98 4g không khí
4.2 Áp dụng SXSH cho ngành dệt nhuộm (xem [2 tr 29]) 1 Tổng quan về quá trình sản xuất
4.2.1 Tổng quan về quá trình sản xuất
Về cơ bản, công nghệ dệt-nhuộm có 3 giai đoạn chủ yếu: kéo sợi thành chỉ; dệt vải và xử lý (nấu tẩy); nhuộm và hoàn thiện vải. Trong số đó các công đoạn “ướt” như hồ sợi, giặt, nhuộm vải, hoàn tất là đáng quan tâm về môi trường. Sơ đồ công nghệ dệt-nhuộm cho ở hình 3.3.
Nguyên liệu đầu có thể là sợi thiên nhiên (sợi bông) hay tơ nhân tạo (polyester, visco,...). Các hóa chất sử dụng trong dệt-nhuộm khá phong phú, gồm hồ (tinh bột hay PVA), chất tẩy trắng (NaOCl, H2O2,...); NaOH, H2SO4; đặc biệt là các thuốc nhuộm và phụ gia.
4.2.2 Các vấn đề môi trường
Các vấn đề môi trường đối với ngành dệt-nhuộm gồm:
Ø Sử dụng nhiều nước và hoá chất Þ tạo ra nước thải có lưu lượng lớn và chứa nhiều chất ô nhiễm, đặc biệt là có màu mạnh.
Ø Tiêu thụ nhiều năng lượng, sử dụng một số dung môi hữu cơ và hoá chất Þ tạo ra khí thải. Ø Sức khỏe nghề nghiệp.
35/60
Hình 4.6. Sơ đồ dòng công nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông
Kéo sợi, chải, ghép, đánh ống Hồ sợi Dệt vải Giũ hồ Nấu Xử lý acíd, giặt Tẩy trắng Giặt Làm bóng Nhuộm, in hoa Giặt Hoàn tất, văng khổ Sản phẩm
Nguyên liệu đầu
H2O, tinh bột, phụ gia Enzyme, NaOH NaOH, hóa chất Hơi nước H2SO4 H2O H2O2, NaOCl, hóa chất H2SO4 H2O2, chất tẩy giặt NaOH, hóa chất
Dung dịch nhuộm Dịch nhuộm thải
H2SO4
H2O2, chất tẩy giặt Hơi nước
Hồ, hóa chất
Nước thải chứa hồ
tinh bôt, hóa chất
Nước thải
Nước thải chứa hồ tinh
bôt bị thủy phân, NaOH
Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải
36/60
Bảng 4.3. Các quan tâm về môi trường của một số công đoạn lựa chọn trong dệt-nhuộm
Các công đoạn Tiêu thụ/chất thải Các vấn đề môi trường
Giũ hồ (Desizing) Nước thải có hàm lượng chất
hữu cơ cao
Gây ra phú duỡng cho sông, hồ, biển và tác
động xấu đến đa dạng sinh học.
Giặt
(Washing/Scouring)
Nước thải chứa các nhiều
hoá chất và phức chất
Các dung môi
Tiêu thụ nhiều năng lượng
Tương tự như trên và nguy cơ gây ô nhiễm nước ngầm do kim loại nặng
Các hợp chất hữu cơ bay hơi độc và gây ra
sương mù quang hoá ảnh hưởng xấu đến hệ hô
hấp và gây ra các bệnh về phổi
Làm cạn kiệt tài nguyên và gây ra ô nhiễm môi trường. Đặc biệt góp phần gia tăng sự nóng lên toàn cầu do phát thải CO2
Nhuộm (Dyeing) Nước thải chứa nhiều chất
nhuộm và các chất lắng của
các hoá chất phụ
Có thể tiêu thụ nhiều năng lượng cho việc làm khô
Gây ra sự phú dưỡng và nguy cơ ảnh hưởng
xấu đến đa dạng sinh học các thủy vực do các độc tố. Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng và ảnh hưởng xấu đến con người
Làm cạn kiệt tài nguyên và gây ra ô nhiễm môi trường. Đặc biệt góp phần gia tăng sự nóng lên toàn cầu do phát thải CO2
Hoàn tất (Finishing) Hoá chất làm mềm nước
Formôn
Một số hoá chất làm mềm nước rất độc Formôn độc và có khả năng gây ung thư
Cân bằng vật chất
Trong hình 4.7 sau đây mô tả cân bằng vật chất cho một công nghiệp dệt-nhuộm trung bình.
Hình 4.7. Cân bằng vật chất cho một công nghiệp dệt nhuộm trung bình
Lưu ý: Thông thường, mức tiêu thụ nước tiết kiệm vào khoảng 100-200 lít/kg vải dệt. Trong các
ngành dệt sử dụng công nghệ tốt nhất hiện có, mức tiêu thụ nước có thể chỉ khoảng 50-100 lít/kg vải
dệt. Trong nhiều trường hợp, việc tiêu thụ các hoá chất cơ bản thấp hơn 360kg/ tấn vải dệt.
Nước thải dệt nhuộm thường dao động lớn về lưu lượng và hàm lượng các chất ô nhiễm, tùy thuộc loại sản phẩm, chất lượng sản phẩm,... Đặc điểm chung của nước thải dệt nhuộm là độ kiềm cao, có màu mạnh, hàm lượng chất hữu cơ và tổng chất. Xử lý NT dệt nhuộm thường rất khó, chủ yếu sử dụng các phương pháp hoá-lý và sinh học.
Công nghiệp dệt tiêu thụ ít năng lượng và nhiên liệu (Tính cho 1 tấn sản
phẩm)
Khí thải: chưa tính được
Vải dệt: 1 tấn Nước thải: 216 m3 Chất thải: chưa tính được Vải: 1 tấn Nước: 220 m3 Hoá chất: 360 kg Chất hoạt tính bề mặt: 32 kg
Chất nhuộm: chưa tính được
Chất trợ nhuộm: 29 kg
Chất trợ in: 58 kg
Chất trợ ở giai đoạn hoàn tất:
157 kg
37/60
Nước thải một số cơ sở dệt nhuộm ở Việt Nam (mẫu hỗn hợp) được cho ở bảng 4.3
Bảng 4.4. Đặc tính nước thải của một số xí nghiệp dệt nhuộm ở Việt Nam
Sản phẩm, Thông số Hàng bông dệt thoi Hàng pha dệt kim Dệt len Sợi Nước thải, m3 /tấn vải 394 264 114 236 Ph 8 - 11 9 – 10 9 9 - 11 Tổng chất rắn, mg/L 400 - 1000 950 – 1380 420 800 - 1300 BOD5, mg/L 70 - 135 90 – 220 120 - 130 90 - 130 COD, mg/L 150 - 380 230 – 500 400 - 450 210 - 230 Độ màu, Pt-Co 350 - 600 250 – 500 260 - 300
(Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga - Giáo trình CN xử lý nước thải)
4.2.3 Các cơ hội SXSH
Ø Các cơ hội SXSH chung - Quản lý nội vi tốt
· Giảm tiêu thụ nước, năng lượng và hóa chất với các biện pháp:
Kiểm tra các đơn pha chế Tự động hóa pha chế hóa chất Giảm tiêu thụ năng lượng
· Kết hơp các công đoạn (giặt, tẩy trắng, nhuộm) có thể làm giảm tiêu thụ năng lượng và nước.
· Bảo ôn tất cả các bề mặt ấm và nóng (ống, bể) để tránh lãng phí năng lượng.
Giảm dung tỷ nhuộm (Liquor ratio)
· Dung tỷ nhuộm - số lít nước trên 1 kg vải trong máy nhuộm từng mẻ (l : kg)
Ví dụ: tỷ lệ 1:10 có nghĩa là 10 lít nước trên 1kg vải.
· Giảm nước tiêu thụ có thể bằng cách: Tránh rửa chảy tràn; thay bằng rửa nhiều lần; Làm các rãnh thu nước giữa các bước rửa tách biệt (hay vắt, hút).
Ø Các cơ hội SXSH trong một số công đoạn lựa chọn
Hồ sợi (Sizing)
Hình 4.8. Sơ đồ quá trình hồ sợi
Hồ sợi (Sấy khô) Sợi chỉ Hồ Điện Nước Khí thải Hồ dư Sợi chỉ đã được hồ
38/60
Các mối quan tâm môi trường
ü Lượng hồ dùng dư và tiêu thụ năng lượng là các vấn đề môi trường chính từ quá trình hồ sợi.
ü Các mẻ hồ dư chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ, vì vậy chúng gây ra ô nhiễm hữu cơ nặng khi thải ra sông, hồ,...
Các cơ hội SXSH
ü Trong một số trường hợp có thể tái sử dụng hồ dư cho mẻ tiếp. Tuy nhiên, vì tinh bột dễ bị phân huỷ nên khả năng sử dụng nhiều lần tinh bột là hạn chế.
ü Tiêu thụ năng lượng để sấy có thể giảm qua việc kiểm soát nhiệt độ chính xác và thu hồi nhiệt.
Giũ hồ (Desizing)
Hình 4.9. Sơ đồ quá trình nấu sôi dịch nha với hoa houblon Các vấn đề môi trường
ü Cả các loại hồ tinh bột và tổng hợp đều có thể gây ô nhiễm hữu cơ cao. Thường các chất hồ đóng góp 50 ¸ 90% vào tải lượng hữu cơ cuả nước thải dệt nhuộm.
ü Các chất hồ tinh bột và tinh bột biến tính dễ bị phân huỷ sinh học hơn hồ tổng hợp.
Các cơ hội SXSH
ü Thay thế các chất ôxy hoá để giũ hồ nhóm tinh bột bằng enzym amylase.
ü Lọc qua màng các bể giũ hồ để có thể tái sử dụng nước có chứa kiềm và chất tẩy rửa. Chất thải được làm đặc cần được tách riêng để xử lý bằng thiêu đốt hay ủ phân.
ü Có thể thu hồi các chất hồ tổng hợp bằng cách siêu lọc (ultrafiltration), có thể cho phép thu hồi 40 ¸ 80% hồ. Tuy nhiên, cơ hội này chỉ thực tế ở các phân xưởng tổng hợp cả hồ sợi và giũ hồ. Giũ hồ (Sấy khô) Vải đã dệt Hoá chất Điện Nước Khí thải Nước thải Vải đã giũ hồ
39/60
Giặt (Washing/scouring)
Hình 4.10. Sơ đồ quá trình giặt Các vấn đề môi trường
ü Nước thải từ quá trình giặt - nhất là với các nguyên liệu bông và len - chứa dư lượng các hoá chất và phụ gia sử dụng, có tác động lớn đến môi trường. Nước thải có thể chứa một số hóa chất khác.
ü NTA và EDTA sử dụng để tạo phức có ảnh hưởng xấu lên môi trường và sức khỏe. NTA có khả năng gây ung thư, EDTA phân hủy sinh học chậm và có thể gây quái thai. ü Một vấn đề môi trường và sức khỏe khác là sử dụng dung môi trong tiền xử lý: dung
môi PER có thể gây ung thư và độc với hệ thần kinh.
Các cơ hội SXSH
ü Không sử dụng quy trình giặt có dùng dung môi.
ü Tránh sử dụng các hóa chất độc hại như các chất hoạt động bề mặt nhóm alkylphenol etoxilates (APEO); thay các alkylbenzene sulfonates mạch thẳng (LAS) bằng các alkyl sulfonates, alkyl sulfates hay các ethoxilates của alcol béo.
ü Sử dụng các phosphates/polyphosphates thay cho EDTA, NTA và phosphonates. ü Giảm thiểu tiêu thụ nước ở nơi nào có thể, nên áp dụng dòng nước ngược. ü Thu hồi và tái sử dụng nước làm lạnh.
Tẩy trắng (Bleaching)
Hình 4.11. Sơ đồ quá trình nấu sôi dịch nha với hoa houblon
Giặt (Sấy khô) Vải thô Hoá chất Hơi Điện Nước Khí thải Nước thải Vải thô đã giặt Tẩy trắng Vải thô Hoá chất Hơi Điện Nước Khí thải Nước thải
40/60
Các vấn đề môi trường quan tâm
ü Các tác nhân tẩy trắng chứa clo như NaOCl và NaClO2 có thể gây các vấn đề về sức khỏe nghề nghiệp, chủ yếu do phát thải ClO2 có mùi hôi.
ü Tất cả các tác nhân tẩy có clo sẽ tạo ra các hợp chất cơ-clo dễ hấp thụ (AOX = Absorbable Organo Halogens) trong nước thải. Các dẫn xuất clo này rất bền trong môi trường, độc đối với các sinh vật dưới nước và trên cạn.
ü Trong môi trường acid (pH<4), NaClO2 có tính ăn mòn mạnh thiết bị, nên phải phủ thép chịu aciđ hay thêm chất chống ăn mòn như NaNO3.
ü Tiêu thụ năng lượng cũng là một vấn đề của công đoạn tẩy.
Các cơ hội SXSH
ü Cân nhắc nhu cầu tẩy trắng (ví dụ, không cần tẩy nếu màu nhuộm sau này là màu sẩm) ü Thay thế NaOCl, NaClO2 bằng H2O2 nơi nào có thể do H2O2 bị phân hủy bởi nhiệt độ
cao, có mặt các kim loại nặng hay bị chiếu sáng thành oxy và nước. ü Peracetic acid là một chất thay thế khác cho các hợp chất clo.
ü Sau khi tẩy bằng H2O2, thay vì dùng các acid (như CH3COOH) để loại chất tẩy dư, có thể dùng enzyme catalase. Sử dụng quá trình có enzyme này sẽ tạo ra nước thải ít ô nhiễm và giảm được tiêu thụ nước so với các phương pháp thông thường.
ü Kết hợp giặt và tẩy nếu có thể để tiết kiệm nước và năng lượng.
Nhuộm (Dyeing)
Hình 4.12. Sơ đồ quá trình nhuộm Các vấn đề môi trường
· Các thuốc nhuộm trong nước thải
· Các thuốc nhuộm gây ung thư
Các thuốc nhuộm gốc benzidin được xem là gây ung thư. Các thuốc nhuộm azo và pigment azo có thể bị khử thành các arylamines có tác dụng gây ung thư.
· Vấn đề màu
Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải, đi vào nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại thuốc nhuộm, công nghệ nhuộm, loại vải, độ màu yêu cầu, các chất phụ trợ,..
Nhuộm
Vải trước khi nhuộm
Hoá chất nhuộm Hơi Điện Nước
Khí thải
Nước thải chứa
thuốc nhuộm dư
41/60
Bảng 4.4. Mức độ không gắn màu của một số loại thuốc nhuộm
Loại thuốc nhuộm Mức độ không gắn màu (%)
Trực tiếp 10 – 30
Phân tán 1 -10
Acid 5 – 15
Bazơ 1 – 5
Hoạt tính 15 – 40
Hoàn nguyên, VAT 5 -15
(Nguồn: Cục Môi trường - Công nghệ môi trường, 1998)
Như vậy , thuốc nhuộm hoạt tính là loại gây màu nuớc thải chính. Ước tính nếu nhuộm với tỷ lệ 3% thuốc nhuộm hoạt tính ở dung tỷ nhuộm 1:10, dù đã tận dụng thuốc nhuộm tới 80% thì sau khi giặt trong nước thải cũng vẫn còn 60mg/L thuốc nhuộm hoạt tính thuỷ phân. Để đạt giới hạn 0,3 mg/L thì cần phải pha loãng 200 lần!
Màu đậm của nước thải cản trở hấp thụ oxy và bức xạ mặt trời, do đó cản trở quá trình quang hợp của các sinh vật trong nước khi thải vào các vực nước.
· Các hóa chất phụ trợ trong nước thải
Một số hóa chất phụ trợ trong hỗn hợp nhuộm có thể có hại đối với sức khỏe. Đó là các chất gây kích ứng như formic acid, sulfuric và acetic acid hay các dung môi hữu cơ có tác động đến hệ thần kinh.
· Các kim loại nặng trong nước thải
Kim loại nặng có trong nước thải khi sử dụng các thuốc nhuộm như hoàn nguyên, hoạt tính, trực tiếp, cation,.. hay từ nhiễm bẩn trong hoá chất khác. Một phần kim loại nằm trong nước thải sẽ tích lũy trong bùn của xử lý nước thải, phần kim loại nằm trong sản phẩm. sẽ phát thải ở cuối vòng đời của sản phẩm.
Hợp chất crôm (thường là muối Cr2O72-) được sử dụng để oxy hoá trong nhuộm cotton và visco, hay để cố định hoá học trong nhuộm len. Dạng Cr(VI) này rất độc, bên cạnh đó sản phẩm khử của nó là Cr(III) cũng khá độc.
· Khí NO2
Để nhuộm một số màu yêu cầu độ bền cao người ta dùng thuốc nhuộm hoàn nguyên tan Indigosol. Trong công đoạn hiện màu, khí NO2 thoát ra gây ô nhiễm không khí hay ảnh hưởng công nhân trực tiếp thao tác.
Các cơ hội SXSH
Thay thế các thuốc nhuộm/pigment gây ung thư, độc hại bằng các chất không có các tác hại này:
· Sử dụng thuốc nhuộm acid thay cho thuốc nhuộm chứa kim loại nặng cho nhuộm len và nylon.
42/60
· Sử dụng các thuốc nhuộm/pigment có mức độ tận dụng cao như các thuốc nhuộm hoạt tính kép (bireactive dyestuffs).
· Sử dụng các hệ thống pigment tan trong nước thay cho loại nhũ tương nước-dầu. Nếu không thể thay thế, thì phải tách riêng nước thải để xử lý.
· Thay thế chất tẩy rửa nhóm alkylphenolethoxylates (APEO) bằng các chất tẩy rửa ít độc và dễ phân huỷ sinh học như LAS hay alkyl sulfonate.
· Tìm khả năng làm sạch thuốc nhuộm khỏi dịch nhuộm, ví dụ lọc bằng màng hay hấp phụ bằng than hoạt tính, sau đó tái sử dụng nước và các chất phụ trợ.
· Trong công nghệ nhuộm theo mẻ, tìm cách tái sử dụng dịch nhuộm có nồng độ cao.
· Tối ưu hoá sử dụng nước cho rửa băng tải cao su, lưới, xô,... Nước rửa trong một số trường hợp có thể tái sử dụng có qua hay không qua xử lý.
· Hạn chế rửa tràn; áp dụng rửa dòng ngược trong rửa liên tục. Đưa thêm bước vắt hay hút nước giữa các bước tách biệt nếu có thể.
Thực tế với công đoạn nhuộm, các cơ hội SXSH cho phép làm giảm lượng nước thải, nồng độ các hoá chất và thuốc nhuộm dư, và tải lượng hữu cơ (COD). Tuy nhiên vẫn cần xử lý nước thải để đáp ứng yêu cầu về các nồng độ cho phép.
In hoa (Printing)
Hình 4.13. Sơ đồ quá trình in hoa Các vấn đề môi trường
· Phát thải khí khi sấy khô vải đã in - khí phát thải có thể chứa NH3 từ chất làm đặc hay formaldehyd từ tác nhân gắn màu. Các chất bay hơi khác như dung môi hữu cơ để duy trì nhũ tương (xăng trắng, dầu hoả ,...)
Các cơ hội SXSH
· Sử dụng các chất thay thế trong hồ in có dung môi để không phát thải formaldehyd.
· Tái sử dụng hồ in dư nếu có thể.
· Thay thế các chất làm đặc từ dầu khoáng bằng các polymer không bay hơi.
Khí thải Nước thải
In hoa (Sấy khô và ủ)
Vải trước khi in hoa
Hoá chất Năng lượng Nước
43/60
Hoàn tất (Finishing)
Hình 4.14. Sơ đồ quá trình nhuộm Các vấn đề môi trường
· Vấn đề phát thải formaldehyd gây ảnh hưởng sức khoẻ nghề nghiệp. Các hợp chất nhóm hoàn tất chống nhăn, ức chế vi khuẩn giải phóng ra formaldehyde khi sử dụng.
· Các chất làm mềm có độc tính cao: bis(hydrogenated tallow alkyl) dimethyl ammonium chloride (DTDMAC), distearyl dimethyl ammonium chloride (DSDMAC) ...
Các cơ hội SXSH
· Sử dụng các hợp chất không hay ít giải phóng ra formaldehyd.