Nghiên cứu, thiết kế hệ thống xử lý nước thải mạ kẽm cho công ty TNHH hồng nguyên

LỜI NÓI ĐẦU Quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước làm cho môi trường tại các khu công nghiệp và đô thị lớn bị suy giảm nghiêm trọng, là mối lo ngại cho các cơ quan quản lý nhà nước cũng như toàn thể dân cư trong khu vực. Ô nhiễm môi trường nói chung và tình trạng môi trường do nước thải công nghiệp nói riêng là một trong những vấn đề quan trọng đặt ra cho nhiều quốc gia. Cùng với sự phát triển của công nghiệp, môi trường ngày càng phải tiếp nhận nhiều các yếu tố độc hại. Riêng nguồn nước thải công nghiệp mạ đã có thành phần gây ô nhiễm trầm trọng như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua, ... là một trong những vấn đề đang được quan tâm của xã hội.

LỜI CÁM ƠN

Trước hết, em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Giảng viên – Th.sNguyễn Hoàng Yến, cô đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em luận văn tốtnghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong Bộ Môn Kỹ ThuậtMôi Trường – Khoa Máy Tàu Biển cùng các cán bộ, giáo viên, công nhân viênchức Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ em hoànthành khóa học 2009 – 2014

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ở bên cổ vũ, độngviên em trong suốt thời gian qua để em hoàn thành tốt đề tài được giao

Hải Phòng, tháng 1 năm 2014

Sinh viên

Trần Anh Tuấn

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình phát triển của ngành mạ trên Thế Giới và Việt Nam: 3

1.2 Đặc điểm của quá trình mạ điện: 4

1.2.1 Nguyên lý của quá trình mạ điện: 4

1.2.2 Quy trình công nghệ mạ điện: 8

1.3 Tổng quan về nước thải trong công nghệ mạ: 11

1.3.1 Nguồn nước thải trong công nghiệp mạ: 11

1.3.2 Đặc tính chung của nước thải công nghiệp mạ: 12

1.3.3 Ảnh hưởng của nước thải trong công nghiệp mạ: 13

1.3.4 Các biện pháp giảm thiểu: 14

1.3.5 Các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện: 17

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ KẼM CHO CÔNG TY TNHH HỒNG NGUYÊN 20

2.1 Công ty TNHH Hồng Nguyên: 20

2.1.1 Một vài nét cơ bản về Công ty TNHH Hồng Nguyên: 20

2.1.2 Sơ đồ mạ kẽm của Công ty Hồng Nguyên: 21

2.2 Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý: 22

2.2.1 Mục tiêu và yêu cầu đối với hệ thống xử lý nước thải: 22

2.2.2 Đặc trưng của dòng thải: 22

2.2.3 Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải: 23

2.2.4 Phân tích, lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ: 25

2.2.5 Sơ đồ quy trình công nghệ hệ thống xử lý nước thải: 26

2.3 Cơ sở lý thuyết của phương pháp lựa chọn: 27

2.3.1 Điều hòa lưu lượng: 27

2.3.2 Lắng: 28

2.3.3 Kết tủa, đông keo tụ: 34

2.4 Giới thiệu các thiết bị chính: 37

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ KẼM 39

3.1 Lựa chọn, thiết kế hệ thống cống thoát nước, song chắn rác và hồ thu nước thải: 39

3.1.1 Hệ thống cống thoát nước: 39

3.1.2 Song chắn rác và hố thu nước thải: 39

3.2 Tính toán các thiết bị chính của hệ thống xử lý nước thải: 41

3.2.1 Bể điều hòa: 41

3.2.2 Bể kết tủa: 44

3.2.3 Bể lắng đứng: 49

3.2.5 Bể trung hòa: 57

3.3 Tính và chọn các thiết bị khác: 60

3.3.1 Tính toán và lựa chọn bơm: 60

3.3.2 Bể chứa bùn: 66

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CHI PHÍ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 68

4.1 Chi phí ước tính của toàn bộ hệ thống xử lý: 68

4.1.1 Chi phí xây dựng của hệ thống xử lý: 68

4.1.2 Ước tính chi phí vận hành hệ thống: 71

4.2 Mặt bằng xây dựng: 72

4.3 Hiệu quả chi phí và lợi ích thu được khi lắp đặt hệ thống: 72

4.4 Vận hành hệ thống và sự cố trong quá trình hoạt động: 73

4.4.1 Vận hành hệ thống: 73

4.4.2 Sự cố trong quá trình hoạt động: 74

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Đặc tính của nước thải trong các công đoạn mạ 12 Bảng 1.2: Bảng tóm tắt ưu điểm và hạn chế của một số phương pháp xử lý nước thải ngành mạ thường dùng 19 Bảng 1.3: Hiệu suất của 1 số phương pháp xử lý nước thải mạ điện 19 Bảng 3.1: Thông số các chất ô nhiễm sau khi ra khỏi bể lắng 56

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ………4

Hình 1.2: Quy trình công nghệ mạ điện kèm dòng thải………9

Hình 2.1: Quy trình mạ kẽm bulong, ốc vít của Công ty Hồng Nguyên….… 21

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình công nghệ hệ thống xử lý nước thải……….27

Hình 2.3: Thiết bị lắng đứng……… 32

Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo song chắn rác……… 40

Hình 3.2: Hố thu gom……… 41

Hình 3.3: Mô phỏng bể điều hòa……… ………… 42

Hình 3.4: Nguyên lý làm việc của bể kết tủa……… 44

Hình 3.5: Thiết bị lắng đứng……… ………49

Hình 3.6: Ống loe và tấm chắn……… …51

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

BTNMT: Bộ Tài nguyên môi trường

TCXDVN: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

LỜI NÓI ĐẦU

Quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước làm cho môi trường tạicác khu công nghiệp và đô thị lớn bị suy giảm nghiêm trọng, là mối lo ngại cho các

cơ quan quản lý nhà nước cũng như toàn thể dân cư trong khu vực

Ô nhiễm môi trường nói chung và tình trạng môi trường do nước thải côngnghiệp nói riêng là một trong những vấn đề quan trọng đặt ra cho nhiều quốc gia.Cùng với sự phát triển của công nghiệp, môi trường ngày càng phải tiếp nhận nhiềucác yếu tố độc hại Riêng nguồn nước thải công nghiệp mạ đã có thành phần gây ônhiễm trầm trọng như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua, là một trong những vấn

đề đang được quan tâm của xã hội

Hiện nay, tại nhiều cơ sở mạ, vấn đề môi trường không được quan tâm đúngmức, chất thải sinh ra từ các quá trình sản xuất và sinh hoạt không được xử lý trướckhi thải ra môi trường nên gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Kết quả phân tíchchất lượng nước thải của các cơ sở mạ điện điển hình cho thấy: hầu hết các cơ sởđều không đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép, chỉ tiêu kim loại nặng vượt nhiều lầncho phép, thành phần của nước thải có chứa cặn, sơn, dầu nhớt, Vì vậy, đầu tưvào công tác bảo vệ môi trường là vấn đề cấp bách của doanh nghiệp để có thể đảmbảo sự phát triển bền vững trong tương lai của chính doanh nghiệp

Đến nay trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải mạ điện đượcđưa ra như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện hoá, phương pháp hoáhọc, phương pháp hấp phụ, phương pháp vi sinh,…Tuy nhiên khả năng áp dụngvào thực tế của các phương pháp này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hiệu quả xử lýcủa từng phương pháp, ưu nhược điểm, và kinh phí đầu tư, Do đó, việc lựa chọnphương pháp xử lý và thiết kế hệ thống xử lý chất thải thích hợp cho cơ sở mạ điện

là nhiệm vụ của một kỹ sư môi trường, đáp ứng yêu cầu của các doanh nghiệp về

hệ thống xử lý với giá thành có thể chấp nhận được

Mục tiêu đề tài: ”Nghiên cứu, thiết kế hệ thống xử lý nước thải mạ kẽm

cho Công ty TNHH Hồng Nguyên”.

Nội dung đề tài gồm những phần chính sau:

Chương 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải mạ kẽm cho Công ty HồngNguyên

Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải mạ kẽm

Chương 4: Phân tích hiệu quả chi phí và xây dựng hệ thống xử lý nước thải

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình phát triển của ngành mạ trên Thế Giới và Việt Nam:

Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1800 bởi giáo sưtạo một lớp phủ bên ngoài kim loại khác Tuy nhiên lúc đó người ta không quantâm lắm đến phát hiện của Luigi Brungnatelli mà mãi sau này, đến năm 1840, khicác nhà khoa học Anh đã phát minh ra phương pháp mạ với xúc tác Xyanua và lầnđầu tiên phương pháp mạ điện được đưa vào sản xuất với mục đích thương mại thìcông nghiệp mạ chính thức phổ biến trên thế giới Sau đó là sự phát triển của cáccông nghệ mạ khác như: mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, … Những năm 1940 của thế

kỷ XX được coi là bước ngoặc lớn đối với ngành mạ điện bởi sự ra đời của côngnghiệp điện tử [1]

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 triểntới mức độ tinh vi Sự phát triển của công nghệ mạ điện đóng vai trò rất quan trọngtrong sự phát triển không chỉ của ngành cơ khí chế tạo mà còn của rất nhiều ngànhcông nghiệp khác

Xét riêng cho khu vực Đông Nam Á, sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, mộtloạt các cơ sở mạ điện quy mô vừa và nhỏ đã phát triển mạnh mẽ và hoạt động mộtcác độc lập Sự phát triển lớn mạnh của những cơ sở mạ điện quy mô nhỏ này là donhu cầu đáp ứng việc nâng cao chất lượng sản phẩm của ngành công nghiệp vừa vànhẹ

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 tronggiai đoạn những năm 1970 – 1980 Các cơ sở mạ của Việt Nam hiện nay tồn tạimột các độc lập hoặc đi liền với các cơ sở cơ khí, dưới dạng công ty cổ phần, công

ty tư nhân và công ty liên doanh với nước ngoài Các cơ sở này hầu hết có quy môvừa và nhỏ, số ít có quy mô lớn, được tập trung ở các thành phố lớn với sản phẩmchủ yếu được mạ đồng, crom, kẽm, niken, Ngoài ra các loại hình mạ điện đặcbiệt như mạ cadimi, mạ thiếc, mạ chì, mạ sắt và mạ hợp kim cũng được phát triển

để đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp hiện đại

Để hiểu rõ hơn về công nghiệp mạ điện ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu về bản chất

và quy trình công nghệ của nó

1.2 Đặc điểm của quá trình mạ điện:

1.2.1 Nguyên lý của quá trình mạ điện:

Theo định nghĩa, mạ điện chính là quá trình ôxy hóa xảy ra trên bề mặt cácđiện cực, cụ thể là bề mặt điện cực âm (catốt), các cation (ion kim loại) nhận điệntích từ điện cực trở thành các nguyên tử kim loại

Nói cách khác, mạ điện cũng chính là một quá trình điện phân, trong đó anotxảy ra quá trình oxy hoá (hoà 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 loạibám trên vật mạ hay quá trình giải phóng hydro ) khi có dòng điện một chiều điqua chất điện phân (dung dịch mạ) [2]

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ.

Thực tế quá trình trên xảy ra theo nhiều giai đoạn nối tiếp nhau như sau:

1 Cation hydrat hoá Mn+.mH2O di chuyển từ dung dịch đến bề mặt catot

2 Cation mất vỏ hydrat hoá (mH2O) và tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot

4 Tinh thể liên kết với nhau thành lớp mạ [2]

Tại Anot: Anot được sử dụng trong mạ điện thường là anot tan có tác dụngcung 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

Trong mạ điện, dung dịch điện giải phóng thường sử dụng là muối đơn (như

mạ đồng từ dung dịch CuSO4, mạ kẽm từ dung dịch ZnSO4 .) hoặc muối phức(như dung dịch phức amoni, dung dịch phức hydroxit ) Ngoài ra còn phải sửdụng một số dung dịch và phụ gia khác như chất dẫn điện, chất đệm, chất hoạtđộng bề mặt, chất tạo bóng

Chất lượng lớp mạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nồng độ dung dịch mạ

và tạp chất, các chất phụ gia, pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình dạng của vật mạ,của anot, của bể mạ, các chế độ thủy động của dung dịch Vì vậy để duy trì đượcchất lượng của lớp mạ tốt cần kiểm soát nồng độ của dung dịch mạ và giữ được dảimật độ dòng điện thích hợp

Nhờ các lớp bề mặt mạ mà các vật được mạ có thêm nhiều tính chất như:tính chất bền hóa học, bền ăn mòn, bền cơ học, tăng độ dẫn điện, dẫn từ, tăng độcứng, dẻo Mạ có thể tiến hành với các chi tiết có kích thước từ cực nhỏ của kĩthuật vi điện tử đến cực lớn của các ngành công nghiệp chế tạo máy, xây dựng, vôtuyến viễn thông, thiết bị y tế và đồ gia dụng Việc chuyên môn hóa sử dụng cácquy trình mạ trong các kĩ thuật tạo mẫu bằng đúc điện đã đưa đến chỗ sản xuấtđược những công cụ và sản phẩm mà phương pháp chế tác cổ truyền nhiều khikhông làm được một cách tinh tế Có thể nói sản phẩm của ngành công nghiệp mạđiện đã và đang thỏa mãn dần dần nhu cầu ngày càng cao của thị trường

Hiện nay ở Việt Nam tồn tại hai công nghệ mạ là mạ điện và mạ nóng chảy,trong đó mạ điện phổ biến hơn cả, gần 90% cơ sở sản xuất sử dụng công nghệ này

Do đó, ta sẽ chủ yếu đề cập tới các loại hình mạ điện trong mạ Các loại hình mạtrong mạ điện bao gồm: mạ kẽm, mạ Niken, mạ đồng, mạ thiếc, mạ Crom, mạvàng, mạ hợp kim, [2]

* Mạ kẽm: Mạ kẽm thường được sử dụng để tạo lớp trang trí hay bảo vệ cho

sắt thép Do thế điện động tiêu chuẩn của kẽm nhỏ hơn sắt nên khi bị ăn mòn thìlớp kẽm bị ăn mòn trước Lớp kẽm dẻo, dễ kéo, dễ dát mỏng Sản phẩm mạ kẽmthường gặp như chi tiết ốc vít, tôn lợp nhà, đường ống nước, dây thép (dây kẽm)

Mạ kẽm thường phân loại theo hóa chất sử dụng: dung dịch axit, dung dịch xyanua,dung dịch borat, dung dịch amoniac, dung dịch poryphotphat Mỗi dung dịch sử

dụng trong quá trình mạ lại có một ứng dụng và ưu nhược điểm riêng.

* Mạ Niken: Niken là một kim loại màu trắng bạc, hơi mềm Lớp mạ niken

dẻo, dễ đánh bóng tạo độ bóng rất cao và bền nhờ màng thụ động mỏng, chịu đượccác điều kiện khắc nghiệt của axit, kiềm và muối Mạ Niken lên sắt thép nhằm bảo

vệ vật mạ không bị ăn mòn do thế tiêu chuẩn của Niken thường cao hơn thế tiêu

chuẩn của sắt Để cho vật mạ bền người ta thường mạ 2 hoặc 3 lớp có tác dụng lót

và gắn chặt Niken với kim loại nền, làm cho lớp mạ Niken bền hơn Mạ nikenthường ứng dụng nhiều trong công nghiệp: mạ bảo vệ chống ăn mòn trong môitrường xâm thực mạnh, mạ chịu mài mòn, mạ khuôn in, các chi tiết xe hơi, xe đạp,

xe máy Hiện nay, tại các cơ sở sản xuất thường sử dụng phương pháp mạ Niken

bóng

Mạ Niken có nhiều phương pháp khác nhau:

 Mạ Niken trong dung dịch axit

* Mạ Crom: Crom là kim loại cứng, trắng, thế tiêu chuẩn của Crom thấp

hơn sắt Vì vây, đáng lẽ ra crom dễ bị ăn mòn hơn sắt song trên bề mặt của crom cólớp oxit rất bền trong môi trường vì thế nên mạ Crom bền trong môi trường xâmthực, rất bền trong khí quyển Lớp mạ Crom có độ bóng cao, màu sáng, có ánhxanh, crom rất dễ mạ lên các kim loại như sắt, đồng, niken, chì, kẽm, do đó cromđược sử dụng trong mạ trang trí, mạ bảo vệ (phụ tùng xe hơi, xe gắn máy, xe đạp,

đồ gia dụng) Mạ crom còn được sử dụng nhiều trong mạ các chi tiết chính xác, làmtăng độ mài mòn như mạ khuôn đúc, khuôn dập, khuôn in, các chi tiết chịu màimòn

* Mạ đồng: Lớp mạ đồng có màu hồng đỏ nhưng trong không khí dễ bị rỉ do

tác dụng với oxy và axit cácbonic, tạo ra rỉ có màu xanh Mạ đồng thường dùngtrong mỹ thuật làm lớp mạ lót trang trí, lớp mạ bảo vệ các chi tiết thép khỏi bị thấmcacbon, thấm nitơ Lớp mạ đồng dùng trong kĩ thuật đúc điện làm các bản sao từcác đồ mỹ nghệ và để tạo hình các chi tiết phức tạp Mạ đồng được dùng rộng rãitrong các lĩnh vực chế tạo máy và chế tạo dụng cụ Mạ đồng có thể thực hiện từ cácdung dịch mạ khác nhau:

Mạ đồng trong dung dịch Xyanua

Mạ đồng trong dung dịch không có Xyanua

 Mạ quay: được thực hiện với các chi tiết nhỏ, cấu hình đơn giản,không kết dính với nhau, không đòi hỏi lớp mạ dày,… bằng các chuông hoặc tangtrống quay Quá trình tiếp xúc điện của các vật mạ nhờ va chạm khi quay.

So với mạ treo mật độ dòng điện trên diện tích của mạ quay nhỏ hơn Do mạquay không cần gá và thời gian treo mẫu nên rất kinh tế

Các sản phẩm của ngành công nghiệp mạ rất khác nhau về loại hình, năngsuất, chất lượng và giá thành bởi chúng hoàn toàn phụ thuộc vào từng quy trìnhcông nghệ mạ riêng biệt

Ưu nhược điểm của mạ điện:

- Ưu điểm: Công nghệ đơn giản, dễ vận hành và kiểm soát quá trình, dễ cơ khíhoá và tự động hoá, tốc độ mạ nhanh, ít tốn hóa chất nhưng đảm bảo được tính cơ

lý của lớp mạ

- Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều điện năng, chỉ mạ được lên những vật dẫn điện

1.2.2 Quy trình công nghệ mạ điện:

Trong công nghiệp sản xuất dụng cụ cơ khí nói riêng và các ngành gia côngchế tác nói chung thì công nghệ mạ bao gồm 2 loại hình công nghệ chính là mạđiện và mạ nóng chảy Hai hình thức này tồn tại song song cùng với nhau Tuynhiên, về mức độ phổ biến thì mạ điện được áp dụng phổ biến hơn so với mạ nóngchảy

Nước thải chứa axit, CN - , kim loại nặng

Ni 2+ , axit Cr 6+ , axit CN - , axit

Nước thải chứa dầu mỡ

Làm sạch bằng phương pháp hóa học

NaOH

H2SO4

Hơi axit,kiềm Nước thải chứa axit,kiềm Làm sạch điện hoá

Mạ đồng

CuSO4H

2 SO 4

Mạ kẽm

Chi tiết mạ

Mạ Niken

NiSO4H

3 BO 3

Mạ Crom

H

2 SO 4 CrO3

Mạ vàng,bạc

Axit,muối vàng,bạc

CN - , muối đồng

Trên đây là quy trình công nghệ của loại hình sản xuất mạ điện có kèm theo

Trước khi chi tiết được mạ, vật cần được cắt, tiện hàn theo đúng hình dạngsản 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 sạchbằng 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 bónghóa học và điện hóa theo hệ thống quá trình riêng biệt dựa vào yêu cầu cơ bản củacác chất nếu được mạ và các quá trình mạ tiếp theo Dầu mỡ của các chất hữu cơđược loại bỏ bằng quá trình xà phòng hóa với kiềm Dầu mỡ, khoáng và xăngkhông thể loại bỏ bằng phương pháp này mà phải dùng các dung môi để thực hiệnnhư: Tricloretylen, benzen, xăng và cacbon tetrachloride nhưng hầu hết phươngpháp 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 lớpmỏng 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 thườngđược sử dụng trong công đoạn này là HCl, H2SO4, HNO3

b Công đoạn mạ:

Quá trình mạ là quá trình chủ yếu nhất trong công nghệ mạ, đây là công đoạnphát sinh ra nhiều chất thải độc hại trong nước Các bể mạ axit thường chứa HCl,

H2SO4, HNO3 các bước mạ kiềm thường chứa sunfat, cacbonat, xianua và hydroxit

Tùy theo tính chất của dung dịch mạ mà phân ra các loại mạ khác nhau: Mạaxit, mạ kiềm và mạ xianua

c Công đoạn sau mạ:

Quá trình chính được thực hiện ở quá trình sau mạ là làm khô vật mạ vàkiểm soát chất lượng sản phẩm Trong một vài trường hợp, các sản phẩm mạ có thểđược yêu cầu thêm như thụ động hóa, sơn phủ bề mặt hoặc làm bóng cho sản phẩmđược bảo vệ tốt hơn

d 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 bámvào 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 Saukhi 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 vàgần như chiếm toàn bộ quá trình

1.3 Tổng quan về nước thải trong công nghệ mạ:

1.3.1 Nguồn nước thải trong công nghiệp 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 vậtliệu, chất lượng sản phẩm Nước thải từ khâu sản xuất trong các xí nghiệp thườngchia làm 2 loại: nguồn thải từ quá trình mạ và quá trình làm sạch bề mặt chi tiết.Chúng 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 vàcác chi tiết ra ngoài Các bể mạ sau một thời gian vận hành cần phải được vệ sinhthải các chất bẩn, cặn Do đó, phát sinh lượng nước thải tuy không nhiều nhưngchất ô nhiễm đa dạng, nồng độ chất ô nhiễm cao (Cr+6, Ni+2, CN-)

* 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 cầnđược làm sạch bề mặt bằng các phương pháp tẩy dầu mỡ hóa học, dùng dung môihoặc điện hóa Vì vậy lượng nước thải phát sinh trong quá trình này nhiều nhưngnồng độ chất ô nhiễm nhỏ chủ yếu là kiềm, axit và dung dịch

1.3.2 Đặc tính chung của nước thải công nghiệp mạ:

Một trong những đặc tính cơ bản của nước thải ngành công nghiệp mạ điện

là có lưu lượng dao động trong khoảng rất rộng tùy thuộc vào loại hình sản xuất,

dây chuyền công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, yêu cầu đối với chất lượng sảnphẩm

Không chỉ có lưu lượng dao động trong khoảng rộng, nước thải ngành côngnghiệp mạ điện còn có đặc tính và thành phần các chất ô nhiễm biến đổi rất phứctạp

Từ những phân tích và thống kê đưa ra ở trên, chúng ta có thể tóm tắt các đặctính chung của nước thải công nghiệp mạ điện vào bảng dưới đây:

Bảng 1.1: Đặc tính của nước thải trong các công đoạn mạ:

Dung môi: tricloetylen, xăng, dầu, Pecloetylen

Ta thấy thành phần chủ yếu trong nước thải của ngành công nghiệp mạ điện

là các kim loại nặng có tính độc hại như: Cr6+, Ni2+, Zn2+, Cu2+ và CN-, Cl-, S-2, Lượng nước thải của mạ điện không phải là lớn so với các ngành công nghiệp khácnhư nước thải của ngành công nghiệp giấy, dệt, song thành phần và nồng độ cácchất độc hại trong đó khá lớn Hơn nữa các hóa chất độc hại này lại có những biếnthiên hết sức phức tạp và phụ thuộc vào quy trình công nghệ cũng như từng côngđoạn 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 chọnphương án xử lý thích hợp.

1.3.3 Ảnh hưởng của nước thải trong công nghiệp mạ:

* Ảnh hưởng đến sức khỏe con người:

Nước thải ngành mạ tuy không lớn so với các ngành công nghiệp khác song

nó chứa nhiều chất độc hại chủ yếu là các muối kim loại Các chất này hoà tantrong nước sau đó ngấm vào nước ngầm theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thểsống của con người cũng như sinh vật ở vùng lân cận khu công nghiệp có thể gâynhiễm độc mãn tính

Crom và hợp chất của Crom có thể làm tổn thương bề mặt da, dễ làm loétniêm mạc mũi, làm thủng phần sụn của vách mũi, ảnh hưởng đến hệ tiêu hoá, gan,thận và tim mạch Cr (VI) độc hơn Cr (III) vì khả năng hấp thụ Cr (VI) của cơ thểcao hơn Công nhân tiếp xúc thường xuyên với muối Cromat có khả năng nhiễmbệnh ung thư phổi cao hơn người bình thường

Niken và hợp chất của Niken gây bệnh viêm da, đặc biệt là môi trường ẩm vànhiệt độ cao

Kẽm và hợp chất của kẽm nói chung là ít độc Khi nuốt phải muối kẽm cóthể gây ói mửa Khi tiếp xúc nhiều với muối ZnCl2 có thể gây lở loét ngón tay, bàntay, cánh tay

Đồng và các hợp chất của đồng có thể gây kích thích nhẹ hoặc gây dị ứngnhẹ Muối đồng gây ngứa da và kết mạc Oxit đồng hoá trị 1 còn gây kích thíchngứa mắt và đường hô hấp Những người thường xuyên tiếp xúc với các hợp chấtcủa đồng thường mắc phải hiện tượng mất màu của da Người uống phải đồngsunfat sẽ bị ói mửa, choáng, co giật, hôn mê và nếu nặng có thể tử vong

* Ảnh hưởng ô nhiễm nước mặt và nước ngầm:

Việc thải bỏ trực tiếp nước thải công nghiệp mạ điện vào nguồn mà khôngqua xử lý có thể là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự có mặt của các ionkim loại độc trong lòng đất, trong nước ngầm và nguồn nước mặt Nó có thể lànguyên nhân gây suy giảm chất lượng nước ngầm, nước bề mặt và ảnh hưởng tới

sức khỏe cộng đồng Hiện nay cùng với sự phát triển chung của nền công nghiệp,công nghiệp mạ cũng ngày càng phát triển Do đó lượng rác thải, nước thải củacông nghiệp mạ cũng gia tăng Điều này đã ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường

và nguồn nước sinh hoạt ở một số địa phương

* Ảnh hưởng đến việc xử lý nước thải:

Nước thải công nghiệp mạ điện ảnh hưởng có hại đến quá trình xử lý nướcthải bằng phương pháp sinh học Đó là do sự có mặt của axit, kiềm và các ion kimloại độc như: Cr6+, Ni2+, Zn2+, Cu2+ đã kìm hãm hoặc giết chết vi sinh vật trong quátrình làm sạch nước thải bằng các phương pháp sinh học Với một hàm lượng rấtnhỏ Cr6+ và Ni2+ cũng ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và nitrat hóa của nhà máy

xử lý nước thải Natri xianua và kalixianua tuy chỉ cản trở quá trình nitrat lúc banđầu và sau một vài ngày không còn ảnh hưởng nữa nhưng cũng gây tác động khôngnhỏ tới hiệu suất xử lý nước thải bằng các phương pháp sinh học

1.3.4 Các biện pháp giảm thiểu:

a Các biện pháp giảm thiểu:

Trước khi xử lý nước thải từ các xưởng mạ điện, có rất nhiều phương pháp

để giảm lưu lượng cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải Biện phápphòng ngừa và giảm thiểu nước thải không chỉ giảm chi phí xử lý mà còn tiết kiệmđược nhiều loại hoá chất, thu hồi được các kim loại quý, tiết kiệm nước Để giảmthiểu nước thải trong các phân xưởng mạ điện thì có thể áp dụng một số biện phápkhống chế đầu nguồn tuân theo các quy tắc sau: [3]

- Giảm tối đa lượng nguyên liệu cần dùng

- Giảm lượng nước cần tiêu thụ

- Thay nguyên liệu sản xuất gây độc hại bằng nguyên liệu ít gây độc hơn

- Nghiên cứu quá trình công nghệ, các thiết bị máy móc mới để thực hiệnquá trình sản xuất một cách có hiệu quả

Sau đây là một vài biện pháp hạn chế tối đa lượng nước thải

b Kĩ thuật giảm thiểu lãng phí hoá chất:

Sử dụng hiệu quả hoá chất cần dùng Để tránh lãng phí hoá chất phân xưởng

đã bố trí các bể trong dây chuyền mạ sát nhau, và khi các gá đưa ra khỏi bể mạ phảidừng lại từ 5÷10s để cho hoá chất không bám theo sản phẩm mạ, đồng thời phảicho sản phẩm mạ qua bể rửa thu hồi trước khi qua các bể rửa khác

Hầu hết các quy trình mạ đều có công đoạn thụ động hoá bằng Cr6+, Cr3+

Cr6+ tồn tại trong các bể mạ và tạo thành axit cromic (H2CrO4), là hợp chất gây ungthư Do đó cần thay thế hoá chất sử dụng (Cr6+) bằng Cr3+, vì Cr3+ ít gây ảnh hưởngđến sức khoẻ của công nhân hơn, nhưng chất lượng sản phẩm vẫn đạt tiêu chuẩn

c Kĩ thuật giảm thiểu lượng nước sử dụng:

Hiện nay việc sử dụng nước còn lãng phí do phần lớn các phân xưởng tựkhai thác nguồn nước ngầm Tuy nhiên, nguồn nước này sẽ bị cạn kiệt trong tươnglai, do đó phân xưởng mạ nên áp dụng các biện pháp như: giảm tốc độ xả nước,định lượng mức tiêu thụ cho từng loại sản phẩm, tuần hoàn tái sử dụng lại nguồnnước

Thông thường cần 2m3 nước cho 1m2 bề mặt gia công Do đó, tổng lượngnước tiêu thụ rất lớn, đồng thời lượng hoá chất độc hại theo nước cần xử lý bị phaloãng nhiều gây tốn kém cho việc xử lý sau này Để tăng hiệu quả của việc rửađồng thời tiết kiệm nước đến mức tối đa người ta đã đưa ra nhiều phương pháp rửakhác nhau, nhờ đó lượng nước rửa tiêu tốn có thể chỉ cần 0.2÷0.4 m3/m2 [3]

Các công nghệ rửa đang được sử dụng hiện nay là rửa nhúng tĩnh, rửa nhúng

có chảy tràn liên tục, rửa ngược chiều, rửa sục khí, rửa phun,

Rửa nhúng tĩnh: Chi tiết rửa được nhúng vào trong một hay nhiều bể rửachứa nước không chảy Phương pháp rửa này tốn nhiều nước và hiệu quả rửakhông cao

Rửa nhúng có nước chảy tràn liên tục: Chi tiết rửa được nhúng vào trong mộthay nhiều bể độc lập, có nước chảy tràn liên tục Phương pháp rửa này thích hợpcho chi tiết rửa có nhiều khe, rãnh, lỗ sâu, Thời gian rửa thủ công không ít hơn 6giây, rửa tự động không ít hơn 20 giây

Rửa ngược chiều: Bể rửa có 2 hay 3 ngăn, nước sạch chỉ cấp vào ở ngăn đầurồi tự chảy tràn từ dưới lên (theo ống dẫn hay vách dẫn) sang các ngăn tiếp theo, rồicuối cùng thải ra rãnh.

Rửa sục khí: Dùng không khí nén sục vào bể rửa chảy tràn để rửa sản phẩmvới mục đích khử dầu

Rửa phun: Mở khoá cho nước phun mạnh thành nhiều chùm tia nhỏ bắn vàovật cần rửa đặt trong bể cạn

Rửa liên hợp: Lúc đầu rửa nhúng tràn cho vật ở phần dưới của bể, sau đó đưalên phần trên của bể rửa phun tiếp

Rửa ngưng: Vật rửa đặt trong buồng kín nạp đầy hơi nước Hơi ngưng tụ lên

bề mặt vật cần rửa và cuốn đi màng dung dịch bám theo chúng từ bể trước đó

Rửa siêu âm: Bể nước hay dung môi rửa được đặt trong trường siêu âm đểrửa các vật có yêu cầu đặc biệt

Tại một số xưởng mạ công nhân thường để mở khoá cho nước chảy với tốc

độ tuỳ ý, không cần quan tâm đến vận tốc của dòng chảy là bao nhiêu, khiến cholượng nước mất đi rất nhiều đồng thời lượng nước thải cần xử lý cũng tăng lên.Muốn tiết kiệm được lượng nước sử dụng thì cần phải nghiên cứu tốc độ rửa phùhợp sao cho hiệu quả rửa là lớn nhất và lượng nước sử dụng là ít nhất Nếu xácđịnh được tốc độ rửa tối ưu thì có thể tiết kiệm được lượng nước tiêu thụ

1.3.5 Các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện:

Nước thải từ phân xưởng mạ có thành phần rất đa dạng, nồng độ lại thay đổirất rộng, pH cũng luôn biến động từ axit đến trung tính hoặc kiềm Để xử lý nướcthải mạ điện có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, phù hợp với từng loạinước thải và nồng độ tạp chất chứa trong nó Dưới đây là các phương pháp xử lýnước thải ngành mạ điện

a 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,…) hoặctác nhân khử (Na2SO3, FeSO4,…) để oxy hoá - khử các chất ô nhiễm thành dạng ít

ô nhiễm hoặc không ô nhiễm

- Phản ứng kết tủa hoá học: dựa trên phản ứng giữa chất đưa vào nước thải vớikim loại có trong nước thải ở pH thích hợp, tạo ra chất kết tủa và tách ra bằngphương pháp lắng thông thường Đây là phương pháp được dùng phổ biến nhấthiện nay

b Phương pháp điện hoá:

Nguyên tắc: Dựa trên nguyên tắc của quá trình oxy hoá khử để tách các kimloại 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 bằngmolipđen 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 tạothành kim loại bám vào điện cực:

Người ta thường dùng biện pháp hấp phụ sinh học, tức là dùng các vật liệusinh học để tách các kim loại hay các hợp chất của nó ra khỏi nước thải Chẳng hạnnhư: Chitosan - một polyme sinh học dạng glucosamin là sản phẩm deacetyl hóachitin lấy từ vỏ tôm, cua, một vài loại nấm và một số loài động vật giáp xác Dunglượng hấp phụ đạt 241mgCr6+/g [1]

d Phương pháp trao đổi ion:

Nguyên tắc: Là quá trình trao đổi diễn ra giữa các ion có trong dung dịch vàcác ion trong pha rắn, được đặc trưng bởi dung lượng trao đổi

R – H+ + Ni2+  R – Ni2+ + 2H+

R – OH- + Cl-  R – Cl- + OHViệc lựa chọn vật liệu trao đổi ion chọn lọc có nghĩa quan trọng cho thu hồicác kim loại quý hiếm Khi các vật liệu này đạt trạng thái bão hoà, ta tiến hành táisinh hoặc thay chúng

-e Phương pháp sinh học:

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

vi sinh vật, vi khuẩn như bèo tổ ong, tảo, các vi sinh vật yếm khí v.v để tiêu hủycác kim loại nặng có trong nước thải Các loại sinh vật này đã sử dụng kim loạinặng có trong nước thải như một nguồn dinh dưỡng cho chúng tồn tại và phát triển

Quá trình tiến hành phải lựa chọn và phân lập giống, phải cho những loàisinh vật nào có khả năng “tiêu hóa” nhiều kim loại nặng có hiệu quả nhất TheoBecke.E.W, giới hạn cho phép để tiến hành khử kim loại nặng bằng tảo khá lớn, tớihàng chục mg/l và hiệu suất khử cũng rất cao > 80% đối với các kim loại như: Hg,

Pb, Ni, Cr Tuy nhiên do yêu cầu về mặt bằng lớn, hơn nữa việc lựa chọn và phânlập vi sinh vật còn nhiều hạn chế nên khi áp dụng vào thực tế gặp rất nhiều khókhăn

Ngoài các phương pháp đã nêu ở trên, còn có một số phương pháp mới đangđược đề nghị nhằm bổ sung cho công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nhưngứng dụng của chúng vào thực tế vẫn còn tương đối hạn chế, ví dụ như phương pháptrích ly bằng dung môi, bốc hơi hoàn nguyên, kết tủa hóa học và làm lạnh

Bảng 1.2: Bảng tóm tắt ưu điểm và hạn chế của một số phương pháp xử lý

nước thải ngành mạ thường dùng.

Điện hoá

- Nồng độ kim loại đầu vào cao

- Thu hồi kim loại với độ tinh khiết cao

- Tự động hoá quá trình

- Không cần sử dụng hoá chất

- Chi phí điện năng rất lớn

Trao đổi ion

- Nồng độ đầu vào loãng

- Thu hồi kim loại quý

- Nhu cầu năng lượng thấp

- 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

Bảng 1.3: Hiệu suất của 1 số phương pháp xử lý nước thải mạ điện [5]

STT Phương pháp xử lý Hiệu suất (%)

3 Oxy hóa khử - kết tủa 20 – 95

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ

KẼM CHO CÔNG TY TNHH HỒNG NGUYÊN 2.1 Công ty TNHH Hồng Nguyên:

2.1.1 Một vài nét cơ bản về Công ty TNHH Hồng Nguyên:

Công ty TNHH Hồng Nguyên (gọi tắt là Công ty Hồng Nguyên) nằm trongkhu công nghiệp Đồ Sơn, cách Hải Phòng khoảng 20 km về phía Bắc Khu vực nàythuộc phường Ngọc Xuyên, quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng

Tên cơ sở: Công ty TNHH chế tạo máy Hong Yuan Hải Phòng Việt Nam

Địa chỉ: Khu công nghiệp Đồ Sơn, phường Ngọc Xuyên, quận Đồ Sơn, thànhphố Hải Phòng

Điện thoại: 031.3864884

Loại hình doanh nghiệp: Nước ngoài

Cơ quan chủ quản: Ban quản lý Khu kinh tế Hải Phòng (HEZA)

Năm đi vào hoạt động sản xuất: 2009

Vị trí cơ sở:

Công ty TNHH chế tạo máy Hong Yuan Hải Phòng Việt Nam hoạt động trêndiện tích 22.319,46 m2 tại L 2.6 và L 2.12, Khu công nghiệp Đồ Sơn, quận Đồ Sơn,thành phố Hải Phòng Cụ thể các hướng tiếp giáp như sau:

Phía Tây Nam tiếp giáp với lô đất L 2.7;

Phía Đông Nam giáp tuyến đường AC;

Phía Đông giáp tuyến đường GC2;

Phía Đông Bắc giáp tuyến đường GC2;

Phía Tây Bắc giáp lô 2.5 và lô 2.11;

Khu dân cư gần nhất cách cơ sở 500m về phía Tây

2.1.2 Sơ đồ mạ kẽm của Công ty Hồng Nguyên:

a Quy trình mạ kẽm của Công ty Hồng Nguyên:

Quy trình xi mạ kẽm của phân xưởng mạ bulong, ốc vít, đinh có thể phân bổlàm những giai đoạn sau:

Nước Thải Nước Thải

Nước Thải Tẩy Dầu Mỡ

ZnCl 2

NH4Cl

b Thuyết minh quy trình:

Sản phẩm xi mạ kẽm bắt đầu bằng việc tẩy dầu mỡ, bằng dung dich NaOHtrong thời gian ngâm trong dung dịch tẩy khoảng 20 phút sau đó rửa sạch dung dịchtẩy bằng nước sạch tiếp theo chúng ta ngâm sản phẩm vào bể tẩy gỉ dung dịch tẩy

gỉ gồm có axit H2SO4 với nồng độ 9÷15% thời gian ngâm trong bể tẩy gỉ tùy thuộcvào mức độ gỉ của sản phẩm cần xi mạ sau đó chúng ta cũng rửa lại bằng nước sạchtrước khi bỏ vào bể mạ kẽm Quy trình mạ kẽm: Cho sản phẩm xi mạ kẽm vàodung dịch kẽm clorua + amoni clorua với nhiệt độ của bể lúc này là ÷80°C vàngâm từ 2÷5 phút tùy theo bề mặt của sản phẩm cần xi mạ ta có thể cho thời gian íthơn hoặc nhiều sau đó làm khô bề mặt sản phẩm bằng việc bỏ vào lò sấy Kiểm trasản phẩm của công ty xi mạ bằng máy kiểm tra độ dày lớp xi mạ và đóng gói sảnphẩm thành phẩm

2.2 Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý:

2.2.1 Mục tiêu và yêu cầu đối với hệ thống xử lý nước thải:

Nước thải phân xưởng mạ kẽm chính là vấn đề quan tâm hàng đầu của cácnhà máy hoạt động trong lĩnh vực mạ điện Nước thải này chứa nhiều các kim loạinặng, độc hại với môi trường xung quanh Do đó việc xây dựng lắp đặt hệ thống xử

lý nước thải phân xưởng mạ chính là một giải pháp góp phần giải quyết vấn đề trên.Khi thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ cần phải đảm bảo các yêu cầu

và mục tiêu sau:

a Yêu cầu về môi trường: Phải đảm bảo các điều kiện vệ sinh lao động cho

công nhân làm việc tại phân xưởng mạ và công nhân vận hành hệ thống xử lý.Nước thải ra môi trường sau khi xử lý đảm bảo chất lượng nước thải theo tiêuchuẩn nước thải công nghiệp ít nhất là loại B theo QCVN 40: 2011/BTNMT Chấphành nghiêm chỉnh các quy định của pháp luật Việt Nam về bảo vệ môi trường

b Yêu cầu về kĩ thuật: Việc xây dựng, lắp đặt hệ thống xử lý nước thải phải

phù hợp với mặt bằng công nghệ mạ Hệ thống xử lý phải bố trí hợp lý, đảm bảocho công nhân vận hành dễ dàng, dễ đo đạc, kiểm tra đồng thời nước thải sau xử lýphải đạt tiêu chuẩn cho phép

c Yêu cầu về kinh tế: Mức độ đầu tư cho hệ thống xử lý cần phù hợp với

tình hình tài chính của công ty Hệ thống xử lý lắp đặt phải đảm bảo hiệu quả vốnđầu tư và khả năng cạnh tranh về giá thành sản phẩm của nhà máy trong quá trìnhsản xuất, kinh doanh trên thị trường

2.2.2 Đặc trưng của dòng thải:

Phân xưởng mạ kẽm của Công ty Hồng Nguyên hoạt động với công suất 8h/ngày Dựa vào các thông số đầu vào của đề bài thiết kế như sau:

+ Tổng lưu lượng nước thải: 30 m3/ngày

2.2.3 Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải:

Các chất ô nhiễm chính trong nước thải phân xưởng mạ là ion kim loại Zn2+

Do đó vấn đề lớn nhất trong xử lý nước thải mạ kẽm chính là loại bỏ ion kim loại ra

khỏi nước thải Việc xử lý các ion kim loại này có thể áp dụng nhiều phương pháptrong số các phương pháp đã đề cập ở trên Mỗi phương pháp đều có những ưunhược điểm và giới hạn áp dụng riêng Trên thực tế, khi tiến hành thiết kế hệ thống

xử lý nước thải mạ điện, chúng ta có thể tiến hành áp dụng một loại phương pháphoặc áp dụng phối hợp nhiều phương pháp với nhau nhằm đảm bảo nước thải saukhi xử lý đảm bảo yêu cầu đã đưa ra Hiện ở tại Việt Nam có 2 phương pháp được

sử dụng phổ biến nhất trong xử lý nước thải mạ điện, đó là phương pháp trao đổiion và phương pháp phối hợp oxy hóa khử có kết tủa Các phương pháp khác cònlại, trên nguyên tắc đều có thể sử dụng tuy nhiên chúng có nhiều đặc điểm khôngphù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam như:

+ Đắt tiền, yêu cầu về vốn đầu tư lớn: phương pháp hấp phụ

+ Yêu cầu về mặt bằng lớn: phương pháp sinh học

+ Khó vận hành hoặc vận hành cần người có chuyên môn cao: phương phápđiện hóa

+ Giới hạn áp dụng hạn chế: phương pháp hấp phụ, phương pháp điện hóa.Hai phương pháp trao đổi ion và oxy hóa khử kèm kết tủa được áp dụng phổbiến hơn do chúng có nhiều ưu điểm phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam

Cụ thể:

* Phương pháp trao đổi ion:

+ Là phương pháp tiên tiến, hiện đại

+ Vận hành dễ dàng

+ Yêu cầu về diện tích xây dựng nhỏ, phù hợp với các cơ sở có mặt bằng nhỏ,không có quỹ đất để xây dựng hệ thống xử lý

+ Dễ bố trí thiết bị

+ Tốc độ xử lý nhanh, thao tác vận hành tương đối đơn giản

+ Xử lý triệt để các kim loại nặng trong nước thải, có thể thu hồi lại kim loạitrong nước thải

+ Nước thải sau khi xử lý có thể tái sử dụng từ 90%÷95%

+ Không có bùn thải.

+ Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cao, chi phí vận hành cao và chỉ nên ápdụng đối với các cơ sở sản xuất có lưu lượng nước thải < 15m3/ngày

* Phương pháp oxy hóa khử và kết tủa:

+ Là phương pháp cơ bản, phổ biến nhất được áp dụng tại Việt Nam trongviệc xử lý nước thải mạ điện

+ Vốn đầu tư xây dựng không cao

2.2.4 Phân tích, lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ:

Có rất nhiều căn cứ để lựa chọn một sơ đồ công nghệ phù hợp, tuy nhiên vớiviệc thiết kế hệ thống xử lý, ta dựa trên một số nguyên tắc cơ bản sau:

+ Đặc điểm công nghệ sản xuất: dựa trên đặc điểm của dây chuyền công nghệcủa nhà máy như công suất lớn hay nhỏ, hiện đại hay đã cũ, tự động hóa hay thủcông để đưa ra sơ đồ công nghệ cho phù hợp cả về quy mô, trình độ công nghệ,trình độ kĩ thuật của cơ sở sản xuất

+ Chất lượng nước đầu vào: điều này cho ta biết được lưu lượng và ô nhiễmđặc trưng của dòng thải từ đó quyết định các phương pháp xử lý có thể áp dụng,nhằm đảm bảo xử lý được nước thải theo mức độ xử lý yêu cầu

+ Tách được các dòng sạch không cần xử lý: xác định các dòng thải sạch vàtách dòng ra khỏi các dòng thải ô nhiễm nhằm góp phần:

Tiết kiệm lượng nước sử dụng

Giảm lượng nước thải cần xử lý

Giảm chi phí xử lý nước thải

+ Đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 40: 2011/BTNMT loại B: đây

là tiêu chuẩn thải vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mụcđích cấp nước sinh hoạt Điều này sẽ quyết định mức độ xử lý của hệ thống để đưa

ra các phương pháp xử lý phù hợp và hiệu quả

+ Xử lý triệt để có thể tận thu được kim loại sau này: điều này ảnh hưởng đếnviệc lựa chọn phương pháp, lựa chọn thiết bị và lựa chọn hóa chất sử dụng để nhằmđảm bảo yêu cầu đặt ra ở trên

+ Giá thành đầu tư nhỏ, chi phí vận hành thấp

+ Có khả năng thay đổi khi nhà máy có sự mở rộng về quy mô sản xuất

Để xử lý nước thải một cách hiệu quả cho phân xưởng mạ, dựa trên cácnguyên tắc đã đưa ra ở trên quy trình xử lý, nước thải ngành mạ với đặc tính: chứahàm lượng kim loại nặng cao; pH dao động mạnh; COD, BOD thấp; hàm lượng SSnhỏ thì để xử lý nước thải mạ ta áp dụng các phương pháp xử lý chủ yếu sau:phương pháp cơ học (điều hòa lưu lượng, lắng), áp dụng phương pháp hóa học (oxyhóa – khử), phương pháp hóa lý (keo tụ)

2.2.5 Sơ đồ quy trình công nghệ hệ thống xử lý nước thải:

Căn cứ vào phân tích ở trên, để xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải mạkẽm tại xưởng mạ của Công ty Hồng Nguyên, ta áp dụng phương pháp xử lý theo

sơ đồ công nghệ:

Bể Điều Hòa

Dòng Zn 2+

Bể Kết Tủa

NaOH

Bể Lắng

Bể chứa bùn

Bể Trung Hòa

H2SO4

Nước Ra

2.3 Cơ sở lý thuyết của phương pháp lựa chọn:

2.3.1 Điều hòa lưu lượng:

Điều hòa lưu lượng được dùng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi,khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra vànâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý Các kĩ thuật điều hòađược ứng dụng cho từng trường hợp phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống thu gomnước thải Các phương án bố trí bể điều hòa lưu lượng có thể là điều hòa trên dòngthải hay ngoài dòng thải xử lý

Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thànhphần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án điều hòa ngoài dòngthải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đó

Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệthống xử lý Vị trí tối ưu của nó phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thugom và đặc tính của nước thải

Bể điều hòa thường được thiết kế với chiều sâu từ 1,5÷2m Thể tích bể điều

hòa có thể tính theo công thức sau:

ln 1

d d

n

n

Q V

k k

τd: thời gian thải đột biến

Cmax, Ctb, Ccf: nồng độ lớn nhất, trung bình và cho phép của chất gây ônhiễm (g/m3)

Khi kn ≥ 5, thể tích bể điều hòa được tính theo công thức sau: Vđ = kn.Q.τd

Thể tích bể điều hòa dùng để dập tắt sự dao động có chu kì của thành phầncác chất ô nhiễm sẽ được tính theo công thức sau: Vđ = 0,16.kn.Q.τd

Tuy nhiên, trong một số trường hợp khi không xác định được nồng độ max

và trung bình của nước thải đầu vào người ta có thể tiến hành tính toán thể tích bểđiều hòa thông qua thời gian lưu t của nước trong bể có tính đến hệ số không điềuhòa β (β = 1,5÷2,5) theo công thức V = Q β.t [4]

2.3.2 Lắng:

* Quá trình lắng của hạt: Trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng

để loại bỏ các tạp chất dạng huyền phù thô ra khỏi nước Sự lắng của các hạt xảy radưới tác dụng của trọng lực Để tiến hành quá trình này, người ta thường dùng cácloại bể lắng khác nhau (bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng Radian) Trong côngnghệ xử lý nước thải, theo chức năng, các bể lắng được phân thành: bể lắng cát, bểlắng cấp I và bể lắng trong (cấp II) Bể lắng có nhiệm vụ tách bùn, bông keo ra khỏinước thải Các bể lắng đều phải thỏa mãn yêu cầu: có hiệu suất lắng cao và xả bùn

dễ dàng Nước thải nói chung thường là hệ dị thể đa phân tán hợp thể không bền.Trong quá trình lắng, kích thước, mật độ, hình dạng của các hạt và cả tính chất vật

lý của hệ bị thay đổi Ngoài ra, khi hòa nhập vào nước thải có thành phần hóa họckhác nhau cũng có thể tạo thành các chất rắn, trong đó có các chất đông tụ Nhữngquá trình này sẽ làm ảnh hưởng tới hình dạng và kích thước hạt, gây phức tạp choviệc thiết lập quy luật thực của quá trình lắng

Các tính chất của nước thải khác nhiều so với nước sạch Nó có khối lượngriêng và độ nhớt cao Độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải chỉ chứa các hạtrắn được tính theo công thức sau: [4]

ρ, ρnt: khối lượng riêng của nước sạch và nước thải, kg/m3

ε: phần thể tích của pha lỏng, ε được tính theo công thức sau:

Với: VL; VK: thể tích của pha lỏng và pha rắn trong nước thải, m3.

Tùy thuộc vào nồng độ và khả năng tác động tương hỗ lẫn nhau giữa các hạtrắn, có thể xảy ra 3 loại lắng chính (hay còn gọi là vùng lắng): lắng từng hạt riêng

rẽ, lắng keo tụ và lắng vùng bao gồm lắng tập thể và lắng chen:

+ Lắng loại I (lắng từng hạt riêng rẽ): đó là quá trình lắng của các hạt tronghỗn hợp huyền phù ở nồng độ thấp (loại cát, sỏi) Các hạt lắng hoàn toàn riêng biệtkhông có tác động qua lại với nhau Cơ sở của quá trình lắng loại này là các địnhluật cổ điển: Định luật Newton và Stockes với giả thiết là các hạt hình cầu

+ Lắng loại II (lắng keo tụ): Đó là quá trình lắng của các hạt kết tụ trong hỗnhợp huyền phù hơi loãng, khi nồng độ các hạt rắn trong dung dịch tương đối thấp,chúng sẽ lắng không giống nhau và sẽ kết hợp lại với nhau trong quá trình lắng.Ảnh hưởng này chỉ có thể xác định bằng thực nghiệm: người ta sử dụng cột lắng cóchiều cao bằng chiều sâu thực của bể lắng Loại lắng này thường được áp dụng đểloại một phần chất rắn lơ lửng trong xử lý nước thải chưa xử lý trong các công trình

xử lý lắng sơ cấp và phần trên của bể thứ cấp, các loại hạt bông keo tụ hóa họctrong các bể kết tủa

+ Lắng loại III (lắng vùng): bao gồm 2 loại lắng tập thể và lắng chen

Lắng tập thể: đó là quá trình lắng của các hạt lơ lửng trong hỗn hợp huyền phù

có nồng độ trung bình Trong đó lực tương tác giữa các hạt cản trở sự lắng của cáchạt bên cạnh Vì vậy các hạt có xu hướng vẫn ở lại cùng một vị trí với nhau thànhmột khối cùng lắng xuống, tạo thành một mặt phân cách giữa pha lỏng và pha rắn ởphía trên khối hạt rắn lắng Loại lắng này thường được sử dụng trong các côngtrình lắng thứ cấp tiếp ngay sau công trình xử lý sinh học

Lắng chen: đó là quá trình của các hạt trong hỗn hợp huyền phù có nồng độ ởmức tạo nên một cấu trúc, tại đó các hạt rắn lắng tiếp chỉ do sự nén ép của cấu trúc

đó Sự nén ép này xảy ra là do trọng lượng của các hạt rắn liên tiếp thêm vào bởi sựlắng của chúng từ lớp lỏng ở phía trên Tốc độ lắng chen nhỏ hơn tốc độ lắng tự do,

do xuất hiện dòng chất lỏng đi ngược lên và độ nhớt lớn của môi trường Loại lắng

này thường xảy ra trong lớp dưới của khối bùn nằm sâu ở đáy của bể lắng thứ cấphay thiết bị làm đặc bùn.

Quá trình thiết kế bể lắng làm việc ở điều kiện lắng vùng bao gồm:

1 Tính diện tích bề mặt tối thiểu cần thiết để gạn trong, tách bùn ra khỏinước

2 Tính diện tích bề mặt tối thiểu để làm đặc bùn đến nồng độ yêu cầu

3 Lấy diện tích lớn nhất của hai diện tích trên để thiết kế diện tích bề mặtcần thiết cho thiết bị lắng

Diện tích tối thiểu cần thiết để gạn trong phụ thuộc vào vận tốc lắng W1 và

được tính từ công thức:

1 W

Vận tốc dòng tràn được tính theo công thức:W 0 Q

dòng tràn ở bể lắng sơ cấp, bằng chính lưu lượng dòng vào vì có thể bỏ qua thể tíchbùn tháo từ đáy bể Còn ở bể lắng thứ cấp thì đó chính là lưu lưu lượng dòng ra.Đại lượng W0 còn được gọi là tải lượng thủy lực (tải lượng riêng trên một đơn vịdiện tích).

Thời gian lưu nước được tính theo công thức: t 24V

Q: lưu lượng trung bình ngày, m3/ngày

Thời gian lưu phải đủ để lắng một khối lượng lớn chất lơ lửng và để chonước thải không cuốn theo các chất rắn cần tách ra ngoài bể lắng Về mặt lý thuyếtcho thấy, năng suất bể lắng không phụ thuộc vào chiều sâu của bể lắng Chiều sâucủa bể là chiều sâu của nước đo từ đáy bể tới đỉnh vách chảy tràn

Tải lượng thủy lực của vách tràn là thương số giữa lượng nước chảy tràntrung bình hàng ngày với tổng độ dài của vách tràn (m3/m2.ngày)

Trong thực tế, vận tốc lắng hoặc vận tốc nổi lên được xác định theo thựcnghiệm, còn tải trọng thủy lực lấy trong các tài liệu

Hiện nay, hai loại bể lắng được sử dụng trong công nghệ xử lý nước thải là

bể lắng cát và các loại bể lắng dùng trong lắng cấp I, cấp II Ở đây ta quan tâm tớicác loại bể lắng dùng trong lắng cấp I và cấp II

* Bể lắng đứng:

Nguyên lý hoạt động của bể lắng đứng là nước thải theo đường dẫn nước vào(1) chảy vào ống trung tâm (8) ở giữa bể Phía dưới ống trung tâm có bố trí tấmhướng dòng (5) để thay đổi hướng chảy của nước thải sang hướng ngang Nướcchảy ra khỏi ống trung tâm dâng lên theo thân bể, sau đó tràn ra máng thu (2) vàtheo ống dẫn nước ra (4) đi sang bể điều chỉnh pH cuối cùng Cặn lắng rơi xuốngvùng chứa cặn hình chóp (7) theo ống xả cặn sang bể chứa bùn

Bể lắng có dạng hình hộp hoặc hình trụ với đáy hình chóp Nước thải đượcđưa vào ống trung tâm ở tâm bể với vận tốc không quá 30mm/s Nước thải chuyểnđộng theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên tới vách tràn với vận tốc 0,5÷0,6m/s Thời gian lưu nước lại trong bể từ 45÷120 phút và được xả ra ngoài băng áplực thủy tĩnh Chiều cao vùng lắng từ 4÷5m Trong bể lắng, các hạt chuyển độngcùng với nước từ dưới lên trên với vận tốc W và lắng dưới tác dụng của trọng lựcvới vận tốc W1 Do đó các hạt có kích thước khác nhau sẽ chiếm những vị trí khácnhau trong bể lắng Khi W1> W, các hạt sẽ lắng nhanh, khi W1< W chúng sẽ bịcuốn theo dòng chảy lên trên Hiệu suất của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắngngang từ 10÷20% [4]

* Bể lắng ngang:

Bể lắng ngang có thể được làm bằng các vật liệu khác nhau như bê tông, bêtông cốt thép, gạch hoặc bằng đất tùy thuộc vào kích thước, yêu cầu của quá trìnhlắng và điều kiện kinh tế

Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương nằm ngang qua bể.Người ta chia dòng chảy và quá trình lắng thành 4 vùng: Vùng nước vào, vùnglắng, vùng xả nước, vùng cặn

Các bể lắng ngang thường có chiều sâu từ 1,5÷4m, chiều dài bằng (8÷12)m,chiều rộng kênh từ 3÷6m Để phân phối đều nước người ta thường chia bể thành

Hình 2.3: Thiết bị lắng đứng

nhiều ngăn bằng các vách ngăn Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưulượng nước thải trên 15.000m3/ngày Hiệu suất lắng đạt 60% Vận tốc dòng chảycủa nước thải trong bể lắng thường được chọn không lớn hơn 0,01m/s còn thời gianlưu từ 1÷3 giờ [4]

* Bể lắng Radian:

Loại bể này có tiết diện hình tròn, đường kính 16÷40m (có khi tới 60m).Chiều sâu phần nước chảy 1,5÷5m, còn tỷ lệ đường kính/chiều sâu từ 6÷30 Đáy bể

có độ dốc i ≥ 0,02 về tâm để thu cặn Nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm

ra thành bể và được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài Cặn lắng xuống đáyđược tập trung lại để đưa ra ngoài nhờ hệ thống gạt cặn quay tròn Thời gian nướcthải lưu lại trong bể khoảng 85÷90 phút Hiệu suất lắng đạt 60% Bể lắng Radianđược ứng dụng cho các trạm xử lý có lưu lượng từ 20.000 m3/ngày đêm trở lên [4]

2.3.3 Kết tủa, đông keo tụ:

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt có rắn huyền phù nhưng khôngthể tách được các chất gây ô nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là nhữnghạt rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằngphương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữacác hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm tăng kích thước của chúng.Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòađiện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hòa điệntích được gọi là quá trình đông tụ và quá trình tạo các bông lớn gọi là quá trình keo

tụ kết tủa

Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu.Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển độngcùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt Xung quanh lớp ion trái dấu bên trongnày là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bámvào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra Khi các hạt rắn mang điện tích

âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bớt các ion mang điệntích dương ở lớp bên trong Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyểnđộng gọi là thế zeta (ζ) hay thế điện động Khác với thế nhiệt động E (là hiệu số

điện thế giữa bề mặt hạt và chất lỏng) Thế zeta phụ thuộc vào E và chiều dày hailớp, giá trị của nó sẽ xác định lực tĩnh điện đẩy của các hạt là lực cản trở việc dínhkết giữa các hạt rắn với nhau.

Nếu như điện tích âm thực là điện tích đẩy và thêm vào đó tất cả các hạt còn

có lực hút tĩnh điện – lực VanderWaals – do cấu trúc phân tử của các hạt Tổng củahai loại điện tích này là điện tích đẩy thực hay là một hàng rào năng lượng cản trởcác hạt rắn liên kết với nhau Như vậy mục tiêu của động tụ là giảm thế zeta – tức

là giảm chiều cao hàng rào năng lượng này tới giá trị tới hạn, sao cho các hạt rắnkhông đẩy lẫn nhau bằng cách thêm các ion có điện tích dương Như vậy trongđông tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hòađiện tích Hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào hóa trị của ion, chất đông tụ mang điệntrái dấu với điện tích của hạt Hóa trị của ion càng lớn thì hiệu quả đông tụ càngcao

Quá trình thủy phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theocác giai đoạn sau:

Me3+ + HOH = Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+ + H+

Me(OH)+ + HOH = Me(OH)3 + H+

Al2(SO4)3 hòa tan tốt trong nước, cho phí thấp và hoạt động có hiệu quả cao trongkhoảng pH = 6,5÷8 Các muối sắt được sử dụng có nhiều ưu điểm hơn so với các