt

V.1.3.1 Thuốc nhuộm Bazờ(basic) :

 Thuốc nhuộm bazơ là những hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầu hết chúng là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.

 Cấu tạo trong phân tử thuốc nhuộm bazơ có nhóm mang màu thường là nhóm azo-N=N- và nhóm trợ màu thường là nhóm NH2, NR2 … ngoài ra còn có gốc NH4+, Cl-, SO42- … vì vậy chúng dễ tan trong nước.

V.1.3.2 Thuốc nhuộm axít :

Đa số loại này là những hợp chất sunfonic hóa chứa một hoặc nhiều nhóm SO3H và một vài dẫn xuất cacboxyl hóa chứa nhóm COOH dễ tan trong nước. Chúng được sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật, tức là các loại xơ sợi có chứa nhóm bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong môi trường axít và cũng có thể nhuộm xơ sợi xenluloz với sự có mặt của urê.

V.1.3.3 Thuốc nhuộm trực tiếp :

Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp chất màu hòa tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như : các xơ cellulose, giấy … nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm.

V.1.3.4 Thuốc nhuộm Pigment :

Gồm những phân tử màu không tan trong nước, nhưng tan trong các dung môi hữu cơ, nên nó được dùng trong các ngành sơn, gôm lắc màu, mực in, vecni. Tuy nhiên, đối với sản phẩm giấy nào cần độ bền rất cao, người ta cũng dùng thuốc nhuộm pigment để nhuộm. Nhưng thuốc nhuộm pigment này phải được gia công đặc biệt để khi hòa tan vào nước nóng, nó phải phân bố đều như một “dung dịch”thuốc nhuộm thật sự, và nó bắt màu lên xơ sợi theo lực hấp thụ vật lý.

V.1.3.5 Thuốc nhuộm azo không tan

Thuốc nhuộm này được dùng phổ biến vì lớp thuốc nhuộm này có đủ gam màu, màu tươi và thuần sắc, có độ bền cao với gia công ướt nhưng kém bền với ánh sáng. Do không hoà tan trong nước nên chúng được tổng hợp ngay trên vải từ hai loại hợp chất bán thành phẩm, thực hiện qua hai bước:

 Nhuộm nền: vải được ngâm ép bằng dung dịch muối tan của naphtol (naphtolat, Ar – Ona; Ar là gốc hiđrôcacbon thơm - mạch vòng) trong môi trường kiềm và sấy khô;

 Hiện màu: vải được ngâm ép tiếp theo bằng dung dịch điazo (ở nhiệt độ 0 - 5oC, hong gió hoặc hấp, màu sẽ xuất hiện do phản ứng kết hợp azo tạo thành thuốc nhuộm (Ar1 - N = N - Ar - OH), sau vải được giặt và sấy khô. Màu nhận được phụ thuộc vào cấu tạo hoá học của naphtol và hợp chất điazo. Để duy trì nhiệt độ thấp, người ta phải làm lạnh hoặc thêm nước đá vào máng nhuộm.

V.1.4 Các nguồn gây ô nhiễm chủ yếu trong ngành dệt

V.1.4.1Nguồn phát sinh khí thải

Trong xưởng pha màu để in hoa, có sử dụng các chất dung môi hữu cơ để hoà tan thuốc in. Các dung môi hữu cơ bốc hơi gây độc hại cho sinh vật và con người. Độ phát thải các hoá chất trong xưởng nhuộm:

 Khí Clo 0,005 mg/m3

 Khí CO 0,06 mg/m3

 Khí SO2 0,009 mg/m3

V.1.4.2 Nguồn phát sinh nước thải

Các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50% tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu. Các chất ô nhiễm chủ yếu trong nước thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ (AOX- Adsorbable Organohalogens), muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao (thấp nhất là 40°C) và pH của nước thải cao do lượng kiềm trong nước thải lớn. Trong số các chất ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm.

Theo số liệu phân tích nước thải sản xuất tại những nhà máy có công nghệ sản xuất tương tự thì nồng độ đặc trưng các chất gây ô nhiễm có trong nước thải sản xuất trước xử lý như sau:

Đặc trưng ô nhiễm nước thải của dự án theo tài liệu của Sở Tài nguyên – Môi trường Tp.HCM, tháng 5/2004 TT CHẤT Ô NHIỄM ĐƠN VỊ NỒNG ĐỘ 1 pH - 4-9 2 SS mg/l 1500-2000 3 COD mg/l 1000-2000 4 BOD mg/l 400 - 800 Độ màu Pt-Co 500 - 1000

V.1.5 Ảnh hưởng nước thải của ngành dệt nhuộm đến môi trường

 Nước thải chứa tinh bột xả từ khâu hồ sợi làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng đến quá trình hô hấp của các loài động thực vật thủy sinh. Ngoài ra, nước thải chứa tinh bột còn dễ xảy ra quá trình phân hủy yếm khí, phát sinh ra mùi hôi thối, đó là mùi của hỗn hợp các chất khí CH4, CO2, NH3, H2S, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng, mất vẻ đẹp mỹ quan, hủy diệt các động thực vật thủy sinh.

 Các chất H2SO4, NaOCl, Na2SO4, NaCl, Na2S, Na2S2O4, chất tẩy rửa không ion, các hợp chất vòng thơm, tạo chất dầu xả ra từ khâu giặt sau nhuộm. Các chất formaldehyde, K2Cr2O7, tạp chất chứa kim loại nặng, NaCl, halogen hữu cơ, Na2SO4, thuốc nhuộm, Na2S2O4, hơi H2SO4, CH3COOH thải ra từ khâu nấu. Dầu hỏa, các chất hồ sợi dọc, chất nhũ hóa, chất làm mềm, chất tạo phức, NO2, thải ra từ khâu hoàn tất. Tất cả các chất ô nhiễm này gây ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phân hủy của các vi sinh vật làm sạch nước. Anh hưởng đến quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh gay sự thiếu hụt oxy hòa tan trong nước. Gốc hữu cơ kết hợp với các ion kim loại tạo thành các phức chất bền, khó phân hủy, gây tác hại nghiệm trọng đến môi trường. Các ion kim loại còn tham gia vào chuỗi thức ăn, từ đó dây ảnh hưởng cho sức khỏe con người. Đặc biệt nguy hại hơn nữa là sự có mặt của chất Clo hoạt tính trong nước thải sẽ kết hợp với các chất hữu cơ vòng thơm tạo thành những chất gây tiền ung thư. Xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong xơ sợi bị loại bỏ trong các công đoạn xử lý nước, gây tắc nghẽn dòng chảy.

 Ngoài ra, độ màu của nước thải rất cao đặc biệt ở các nhà máy vừa và nhỏ dao động từ 1.500 đến 3.700 Pt-Co, chứng tỏ lượng thuốc nhuộm được sử dụng cho các cơ sở này hoặc còn dư khá nhiều sau quá trình. Trong khi đó, tại các nhà máy lớn độ màu chỉ thay đổi trong khoảng 140 đến 300 Pt-Co, chứng tỏ thuốc nhuộm đã được sử dụng khá triệt để.

 Báo cáo Môi trường Quốc gia năm 2009 do Bộ TN&MT công bố ngày 1/6 là có khoảng 70% trong số hơn một triệu m3 nước thải/ngày từ các khu công nghiệp vẫn xả thẳng ra môi trường, 57% khu công nghiệp đang hoạt động chưa biết đến hệ thống xử lý nước thải tập trung. Tính đến tháng 10/2009, toàn quốc có khoảng 223 KCN được thành lập với hơn một triệu tấn nước thải ra môi trường mỗi ngày. Thế nhưng có khoảng 70% số nước thải này hiện vẫn xả thẳng ra các nguồn tiếp nhận mà không hề được xử lý theo quy định.

 Nước thải dệt nhuộm cùng với các hóa chất nếu không được xử lý sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường nước, hủy hoại sinh vật dưới nước, làm ảnh hưởng đến môi trường sinh thái tự nhiên cũng như các hoạt động sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản các khu vực lân cận. Ngoài ra nó còn tác động trực tiếp đến sức khỏe con người

V.1.6 Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

Điển hình, công ty TNHH Dệt nhuộm Xuân Hương chọn lựa là xử lý nước thải bằng cách kết hợp các kết hợp các quá trình xử lý sinh học và keo tụ-tạo bông. Quá trình xử lý sinh học giúp loại bỏ các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và xử lý một phần các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học dưới tác dụng của quá trình sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật, giúp giảm bớt tải lượng hoạt động của quá trình xử lý hóa lý keo tụ-tạo bông. Việc bố trí quá trình xử lý sinh học trước quá trình xử lý hóa lý giúp giảm bớt chi phí hóa chất và chi phí xử lý bùn hóa lý.

Sơ đồ công nghệ xử lý của HTXLNT dệt nhuộm

Nước thải của Công ty Dệt nhuộm Xuân Hương được tập trung vào Bể tiếp nhận, từ đó được đưa qua giàn mưa kết hợp thông gió cưỡng bức để làm giảm nhiệt độ nước thải đầu vào, khống chế nhiệt độ nước thải trước khi vào Bể sinh học hiếu khí trong khoảng từ 30-35°C. Nước thải sau khi được loại bỏ một phần COD nhờ vi sinh vật hiếu khí được đưa vào Bể keo tụ-tạo bông để tiếp tục thực hiện quá trình xử lý hóa lý. Bùn phát sinh từ quá trình xử lý hóa lý được tách ra khỏi nước bằng phương pháp tuyển nổi áp lực. Nước sau xử lý hóa lý đạt tiêu chuẩn môi trường được đưa vào nguồn tiếp nhận.

Ta thấy sau khi xử lý nước thải, nồng độ các chất đã giảm đi rất nhiều. Tuy nhiên, việc xử lý này cũng tốn nhiều thời gian, chi phí và công sức. Ngày nay, để hướng đến sự phát thải bằng không, người ta áp dụng “hóa học xanh” để giảm thiểu tối đa việc xả thải các chất gây ô nhiễm môi trường.

V.1.7 Áp dụng nguyên tắc hóa học xanh vào ngành sản xuất dệt nhuộm

Áp dụng Hóa học xanh trong thiết kế vì môi trường hướng tới phát triển bền vững trong ngành dệt nhuộm là

V.1.7.1 Sản xuất sạch hơn

Ở ngành Dệt, giải pháp sản xuất sạch hơn áp dụng tại 8 công ty dệt may đã giúp tiết kiệm hàng năm hơn 1 triệu m3 nước; 1,9 nghìn tấn dầu FO, 530 nghìn Kwh điện và hơn 1000 kg hóa chất, thuốc nhuộm. Tính về lợi ích kinh tế, 8 doanh nghiệp Dệt may thu được 7,25 tỷ đồng nhờ giảm chi phí nguyên liệu và năng lượng trong đó số tiền đầu tư ban đầu để thực hiện các giải pháp SXSH chỉ là 1.12 tỷ đồng. Theo tính toán của các nhà nghiên cứu, thời gian hoàn vốn của các doanh nghiệp khi áp dụng SXSH chỉ từ 1 đến 17 tháng. Bên cạnh đó, nhờ áp dụng SXSH, 8 doanh nghiệp Dệt may đã

Máy thổi khí

Bể tiếp nhận Giàn mưa Bể Aeroten Nước thải dệt

nhuộm

Bể tuyển nổi

áp lực Bể keo tụ tạo bông trung gianBể chứa Bể lắng Nguồn tiếp nhận Bồn tạo áp lực Phèn, polymer, acid Sân phơi bùn

giảm được hơn 1 triệu m3 nước thải mỗi năm, giảm gần 6 nghìn tấn CO2 phát thải và giảm được ô nhiềm môi trường trong nước thải. Sản xuất sạch hơn bao gồm các biện pháp sử dụng các nguyên nhiên vật liệu một cách tối ưu và tiết kiệm chi phí nhất, áp dụng các quy trình công nghệ hợp lý cho từng khâu, ít gây ô nhiễm môi trường .

V.1.7.2 Ngăn ngừa chất thải

Phân luồng dòng thải bao gồm: gồm các loại nước sạch, nước ô nhiễm cơ học, nước nhiễm bẩn hoá chất, chất hữu cơ và nước nhiễm bẩn dầu mỡ, chất rắn lơ lửng... Ðây là biện pháp vừa mang tính kỹ thuật vừa mang tính quản lý rất hữu hiệu và kinh tế để giảm bớt định mức tiêu hao nước cho sản xuất, tiết kiệm năng lượng đồng thời giảm đi một lượng đáng kể nước thải cần xử lý.

V.1.7.3 Sử dụng chất dung môi xanh, xúc tác xanh và điều kiện phản ứng an toàn hơn.

 Sử dụng chất xúc tác titan silicate trong phản ứng ammonxim để sản xuất caprolactam – nguyên liệu của ngành sợi tổng hợp nhằm tránh tạo ra phụ phẩm amoni sulphate gây ô nhiễm.

Thí dụ: Để sản xuất ra caprolactam cần có cyclohexanon oxim, chất này được dẫn xuất từ cyclohexnon và hydroxylamin và phụ phẩm là amoni sulphate. Để tránh tạo ra phụ phẩm trên, người ta thực hiện phản ứng ammonxim với H2O2, NH3 trong hỗn hợp nước/ tert-butanol ở 800C, trên chất xúc tác titan silicat với cấu trúc ZSM -5. Độ chọn lựa theo cyclohexanon oxim đạt 95-99,9% độ chuyển hóa cyclohexanon đạt 85- 100%. Cách thức này không tạo ra phụ phẩm nào góp phần làm sạch môi trường sống trong sạch hơn.

 Thay thế kerosene và chất tẩy rửa không ion bằng chất làm dày acrylic trong dung dịch keo nhuộm. Kerosene và chất tẩy rửa không ion đã sử dụng trong công đoạn in và nhuộm như là chất làm dày trong dung dịch keo nhuộm, trong công đoạn chuẩn bị dung dịch in. Dung dịch này bay hơi trong tự nhiên và phát thải hơi độc. Do dó, chất làm dày acrylic được sử dụng thay thế cho 2 loại hóa chất trên nhằm giảm lượng phát thải hơi độc hại, cải thiện môi trường làm việc, giảm nguy cơ cháy nổ, giảm tải lượng COD trong nước thải của công đoạn giặt và tiết kiệm 62% theo khối lượng của lượng dung dịch keo in sử dụng.

V.1.7.4 Phân tích nội quy trình tức thời để phòng ngừa ô nhiễm.

 Kiểm soát chặt chẽ qui trình nhuộm, tẩy.

 Đưa ra những nội qui trong quá trình sản xuất để kiểm soát chặt chẽ hơn.

V.2 NGÀNH GIẤY VÀ BỘT GIẤYV.2.1 Tổng quan: V.2.1 Tổng quan:

Ngành công nghiệp giấy và bột giấy đứng thứ 5 trong nền kinh tế và giữ vị trí thứ 3 về tốc độ phát triển. Với quy mô sản xuất lớn và nguồn giấy thì ngày càng thu hút người sử dụng, do vậy ngành công nghiệp này đóng vai trò không thể thiếu trong đời sống người dân

Theo thống kê của Hiệp hội giấy Việt Nam, ngành giấy đạt tốc độ tăng trưởng cao và liên tục trong những năm vừa qua. Từ năm 1990 đến 1999, tốc độ tăng trưởng bình quân là 16%/năm, 3 năm sau đó (2000, 2001 và 2002) đạt 20%/năm. Dự báo tốc độ tăng trưởng 5 năm tiếp theo là 28%/năm. Để đáp ứng được mức độ tăng trưởng trên, ngành giấy Việt Nam đã có chiến lược phát triển từ nay đến 2010, đến năm 2010, sản