Xử lý nước thải dệt nhuộm: Giải pháp tối ưu

Ngành dệt nhuộm Việt Nam, mặc dù có lịch sử phát triển lâu đời trên thế giới, nhưng chỉ mới hình thành và phát triển mạnh mẽ hơn 100 năm gần đây. Sự mở cửa kinh tế đã thu hút nhiều doanh nghiệp, bao gồm 72 doanh nghiệp nhà nước, 40 doanh nghiệp tư nhân, 40 dự án liên doanh và 100% vốn đầu tư nước ngoài tham gia vào lĩnh vực này. Ngành này tạo nhiều việc làm, đặc biệt phù hợp với mô hình phát triển kinh tế của Việt Nam. Tuy nhiên, một vấn đề đáng báo động là hầu hết các nhà máy, xí nghiệp dệt nhuộm hiện nay vẫn chưa trang bị hệ thống xử lý nước thải hiện đại. Nước thải được thải trực tiếp ra môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng các nguồn nước như sông, suối, ao, hồ. Loại nước thải này đặc trưng bởi độ kiềm cao, độ màu lớn và chứa nhiều hóa chất độc hại, gây tác động tiêu cực đến hệ sinh thái thủy sinh. Chính thực trạng này đã dẫn đến đề tài nghiên cứu: “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 800 m³/ngày đêm”.

Quy trình sản xuất dệt nhuộm, bao gồm các công đoạn nhuộm vải, giũ hồ, nấu vải và tẩy trắng, sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm và hóa chất. Thuốc nhuộm, tùy thuộc vào loại (trực tiếp, hoàn nguyên, lưu huỳnh, hoạt tính), có tỷ lệ hấp thụ khác nhau (50-98%), phần còn lại thải vào nước thải. Công đoạn tẩy trắng, nếu sử dụng H₂O₂, thân thiện với môi trường hơn so với việc sử dụng chất tẩy chứa Clo, nhưng lại có giá thành cao hơn. Chất tẩy chứa Clo, tuy giá rẻ hơn, lại tạo ra AOX (hợp chất halogen hữu cơ dễ hấp phụ), có khả năng gây ung thư và ảnh hưởng xấu đến môi trường. Các chất khác như chất hoạt động bề mặt, chất cầm màu (nhựa cao phân tử), polymer tổng hợp (PAC, polycrylat), và chất làm mềm vải (polisiloxan, silicon biến tính) cũng góp phần gây ô nhiễm nặng nề. Lượng nước tiêu thụ trong quá trình nhuộm rất lớn (20-100 m³/tấn sản phẩm), dẫn đến lượng nước thải khổng lồ, chứa hàm lượng chất hữu cơ khó phân hủy cao, độ màu cao, và các chỉ tiêu như COD, BOD vượt quá tiêu chuẩn cho phép.

Ngành dệt nhuộm sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có màu. Hiệu suất bắt màu của thuốc nhuộm khác nhau, dẫn đến lượng thuốc nhuộm thải ra môi trường khác nhau. Thuốc nhuộm trực tiếp, mặc dù dễ sử dụng và rẻ tiền, nhưng hiệu suất bắt màu chỉ cao khi nhuộm màu nhạt, còn với màu đậm, lượng thuốc nhuộm thải ra rất lớn. Thuốc nhuộm hoạt tính có mức độ không gắn màu cao (khoảng 30%), chứa gốc halogen hữu cơ, làm tăng lượng AOX độc hại trong nước thải. Thuốc nhuộm lưu huỳnh, mặc dù độ hấp thụ khoảng 60-70%, nhưng vẫn thải ra các hợp chất lưu huỳnh và chất điện ly vào nước thải. Thuốc nhuộm phân tán, mặc dù được sản xuất dưới dạng hạt phân tán cao, nhưng vẫn có thể gây ô nhiễm. Thuốc nhuộm hoàn nguyên, không tan trong nước và kiềm, cần chất khử mạnh để nhuộm và in hoa, góp phần làm tăng độ phức tạp của nước thải. Sự đa dạng về loại thuốc nhuộm và nhu cầu ngày càng cao về màu sắc và độ bền màu làm cho vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng.

Nước thải từ các cơ sở dệt nhuộm có đặc điểm rất quan trọng là sự biến động lớn về số lượng và tải lượng ô nhiễm. Sự biến động này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mùa vụ sản xuất, loại sản phẩm và chất lượng sản phẩm. Nhìn chung, nước thải dệt nhuộm có độ kiềm cao, hàm lượng chất hữu cơ cao và độ màu đậm. Hiệu quả hấp thụ của vải đối với thuốc nhuộm chỉ đạt khoảng 60-70%, nghĩa là một phần đáng kể thuốc nhuộm và các hóa chất khác sẽ đi vào nước thải. Đặc điểm này làm cho việc xử lý nước thải trở nên phức tạp hơn, đòi hỏi phải có các phương pháp xử lý phù hợp và hiệu quả. Sự khác biệt về nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến đặc tính nước thải. Ví dụ, len và cotton thô thải ra nhiều chất bẩn tự nhiên, làm tăng độ màu, độ kiềm, BOD và chất rắn lơ lửng. Trong khi đó, với sợi tổng hợp, nguồn ô nhiễm chủ yếu là từ hóa chất sử dụng trong quá trình tẩy và nhuộm. Tổng kết lại, nước thải dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp, chứa hàng trăm loại hóa chất khác nhau như phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất tạo môi trường, tinh bột men, chất oxi hóa… Lượng nước thải dao động từ 12-300 m³/tấn vải, chủ yếu từ công đoạn nhuộm và nấu tẩy, với các chỉ tiêu ô nhiễm như độ màu, pH, chất rắn lơ lửng, BOD, COD, nhiệt độ đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép.

Việc xử lý nước thải dệt nhuộm là bắt buộc để bảo vệ môi trường. Một số phương pháp xử lý được đề cập trong tài liệu bao gồm phương pháp đông tụ, phương pháp hóa lý và phương pháp sinh học. Phương pháp đông tụ là quá trình làm thô hóa các hạt phân tán và nhũ tương, hiệu quả nhất với các hạt có kích thước từ 1 đến 1000 µm. Các chất đông tụ như phèn nhôm, phèn sắt, và các polyme được sử dụng để tạo bông cặn lớn dễ lắng. PAC (Poly Aluminium Chloride) là một loại phèn nhôm thế hệ mới, được sử dụng rộng rãi ở các nước tiên tiến, có hiệu quả trong việc keo tụ và kết tủa chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, kim loại nặng. Phương pháp hóa lý áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bỏ chất ô nhiễm, thường được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp cơ học và sinh học. Phương pháp sinh học dựa trên khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, hiệu quả khi tỷ số COD/BOD > 0,5. Các nghiên cứu trước đây cho thấy hiệu quả của phèn nhôm và phèn sắt trong việc giảm độ màu và COD, trong khi than hoạt tính có hiệu quả rất cao nhưng chi phí cao hơn. Nhà máy Vikotex Bảo Lộc (xử lý 500 m³/ngày đêm) và xí nghiệp Niederfrohna (xử lý 2500 m³/ngày đêm) được nêu ra làm ví dụ về các hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm hiện có, cho thấy công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm hiện đại có thể đạt hiệu quả cao trong việc làm sạch nước thải.

Đề tài nghiên cứu tập trung vào thiết kế một hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm với công suất 800 m³/ngày đêm. Hệ thống này được thiết kế để xử lý nước thải có độ kiềm cao, hàm lượng chất hữu cơ lớn, và độ màu đậm, đặc trưng của nước thải ngành dệt nhuộm. Các giai đoạn xử lý có thể bao gồm: bể thu gom, nơi loại bỏ các tạp chất thô như sợi vải, vải vụn bằng song chắn rác và lưới chắn mịn để bảo vệ hệ thống bơm và đường ống. Tiếp theo là bể điều hòa, có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, đồng thời điều chỉnh pH về mức trung tính (khoảng 7) bằng việc bổ sung axit, tạo điều kiện thuận lợi cho các giai đoạn xử lý tiếp theo. Bể khuấy trộn giúp phân phối đều hóa chất keo tụ vào nước thải để tạo bông cặn. Bể phản ứng tạo bông, thường được chia thành nhiều buồng với cường độ khuấy trộn giảm dần, giúp tạo điều kiện cho bông cặn hình thành và lắng xuống. Bể lắng tách bùn cặn ra khỏi nước đã xử lý. Sau đó, nước thải được khử trùng bằng clo (clorua vôi) trước khi thải ra môi trường, theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 51-84 điều 6.20.1. Cuối cùng là bể nén bùn, giúp tách nước khỏi bùn, cô đặc bùn để giảm thể tích và dễ xử lý hơn.

Một trong những phương án xử lý được đề cập là kết hợp phương pháp hóa lý và sinh học. Phương pháp hóa lý (keo tụ – tạo bông) được đặt trước xử lý sinh học (aeroten) để đảm bảo độ ổn định của các chất ô nhiễm, giúp quá trình xử lý sinh học đạt hiệu quả cao nhất. Việc này rất quan trọng vì các phẩm nhuộm chứa kim loại nặng và chất hữu cơ độc hại, một số gây độc trực tiếp khi tiếp xúc. Các thuốc nhuộm độc tính thường chứa nhóm Azo, tách ra trong quá trình nhuộm và tạo thành các amine độc hại, thậm chí một số amine còn chứa kim loại nặng như Kẽm, Đồng, Cadmium. Kim loại nặng cũng có thể có trong nước thải sau khi tẩy rửa và vệ sinh máy móc. Xử lý hóa lý trước giúp loại bỏ phần lớn kim loại nặng và các chất hữu cơ độc hại, bảo vệ hệ thống sinh học khỏi bị ảnh hưởng. Nếu ngược lại, xử lý hóa lý sau sinh học, ta sẽ không kiểm soát được nồng độ độc tố ảnh hưởng đến vi sinh vật trong bể aeroten, có thể gây chết bùn hoạt tính và giảm hiệu quả xử lý.

Tài liệu đề cập đến hai ví dụ về hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm: xí nghiệp tẩy nhuộm Niederfrohna của hãng Schiesser (công suất 2500 m³/ngày đêm) và nhà máy Vikotex Bảo Lộc (công suất 500 m³/ngày đêm, xử lý nước thải dệt nhuộm tơ tằm). Xí nghiệp Niederfrohna, chuyên xử lý nước thải từ tẩy nhuộm hàng bông (chủ yếu là thuốc nhuộm hoạt tính), có COD đầu vào 853 mg/l, BOD 640 mg/l, và đạt được COD đầu ra 20,3 mg/l và BOD < 10 mg/l, nước thải trong suốt, chất rắn lơ lửng thấp. Nhà máy Vikotex Bảo Lộc, sau khi sửa chữa và vận hành thành công tháng 5/1996, có COD đầu vào 516 mg/l, BOD 340 mg/l, và đạt được COD đầu ra 80 mg/l và BOD < 50 mg/l, nước thải trong suốt, chất rắn lơ lửng thấp. Các ví dụ này cho thấy việc đầu tư vào hệ thống xử lý nước thải hiện đại có thể giúp giảm đáng kể lượng chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm và bảo vệ môi trường.