Tác giả: TS. Phạm Thị Tốt
Đơn vị: Khoa CNSD
1. Giới thiệu
Ngành dệt may là một trong những ngành tiêu thụ lượng nước lớn nhất trong các ngành sản xuất công nghiệp hiện nay. Đối với ngành nhuộm truyền thống sử dụng rất nhiều nước và cũng thải ra ngoài môi trường rất nhiều nước thải. Trong các công đoạn như giặt, nấu vải, tẩy trắng của quá trình tiền xử lý, nhuộm và xử lý hoàn tất đều sử dụng rất nhiều nước. Trung bình để xử lý 1 kg vật liệu dệt cần 100-150 lít nước, trong đó quá trình nhuộm tiêu tốn 61% tổng lượng nước này [2]. Nước là tài nguyên thiên nhiên quý giá nhất thế giới, với hơn 97% là nước mặn và chỉ 2,5% là nước ngọt. Hơn hai phần ba (68,7%) trong số 2,5% nước ngọt bị đóng băng dưới dạng băng tuyết, một phần ba còn lại dưới dạng nước ngầm. Chỉ có 0,3% lượng nước ngọt trên thế giới tồn tại ở dạng nước mặt ở hồ, ao, sông và suối [1,2]. Hiện nay nguồn nước đang bị ô nhiễm nặng do các nguồn nước thải khác nhau trong đó có nguồn nước thải từ các nhà máy nhuộm. Để giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường thì việc nghiên cứu đưa ra các phương pháp nhuộm mới sử dụng ít hoặc không sử dụng nước là hướng nghiên cứu đang được quan tâm hiện nay.
2. Tiêu thụ nước trong ngành dệt may
Ngoại trừ ngành nông nghiệp thì ngành dệt may là ngành tiêu thụ nhiều nước nhất hiện nay. Theo dự báo cùng với sự gia tăng dân số thì nhu cầu nước ngọt sẽ tăng lên khoảng 40% vào năm 2030 và đến năm 2050 khoảng hơn một tỷ người sẽ thiếu nước ngọt cho các nhu cầu sử dụng hàng ngày. Một nhà máy nhuộm quy mô trung bình sử dụng khoảng 6,15 triệu lít nước mỗi ngày [2]. Tùy thuộc vào loại thuốc nhuộm sử dụng, lượng nước sử dụng nhuộm vải dao động từ 30-50 lít/kg vải, thậm chí để nhuộm một kg vải bông cần khoảng 100 lít nước. Lượng nước sử dụng cho nhuộm sợi khoảng 60 lít/kg. Mỗi năm ngành nhuộm thải ra ngoài môi trường khoảng 15-20% tổng lượng nước thải [2,3]. Trong những năm gần đây, chính phủ, các tổ chức phi chính phủ và người tiêu dùng đã thực hiện các biện pháp áp chế lên ngành dệt may để ngành phải thực hiện việc bảo vệ môi trường và giảm thiểu tác động xấu đến môi trường trong tương lai. Chính phủ các nước đã thông qua những luật mới nghiêm ngặt hơn nhằm tăng cường giám sát và giảm thiểu nước thải gây ô nhiễm môi trường của ngành dệt may.
.PNG)
Hình 1. Tỷ lệ nước sử dụng trong các công đoạn của ngành nhuộm [1,2].
Để thực sự giảm thiểu tác động đến môi trường, ngành dệt may cần phải phát triển theo hướng bền vững. Hiện nay, ngành dệt may đã và đang nỗ lực tìm ra những phương pháp để giảm lượng nước sử dụng, chẳng hạn như giảm dung tỷ nhuộm hoặc sử dụng thuốc nhuộm cần ít nước hơn hoặc nhuộm không dùng nước,...
3. Giới thiệu một số công nghệ nhuộm thân thiện với môi trường
Công nghệ nhuộm thân thiện với môi trường là công nghệ nhuộm sử dụng ít năng lượng và nước, đồng thời thải ra môi trường ít chất thải. Một số công nghệ nhuộm thân thiện với môi trường hiện nay như công nghệ nhuộm không dùng nước, công nghệ nhuộm không nước thải,…
Công nghệ nhuộm không dùng nước là phương pháp nhuộm không cần sử dụng nước và sử dụng ít năng lượng hơn so với các phương pháp nhuộm thông thường mà vẫn tạo ra màu sắc theo đúng yêu cầu. Kỹ thuật, thời gian, hóa chất và chất trợ được sử dụng trong quá trình nhuộm không dùng nước đều được giảm bớt. Hiện nay có hai công nghệ nhuộm không dùng nước như sau:
3.1. Công nghệ nhuộm thổi khí
Đầu tiên dung dịch thuốc nhuộm được phân tán hoàn toàn thành dạng phân tử, sau đó được trộn với luồng khí áp suất cao và cuối cùng được phun lên vải để nhuộm trong máy nhuộm thổi khí. Thông thường người ta sử dụng một lượng nhỏ nước để hòa tan thuốc nhuộm và thuốc nhuộm tiếp xúc trực tiếp với vải. Máy nhuộm thổi khí có hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường so với máy nhuộm truyền thống.
Vải đi qua hỗn hợp không khí-dung dịch nhuộm do máy thổi khí tạo ra, đây là nguyên lý cơ bản của hệ thống khí động học. Điều này có nghĩa là, không giống như máy nhuộm thủy lực, việc vận chuyển vải trong quá trình nhuộm không cần bể nhuộm hoặc môi trường nước. Từ khi cấp vải cho đến khi kết thúc quá trình nhuộm, vải liên tục chuyển động dưới tác động của dòng khí [2].
Phương pháp nhuộm thổi khí sử dụng để nhuộm cho nhiều loại vật liệu khác nhau như các loại vải tổng hợp, vải bông,…[1].
Hình 2. Máy nhuộm thổi khí [2]
*) Ưu điểm
- Trong quá trình nhuộm không gây ô nhiễm nguồn nước, không thải ra chất thải nguy hại và không tốn nước vì vải được vận chuyển bằng dòng khí thay vì nước.
- Tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí và bảo vệ môi trường
- Công nghệ nhuộm thổi khí hạn chế được nước thải độc hại phát sinh từ quá trình nhuộm vải và góp phần giải quyết vấn đề khan hiếm nước ngọt hiện nay.
- Theo đánh giá chung thì công nghệ nhuộm thổi khí tiết kiệm tới 95% lượng nước và 86% năng lượng, góp phần giảm 84% vào hiện tượng nóng lên toàn cầu [2]. Hơn nữa, một số công ty cho rằng công nghệ thổi khí cho phép họ nhuộm theo từng đơn đặt hàng, giảm lãng phí và tăng sản lượng.
- Do thuốc nhuộm được liên kết chặt chẽ với vải sợi nên không bị ảnh hưởng bởi chất tẩy trắng và chất giặt trong quá trình sử dụng. Với công nghệ nhuộm thổi khí có thể tiết kiệm 1.132.500 MJ, 605.769 lít nước khi sản xuất 25.000 chiếc áo phông [2].
*) Nhược điểm
- Công nghệ nhuộm thổi khí là công nghệ nhuộm mới và chi phí lắp đặt máy cao. Do đó, trong tương lai cần phát triển các quy trình nhuộm thổi khí đơn giản với chi phí thấp, có thể nhuộm được các vật liệu tự nhiên và tổng hợp, sử dụng ít nước hơn và hầu như không tạo ra chất gây ô nhiễm.
3.2. Công nghệ nhuộm sử dụng dung dịch siêu tới hạn (SCF)
Công nghệ nhuộm không dùng nước sử dụng cacbon đioxit (CO2) siêu tới hạn. Khi cacbon đioxit được gia nhiệt đến hơn 31°C và nén đến áp suất trên 74 bar, nó sẽ ở trạng thái giống như chất lỏng giãn nở hoặc khí bị nén mạnh. Nói cách khác, trên điểm tới hạn, cacbon đioxit có cả chất lỏng và chất khí. Ở trạng thái này, CO2 siêu tới hạn có mật độ phân tử giống như chất lỏng giúp hòa tan các loại thuốc nhuộm kỵ nước và có độ nhớt thấp, khả năng khuếch tán cao như chất khí giúp quá trình nhuộm nhanh hơn nhuộm trong nước. Quá trình nhuộm và loại bỏ thuốc nhuộm dư đều có thể được thực hiện trong quy trình nhuộm cacbon đioxit, chỉ cần thay đổi điều kiện nhiệt độ và áp suất. Kết thúc quá trình nhuộm không cần sấy khô vì CO2 được thải ra ở trạng thái khí, CO2 có thể dễ dàng tái chế, đạt tới 90% khi được chiết trong thiết bị phân tách [2].
Công nghệ nhuộm sử dụng dung dịch siêu tới hạn chỉ mới nhuộm được cho các loại vật liệu tổng hợp như polyeste, axetat, nylon [3].
Hình 3. Sơ đồ nhuộm sử dụng dung dịch siêu tới hạn [2]
*) Ưu điểm
- Quy trình nhuộm sử dụng CO2 này là giải pháp thay thế bền vững cho quy trình nhuộm nước thông thường
- Không cần sử dụng nước hoặc hóa chất xử lý, giảm 50% mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình nhuộm
- Không gây ô nhiễm nước
- Vải không cần sấy khô
- Vải có độ bền ma sát cao
- Vải có độ đều màu cao
- CO2 là chất không độc hại, có thể dễ dàng tái sinh trong quá trình nhuộm.
- Có thể xây dựng nhà máy nhuộm sử dụng CO2 ở những nơi thiếu nước.
*) Nhược điểm
- Quá trình nhuộm được thực hiện ở áp suất 260-280 bar và nhiệt độ 130°C. Áp suất cao như vậy đòi hỏi thiết bị nhuộm phải có thiết kế đặc biệt nên chi phí đầu tư lớn.
- Để đảm bảo an toàn lao động công nghiệp, cần lắp đặt thiết bị kiểm soát nồng độ CO2 trong không khí do khí CO2 có thể gây ngạt thở.
- Phương pháp nhuộm này không nhuộm được các loại vải sợi tự nhiên ưa nước vì không phá vỡ được các liên kết hidro nên thuốc nhuộm không thể khuếch tán vào trong vải sợi.
- Phương pháp nhuộm này không sử dụng được cho các loại thuốc nhuộm kém bền nhiệt như thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp và thuốc nhuộm axit.
Hình 4. Máy nhuộm sử dụng dung dịch siêu tới hạn (SCF) [2]
4. Kết luận
Các công nghệ nhuộm thổi khí và nhuộm sử dụng dung dịch siêu tới hạn sẽ tiết kiệm nước so với công nghệ nhuộm nước thông thường. Trong công nghệ nhuộm không dùng nước, công đoạn giặt cũng được bỏ qua do vậy hạn chế được việc xả nước thải gây ô nhiễm vào nguồn nước. Nếu các công nghệ này được áp dụng rộng rãi thì sẽ tiết kiệm được rất nhiều nước và hạn chế được ô nhiễm môi trường.
5. Tài liệu tham khảo
[1] Mahmud, I., and Kaiser, S. (2020), Recent progress in waterless textile dyeing, J. Text. Sci. Eng, 10(6), pp.1-3.
[2] Mazharul, I. K., (2021), Waterless Dyeing Technology in Textile Processing, Textile learner.net.
[3] https://www.textilesphere.com/2020/08/waterless-dyeing-techniques-technologies_19.html