Mục lục bài viết

Xử lý Nước thải Dệt nhuộm: Thách thức Độ Màu, COD và Giải pháp Công nghệ Toàn diện

Ngành công nghiệp dệt nhuộm đóng góp một phần không nhỏ vào sự phát triển kinh tế và kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam, tạo ra những sản phẩm vải vóc đa dạng về màu sắc và chủng loại. Tuy nhiên, song song với lợi ích kinh tế, đây cũng là một trong những ngành gây ô nhiễm môi trường nặng nề nhất, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước.

Quá trình sử dụng lượng lớn nước sạch cùng với hàng loạt hóa chất phức tạp như thuốc nhuộm, chất trợ, chất tẩy rửa… đã tạo ra dòng nước thải dệt nhuộm với đặc tính ô nhiễm cực kỳ phức tạp, khó xử lý và tiềm ẩn nhiều nguy cơ cho hệ sinh thái và sức khỏe con người.

Việc xử lý nước thải dệt nhuộm không chỉ đơn thuần là loại bỏ cặn bẩn, mà còn phải giải quyết các vấn đề nan giải như độ màu bền vững, hàm lượng chất hữu cơ cao và khó phân hủy sinh học (COD cao, BOD/COD thấp), pH biến động mạnh và đôi khi cả độ mặn cao. Chính vì vậy, việc đầu tư vào một hệ thống xử lý hiệu quả, kết hợp nhiều phương pháp tiên tiến và đảm bảo tuân thủ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2025/BTNMT là yêu cầu bắt buộc và cấp thiết đối với mọi doanh nghiệp dệt nhuộm có trách nhiệm.

Bài viết này sẽ đi sâu vào đặc điểm của nước thải dệt nhuộm, các nguồn phát sinh chính, trình bày một quy trình công nghệ xử lý điển hình kết hợp nhiều phương pháp (dựa trên mô tả bạn cung cấp và bổ sung), đồng thời nhấn mạnh các yếu tố then chốt để đạt hiệu quả xử lý tối ưu.

1. Nguồn gốc Phát sinh Nước thải trong Quy trình Dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm phát sinh từ hầu hết các công đoạn xử lý ướt trong nhà máy, bao gồm:

Giũ hồ: Loại bỏ lớp hồ (thường là tinh bột biến tính, PVA…) được phủ lên sợi dọc trong quá trình dệt. Nước thải công đoạn này thường có BOD, COD cao.
Nấu tẩy (Scouring & Bleaching): Loại bỏ tạp chất tự nhiên (sáp, pectin, dầu mỡ…) và làm trắng vải trước khi nhuộm. Sử dụng nhiều hóa chất như xút (NaOH), chất hoạt động bề mặt, chất ổn định, và chất tẩy trắng như Natri Hypochlorite (NaOCl) hoặc Oxy già (H₂O₂). Nước thải có pH cao, COD cao và chứa dư lượng hóa chất tẩy. Đây là một trong những công đoạn phát sinh nhiều nước thải nhất.
Nhuộm (Dyeing): Công đoạn sử dụng thuốc nhuộm và các hóa chất trợ (muối như Na₂SO₄, chất kiềm, chất khử, chất phân tán, chất đều màu…) để tạo màu cho vải. Nước thải chứa lượng lớn thuốc nhuộm dư thừa không hấp thụ vào vải (gây màu đậm), hóa chất trợ, có thể có pH cao hoặc thấp tùy loại thuốc nhuộm.
Giặt (Washing/Rinsing): Các công đoạn giặt xen kẽ giữa các bước xử lý để loại bỏ hóa chất dư thừa, thuốc nhuộm không gắn chặt. Phát sinh lượng nước thải rất lớn, tuy nồng độ ô nhiễm có thể thấp hơn nhưng tổng tải lượng lại đáng kể.
Hoàn tất (Finishing): Áp dụng các hóa chất để tạo các đặc tính mong muốn cho vải (mềm, chống nhăn, chống cháy, chống thấm…). Nước thải chứa dư lượng các hóa chất hoàn tất này.

Tóm lại: Hầu hết các công đoạn xử lý ướt đều phát sinh nước thải, trong đó công đoạn giặt tẩy và giặt sau nhuộm thường chiếm lưu lượng lớn nhất.

2. Đặc điểm “Nhận dạng” của Nước thải Dệt nhuộm: Bài toán Xử lý Phức tạp

Nước thải dệt nhuộm nổi tiếng là một trong những loại nước thải công nghiệp “cứng đầu” nhất bởi các đặc tính sau:

Độ màu Rất cao và Bền vững: Do dư lượng thuốc nhuộm không bám hết vào vải. Màu sắc thay đổi liên tục tùy theo đơn hàng sản xuất. Các loại thuốc nhuộm hiện đại (như hoạt tính, phân tán) thường có cấu trúc phân tử phức tạp, rất bền màu và khó bị phân hủy bằng phương pháp sinh học thông thường. Đây là chỉ tiêu gây ô nhiễm thị giác nghiêm trọng và cản trở ánh sáng mặt trời vào nguồn nước.
pH Biến động Mạnh: Có thể rất kiềm (pH > 10-11) từ công đoạn nấu tẩy, nhuộm hoạt tính, hoặc rất axit (pH < 4-5) từ công đoạn nhuộm axit, trung hòa sau kiềm. Sự biến động này gây khó khăn cho cả hệ thống xử lý hóa lý và sinh học.
Nhiệt độ Cao: Nhiều công đoạn như nấu tẩy, nhuộm được thực hiện ở nhiệt độ cao (60-100°C), làm tăng nhiệt độ nước thải, cần được giải nhiệt trước khi xử lý.
COD Rất cao và BOD/COD Thấp: Hàm lượng chất hữu cơ (COD) rất cao do thuốc nhuộm, chất trợ, hồ vải… Tuy nhiên, phần lớn các chất này là hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (refractory COD), dẫn đến chỉ số BOD5 thấp và tỷ lệ BOD5/COD thường rất thấp (dưới 0.3 – 0.5). Điều này cho thấy xử lý sinh học đơn thuần sẽ không hiệu quả để loại bỏ hoàn toàn COD.
Chất rắn Lơ lửng (TSS) Cao: Bao gồm xơ vải vụn, cặn thuốc nhuộm không tan, hóa chất kết tủa…
Độ mặn (Salinity) Cao: Việc sử dụng lượng lớn muối (NaCl, Na₂SO₄) làm chất điện ly trong quá trình nhuộm (đặc biệt với thuốc nhuộm hoạt tính) làm tăng độ mặn của nước thải, gây khó khăn cho xử lý sinh học và hạn chế khả năng tái sử dụng nước.
Chứa nhiều Hóa chất Phụ trợ: Chất hoạt động bề mặt, chất phân tán, chất tạo phức, chất chống tạo bọt… có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của các quá trình xử lý (ví dụ: gây khó lắng, tạo nhũ tương).

2.1 Thông số nước thải dệt nhuộm

Nguồn: Khoa môi trường – Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh

3. Tác động Môi trường và Yêu cầu Pháp lý Nghiêm ngặt (QCVN 13-MT:2015/BTNMT)

3.1 Tác động Môi trường:

- Gây ô nhiễm màu nghiêm trọng, mất mỹ quan nguồn nước.
- Giảm khả năng truyền ánh sáng, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của thủy sinh vật.
- COD cao làm cạn kiệt oxy hòa tan, giết chết động thực vật thủy sinh.
- Hóa chất độc hại, kim loại nặng (nếu có) gây độc trực tiếp.
- Độ mặn cao ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh nước ngọt.

3.2 Yêu cầu Pháp lý:

- Nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam phải tuân thủ QCVN 13-MT:2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may, và mới nhất là quy chuẩn QCVN 40:2025/BTNMT
- QCVN 13 quy định giới hạn rất nghiêm ngặt đối với nhiều chỉ tiêu, đặc biệt là Màu (đo bằng đơn vị Pt-Co), COD, BOD5, TSS, pH, nhiệt độ, và các kim loại nặng nếu có.
- Việc đầu tư hệ thống xử lý tiên tiến, hiệu quả để đạt quy chuẩn này là bắt buộc đối với mọi nhà máy dệt nhuộm.

4. Đề xuất Công nghệ và Thuyết minh Quy trình Xử lý Nước thải Dệt nhuộm

Như bạn đã đề cập, xử lý nước thải dệt nhuộm đòi hỏi sự kết hợp của nhiều phương pháp, trong đó phương pháp hóa lý và phương pháp sinh học là nền tảng, thường được bổ sung bằng các quá trình oxy hóa nâng cao để xử lý triệt để màu và COD khó phân hủy. Dưới đây là thuyết minh chi tiết một quy trình công nghệ điển hình, tích hợp các ý tưởng từ mô tả của bạn:

Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm

4.1: Giai đoạn 1: Tiền xử lý và Điều hòa

Bể Thu gom: Nước thải từ các phân xưởng sản xuất (giặt tẩy, nhuộm, giặt xả, hoàn tất…) tự chảy hoặc được bơm về bể thu gom tập trung. Tại đây nên có song chắn rác thô để loại bỏ xơ vải, rác lớn.
Bể Điều hòa: (Rất quan trọng) Nước thải từ bể thu gom được bơm lên bể điều hòa có dung tích lớn.
- Mục đích: Chứa nước thải, hòa trộn đồng đều, ổn định lưu lượng và nồng độ pH, COD, màu… trước khi đưa vào xử lý chính. Giảm thiểu sốc tải.
- Thiết bị: Thường có hệ thống khuấy trộn chìm hoặc sục khí đáy để tránh lắng cặn và khử mùi sơ bộ.
Tháp Giải nhiệt (Cooling Tower) / Thiết bị Làm mát: Nếu nhiệt độ nước thải đầu vào cao (thường > 40-45°C), cần có công đoạn hạ nhiệt để bảo vệ thiết bị và đảm bảo hiệu quả cho các quá trình xử lý hóa lý, sinh học phía sau.

4.2: Giai đoạn 2: Xử lý Hóa lý Bậc 1 (Keo tụ – Tạo bông – Tách pha)

Mục đích chính: Loại bỏ màu, TSS, một phần COD và kim loại nặng (nếu có).

Bể Phản ứng Hóa học (Kết hợp Trung hòa & Keo tụ):
- Nước thải từ bể điều hòa được bơm vào bể này.
- Trung hòa pH: Dùng bơm định lượng châm hóa chất kiềm (thường là NaOH) để nâng pH lên mức tối ưu cho quá trình keo tụ (thường trong khoảng 8-11 tùy thuộc vào hóa chất keo tụ và đặc tính nước thải) và/hoặc kết tủa kim loại nặng dạng hydroxide. Hệ thống kiểm soát pH tự động là cần thiết.
- Keo tụ: Đồng thời hoặc ngay sau đó, châm hóa chất keo tụ (phổ biến là PAC, phèn sắt FeCl₃ hoặc Fe₂(SO₄)₃) bằng bơm định lượng. Bể được trang bị máy khuấy tốc độ nhanh để hóa chất hòa trộn đều và phản ứng keo tụ diễn ra hiệu quả, phá vỡ trạng thái bền của các hạt màu và cặn lơ lửng.
Bể Tạo bông:
- Nước thải sau keo tụ chảy sang bể tạo bông.
- Châm hóa chất trợ keo tụ (thường là Polymer Anion) bằng bơm định lượng.
- Bể được trang bị máy khuấy tốc độ chậm để các hạt keo nhỏ liên kết với nhau thành các bông cặn lớn hơn, nặng hơn, dễ lắng/nổi hơn. Tránh khuấy quá mạnh làm vỡ bông cặn.
Bể Tách pha Hóa lý 1 (Lắng hoặc Tuyển nổi):
- Bể Lắng hóa học (Sedimentation Tank): Các bông cặn lớn lắng xuống đáy bể nhờ trọng lực. Bể lắng tấm nghiêng (Lamella) thường được ưu tiên để tăng hiệu quả và tiết kiệm diện tích.
- Hoặc Bể Tuyển nổi DAF (Dissolved Air Flotation): Đặc biệt hiệu quả với nước thải dệt nhuộm do bông cặn màu thường nhẹ và khó lắng. DAF giúp tách pha nhanh hơn và bùn nổi đặc hơn. (Bể tuyển nổi siêu nông là một lựa chọn tối ưu về hiệu quả và diện tích).
- Phần nước trong: Sau khi tách bùn, nước trong được thu gom qua máng răng cưa và tự chảy hoặc được bơm sang công đoạn tiếp theo.
- Phần bùn hóa lý: Bùn lắng/nổi được thu gom định kỳ và bơm về Bể chứa/nén bùn hóa lý.
Bể Trung gian (Sau Hóa lý 1): Chứa nước sau xử lý hóa lý, ổn định dòng chảy trước khi vào xử lý sinh học.

4.3: Giai đoạn 3: Xử lý Sinh học Hiếu khí

Mục đích chính: Loại bỏ phần lớn chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (BOD) và một phần COD còn lại.

Bể Bổ sung Dinh dưỡng (Tùy chọn): Nếu nước thải sau hóa lý bị thiếu hụt Nitơ (N) và Phốt pho (P) cần thiết cho vi sinh vật phát triển, cần châm bổ sung các nguồn dinh dưỡng như Urê ((NH₂)₂CO), DAP ((NH₄)₂HPO₄)…
Bể Sinh học Hiếu khí (Aeration Tank):
- Đây là “trái tim” của quá trình xử lý sinh học. Vi sinh vật hiếu khí (bùn hoạt tính) được nuôi cấy và duy trì ở nồng độ cao.
- Cung cấp Oxy: Sử dụng máy thổi khí và hệ thống phân phối khí (đĩa thổi khí tinh, ống phân phối…) để cung cấp đủ lượng oxy hòa tan (DO > 2 mg/L) cho vi sinh vật hoạt động, oxy hóa các chất hữu cơ (BOD, COD) thành CO₂, H₂O và sinh khối mới.
- Công nghệ: Có thể là bể Aerotank truyền thống, bể hiếu khí kéo dài (Extended Aeration – thời gian lưu dài hơn, xử lý tốt hơn), SBR, hoặc MBBR (dùng giá thể vi sinh bám dính, ổn định và chịu tải tốt hơn).
Bể Lắng Sinh học (Secondary Clarifier):
- Tách bùn hoạt tính (chứa vi sinh vật) ra khỏi nước thải đã xử lý bằng phương pháp lắng trọng lực.
- Phần nước trong: Thu qua máng tràn và chảy sang công đoạn xử lý tiếp theo.
- Phần bùn hoạt tính: Lắng xuống đáy bể. Một phần lớn được bơm tuần hoàn về bể hiếu khí để duy trì mật độ vi sinh vật. Phần bùn dư (do vi sinh vật phát triển) được bơm về Bể chứa/nén bùn sinh học.

4.4: Giai đoạn 4: Xử lý Hóa lý Bậc 2 (Oxy hóa Nâng cao – Fenton)

Mục đích chính: Xử lý triệt để độ màu còn sót lại và COD khó phân hủy mà quá trình sinh học không xử lý hết.

Bể Trung gian (Sau Sinh học): Chứa nước sau lắng sinh học, chuẩn bị cho quá trình Fenton.
Bể Điều chỉnh pH (Cho Fenton):
- Quá trình Fenton hoạt động hiệu quả nhất ở pH thấp (2.5 – 3.5).
- Dùng bơm định lượng châm axit mạnh (thường là H₂SO₄) để hạ pH nước thải xuống khoảng giá trị này.
Bể Phản ứng Fenton:
- Châm hóa chất xúc tác là muối Sắt (II) (thường là FeSO₄) bằng bơm định lượng.
- Châm tác nhân oxy hóa là Hydrogen Peroxide (H₂O₂) bằng bơm định lượng.
- Phản ứng giữa Fe²⁺ và H₂O₂ tạo ra gốc tự do Hydroxyl (•OH) có khả năng oxy hóa cực mạnh, phá vỡ các phân tử màu phức tạp và các hợp chất hữu cơ bền vững thành các chất đơn giản hơn, ít màu hơn và dễ phân hủy hơn. Bể cần có hệ thống khuấy trộn tốt.
Bể Trung hòa và Kết tủa Sắt:
- Sau phản ứng Fenton, cần nâng pH lên > 7 (thường 7.5-8.5) bằng cách châm kiềm (NaOH) để:
  - Trung hòa lượng axit đã châm trước đó.
  - Kết tủa ion Sắt (Fe³⁺) sinh ra trong quá trình dưới dạng Fe(OH)₃ (bông cặn màu nâu đỏ).
Bể Tạo bông (Sau Fenton):
- Châm Polymer (thường là Anion) để hỗ trợ liên kết các bông cặn Fe(OH)₃ và các cặn khác thành bông lớn hơn, dễ lắng hơn. Cần khuấy chậm.
Bể Lắng Hóa học 2 (Sau Fenton):
- Tách bông cặn Fe(OH)₃ và các cặn khác ra khỏi nước.
- Phần nước trong: Thu qua máng tràn và chảy vào bể chứa nước sau xử lý hoặc qua công đoạn lọc cuối cùng.
- Phần bùn hóa lý 2: Bơm về Bể chứa/nén bùn hóa lý.

4.5: Giai đoạn 5: Lọc tinh và Xả thải/Tái sử dụng

Bể chứa nước sau xử lý: Chứa nước đã qua các công đoạn xử lý chính.
Bể lọc áp lực (Lọc cát/đa vật liệu): (Thường là cần thiết) Loại bỏ nốt các cặn lơ lửng rất mịn còn sót lại, đảm bảo độ trong của nước thải đầu ra, đạt yêu cầu về TSS.
Bể chứa nước sạch (Cuối cùng): Chứa nước đã đạt QCVN 40:2025/BTNMT, sẵn sàng để xả ra nguồn tiếp nhận hoặc tái sử dụng cho một số mục đích phù hợp trong nhà máy (vệ sinh, tưới cây, làm mát…).
Tuần hoàn nước rửa lọc: Nước bẩn phát sinh từ quá trình rửa ngược cột lọc áp lực thường được dẫn về Bể điều hòa để xử lý lại.

4.6: Giai đoạn 6: Xử lý Bùn

Thu gom bùn: Bùn từ Bể lắng/DAF hóa lý 1 (TK-105), Bể lắng sinh học (TK-109 – bùn dư), và Bể lắng hóa lý 2 (TK-115) được bơm về các bể chứa bùn riêng biệt hoặc chung.
- Bể chứa/nén bùn sinh học: Chứa bùn hoạt tính dư.
- Bể chứa/nén bùn hóa lý: Chứa bùn từ các quá trình hóa lý. Bùn được cô đặc bằng phương pháp trọng lực hoặc cơ học.
Máy ép bùn (Thường là khung bản): Bùn sau khi cô đặc được bơm lên máy ép bùn. Polymer (thường là Cation cho bùn sinh học, Anion hoặc Cation tùy loại cho bùn hóa lý) được châm vào để tăng hiệu quả tách nước. Bùn được ép thành dạng bánh khô hơn (~20-30% rắn).
Xử lý bùn khô: Bánh bùn được thu gom và xử lý như Chất thải Nguy hại (chuyển giao cho đơn vị có chức năng).
Nước tách từ ép bùn: Thường được dẫn về Bể điều hòa để xử lý lại.

4.7: Giai đoạn 7: Hồ Sinh học và Hồ Sự cố (Công trình hỗ trợ)

Hồ Sinh học (Polishing Pond): Có thể được xây dựng sau hệ thống xử lý chính (nếu có diện tích) để làm sạch thêm, ổn định chất lượng nước trước khi xả thải. Vi tảo và vi khuẩn trong hồ tiếp tục xử lý các chất còn lại.
Hồ Sự cố (Emergency Lagoon): Rất quan trọng. Dùng để lưu chứa tạm thời nước thải khi hệ thống xử lý chính gặp sự cố hoặc quá tải. Phải đảm bảo chống thấm tốt. Dung tích hồ sự cố cần đủ lớn để chứa lượng nước thải phát sinh trong thời gian khắc phục sự cố (thường vài ngày).

Nước thải dệt nhuộm sau xử lý đảm bảo đạt quy chuẩn QCVN 13-MT:2015/BTNMT, cột A và Quy chuẩn QCVN 40:2025/BTNMT về nước thải công nghiệp

5. Các Yếu tố Then chốt Ảnh hưởng đến Hiệu quả Xử lý

Kiểm soát Nước thải Đầu vào: Giảm thiểu biến động lớn về lưu lượng và đặc biệt là pH, hóa chất từ các công đoạn sản xuất.
Tối ưu hóa Hóa chất: Thực hiện Jar-test thường xuyên để xác định loại và liều lượng hóa chất keo tụ, tạo bông, Fenton tối ưu cho từng loại vải, màu nhuộm.
Kiểm soát pH Chặt chẽ: Đảm bảo pH tối ưu cho từng công đoạn hóa lý và sinh học.
Vận hành Ổn định Bể Sinh học: Duy trì DO, tỷ lệ F/M, nồng độ bùn (MLSS), tuổi bùn (SRT) phù hợp.
Quản lý Bùn thải: Thu gom, ép và xử lý bùn đúng quy định về CTNH.
Quan trắc và Giám sát: Theo dõi liên tục các thông số vận hành và chất lượng nước ở từng công đoạn.

Kết luận: Xử lý Nước thải Dệt nhuộm – Hướng tới Sản xuất Sạch và Bền vững

Xử lý nước thải dệt nhuộm là một trong những bài toán môi trường phức tạp và tốn kém nhất trong các ngành công nghiệp. Đặc tính ô nhiễm cao với độ màu bền vững, COD khó phân hủy, pH biến động và độ mặn cao đòi hỏi phải áp dụng một quy trình xử lý đa bậc, kết hợp hiệu quả giữa các phương pháp hóa lý, sinh học và oxy hóa nâng cao như Fenton.

Quy trình xử lý được đề xuất bao gồm các bước tiền xử lý, hóa lý bậc 1 để khử màu/TSS, xử lý sinh học để giảm BOD/COD, và hóa lý bậc 2 (Fenton) để xử lý triệt để màu/COD còn lại, cuối cùng là lọc tinh trước khi xả thải. Việc vận hành hiệu quả quy trình này, cùng với quản lý chặt chẽ bùn thải nguy hại, là yếu tố then chốt để đảm bảo tuân thủ QCVN 40:2025/BTNMT về nước thải công nghiệp.

Bên cạnh việc đầu tư hệ thống xử lý hiện đại, các doanh nghiệp dệt nhuộm cần tích cực áp dụng các giải pháp sản xuất sạch hơn, giảm thiểu ô nhiễm tại nguồn, và nghiên cứu khả năng tái sử dụng nước sau xử lý. Đây không chỉ là trách nhiệm pháp lý mà còn là con đường tất yếu để ngành dệt nhuộm Việt Nam phát triển bền vững, nâng cao năng lực cạnh tranh và bảo vệ môi trường cho thế hệ mai sau.