4.5. Đề xuất giải pháp quản lý chất thải rắn cho xưởng thuộc da Từ Sơn, Bắc Ninh
4.5.5. Tái sử dụng, tái chế chất thải rắn
Các chuỗi chính của collagen trong da được liên kết với nhau bằng liên kết peptit, có thể bị thủy phân trong nước ở nhiệt độ cao để điều chế ra collagen protein tan trong nước. Quá trình thủy phân xảy ra dễ dàng mà không cần xúc tác, và ta có thể thu được collagen protein có phân tử lượng lớn.
Hình 4.12. Sơ đồ thu hồi gelatin từ chất thải rắn thuộc da
Quy trình thu hồi Gelatin từ chất thải thuộc da được thực hiện trong hình 4.11.
+ Quá trình tiền xử lý da
- Da trước thuộc (bao gồm riềm da, da váng trước thuộc) được tẩy sạch lông sau đó ngâm vôi.
- Ngâm vôi: trong bể chứa vôi Ca(OH)2 bổ sung là 5% trong 20 ngày.
- Sau khi ngâm vôi rửa sạch nhiều lần bằng nước sạch trong khoảng 2 - 4 giờ trong phu lông cho tới khi thử phenolphtalein không còn màu hồng.
- Axit hoá da: da sau khi được rửa sạch cho vào phu lông ngâm axit H2SO4 50/00, khoảng 20 phút lại quay một lần. Rửa trong 1- 2 giờ sau đó ngâm tiếp trong dung dịch axit H2SO4 20/00 trong 1 ngày.
- Sau khi ngâm axit tiếp tục rửa da bằng nước sạch trong phu lông cho tới khi pH trong da đạt khoảng 5 – 6.
+ Quá trình chiết gelatin
Tiếp theo da được cắt nhỏ, loại bỏ mỡ và nấu trong nồi cách thuỷ với tỉ lệ da/ dung dịch chiết là 1/3. Thực hiện chiết ở nhiệt độ từ 60 - 1000C, pH từ 2 – 6, thời gian khoảng 5 - 6 giờ. Trong quá trình chiết chú ý khuấy đều dung dịch và vớt mỡ.
+ Quá trình lọc, tách dịch chiết
Hỗn hợp sau khi chiết được lọc bằng giấy lọc để loại bỏ cặn bẩn và thu lấy dịch lọc trong. Phần bã được sấy và nghiền để làm thức ăn gia súc.
+ Quá trình cô chân không
Dung dịch lọc được cô bằng máy cất quay chân không cho đến khi tỷ lệ gelatin trong dung dịch đạt khoảng 30%, không cô cạn để tránh hiện tượng tạo keo trong bình cô quay. Nhiệt độ cô khoảng 50 – 800C, áp suất cô càng thấp càng tốt.
+ Quá trình sấy sản phẩm
Sấy dung dịch trên ở nhiệt độ 500C thời gian từ 2- 6 giờ. Độ ẩm của gelatin sau khi sấy vào khoảng từ 8 - 12%.
Ưu điểm của phương pháp:
+ Hiệu quả kinh tế cao;
+ Có thể áp dụng ở quy mô lớn;
+ Sản phẩm dễ tiêu thụ.
Nhược điểm của phương pháp:
+ Hiệu suất thu hồi thấp;
+ Phát sinh chất thải phụ: nước thải, bã thải;
+ Công nghệ và thiết bị phức tạp, đắt tiền;
+ Khó áp dụng ở quy mô nhỏ.
b. Làm nguyên liệu thức ăn chăn nuôi
Với tình hình thực tế hoạt động của Xưởng thuộc da Từ Sơn, Bắc Ninh hiện nay đang thực hiện nuôi thử nghiệm đà điểu. Hơn nữa, theo khảo sát khu vực dân cư lân cận đang chăn nuôi nhiều loại gia súc. Với thực trạng nói trên đề tài đã lấy ý kiến chuyên gia và người dân về việc tái chế sản xuất thức ăn chăn nuôi từ chất thải rắn trước thuộc (da tươi, mỡ, bạc nhạc) cho gia cầm cũng như cho hoạt động chăn nuôi đà điểu của đơn vị
Với thành phần protein tương đối lớn, chất thải trước thuộc có thể dùng làm nguyên liệu để sản xuất protein cung cấp cho quá trình sản xuất thức ăn chăn nuôi.
Chất thải trước thuộc có thành phần protein tồn tại ở dạng chuỗi Collagen, tương đối khó chuyển hóa trực tiếp khi làm thức ăn trong chăn nuôi. Nên để sản xuất thức ăn chăn nuôi từ chất thải trước thuộc, có thể tiến hành theo sơ đồ sau:
Hình 4.13. Sơ đồ chế biến thức ăn chăn nuôi từ CTR thuộc da Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu
Rửa nguyên liệu (CTR trước thuộc) để làm sạch lượng vôi có trong da cũng như các hóa chất khác sử dụng trong quá trình tẩy lông ngâm vôi, đảm bảo không có chất độc trong sản phẩm tạo thành. Sau khi rửa, da được làm nhỏ tới kích thước 1 – 5mm để thuận lợi cho quá trình thủy phân.
Bước 2: Thủy phân nguyên liệu
Thành phần protein có trong da tương đối khó tiêu hóa nếu được sử dụng làm thức ăn trực tiếp, do đó cần quá trình thủy phân để phân cắt các chuỗi protein có trong da thải thành các chuỗi polypeptit dễ chuyển hóa hơn.
Bước 3: Làm khô và nghiền
Sản phẩm sau quá trình thủy phân được tách bỏ nước và làm khô tới độ ẩm nhỏ hơn 13% để phù hợp với quá trình chế biến thức ăn chăn nuôi. Sau đó được nghiền mịn trước khi đóng gói sản phẩm.
Ưu điểm của phương pháp:
+ Hiệu quả kinh tế cao;
+ Có thể áp dụng ở nhiều quy mô;
+ Sản phẩm dễ tiêu thụ.
Nhược điểm của phương pháp:
+ Hiệu suất thu hồi thấp;
+ Phát sinh chất thải phụ: nước thải, bã thải.
c. Sản xuất phân hữu cơ sinh học
Công nghệ ủ phân Compost là quá trình phân hủy hiếu khí có kiểm soát (có mặt của oxy không khí) chất hữu cơ nhờ vi sinh vật để tạo thành chất mùn. Ủ phân Compost giúp giảm cả thể tích, khối lượng nguyên liệu ban đầu đồng thời chuyển nguyên liệu đó thành chất dinh dưỡng cho cây trồng. Chất thải trước thuộc có thể tái chế để làm phân compost phục vụ cho nông nghiệp làm giảm ô nhiễm môi trường. Quá trình ủ phân thực hiện như sau:
Bước 1. Chuẩn bị nguyên liệu
Nguyên liệu (CTR trước thuộc) cắt nhỏ từ 3 – 12mm được trộn với tác nhân đổ đống (vỏ bào, mùn cưa, gỗ vụn, phân Compost, cành lá cây vụn…) hoặc/và các chất bổ sung, phải đảm bảo sự cân bằng tương đối giữa các chất dinh dưỡng như Cacbon, Ni-tơ, độ ẩm của hỗn hợp ủ để tạo ra hỗn hợp thích hợp cho quá trình Compost.
Tác nhân đổ đống làm tăng độ xốp và cải thiện cấu trúc cho hỗn hợp ủ, và điều chỉnh hàm ẩm về khoảng mong muốn, từ đó tạo môi trường thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học. Các chất bổ sung bảo đảm nguồn dinh dưỡng cần thiết cho quá trình phân hủy như nguồn Cacbon, Ni-tơ.
Lượng chất đổ đống và chất dinh dưỡng bổ sung cũng phải đảm bảo tỷ lệ C/N phù hợp, độ ẩm cũng phải nằm trong khoảng giới hạn làm việc.
Bước 2. Quá trình ủ Compost
Hỗn hợp được đưa vào thiết bị ủ hoặc đổ thành hàng trên nền để bắt đầu thực hiện quá trình ủ phân Compost. Quá trình Compost hóa chủ động diễn ra trong khoảng từ 21 – 28 ngày. Dưới tác dụng của nhiều loại vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm, các quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành một loại phân bón xẩy ra.
Độ ẩm, nhiệt độ, pH và hàm lượng dinh dưỡng sẵn có là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới quá trình chuyển hóa sinh học tạo phân Compost.
Bước 3. Quá trình ủ chín
Sau quá trình Compost hóa chủ động, tiến hành quá trình ủ chín, thời gian ít nhất 1 tháng (thường từ 2 – 3 tháng), tốc độ chậm hơn và nhiệt độ thấp hơn.
Quá trình ủ chín nhằm ổn định hóa phân Compost tạo thành và làm giảm tác nhân gây độc đối với cây trồng.
Độ ẩm của hỗn hợp trong quá trình ủ chín được duy trì ở 50 – 60%. Để
thực hiện quá trình ủ, trước giai đoạn kiểm tra thì nên duy trì độ ẩm của hỗn hợp nằm trong khoảng 40 – 45% và tách lấy chất đổ đống để tuần hoàn lại.
Bước 4. Kiểm tra
Kiểm tra các thành phần để tạo ra sản phẩm cuối cùng có độ mịn và đồng nhất như mong muốn, và để hoàn nguyên tác nhân đổ đống cho quá trình Composting tiếp theo. Kiểm tra có thể thực hiện trước hay sau khi ủ.
Bước 5. Lưu trữ
Phân Compost nên bảo quản khô để đảm bảo chất lượng của phân cũng như giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm nước mặt. Điều này có thể được thực hiện bằng cách phủ vải nhựa (bạt) lên sản phẩm hoặc lưu trữ trong nhà có mái che.
Ưu điểm của phương pháp:
+ Có thể áp dụng ở nhiều quy mô;
+ Có hiệu quả về mặt kinh tế;
+ Sản phẩm dễ tiêu thụ.
Nhược điểm của phương pháp:
+ Nên kết hợp với các loại chất thải khác để đạt hiệu quả cao;
+ Phát sinh chất thải phụ: khí thải;
+ Cần diện tích mặt bằng lớn;
+ Phải chú ý kiểm soát quá trình.
Hình 4.14. Sơ đồ của quá trình ủ phân compost
4.5.5.2. Tái chế, tái sử dụng chất thải rắn sau thuộc
Với những đặc trưng như cấu trúc ổn định, độ ẩm nhỏ,… các phương pháp có thể tiếp cận để xử lý chất thải rắn sau thuộc:
- Làm giả da (da nhân tạo);
- Làm bìa carton;
- Làm nhiên liệu.
a. Làm bìa cacton
Chất thải sau thuộc cần được rửa sạch và nghiền tới kích thước nhỏ hơn 1mm để đưa vào dung dịch xeo. Chất lượng sản phẩm bìa Carton phụ thuộc vào độ mịn của chất thải, nếu chất lượng sản phẩm ở mức trung bình thì kích thước chất thải 1mm là phù hợp, trường hợp chất lượng sản phẩm yêu cầu cao hơn thì kích thước của chất thải có thể nhỏ hơn 0,1mm.
Phương pháp này chỉ áp dụng đối với quá trình sản xuất bìa Carton màu, có yêu cầu chất lượng sản phẩm ở mức độ vừa phải, nồng độ tạp chất cho phép lớn. Các loại này có thể kể đến như: lót đế giầy, bìa cứng của sổ sách, lịch (loại này thường được bao bên ngoài bằng các loại giấy bìa có chất lượng tốt hơn), hay lớp bìa trong của loại bìa Carton nhiều lớp.
Hình 4.15. Sơ đồ công nghệ sản xuất bìa carton Ưu điểm của phương pháp:
+ Có thể sử dụng các thiết bị sẵn có của cơ sở thuộc da;
+ Có thể áp dụng ở quy mô lớn.
Nhược điểm của phương pháp:
+ Phát sinh chất thải phụ: nước thải;
+ Công nghệ, thiết bị phức tạp và đắt tiền;
+ Khó áp dụng ở quy mô nhỏ.
b. Làm viên nhiên liệu
Crôm tồn tại trong da thành phẩm dưới dạng crôm (III). Crôm (III) có nhiệt độ nóng chảy là khoảng 1.8600C, trong khi đó nhiệt độ cao nhất để thực hiện quá trình đốt khí hóa là 1.2000C nên có thể ứng dụng hệ thống khí hóa nhằm mục đích vừa thu hồi năng lượng vừa xử lý môi trường, do sau quá trình khí hóa, crôm sẽ tồn tại trong tro của hệ thống, không thoát ra ngoài không khí.
Phương pháp sản xuất viên nhiên liệu trong công nghệ khí hóa được thể hiện như sau:
Hình 4.16. Sơ đồ quy trình sản xuất viên nhiên liệu Ưu điểm của phương pháp:
+ Thu gọn thể tích chất thải
+ Thu hồi năng lượng từ chất thải này để sử dụng trong các quá trình cần năng lượng.
+ Sản phẩm có nhiệt trị cao, có thể thay thế nhiên liệu khác + Giảm lượng chất thải được xử lý bằng biện pháp chôn lấp.
Nhược điểm của phương pháp:
+ Chất thải tương đối khô
+ Thiết bị chế tạo phức tạp, đắt tiền
+ Nếu lò đốt không tốt thì tạo ra mùi khó chịu, khí độc hại
c. Làm da tái sinh
Da tái sinh được sản xuất từ sợi da theo quy trình:
Hình 4.17. Quá trình sản xuất da tái sinh từ sợi da thải sau thuộc Phối trộn sợi: Nguyên liệu sau khi chế biến từ quá trình trên đem phối trộn lẫn với các chất kết dính (nhựa PU). Những sợi da ngắn đã được ngâm tẩm bột với độ dày 1,5 mm trên giấy còn đối với sợi da dài được ngâm tẩm bột với độ dày 1mm trên giấy. Trên bề mặt giấy được phủ một lớp nhựa PU với độ dày 0,15 mm và sau đó được đặt trong khay vuông bằng thép không gỉ.
Ép nhiệt sợi: Các tấm chuẩn bị ở trên được cho vào thiết bị làm lạnh trong 2 giờ để đông đặc. Sau đó cho qua máy sấy chân không ở 550C trong 10 giờ. Sau khi ra khỏi máy sấy, hai tấm được kết hợp với nhau và được ép dầu về độ dày 2,0 mm.
Tạo bề mặt bằng chất kết dính PU: da sau khi ép nhiệt bề mặt của nó không nhẵn, sờ vào cảm giác ráp. Để tạo độ bóng trên bề mặt nhúng miếng da vào dung môi DMF có chứa 50% PU có độ nhớt 3000 cps và ngâm trong 1 giờ, rồi rửa bằng nước khoảng 20 phút để loại DMF. Sau đó ép trong máy ép dầu để có độ dày bằng 1,6mm.
Sấy khụ: bằng mỏy sấy tia hồng ngoại trong ẵ giờ để loại bỏ lượng nước cần thiết, rồi được làm mát. Khi đó sẽ thu được tấm da tái sinh.
Hoàn thiện sản phẩm: tùy theo yêu cầu của sản phẩm, bề mặt vật liệu có thể in các kiểu hoa văn, láng lớp bóng, giả lỗ chân lông như da thật.
Ưu điểm của phương pháp:
+ Có hiệu quả về mặt kinh tế;
+ Tạo ra sản phẩm hữu ích;
+ Có thể áp dụng ở mọi quy mô.
Nhược điểm của phương pháp:
+ Quy trình thực hiện phức tạp, qua nhiều bước;
+ Phát sinh chất thải phụ: nước thải;
+ Cần kết hợp với cơ sở sản xuất giả da.