Nghiên cứu hiệu quả và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải chứa crôm bằng phương pháp hóa học tại công ty trách nhiệm hữu hạn tae yang việt nam

Nghiên cứu hiệu quả và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải chứa crôm bằng phương pháp hóa học tại Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Tae Yang Việt Nam Đinh Thị Huyền Nhung Trường Đại h

Nghiên cứu hiệu quả và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải chứa crôm bằng phương pháp hóa học tại Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Tae Yang Việt Nam

Đinh Thị Huyền Nhung

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học Mội trường; Mã số: 60 85 02

Người hướng dẫn: TS Trần Văn Quy

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Tìm hiểu quy mô, hiện trạng và công nghệ sản xuất tại Công ty (trách

nhiệm hữu hạn) TNHH Tae Yang Việt Nam Nghiên cứu đặc tính nước thải và hiện trạng xử lý Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử Cr6+ về Cr3+ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo kết tủa Cr(OH)3 Đề xuất giải pháp công nghệ khả thi có thể áp dụng xử lý nước thải chứa crôm tại Công ty TNHH Tae

Yang Việt Nam

Keywords: Khoa học môi trường; Công nghệ môi trường; Phương pháp hóa học;

Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam; Xử lý nước thải; Nước thải

Content

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về ngành công nghiệp mạ điện

Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1805 bởi nhà hóa học Luigi V Brugnatelli để tạo một lớp phủ bên ngoài kim loại khác

Những năm 1940 của thế kỷ XX được coi là bước ngoặc lớn đối với ngành mạ điện bởi sự ra đời của công nghiệp điện tử [19]

Công nghệ mạ điện là một trong những lĩnh vực công nghệ bề mặt quan trọng làm thay đổi bề mặt vật liệu Mạ điện dùng để bảo vệ kim loại, chống ăn mòn kim loại làm cho chi tiết có được tính chất cơ lý tốt hơn: Tăng độ cứng bề mặt chống ăn mòn, tăng tính thẩm mỹ…

Tại Việt Nam, cùng với sự phát triển của ngành cơ khí, ngành công nghiệp mạ điện được hình thành từ khoảng 40 năm trước và đặc biệt phát triển mạnh trong giai đoạn những năm 1970 – 1980

1.2 Các thành phần đặc trưng của nước thải công nghiệp mạ điện

Nước thải nói chung bao gồm rất nhiều thành phần hỗn hợp như: xianua, crôm, niken, đồng, kẽm…và các hợp chất của kẽm, dầu mỡ cũng là loại nước thải độc hại Trong

đó độc nhất phải kể đến Cr (VI)

1.3 Các kiểu mạ crôm

1.3.1 Mạ crôm bảo vệ trang sức

 Mạ crôm thông thường:

Mạ crôm thông thường dùng dung dịch axit cromic có chất súc tác sunfut, hiệu suất dòng điện là 8-13% Lớp mạ bóng, dễ đánh bóng, độ cứng tế vi 600 – 900HV, dung dịch

ăn mòn thiết bị ít

 Mạ crôm phức hợp:

Dung dịch mạ crôm dùng chất xúc tác gốc sunphat và ion flo gọi là dung dịch mạ crôm phức hợp Gốc SiF62- có tác dụng tương tự gốc F-, nhưng dễ khống chế hơn, được sử dụng nhiều hơn Mạ crôm phức hợp, sử dụng dòng điện cao, hiệu suất dòng điện 18 – 25%, phạm vi bóng rộng, tốc độ kết tủa nhanh, khả năng phân bố tốt, độ cứng lớp mạ 800 – 1000HV, nhưng tính ăn mòn dung dịch mạnh, điều chỉnh và phân tích khó khăn Dung dịch nhạy với tạp chất, khi hàm lượng vượt quá 3g/l, phạm vi bóng thu hẹp, khả năng phân

bố giảm độ bóng lớp mạ giảm Vì vậy, mạ crôm phức hợp không được sử dụng rộng rãi

 Mạ crôm có chất phụ gia:

Phương pháp mới nhất là cho thêm chất phụ gia để hàm lượng CrO3 trong dung dịch này khoảng 150 – 250g/l, có nơi sử dụng 50 – 100g/l Trong thực tế sản xuất thấy rằng: nồng độ CrO3 quá thấp không thể thực hiện mạ được, thậm chí lớp mạ hình thành có váng màu vàng Ở điều kiện bình thường, lớp mạ thu được khác với mạ thông thường, độ bóng lớp mạ nằm giữa độ bóng lớp mạ crôm thông thường và độ bóng thép không gỉ

 Mạ crôm không có vết nứt và có vết nứt:

Mạ crôm không có vết nứt và có vết nứt nhỏ để nâng cao độ bền chống gỉ của lớp

mạ Loại đầu nhờ làm giảm vết nứt để chống sự ăn mòn chỗ vết nứt, loại sau nhờ sự phân tán dòng điện ăn mòn để nâng cao tính ăn mòn Nếu mang 2 loại này kết hợp với nhau gọi

là crôm mạ kép Mạ crôm không có vết nứt sử dụng nhiệt độ cao và tỉ số CrO3/SO42- cao

 Mạ crôm nhanh:

Dung dịch dùng trong mạ crôm nhanh chủ yếu là CrO3 với hàm lượng 180 – 250g/l được kết hợp với H2SO4 (1,8 – 2,5g/l), H3BO3 (8 – 10g/l) và MgO (4 – 5g/l)

 Mạ crôm từ dung dịch tetracromat:

CrO3 trong dung dịch kiềm hình thành muối Na2Cr4O13, mạ crôm từ dung dịch

tetracromat được lớp mạ không bóng , nhưng khả năng phân bố tốt, hiệu quả dòng điện cao, tốc độ kết tủa nhanh Dung dich này chỉ ổn định ở nhiệt độ thường, nếu dùng mật độ dòng điện cao phải làm lanh, nhiệt độ làm việc dưới 230C Nồng độ dung dịch CrO3 sử dụng khoảng 280 – 400g/l

 Mạ crôm quay:

Mạ crôm quay dùng dung dịch mạ crôm phức hợp, mạ crôm quay rất nhạy với ion clo, dung dịch CrO3 dùng trong mạ crôm quay với nồng độ 180 – 350g/l

 Mạ crôm hóa trị ba:

Ưu điểm mạ crôm hóa trị ba là ít độc, xử lí nước thải đơn giản, mạ ở nhiệt độ thường, khả năng phân bố tốt Lớp mạ có màu vàng , giống như màu thép không gỉ Do tính ổn định dung dịch chưa hoàn toàn giải quyết được nên trong công nghiệp mạ crôm hóa trị ba đang ở giai đoạn sản xuất thử Hàm lượng Cr3+

sử dụng dạng Cr2(SO4)3 hoặc CrCl3với nồng độ 0,38 – 0,45 mol/l

 Mạ crôm đen:

Dung dịch mạ crôm không có gốc SO42-, thêm một chút chất phụ gia có thể mạ crôm đen, trong đó hàm lượng crôm kim loại vào khoảng 75%, còn lại là hợp chất oxy hóa crôm Pha chế dung dịch crôm đen cần dùng nước cất, dùng BaCO3 để kết tủa toàn bộ gốc sunfat Dung dịch CrO3 dùng trong mạ crôm đen với hàm lượng 200 – 400g/l

1.3.2 Mạ crôm cứng

Mạ crôm cứng là lớp mạ crôm dày trên các vật liệu nền, độ dày từ vài micro đến vài milimet, thông thường trên 20µm Mạ crôm cứng chỉ thực hiện được khi lớp mạ tương

đối dày, lúc đó lớp mạ có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt

Mạ crôm cứng có thể sử dụng các loại dung dịch mạ nhưng thường dùng nhất là các loại dung dịch mạ crôm thông thường Mạ crôm cứng sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với các dụng cụ cắt gọt, khuôn, trục, dụng cụ đo, xi lanh… Mạ crôm cứng có thể gọi chung là mạ crôm công nghiệp hoặc mạ crôm kĩ thuật

Mạ crôm cứng thường dùng dung dịch mạ crôm tiêu chuẩn với hàm lượng khoảng

150 – 400g/l tùy theo từng chế độ công nghệ với chất xúc tác là H2SO4 hoặc H3PO4

1.4 Hiện trạng nước thải mạ tại Việt Nam

Theo các số liệu thống kê cho ta thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ có quy mô nhỏ và vừa đều tập trung ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh, Biên Hòa…Trong quá trình sản xuất, nước thải của các nhà máy xí nghiệp này đều

bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng, nhưng vấn đề xử lý nước thải còn chưa được quan tâm, xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý chỉ mang tính hình thức vì đầu tư cho một quy trình xử lý nước thải khá tốn kém và việc thực thi Luật Bảo vệ môi trường chưa được nghiêm minh, chỉ còn mang tính đối phó [1]

Đặc trưng chung của nước thải ngành mạ điện là chứa hàm lượng cao các muối vô

cơ và kim loại nặng như đồng, kẽm, crôm, niken…Trong nước thải xi mạ thường có sự thay đổi pH rất rộng từ rất axit (pH = 2-3) đến rất kiềm (pH = 10-11) Các chất hữu cơ thường có rất ít trong nước thải xi mạ, phần đóng góp chính là các chất tạo bóng, chất hoạt động bề mặt…nên chỉ số COD, BOD5 của nước thải mạ điện thường nhỏ và không thuộc đối tượng cần xử lý Đối tượng cần xử lý chính trong nước thải là các muối kim loại nặng như crôm, đồng, kẽm, sắt, photpho…[7]

Lượng nước thải của mạ điện không phải là lớn so với các ngành công nghiệp khác như nước thải của ngành công nghiệp giấy, dệt…song thành phần và các chất độc hại trong

đó khá lớn Hơn nữa, các chất độc hại này lại có những biến thiên hết sức phức tạp và phụ thuộc vào quy trình công nghệ cũng như từng công đoạn trong quy trình đó Vì vậy, muốn

xử lý đạt hiệu quả cao thì chúng ta cần phải thu gom, tách dòng theo từng công đoạn, từng trường hợp cụ thể và lựa chọn phương án xử lý thích hợp

1.5 Ảnh hưởng của nước thải công nghiệp mạ điện đối với môi trường

Ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người: Các ion kim loại nặng Pt, Cu, Cr, Ni…có thể gây bệnh viêm loét dạ dày, viêm đường hô hấp, bệnh eczema, ung thư…

Ảnh hưởng đến hệ sinh thái: Các thành phần kim loại nặng ảnh hưởng rất lớn tới quá trình sinh trưởng phát triển của con người, động và thực vật Với nồng độ đủ lớn sinh vật

có thể bị chết hoặc bị thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học

Ảnh hưởng trực tiếp đối với cá và thức ăn, đầu độc các sinh vật làm cho các nguồn phù du để nuôi cá, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất hóa lý của nước

Ảnh hưởng tới hệ thống cống thoát nước, nước ngầm, nước mặt Nước thải công nghiệp có tính axit, ăn mòn các đường ống dẫn bằng kim loại, bêtông Mặt khác, do các quá trình xà phòng hóa tạo thành váng ngăn của quá trình thoát nước và thâm nhập của oxi không khí vào nước thải, cản trở quá trình tự làm sạch Các ion kim loại nặng khi thâm nhập vào bùn trong các mương thoát nước còn ức chế hoạt động của các vi sinh vật kị khí làm mất khả năng hoạt động hóa của bùn

1.6 Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp mạ điện

1.6.1 Phương pháp hóa học

Phương pháp này dựa trên các phản ứng oxy hóa khử, trung hòa, keo tụ, kết tủa…làm cho các chất độc hại bị biến đổi thành chất ít độc hay không độc và tách khỏi dòng nước thải Tùy thuộc vào lưu lượng nước thải mà tiến hành xử lý ngay tại chỗ hay cho cả phân xưởng hoặc cả nhà máy Cũng như chọn thiết bị tuần hoàn hay gián đoạn Phương pháp này có hiệu quả cao khi nồng độ tạp chất trong nước thải lớn từ 200-1000mg/l

Phương pháp hóa học bao gồm: phương pháp đông tụ, trung hòa và khử kết tủa Trong đó, có phương pháp trung hòa và kết tủa được ứng dụng thực tế còn phương pháp đông tụ chưa được ứng dụng rộng rãi, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật còn thấp, triển khai công nghệ khó khăn, có nhiều thông số nên khó điều khiển, phương pháp này chỉ tiến hành để thí nghiệm

1.6.2 Phương pháp điện hóa

Mục đích: phân hủy (khử độc) các chất độc trong nước thải hoặc thu hồi các kim loại trên điện cực anôt

Phương trình phản ứng điện cực chung có thể viết như sau:

Mn+ + ne → Mem-n, trong đó: m là hóa trị của kim loại (m ≥ n)

n là số điện tử làm thay đổi hóa trị

Phương pháp điện hóa cho phép loại bỏ ra khỏi nước thải các ion Cr2+, Cu2+,

Ni2+…Công nghệ xử lý đơn giản, dễ cơ giới hóa và tự động hóa, không cần bổ sung thêm hóa chất, nhưng lại chỉ thích hợp với nước thải đưa vào xử lý với nồng độ cao (nồng độ các ion >1g/l)

1.6.3 Phương pháp hấp phụ

Đây là phương pháp rất vạn năng, được sử dụng rộng rãi cho phép xử lý nước thải chứa một hoặc nhiều loại nước bẩn khác nhau cả khi nồng độ các chất bẩn trong nước rất thấp khi đó dùng phương pháp khác thì hiệu suất trong nước rất thấp (không đạt)

Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi với các ưu điểm như xử lý nhanh, dễ chế tạo thiết bị và đặc biệt có thể tái sử dụng vật liệu hấp phụ

1.6.4 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là một trong những phương pháp đã được áp dụng vì nó có hiệu quả kinh tế tương đối cao và có thể thu được các sản phẩm có giá trị về kinh tế

Bản chất của quá trình là sự trao đổi lẫn nhau của các ion có cùng điện tích trên bề mặt chất rắn và trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi là các ionit (không tan trong nước) Trong đó các chất có khả năng hút ion dương gọi là cationit (mang tính kiềm)

Phản ứng trao đổi ion xảy ra do hiệu số thế hóa của các ion trao đổi

mA + RmB ↔ mRA + B

1.6.5 Phương pháp sinh học

Ngày nay, sử dụng phương pháp sinh học để loại bỏ kim loại nặng trong nước đã, đang được nghiên cứu và ứng dụng Trong số các sinh vật có khả năng đóng vai trò là chất hấp phụ sinh học thì các loại tảo hay vi tảo được đặc biệt chú ý

Nguyên lý của phương pháp là dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như chất vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối Với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60mg/l và bổ sung đủ chất dinh dưỡng (N, P) và các nguyên tố vi lượng cần thiết khác cho sự phát triển của các loài thực vật như rong tảo Do đó, quá trình xử lý đòi hỏi phải trộn lẫn nước thải sinh hoạt

để bổ sung chất dinh dưỡng và pha loãng hàm lượng chất ô nhiễm trong nước thải

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Dung dịch chứa Cr6+ được pha chế ở các nồng độ khác nhau

- Nước thải chứa crôm tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam

2.2 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp thu thập, hệ thống hóa tài liệu

 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa

 Phương pháp phân tích

 Phương pháp tiến hành thực nghiệm

 Phương pháp thống kê xử lý số liệu

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Quy mô sản xuất và hiện trạng, đặc tính nước thải của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam

3.1.1 Quy mô sản xuất của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam

Lĩnh vực hoạt động của Công ty là sản xuất các loại dao , thìa, dĩa bằng inox không chỉ phục vụ trực tiếp cho nhu cầu sinh hoạt bếp núc của n gười dân trên toàn quốc mà còn phục vụ xuất khẩu Quy mô sản xuất của Công ty khá lớn, mỗi năm cung cấp hàng triệu

sản phẩm cho thị trường, thể hiện trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 Quy mô sản xuất của công ty TNHH Tae Yang Việt Nam

1 Dao bằng Inox Chiếc 24.000.000 chiếc/năm

2 Thìa bằng Inox Chiếc 25.500.000 chiếc/năm

3 Dĩa bằng Inox Chiếc 25.500.000 chiếc/năm

3.1.2 Hiện trạng xử lý và đặc tính nước thải của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam

 Hiện trạng xử lý nước thải của Công ty

Theo tìm hiểu, khảo sát thì toàn bộ lượng nước thải của Công ty được xử lý từ hai nguồn chính là nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất Công ty không tách riêng hai nguồn thải này mà tập trung xử lý tại hệ thống xử lý chung

Công ty đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học bùn hoạt tính để xử lý kết hợp cả nước thải sinh hoạt từ bể phốt và nước thải sản xuất Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải tại Công ty được mô tả trên Hình 3.1

Nước thải từ hệ

thống bể phốt Nước thải N

s¶n xuÊ

Clo

Sân bùn

Nước thải sau xử lý

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và sản xuất của Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam

 Đặc tính nước thải của Công ty

Đặc tính nước thải của Công ty Tae Yang Việt Nam có hàm lượng hữu cơ khá lớn Tuy nhiên, sau xử lý thì các chỉ tiêu này đều đạt QCVN 40:2011/BTNMT-B Chỉ riêng hàm lượng crôm sau hệ thống xử lý không đạt quy chuẩn cho phép, cao hơn gấp 12 lần so với quy chuẩn cho phép Nước thải nhiễm crôm xả thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái, và có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới con người Do vậy, vấn đề cấp bách của cơ sở là phải tách crôm ra khỏi nước thải trước khi xả thải ra môi trường

3.2 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử - kết tủa crôm

3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo kết tủa Cr(OH) 3

Kết luận chung: Từ kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo kết tủa Cr(OH)3 đưa ra được điều kiện tối ưu cho các quá trình tạo kết tủa đạt hiệu suất cao nhất trình bày trong Bảng 3.18

Bảng 3.18 Các điều kiện tối ưu của quá trình tạo kết tủa Cr(OH)3

Thời gian khuấy chậm (phút)

Thời gian lắng (phút)

3.3 Đề xuất giải pháp công nghệ khả thi có thể áp dụng xử lý nước thải mạ chứa crôm tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam

3.3.1 Các thông số của dòng thải và lựa chọn phương pháp khả thi

Hiện tại, Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam chưa tách riêng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và nước thải từ phân xưởng mạ điện mà tập trung xử lý trong một hệ thống xử lý nước thải chung Vì vậy, chất lượng nước đầu ra chỉ tiêu crôm chưa đạt QCVN 40:2011/BTNMT-B Từ kết quả nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử và kết tủa crôm, trong đề tài luận văn nghiên cứu của mình tôi xin đề xuất giải pháp công nghệ khả thi có thể áp dụng xử lý nước thải mạ chứa crôm tại Công ty TNHH Tae Yang Việt Nam Với hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 15m3/ngày đêm => Lượng nước thải trung bình trong một ngày là: 15m3/ngày đêm

Hệ thống làm việc làm liên tục 24/24h nên lưu lượng dòng thải tính theo giờ là:

QCr = 0,625m3/h

 Các thông số của dòng thải:

Do nước thải không ổn định cả về lưu lượng và thành phần mà phụ thuộc rất nhiều vào quá trình sản xuất, đặc biệt là quá trình thay rửa bể, nên khó có thể tính toán nồng độ các chất trong nước thải một cách chính xác Nhưng nhờ có bể điều hòa để ổn định nồng độ chất ô nhiễm cấp vào bể xử lý, do đó có thể chọn nồng độ tiêu biểu của dòng thải trong

Bảng 3.19

Bảng 3.19 Nồng độ của nước thải trước khi xử lý

TT Các thông số Đơn vị Nước thải đầu vào QCVN 40:2011/BTNMT-B