1.2.1.1. Đặc điểm chung của thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm dùng trong cơng nghiệp dệt thường có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc tổng hợp. Tuy nhiên, ngày nay trong công nghiệp dệt hầu như chỉ sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của loại thuốc nhuộm này là độ bền màu cao và khó bị phân hủy. Màu của thuốc nhuộm phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của nó bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là nhóm có chứa các nối đơi liên hợp với điện tử π không cố định như: >C = C<; >C = N-; -N = N-; -NO2. Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như -NH2, - COOH, -SO3H, -OH v.v, Thuốc nhuộm được phân loại dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó thuốc nhuộm được phân thành 20-30 họ khác nhau. Trong đó, các màu thuốc nhuộm azo (monoazo, disazo, triazo, polyazo), anthraquinone, phthalocyanine và triarylmethane là các chất màu quan trọng nhất [21]. Ngoài ra, cịn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít quan trọng hơn như thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh v.v.
Màu thương mại được phân loại theo thuật ngữ màu, cấu trúc hoặc phương pháp ứng dụng màu vào trong các lĩnh vực khác nhau. Việc phân loại màu phụ thuộc vào chỉ số màu (Color Index) và mỗi màu đều có một chỉ số màu khác nhau (C.I). Sự phân loại màu và tính chất mỗi thuốc nhuộm được liệt kê trong Bảng 1.4.
Bảng 1.4. Phân loại màu và tính chất các màu thuốc nhuộm
Màu Tính chất của thuốc nhuộm
Tan tốt trong nước do sự có mặt của nhóm chức sulphonic axit. Tạo tương tác giữa các nhóm chức mang điện tích dương của sợi Màu thuốc nhuộm (-NH3+) và điện tích âm của màu nhuộm. Ngồi ra, chúng cũng
axít (acid dye) liên kết với vật liệu bằng lực Van-der-Waals, liên kết hydro và liên kết phối trí. Theo cấu trúc hóa học, đa số thuốc nhuộm này thuộc nhóm azo, anthraquinone và triarylmetan.
Tạo mối liên kết cộng hóa trị với các nhóm -OH, -NH và –SH Màu thuốc nhuộm trong vật liệu cotton, len, tơ tằm và nylon. Các vấn đề về nước
thải có màu liên quan đến việc sử dụng thuốc nhuộm hoạt tính là hoạt tính do sự thủy phân của các nhóm chức hoạt tính xảy ra trong q (reactive dye) trình nhuộm. Các cấu trúc màu phổ biến của thuốc nhuộm này là
azo, azo phức kim loại, anthraquinone và phthalocyanine.
Màu thuốc nhuộm Hình dạng phẳng và dài cho phép chúng liên kết các sợi cellulose trực tiếp theo một chiều và tối đa hóa các liên kết Van-der-Waals, liên kết (direct dye) phối trí và liên kết hydro. Chỉ có 30% trong tổng số 1600 cấu trúc
Màu Tính chất của thuốc nhuộm
vẫn được sản xuất do màu này thiếu độ bền trong quá trình giặt. Các cấu trúc phổ biến nhất là thuốc nhuộm azo được lưu hóa. Cấu trúc khơng ion với nhóm chức phân cực như –NO2 và –CN Màu thuốc làm tăng khả năng tan trong nước thông qua các lực Van-der- nhuộm phân tán Waals, lực phối trí và màu. Màu nhuộm này được sử dụng cho
(disperse dye) sợi polyester. Cấu trúc phổ biến là azo, nitro, anthraquinone, và azo phức kim loại.
Màu nhuộm hoàn nguyên khơng tan trong nước nhưng có thể trở Màu thuốc nhuộm nên tan được khi khử kiềm (natri dithionite trong sự có mặt của
hồn ngun NaOH). Dạng LEUCO tạo thành được hấp phụ bởi cellulose (lực (vat dye) Van-der-Waals) và có thể bị oxy hóa trở lại thành sạng khơng tan khi sử dụng H2O2. Cấu trúc phổ biến là anthraquinone và indigoids.
1.2.1.2. Đặc điểm chung của nước thải dệt nhuộm
Nước thải dệt nhuộm là tổng hợp nước thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hồn tất. Theo phân tích của các chun gia, trung bình, một nhà máy dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đáng kể, trong đó, lượng nước được sử dụng trong các cơng đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là trong cơng đoạn nhuộm và hồn tất sản phẩm (khoảng 50 đến 300 m3 nước cho 1 tấn hàng dệt) [132]. Xét hai yếu tố là lượng nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải, ngành dệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp [140]. Các chất ơ nhiễm chủ yếu có 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 ơ nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm azo không tan - loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần. Lượng thuốc nhuộm dư sau cơng đoạn nhuộm có thể lên đến 50% tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu [140]. Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao và nồng độ chất ô nhiễm lớn.
Nước thải dệt nhuộm sẽ khác nhau khi sử dụng các loại nguyên liệu để nhuộm khác nhau. Chẳng hạn như len và cotton thô sẽ thải ra chất bẩn tự nhiên của sợi và nước thải ra có độ màu, độ kiềm, BOD và chất lơ lửng (SS) cao. Ở loại nguyên liệu sợi tổng hợp, nước thải ra có thành phần chính là các hợp chất hóa học do các loại hóa chất sử dụng trong giai đoạn tẩy và nhuộm như: hồ tinh bột, H2SO4,
CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3 v.v. các loại thuốc nhuộm, các chất trơ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt.
Nước thải dệt nhuộm nhìn chung rất phức tạp và đa dạng, đã có hàng trăm loại hóa chất đặc trưng như phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất tạo mơi trường, tinh bột men, chất oxy hóa…được đưa vào sử dụng. Nước thải dệt nhuộm ô nhiễm nặng cho môi trường sống bởi các yếu tố như độ màu, pH, độ đục, chất lơ lửng, chất hữu cơ, chất hoạt động bề mặt, BOD, COD, nhiệt độ v.v. trong đó pH dao động trong khoảng từ 9 đến 12, hàm lượng chất hữu cơ (COD thay đổi từ 80 đến 18.000 mg/l). Ðộ màu của nước thải khá lớn có thể lên tới 10.000 Pt-Co, hàm lượng cặn lơ lửng đạt giá trị khoảng 2.000 mg/l.
Các thông số thường được sử dụng để đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm: Nhiệt độ; pH; BOD5; COD; hàm lượng cặn lơ lửng; oxi hòa tan; độ đục; tổng N; tổng P; kim loại nặng; coliform