Tái chế dung môi bằng chưng cất là đun dung môi đã dùng bẩn trong thiết bị kín để dung môi bay hơi rồi ngưng tụ lại thành dung môi sạch, còn sơn, mực, nhựa, dầu mỡ và tạp chất ở lại thành cặn. Tuỳ độ bẩn, nhà máy thường thu lại được phần lớn lượng dung môi, cỡ 70–95%, giảm mạnh lượng chất thải nguy hại phải thuê xử lý và lượng dung môi mới phải mua. Đổi lại, việc này đòi hỏi thiết bị chống cháy nổ, hiểu rõ hỗn hợp đang chưng và kiểm tra chất lượng trước khi dùng lại.
Dung môi thải đến từ đâu
Dung môi là chất lỏng dùng để hoà tan, pha loãng hoặc rửa. Trong công nghiệp, phần lớn dung môi không nằm lại trong sản phẩm mà trở thành chất thải sau khi làm xong việc:
- In bao bì: mực in ống đồng, in flexo pha bằng ethyl acetate, isopropanol, toluen; mỗi lần đổi màu lại rửa máy.
- Sơn gỗ, sơn ô tô, sơn kim loại: xăng thơm, xylen, acetone dùng rửa súng phun và đường ống.
- Dược phẩm và hoá chất tinh: methanol, ethanol, acetone, dichlormethan dùng làm môi trường phản ứng và kết tinh. Trong sản xuất hoạt chất, dung môi thường chiếm phần lớn khối lượng vật liệu đưa vào.
- Pin lithium: dung môi N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) dùng để tráng bột điện cực, bay hơi khi sấy.
- Điện tử, cơ khí chính xác: isopropanol và dung môi chuyên dụng để rửa linh kiện, tẩy dầu.
- Giặt khô: perchloroethylen làm sạch quần áo không dùng nước.
- Phòng thí nghiệm: acetonitril, methanol từ máy sắc ký lỏng.
Theo luật bảo vệ môi trường của Việt Nam, phần lớn dung môi thải thuộc nhóm chất thải nguy hại: phải lưu chứa riêng, dán nhãn, và chuyển cho đơn vị có giấy phép xử lý, hoặc tái chế tại chỗ theo đúng yêu cầu môi trường. Chi phí xử lý tính theo khối lượng, nên giảm được mỗi tấn chất thải là giảm được tiền thật.
Vì sao chưng cất hợp với tái chế dung môi
Thứ làm bẩn dung môi thường là chất không bay hơi hoặc bay hơi rất kém: bột màu, nhựa sơn, polyme của mực, dầu mỡ, cặn hoạt chất. Dung môi thì sôi ở nhiệt độ vừa phải: acetone khoảng 56 °C, ethyl acetate khoảng 77 °C, isopropanol khoảng 82 °C, toluen khoảng 111 °C, xylen khoảng 140 °C. Khoảng cách lớn về nhiệt độ sôi giữa dung môi và chất bẩn là điều kiện lý tưởng cho chưng cất: dung môi bay đi gần như sạch, chất bẩn ở lại.
Khi dung môi bẩn là hỗn hợp nhiều dung môi, việc khó hơn. Muốn tách riêng từng loại để dùng lại cho đúng công thức, phải chưng cất phân đoạn với tháp nhiều đĩa, như ở các công ty chuyên tái chế dung môi.
Các cách thu hồi dung môi thường gặp
| Cách làm | Hợp với | Ưu điểm | Hạn chế |
|---|---|---|---|
| Máy chưng cất mẻ (nồi đơn) | Xưởng sơn, in, cơ khí, vài chục tới vài trăm lít mỗi ngày | Gọn, dễ vận hành, đặt ngay tại xưởng | Chỉ tách dung môi khỏi cặn, không tách được hỗn hợp dung môi |
| Chưng cất chân không | Dung môi sôi cao như NMP, xylen, glycol ete | Nhiệt độ thấp hơn, ít phân huỷ, an toàn hơn | Cần bơm chân không, thiết bị kín hơn |
| Chưng cất phân đoạn liên tục | Nhà máy dược, hoá chất, công ty tái chế | Tách được từng dung môi, độ tinh khiết cao | Đầu tư lớn, cần kỹ sư vận hành |
| Hấp phụ than hoạt tính rồi giải hấp | Hơi dung môi trong khí thải lò sấy, buồng sơn | Vừa giảm khí thải vừa thu hồi dung môi | Thường phải chưng cất tiếp phần dung môi giải hấp |
| Màng thẩm thấu bốc hơi (pervaporation) | Tách nước khỏi isopropanol, ethanol ở điểm đẳng phí | Vượt được đẳng phí, ít năng lượng | Màng đắt, nhạy với tạp chất |
Máy chưng cất mẻ tại xưởng
Loại máy phổ biến nhất ở xưởng vừa và nhỏ là một nồi thép không gỉ có áo gia nhiệt bằng dầu tải nhiệt, bên trong lót túi chịu nhiệt để gom cặn. Dung môi bẩn được đổ vào, đậy kín, gia nhiệt gián tiếp tới nhiệt độ đặt sẵn. Hơi dung môi đi lên ống ngưng tụ làm mát bằng nước hoặc quạt, chảy vào can chứa. Hết mẻ, người vận hành nhấc túi cặn ra, cặn khô hoặc sệt đó vẫn là chất thải nguy hại nhưng khối lượng chỉ còn một phần nhỏ. Máy dùng cho dung môi dễ cháy phải có thiết kế chống cháy nổ, nối đất, cảm biến nhiệt và tự ngắt.
Thu hồi NMP trong nhà máy pin
NMP sôi khoảng 202 °C và có độc tính sinh sản, nên vừa đắt vừa không được thải bừa. Khí nóng từ lò sấy điện cực mang hơi NMP được làm lạnh để ngưng tụ hoặc rửa bằng nước, cho ra hỗn hợp NMP – nước. Hỗn hợp này được chưng cất, thường dưới chân không, để tách nước và đưa NMP trở lại đạt độ tinh khiết dùng tiếp. Tỷ lệ thu hồi ở các nhà máy pin hiện đại thường được nêu trên 90%.
Máy giặt khô: một nhà máy chưng cất thu nhỏ
Máy giặt khô dùng perchloroethylen có sẵn bộ chưng cất bên trong. Sau mỗi lượt giặt, dung môi bẩn dầu mỡ, chất bẩn hoà tan được lọc rồi chưng cất lại, dung môi sạch quay về bồn dùng tiếp. Cặn chưng cất được thu gom như chất thải nguy hại. Nhờ vậy một máy dùng đi dùng lại cùng một lượng dung môi rất nhiều lần.
Những cái bẫy hoá học khi chưng dung môi
Tái chế dung môi trông đơn giản, nhưng tai nạn trong ngành thường đến từ việc không biết rõ trong thùng có gì.
- Peroxit trong ete: các ete như tetrahydrofuran (THF), diethyl ete để lâu tiếp xúc không khí sinh peroxit hữu cơ. Peroxit không bay hơi nên dồn lại trong nồi khi chưng; chưng tới cạn có thể gây nổ. Quy tắc: kiểm tra peroxit trước, không bao giờ chưng tới khô.
- Đẳng phí: isopropanol với nước tạo đẳng phí khoảng 87–88% isopropanol theo khối lượng; ethyl acetate với ethanol và nước cũng tạo đẳng phí. Chưng cất thường không cho ra dung môi khan, cần thêm màng tách nước hoặc rây phân tử nếu công thức đòi hỏi.
- Dung môi chứa clo bị phân huỷ: dichlormethan, perchloroethylen khi quá nhiệt hoặc gặp nước, kim loại có thể sinh axit clohydric, ăn mòn thiết bị. Dung môi thu hồi thường phải bổ sung lại chất ổn định đã mất trong quá trình chưng.
- Chất dễ trùng hợp: dung môi lẫn monome như styren có thể trùng hợp trong nồi nóng, toả nhiệt và đóng cứng.
- Trộn lẫn dung môi: đổ chung thùng dung môi có clo với dung môi thường, hay dung môi lẫn axit, kiềm, chất oxy hoá, có thể sinh phản ứng nguy hiểm và làm hỏng khả năng tái chế. Cách rẻ nhất để tái chế tốt là phân loại ngay từ đầu.
Dung môi tái chế có dùng lại được không
Có, với điều kiện được kiểm tra. Các chỉ tiêu thường gặp: độ tinh khiết bằng sắc ký khí, hàm lượng nước bằng chuẩn độ Karl Fischer, màu, cặn khô sau bay hơi, chỉ số axit. Nhiều xưởng chia hai mức dùng: dung môi thu hồi để rửa thiết bị, súng phun, máy in; dung môi mới cho pha chế sản phẩm. Trong ngành dược, hướng dẫn thực hành sản xuất tốt cho hoạt chất (ICH Q7) cho phép dùng dung môi thu hồi nếu quy trình thu hồi được kiểm soát và dung môi đạt tiêu chuẩn phù hợp trước khi dùng lại.
Về năng lượng, chưng cất dung môi tốn nhiệt, nhưng thường ít hơn tổng năng lượng để sản xuất dung môi mới từ dầu mỏ và đốt bỏ dung môi cũ. Nhiều đánh giá vòng đời cho thấy thu hồi dung môi giảm phát thải so với mua mới và thiêu huỷ, nhất là với dung môi có quy trình sản xuất phức tạp.
Góc nhìn hôm nay: tái chế dung môi cho xưởng nhỏ và cho từng nhà
Với xưởng sơn, in hay cơ khí đang thuê xử lý dung môi thải, bước đầu không phải mua máy mà là đo: mỗi tháng thải bao nhiêu lít, gồm những loại nào, có trộn lẫn không. Tách thùng theo từng loại, dán nhãn rõ ràng, ghi ngày. Khi cần máy thu hồi, hãy yêu cầu nhà cung cấp chứng minh máy đạt chuẩn chống cháy nổ cho đúng loại dung môi, có hướng dẫn vận hành và đào tạo. Chưng cất dung môi dễ cháy bằng thiết bị tự chế, bếp ga hay bếp điện hở là con đường ngắn nhất dẫn tới hoả hoạn.
Với từng gia đình, phần việc đơn giản hơn: không đổ xăng thơm, dầu pha sơn, nước tẩy sơn móng tay thừa xuống cống hay ra đất. Để nguyên trong chai có nắp, dán nhãn, mang tới điểm thu gom chất thải nguy hại hộ gia đình nếu địa phương có tổ chức. Một lít dung môi đổ xuống cống có thể làm ô nhiễm một khối nước rất lớn, còn ở trong chai thì nó vẫn có thể được tái chế.
Câu hỏi thường gặp
Tái chế dung môi là gì?
Tái chế dung môi là làm sạch dung môi đã dùng để dùng lại, phổ biến nhất bằng chưng cất: dung môi bay hơi rồi ngưng tụ thành dung môi sạch, chất bẩn ở lại thành cặn. Cách này giảm lượng chất thải nguy hại và lượng dung môi mới phải mua.
Chưng cất thu hồi được bao nhiêu phần trăm dung môi?
Tuỳ độ bẩn và loại dung môi, nhà máy thường thu hồi được khoảng 70–95%. Dung môi càng nhiều cặn rắn, nhựa, bột màu thì phần còn lại trong cặn càng lớn.
Dung môi tái chế có tốt như dung môi mới không?
Dung môi thu hồi đúng cách có thể đạt độ tinh khiết cao, nhưng cần kiểm tra độ tinh khiết, nước, màu và cặn trước khi dùng. Nhiều xưởng dùng dung môi thu hồi cho việc rửa thiết bị và dung môi mới cho pha chế sản phẩm.
Vì sao không được chưng cất ete tới cạn?
Ete để lâu sinh peroxit hữu cơ không bay hơi. Khi chưng, peroxit dồn lại trong phần còn lại của nồi, và chưng tới khô có thể gây nổ. Vì vậy phải kiểm tra peroxit trước và luôn để lại một lượng chất lỏng trong nồi.
Dung môi thải có phải chất thải nguy hại không?
Phần lớn dung môi thải công nghiệp được xếp vào chất thải nguy hại theo quy định bảo vệ môi trường. Cơ sở phát sinh phải lưu chứa riêng, dán nhãn và chuyển cho đơn vị có giấy phép xử lý, hoặc tái chế tại chỗ theo đúng quy định.
