Xử lý chất thải công nghệ mạ

Qua thực tế trong những năm gần nay cho thấy Việt Nam là một nước có tốc độ phát triển kinh tế cao trong khu vực. Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hóa đất nước, chất thải công nghiệp cũng ngày một gia tăng về khối lượng, đa dạng về chủng loại gây ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sức khỏe của con người, đòi hỏi con người phải có nhận thức đúng đắn và đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý nhằm phát triển kinh tế song song với việc bảo vệ môi trường sống của chính mình. Ngày nay, kỹ thuật mạ kim loại đã trở thành một ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ ở hầu hết các nước trên thế giới. Nước ta cũng 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 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.

1.CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỀ MẶT (XI MẠ)

Công nghệ xử lý bề mặt (xi mạ) thường bao gồm cá công đoạn sau:

- Bề mặt vật liệu phải đư ợc làm sạch để lớp mạ có độ bám dính cao

và không có khuyết tật Để làm sạch bề mặt trư ớc hết phải dùng

các chất tẩy rư ûa như các dung môi hư õu cơ hoặc dung dịch kiềm

nóng Dung môi thư ờng đư ợc sư û dụng là hydrôcacbon đã đư ợc clo

hóa như tricloetylen, percloetylen Dung dịch kiềm thư ờng là hỗn

hợp của xút và sôđa trinatri photphat, popyphotphat, natri silicat và

chất hoạt động bề mặt (tạo nhũ)

- Hoạt hóa bề mặt của vật liệu bằng cách nhúng chúng vào dung

dịch axit loãng như HCl và H2SO4 ,nếu mạ với dung dịch chư ùa

xianua thì đư ợc nhúng vào dung dịch natrixianua

- Giai đoạn mạ đư ợc tiến hành sau đó ,dung dịch mạ ngoài muối kim

loại còn có chư ùa axit hoặc kiềm với trư ờng hợp mạ xianua

- Sau tư øng bư ớc vật liệu mạ đư ợc tráng rư ûa với nư ớc Nư ớc thải

trong quá trình mạ thư ờng chư ùa rất nhiều các ion kim loại , nhiều

axit cũng như kiềm

Sau từng bước, vật liệu mạ đều đ ược tráng rửa với nước Một số dung

dịch mạ cĩ các thành phần chủ yếu sau:

Dây chuyền công nghệ mạ:

2.CÁC NGUỒN GÂY ÔI NHIỄM

2.1 NƯỚC THẢI

2.1.1 NƯỚC MƯA CHẢY TRÀN

Loại nư ớc thải này là nư ớc mư a rơi, chảy trên bề mặt trên các công

trình phụ và trên mặt đất thuộc phạm vi của các công ty ,xí nghiệp mạ

Axit Muội Au Muội Ag

Mài nhẵn, đánh bĩng

ọc

Tẩy dầu, mỡ

Làm sạch bằng hố học và điện hố Làm sạch cơ học

Chất làm bĩng NiSO4

H3BO3

Zn(CN)2 ZnCl2 ZnO

NaCN NaOH

H3BO3

H2SO4 NaCN

CuSO4 Cu(CN)2

axit

Cu2+, axit CN-, axit

Vật cần mạ

Dung mơi

NaOH, HCl,

H2SO4

Nước thải Hơi dung mơi

Bụi kim loại Bụi, gỉ

Hơi, axit

Axit, kiềm

Trong quá trình chảy trên bề mặt nư ớc mư a có thể lôi kéo theo một số

các chất bẩn, bụi, cát Nư ớc mư a chảy tràn có thành phần tính chất ô

nhiễm nhẹ có thể xả thẳng vào hệ thống thoát nư ớc mư a chung của công

ty trư ớc khi thoát vào Hệ thống thoát nư ớc trong khu vư ïc

2.1.2 NƯỚC THẢI SINH HOẠT

Nư ớc thải sinh hoạt, thải ra tư ø hoạt động sinh hoạt của nhân viên ,

công nhân trong một công ty, loại nư ớc thải này có chư ùa các chất rắn lơ

lư ûng (SS), các chất hư õu cơ (BOD, COD), các chất dinh dư ỡng (N, P) và vi

khuẩn gây bệnh ecoli

2.1.3 NƯỚC THẢI SẢN XUẤT

là lư ợng nư ớc thải phát sinh trong quá trình sản xuất Vi dụ như nuớc thải

sản xuất trong 100 m3 nư ớc của một nhà máy tôn như sau

1 Nư ớc thải kiềm:

Nguồn thải :

* Phân xư ởng mạ : 41 m3/ngày đêm

* Phân xư ởng sơn : 16 m3/ngày đêm

2 Nư ớc thải acid:

Nguồn thải :

- Bể acid : 2 m3/ngày đêm

- Bể rư ûa acid : 25 m3/ngày đêm

3 Nư ớc thải Cromic:

Nguồn thải :

* Phân xư ởng mạ : 2 m3/ngày đêm

* Phân xư ởng sơn : 13 m3/ngày đêm

2.2 CHẤT THẢI RẮN

Là lư ợng chất thải phát xinh trong quá trình sản xuất, bất kỳ một nhà

máy xí nghiệp công nghiệp nào, hoạt động sản xuất đều ít nhiều sinh ra

như õng loại chất thải rắn khác nhau Ở xư ởng sản xuất các chất thải rắn

phát sinh trong quá trình hoạt động gồm có:

2.2.1 Rác thải sinh hoạt:

Sinh ra do các hoạt động sinh hoạt của công nhân viên trong các

công ty bao gồm: thư ïc phẩõm, rau quả dư thư øa, bọc nilon, giấy, lon, chai

Lư ợng chất thải rắn có thành phần chủ yếu là các chất hư õu cơ dễ phân

hủy

2.2.2 Chất thải công nghiệp: bao gồm các loại xỉ kẽm sau khi mạ, các

phế phẩm tôn

Xỉ kẽm Tôn phế phẩm :

2.2.3 Chất thải nguy hại:

Bùn thải Cromic trong quá trình xư û lý nư ớc thải Cặn xả tư ø bồn dầu:

Bao bì, thùng chư ùa, giẻ lau:

2.3 Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Hoạt động sản xuất của công ty có phát sinh chất ô nhiễm vào môi

trư ờng không khí Lư ợng khí phát thải ư ớc tính khoảng 16.600 m3/h Các

nguồn phát thải và chỉ tiêu cơ bản cụ thể như sau

- Khí thải lò hơi: Bụi, SO2, NOx, CO2

- Khí thải tư ø lò mạ kẽm vàbể tẩy axit: Bụi, HCl, Zn, Pb

- Phân xư ởng sơn: Dung môi hư õu cơ (Etylacetate, Xylen,

THC,… )

- Khu vư ïc lò mạ– phân xư ởng mạ kẽm: HCl

Ngoài ra, các phư ơng tiện vận chuyển ra vào các công ty,xí nghiệp

là các loại xe ôtô, xe tải vận chuyển nguyên vật liệu sản xuất sản phẩm

Nhiên liệu sư û dụng chủ yếu là xăng, và dầu diezel khi đốt cháy sẽ sinh ra

khói bụi gây ô nhiễm không khí Nguồn ô nhiễm này phân bố rải rác

không liên tục, tải lư ợng ô nhiễm không nhiều do đó không đáng kể

2.4 Ô NHIỄM NHIỆT

Trong quá trình hoạt động nhiệt thư øa chủ yếu phát sinh tư ø các máy

móc thiết bị Nhiệt độ môi trư ờng làm việc trong phạm vi phân xư ởng sản

xuất phát sinh chủ yếu do:

- Nhiệt thư øa phát sinh tư ø các máy móc thiết bị sản xuất khác;

- Bư ùc xạ nhiệt mặt trời xuyên qua trần mái tole vào như õng ngày nắng

gắt;

- Nhiệt tỏa ra do thắp sáng;

- Nhiệt tỏa ra do ngư ời;

- Quá trình tích tụ nhiệt trong nhà xư ởng do chư a đư ợc thông thoáng

tốt

Bên cạnh đó, do điều kiện khí hậu Nam Bộ khá nóng bư ùc, nhất là vào

các tháng mùa khô bư ùc xạ mặt trời xuyên qua mái tole vào như õng ngày

nắng gắt sẽ góp phần làm tăng nhiệt trong nhà xư ởng

Nhiệt độ trong nhà xư ởng cao sẽ làm ảnh hư ởng xấu đến sư ùc khỏe và

năng suất làm việc của công nhân, do đó cần có biện pháp để hạn chế

nhiệt thư øa trong nhà xư ởng tạo điều kiện làm việc tốt cho công nhân

2.5 Ô NHIỄM ỒN

Trong hoạt động sản xuất, tiếng ồn phát sinh tư ø các thiết bị , máy móc

Vì vậy trong quá trình xây dư ïng nhà xư ởng, các công ty cần chú ý đến

kết cấu nhà xư ỡng nhằm giảm đến mư ùc thấp nhất t iếng ồn trong quá trình

hoạt động

3.SƯ LÝ ÔI NHIỄM NƯỚC THẢI

3.1 XỬ LÝ NƯỚC THẢI ACID VÀ NƯỚC THẢI KIỀM

3.1.1 Trộn dòng nước thải acid và nước thải kiềm

Quá trình này đòi hỏi phải có đủ khả năng điều hòa cho hai dòng

nư ớc thải acid và kiềm để đạt đư ợc quá trình trung hòa

3.1.2 Trung hòa nước thải acid qua lớp đá vôi

Dòng chảy qua lớp đá vôi có thể là dòng chảy thuận hoặc ngư ợc

Để đảm bảo đủ thời gian lư u, thư ờng tải trọng thủy lư ïc tối đa cho hệ

thống thuận dòng thư ờng chọn 250 m3/m2.h Hàm lư ợng acid nên nhỏ hơn

0.6% H2SO4 vì acid H2SO4 phản ư ùng với đá vôi tạo thành lớp phủ trơ

CaSO4 và giải phóng khí CO2 làm hạn chế quá trình trung hòa

Tải trọng thủy lư ïc có thể lớn hơn 250 m3/m2.h đối với hệ thống

trung hòa ngư ợc dòng do sản phẩm trung hòa thư ờng là các cặn dễ lắng

rư ûa trôi ra khỏi lớp đá vôi tránh bít tắt

3.1.3 Trộn nước thải acid với chất kiềm hóa

Chất kiềm hóa cho quá trình trung hòa thư ờng sư û dụng dung dịch

vôi sư õa, vôi bảo hỏa, soda hoặc xút

Quá trình trung hòa phụ thuộc vào hóa chất kiềm hóa sư û dụng

Lư ợng hóa chất kiềm sư û dụng có thể xác định bằng cách định phân đơ n vị

thể tích mẫu chất thải sau khi đun sôi 15 phút bằng dung dịch kiềm hóa

có nồng độ loãng (chẳng hạn như dung dịch NaOH 0.5N) tới điểm

phenolphalein (tư ơng ư ùng với giá trị pH = 8.3)

3.1.4 Nước thải kiềm

Có thể sư û dụng các acid mạnh như HCl, H2SO4 để trung hòa nư ớc thải

kiềm Để vận hành dễ dàng và tốt hơn khi đầu vào có pH dao động lớn,

hóa chất có thể châm vào nư ớc thải theo bậc

3.1.5 Công nghệ trung hòa

Quá trình trung hòa có thể thư ïc hiện theo dạng sơ đồ liên tục hoặc

theo tư øng mẻ (mô hình tĩnh) Dạng tư øng mẻ thư ờng ư ùng dụng cho công

suất nhỏ ( 350 m3/ngày) Dạng liên tục thư ờng sư û dụng hệ thống điều

chỉnh pH tư ï động và bể điều hòa có thổi khí để xáo trộn Tốc độ khí tối

thiểu 0,3 – 0,9 m3/m2.phút ở độ sâu 3m nư ớc Nếu sư û dụng thiết bị trộn cơ

khí, năng lư ợng cần thiết cho xáo trộn là 0,04 – 0,08 kw/m3

Kiểm soát pH tư ï động cho dòng nư ớc thải là một trong như õng khó

khăn nhất cho quá trình vận hành do các lý do sau:

- Trong quá trình trung hòa acid hoặc bazơ mạnh, mối quan hệ

giư õa pH và hàm lư ợng hoặc lư u lư ợng chất phản ư ùng là không

tuyến tính, nhất là khi pH gần giá trị trung hòa

- pH đầu vào có thể dao động với tốc độ lớn (1 đơn vị pH/phút)

- Lư u lư ợng dao động lớn

- Lư ợng chất phản ư ùng châm vào tư ơng đối nhỏ đòi hỏi phải xáo

trộn hoàn toàn với thể tích nư ớc thải lớn trong khoảng thời gian

ngắn

Vì vậy để dễ dàng vận hành, cần thiết tiến hành châm hóa chất

thành nhiều bậc Ở bể trung hòa 1, pH nâng lên tư ø 3 – 4 Ở bể trung hòa

2, tiếp tục nâng pH lên tư ø 5 – 6 (hoặc bất cư ù giá trị mong muốn nào) Nếu

chế độ thải nư ớc dao động lớn về lư u lư ợng và pH, có thể sư û dụng thêm

bậc ba

3.2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÓ CHỨA CROMAT

Dung dịch nư ớc thải có chư ùa acid cromic có tính độc mạnh Cromat

là chất độc đối với môi trư ờng, trong nư ớc thải xi mạ thư ờng chư ùa acid

cromic với hàm lư ợng cao hơn mư ùc tiêu chuẩn nhiều lần Để loại trư ø ion

Cr6+ phải khư û chúng thành crom hóa trị 3 Cr3+ và sau đó loại trư ø chúng

bằng kết tủa hydroxide hoặc trao đổi ion Để oxy hóa ion cromat, ngư ời ta

thư ờng dùng các chất khư û như FeSO4, Na2SO3, Na2HSO3, SO2

Dung dịch đư ợc gọi là mất tính độc khi nồng độ acid cromic không

vư ợt quá 0.1 mg/l

3.2.1 Phương pháp kết tủa

Quá trình kết tủa thư ờng đư ợc ư ùng dụng cho xư û lý nư ớc tha ûi chư ùa

kim loại nặng Kim loại nặng thông thư ờng kết tủa ở dạng hydroxide khi

cho chất kiềm hóa (vôi, NaOH, Na2CO3… ) vào để đạt đến giá trị pH tư ơng

ư ùng với độ hòa tan nhỏ nhất Giá trị pH này thay đổi tùy theo kim loại

Độ hòa tan nhỏ nhất của crome ở pH = 7,5 Ở ngoài giá trị đó, hàm lư ợng

hòa tan tăng lên

Đối vơí chrome VI (Cr6+) cần thiết tiến hành quá trình khư û Cr6+

thành Cr3+ và sau đó kết tủa với vôi hoặc xút Hóa chất khư û thông thư ờng

cho xư û lý nư ớc thải chrome là ferrous sulphate (FeSO4), sidium meta

bisulfite Na2S2O3, sulfur dioxide SO2 Ferrous sulphate (FeSO4), sidium

meta bisulfite có thể ở dạng rắn hoặc dung dịch SO2 ở dạng khí nén trong

các bình chịu áp Quá trình khư û hiệu quả trong môi trư ơng pH thấp, vì vậy

các hóa chất khư û sư û dụng thư ờng dùng là các chất mang tính acid mạnh

trong quá trình khư û, Fe2+ sẽ chuyển thành Fe3+ Phản ư ùng tổng quát như

sau:

Cr6+ + Fe2+ + H+  Cr3+ + Fe3+

Cr3+ + 3OH-  Cr(OH)3

Quá trình khư û làm dung dịch CrO3 có màu nâu đỏ biến thành màu

xanh nhạt Cư ù 1kg CrO3 dùng 4kg FeSO4

Nếu sư û dụng meta bisulfite hoặc sulfur dioxide, ion SO32- chuyển

thành SO42-

Cr6+ + Na2S2O3 (hoặc SO2) + H+  Cr3+ + SO4

2-Cr3+ + 3OH-  Cr(OH)3  Trong phản ư ùng oxy hóa khư û, ion Fe2+ phản ư ùng với Cr6+, khư û Cr6+

thành Cr3+và oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ Phản ư ùng xảy ra nhanh ở pH nhỏ

hơn 3 Acid có thể đư ợc thêm vào để đạt pH thích hợp Sư û dụng FeSO 4 là

tác nhân khư û có điểm bất lợi khối lư ợng bùn sinh ra khá lớn do cặn

Fe(OH)3 tạo thành khi cho chất kiềm hóa vào Để thu đư ợc phản ư ùng

hoàn toàn cần thiết phải thêm lư ợng FeSO4 dư , khoảng 2.5 lần so với hàm

lư ợng tính toán trên lí thuyết

Khi s ử dụng Na2S2O3 hoặc SO2 làm tác nhân khư û, quá trình khư û

xảy ra do H2SO3 hình thành trong phản ư ùng H2SO3 phân ly theo phư ơng

trình khối lư ợng:

   

3 1 72 10







 , SO

H

HSO H

 Ở pH 4 chỉ 1% sulfite ở dạng H2SO3, khi đó phản ư ùng xảy ra rất

chậm Trong quá trình phản ư ùng, cần thêm lư ợng acid để trung hòa

NaOH hình thành Phản ư ùng phụ thuộc nhiều vào pH và nhiệt độ

 Ở pH2 phản ư ùng xảy ra tư ùc thời với lư ợng hóa chất theo lý thuyết

Lư ợng hóa chất theo lý thuyết để khư û 1 ppm Cr là 2,81 ppm

Na2S2O3 (97,5%); 1,52 ppm H2SO4, 2,38 ppm vôi (90%) hoặc 1,85

ppm SO2

 Ở pH = 8,0 – 9,9 Cr(OH)3 sẽ kết tủa Do có lư ợng oxy hòa tan (DO )

trong nư ớc thải, một lư ợng SO32- oxy hóa thành SO42-, vì vậy phải

tính đến lư ợng dư SO2 thêm vào

H2SO3 + ½ O2  H2SO4 Liều lư ợng dư 35 ppm SO2 đủ để phản ư ùng hàm lư ợng oxy có trong nư ớc

thải

Lư ợng acid cần thiết cho quá trình khư û Cr6+ phụ thuộc vào độ acid

của nư ớc thải nguyên thủy, pH của phản ư ùng khư û và loại hóa chất khư û sư û

dụng (SO2 sản sinh ra acid như ng Na2S2O3 thì không) Vì vậy để xác định

lư ợng acid cần dùng cần thiết tiến hành định phân mẫu tới pH thích hợp

bằng acid chuẩn độ

Xư û lý tư øng mẻ ư ùng dụng có hiệu quả kinh tế khi nhà máy xi mạ có

lư u lư ợng nư ùơc thải mỗi ngày 100 m3/ngày Trong xư û lý tư øng mẻ cần

dùng hai bể có dung tích tư ơng đư ơng lư ợng nư ớc thải trong một ngày

Một bể dùng để xư û lý, một bể làm đầy

Khi lư u lư ợng 100 m3/ngày, xư û lý theo mẻ không khả thi do dung

tích bể lớn Xư û lý dòng chảy liên tục đòi hỏi qua bể acid và k hư û, sau đó

qua bể trộn chất kiềm hóa và lắng Thời gian lư u nư ớc trong bể khư û phụ

thuộc vào pH, thư ờng lấy tối thiểu 4 lần so với thời gian phản ư ùng lý

thuyết Thời gian tạo bông thư ờng lấy khoảng 20 phút và tải trọng b ể

lắng không nên lấy  20m3/m2.ngày

Trong trư ờng hợp nư ớc rư ûa có hàm lư ợng chrome thay đổi đáng kể

cần thiết có bể điều hòa trư ớc bể khư û để giảm thiểu dao động cho hệ

thống châm hóa chất

Trong vận hành hệ thống dòng liên tục đòi hỏi các trang thiết bị

điều khiển tư ï động như hệ thống điều khiển pH và thế oxy hóa khư û cho

bể khư û và điều khiển pH cho bể trộn chất kiềm hóa

3.2.2 Phương pháp trao đổi ion

Phư ơng pháp này thư ờng đư ợc ư ùng dụng cho xư û lý nư ớc thải xi mạ

để thu hồi chrome Để thu hồi acid chromic H2CrO4 trong các bể xi mạ,

cho dung dịch thải H2CrO4 qua cột trao đổi như ïa cation acid mạnh

(HRmạnh) để khư û các ion kim loại (Fe, Cr3+, Al… ) Dung dịch sau khi qua

cột trao đổi có thể quay trở lại bể xi mạ hoặc bể dư ï trư õ Do hàm lư ợng

chrome trong bể xi mạ khá cao, vì vậy để có thể trao đổi hiệu quả nên

pha loãng nư ớc thải H2CrO4 và sau đó bổ sung H2CrO4 cho dung dịch thu

hồi

Đối với nư ớc thải rư ûa, đầu tiên cho qua cột như ïa cation acid mạnh

để khư û các ion kim loại Dòng ra tiếp tục qua cột như ïa anion kiềm mạnh

để thu hồi chromate và thu nư ớc khư û khoáng Cột trao đổi anion hoàn

Na2CrO4 và NaOH Hỗn hợp này cho chảy qua cột trao đổi cation để thu

hồi H2CrO4 về bể xi mạ H2CrO4 thu hồi tư ø dung dịch đã hoàn nguyên có

hàm lư ợng trung bình tư ø 4 – 6% Lư ợng dung dịch thu đư ợc tư ø quá trình

hoàn nguyên cần phải trung hòa bằng các chất kiềm hóa, các kim loại

trong dung dịch kết tủa và lắng lại ở bể lắng trư ớc khi xả ra cống

4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

4.1 NƯỚC MƯA CHẢY TRÀN

Nư ớc mư a chảy tràn có thành phần tính chất ô nhiễm nhẹ có thể xả

thẳng vào hệ thống thoát nư ớc mư a chung của các công ty xư û lý qua

trư ớc khi thoát vào hệ thống thoát nư ớc trong khu vư ïc

4.2 NƯỚC THẢI SINH HOẠT

Nư ớc thải sinh hoạt đư ợc xư û lý cục bộ bằng bể tư ï hoại 3 ngăn

Nguyên tắc hoạt động của bể này là lắng cặn và phân hủy kỵ khí cặn

lắng Hiệu quả xư û lý theo chất lơ lư ûng đạt 65 - 70% và theo BOD5 là 60

-65%

4.3 NƯỚC THẢI SẢN XUẤT

4.3.1 Quy trình công nghệ xử lý nước thải

4.3.1.1 Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước thải sản xuất

Sau khi tiến hành khảo sát và kiểm tra hiện trạng của tất cả các công

trình và thiết bị hiện có trong hệ thống, công ty đã nhất trí đầu tư cải tạo

quy trình xư û lý như sau:

Bể chư ùa nư ớc

thải acid Bể chư ùa nư ớcthải kiềm

Bể trung hòa

Bể lắng 1

Nư ớc thải acid Nư ớc thải kiềm

Bể lắng bổ sung

Sân phơi bùn Bùn khô

Mư ơng tiếp nhận

HÌNH 4.1 - Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải kiềm và acid