Đầu ra Đầu vào LÒ HƠI Dầu FO Điện Nước Khí thải Nhiệt Bụi Nhiệt Dung dịch hồ Nhiệt Dịch thải Hồ hoàn tất Đóng gói thành phẩm Chất thải rắn Kiểm cuộn Nước NaOH
Nước thải, nhiệt, hơi hóa chất Giảm trọng Nước thải Vắt Vải mộc (PES) Nước, NaClO2, CH3COOH
Nước thải, nhiệt, hơi hóa chất
Tẩy trắng
Nhuộm
Nước, chất trợ Thuốc nhuộm
Nước thải, nhiệt, hơi hóa chất
4.2.2. Cân bằng vật chất – năng lượng
Cân bằng vật liệu và năng lượng có ý nghĩa quan trọng đối với đánh giá SXSH vì thông qua đó người ta có thể xác định và định lượng những hao hụt và phát thải mà trước đó chưa phát hiện được. Một bước thiết yếu trong cân bằng vật liệu là kiểm tra rằng “cái gì đi vào một công đoạn/quy trình thì sẽ phải đi ra ở nơi nào đó.” Vì thế, tất cả đầu vào sẽ có những đầu ra tương ứng. Phép cân bằng này cũng hữu ích trong việc giám sát tiến bộ đạt được từ chương trình SXSH cũng như đánh giá chi phí và lợi ích của chương trình. Do thời gian làm đồ án có hạn nên đề tài chỉ tập trung cân bằng vật chất – năng lượng cho quá trình nhuộm vải PES mà thôi.
Cơ sở cân bằng nguyên vật liệu dựa vào nguyên lý: “Tổng đầu vào = Tổng đầu ra + thất thoát”.
a. Cân bằng nguyên vật liệu
Một số ghi chú trong quá trình cân bằng nguyên vật liệu
Theo tài liệu hướng dẫn SXSH trong ngành dệt nhuộm của Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam:
- Hóa chất tẩy trắng NaClO2 có độ tận trích rất thấp, khoảng 10% nên lượng hóa chất có trong nước thải dòng ra là 90%.
- Thuốc nhuộm phân tán có độ tận trích 90% nên lượng thuốc nhuộm có trong nước thải dòng ra là 10%.
- Phương pháp ngấm ép có thể ngấm khoảng 80% lượng hồ vào vải nên lượng hồ ở dòng ra là 20%.
Bảng 4.2. Bảng cân bằng nguyên vật liệu tính cho 1 mẻ sản xuất = 300kg vải (Đơn vị tính: kg/mẻ)
Công đoạn Dòng vào Dòng ra Dòng thải
300 kg vải Tên Lượng Tên Lượng Lỏng Rắn Khí Ghi chú
NaClO2 3 NaClO2 2,7 + + 0,3 kg nằm trên vải
Tẩy trắng
CH3COOH 1,5 CH3COOH 1,5 +
NaOH 15 NaOH 15 +
Giảm trọng
CH3COOH 3 CH3COOH 3 +
CH3COONa (khan) 1,5 CH3COONa (khan) 1,5 +
CH3COOH 0,75 CH3COOH 0,75 +
EDTA 1 EDTA 1 +
Kortamol NNO 1,5 Kortamol NNO 1,5 + Sonadon D-72 1,5 Sonadon D-72 1,5 + Nhuộm
Thuốc nhuộm 6 Thuốc nhuộm 0,6 + 5,4 kg nằm trên vải
Hồ hoàn tất Hóa chất hồ 3 Hóa chất hồ 0,6 + 2,4 kg ngấm vào vải
Ống giấy 5 Ống giấy 0,5 + 4,5 kg được dùng để cuộn vải
Kiểm cuộn
Nylon cuộn vải 2 Nylon cuộn vải 0,2 + 1,8 kg được dùng để cuộn vải
Ø Nhận xét: Khi nhuộm 1 mẻ (300kg vải) thì công ty sử dụng hết 44,75kg nguyên vật liệu và thải ra lượng dòng thải là 30,35kg bao gồm các loại hóa chất cơ bản, thuốc nhuộm, chất trợ, ống giấy và nylon. Như vậy, để nhuộm 1 tấn vải thì công ty phải tiêu thụ gần 150 kg nguyên vật liệu và thải ra khoảng 100 kg chất thải. Đó là chưa kể lượng hóa chất bị thất thoát trong quá trình lấy hóa chất hoặc còn dính lại trên thùng chứa hóa chất.
b. Cân bằng nước
Ngành nhuộm là một trong những ngành sử dụng rất nhiều nước. Đây cũng là một trong những trọng tâm thực hiện SXSH. Do vậy, cân bằng nước để so sánh với lượng nước thực tế mà công ty đã tiêu thụ để định lượng được lượng nước thất thoát trong quá trình sản xuất. Từ đó tìm hiểu nguyên nhân và đề xuất các giải pháp nhằm tiết kiệm nước cho công ty.
Một số lưu ý trong tính toán cân bằng nước
Theo tài liệu hướng dẫn SXSH trong ngành dệt nhuộm của Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam:
- Trung bình trong ngành nhuộm có khoảng 88% nước sử dụng được thải ra dưới dạng nước thải và 12% thoát ra do bay hơi.
- Lượng nước công nghệ được hiểu là lượng nước cho vào máy (trong đó đã bao gồm lượng nước pha hóa chất).
- Đối với quá trình hồ hoàn tất thì lượng nước công nghệ chính là lượng nước dùng để pha dung dịch hồ.
- Lượng nước còn nằm lại trên vải sau các quá trình xử lý hóa học được tính như sau: Tùy theo từng loại vải mà mức độ thấm nước khác nhau nhưng trung bình khối lượng vải ướt trước khi vắt gấp 3 – 4 lần khối lượng vải khô ban đầu nên: mvải ướt = 3,5 * 300 (kg/mẻ) = 1.050 (kg/mẻ).
ð Lượng nước nằm lại trên vải:
(Vì nước có khối lượng riêng là 1.000kg/m3)
- Lượng dung dịch hồ nằm lại trên vải sau công đoạn hồ hoàn tất chiếm 80% lượng dung dịch hồ ban đầu.
Thực tế tại công ty, tất cả lượng nước làm mát đều được thu hồi tái sử dụng nên:
Lượng nước thải = Lượng nước sử dụng – Lượng nước tuần hoàn – Lượng nước thấm trên vải – Lượng nước bay hơi
Bảng 4.3. Bảng cân bằng nước tính cho 1 mẻ sản xuất (Đơn vị tính: m3/mẻ)
Dòng vào Dòng ra STT Công đoạn Nước công
nghệ Nước làm mát Tổng lượng nước sử dụng Nước thu hồi Tổng lượng nước thải Ghi chú 1 Tẩy trắng 6 3 9 3 4,53 0,75m
3 nước nằm lại trên vải và 0,72m3 nước bị bốc hơi
2 Giảm trọng 6 3 9 3 5,28 0,72m3 nước bị bốc hơi
3 Nhuộm 9 3 12 3 7,92 1,08m3 nước bị bốc hơi
4 Hoàn tất 0,2 0,1 0,3 0,1 0,04 0,16m3 dung dịch hồ nằm lại trên vải
TỔNG CỘNG 21,2 9,1 30,3 9,1 17,77 3,43
Nhận xét: Khi nhuộm 1 mẻ vải PES (300kg vải) thì công ty sử dụng hết 30,3m3 nước và thải ra 17,77m3 nước thải. Như vậy, để nhuộm 1 tấn vải thì công ty phải tiêu thụ gần 100m3 nước và thải ra khoảng 60m3 nước thải. Thực tế, số liệu từ đồng hồ nước cho thấy cần khoảng 200 – 250m3 cho mỗi tấn vải. Điều này có nghĩa là đã có một lượng lớn nước đã bị rò rỉ, chảy tràn hoặc sử dụng quá nhiều cho việc vệ sinh máy móc, nhà xưởng sau mỗi lần thay mẻ, thay đơn công nghệ. Như vậy lượng nước thải thực tế cao hơn rất nhiều (khoảng 150 – 200m3 nước thải).
c. Cân bằng năng lượng cho lò hơi
Tiến hành một phép cân bằng năng lượng là nhiệm vụ phức tạp hơn nhiều so với cân bằng vật liệu. Mặc dù đối với các dòng năng lượng, người ta vẫn áp dụng chung một quy luật cơ bản (tức là lượng năng lượng “vào” phải bằng năng lượng “ra"), nhưng các dòng năng lượng đầu ra thường khó nhận biết hơn so với dòng nguyên liệu vì khó định lượng và quan sát được.
Theo đánh giá sơ bộ tại khu vực phụ trợ, trong quá trình sinh hơi thì lượng nhiệt bị tổn thất cũng như lượng hơi bị thất thoát tại các van hơi rất lớn.
v Tính toán tổn thất nhiệt và hiệu suất lòøhơi
Œ Những thông số cần dùng trong tính toán tổn thất nhiệt và hiệu suất của lò hơi đốt dầu
Ÿ Thành phần nhiên liệu (H2, O2, S, C, nồng độ ẩm).
Ÿ Phần trăm O2 và CO2 trong khói lò.
Hình 4.7. Sơ đồ dòng năng lượng tổng quát của lò hơi.
LÒ HƠI Khói thải, không khí dư không cháy Tổn thất nhiệt bức xạ và đối lưu Hơi nước dùng cho sản xuất - Điện năng (cho bơm, quạt) - Nước cấp - Nhiên liệu
. Trong đó O2 = %O2 trong khói lò. Khí cấp dư (EA) = O2 x 100
21 – O2
Ÿ Nhiệt độ khói lò, tính bằng 0C (Tf).
Ÿ Nhiệt độ môi trường xung quanh, tính bằng 0C (Ta).
Ÿ Độ ẩm không khí, tính bằng kg/kg không khí khô.
Ÿ Nhiệt trị toàn phần của nhiên liệu, tính bằng kcal/kg (GCV).
ð Nhu cầu không khí trên lý thuyết:
ð Khối lượng không khí cấp trên thực tế/kg nhiên liệu:
ASS = [1 + (EA/100)] x không khí khô trên lý thuyết
a. Phần trăm tổn thất nhiệt do khói lò khô:
Trong đó k (hằng số Seigert) = 0,56 đối với dầu FO (tham khảo tài liệu hướng dẫn sử dụng năng lượng hiệu quả của Trung tâm sản xuất sạch Việt Nam)
b. Phần trăm tổn thất nhiệt do bay hơi nước tạo thành do có H2 trong nhiên liệu:
Trong đó H2 = phần trăm H2 trong nhiên liệu.
c. Phần trăm tổn thất nhiệt do độ ẩm trong không khí:
d. Phần trăm tổn thất nhiệt do bức xạ và các tổn thất không tính được khác:
Tổn thất thực tế vì bức xạ và đối lưu rất khó đánh giá do độ phát xạ cụ thể của các TRA = (11 x C) + {34,5 x (H2 + (O2/8))} + 4,32 x S (kg/kg nhiên liệu)
100
T4 = AAS x độ ẩm không khí x 0,45 x (Tf – Ta) x 100 GCV của nhiên liệu
[k x (Tf – Ta)] %CO2 (trong khói lò) T1 =
T2 = 9 x H2 x {584 + 0,45(Tf – Ta)} GCV của nhiên liệu
bề mặt khác nhau, phương tiện và kiểu dòng khí.v.v… Tổn thất được ước tính tương đối tùy thuộc vào điều kiện của bề mặt.
e. Hiệu suất lò hơi:
• Kết quả tính toán cụ thể cho lò hơi tại công ty
Hiện tại công ty đang sử dụng loại lò hơi đốt dầu FO công suất 4 tấn/h với các thông số cụ thể như sau:
Ÿ Thành phần hóa học: C = 84%; H2 = 12%; S = 3%; O2 = 1%.
Ÿ GCV của dầu: 10.200 kcal/kg.
Ÿ Tỷ lệ trong khói lò O2: 7%
Ÿ Tỷ lệ CO2 trong khói lò: 11%
Ÿ Nhiệt độ khói lò (Tf): 2200C
Ÿ Nhiệt độ môi trường (Ta): 270C
Ÿ Độ ẩm không khí: 0,018 kg/kg không khí khô
ð Không khí dư được cấp (EA) = 50%
ð Yêu cầu khí trên lý thuyết (TAR) = 13,55 kg/kg nhiên liệu
ð Khối lượng thực của không khí cung cấp (AAS) = 20,33 kg/kg nhiên liệu
ü Tổn thất nhiệt do khói lò khô: T1 = 9,82%
ü Tổn thất nhiệt do bay hơi nước hình thành từ H2 trong nhiên liệu: T2 = 7,1%.
ü Tổn thất nhiệt do độ ẩm trong không khí: T3 = 0,31%.
ü Tổn thất nhiệt do bức xạ và các tổn thất khác: T4 = 2,0%.
ü Hiệu suất của lò hơi: H = 80,77%.
Với lò hơi công suất 4 tấn/h, đốt dầu FO trung bình 2.500l/ngày = 2.425 kg/ngày sinh ra tổng lượng nhiệt là 24.735.000 kcal /ngày(dầu FO có tỷ trọng 0,97kg/l, nhiệt trị toàn phần là 10.200 kcal/kg) thì kết quả sự cân bằng nhiệt được thể hiện cụ thể theo sơ đồ hình 4.8 sau:
Như vậy, theo sơ đồ cân bằng nhiệt trên thì lượng nhiệt bị tổn thất khoảng 4.756.540 kcal/ngày.
ð Lượng dầu bị tổn thất:
M = (4.756.540/10.200) * 80,77% = 376,65 kg/ngày = 388,3 lít /ngày
ð Số tiền bị tổn thất: T = 388,3 * 13.300 = 5.164.413 VNĐ/ngày
(giá dầu FO hiện nay là 13.300 VNĐ/l)
4.2.3. Tính toán chi phí theo dòng thải
Để mô tả được tiềm năng thu lợi từ các dòng thải, một yêu cầu cơ bản là phải tính được chi phí cho các dòng thải đó. Chi phí này cần phản ánh hao phí quy ra tiền do chất thải. Rõ ràng là một dòng thải thì không biểu hiện các chi phí định lượng được trừ khi gắn liền với sự hao phí trực tiếp về nguyên liệu và sản phẩm, ví dụ: hao phí hóa chất do tràn hoặc rơi vãi, hao phí kiềm do không thu hồi triệt để dịch kiềm bóng. Tuy nhiên, khi phân tích kỹ hơn thì ta có thể thấy một số yếu tố chi phí trực tiếp và gián tiếp liên quan đến các dòng thải. Trong đồ án này, việc tính toán chi phí xử lý dòng thải được tham khảo giá trung bình trên thực tế đối với mỗi loại dòng thải khác nhau.
Ÿ Đối với nước thải: Đơn giá xử lý được tính theo chi phí hóa chất được dùng để xử lý nước thải.
Ÿ Chất thải rắn: Bao gồm ống giấy, nylon sử dụng trong công đọan kiểm cuộn, đóng gói thành phẩm.
Hình 4.8. Sơ đồ cân bằng nhiệt của lò hơi trong một ngày.
9,82% tổn thất nhiệt do khói lò khô (2.428.977 kcal)
7,1% tổn thất nhiệt do độ ẩm của nhiên liệu (1.756.185 kcal) 0,31% tổn thất nhiệt do độ ẩm trong không khí (76.678 kcal) 2% tổn thất do bức xạ và các tổn thất khác (494.700 kcal) 80,77% nhiệt trong hơi (19.978.460 kcal)
LÒ HƠI
2.500l dầu FO = 24.735.000 kcal
Ÿ Chất thải rắn nguy hại: Bao gồm một số bao bì, thùng chứa hóa chất và lượng bùn thải từ trạm xử lý nước thải. Trong trường hợp tính cho 1 tấn sản phẩm thì không thể tính chi phí xử lý bao bì, thùng chứa hóa chất được vì phải sử dụng hết hóa chất mới thải bỏ loại chất thải này.
Bảng 4.5. Chi phí xử lý các dòng thải (tính cho 1 tấn sản phẩm).
Số TT Tên dòng thải Đơn vị tính Số lượng Đơn giá xử lý Thành tiền (VNĐ) Ghi chú 1 Nước thải về trạm xử lý m3 60 6.000 VNĐ/m3 360.000 3 Chất thải rắn kg 0,7 0 0 Bán phế liệu 5 Bùn thải từ trạm xử lý nước thải kg 40 7.000 VNĐ/kg 280.000 6 Dầu nhớt lít 0,02 3.000 VNĐ/lít 60 TỔNG CỘNG 640.060
Nhận xét: Để có được 1 tấn vải thành phẩm, công ty đã phải chi trả 640.060 VNĐ cho việc xử lý chất thải. Như vậy, nếu áp dụng được các giải pháp SXSH sẽ giúp công ty tiết kiệm chi phí xử lý vì đã giảm được lượng chất thải đầu ra .
4.2.4. Phân tích nguyên nhân và đề xuất các giải pháp SXSH
Œ Phân tích nguyên nhân gây ra dòng thải và đề xuất các giải pháp SXSH. Công đoạn Dòng thải Nguyên nhân Giải pháp
Không bảo quản cẩn thận
1. Khi nhận hóa chất phải bảo quản cẩn thận tránh hư
hao, mất mát
2. Nhắc nhở công nhân lấy hóa chất nhẹ hơn
Lấy hóa chất không cẩn thận để hóa
chất rơi vãi nhiều 3. Trải tấm nhựa tại khu vực lấy hóa chất để thu gom, tận dụng lượng hóa chất rơi vãi Hóa chất còn dính
lại trên thiết bị chứa.
4. Giũ sạch thiết bị chứa để tận dụng hóa chất còn sót lại trước khi vệ sinh thiết bị, vệ sinh nhà xưởng 5. Nhắc nhở công nhân đổ hóa chất vào thùng trộn nhẹ hơn Chuẩn bị hóa chất Hóa chất bị thất thoát Trộn hóa chất không cẩn thận 7. Hứng và tận dụng hóa chất rơi ra trong quá trình trộn hóa chất
Tẩy trắng cho tất cả các loại vải nhuộm
9. Bỏ qua quá trình tẩy trắng khi nhuộm vải màu đậm Tẩy trắng Nước thải
nhiều, tải lượng COD cao
Không tuần hoàn dịch tẩy
10. Tuần hoàn lại dịch tẩy sau khi bổ sung thêm hóa chất
Sử dụng CH3COOH 11. Thay thế CH3COOH bằng HCOOH hoặc các axit vô cơ mạnh (H2SO4, HCl) để giảm tải lượng ô nhiễm COD Khí thải có
chứa hơi hóa chất độc hại
Sử dụng NaClO2 12. Thay thế NaClO2 bằng H2O2 Lãng phí thuốc nhuộm và tốn thời gian xử lý kỹ thuật
Phối màu thủ công nên không chính xác theo công thức đã cho
13. Lắp đặt hệ thống máy tính để phối màu hợp lý
Dung tỷ nhuộm lớn 14. Giảm dung tỷ nhuộm từ 1 : 15 xuống 1 : 10
Thải bỏ dịch nhuộm sau mỗi lần thay đơn
15. Tái sử dụng dịch nhuộm vải PES của mẻ trước bằng cách bổ sung thêm hóa chất 21. Thay thế CH3COOH bằng HCOOH hoặc các axit vô cơ mạnh (H2SO4, HCl) để giảm tải lượng ô nhiễm COD Sử dụng các chất
hữu cơ gây ra tải lượng COD cao
22. Giảm 10% lượng chất đều màu sử dụng Nhuộm Nước thải nhiều, tải lượng COD cao
Pha dư hóa chất, thuốc nhuộm do
23. Xử lý vải tốt, đạt yêu cầu từ công đoạn tiền xử lý để
tiền xử lý không kỹ vải có độ ngấm cao, tăng độ bám dính thuốc nhuộm
24. Nâng cao nhận thức cho công nhân vận hành
25. Mở các khóa đào tạo nâng cao tay nghề cho công nhân vận hành máy móc, quá trình nhuộm tốt hơn
Chất lượng vải nhuộm không đạt yêu cầu, phải nhuộm lại do dự cố chủ quan hoặc khách quan (trường hợp này rất ít xảy ra)
26. Bảo dưỡng tốt máy móc, thiết bị nhằm hạn chế sự cố Hồ hoàn tất Tiêu hao
nhiều dung dịch hồ và lượng hồ xả nhiều Chuẩn bị hồ dư do không có sự ước tính trước
27. Tránh chuẩn bị dư hồ vải