Đánh giá hiện trạng hệ thống xử lý nước thải xi mạ và đề xuất giải pháp thiết kế cải tạo thu hồi crom trong nước thải tại công ty TNHH galtronics việt nam

Ứng dụng: Ứng dụng của phương pháp này phổ biến được sử dụng trong xử lý nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao như nước thải ngành chế biến quặng, ngành cơ khí, gang thép.. Phương ph

-

CAO THỊ HUYỀN

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI XI MẠ VÀ

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CẢI TẠO THU HỒI CROM TRONG NƯỚC THẢI TẠI CÔNG TY TNHH GALTRONICS VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

-

CAO THỊ HUYỀN

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI XI MẠ VÀ

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CẢI TẠO THU HỒI CROM TRONG NƯỚC THẢI TẠI CÔNG TY TNHH GALTRONICS VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS VŨ VĂN MẠNH

Hà Nội - Năm 2016

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo sau Đại học và các thầy giáo, cô giáo Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; đặc biệt là TS.Vũ Văn Mạnh đã giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình hoàn thành luận văn

Tác giả chân thành gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các cán bộ, công nhân viên tại Công ty TNHH Galtronics Việt Nam (Công ty Galtronics) đã cung cấp tài liệu trong quá trình tác giả làm luận văn tốt nghiệp

Dù đã có rất nhiều cố gắng, song luận văn chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế Kính mong nhận được sự chia sẻ và những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo và các bạn

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2016

Tác giả

Cao Thị Huyền

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan:

Luận văn này do chính tôi nghiên cứu, thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS.Vũ Văn Mạnh - Viện Khoa học và Công nghệ môi trường - Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng, theo quy định (tên tác giả, tên công trình, thời gian công bố)

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2016

Tác giả

Cao Thị Huyền

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ VÀ THU HỒI CROM TRONG NƯỚC THẢI TẠI VIỆT NAM 3

1.1 Tổng quan về ngành mạ và ô nhiễm môi trường do nước thải mạ 3

1.1.1 Ngành mạ trên thế giới và Việt Nam 3

1.1.2 Công nghệ mạ và các chất thải 4

1.1.3 Hiện trạng nước thải mạ tại Việt Nam 11

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải mạ 14

1.2.1 Các phương pháp xử lý nước thải mạ 14

1.2.2 Công nghệ xử lý nước thải điển hình của cơ sở mạ trong nước 19

1.3 Tổng quan về công nghệ thu hồi crom trong nước thải mạ 20

1.3.1 Tình hình thu hồi crom tại các cơ sở xi mạ 20

1.3.2 Các phương pháp thu hồi crom trong nước thải mạ 21

1.4 Khái quát về công nghệ XLNT mạ tại Công ty Galtronics 27

1.4.1 Giới thiệu Công ty Galtronics 27

1.4.2 Giới thiệu hệ thống XLNT hiện hữu Công ty Galtronics 34

CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ XLNT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THU HỒI CROM TRONG NƯỚC THẢI TẠI CÔNG TY GALTRONICS 38

2.1 Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải mạ tại Công ty Galtronics 38

2.1.1 Lưu lượng và thành phần nước thải 38

2.1.2 Quy trình công nghệ xử lý nước thải 39

2.2 Đánh giá công nghệ XLNT mạ tại Công ty Galtronics 42

2.2.1 Đặc tính kỹ thuật của hệ thống xử lý nước thải 42

2.2.2 Hiệu quả của quá trình xử lý 46

2.2.3 Nhận xét chung 49

2.3 Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm và thu hồi crom trong nước thải mạ tại Công ty Galtronics 49

2.3.1 Áp dụng các giải pháp sản xuất sạch hơn trong phân xưởng mạ 49

2.3.2 Đề xuất lựa chọn công nghệ cải tạo hệ thống XLNT thu hồi crom 58

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CẢI TẠO HỆ THỐNG XLNT THU HỒI CROM TẠI CÔNG TY GALTRONICS 64

3.1 Cơ sở lựa chọn để tính toán thiết kế 64

3.1.1 Dữ liệu đầu vào 64

3.1.2 Cơ sở lựa chọn tính toán hệ thống thu hồi crom 64

3.2 Tính toán thiết kế cải tạo hệ thống XLNT thu hồi crom 70

3.2.1 Bể điều hòa crom 70

3.2.2 Thiết bị lọc thô 74

3.2.3 Thiết bị trao đổi ion 75

3.3 Phân tích hiệu quả chi phí cải tạo hệ thống XLNT thu hồi crom 81

3.3.1 Khái toán chi phí cải tạo hệ thống XLNT thu hồi crom 81

3.3.2 Hiệu quả đầu tư cải tạo hệ thống XLNT thu hồi crom 82

3.3.3 Xây dựng và vận hành hệ thống 85

KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC 90

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

ABS Acrylonitrin Butadien Styren

BOD Biochemical Oxygen Demand

BTNMT Bộ Tài nguyên môi trường

CNH - HĐH Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa

CTNH Chất thải nguy hại

GDP Tổng thu nhập quốc nội

IQC Internal Quality Control

TCCP Tiêu chuẩn cho phép

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TNHH Trách nhiệm hữu hạn

TSMA Two Shot Mold Antennas

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Nước thải mạ tại một số nhà máy ở Hà Nội 10

Bảng 1.2 Đặc tính của nước thải trong các công đoạn mạ 11

Bảng 1.3 Lưu lượng thải của một số cơ sở sản xuất cơ khí có phân xưởng mạ 13

Bảng 1.4 Bảng tóm tắt ưu điểm và hạn chế của một số phương pháp xử lý nước thải ngành mạ thường dùng 18

Bảng 1.5 Bảng tóm tắt ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý thu hồi crom 26

Bảng 1.6 Tổng số lượng sản phẩm sản xuất dự kiến của Công ty Galtronics 29

Bảng 1.7 Tổng số lượng sản phẩm sản xuất hiện nay của Công ty Galtronics 29

Bảng 1.8 Nhu cầu nguyên liệu và phụ liệu cho sản xuất/tháng 33

Bảng 2.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải mạ tại Công ty Galtronics 38

Bảng 2.2 Thông số thiết kế các công trình đơn vị của hệ thống XLNT hiện hữu 42

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật các thiết bị của hệ thống XLNT hiện hữu 44

Bảng 2.4 Hiệu quả xử lý của hệ thống XLNT hiện hữu 47

Bảng 2.5 Kết quả quan trắc định kỳ Công ty Galtronics 48

Bảng 3.1 Các thông số nước thải đầu vào và yêu cầu sau xử lý của dòng nước thải crom 64

Bảng 3.2 Thông số đặc trưng chính của nhựa A400 và C100H 66

Bảng 3.3 Biến thiên lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm của nước thải crom 71

Bảng 3.4 Thể tích tích luỹ và trung bình của dòng thải crom 72

Bảng 3.5 Chi phí cải tạo hệ thống XLNT thu hồi crom 81

Bảng 3.6 Chi phí hoá chất sử dụng trong ngày 83

Bảng 3.7 Tổng hợp chi phí vận hành 83

Bảng 3.8 Chi phí đầu tư cho hệ thống XLNT thu hồi crom 83

Bảng 3.9 Lợi ích thu được từ hệ thống XLNT thu hồi crom trong 1 năm 85

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý quy trình mạ 5

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ mạ điện kèm dòng thải 7

Hình 1.3 Hệ thống xử lý nước thải Công ty CP Khóa Minh Khai 19

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải công ty TNHH Bokwang Hitech 20

Hình 1.5 Bản đồ quy hoạch KCN Quế Võ, Bắc Ninh 28

Hình 1.6 Hình ảnh của ăng ten TSMA và ăng ten LDS 30

Hình 1.7 Sơ đồ công nghệ mạ ăng ten TSMA và LDS kèm dòng thải 31

Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ XLNT Công ty Galtronics 35

Hình 2.1 Bể sương và phun sương 55

Hình 2.2 Rửa ngược dòng 55

Hình 2.3 Rửa nhúng có chảy tràn liên tục 56

Hình 2.4 Rửa sục khí 56

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ cải tạo hệ thống XLNT thu hồi crom 61

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước thải thu hồi crom 62

Hình 3.1 Vùng trao đổi 68

Hình 3.2 Đồ thị xác định bể điều hoà dòng thải crom 73

MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hoá đất nước, chất thải công nghiệp cũng đang ngày một gia tăng về khối lượng, đa dạng về chủng loại, đòi hỏi phải có nhận thức đúng đắn và đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý Hiện tại, chúng ta đang tập trung phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ, trong đó kỳ vọng đặc biệt vào ngành gia công kim loại Do vậy, nhu cầu gia công

mạ kim loại ngày càng lớn và cũng từ đó việc xử lý chất thải trong gia công mạ - một yếu tố có nhiều khả năng phá hủy môi trường, là hết sức cần thiết và cần được giải quyết triệt để

Nước thải phát sinh trong quá trình mạ chứa hàm lượng các kim loại nặng rất cao và là độc chất đối với sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe con người Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị chết hoặc thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật về lâu về dài Do đó, nước thải từ các quá trình mạ kim loại, nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ thể con người và gây các bệnh nghiêm trọng, như viêm loét da, viêm đường hô hấp, eczima, ung thư, Chính vì vậy, việc khắc phục, xử lý ô nhiễm nước thải của công nghiệp mạ là hết sức cần thiết, nhằm tránh những ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh và đến sức khoẻ cộng đồng

Căn cứ vào điều kiện thực tế và những tồn tại hiện nay của cơ sở mạ, kết hợp

với hướng dẫn của Thầy giáo, Em đã chọn đề tài “Đánh giá hiện trạng hệ thống

xử lý nước thải xi mạ và đề xuất giải pháp thiết kế cải tạo thu hồi crom trong nước thải tại Công ty TNHH Galtronics Việt Nam” Trong khuôn khổ của luận

văn tốt nghiệp cao học, Em hy vọng đưa ra được những giải pháp khả thi, đảm bảo lợi ích về môi trường cũng như lợi ích kinh tế cho Công ty

Mục tiêu của đề tài:

- Đánh giá hiện trạng hệ thống xử lý nước thải mạ tại Công ty Galtronics

- Đề xuất giải pháp thiết kế cải tạo hệ thống xử lý nước thải và thu hồi crom tại Công ty Galtronics

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng bao gồm:

- Phương pháp thu thập thông tin, tổng hợp tài liệu liên quan đến đề tài

- Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát thực tế phân xưởng sản xuất và hệ thống xử lý nước thải sản xuất của công ty

- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu, thông tin: Sử dụng để phân tích và xử

lý một cách hệ thống các nguồn số liệu

Nội dung chính của luận văn gồm:

Chương 1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải mạ và thu hồi crom trong nước thải tại Việt Nam

Chương 2 Đánh giá công nghệ XLNT và đề xuất giải pháp thu hồi crom trong nước thải tại Công ty Galtronics

Chương 3 Thiết kế cải tạo hệ thống XLNT thu hồi crom tại Công ty Galtronics

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ VÀ

THU HỒI CROM TRONG NƯỚC THẢI TẠI VIỆT NAM

1.1 Tổng quan về ngành mạ và ô nhiễm môi trường do nước thải mạ

1.1.1 Ngành mạ trên thế giới và Việt Nam

Mạ là một trong những phương pháp rất hiệu quả vừa để bảo vệ kim loại không bị ăn mòn trong môi trường xâm thực và khí quyển vừa nhằm mục đích trang trí, tăng độ cứng, phản quang, dẫn điện Ngành mạ điện được nhà hóa học ý Luigi

V Brugnatelli khai sinh vào năm 1805 Phát minh của ông không có ứng dụng trong công nghiệp trong suốt 30 năm và chỉ được nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm

Năm 1839, hai nhà hóa học Anh và Nga khác độc lập nghiên cứu quá trình mạ kim loại đồng cho những nút bản in Ngay sau đó, John Wright (Birmingham - Anh)

sử dụng Kali Xyanua cho dung dịch mạ vàng, bạc Vào thời kì này, đó là dung dịch duy nhất có khả năng cho lớp mạ kim loại quý rất đẹp Tiếp bước Wright, George Elkington và Henry Elkington đã nhận được bằng sáng chế kỹ thuật mạ điện vào năm 1840 Hai năm sau đó, ngành công nghiệp mạ điện tại Birmingham đã có sản phẩm mạ điện trên khắp thế giới

Cùng với sự phát triển của khoa học điện hóa, cơ chế điện kết tủa lên bề mặt kim loại ngày càng được nghiên cứu và sáng tỏ Kỹ thuật mạ điện phi trang trí cũng được phát triển Lớp mạ niken, đồng, kẽm, thiếc thương mại chất lượng tốt đã trở nên phổ biến từ những năm 1850 Kể từ khi máy phát điện được phát minh từ cuối thế kỉ 19, ngành công nghiệp mạ điện đã bước sang một kỉ nguyên mới Năng suất lao động tăng, quá trình mạ được tự động hóa từ một phần đến hoàn toàn Những dung dịch cùng với các phụ gia mới làm cho lớp mạ đạt chất lượng tốt hơn Các lớp mạ được nghiên cứu phát triển để thỏa mãn cả yêu cầu chống ăn mòn lẫn trang trí, làm đẹp, …

Kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai, người ta còn nghiên cứu thành công kỹ thuật mạ crom cứng, mạ đa lớp, mạ đồng hợp kim, mạ niken sunfamat, Nhà vật lí

Mỹ Richard Feynman đã nghiên cứu thành công công nghệ mạ lên nền nhựa Hiện nay công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi

Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp hóa chất và

sự hiểu biết sâu rộng về lĩnh vực điện hóa, công nghiệp mạ điện cũng phát triển tới mức độ tinh vi Sự phát triển của công nghệ mạ điện đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển không chỉ của ngành cơ khí chế tạo mà còn của rất nhiều ngành công nghiệp khác Ở các quốc gia trên thế giới, ngành mạ phát triển rất mạnh (quan trọng nhất là mạ điện kim loại) đặc biệt là ở các Quốc gia phát triển như Mỹ, Nhật, Đức, Pháp, Hà Lan

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 trong giai đoạn những năm 1970 - 1980 Các cơ sở mạ của Việt Nam hiện nay tồn tại một cách độc lập hoặc đi liền với các cơ sở cơ khí, dưới dạng công ty cổ phần, công ty tư nhân và công ty quy mô lớn

1.1.2 Công nghệ mạ và các chất thải

1.1.2.1 Khái quát về ngành mạ

Mạ điện được dùng trong nhiều ngành công nghệ khác nhau để chống ăn mòn, phục hồi kích thước, trang sức, tăng cứng, dẫn nhiệt, dẫn nhiệt, … Về nguyên tắc, vật liệu nền có thể là kim loại hoặc hợp kim, đôi khi còn là chất dẻo, gốm sứ hoặc composit Lớp mạ cũng vậy, ngoài kim loại và hợp kim ra nó còn có thể là composit của kim loại - chất dẻo hoặc kim loại - gốm, … Tuy nhiên chọn vật liệu nền và mạ nào còn tùy thuộc vào trình độ và năng lực công nghệ, vào tính chất cần có ở lớp

mạ và vào giá thành Xu hướng chung là dùng vật liệu nền rẻ, sẵn; còn vật liệu mạ đắt, quý hiếm hơn, nhưng chỉ là lớp mỏng bên ngoài [11]

Mạ điện là quá trình điện phân, trong đó anot xảy ra quá trình oxy hóa (hòa tan kim loại hay giải phóng khí oxy), còn catot xảy ra quá trình khử (khử ion kim loại

từ dung dịch thành lớp kim loại bám trên vật mạ hay quá trình giải phóng hydro ) khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện phân (dung dịch mạ) [11]

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý quy trình mạ [10]

 Tại Catot:

Mn+ + ne → M (1.1) 2H2O + 2e → 2OH- + H2 (1.2)

 Tại Anot: Anot được sử dụng trong mạ điện thường là anot tan có tác dụng cung cấp ion Mn+ cho dung dịch bù vào lượng Mn+ đã bám vào catot thành lớp mạ

và chuyển điện trong mạch điện phân Anot thường là kim loại cùng loại với lớp

mạ Ta có phản ứng:

M - ne → Mn+ (1.3) 2H2O - 2e → 2H+ + 1/2O2 (1.4)Chức năng lớp mạ:

- Lớp mạ có nhiệm vụ bảo vệ kim loại nền khỏi bị ăn mòn hóa học hay điện hóa trong môi trường sử dụng, trang trí bên ngoài sản phẩm chế tạo từ kim loại hay các hợp kim rẻ tiền, chống mài mòn, chống ma sát, lớp mạ dẫn điện tốt hơn kim loại nền nhiều lần, lại không gỉ

- Tùy vào mục đích sử dụng lớp mạ mà người ta chia thành các nhóm khác nhau: Lớp mạ bảo vệ, lớp mạ trang trí, lớp vừa bảo vệ vừa trang trí, lớp mạ kỹ thuật

- Tuy nhiên, lớp mạ phải đảm bảo các yêu cầu sau: Bám chắc vào kim loại nền, không bong tróc, lớp mạ phải có kết tủa nhỏ mịn, lớp mạ phải bóng, độ cứng, dẻo, lớp mạ có đủ độ dày nhất định

Chất lượng lớp mạ phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố như: nồng độ dung dịch và tạp chất, các phụ gia, nhiệt độ, pH, mật độ dòng điện, chế độ thủy động của dung dịch, hình dạng vật cần mạ

1.1.2.2 Quy trình công nghệ mạ

Công nghệ sản xuất cơ khí nói chung và công nghệ mạ nói riêng hiện nay rất

đa dạng và phong phú Sau đây là quy trình công nghệ của loại hình sản xuất mạ điện có kèm theo dòng thải:

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ mạ điện kèm dòng thải [18]

Nước thải chứa dầu mỡ

Làm sạch bằng hóa học

NaOH

Hơi axit, kiềm Nước thải chứa axit, kiềm Làm sạch bằng

Trong công nghệ mạ điện về cơ bản bao gồm: quá trình xử lý bề mặt, quá trình

mạ và hoàn thành sản phẩm Sơ đồ công nghệ mạ điện điển hình kèm theo dòng thải được trình bày như sau:

 Công đoạn xử lý bề mặt:

Trước khi chi tiết được mạ, vật cần được cắt, tiện hàn theo đúng hình dạng sản phẩm yêu cầu của khách hàng Sau đó chi tiết mạ cần phải cạo lớp gỉ bám trên bề mặt mục đích làm sạch gỉ tạo mặt phẳng thường dùng các bánh mài, vật liệu mài cỡ hạt to hoặc dùng phớt mài… Sau đó các chất bẩn như dầu mỡ và bụi bám trên bề mặt được loại bỏ Các giai đoạn của quá trình xử lý bề mặt thường là làm sạch bằng biện pháp cơ học như kiềm, tẩy gỉ và các phương pháp hoạt hóa bề mặt khác Sự sắp xếp các công đoạn từ gia công bề mặt đến tẩy dầu mỡ, tẩy axit, đánh bóng hóa học và điện hóa theo hệ thống quá trình riêng biệt dựa vào yêu cầu cơ bản của các chất nếu được mạ và các quá trình mạ tiếp theo Dầu mỡ của các chất hữu cơ được loại bỏ bằng quá trình xà phòng hóa với kiềm Dầu mỡ, khoáng và xăng không thể loại bỏ bằng phương pháp này mà phải dùng các dung môi để thực hiện như: Tricloretylen, benzen, xăng và cacbon tetrachloride nhưng hầu hết phương pháp thực hiện tẩy dầu mỡ bằng phương pháp điện hóa

Tẩy gỉ được thực hiện sau tẩy dầu mỡ do trên bề mặt kim loại có một lớp mỏng phủ bên ngoài và vì vậy phải tẩy bỏ trước khi mạ làm cho lớp mạ bám trên bề mặt tốt hơn có thể tẩy bằng phương pháp hóa học hay điện hóa Các chất thường được sử dụng trong công đoạn này là HCl, H2SO4, HNO3

 Công đoạn sau mạ:

Quá trình chính được thực hiện ở quá trình sau mạ là làm khô vật mạ và kiểm soát chất lượng sản phẩm Trong một vài trường hợp, các sản phẩm mạ có thể được

yêu cầu thêm như thụ động hóa, sơn phủ bề mặt hoặc làm bóng cho sản phẩm được bảo vệ tốt hơn

 Công đoạn rửa:

Rửa là quá trình diễn ra trong một dải rộng các bể trong dây chuyền mạ điện, rửa để loại các dung dịch bám trên bề mặt vật mạ, sau mỗi công đoạn để ngăn ngừa

và loại bỏ các chất cặn vào trong các bể tiếp theo Dung dịch quá trình mạ sẽ bám vào bề mặt chi tiết, chi tiết mạ sẽ được nhúng vào các bể rửa để loại bỏ hóa chất Sau khi chi tiết được làm sạch, được rửa để tránh sự trung hòa trong bể tẩy gỉ Sau khi chi tiết mạ đi ra khỏi bể tẩy gỉ sẽ được rửa để tránh sự xuất hiện vết trên bề mặt

và vật mạ có thể đổi màu Đây là công đoạn phát sinh lượng nước thải lớn nhất và gần như chiếm toàn bộ quá trình

1.1.2.3 Nguồn gốc, đặc tính nước thải mạ

a Nguồn gốc nước thải mạ

Nguồn nước thải từ khâu sản xuất của các xí nghiệp rất đa dạng và phức tạp,

nó phụ thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, chất lượng sản phẩm, Nước thải từ khâu sản xuất trong các xí nghiệp thường chia làm 2 loại: nguồn thải từ quá trình mạ và quá trình làm sạch bề mặt chi tiết Các nguồn thải này khác nhau cơ bản về lưu lượng và nồng độ

- Nước thải từ quá trình mạ: Dung dịch trong bể mạ có thể bị rò rỉ, rơi vãi hoặc bám theo các gá mạ và các chi tiết ra ngoài Các bể mạ sau một thời gian vận hành cần phải được vệ sinh thải các chất bẩn, cặn Do đó, lượng nước thải phát sinh tuy không nhiều nhưng chất ô nhiễm đa dạng, nồng độ chất ô nhiễm cao

- Nước từ quá trình làm sạch bề mặt chi tiết: Trên bề mặt kim loại thường có dầu mỡ bám vào do các giai đoạn bảo dưỡng và đánh bóng cơ học Để đảm bảo chất lượng lớp mạ các chi tiết trước khi mạ cần được làm sạch bề mặt bằng các phương pháp tẩy dầu mỡ hóa học, dùng dung môi hoặc điện hóa Vì vậy lượng nước thải phát sinh trong quá trình này nhiều nhưng nồng độ chất ô nhiễm nhỏ chủ yếu là kiềm, axit

Cd2+, … và các muối của chúng, pH dao động từ 1 - 10

- Nước thải Crom: ngoài thành phần chính là Cr(VI) còn có thể có các chất khác như Fe2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+,… H2SO4, HCl, HNO3, tạp chất cơ học … Nồng độ tổng hợp các chất dao động trong khoảng 30 - 300mg/l, pH = 1 - 7

- Nước thải Cyanua: Ngoài CN- tự do còn có phức Cyanua, các chất hữu cơ

và một ít tạp chất cơ học Nồng độ Cyanua gồm cả dạng tự do và liên kết, dao động

từ 5 - 300 mg/l, nồng độ tổng các kim loại từ 30 - 70 mg/l; pH >7 và chứa một ít tạp chất cơ học

Nhận xét: Không chỉ có lưu lượng dao động trong khoảng rộng, nước thải ngành công nghiệp mạ còn có đặc tính và thành phần các chất ô nhiễm biến đổi rất phức tạp

Bảng 1.1 Nước thải mạ tại một số nhà máy ở Hà Nội

Một số nhà máy ở Hà Nội có

phân xưởng mạ

Nhiệt

độ (0C)

pH

Thành phần (mg/l)

Zn2+ Cr(VI) Ni2+Nhà máy cơ khí chính xác 24,3 2,9 - 12 - 0,21 - 14,8 0,5 - 20,1 Nhà máy khóa Minh Khai 21 - 23 6,3 - 7,5 - 5 - 50 0,1 - 48 Nhà máy điện cơ thống nhất 23,4 5,82 - 3 - 10 0,2 - 6,05 Nhà máy khóa Việt Tiệp 20 - 22 4,0 - 6,0 50,2

Cơ sở mạ ở Huyện Từ Liêm 21 - 27 4 - 7 14 0,2 - 5,7 0,01 - 20,1

Bảng 1.2 Đặc tính của nước thải trong các công đoạn mạ

1 Tẩy dầu mỡ

- Tẩy dầu mỡ bằng dung dịch kiềm

- Tẩy dầu mỡ bằng dung môi

Các chất kiềm: NaOH, Na2CO3,

Na3PO4, dầu mỡ Dung môi: tricloetylen, xăng, dầu, Pecloetylen

1.1.3 Hiện trạng nước thải mạ tại Việt Nam

Theo các tài liệu thống kê cho ta thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ có quy mô nhỏ và vừa đều tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, TP.HCM, Biên Hòa Trong quá trình sản xuất, nước thải của các nhà máy

xí nghiệp này đều bị ô nhiễm 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, còn mang tính đối phó [17]

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, crom, 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, BOD 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 crom, niken, đồng, kẽm, sắt, photpho,

Nước thải có thể tách riêng thành ba dòng riêng biệt dựa theo thành phần và nồng độ chất ô nhiễm:

- Dung dịch thải đậm đặc từ các bể nhúng, bể ngâm

- Nước rửa thiết bị có hàm lượng chất bẩn trung bình (muối kim loại, dầu mỡ

và xà phòng, )

- Nước rửa loãng

Chất gây ô nhiễm tồn tại trong nước thải xi mạ có thể chia làm các nhóm sau:

- Chất ô nhiễm độc như CN, Cr, F,

- Chất ô nhiễm làm thay đổi pH như dòng thải axit và kiềm

- Chất ô nhiễm hình thành cặn lơ lửng như hydroxit, cacbonat và photphat

- Chất ô nhiễm hữu cơ như dầu mỡ,

Nước thải sinh ra trong quá trình mạ kim loại chứa hàm lượng độc chất cao nên mức độ ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng là đáng kể

Với các kết quả phân tích chất lượng nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ tại TP.HCM, Bình Dương, Đồng Nai đều thấy hàm lượng chất hữu cơ cao, kim loại nặng vượt tiêu chuẩn nhiều lần tiêu chuẩn cho phép, COD dao động trong khoảng

320 - 885 mg/lít, nước thải chứa dầu nhớt, Hơn nữa, khoảng 80% nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ không được xử lý Chính nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường nước mặt, ảnh hưởng đáng kể chất lượng nước

sông Sài Gòn, sông Đồng Nai Ước tính, lượng chất thải các loại phát sinh trong công nghiệp xi mạ trong những năm tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm [17] Điển hình, tại cơ sở xi mạ Đinh Phong - Bình Dương đã đổ thải nước thải chưa qua xử lý ra môi trường làm ô nhiễm nghiêm trọng đến nguồn nước sinh hoạt

và ảnh hưởng lớn tới môi trường chung Đặc biệt trong cơ sở này chỉ trong tháng 9 năm 2008, hàm lượng các chất ô nhiễm quá cao đổ trực tiếp ra môi trường không qua xử lý đã làm 11 con bò tử vong sau khi uống phải nước thải của cơ sở này chỉ trong 10 - 15 phút sau Vụ việc đã được làm rõ nguyên nhân, kết quả ban đầu cho thấy nước thải cơ sở xi mạ, hàm lượng CN- trong mẫu nước uống khu vực xung quanh lên tới 350mg/L, vượt quá tiêu chuẩn cho phép tới 5000 lần Do đó cơ sở

đã bị đóng cửa, đình chỉ hoạt động vì gây ô nhiễm nghiêm trọng tới môi trường [17]

Trên địa bàn Hà Nội, ngành cơ khí tập trung chủ yếu vào lĩnh vực gia công kim loại, chế tạo máy móc, chi tiết phụ tùng máy nên quá trình liên quan đến mạ khá phong phú Theo số liệu thống kê, các cơ sở mạ lớn của công ty xe đạp Lixeha, kim khí Cầu Bươu, công ty khóa Minh Khai, công ty Dụng cụ cơ khí xuất khẩu, công ty kim khí Thăng Long hàng ngày thải ra môi trường khoảng 8,6kg Cu, 14kg

Ni, 7kg Cr, 20kg Zn và 5kg CN [17]

Bảng 1.3 Lưu lượng thải của một số cơ sở sản xuất cơ khí có phân xưởng mạ

Tổng lượng nước thải (m3/ngày)

Nước thải từ phân xưởng mạ (m3/ngày)

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 nồng độ các chất độc hại trong đó khá lớn Hơn nữa các hóa 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

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải mạ

1.2.1 Các phương pháp xử lý nước thải mạ

Nước thải từ phân xưởng mạ có thành phần rất đa dạng, nồng độ lại thay đổi trong khoảng rộng, độ pH cũng luôn biến động Để xử lý nước thải mạ điện có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, phù hợp với từng loại nước thải và nồng độ tạp chất chứa trong nó Dưới đây là các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ

1.2.1.1 Phương pháp oxi hoá - khử và kết tủa hoá học

Nguyên tắc: Phản ứng oxy hoá - khử: dùng tác nhân oxy hoá (Clo, Oxy,

peoxyt,…) hoặc tác nhân khử (Na2SO3, FeSO4, …) để oxy hoá hay khử các chất ô nhiễm thành dạng ít ô nhiễm hoặc không ô nhiễm

Kết tủa hoá học: Dựa trên phản ứng giữa hóa chất đưa vào nước thải với kim loại có trong nước thải ở pH thích hợp, tạo ra chất kết tủa và được tách ra bằng phương pháp lắng thông thường Đây là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay [11]

Ứng dụng: Ứng dụng của phương pháp này phổ biến được sử dụng trong xử lý

nước thải có hàm lượng kim loại nặng cao như nước thải ngành chế biến quặng, ngành cơ khí, gang thép

1.2.1.2 Phương pháp điện hoá

Nguyên tắc: Dựa trên nguyên tắc của quá trình oxy hoá khử để tách các kim

loại trên các điện cực nhúng trong nước thải khi cho dòng điện một chiều đi qua Trong đó, Anot không hoà tan làm bằng Grafit hoặc chì oxit, Catot làm bằng molipđen hoặc hợp kim Vonfram - sắt - niken Tại Catot, xảy ra quá trình khử (tức

là quá trình nhận điện tử), kim loại bị khử để tạo thành ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực:

Mem+ + (m-n)e- → Men+, (m>n≥0) (1.5)

(Trong đó: m, n là các số oxy hoá của kim loại Me)

Ứng dụng: Phương pháp này dễ dàng làm sạch không chỉ kim loại nặng mà

còn làm sạch nước thải chứa nhiều xyanua từ các bể rửa ngược chiều, nhiều bậc, hoặc các dung dịch xyanua hỏng, cần hủy bỏ, có nồng độ xyanua không dưới 500 -

600 mg/l Trong quá trình xử lý sẽ sinh ra ion NH4+, xyanat, Na2CO3, ure Trên catot thường có các kim loại có trong nước thải được giải phóng Anot có thể bằng grafit, manhetit, thép không gỉ, sử dụng anot nước xử lý xong có lẫn thêm sắt do chúng tan ra [11]

Nước thải chứa nhiều xyanua nên được bổ sung NaCl hoặc NaOH trước khi qua điện phân Trong quá trình điện phân, tại anot ngoài oxy còn sinh ra ion hypoclorit ClO- làm tăng thêm tác dụng oxy hóa, nâng cao hiệu quả làm sạch nước

và tiết kiệm được điện năng tiêu thụ Để oxy hóa 1g xyanua tiêu thụ 0,4 đến 2kWh điện Mật độ dòng điện 1 - 2A/dm2 Khoảng cách giữa anot và catot là 30 - 50 mm Hàm lượng NaCl bổ sung trong dung dịch là 3-6 g/l [11]

Một phương pháp điện hóa xử lý khác là điện phân chết tạo NaClO từ nước muối rồi dùng nó như một hóa chất để xử lý CN- Phương pháp này có ưu điểm hơn điện phân trực tiếp vì nó có thể xử lý tốt nước thải chứa nồng độ xyanua trong giải rộng Thiết bị chế tạo NaClO khá đơn giản, đầu tư thấp, có thể tận dụng thiết bị có sẵn và lắp đặt ngay tại trạm xử lý nước Thiết bị cần có dung tích đủ lớn để chế được 1 - 5 kg clo hoạt tính Cứ 1kg clo hoạt tính cần đến 8 - 10 kWh điện năng và 5

- 7 kg muối ăn [11]

1.2.1.3 Phương pháp hấp phụ

Nguyên tắc: Quá trình hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý tức là quá trình di

chuyển của các chất ô nhiễm là các ion kim loại (chất bị hấp phụ) đến bề mặt pha rắn (chất hấp phụ)

Ứng dụng: Người ta thường dùng biện pháp hấp phụ sinh học như Chitosan -

một polyme sinh học dạng glucosamin là sản phẩm deacetyl hóa chitin lấy từ vỏ tôm, cua, một vài loại nấm và một số loài động vật giáp xác Dung lượng hấp phụ đối với Cr có thể đạt 241 mg Cr(VI)/g [13]

1.2.1.4 Phương pháp trao đổi ion

Nguyên tắc: Là quá trình trao đổi diễn ra giữa các ion có trong dung dịch và

các ion trong pha rắn, được đặc trưng bởi dung lượng trao đổi

R - H+ + Ni2+ R - Ni2+ + 2H+ (1.6)

R - OH- + Cl- R - Cl- + OH- (1.7)

Việc lựa chọn vật liệu trao đổi ion chọn lọc có nghĩa quan trọng cho thu hồi các kim loại quý hiếm Khi các vật liệu này đạt trạng thái bão hoà, ta tiến hành tái sinh hoặc thay chúng [19]

Ứng dụng: Cho nước thải lần lượt qua hai cột cationit và anionit, các cation

tạp chất sẽ được giữ lại ở cột đầu, các anion tạp chất sẽ được giữ lại ở cột cuối, nước thải được lọc bỏ các chất ô nhiễm, hoàn toàn được phép dùng lại Sau một thời gian làm việc các cột ionit được tái sinh: cationit được tái sinh riêng bằng H2SO4

hay HCl 3 - 10%; anionit được tái sinh riêng bằng NaOH hay Na2CO3 Nước rửa cationit chứa các loại cation và axit dư được đưa đi thu hồi và tái sử dụng, cationit được tái sinh và bắt đầu chu kỳ làm việc mới Nước rửa anionit cũng diễn ra tương

tự như vậy Cách này tiện lợi, dễ sử dụng, nhiều nơi đang dùng, nhất là các xưởng

có năng xuất vừa và nhỏ Nếu nước thải chỉ có một loại cation tạp chất, qua trao đổi ion sẽ tách riêng được cation đó nên có thể cô đặc để dùng lại ngay cho bể tương ứng của xưởng ấy Nếu nước thải hỗn hợp thì dung dịch tái sinh sẽ chứa nhiều loại cation, muốn sử dụng phải tách riêng ra [11]

Các điều kiện kỹ thuật cần tuân thủ khi dùng phương pháp trao đổi ion là [10]:

- Trước tiên nước thải phải lọc sạch các tạp chất cơ học, hấp phụ hết dầu mỡ, chất hữu cơ và những chất làm ngộ độc nhựa ionit rồi mới đưa vào để trao đổi ion;

- Tổng lượng muối tạp trong nước thải cần xử lý không được vượt quá 1- 2g/l Vậy nên rửa thu hồi trước giảm bớt nồng độ hóa chất trong nước rửa thải

Phương pháp trao đổi ion thích hợp với việc làm sạch nước thải crom và nước thải chứa kiềm - axit, tuy nhiên cần phải phân luồng dòng thải Ví dụ, với lượng nước thải chứa crom nhỏ, thải ra từ 1 - 2 bể rửa thì dùng một bộ trao đổi ion là phù hợp [11]

Tốt nhất là dùng trao đổi ion ngay tại các bể rửa Khi đó tùy yêu cầu chất lượng nước tại khâu rửa mà thiết kế thiết bị trao đổi ion chỉ loại bỏ cụ thể một số các tạp chất cần thiết và có thể dùng lại để rửa Nhờ vậy có thể đạt được hiệu quả

kinh tế cao hơn, bỏ được nhiều cống rãnh hay ống dẫn, nước và tái sử dụng hóa chất thu hồi được [11]

Tái sinh cho nhựa trao đổi ion và cho chất hấp phụ phải tiến hành riêng rẽ, độc lập với nhau và dùng những dung dịch tái sinh khác nhau Sau mỗi chu kỳ làm việc phải được tái sinh đúng quy định Tính toán thiết bị, thời gian cho mỗi chu kỳ và các thông số vận hành khác đều căn cứ vào hoạt động cụ thể của mỗi dây chuyền [11]

Trong nhiều trường hợp phương pháp trao đổi ion được dùng để xử lý triệt để nước thải đã qua xử lý bằng hóa chất Ưu điểm của phương pháp này là dung dịch sau tái sinh được dồn chung vào nhóm làm sạch bằng hóa chất nên công nghê đơn giản hơn Phương pháp tổ hợp kết hợp xử lý hóa học với trao đổi ion đòi hỏi diện tích xây dựng và dung tích công trình xử lý nhỏ hơn so với chỉ áp dụng một phương pháp trao đổi ion [11]

1.2.1.5 Phương pháp sinh học

Nguyên tắc: Nguyên lý chung của phương pháp là sử dụng các loại thực vật,

vi sinh vật, vi khuẩn các vi sinh vật để phân hủy các kim loại nặng có trong nước thải Các loại sinh vật này có khả năng hấp thụ và tích tụ kim loại nặng có trong nước thải trong quá trình sinh trưởng và phát triển Quá trình tiến hành phải lựa chọn và phân lập giống, phải cho những loài sinh vật nào có khả năng “tiêu hóa” nhiều kim loại nặng có hiệu quả nhất [18]

Những đặc điểm chính của phương pháp sinh học là:

- Nếu nước thải có lẫn nhiều kim loại nặng thì hiệu suất xử lý sẽ thấp hơn

- Phương pháp xử lý sinh học dùng bèo và tảo có thể tách được các kim loại nặng ra khỏi nước thải với mức độ làm sạch tương đối cao

- Mặt bằng cần thiết cho yêu cầu xử lý lớn

- Quá trình sinh trưởng và phát triển của sinh vật nói chung phức tạp và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố đồng thời cung phải có đủ thời gian lớn mới có thể triển khai vào thực tế

Ứng dụng: Tại Việt Nam, trong những năm 1990 - 1992, đã có tiến hành nuôi

tảo để xử lý nước thải của phân xưởng ure, nhà máy phân đạm Hà Bắc và cũng thu được những kết quả nhất định, tuy nhiên vẫn chưa đủ để đưa vào xử lý với quy mô

công nghiệp Trong vài năm gần đây nước ta cũng có một số đề tài nghiên cứu dùng rong biển để xử lý nước thải mạ điện nhưng kết quả chưa được áp dụng vào thực tế Ngoài các phương pháp đã nêu ở trên, còn có một số phương pháp mới đang được đề nghị nhằm bổ sung cho công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nhưng ứng dụng của chúng vào thực tế vẫn còn tương đối hạn chế, ví dụ như phương pháp trích ly bằng dung môi, bốc hơi hoàn nguyên, kết tủa hóa học và làm lạnh

Bảng 1.4 Bảng tóm tắt ưu điểm và hạn chế của một số phương pháp xử lý

nước thải ngành mạ thường dùng

- Thu hồi kim loại với độ

tinh khiết cao

Trao đổi ion

- Nồng độ đầu vào loãng

- Thu hồi kim loại quý

- Nhu cầu năng lượng thấp

- Yêu cầu vận hành chặt chẽ

- Tái sinh vật liệu trao đổi

Sinh học

- Quá trình xử lý tạo ra chất thải ít nên thân thiện với môi trường

- Giá thành thấp

- Yêu cầu mặt bằng xử lý lớn

- Hiệu quả thấp nếu hàm lượng chất

ô nhiễm trong dòng thải không ổn định hoặc quá lớn

- Quá trình vận hành phải kiểm soát được các chất ô nhiễm trong dòng thải và lượng chất dinh dưỡng

N, P cấp thêm vào dòng thải

1.2.2 Công nghệ xử lý nước thải điển hình của cơ sở mạ trong nước

Một số công nghệ xử lý nước thải đã được sử dụng trong nước:

 Công ty cổ phần khóa Minh Khai (huyện Thanh Trì – Hà Nội) chuyên sản xuất khóa và phụ kiện cơ khí khá Dưới đây là sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mà công ty áp dụng sử dụng phương pháp khử và kết tủa hóa học

Hình 1.3 Hệ thống xử lý nước thải Công ty CP Khóa Minh Khai [19]

Thuyết minh quy trình xử lý: Nước thải được phân luồng thành 2 dòng thải chính:

- Dòng Cr: Nước thải được bơm vào bồn xử lý Cr, sử dụng FeSO4 để khử Cr(VI) và Cr(III) sau đó được bơm lên bể gom (hòa trộn với dòng Ni) Từ bể gom nước thải được chảy sang bể lắng 1, rồi nước từ bể lắng 1 chảy sang bể lắng 2, bể có

bố trí thiết bị hớt váng dầu Nước sau xử lý được bơm ra cống khu công nghiệp

- Dòng Ni: Nước thải được bơm lên bồn kết tủa sử dụng Ca(OH)2, sau đó nước được bơm lên bể gom (hòa trộn với dòng Cr) Từ bể gom nước thải được chảy

sang bể lắng 1, rồi nước từ bể lắng 1 chảy sang bể lắng 2, bể có bố trí thiết bị hớt váng dầu Nước sau xử lý được bơm ra cống khu công nghiệp

Cặn từ bồn xử lý Cr và Ni được bơm vào bể lọc bùn, cặn lắng từ bể lắng được thu gom lại định kỳ

 Công ty TNHH Bokwang Hitech (KCN Quế Võ – huyện Quế Võ – tỉnh Bắc Ninh): Các sản phẩm của công ty là dập, đúc, mạ, lắp ráp các linh kiện điện tử Sơ

đồ công nghệ xử lý nước thải mà công ty đang áp dụng như sau:

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải công ty TNHH Bokwang Hitech [3]

Thuyết minh quy trình xử lý: Nước thải được gom tại bể điều hòa sau đó được bơm lên bể phản ứng có 3 ngăn, nước thải đi qua ngăn 1 để điều chỉnh pH sử dụng NaOH tiếp đến là ngăn thứ 2 và thứ 3 sử dụng lần lượt là PAC và polyme Nước thải sau đi qua bể phản ứng sang bể lắng Lamenlla, bùn sẽ được lắng xuống dưới và được bơm vào máy ép bùn, nước sau lắng qua lọc hấp phụ sau đó chảy vào bể chứa

và chảy ra cống KCN

1.3 Tổng quan về công nghệ thu hồi crom trong nước thải mạ

1.3.1 Tình hình thu hồi crom tại các cơ sở xi mạ

Khái niệm về một hệ thống “không dòng thải” đang ngày càng trở thành một lựa chọn khả thi đối với ngành công nghiệp Điều này có được dựa trên lý thuyết rằng crom chứa trong nước thải có thể được khôi phục và tái sử dụng trong quá trình Vì chi phí cho việc xử lý và thải bỏ chất thải ngày càng đắt đỏ, nên chắc chắn

sẽ đến lúc việc xử lý và tái sử dụng nước thải sẽ tiết kiệm hơn là xử lý và loại bỏ chúng

Nước thải được xử lý có thể được tái sử dụng cho các quá trình phụ trợ như rửa, làm sạch, bể tẩy gỉ hay vệ sinh sàn xưởng Đến 90% lượng nước sử dụng trong

mạ điện đều sử dụng cho các hoạt động rửa, vì thế lợi ích từ việc tái sử dụng nguồn tài nguyên này là rất rõ ràng

Việc thu hồi crom trong nước thải nếu được thực hiện sẽ mang lại lợi ích rất lớn, ngăn chặn ô nhiễm tại nguồn phát sinh và biến chất thải thành nguồn nguyên liệu tuần hoàn tái sử dụng trong sản xuất

Hiện nay, một số cơ sở xi mạ đã tiến hành công đoạn thu hồi crom Công ty cổ phần Khóa Minh Khai (Thanh Trì - Hà Nội) đã lắp đặt thiết bị trao đổi ion để thu hồi crom trong nước thải Công ty Cổ phần PLATO Việt Nam là một doanh nghiệp

tư nhân chuyên hoàn tất bề mặt các sản phẩm kim loại (Thị trấn Bãi Bông - Phổ Yên - Thái Nguyên) đã lắp đặt hệ thống điện phân xử lý nước thải và thu hồi kim loại trong nước thải

1.3.2 Các phương pháp thu hồi crom trong nước thải mạ

Các phương pháp thu hồi crom về lý thuyết cũng chính là các phương pháp xử

lý Tuy nhiên, do mục đích xử lý, thu hồi khác nhau mà lựa chọn phương pháp trực tiếp phục vụ cho từng mục đích khác nhau Một số phương pháp được sử dụng để thu hồi crom chủ yếu là bay hơi và trao đổi ion Các công nghệ khác như thẩm thấu ngược, điện phân, chiết lỏng lỏng cũng đã được tiến hành Gần đây, công nghệ màng mới được khảo sát

1.3.2.1 Phương pháp bay hơi

- Phương pháp bay hơi cưỡng bức: Nhờ phương pháp bay hơi cưỡng bức, chất lỏng được gia nhiệt tới điểm sôi, nước dần hóa hơi Để làm bay hơi 1 kg nước ở

100oC cần dùng 2300 kJ (0,64 Kwh) Năng lượng tồn tại trong hơi, nếu không thu hồi năng lượng bằng cách ngưng tụ hơi thì chi phí làm bay hơi lượng lớn nước sẽ rất cao

Thiết bị bay hơi áp suất thường là thiết bị bay hơi được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp mạ điện Chất lỏng và không khí chuyển động ngược chiều trong

thiết bị với diện tích tiếp xúc lớn, thuận lợi cho bay hơi Không khí bão hòa hơi nước ở 20-30oC, sau đó được thải ra khí quyển qua thiết bị phân tách mù Thiết bị bay hơi này tiêu thụ nhiều năng lượng nên chi phí vận hành lớn, trừ khi công ty sử dụng nhiệt dư cho bay hơi

Thiết bị bay hơi chân không thường tốn ít năng lượng hơn nhưng lại đắt hơn Chất lỏng bay hơi ở áp suất thấp Hơi nước được rút ra bởi một bơm chân không và ngưng tụ dễ dàng Bởi vậy nó không đòi hỏi lượng không khí lớn như thiết bị bay hơi áp suất thường Thiết bị này có ưu thế lớn nếu không khí tạo hợp chất không mong muốn với chất lỏng

Thông thường, thiết bị bay hơi chân không được thiết kế với nhiều bậc bay hơi

để giảm tiêu thụ năng lượng Chất lỏng bay hơi song song với quá trình chuyển động trong ống, hơi ngưng tụ trên bề mặt gia nhiệt để tận dụng nhiệt

Thiết bị bay hơi trong ống đặc biệt có các bàn chải quay trên bề mặt gia nhiệt, kiểm soát độ dày của màng lỏng Đây là thiết bị bay hơi mạnh, tốn ít năng lượng (dưới 50Wh/lit nước bay hơi) và phù hợp với chất lỏng bẩn

Mặc dù tăng chi phí năng lượng song kỹ thuật bay hơi cưỡng bức được sử dụng phổ biến để thu hồi hóa chất từ nước rửa Ngày nay, thiết bị bay hơi tiêu thụ năng lượng rất thấp (50 Wh/kg nước), mở ra nhiều cơ hội áp dụng công nghệ này

- Phương pháp bay hơi nước róc/nước rửa: Phương pháp này thường được áp dụng cho nước róc/nước rửa mạ crom trang trí và mạ crom cứng Do sử dụng nhiều năng lượng, phương pháp này thường kết hợp với các quá trình cô đặc khác và với các giải pháp như rửa nhiều bậc để tối thiểu hóa thể tích cần bay hơi Nhiệt bay hơi được lấy một phần từ quá trình mạ (do quá trình sinh nhiệt) Có thể thấy, đây là chu

kì đóng không phát sinh chất thải

1.3.2.2 Phương pháp trao đổi ion

Sự trao đổi ion loại bỏ cả kim loại điện tích âm và dương cũng như ion hoá chất ra khỏi dung dịch bằng cách đưa nước thải rửa qua các lớp nhựa Khi các lớp nhựa này đã bão hòa, các kim loại sẽ được thu hồi trong dung dịch đặc và nhựa được hoàn nguyên để tái sử dụng [19]

Nguyên tắc của phương pháp: Trao đổi ion là một quá trình trao đổi diễn ra giữa ra giữa các ion có trong dung dịch và các ion có trong pha rắn được xác định bằng khả năng hấp phụ của các ionit (còn gọi là dung lượng trao đổi)

Trao đổi ion xảy ra theo tỉ lệ tương đương và trong một số trường hợp là phản ứng thuận nghịch Phản ứng trao đổi xảy ra do hiệu số thế hóa học của các ion trao đổi

Với phản ứng sau:

R- - A+ + B+X- → R-B+ + A+X- (1.8)

R+ - A- + B-X+ → R+B- + A-X+ (1.9)Quá trình làm sạch nước thải bằng phương pháp trao đổi ion nhằm tách các ion kim loại như: Ni2+, Cu2+, Zn2+… và các anion: SO42-, Cr2O72-, CN- ra khỏi nước thải

Các chất trao đổi ion rất đa dạng, tùy thuộc vào yêu cầu xử lý người ta có thể chọn những chất trao đổi ion khác nhau

Trong xử lý nước thải, trao đổi ion là một trong các phương pháp có hiệu suất rất cao, có thể thu hồi được nhiều sản phẩm có giá trị kinh tế

1.3.2.3 Phương pháp điện phân

Điện phân chủ yếu để kết tủa kim loại nguyên chất (sự khử) trên catot từ dung dịch muối Mỗi dung dịch có một điện thế khử nhất định Các kim loại được sắp xếp theo trật tự thế năng (gọi là chuỗi điện hóa), cho thấy khuynh hướng của kim loại chuyển từ dạng ion sang kim loại nguyên chất

Trong điện phân, các quá trình điện hóa diễn ra ở cả catot và anot Tại catot diễn ra quá trình khử, anot diễn ra quá trình oxi hóa

Phần lớn dòng điện được sử dụng để kết tủa kim loại theo và một phần dòng điện được dùng để phân hủy nước tạo khí hidro Nếu dung dịch chứa hợp chất dễ phân hủy, một phần dòng điện sẽ được dùng để oxi hóa các hợp chất này ở anot, và vẫn tốn điện phân hủy nước tạo oxi Nếu cần ngăn các phản ứng nhất định trên anot

và catot trong quá trình điện phân, có thể dùng màng để phân chia ngăn catot và anot, chỉ cho các ion nhất định đi qua Kỹ thuật này có thể áp dụng điện phân cho nhiều dạng nước thải và bể sản xuất Điện phân để tái sinh bể sản xuất nhằm mục đích loại bỏ kim loại tạp chất hoặc oxi hóa ion đưa chúng trở lại trạng thái hoạt động ban đầu

1.3.2.4 Phương pháp thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược là kỹ thuật lọc sử dụng một màng rất đặc, gần như không có

lỗ, giữ lại ion và hợp chất hòa tan nhưng cho nước đi qua Có thể sử dụng màng để giữ lại một loại muối nhất định Tùy thuộc vào dạng màng mà một lượng nhất định ion và hợp chất tan (0,1-1%) sẽ đi qua màng Nếu yêu cầu nồng độ ion còn lại thấp,

ta có thể cần sử dụng vài thiết bị RO nối tiếp nhau

Màng RO thường được làm từ polyamid hoặc polysulphon, làm việc trong khoảng pH = 2-12 Chất lỏng đã lọc được gọi là phần thấm qua trong khi dung dịch

cô đặc được giữ lại gọi là phần lưu hay phần cô đặc Trong thực tế, mối quan hệ đặc trưng giữa thể tích phần thấm qua và cô đặc là 2:1, phụ thuộc vào nồng độ muối và dạng màng

Thẩm thấu ngược có nhiều ứng dụng tiềm năng trong việc thu hồi hóa chất sản xuất từ nước rửa hoàn tất kim loại hoặc các quá trình tương tự Thông thường, phải lọc dung dịch trước khi cho qua thiết bị RO, nhưng điều này là không đủ để tránh tắc màng Nước có thể vẫn chứa các hợp chất sẽ kết tủa trong quá trình cô đặc Các hợp chất kết tủa có thể là vôi, silicat hoặc hidroxit kim loại nặng Một vài biện pháp

có thể là giảm pH tới 6, loại bỏ kim loại nặng bằng trao đổi ion chọn lọc trước RO hoặc bổ sung hóa chất để ngăn kết tủa Một số bể sản xuất ăn mòn mạnh màng Không thể cô đặc bể mạ crom bằng màng có mặt trên thị trường hiện nay do chúng không chịu được axit cromic

Các yêu cầu đối với thiết bị RO:

- Màng phải chịu được hóa chất thực tế;

- Hợp chất hóa học không kết tủa trên màng trong quá trình cô đặc;

- Áp suất thẩm thấu của chất lỏng được cô đặc không quá cao;

- Nước không chứa cặn, tránh tắc

1.3.2.5 Phương pháp lọc nano (NF)

Phương pháp lọc nano giống thẩm thấu ngược, là kỹ thuật sử dụng màng polyme hữu cơ có kích thước rất nhỏ (<0,002) Đặc tính của vật liệu polime làm cho màng nguyên lý giữ lại ion hóa trị hai và ba trở lên, cũng như các phân tử lớn, ion hóa trị một và phân tử lượng nhỏ dưới 200 có thể đi qua màng nano

Một số lượng ion dương và ion âm sẽ qua màng tạo cân bằng điện tích ở các bên của màng Bởi vậy, đôi lúc khó biết được chính xác ion nào bị giữ bởi màng NF đối với một dung dịch nhất định Phụ thuộc vào kiểu màng, một phần muối và phân

tử hữu cơ sẽ được giữ lại bởi màng, có thể sử dụng một hoặc nhiều màng thích hợp tùy theo yêu cầu lọc Khuyến nghị sử dụng và đánh giá nhiếu loại màng cho cùng một mục đích trước khi quyết định lắp đặt cho thiết bị kích cỡ thật

Màng NF điển hình gồm các polime kết tủa trên vật liệu polysulphon hoặc polyetesulphon Những vật liệu này chịu pH từ 0,5 đến 13 Màng có thể dạng dây xoắn, ống hoặc đĩa

Một vài điều kiện phải được xem xét khi áp dụng lọc nano:

+ Màng phải chịu được các hóa chất trong nước, đây là điều kiện quan trọng quyết định đến nồng độ hóa chất thu được

+ Lắng các hợp chất hóa học trong màng không được diễn ra cùng lúc với quá trình cô đặc Do vậy càng phải đảm bảo chất lượng đầu vào

- Ứng dụng: Đây là một công nghệ sạch không sử dụng hóa chất, có thể thu gom tất cả hóa chất trong bể rửa trả lại về bể sản suất

Độ bền của màng với hóa chất crom cũng là một vấn đề Ngày nay tồn tại loại màng chịu được hợp chất axit cromic trung bình, tuy nhiên tuổi thọ ngắn Điều này làm hạn chế mức độ cô đặc, có thể phải thay thế màng 3 - 6 tháng một lần, trong khi trung bình là 1 - 2 năm, như vậy sẽ tốn chi phí màng lọc hơn nhiều

1.3.2.6 Tóm tắt ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý thu hồi crom

Ưu nhược điểm của một số công nghệ thu hồi trên được trình bày ở bảng 1.5 như sau:

Bảng 1.5 Bảng tóm tắt ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý thu hồi crom

- Có thể yêu cầu kiểm soát pH

Trao đổi

ion

- Nhu cầu năng lượng thấp

- Xử lý đầu vào loãng

- Kiểm soát nồng độ đầu vào chặt

- Nước thải phải được phân luồng

để thu hồi kim loại rửa

- Yêu cầu chất tái sinh dư

- Phát sinh thêm lượng nước thải

bổ sung từ quá trình hoàn nguyên

- Chi phí đầu tư ban đầu cao, chi phí vận hành cao

thấu

- Thu được nồng độ vừa phải

- Xử lý đầu vào loãng

- Giới hạn nồng độ vận hành

- Tắc màng do nồng độ chất rắn

ngược - Yêu cầu diện tích sàn nhỏ

- Cần ít năng lượng hơn bay hơi

- Nước thải sau khi xử lý có thể

được sử dụng lại ở các quá trình

1.4 Khái quát về công nghệ XLNT mạ tại Công ty Galtronics

1.4.1 Giới thiệu Công ty Galtronics

1.4.1.1 Giới thiệu chung

Công ty Galtronics (Công ty TNHH Galtronics Việt Nam) là công ty có 100% vốn nước ngoài được Ban quản lý các Khu công nghiệp Bắc Ninh cấp giấy chứng nhận đầu tư số 212043.000612 ngày 16/01/2014 với chức năng hoạt động chính là sản xuất thiết bị truyền thông (Phát triển và sản xuất ăng ten) [4]

Công ty thuê văn phòng và nhà xưởng của Tổng Công ty Cổ phần Dịch vụ Kinh Bắc thuộc Khu công nghiệp Quế Võ (khu vực mở rộng), xã Phương Liễu, huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh; với tổng diện tích đất sử dụng là 16.459,5 m2 .Vị trí ranh giới khu đất được xác định như sau [4]:

- Phía Tây giáp Công ty TNHH Jangwon Tech Vina

- Phía Đông giáp đường N3 - 2

- Phía Nam giáp lô đất G4

- Phía Bắc giáp đường D1 - 3

Hình 1.5 Bản đồ quy hoạch KCN Quế Võ, Bắc Ninh

1.4.1.2 Loại hình sản phẩm

Công ty Galtronics sản xuất các công nghệ ăng ten hàng đầu cho điện thoại thông minh, cụ thể là ăng ten TSMA và ăng ten LDS

Ăng ten TSMA viết tắt của “Two Shot Mold Antennas - Công nghệ hai lần

dập’’ Trong công nghệ này, mỗi khuôn (bằng nhựa) sẽ được bơm các loại dung

dịch nhựa trong hai giai đoạn khác nhau [7]

Ăng ten LDS là viết tắt của “Laser Direct Structuring - Công nghệ tạo hình

bằng Laser’’ Công nghệ chế tạo này cho phép thiết kế ăng ten theo định dạng gắn

trực tiếp trên vỏ nhựa, dùng nhựa kích hoạt bằng laser Công nghệ sản xuất LDS được thực hiện bằng máy lazer cho bản mạch kỹ thuật số, dữ liệu sẽ được gửi tới điện trở PCB trong buồng đốt, mạ kim loại, sau đó thực hiện phủ kim loại trên đường rãnh bề mặt [7]

Nguyên liệu: Ăng ten TSMA và LDS sử dụng nhựa PC (Polycarbonate) làm vật liệu vỏ và nhựa ABS (Acrylonitrin Butadien Styren) làm thành phần [7]

Ứng dụng: Ăng ten TSMA được sử dụng trong sản xuất Galaxy SII LTE, Galaxy Note LTE, Galaxy SIII LTE Ăng ten LDS được sử dụng trong sản xuất Galaxy SIII 3G, Galaxy Note II [7]

Tổng số lượng sản phẩm sản xuất dự kiến cho những năm ổn định của Công ty Galtronics như bảng 1.6

Bảng 1.6 Tổng số lượng sản phẩm sản xuất dự kiến của Công ty Galtronics

Tên sản phẩm Sản phẩm/tháng Sản phẩm/năm (Năm ổn định)

Nguồn: Công ty TNHH Galtronics Việt Nam [4]

Tổng số lượng sản phẩm sản xuất hiện nay của Công ty Galtronics như sau:

Bảng 1.7 Tổng số lượng sản phẩm sản xuất hiện nay của Công ty Galtronics

Dưới đây là một số hình ảnh của ăng ten TSMA và ăng ten LDS:

Hình 1.6 Hình ảnh của ăng ten TSMA và ăng ten LDS [7]

1.4.1.3 Quy trình công nghệ mạ tại công ty Galtronics

Sản phẩm đã định hình được chuyển sang công đoạn mạ Quy trình công nghệ

mạ sản phẩm được mô tả trên hình 1.7

TSMA - Công nghệ hai lần dập LDS - Công nghệ tạo hình bằng Lazer

Hình 1.7 Sơ đồ công nghệ mạ ăng ten TSMA và LDS kèm dòng thải [4]

Nước thải axit Rửa

Nước thải axit