Nước thải dệt nhuộm là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học

Giới thiệu chung về nước thải dệt nhuộm

Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành công nghiệp quan trọng nhưng cũng gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Trong suốt quá trình sản xuất, từ xử lý sợi thô đến khi hoàn tất sản phẩm, một lượng lớn nước được sử dụng để giặt, nhuộm, in hoa và làm mềm vải. Nước sau quá trình này trở thành nước thải chứa nhiều hóa chất độc hại, thuốc nhuộm tổng hợp và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.

Lượng nước thải phát sinh từ một nhà máy dệt nhuộm có thể dao động từ 80–150 lít trên mỗi kilogram vải sản xuất. Đối với các cơ sở sản xuất quy mô lớn, tổng lượng nước thải mỗi ngày có thể lên đến hàng nghìn mét khối. Không giống như nước thải sinh hoạt, nước thải dệt nhuộm có độ phức tạp cao, mang nhiều đặc tính ô nhiễm vượt trội do chứa hỗn hợp hóa chất công nghiệp, chất hoạt động bề mặt và kim loại nặng.

Nếu không được xử lý đạt chuẩn trước khi xả thải, nước thải từ ngành dệt nhuộm sẽ trực tiếp gây ô nhiễm nguồn nước mặt, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏe cộng đồng sinh sống gần khu vực nhà máy. Đây là một trong những nguyên nhân chính khiến các khu công nghiệp dệt may thường bị giám sát nghiêm ngặt về môi trường.

Thành phần chính trong nước thải dệt nhuộm

Nước thải từ quá trình dệt nhuộm có thành phần rất đa dạng và biến đổi tùy theo loại vải, thuốc nhuộm, quy trình công nghệ và mục tiêu sản phẩm. Tuy nhiên, có thể phân loại thành các nhóm chất ô nhiễm chính sau:

• Chất hữu cơ: bao gồm các phân tử hữu cơ dễ phân hủy (BOD cao) và khó phân hủy (COD cao), phát sinh từ dầu bôi trơn sợi, tinh bột, chất hồ, chất làm mềm vải.
• Thuốc nhuộm tổng hợp: gồm các nhóm thuốc nhuộm azo, phản ứng, lưu huỳnh, phân tán,... có độ bền màu cao và khó phân hủy sinh học.
• Chất hoạt động bề mặt: dùng trong các công đoạn giặt và tẩy rửa, có thể tạo bọt và tồn dư trong nước thải.
• Kim loại nặng: như Cr, Cu, Zn, Ni, Pb có trong thuốc nhuộm và phụ gia, gây độc hại cao cho sinh vật và người.
• Muối vô cơ: NaCl, Na₂SO₄, dùng để ổn định thuốc nhuộm, tồn tại với nồng độ cao, làm tăng độ mặn của nước thải.

Bảng dưới đây thể hiện phạm vi nồng độ một số thông số điển hình trong nước thải dệt nhuộm:

Chỉ tiêu	Giá trị điển hình	Đơn vị
BOD₅	80 – 600	mg/L
COD	150 – 2000	mg/L
Tổng chất rắn hòa tan (TDS)	2000 – 5000	mg/L
Độ màu (Pt-Co)	200 – 1000	Pt-Co
pH	4 – 12	-

Chính sự kết hợp phức tạp của các thành phần trên khiến nước thải dệt nhuộm khó xử lý bằng các phương pháp sinh học thông thường. Nhiều loại chất màu và kim loại nặng không bị phân hủy mà tồn tại dai dẳng trong môi trường, gây ô nhiễm lâu dài.

Nguồn phát sinh nước thải trong quá trình dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm không phát sinh từ một điểm duy nhất mà hình thành qua nhiều công đoạn trong quy trình sản xuất. Các nguồn chính bao gồm:

• Giặt tẩy sơ cấp: Làm sạch tạp chất tự nhiên trên sợi như dầu sáp, bụi bẩn, pectin. Sử dụng nhiều xút (NaOH), chất hoạt động bề mặt và enzyme.
• Tẩy trắng: Dùng hydrogen peroxide hoặc sodium hypochlorite để làm trắng vải. Tạo ra nước thải có pH cao và chứa chất oxy hóa mạnh.
• Nhuộm: Là công đoạn thải ra lượng nước thải lớn nhất, do phải giặt nhiều lần giữa các giai đoạn nhuộm, làm sạch dư lượng màu và chất trợ nhuộm.
• Hoàn tất: Gồm làm mềm, chống nhăn, kháng khuẩn,... Nước thải chứa polymer, nhựa, nhũ tương và nhiều phụ gia.

Tổng lượng nước thải phát sinh phụ thuộc vào:

1. Loại nguyên liệu (cotton, polyester, viscose,...)
2. Công nghệ xử lý (batch dyeing, continuous dyeing,...)
3. Trình độ tiết kiệm nước và tái sử dụng nước tại nhà máy

Một số báo cáo kỹ thuật cho thấy, riêng công đoạn nhuộm có thể chiếm tới 40–60% tổng lượng nước thải trong toàn bộ dây chuyền sản xuất. Điều này cho thấy đây là điểm trọng yếu cần tập trung quản lý và tối ưu hóa để giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Đặc điểm ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm mang những đặc tính ô nhiễm điển hình mà các ngành công nghiệp khác hiếm khi gặp phải. Màu sắc đậm là dấu hiệu nhận biết dễ thấy nhất, chủ yếu do thuốc nhuộm azo và phản ứng có khả năng bám màu cao, khó bị phân hủy hoặc hấp phụ trong điều kiện xử lý thông thường.

Một số chất màu không những không bị loại bỏ sau xử lý mà còn sinh ra các sản phẩm trung gian có độc tính cao. Ví dụ, một số thuốc nhuộm azo khi bị phân cắt bởi vi sinh vật trong môi trường kỵ khí sẽ tạo ra amin thơm – hợp chất có khả năng gây ung thư và biến đổi gen.

Tính độc của nước thải còn đến từ các kim loại nặng tích tụ trong cơ thể sinh vật qua chuỗi thức ăn. Ngoài ra, độ pH dao động lớn, độ mặn cao, chất hoạt động bề mặt tạo bọt,... đều là những yếu tố góp phần gây mất cân bằng hệ sinh thái thủy vực.

Một số đặc điểm ô nhiễm nổi bật:

• Màu đậm: Gây giảm độ xuyên sáng của nước, ảnh hưởng đến quang hợp thủy sinh.
• COD/BOD cao: Tiêu tốn oxy hòa tan, làm chết sinh vật thủy sinh.
• Độc tố sinh học: Do dư lượng hóa chất nhuộm, phụ gia, kim loại nặng.
• Khó phân hủy: Nhiều hợp chất hữu cơ có cấu trúc bền vững, khó xử lý bằng phương pháp sinh học truyền thống.

Tính chất phức tạp và khó kiểm soát của nước thải dệt nhuộm đòi hỏi phải áp dụng hệ thống xử lý đa tầng, tích hợp nhiều công nghệ mới để đảm bảo đạt quy chuẩn xả thải nghiêm ngặt.

Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường

Nước thải dệt nhuộm nếu không được xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với môi trường nước, đất, không khí và sức khỏe con người. Các chất ô nhiễm tồn dư như thuốc nhuộm tổng hợp, kim loại nặng, và hợp chất hữu cơ khó phân hủy có thể lan rộng và tích tụ lâu dài trong hệ sinh thái.

Nguồn nước mặt như sông, kênh, hồ bị xả nước thải dệt nhuộm thường có màu sắc bất thường, mùi khó chịu và hàm lượng oxy hòa tan thấp. Tình trạng này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh vật thủy sinh vì làm giảm khả năng quang hợp, khiến cá và sinh vật đáy chết hàng loạt, phá vỡ cân bằng sinh thái.

Đối với môi trường đất, các kim loại nặng như Cr, Cu, Pb trong nước thải có thể tích tụ và thẩm thấu qua đất, làm suy thoái chất lượng đất nông nghiệp. Quá trình này cũng ảnh hưởng đến vi sinh vật đất và làm giảm năng suất cây trồng nếu dùng nước ô nhiễm để tưới tiêu.

Tác động đối với sức khỏe con người cũng là một vấn đề đáng quan ngại. Việc tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nước thải dệt nhuộm có thể gây:

• Viêm da, dị ứng, kích ứng mắt và đường hô hấp
• Nguy cơ tích tụ kim loại nặng trong cơ thể, ảnh hưởng gan, thận
• Các hợp chất chuyển hóa từ thuốc nhuộm azo có thể gây ung thư

Ngoài ra, sự hiện diện của các chất hữu cơ khó phân hủy làm tăng chỉ số COD/BOD, gây ra hiện tượng phú dưỡng và suy thoái môi trường nước nếu không được kiểm soát hiệu quả.

Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

Để xử lý nước thải dệt nhuộm hiệu quả, cần kết hợp nhiều công nghệ khác nhau nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm cả về vật lý, hóa học và sinh học. Dưới đây là các nhóm phương pháp chính:

• Phương pháp vật lý: lắng, lọc áp suất, tuyển nổi nhằm loại bỏ cặn bã, chất rắn lơ lửng và dầu mỡ.
• Phương pháp hóa học: bao gồm keo tụ – tạo bông, oxy hóa hóa học (Fenton, ozone), trung hòa pH.
• Phương pháp sinh học: xử lý bằng vi sinh vật hiếu khí hoặc kỵ khí nhằm giảm BOD, COD và chất hữu cơ.
• Công nghệ tiên tiến: lọc màng nano (NF), siêu lọc (UF), điện hóa, plasma, hấp phụ than hoạt tính,...

Một ví dụ tiêu biểu là quá trình Fenton, sử dụng phản ứng giữa sắt (II) và hydrogen peroxide để tạo ra gốc hydroxyl mạnh có khả năng phá vỡ cấu trúc các chất hữu cơ bền vững:

$Fe^{2+} + H_2O_2 \rightarrow Fe^{3+} + \cdot OH + OH^-$

Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý màu và giảm COD trong nước thải chứa thuốc nhuộm tổng hợp. Tuy nhiên, nhược điểm là chi phí vận hành cao và tạo ra bùn thải thứ cấp cần xử lý tiếp.

Dưới đây là bảng so sánh một số công nghệ xử lý phổ biến:

Phương pháp	Hiệu quả	Ưu điểm	Nhược điểm
Sinh học hiếu khí	60–85% COD	Chi phí thấp, thân thiện môi trường	Không xử lý được màu và kim loại nặng
Keo tụ tạo bông	70–90% SS	Đơn giản, hiệu quả tách cặn	Gây phát sinh bùn hóa học
Oxy hóa Fenton	80–95% màu	Xử lý chất hữu cơ bền	Chi phí cao, pH yêu cầu nghiêm ngặt
Màng lọc nano	Trên 95% tổng chất rắn	Tách hiệu quả muối và kim loại	Dễ bị tắc màng, bảo trì khó

Thách thức trong xử lý nước thải dệt nhuộm

Việc xử lý nước thải dệt nhuộm không đơn thuần chỉ là áp dụng công nghệ. Có nhiều thách thức cản trở hiệu quả xử lý như:

• Sự biến động của nguồn thải: thành phần nước thải thay đổi theo từng lô sản xuất, khiến hệ thống xử lý khó ổn định.
• Chi phí đầu tư và vận hành cao: nhiều doanh nghiệp nhỏ không đủ khả năng đầu tư hệ thống xử lý hoàn chỉnh.
• Thiếu nhân lực kỹ thuật: hệ thống công nghệ cao đòi hỏi kỹ sư chuyên môn và quy trình vận hành nghiêm ngặt.
• Khó tái sử dụng nước sau xử lý: do tồn dư muối, màu hoặc vi sinh vật.

Ngoài ra, nhiều cơ sở dệt nhuộm nằm ngoài khu công nghiệp tập trung, không có hệ thống thu gom và xử lý nước thải tập trung, dẫn đến xả thải trực tiếp ra môi trường.

Xu hướng và giải pháp bền vững

Để giảm thiểu tác động môi trường từ ngành dệt nhuộm, nhiều giải pháp bền vững đã được đề xuất và triển khai trong thực tế:

• Thay thế thuốc nhuộm tổng hợp bằng thuốc nhuộm tự nhiên hoặc thuốc nhuộm phân hủy sinh học.
• Tái sử dụng nước trong nội bộ nhà máy bằng hệ thống thu hồi và lọc nước công nghệ cao.
• Áp dụng mô hình kinh tế tuần hoàn, tối ưu hóa tài nguyên và giảm thiểu chất thải.
• Sử dụng công nghệ không nước (waterless dyeing), nhuộm bằng CO₂ siêu tới hạn hoặc nhuộm điện tử.
• Tham gia các sáng kiến như ZDHC (Zero Discharge of Hazardous Chemicals) để loại bỏ các hóa chất độc hại khỏi chuỗi cung ứng.

Những giải pháp này không chỉ mang lại lợi ích về môi trường mà còn nâng cao uy tín và khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp dệt may trên thị trường toàn cầu.

Quy định và tiêu chuẩn liên quan

Tại Việt Nam, việc quản lý và kiểm soát nước thải dệt nhuộm được quy định bởi:

• QCVN 13-MT:2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải dệt nhuộm. Bao gồm các giới hạn về pH, BOD, COD, tổng kim loại nặng, độ màu,... trước khi xả thải ra môi trường.
• Luật Bảo vệ môi trường 2020 – Yêu cầu đánh giá tác động môi trường và kiểm tra định kỳ chất lượng nước thải.

Trên phạm vi quốc tế, một số hệ thống chứng nhận môi trường đang được các doanh nghiệp áp dụng rộng rãi như:

• OEKO-TEX® Standard 100: đảm bảo sản phẩm dệt không chứa hóa chất độc hại.
• GOTS (Global Organic Textile Standard): yêu cầu xử lý nước thải đạt chuẩn và kiểm soát chặt chẽ hóa chất trong toàn bộ chuỗi sản xuất.

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này không chỉ giúp doanh nghiệp tiếp cận thị trường quốc tế mà còn thể hiện cam kết bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Tài liệu tham khảo

1. Yaseen, D. A., & Scholz, M. (2019). Textile dye wastewater characteristics and constituents of synthetic effluents: A critical review. Environmental Science and Pollution Research, 26(34), 34769–34790. Link
2. Ghaly, A. E., Ananthashankar, R., Alhattab, M., & Ramakrishnan, V. V. (2014). Production, Characterization and Treatment of Textile Effluents: A Critical Review. Journal of Chemical Engineering & Process Technology, 5(1). Link
3. Verma, A. K., Dash, R. R., & Bhunia, P. (2012). A review on chemical coagulation/flocculation technologies for removal of colour from textile wastewaters. Journal of Environmental Management, 93(1), 154–168. Link
4. OEKO-TEX® Standards. https://www.oeko-tex.com/en/
5. ZDHC – Zero Discharge of Hazardous Chemicals. https://www.roadmaptozero.com/