Xử lý nước thải dệt nhuộm: Nghiên cứu keo tụ hấp phụ

Sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp ở Việt Nam, đặc biệt là hơn 500.000 nhà máy và 1.000 bãi rác đô thị, dẫn đến lượng nước thải khổng lồ được thải ra môi trường hàng ngày. Ngành dệt may, với các công đoạn nấu, tẩy, nhuộm, đóng góp đáng kể vào vấn đề này. Nước thải từ công đoạn nhuộm chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy và các chất màu bền vững, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các chất này không chỉ ảnh hưởng đến động thực vật thủy sinh mà còn là tác nhân gây ung thư cho con người và động vật. Tình trạng này càng trở nên cấp bách khi Việt Nam đã gia nhập WTO và phải đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường quốc tế, bao gồm cả tiêu chuẩn ISO 14000. Lượng nước thải từ nhuộm vải rất lớn, ước tính từ 120-300 m³/tấn vải, làm gia tăng áp lực lên hệ sinh thái. Các chất ô nhiễm chính bao gồm: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngấm, kim loại nặng… tạo nên sự phức tạp và khó khăn trong việc xử lý. Thêm vào đó, thành phần và tính chất nước thải rất không ổn định, thay đổi tùy thuộc vào công nghệ và mặt hàng, làm cho việc xác định thành phần trở nên khó khăn.

Nước thải dệt nhuộm chứa nhiều loại chất ô nhiễm, trong đó đáng chú ý là các chất hữu cơ khó phân hủy. Thuốc nhuộm, với nhiều loại khác nhau (trực tiếp, hoàn nguyên, lưu huỳnh, hoạt tính…), là nguồn gây ô nhiễm chính. Chỉ có từ 50-98% thuốc nhuộm bám vào sợi, phần còn lại xả vào nước thải, gây ra độ màu cao và khó xử lý. Việc sử dụng các chất tẩy chứa Clo, mặc dù tiết kiệm chi phí, lại tạo ra AOX, một chất gây ung thư. Các chất hoạt động bề mặt, polymer tổng hợp (như PAC, polycrylat), chất làm mềm vải (polisiloxan, silicon biến tính), và chất cầm màu (nhựa cao phân tử) cũng là những chất gây ô nhiễm khó phân hủy sinh học. Tạp chất tách ra từ vải sợi (hợp chất chứa nitơ, dầu mỡ, bụi…) cũng góp phần vào tổng lượng chất ô nhiễm. Đặc điểm của nước thải dệt nhuộm là tính kiềm cao hoặc axit cao, pH dao động lớn từ 2 đến 14, gây khó khăn cho việc xử lý. Sự đa dạng về thành phần và tính chất nước thải tùy thuộc vào mùa vụ, nguyên liệu, hóa chất sử dụng, và dây chuyền công nghệ, làm cho việc quản lý và xử lý trở nên phức tạp hơn.

Hàm lượng chất hữu cơ cao trong nước thải dệt nhuộm làm giảm oxi hòa tan, gây hại cho thủy sinh vật. Một số hóa chất chứa kim loại như Crom, các hợp chất thơm, và các chất độc hại khác không chỉ tiêu diệt thủy sinh vật mà còn gây nguy hiểm cho sức khỏe con người, ví dụ như ung thư. Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD và COD, giảm oxi hòa tan và ảnh hưởng xấu đến đời sống thủy sinh. Độ màu cao do thuốc nhuộm dư thừa gây cản trở quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh và làm xấu cảnh quan môi trường. Do đó, việc xử lý hiệu quả nước thải dệt nhuộm là rất cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Tình trạng ô nhiễm này không chỉ ảnh hưởng đến Việt Nam mà còn có thể gây ra những hậu quả toàn cầu, đặc biệt là khi nước thải này xả trực tiếp vào các nguồn nước chung.

Đây là giai đoạn tiền xử lý, thường được áp dụng đầu tiên để loại bỏ các tạp chất vô cơ và hữu cơ không tan trong nước thải dệt nhuộm. Mục đích là bảo vệ thiết bị và các giai đoạn xử lý tiếp theo. Các kỹ thuật cơ học bao gồm: lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác (loại bỏ các chất lơ lửng lớn), lắng dưới tác dụng của lực ly tâm hoặc trọng trường, lọc (loại bỏ các chất lơ lửng nhỏ hơn), và tuyển nổi. Hiệu quả của phương pháp cơ học phụ thuộc vào kích thước, tính chất hóa lý của chất thải, hàm lượng cặn lơ lửng, lưu lượng nước thải, và mức độ làm sạch yêu cầu. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ loại bỏ được phần nhỏ chất gây ô nhiễm, đặc biệt là các chất hữu cơ khó phân hủy vẫn còn tồn tại trong nước sau xử lý.

Phương pháp hóa lý được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dệt nhuộm, đặc biệt là keo tụ. Cơ chế của keo tụ là sử dụng các chất keo tụ (như muối nhôm, muối sắt, vôi sống, hoặc PAC - Polyaluminium Chloride) để làm kết tụ các hạt keo nhỏ, tạo thành các bông cặn lớn dễ lắng xuống. Quá trình này giúp giảm COD, BOD, độ màu, độ đục và số lượng vi sinh vật. Chất trợ keo tụ thường được sử dụng để tăng hiệu quả keo tụ, ví dụ như chất trợ keo A101 được nghiên cứu trong tài liệu. Ngoài keo tụ, các phương pháp hóa lý khác như hấp phụ, trích ly, tuyển nổi cũng được đề cập đến, nhưng không được trình bày chi tiết trong phần này. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng phương pháp hóa lý thường chỉ giảm được một phần lượng chất hữu cơ khó phân hủy, cần kết hợp với các phương pháp khác để đạt hiệu quả cao hơn.

Phương pháp sinh học dựa trên khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng, giúp loại bỏ hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học. Phương pháp sinh học thường được áp dụng sau khi nước thải đã qua xử lý sơ bộ bằng phương pháp cơ học và hóa lý. Công nghệ này đã được ứng dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm chứa nhóm azo và các phẩm màu chứa đồng. Các tác nhân khử sẽ phân hủy các cấu trúc hóa học phức tạp thành các cấu trúc đơn giản hơn, dễ xử lý hơn bằng bùn hoạt tính hoặc hấp phụ. Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp sinh học đối với chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải dệt nhuộm là hạn chế. Việc kết hợp với các phương pháp khác là cần thiết để đảm bảo hiệu quả xử lý.

Phương pháp oxi hóa nâng cao được sử dụng để xử lý các chất hữu cơ độc hại, khó phân hủy, và bền vững. Phương pháp này dựa trên việc sử dụng các tác nhân oxi hóa mạnh như ozon (O₃), hydro peroxit (H₂O₂), tia UV, UV/TiO₂, hoặc tác nhân Fenton (H₂O₂ + Fe²⁺) để tạo ra gốc hydroxyl (OH•), một tác nhân oxi hóa mạnh mẽ. Gốc hydroxyl có khả năng phân hủy triệt để các chất hữu cơ có cấu trúc bền, độc tính cao, mà các phương pháp khác khó xử lý. Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra ít sản phẩm phụ gây hại cho môi trường. Tuy nhiên, chi phí áp dụng phương pháp oxi hóa nâng cao thường cao hơn so với các phương pháp khác. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp cần cân nhắc nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải, và khả năng đầu tư.

Nghiên cứu được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu thực địa tại các cơ sở sản xuất dệt nhuộm ở huyện Kiến Thụy, Hải Phòng. Tác giả đã khảo sát quy trình sản xuất, đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải của từng công đoạn, và lấy mẫu tại miệng cống thải chung. COD được sử dụng làm chỉ tiêu chính để đánh giá hiệu quả xử lý. Phương pháp xác định COD sử dụng chất oxi hóa K₂Cr₂O₇. Một phần nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát các điều kiện tối ưu cho phương pháp keo tụ, bao gồm ảnh hưởng của pH, liều lượng phèn PAC, và hàm lượng chất trợ keo A101 đến hiệu suất khử COD. Nghiên cứu cũng đề cập đến khả năng sử dụng tro xơ dừa như vật liệu hấp phụ để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm.

Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất khử COD cao nhất đạt được ở hàm lượng phèn PAC là 0,6 g/l. Khi tăng nồng độ PAC từ 0,1 đến 0,6 g/l, hiệu suất xử lý tăng lên do sự kết tụ các hạt keo. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ PAC vượt quá 0,6 g/l, hiệu suất lại giảm do sự phá vỡ cân bằng điện tích và các bông keo tụ. Việc sử dụng chất trợ keo A101 cũng được nghiên cứu, cho thấy hàm lượng tối ưu là 0,04 g/l để đạt hiệu suất khử COD cao nhất. Tăng hoặc giảm hàm lượng A101 đều làm giảm hiệu quả xử lý. Kết quả cho thấy phương pháp keo tụ có hiệu quả trong việc giảm COD và độ màu của nước thải dệt nhuộm, nhưng hiệu quả phụ thuộc nhiều vào điều kiện pH, liều lượng phèn PAC, và hàm lượng chất trợ keo.

Nghiên cứu cho thấy phương pháp keo tụ kết hợp hấp phụ có thể áp dụng trong thực tế để xử lý nước thải dệt nhuộm, đặc biệt là giảm hàm lượng chất hữu cơ khó phân hủy. Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ tập trung vào nước thải chung, nên để tăng hiệu quả kinh tế cần tách riêng các dòng nước thải từ các công đoạn khác nhau. Nước thải chứa chất hữu cơ dễ phân hủy nên được xử lý bằng phương pháp sinh học hoặc các biện pháp khác có chi phí thấp hơn. Dòng thải chứa chất hữu cơ khó phân hủy (như từ công đoạn nhuộm) nên được xử lý bằng phương pháp keo tụ kết hợp hấp phụ. Nghiên cứu đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình xử lý cho từng loại nước thải riêng biệt, nhằm nâng cao hiệu quả và giảm chi phí.

Nghiên cứu cho thấy nước thải từ sản xuất dệt nhuộm có mức độ ô nhiễm cao, vượt tiêu chuẩn cho phép về COD, BOD₅, và chất rắn lơ lửng (SS). Qua đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ kết hợp với hấp phụ”, kết luận được rút ra là phương pháp keo tụ kết hợp hấp phụ có thể áp dụng để loại bỏ chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải chung của sản xuất dệt nhuộm. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, liều lượng phèn PAC, và sử dụng chất trợ keo. Nghiên cứu đã xác định được liều lượng tối ưu của các yếu tố này để đạt hiệu quả cao nhất trong việc giảm COD và độ màu của nước thải. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng đây là kết quả nghiên cứu trên nước thải chung, chưa phân tách các nguồn thải từ các công đoạn khác nhau trong sản xuất.

Mặc dù phương pháp keo tụ kết hợp hấp phụ cho thấy hiệu quả trong xử lý nước thải dệt nhuộm, để nâng cao hiệu quả xử lý về mặt kinh tế, cần tách riêng các dòng nước thải từ các công đoạn khác nhau trong sản xuất. Các dòng nước thải chứa hợp chất hữu cơ dễ phân hủy (ví dụ như từ công đoạn hồ vải, làm mềm vải) nên được xử lý bằng phương pháp sinh học hoặc các biện pháp khác có chi phí thấp hơn. Đối với dòng thải chứa chất hữu cơ khó phân hủy (ví dụ như từ công đoạn nhuộm), cần tách riêng để xử lý bằng phương pháp keo tụ kết hợp với hấp phụ, nhằm tối ưu hóa hiệu quả xử lý và giảm chi phí. Nghiên cứu sâu hơn về việc tối ưu hóa quy trình xử lý cho từng loại nước thải riêng biệt là cần thiết để đảm bảo hiệu quả kinh tế và môi trường. Việc sử dụng các vật liệu hấp phụ thân thiện môi trường như tro xơ dừa cũng cần được nghiên cứu thêm để tìm ra giải pháp bền vững và hiệu quả.