Mục lục bài viết

Xử lý Nước thải Mực in: Thách thức từ Dung môi, Màu sắc và Giải pháp Công nghệ Hiệu quả

Ngành công nghiệp in ấn đóng vai trò không thể thiếu trong thế giới hiện đại, từ bao bì sản phẩm, sách báo, tạp chí đến các ấn phẩm quảng cáo. Sự đa dạng về kỹ thuật in (offset, flexo, ống đồng, lụa…) và chủng loại mực in (gốc nước, gốc dung môi, UV…) đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Tuy nhiên, quá trình sản xuất và đặc biệt là công đoạn vệ sinh thiết bị in ấn lại phát sinh ra một loại nước thải công nghiệp đặc thù, đó là nước thải mực in.

Dòng thải này chứa hỗn hợp phức tạp các thành phần của mực như bột màu (pigment), chất kết dính (binder), và đặc biệt là các dung môi hữu cơ (trong mực gốc dung môi và hóa chất tẩy rửa). Đây là những tác nhân gây ô nhiễm nghiêm trọng, với đặc tính COD rất cao, màu sắc đậm đặc, thường chứa các chất khó phân hủy sinh học và tiềm ẩn độc tính.

Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của công nghệ vật liệu, xu hướng sử dụng các loại mực in thân thiện hơn với môi trường, đặc biệt là mực in gốc nước và các loại mực in hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học tốt hơn, đang ngày càng phổ biến. Điều này mở ra những hướng đi mới trong việc xử lý nước thải, nơi phương pháp sinh học có thể đóng vai trò quan trọng hơn bên cạnh các phương pháp hóa lý truyền thống.

Do đó, việc áp dụng các giải pháp xử lý nước thải mực in hiệu quả, tuân thủ QCVN 40:2025/BTNMT là yêu cầu bắt buộc đối với các doanh nghiệp ngành in để bảo vệ môi trường và đảm bảo phát triển bền vững.

Bài viết này sẽ đi sâu phân tích nguồn gốc, đặc điểm ô nhiễm chi tiết của nước thải mực in, những tác động môi trường, và các công nghệ xử lý phù hợp, hiệu quả, đặc biệt nhấn mạnh vai trò của phương pháp hóa lý và các kỹ thuật xử lý chuyên biệt.

1. Nguồn gốc Phát sinh Nước thải trong Ngành In ấn

Nước thải mực in chủ yếu phát sinh từ các hoạt động sau:

Vệ sinh Thiết bị In: Đây là nguồn phát sinh chính và lớn nhất. Bao gồm nước rửa:
- Các bộ phận của máy in (lô ép, trục truyền mực, máng mực, dao gạt mực…).
- Trục in (đặc biệt là trục ống đồng trong in lõm, trục anilox trong in flexo).
- Thùng chứa, dụng cụ pha mực, sàn nhà khu vực in…
- Quá trình vệ sinh thường sử dụng nước kết hợp với các dung môi tẩy rửa mạnh để loại bỏ mực bám dính.
Nước thải từ Quá trình Pha mực: Lượng nhỏ hơn, phát sinh khi vệ sinh dụng cụ pha chế.
Mực thải: Mực in hết hạn sử dụng, mực lỗi, mực còn sót lại trong thùng chứa không dùng hết.
Nước rửa Bản in (Plate Cleaning): Đặc biệt trong in offset, dung dịch rửa bản kẽm có thể chứa hóa chất và mực dư.
Rò rỉ, rơi vãi: Mực in, dung môi bị rơi vãi trong quá trình vận hành, pha chế.

2. Đặc điểm Thành phần Ô nhiễm Đặc trưng của Nước thải Mực in

Nước thải mực in có thành phần rất phức tạp và biến động tùy thuộc vào công nghệ in và loại mực sử dụng (gốc nước hay gốc dung môi). Các thành phần ô nhiễm chính bao gồm:

Chất rắn lơ lửng (TSS) & Độ màu:
- Nguồn gốc: Chủ yếu từ bột màu (pigments) và thuốc nhuộm (dyes) không tan hoặc tan ít trong nước, cùng với các chất độn (fillers) có trong mực.
- Tác động: Gây độ đục và độ màu rất cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến mỹ quan nguồn nước và cản trở quá trình quang hợp của thủy sinh vật. Một số loại bột màu (nhất là các màu đặc biệt, màu vô cơ) có thể chứa kim loại nặng như Crôm (Cr), Đồng (Cu), Chì (Pb), Cadmium (Cd)…
Chất kết dính / Nhựa (Binders / Resins):
- Nguồn gốc: Là thành phần tạo màng mực, giúp mực bám dính lên bề mặt vật liệu in. Thường là các polymer hữu cơ như nhựa acrylic, polyurethane, alkyd, nitrocellulose, polyamide…
- Tác động: Góp phần chính gây ra chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học) cao và thường là các hợp chất khó phân hủy sinh học.
Dung môi Hữu cơ (Solvents): Thách thức Lớn Nhất
- Nguồn gốc: Là thành phần không thể thiếu trong mực in gốc dung môi để hòa tan nhựa và điều chỉnh độ nhớt, tốc độ khô. Đồng thời, dung môi cũng được sử dụng rất nhiều trong việc vệ sinh, tẩy rửa máy móc, thiết bị.
- Các loại phổ biến:
  - Cồn (Alcohols): Ethanol, Isopropanol (IPA)…
  - Este: Ethyl Acetate (EA), Butyl Acetate (BA)…
  - Ketone: Methyl Ethyl Ketone (MEK), Methyl Isobutyl Ketone (MIBK), Acetone…
  - Glycol Ether: Ethylene Glycol Monobutyl Ether (BGE)…
  - Hydrocarbon thơm (ngày càng hạn chế do độc tính): Toluene, Xylene…
- Tác động:
  - Làm chỉ số COD tăng vọt (có thể lên đến hàng chục nghìn mg/L).
  - Nhiều dung môi có độc tính đối với vi sinh vật và hệ sinh thái thủy sinh.
  - Đa số là Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), gây ô nhiễm không khí, ảnh hưởng sức khỏe người lao động và góp phần tạo ozone tầng mặt đất.
Chất hoạt động Bề mặt & Phụ gia:
- Nguồn gốc: Chất phân tán bột màu, chất thấm ướt bề mặt vật liệu in, chất chống tạo bọt, chất làm khô nhanh/chậm, chất bảo quản (biocide – đặc biệt trong mực gốc nước và dung dịch làm ẩm offset)…
- Tác động: Một số chất này có thể gây khó khăn cho cả xử lý hóa lý và sinh học (tạo bọt, ức chế vi sinh…)
pH: Thường không quá cực đoan như nước thải xi mạ, nhưng có thể dao động tùy loại mực và đặc biệt là hóa chất tẩy rửa sử dụng (có thể chứa kiềm hoặc axit).
BOD/COD:
- Nước thải mực gốc dung môi: COD rất cao, BOD thấp, tỷ lệ BOD/COD thấp.
- Nước thải mực gốc nước (hiện đại): COD vẫn cao (do nhựa, phụ gia) nhưng có thể thấp hơn đáng kể so với gốc dung môi. Quan trọng là tỷ lệ BOD/COD có thể cao hơn đáng kể (có thể > 0.4 – 0.5) nếu các thành phần hữu cơ chính (nhựa, co-solvents) thực sự dễ phân hủy sinh học. Đây là yếu tố then chốt mở ra khả năng xử lý sinh học.

2.1. So sánh Nước thải Mực in Gốc nước vs. Gốc dung môi:

Nước thải Mực in Gốc dung môi:

COD rất cao chủ yếu do dung môi.
Chứa nhiều VOCs.
TSS/Màu tùy thuộc vào loại pigment/dye.
Xử lý phức tạp hơn, cần tập trung vào loại bỏ dung môi hòa tan.

Nước thải Mực in Gốc nước:

COD thấp hơn (chủ yếu từ nhựa, phụ gia).
Ít VOCs hơn đáng kể.
TSS/Màu vẫn cao.
Có thể chứa nhiều chất hoạt động bề mặt, biocide hơn.
Về lý thuyết xử lý có phần dễ hơn nhưng vẫn cần các bước hóa lý hiệu quả để loại bỏ TSS, màu và COD từ nhựa/phụ gia.

3. Tác động Môi trường và Yêu cầu Pháp lý

3.1 Tác động Môi trường:

Ô nhiễm nguồn nước: Gây ô nhiễm màu sắc, độ đục, làm giảm oxy hòa tan (do COD cao), gây độc cho thủy sinh vật (do dung môi, kim loại nặng, biocide).
Ô nhiễm không khí: Phát thải VOCs từ dung môi trong nước thải và quá trình xử lý.
Ô nhiễm đất và nước ngầm: Nếu xả thải không đúng cách hoặc rò rỉ từ khu vực lưu trữ.

3.2 Yêu cầu Pháp lý:

Nước thải mực in là nước thải công nghiệp, phải được xử lý đạt QCVN 40:2025/BTNMT trước khi xả ra môi trường hoặc đạt tiêu chuẩn đầu vào của KCN/KCX.
Các chỉ tiêu quan trọng cần kiểm soát: pH, TSS, COD (rất quan trọng), BOD5, Màu, Kim loại nặng (nếu có trong thành phần mực), Tổng dầu mỡ khoáng (nếu dùng dung môi gốc dầu hoặc dầu mỡ từ bảo trì máy).
Doanh nghiệp chịu hoàn toàn trách nhiệm pháp lý nếu xả thải không đạt chuẩn.

4. Công nghệ và Quy trình Xử lý Nước thải Mực in Hiệu quả

Nguyên tắc xử lý chính là tách các thành phần rắn (pigment, binder) và xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm hòa tan (đặc biệt là dung môi và COD hòa tan, màu hòa tan). Quy trình phổ biến nhất tập trung vào phương pháp hóa lý, có thể kết hợp với hấp phụ hoặc oxy hóa nâng cao.

Quy trình Xử lý Phổ biến:

4.1 Phương pháp Hóa lý: Nền tảng Không thể thiếu

Vai trò: Xử lý hóa lý vẫn đóng vai trò cực kỳ quan trọng, đặc biệt là bước tiền xử lý để loại bỏ các thành phần gây khó khăn cho các bước sau.

Quy trình Hóa lý Cơ bản:

Thu gom & Điều hòa: Nước thải từ các điểm phát sinh được dẫn về Bể điều hòa. Bể này có chức năng chứa đựng, hòa trộn đồng đều nước thải, ổn định lưu lượng và nồng độ ô nhiễm, tránh gây sốc tải cho hệ thống xử lý phía sau. Cần có hệ thống khuấy trộn hoặc sục khí nhẹ để chống lắng cặn.
Xử lý Hóa lý (Keo tụ – Tạo bông – Tách pha):

Mục đích: Loại bỏ phần lớn TSS (bột màu, cặn nhựa), độ màu dạng hạt, COD dạng hạt/keo.

Quy trình:

Điều chỉnh pH: Dùng bơm định lượng châm axit hoặc kiềm (NaOH, H₂SO₄…) để đưa pH về khoảng giá trị tối ưu cho hóa chất keo tụ hoạt động hiệu quả (cần xác định qua Jar-test).
Keo tụ: Bơm định lượng hóa chất keo tụ (phổ biến là PAC, phèn sắt FeCl₃, phèn nhôm Al₂(SO₄)₃) vào bể phản ứng có hệ thống khuấy trộn tốc độ nhanh để hóa chất phân tán đều, trung hòa điện tích và gây mất ổn định các hạt keo mực.
Tạo bông: Nước thải tiếp tục chảy sang bể phản ứng tạo bông. Bơm định lượng hóa chất trợ keo tụ (Polymer anion hoặc cation phù hợp) vào bể. Bể này có hệ thống khuấy trộn tốc độ chậm hơn để các hạt keo đã mất ổn định liên kết với nhau thành các bông cặn lớn, dễ tách ra khỏi nước.
Tách pha: Hỗn hợp nước và bông cặn được dẫn sang thiết bị tách rắn-lỏng:

Bể lắng: Sử dụng trọng lực để tách bông cặn. Bể lắng tấm nghiêng (Lamella) giúp tăng hiệu quả và tiết kiệm diện tích.
Bể tuyển nổi DAF: Thường hiệu quả hơn bể lắng đối với các bông cặn mực nhẹ, khó lắng. Các bọt khí nhỏ sẽ bám vào bông cặn và đưa chúng nổi lên bề mặt để thu gom.

4.2. Xử lý COD hòa tan và Màu còn lại: Các Lựa chọn Bổ sung

Nước thải sau xử lý hóa lý cơ bản vẫn có thể chứa lượng đáng kể COD hòa tan (từ dung môi, binder tan) và màu hòa tan, cần các bước xử lý tiếp theo:

Hấp phụ bằng Than hoạt tính (Activated Carbon Adsorption):
- Nguyên lý: Các phân tử chất ô nhiễm hữu cơ hòa tan, màu, mùi… bị giữ lại trên bề mặt vật liệu than hoạt tính có diện tích bề mặt cực lớn.
- Hiệu quả: Rất tốt trong việc loại bỏ dung môi, COD khó phân hủy, màu hòa tan còn sót lại.
- Thiết bị: Thường dùng cột lọc áp lực chứa than hoạt tính dạng hạt (GAC).
- Lưu ý: Than sẽ bão hòa và cần được thay thế định kỳ hoặc tái sinh (quá trình tái sinh thường phức tạp và tốn kém, thường là thay mới).
Quá trình Oxy hóa Nâng cao (AOPs – Advanced Oxidation Processes):
- Nguyên lý: Sử dụng các tác nhân oxy hóa cực mạnh (gốc •OH) để phá vỡ cấu trúc phân tử của các hợp chất hữu cơ bền vững, khó phân hủy (dung môi, nhựa, màu…) thành các chất đơn giản, ít độc hại hơn (như CO₂, H₂O).
- Phương pháp phổ biến: Fenton/Electro-Fenton (H₂O₂ + Fe²⁺/điện cực Fe), Ozone hóa (O₃), UV kết hợp H₂O₂ hoặc O₃.
- Ưu điểm: Hiệu quả xử lý triệt để các chất khó phân hủy.
- Nhược điểm: Chi phí đầu tư và vận hành (hóa chất, điện năng) thường cao. Cần kiểm soát chặt chẽ các điều kiện phản ứng (pH, liều lượng…).
Phương pháp Xử lý Sinh học (Khả năng áp dụng có điều kiện):
- Context: Với xu hướng mực in gốc nước dễ phân hủy sinh học hơn, xử lý sinh học có thể là một lựa chọn bổ sung sau hóa lý.
- Điều kiện: Nước thải sau hóa lý có tỷ lệ BOD/COD đủ cao (>0.5), không còn chứa nồng độ cao các chất độc hại ức chế vi sinh vật (kim loại nặng, dung môi nồng độ cao, biocide…).
- Công nghệ: Ưu tiên các hệ thống bền và chịu tải tốt như MBBR hoặc SBR. Cần đảm bảo cung cấp đủ oxy và có thể cần bổ sung dinh dưỡng (N, P) nếu thiếu hụt.
- Vai trò: Xử lý nốt phần BOD/COD dễ phân hủy còn lại, giúp giảm tải lượng ô nhiễm cuối cùng.

4.3. Lọc tinh và Xả thải/Tái sử dụng

Lọc Áp lực (Lọc cát/đa vật liệu): Thường là công đoạn cuối cùng để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn cặn lơ lửng còn sót, giúp nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn về TSS.
Kiểm tra & Xả thải: Nước sau xử lý được kiểm tra chất lượng theo QCVN 40:2025/BTNMT. Nếu đạt, nước được xả ra nguồn tiếp nhận hoặc có thể xem xét tái sử dụng cho các mục đích không yêu cầu chất lượng quá cao như vệ sinh sàn, làm mát sơ bộ (nếu chất lượng phù hợp).

5. Quản lý Bùn thải Mực in: Vấn đề Cần Lưu tâm Đặc biệt

Bùn thải phát sinh từ quá trình keo tụ – tạo bông – lắng/tuyển nổi chứa hàm lượng cao cặn mực (pigment, binder), hóa chất xử lý (hydroxide kim loại từ phèn/PAC), và có thể cả kim loại nặng, dung môi hữu cơ bị hấp phụ theo.

Phân loại Nguy hại: Bùn thải mực in thường được phân loại là Chất thải Nguy hại (CTNH).

Quản lý và Xử lý:

Tách nước: Bùn lỏng cần được tách nước bằng máy ép bùn (khung bản, băng tải…) để giảm thể tích và khối lượng.
Lưu trữ: Bánh bùn sau ép phải được lưu trữ trong khu vực CTNH theo đúng quy định.
Xử lý cuối cùng: Bắt buộc phải hợp đồng và chuyển giao cho đơn vị có giấy phép xử lý CTNH. Phương pháp xử lý thường là đóng rắn – chôn lấp an toàn hoặc thiêu đốt trong lò đốt chuyên dụng.

6. Lựa chọn Công nghệ và Vận hành Hệ thống Xử lý Nước thải Mực in

Phân tích Kỹ lưỡng Nước thải: Xác định rõ loại mực sử dụng (gốc nước/dung môi), thành phần hóa học, khả năng phân hủy sinh học (BOD/COD), kim loại, pH… là bước then chốt.

Thử nghiệm (Jar test, Pilot): Rất cần thiết để:

Chọn hóa chất keo tụ/tạo bông, pH, liều lượng tối ưu.
Đánh giá khả năng xử lý sinh học (nếu xem xét).
Xác định hiệu quả của hấp phụ than hoạt tính hoặc AOPs.

Lựa chọn Quy trình:

Mực gốc dung môi, COD khó phân hủy cao: Ưu tiên quy trình Hóa lý + Hấp phụ/AOPs + Lọc tinh.
Mực gốc nước, COD dễ phân hủy tương đối: Xem xét quy trình Hóa lý + Sinh học hiếu khí (MBBR/SBR…) + Lọc tinh + Khử trùng (nếu cần).

Vận hành Chuyên nghiệp: Kiểm soát chặt chẽ các thông số (pH, liều lượng hóa chất, DO, bùn…), bảo trì thiết bị định kỳ, quản lý bùn thải nghiêm ngặt.

7. Giải pháp Giảm thiểu và Thực hành Quản lý Tốt (GMP)

Việc áp dụng các biện pháp phòng ngừa và quản lý tốt có thể giảm đáng kể lượng nước thải và chi phí xử lý:

Ưu tiên Mực in Thân thiện Môi trường: Sử dụng mực in gốc nước, gốc dầu thực vật, mực in UV curable (không dung môi), mực in có hàm lượng VOC thấp, mực in không chứa kim loại nặng độc hại.

Tối ưu hóa Quy trình In: Giảm lượng mực thải, mực thừa thông qua quản lý sản xuất tốt, bảo trì máy móc định kỳ.

Vệ sinh Thiết bị Hiệu quả:

Sử dụng dung môi tẩy rửa hiệu quả cao, ít độc hại, có khả năng thu hồi/tái sử dụng.
Áp dụng các hệ thống rửa máy tự động, tuần hoàn dung môi để giảm lượng dung môi và nước thải phát sinh.
Tận dụng tối đa việc lau chùi cơ học trước khi dùng nước/dung môi.

Thu gom và Tái chế Dung môi: Nếu có thể, thu gom dung môi bẩn từ quá trình rửa máy để chưng cất, tái chế hoặc bán lại cho đơn vị có chức năng.

Quản lý Tồn kho: Quản lý tốt mực in và hóa chất, tránh để hết hạn gây lãng phí và phát sinh chất thải.

Kiểm soát Rò rỉ, Rơi vãi: Có biện pháp phòng ngừa và ứng phó sự cố tràn đổ mực, dung môi.

Kết luận: Hướng tới Ngành In ấn Xanh và Bền vững

Xử lý nước thải mực in đòi hỏi một cách tiếp cận linh hoạt, dựa trên đặc tính cụ thể của nguồn thải, đặc biệt là sự khác biệt giữa mực gốc dung môi và mực gốc nước hiện đại. Phương pháp hóa lý (keo tụ, tạo bông, tách pha) vẫn là nền tảng quan trọng để loại bỏ hiệu quả chất rắn lơ lửng và màu dạng hạt.

Đối với COD hòa tan và màu còn lại, hấp phụ bằng than hoạt tính hoặc các quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) là giải pháp hiệu quả cho các dòng thải khó phân hủy hoặc chứa dung môi. Tuy nhiên, với xu hướng sử dụng mực in gốc nước dễ phân hủy sinh học hơn, phương pháp xử lý sinh học (đặc biệt là MBBR) đang nổi lên như một lựa chọn khả thi và kinh tế để xử lý bổ sung sau giai đoạn hóa lý tiền xử lý.

Dù lựa chọn quy trình nào, việc quản lý bùn thải nguy hại đúng quy định và đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 40:2025/BTNMT là yêu cầu pháp lý bắt buộc. Kết hợp giữa công nghệ xử lý phù hợp, thực hành quản lý tốt và các giải pháp giảm thiểu tại nguồn sẽ giúp ngành in ấn Việt Nam phát triển hiệu quả, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.