Đánh giá sự ô nhiễm trong nước thải mạ và nghiên cứu chế tạo vật liệu phèn sunphat sắt dùng cho xử lý nước thải công ty ống thép hòa phát

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN THANH TUÂN ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI MẠ VÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN THANH TUÂN

ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI

MẠ VÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHÈN SUNPHAT SẮT DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY ỐNG THÉP HÒA PHÁT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên - 2014

Trang 2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN THANH TUÂN

ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI

MẠ VÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHÈN SUNPHAT SẮT DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY ỐNG THÉP HÒA PHÁT

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

Mã số ngành : 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS TRỊNH LÊ HÙNG

Thái Nguyên– 2014

Trang 3

LờI CAM ĐOAN

Sau thời gian nghiên cứu và thực tập tại phòng thí nghiệm Trung tâm Công nghệ Môi trường Việt Nhật, cùng với sự giúp đỡ của giáo viên hướng

dẫn PGS TS Trịnh Lê Hùng, em đã chọn đề tài: “Đánh giá sự ô nhiễm trong nước thải mạ và nghiên cứu chế tạo vật liệu phèn sun phát sắt dùng cho xử

lý nước thải Công ty ống thép Hòa Phát” làm Luận văn tốt nghiệp

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của bản thân em với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô hướng dẫn và các bạn cán bộ tại phòng thí nghiệm tại trung tâm Nếu có bất kỳ sự sao chép nào, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Học viên

Nguyễn Thanh Tuân

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS

TS Trịnh Lê Hùng và các thầy cô đã hướng dẫn em trong suốt quá trình học

tập, nghiên cứu, thực tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Đánh giá sự ô nhiễm trong nước thải mạ và nghiên cứu chế tạo vật liệu phèn sun phát sắt dùng cho xử lý nước thải Công ty ống thép Hòa Phát” Sự giúp đỡ

của Thầy, Cô đã giúp em vượt qua khó khăn để hoàn thành tốt luận văn này

Em cũng xin được cám ơn các thầy cô giáo Khoa Môi Trường – Trường Đại Học Nông lâm Thái Nguyên đã tân tình dạy dỗ và truyền đạt kiến thức cho em trong những năm học tại trường

Em xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Trung tâm Công nghệ Môi trường đã tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình em trong suốt thời gian thực tập và viết luận văn tại trung tâm Những kiến thức thực tiễn có ý nghĩa to lớn đã giúp em nâng cao trình độ chuyên môn và cho phép em hoàn thành luận văn này

Học viên

Nguyễn Thanh Tuân

Trang 5

MụC LụC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC HÌNH x

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

2.1 Mục tiêu tổng quát: 2

2.2 Mục tiêu cụ thể: 3

3 Yêu cầu của đề tài 3

4 Ý nghĩa của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Cơ sở pháp lý, lý luận 4

1.1.1 Cơ sở pháp lý 4

1.1.2 Cơ sở lý luận 5

1.2 Đặc điểm của ngành mạ nhúng nóng trên thế giới và Việt Nam 7

1.2.1 Lịch sử hình thành công nghệ mạ nhúng nóng 7

1.2.2 Giá trị của mạ nhúng nóng 8

1.2.3 Ứng dụng của công nghệ mạ nhúng nóng 10

1.2.4 Quy trình công nghệ mạ nhúng nóng 11

1.2.5 Hiện trạng ô nhiễm môi trường: 13

1.2.6 Tác hại và khả năng ô nhiễm do bùn thải gây ra đối với môi trường [5] 17

1.3 Các chất keo tụ, trợ keo tụ và hấp phụ 18

Trang 6

1.4 Các loại phèn được dùng trong xử lý sơ bộ đối với nước thải của thế giới và

Việt nam [4] 22

1.5 Giới thiệu về sắt (III) hydroxyt 26

1.5.1 Đặc tính sắt (III) hydroxyt (Fe(OH)3) [6] 26

1.5.2 Giới thiệu về phèn sắt Polytetsu 27

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 Đối tượng nghiên cứu 28

2.2 Phạm vi và thời gian nghiên cứu 28

2.3 Nội dung nghiên cứu 29

2.3.1 Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường 29

2.3.2 Nghiên cứu khả năng kết tủa và thực hiện các phản ứng sắt (III) hydroxyt với Axít sunfuric 29

2.3.3 Đánh giá hiệu quả của phèn sắt sunphat 29

2.4 Phương pháp nghiên cứu 29

2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp 29

2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 30

2.4.3 Phương pháp lấy mẫu 30

2.4.4 Một số chỉ tiêu phân tích chất lượng nước 31

2.4.5 Phương pháp lấy mẫu nước 32

2.4.6 Bố trí thí nghiệm nước thải nhà máy giấy 33

2.4.7 Phương pháp thực nghiệm 33

2.5 Ứng dụng sản phẩm 36

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Đánh giá ô nhiễm nước thải mạ công ty Ống thép Hòa Phát 38

3.1.1 Giới thiệu công ty ống thép Hòa Phát 38

3.1.2 Công nghệ sản xuất của Nhà máy 39

3.1.3 Nguồn phát sinh ô nhiễm 41

Trang 7

3.2 Đánh giá khả năng kết tủa và thực hiện các phản ứng sắt (III) hydroxyt với Axít

sunfuric 51

3.2.1 Xác định thành phần hóa học các kim loại trong bột hydroxyt thu hồi từ bột sắt nhà máy ống thép Hòa Phát 51

3.2.2 Chế tạo phèn Polytetsu [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m 53

3.2.3 Phân tích xác định thành phần của sản phẩm 54

3.2.4 Đánh giá khả năng thủy phân tạo bông của polytetsu tự chế tạo 56

3.3 Đánh giá hiệu quả của phèn sắt(III) sunphat 57

3.3.1 So sánh với một số vật liệu phèn nhôm PAC trên thị trường hiện có và Phèn sắt (III)sunphat 57

3.3.2 Đánh giá khả năng sản xuất và bảo quản 62

3.3.3 Đánh giá khả năng ứng dụng thực tế 63

3.3.4 Đánh giá triển vọng 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

1 Kết luận 64

2 Kiến nghị 65

Trang 8

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường

BOD Nhu cầu oxi sinh hóa

BQL Ban quản lý

COD Nhu cầu oxi sinh học

CHXHCN Cộng hòa xã hội chủ nghĩa

PAV Poly Alumin Clorua

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

VIFOTEC Vietnam fund for supporting technological

creations (Quỹ hỗ trợ sáng tạo Kỹ thuật Việt Nam)

Trang 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu phân tích nước mặt 31

Bảng 3.1 Kết quả phân tích mẫu nước thải sinh hoạt 45

Bảng 3.2 Thành phần nước thải sản xuất trước xử lý 49

Bảng 3.3 kết quả phân tích nước thải mạ 47

Bảng 3.4 Kết quả phân tích nước thải sau xử lý 50

Bảng 3.5 Kết quả kiểm tra sắt trong bột sắt thải 52

Bảng 3.6 Các tỉ lệ hóa chất dùng trong điều chế phèn sắt polytetsu 53

Bảng 3.7 Kết quả chế tạo phèn sắt polytetsu phối trộn H2O: H2SO4 53

Bảng 3.8 Kết quả phân tích thành phần hóa học của polytetsu trên thị trường và sản phẩm điều chế được 55

Bảng 3.9 Khảo sát quá trình đông keo tụ khi chỉ sử dụng chất keo tụ nồng độ phèn sắt (III) sunphat với hàm lượng thay đổi để xác định tốc độ lắng (trong 100ml mẫu nước thải giấy) 56

Bảng 3.10 Độ đục (NTU) và tỉ lệ tăng, giảm độ đục (%) theo thời gian keo tụ bằng phèn nhôm PAC 57

Bảng 3.11 Biến động pH và hàm lượng AL (mg/l) theo thời gian sau xử lý hóa chất58 Bảng 3.12 Độ đục (NTU) và tỉ lệ tăng, giảm độ đục (%) theo thời gian keo tụ bằng sản phẩm phèn Sắt chế tạo 59

Bảng 3.13 Biến động pH và hàm lượng Fe tổng (mg/l) theo thời gian sau xử lý hóa chất 60

Bảng 3.14 Tính chi phí sản xuất 1kg phèn 62

Trang 10

DANH MỤC HÌNH

Trang Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ mạ ống kẽm nhúng nóng 12

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ[1] 13

Hình 2.1 Đường chuẩn Fe 34

Hình 2.2 Đường chuẩn Mn 35

Hình 2.3 Đường chuẩn NH4+ 35

Hình 2.4 Đường chuẩn COD 36

Hình 3.1 Vị trí và giới hạn tọa độ tiếp giáp của Công ty được thể hiện trong hình sau 38

Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy ống Thép Hòa Phát 40

Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải Công ty ống thép Hòa Phát 47

Hình 3.4 Biểu đồ COD trong nước thải công Mạ 48

Hình 3.5 Biểu đồ BOD trong nước thải công Mạ 49

Hình 3.6 Biểu đồ Fe trong nước thải công Mạ 49

Hình 3.7 Thành phần bùn thải 52

Trang 11

Mở ĐầU

1 Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, thực trạng môi trường hiện nay tại các đô thị lớn và các khu công nghiệp đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng và 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 được đặt ra ở hầu hết các quốc gia trên thế giới Việc đẩy mạnh và phát triển của ngành công nghiệp trong nước kéo theo lượng chất thải công nghiệp ngày một gia tăng nhiều hơn cả về số lượng lẫn chủng loại

Ở nước ta vài năm trở lại đây 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 phải được giải quyết triệt để

Nước thải phát sinh trong quá trình mạ kim loại thường chứa hàm lượng các kim loại nặng rất cao như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua ….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 xi mạ kim loại, nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực

Trang 12

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

Hiện nay, tại nhiều cơ sở mạ, vấn đề môi trường không được quan tâm đúng mức, chất thải sinh ra từ các quá trình sản xuất và sinh hoạt không được xử

lý trước khi thải ra môi trường nên gây ô nhiễm môi trường trầm trọng

Kết quả các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trường ở nước ta cho thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ kim loại có quy mô vừa và nhỏ, áp dụng công nghệ cũ và lạc hậu Trong quá trình sản xuất, tại các cơ sở này, vấn đề xử

lý ô nhiễm môi trường còn chưa được xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý còn mang tính hình thức, chiếu lệ, bởi việc đầu tư cho xử lý nước thải khá tốn kém và việc thực thi Luật Bảo vệ môi trường chưa được nghiêm minh

Quá trình xử lý nước thải nghành mạ cũng tạo ra lượng bùn rất lớn, chủ yếu là các hydroxyt kim loại Các loại bùn thải này thường xử lý tiếp bằng cách chôn lấp thì trong quá trình chuyển hóa của tự nhiên, các kim loại lại có thể bị tan ra hòa vào nguồn nước Vì vậy nếu có thể tận dụng để tạo ra những chế phẩm khác nhau và được sử dụng cho các mục đích khác nhau thì cũng là một hướng

đi rất có lợi cho môi trường Chúng tôi đã thử nghiệm tận dụng phế liệu sắt (III) hydroxyt để chế tạo ra một loại phèn sắt tương đương như đã có trên thị trường hiện nay

2 Mục tiêu của đề tài

2.1 Mục tiêu tổng quát:

Nghiên cứu chế tạo phèn sunphat sắt đi từ sắt (III) hydroxyt của bùn thải của một số nhà máy mạ Từ đó giảm thiểu mức độ ô nhiễm do hoạt động sản xuất ngành mạ ra môi trường

Trang 13

2.2 Mục tiêu cụ thể:

- Đánh giá tính ưu việt khi sử dụng phèn sắt so với phèn nhôm PAC trong

xử lý nước nói chung và xử lý nước thải nói riêng

- Đánh giá khả năng ứng dụng phèn sắt trong các công đoạn xử lý nước thải

- Đánh giá tính hiệu quả sản xuất phèn sắt từ bùn thải thành hàng hóa

3 Yêu cầu của đề tài

- Nghiên cứu ảnh hưởng của phèn sắt đến các quá trình trong xử lý nước thải

- Lấy mẫu phân tích, so sánh với sử dụng phèn nhôm PAC về hiệu quả xử

lý và hiệu quả kinh tế

- Phải ứng dụng được cho thực tế

4 Ý nghĩa của đề tài

Về khoa học: tìm hiểu cơ chế keo tụ và hấp phụ trong môi trường tự nhiên

Về thực tiễn: đây là bài toán có ý nghĩa về môi trường góp phần giải quyết theo hướng tái sử dụng các phế liệu thành thương phẩm

Trang 14

CHƯƠNG 1:

TổNG QUAN TÀI LIệU 1.1 Cơ sở pháp lý, lý luận

1.1.1 Cơ sở pháp lý

- Nghị định số 08/2005/NĐ-CP ngày 24/01/2005 về quy hoạch xây dựng;

- Nghị định 115/2008/NĐ-CP ngày 14/11/2008 của Chính phủ sửa đổi Nghị định 143/2003/NĐ-CP quy định về khai thác và bảo vệ công trình thủy lợi;

- Luật Đầu tư số 59/2005/QH11 do Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29/11/2005;

- Luật doanh nghiệp số 60/2005/QH11 Quốc hội nước CHXHCN Việt Nam thông qua ngày 29/11/2005;

- Luật Bảo vệ môi trường số 52/2005/QH11 do Quốc hội nước Cộng hoà

xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29/11/2005;

- Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09/08/2006 của Chính phủ về việc qui định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường;

- Nghị định số 21/2008/NĐ-CP ngày 28/02/2008 của Chính phủ về sửa đổi

bổ sung một số điều của Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09/08/2006 của Chính phủ về việc qui định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường;

- Nghị định số 179/2013/NĐ-CP ngày 14/11/2013 của Chính Phủ về Quy định xử lý vi phạm pháp luật trong lĩnh vực bảo vệ môi trường;

- Nghị định số 29/2011/NĐ-CP ngày 18/04/2011 của Chính phủ về đánh giá môi trường chiến lược, đánh giá tác động môi trường, cam kết bảo vệ môi trường;

- Thông tư số 26/2011/TT-BTNMT ngày 08/12/2008 của Bộ Tài nguyên

và Môi trường Quy định chi tiết một số điều nghị định 29/2011/NĐ – CP của

Trang 15

Chính phủ ngày 18/04/2011 về đánh giá tác động môi trường chiến lược, đánh giá tác động môi trường và cam kết bảo vệ môi trường;

- Thông tư số 12/2011/TT-BTNMT ngày 14/04/2011 của Bộ Tài nguyên

và Môi trường quy định về quản lý chất thải nguy hại;

- Quyết định số 22/2006/QĐ-BTNMT ngày 18/12/2006 của Bộ trưởng Bộ Tài Nguyên và Môi trường về việc “Bắt buộc áp dụng quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam về Môi trường”;

- Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 do Quốc hội ban hành ngày 21/06/2012;

- Nghị định 201/2013/NĐ-CP ngày 27/11/2013 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành Luật Tài nguyên nước;

- Quyết định phê duyệt báo cáo ĐTM, văn bản xác nhận hoàn thành các

công trình bảo vệ môi trường của Khu Công nghiệp Phố Nối A

1.1.2 Cơ sở lý luận

a Khái niệm mạ nhúng nóng

Mạ nhúng nóng là một trong những công nghệ bề mặt bằng phương pháp phủ lên bề mặt kim loại một lớp kẽm mỏng bằng cách nhúng kim loại bảo vệ đã qua xử lý bề mặt vào một bể chứa kẽm nóng chảy Mạ nhúng nóng còn được gọi

là mạ kẽm [1]

Trong tất cả các kỹ thuật tạo bề mặt phổ biến cho thép thì mạ kẽm là phương pháp tạo bề mặt chống gỉ tốt nhất Trong quá trình mạ kẽm kim loại được nấu thành hợp kim với chất nền Vì thế lớp kẽm mạ sẽ không bị tróc ra như khi dùng sơn tạo ra lớp bảo vệ vĩnh cửu cho chất nền

b Khái niệm nước thải công nghiệp và nguồn tiếp nhận

Trang 16

- Theo QC40: 2011/BTNMT Nước thải công nghiệp là nước thải phát sinh từ quá trình công nghệ của cơ sở sản xuất, dịch vụ công nghiệp (sau đây gọi chung

là cơ sở công nghiệp), từ nhà máy xử lý nước thải tập trung có đấu nối nước thải của cơ sở công nghiệp[13]

- Nguồn tiếp nhận nước thải là: hệ thống thoát nước đô thị, khu dân cư; sông,

suối, khe, rạch; kênh, mương; hồ, ao, đầm; vùng nước biển ven bờ có mục đích

sử dụng xác định[13]

c Khái niệm chất keo tụ

Keo kị nước là hạt keo không kết hợp với các phần tử nước của môi trường

để tạo vỏ bọc hydrat, các hạt keo riêng biệt mang diện tích lớn và khi điện tích này được trung hòa thì độ bền của hạt keo bị phá vỡ Quá trình thủy phân các chất như phèn nhôm, phèn sắt trong nước làm cho các phần tử mới hình thành liên kết lại với nhau tạo thành các khối bông phèn đồng nhất Ví dụ như ta dùng phèn sắt, sau khi thủy phân sẽ tạo ra các khối liên kết nhiều phần tử Fe(OH)3, Nhờ có diện tích bề mặt lớn, các bông phèn hấp phụ chọn lọc một số loại ion nào

đó hoặc có trong thành phần các ion của bông phèn, tạo thành các vỏ bọc ion Lớp vỏ ion này cùng với khối phân tử bên trong tạo thành hạt keo Bề mặt nhân keo mang điện tích của lớp ion gắn trên đó, có khả năng hút một số ion tự do mang điện tích trái dấu để bù lại một phần điện tích [6]

Keo háo nước là có khả năng kết hợp với phần tử nước tạo thành vỏ bọc

hydrat, các hạt keo riêng biệt mang điện tích bé và dưới tác dụng của các chất điện phân không bị keo tụ[6]

Ngoài ra người ta phân loại theo các dạng như sau:

- Keo phân tử là những phần tử lớn (polyme) tạo thành hạt keo

Trang 17

- Keo phân tán gồm nhiều phần tử phân tán(cát, đất sét) tạo thành hạt keo

- Keo liên kết gồm nhiều phần tử khác nhau liên kết với nhau tạo thành hạt keo

- Keo kỵ nước không tan, phân chia thành các hạt nhỏ, không ngậm dầu nước

d, Khái niệm các loại thép

Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,2 đến 1,7% C, dưới 0,8% S, P và Mn

và dưới 0,5% Si Thép tuy cứng nhưng dẻo hơn Gang, dễ rèn và dễ cán kéo Khi được làm nguội nhanh(tôi thép), trở nên rất cứng và khi được làm nguội chậm thép trở nên mềm hơn Có hai loại thép chính là thép Các bon và thép hợp kim

- Thép Cácbon được chia thành thép mềm, thép trung và thép cao Thép mềm chứa 0,2% C, dùng để làm vỏ xe ô tô, thép sợi, ống, đinh bulông Thép trung chứa 0,3 đến 0,6% C dùng làm dầm và sàn nhà, lò xo Thép C cao chứa 0,6 đến 1,7% C dùng làm dao, kéo, búa, đục, khoan

- Thép hợp kim hay còn gọi là thép đặc biệt, ngoài những tạp chất có sẵn trong thép C còn chứa 1 lượng lớn của 1 hay 1 số kim loại được đưa thêm vào như Al, Cr, Co, Mo, Ni, Mn, Ti,W,V, kim loại đất hiếm Kim loại cho thêm này truyền cho thép những tính chất đặc biệt Ví dụ như thép Crôm-Niken cứng, chịu nhiệt và không rỉ Thép Crôm-molipden và thép Crôm- vanadi đều cứng, bền ở nhiệt độ cao và áp suất cao dùng làm chi tiết của máy bay và máy nén Thép Vônfram cứng, dai và chịu nhiệt, dùng làm dụng cụ cắt gọt Thép silic dùng làm thiết bị điện như môtơ, máy phát, biến thế

1.2 Đặc điểm của ngành mạ nhúng nóng trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Lịch sử hình thành công nghệ mạ nhúng nóng

Năm 1742 khi một nhà hoá học người Pháp tên là Melouin, trong một lần trình bày tại Viện hàn lâm Pháp, đã miêu tả phương án bảo vệ bề mặt chi tiết sắt

Trang 18

thép bằng cách nhúng nó vào bể kẽm nóng chảy Năm 1836, Sorel là một nhà hoá học người Pháp đã nhận bằng sáng chế về phương pháp bảo vệ bề mặt sắt thép bởi lớp phủ kẽm bằng cách nhúng chi tiết vào bể kẽm nóng chảy sau khi đã

xử lý bề mặt chi tiết bởi axit sulfuric 9% và nhúng qua Amonium Chloride Một bằng sáng chế khác của nước Anh cũng đã được công nhận vào năm 1837 [1]

Từ năm 1850, mỗi năm nền công nghiệp mạ nhúng kẽm nóng ở Anh dùng 10.000 tấn kẽm cho việc bảo vệ sắt thép Mạ nhúng kẽm nóng để bảo về

bề mặt sắt thép đã được ứng dụng rộng rãi hầu hết trong mọi ngành của nền kinh

tế như truyền tải điện, giao thông vận tải, nhà máy giấy, nhà máy hoá chất Hơn 150 năm qua, mạ nhúng kẽm nóng đã chứng tỏ có một lịch sử thành công trong thương mại như một phương pháp chống ăn mòn trong vô số các ứng dụng khắp thế giới

Ngày nay, công nghệ mạ được áp dụng máy móc tự động hóa kết hợp quy trình sản xuất sạch hơn trong ngành mạ kẽm nhúng nóng Công nghệ mạ kẽm phát triển hơn trong sự cải tiến lớp mạ: khi có sự ngắt quãng hoặc hư hại ở lớp kẽm, bảo vệ Cathode sẽ hoạt động và đảm bảo rằng thép không bị ăn mòn Phần lớn các lớp phủ hữu cơ hoặc lớp sơn phụ thuộc vào khả năng chống thấm của nó, và trong vài trường hợp, là các sắc tố chống ăn mòn để bảo vệ thép khỏi

sự gỉ sét Các lớp này cung cấp rất ít hoặc không có sự bảo vệ thép bên trong khi

có sự ngắt quảng hoặc hư hại trên lớp bảo vệ này Do đó, sự ăn mòn bắt đầu hình thành và nhanh chóng lan rộng ra bên dưới lớp phủ Không có phần thép nào bị oxi hóa cho đến khi phần kẽm mạ cuối cùng bị oxi hóa hết[3]

1.2.2 Giá trị của mạ nhúng nóng

Trang 19

Dùng lớp phủ bảo vệ (hay gọi là bảo vệ rào chắn) để cách ly bề mặt kim loại tiếp xúc với chất điện dung trong môi trường ngoài là phương pháp cổ xưa nhất và được ứng dụng rộng rãi nhất trong việc bảo vệ chống ăn mòn Hai thuộc tích quan trọng nhất của lớp bảo vệ rào chắn là sự bám dính vào bề mặt kim loại nền và độ bền của lớp 2 phủ Sơn là một ví dụ điển hình về lớp bảo vệ rào chắn Bảo vệ cathode là một phương pháp quan trọng để tránh ăn mòn, bản chất của bảo vệ cathode là làm thay đổi phần tử của mạch ăn mòn, tạo nền một phần tử của mạch ăn mòn mới và đảm bảo rằng kim loại nền trở thành phần tử cathode của mạch này Mạ nhúng kẽm nóng là phương pháp đồng thời cung cấp được hai phương pháp bảo vệ chống ăn mòn đó là bảo vệ rào chắn và bảo vệ cathode

Từ lâu, kẽm đã được sử dụng để tạo lớp bảo vệ do tính chất của kim loại này (tốc độ ăn mòn của Zn từ 40-50g/m2/năm so với 400-500g/m2/năm của thép, với lại Zn mang điện thế + so với Fe trong quá trình ăn mòn điện hoá…), về nguyên tắc dù được tạo bằng phương pháp nào: Mạ điện phân, mạ nhúng nóng, mạ phun thì yếu tố quyết định đến tuổi thọ lớp Zn bảo vệ là độ dày lớp Zn được phủ [3]

Với những đặc tính ưu việt về lớp phủ bề mặt bảo vệ, Mạ nhúng nóng đang cho thấy nững giá trị hữu dụng Công nghệ nhúng kẽm nóng chảy đảm chất lượng kết cấu các công trình thép xây dựng trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

- Tạo lớp bảo vệ các kết cấu kim loại trong các môi trường không khí, biển, khí công nghiệp… Lớp phủ kẽm sau khi khô có hai chức năng bảo vệ:

+ Thứ nhất là chức năng bảo vệ thụ động (passive protection) với lớp màng chắn bảo vệ kim loại như các loại sơn truyền thống;

Trang 20

+ Chức năng thứ hai là bảo vệ chủ động (active protection) tức chức năng chống ăn mòn catốt (Cathodic protection), chức năng này có ở lớp phủ bảo vệ bằng mạ kẽm nhúng nóng (hot-dip galvanizing)

+ Phục hồi các chi tiết bị mài mòn: làm mới bề mặt sản phẩm khi bị tác động của các yếu tố môi trường

+ Tạo lớp bền chống mài mòn trên các chi tiết mới

+ Tạo lớp trang trí trên lớp nhựa, gỗ…

+ Phổ biến nhất vẫn là tạo lớp kẽm, nhôm chống ăn mòn trong các điều kiện khác nhau

1.2.3 Ứng dụng của công nghệ mạ nhúng nóng

Công nghệ nhúng kẽm nóng chảy chống ăn mòn kim loại cho các kết cấu thép được ứng dụng khá phổ biến tại các nước công nghiệp phát triển, nhưng ở nước ta đến 1989 mới được bắt đầu nghiên cứu triển khai với quy mô sản xuất và được thúc đẩy mạnh mẽ khi triển khai xây dựng đường dây tải điện 500kV Bắc Nam phục cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Vật liệu tương ứng và công nghệ nhúng kẽm đã được triển khai đúng lúc, đáp ứng được các yêu cầu chống ăn mòn, nâng cao chất lượng và tuổi thọ cũng như độ an toàn của các công trình kết cấu thép và đã được nhận giải 3 VIFOTEC năm đầu 1995

Đối tượng áp dụng chủ yếu là các công trình có kết cấu thép lớn như: Dàn khoan dầu khí, dầm cầu, dầm nhà thép, kết cấu cột thép cao, hệ thống cửa đập thuỷ điện, cửa van cống, vỏ tàu…cụ thể:

+ Lĩnh vực viễn thông: hệ thống các sản phẩm trong ngành bưu chính – viễn thông – truyền hình như: trạm BTS, cột anten, trụ anten,

+ Lĩnh việc điện lực: cột điện

Trang 21

+ Hiện các sản phẩm của mạ kẽm nhúng nóng tại Việt Nam chủ yếu là các phụ kiện đường dây tải điện được làm bằng thép, các tháp truyền hình, các

hộ lan can mềm bảo vệ đường giao thông, các cột đèn chiếu sáng đô thị

+ Mạ kẽm đã chứng minh tính năng bảo vệ ưu việt cho các công trình nên hầu như tất cả công trình của ngành điện hiện nay đều sử dụng sắt thép được

mạ kẽm nhúng nóng

- Tuổi thọ của lớp mạ:

Tuổi thọ phục vụ mong đợi được định nghĩa là tuổi thọ cho tới khi 5% bề mặt xuất hiện lớp gỉ sắt Thực tế sử dụng nhiều năm trước đây ở một số nước cho thấy với độ dày 100 - 150µm nói chung lớp mạ phun cho tuổi thọ 15 - 20 năm, nếu có một lớp sơn phủ hỗ trợ thường đạt 25 - 30 năm

Trong công nghiệp sản xuất dụng cụ cơ khí nói chung và các ngành gia công chế tạo kết cấu đang phát triển nói riêng thì công nghệ mạ bao gồm 2 loại hình công nghệ chính là mạ điện và mạ nhúng nóng Hai hình thức này tồn tại song song cùng với nhau, nhưng khác nhau về mức độ

1.2.4 Quy trình công nghệ mạ nhúng nóng

+ Quy trình công nghệ mạ:

Cũng vì vậy nước thải chủ yếu được xử lý bằng cách dùng vôi hoặc dùng xút để tạo kết tủa hydroxyt sắt và các kim loại khác được sục khí để tạo thành các kim loại có hóa trị cao nhất (ví dụ: sắt III hydroxyt) Sơ đồ xử lý như sau:

Trang 22

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ mạ ống kẽm nhúng nóng

Nguyên liệu đầu vào là các cấu kiện thép được cầu trục chuyển đến công đoạn làm sạch bề mặt bằng cách ngâm trong dung dịch xút và rửa bằng nước để tẩy sạch dầu mỡ Sau đó ngâm trong dung dịch HCl và rửa bằng nước để tẩy sạch rỉ sắt

Qua công đoạn tẩy sạch bề mặt, ống được ngâm trong bể trợ dung bằng dung dịch ZnCl2 để phủ mỏng ZnCl2 lên bề mặt cấu kiện thép Sau đó ống được đưa vào bể sấy khô bằng không khí nóng Tiếp theo ống sẽ được nhúng trong bể kẽm nóng chảy có nhiệt độ 4500C cấu kiện mạ từ bể kẽm, được thổi ngoài bằng khí nén có áp suất 6 bar, thổi trong ống bằng hơi nước có áp suất từ 8 đến 12 bar

để làm sạch lượng kẽm dư trên bề mặt cấu kiện Kẽm này được thu hồi về bể kẽm Sản phẩm mạ được làm nguội trong bể nước có nhiệt độ 700C [10]

+ Quy trình xử lý nước thải:

Nguyên liệu sắt trước khi mạ đầu tiên phải được tẩy sạch lớp rỉ sắt (Fe2O3) dầu mỡ bảo quản chống rỉ bằng kiềm nhằm hòa tan hầu hết dầu mỡ, Sau đó lớp

rỉ (oxit sắt Fe2O3) phải được tẩy bằng axit thường là axit sunfuric (H2SO4) để hòa tan thành dạng dung dịch muối sắt (III) theo phản ứng sau:

Trang 23

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2 (SO4)3 + 3H2O

Đương nhiên trong quá trình tiếp xúc với axit các phần tử kim loại cũng tác dụng với axit cho các muối Sắt (II) theo phản ứng sau:

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

Các kim loại có trong thành phần của thép như Mn, Al, Cr, Co, Mo, Ni, Ti, W,

V, kim loại đất hiếm trong thép chiếm tỷ lệ rất nhỏ cũng sẽ bị axit hòa tan tạo các muối kim loại tương ứng nhưng ở mức độ thấp hơn nhiều so với sắt [14]

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ[4]

1.2.5 Hiện trạng ô nhiễm môi trường:

Kết quả các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trường ở nước ta cho thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở mạ có quy mô nhỏ và vừa áp dụng công nghệ cũ

Trang 24

và lạc hậu, lại tập trung chủ yếu tại các thành phố lớn, như Hà Nội, Hải Phòng,

TP Hồ Chí Minh, Biên Hòa (Đồng Nai)… Trong quá trình sản xuất, tại các cơ sở này (kể cả các nhà máy quốc doanh hoặc liên doanh với nước ngoài), vấn đề xử lý

ô nhiễm môi trường còn chưa được xem xét đầy đủ hoặc việc xử lý còn mang tính hình thức, chiếu lệ, bởi việc đầu tư cho một hệ thống xử lý nước thải khá tốn kém nên việc thực hiện Luật bảo vệ môi trường chưa nghiêm minh [2]

Nước thải thường gây ô nhiễm bởi các kim loại nặng, như sắt, kẽm, crôm, niken, đồng… đều cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép; một số cơ sở

mạ điện tuy có hệ thống xử lý nước thải nhưng chưa chú trọng đầy đủ đến các thông số công nghệ của quá trình xử lý để điều chỉnh cho phù hợp khi đặc tính của nước thải thay đổi Tại Hà Nội, Bắc Ninh, Hưng Yên, kết quả phân tích chất lượng nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ điển hình ở cả 3 địa phương này cho thấy, hầu hết các cơ sở đều không đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép: hàm lượng kim loại nặng cao, chỉ tiêu về kim loại nặng vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép, COD dao động trong khoảng 320 – 885mg/lít do thành phần nước thải có chứa dầu, các kim loại ở trạng thái hòa tan do pH thấp…[1]

Hơn 80% nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ không xử lý Chính

nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường nước mặt ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng nước sông, hồ… Ước tính, lượng chất thải các loại phát sinh trong ngành công nghiệp xi mạ trong năm lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm Điều này cho thấy các khu vực ô nhiễm và suy thoái môi trường ở nước ta sẽ còn gia tăng nếu không kịp thời đưa ra các biện pháp hữu hiệu

- Các nguồn gây ô nhiễm:

Trang 25

+ Đối với chất thải lỏng: Nước thải của quá trình sản xuất được tập hợp và

xử lý tại Trạm xử lý nước thải tập trung được xây dựng tại nhà máy Nước sau

xử lý đạt tiêu chuẩn trong cột B của TCVN trước khi chảy ra môi trường

+ Đối với chất thải rắn: Bao gồm bùn thải, xỉ kẽm, tro bụi kẽm Bùn thải của quá trình sản xuất được thu gom và chứa vào kho chứa bùn theo quy định và được vận chuyển xử lý theo định kỳ 1 tháng 1 lần Xỉ kẽm và tro kẽm được lưu giữ theo quy định trước khi bán cho đơn vị thu mua

+ Đối với chất thải khí: Nhà máy cho lắp đặt hệ thông thu hồi khói kẽm bụi kẽm trong khu vực sản xuất

Vậy có thể nói, khí thải, nước thải, các bụi tro kẽm, các nhà máy đã có các phương án xử lý hiệu quả các chất gây ô nhiễm trong qui trình mạ tại các nhà máy Nhưng bùn thải sinh ra trong quá trình xử lý nước thải là vấn đề khá nhức nhối chưa có biện pháp xử lý triệt để Hiện tại hầu hết các nhà máy thường giải quyết lượng bùn thải này bằng cách ký các hợp đồng vận chuyển phế thải với công ty Urenco địa phương vận chuyển đi chôn lấp[1]

Đặc trưng chung của nước thải ngành mạ điện là chứa các hàm lượng cao các muối vô cơ của kim loại nặng Tuỳ theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm chính có thể là kẽm, crôm, hoặc niken và cũng tuỳ thuộc vào loại muối kim loại sử dụng mà nước thải có chứa các độc tố khác như, muối clorua, muối sunfat Trong nước thải xi mạ thường có sự thay đổi pH rất rộng từ rất axít (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 bông, chất hoạt động bề mặt… nên chỉ số COD, BOD của nước thải mạ điện thường nhỏ và không thuộc

Trang 26

đối tượng xử lý Đối tượng xử lý chính trong nước thải mạ điện là các muối kim loại nặng như sắt, mangan, niken, Kẽm ….[8]

- Độc tính một số hóa chất sử dụng trong công nghệ xi mạ kẽm nhúng nóng [5]

+ Axit clohydric HCl:

Là dung dịch không màu hoặc có màu vàng nhạt do lẫn muối sắt hóa trị ba Bốc khói trong không khí Là chất có độ axit mạnh, gây ăn mòn nhanh, khi axit dính vào niêm mạc, da gây bỏng, rát ngứa nếu hít phải hơi gây kích thích đường

hô hấp trên nồng độ 35ppm trong không khí gây ngứa họng ngay sau khi tiếp xúc Nồng độ 1000ppm trong không khí gây nguy hiểm khi tiếp xúc

+ Axit nitric HNO 3 :

Là chất lỏng, trong không màu, bốc khói trong không khí, có tính ăn mòn mạnh Hơi axit nitơric kích thích niêm mạc cơ, mắt, đường hô hấp trên và da, khi tác dụng với một số kim loại giải phóng oxit nitơ rất độc

+ Xút NaOH :

Là chất rắn màu trắng đục, dễ chảy rữa trong không khí, tác dụng ăn mòn mạnh và có tên là xút ăn da Cả chất rắn và dung dịch của xút là chất ăn mòn rất mạnh đối với tế bào cơ thể và triệu chứng rất hiển nhiên Gây bỏng rất sâu, rất khó lành và khi lành để lại sẹo rất xấu Tiếp xúc với dung dịch loãng lâu ngày cũng gây hư da, viêm da, không khôi phục được Hít phải dung dịch xút hoặc hơi xút làm gây đường hô hấp gây tổn thương phổi Khi bị bỏng bởi xút dùng vòi nước rửa sạch xút nhưng tránh làm hủy hoại thêm vết thương Nếu bị văng vào mắt thì phải rửa sạch bằng nước ấm trong khoảng 15 phút sau khi sơ cứu phải đưa đi bệnh viện cấp cứu [8]

+ Các hợp chất của kẽm ZnO, ZnSO 4 , ZnCl 2 :

Trang 27

Kẽm oxit (ZnO), kẽm sunfat(ZnSO4), kẽm clorua(ZnCl2) là chất ít độc nhưng khi hít phải khói của oxit kẽm thì bị mắc bệnh gọi là “cảm đồng thau”, nếu hít phải các loại khói của kẽm clorua sẽ bị bị tổn thương phổi Các muối kẽm tan có vị kim loại mạnh, lượng nhỏ muối kẽm gây ói, mửa, và nhiều hơn sẽ gây

ói mạnh và gây xổ

Hít phải khói clorua kẽm lâu ngày gây ra tổn thương niêm mạc hô hấp và gây ra chứng xanh tái Kẽm clorua có tính ăn mòn nên gây ra lở loét ngón tay, bàn tay, cánh tay cho những người tiếp xúc lâu ngày[8]

+ Các hợp chất niken NiO, NiCl 2 , NiSO 4 7H 2 O, Ni(NO 3 ) 2 :

Oxyt niken NiO, niken chlorua NiCl2, niken sunphát NiSO4.7H2O, niken nitrat Ni(NO3)2 Các hợp chất của niken được coi chất gây nhiễm độc hệ thống Thử một lượng lớn 1 - 3mg/1kg đối với chó cho thấy niken gây ra rối loạn tiêu hóa, co giật, ngạt thở Niken tìm thấy trong tóc người tiếp xúc lâu ngày với các hợp chất của niken Hiệu ứng chung cho những người tiếp xúc thường xuyên với muối niken là bị ngứa Viêm da thường xảy ra đối với những người mạ, đặc biệt

dễ xảy ra ở môi trường có độ ẩm và nhiệt độ cao, chủ yếu nơi thương tổn trên cơ thể là tay và cánh tay Nikel cacbonyl gây kích thích phổi và gây ra ngạt thở

1.2.6 Tác hại và khả năng ô nhiễm do bùn thải gây ra đối với môi trường [11]

Đặc trưng của bùn thải là có đường kính nhỏ hơn 1mm Do đó, bùn thải khi khô dễ phát tán bụi vào không khí gây ô nhiễm, tiếp xúc thường xuyên với bụi này gây ra các bệnh về da, mắt Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, gây mất độ nhờn làm khô da, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy, loét mủ ở các viết thương hở…

Trang 28

Đặc biệt, khả năng gây ra ô nhiễm nguồn nước ngầm khi chôn lấp bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài Lượng bùn này phát tán mùi hôi, hơi hóa chất làm ô nhiễm, ăn mòn vật liệu

1.3 Các chất keo tụ, trợ keo tụ và hấp phụ

Bản chất của quá trình keo tụ [4]

Trong nước thải thường có các hạt huyền phù, bùn lơ lửng, vi sinh vật phù

du, các sản phẩm phân hủy hữu cơ… chúng có kích thước nhỏ không thể tự lắng được, gây mùi, màu làm ô nhiễm nguồn nước Các hạt có kích thước nhỏ tham gia vào chuyển động nhiệt cùng với phân tử nước, tạo thành hệ keo phân tán trong toàn bộ thể tích nước Với tính chất này của các hạt huyền phù trong tự nhiên, người ta thường bổ xung thêm phèn vào nước để làm mất tính chất ổn định cho hệ keo thiên nhiên đồng thời tạo ra hệ keo mới có khả năng kết hợp thành những bông cặn lớn, lắng nhanh, có hoạt tính bề mặt cao, khi lắng hoặc hấp phụ kéo theo các chất huyền phù (chất ô nhiễm) Trong xử lý nước thường gặp hai loại keo: keo kị nước và keo háo nước

Cấu tạo của hạt keo:

Hạt keo là một tổ hợp các phần tử của một chất hòa tan trong nước Do diện tích bề mặt rất lớn của tổ hợp phần tử, nên chúng có khả năng hấp thụ ưu tiên một loại ion cùng dấu, hoặc có trong thành phần các ion trong tổ hợp hoặc gần giống một trong các ion của tổ hợp về tính chất và kích thước

Trang 29

Tùy vào nguồn gốc, thông thường cặn lơ lửng trong nước có thể mang điện tích âm hoặc dương Xung quanh khối liên kết phần tử ban đầu có hai lớp ion mang điện tích trái dấu bao xung quanh hay còn gọi là điện tích kép Lớp ion ngoài cùng do lực liên kết yếu nên thường không đủ điện tích chung với lớp điện tích bên trong vì vậy hạt keo luôn mang điện tích nhất định Để cân bằng điện tích trong môi trường (ở đây là môi trường nước), hạt keo lại thu hút các ion trái dấu ở trạng thái khuếch tán

Nếu hạt keo trong trạng thái nằm trong trạng thái tĩnh thì điện tích của hạt được bù bởi điện tích của lớp khuyếch tán, nhưng do chuyển động Browr, nên nhân và lớp điện tích kép (hạt) không chuyển động cùng lớp khuếch tán (vì nó nằm cách xa nhân nên có kết cấu không chặt) do đó hạt keo trong nước luôn luôn

là hạt mang điện tích

- Điện thế E trên bề mặt của nhân gọi là thế nhiệt động, bằng điện tích của tất cả các ion của lớp bề mặt nhân

- Điện thế trên bề mặt của lớp điện tích kép gọi là thế điện động, còn gọi

là thế năng Zeta, bằng điện tích của lớp ion bề mặt và lớp ion đối được hấp thụ Điện thế nhỏ hơn điện thế E một trị số bằng tổng điện tích của các ion đối nằm trong lớp điện tích kép (hạt)

Tính chất của hệ keo kỵ nước:

Các hạt keo trong nước dưới tác dụng của lực khuếch tán do chuyển động browr có khuynh hướng phân bố đều trong toàn bộ thể tích, và khi kích thước của hạt keo bé, lực khuếch tán lớn hơn trọng lực của chúng, hạt luôn nằm trong tình trạng lơ lửng Các hạt keo ở trong nước khi va chạm nhau trong quá trình

Trang 30

khuấy trộn và chuyển động nhiệt chịu tác dụng đồng thời của hai lực ngược nhau:

- Lực hút phần tử Van der Waals giữa các hạt có khuynh hướng liên kết lại với nhau và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa chúng

- Lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt keo tích điện cùng dấu có khuynh hướng cản trở sự liên kết giữa các hạt và biến thiên theo quy luật hàm số mũ Khi hai hạt keo gần nhau thì ban đầu lực đẩy tĩnh điện lớn hơn, lực đẩy cực đại tại điểm cách xa giới hạn của hạt một khoảng cách nhất định Nếu các hạt keo dưới tác dụng của năng lượng động học khắc phục được lực cản này thì chúng sẽ xích lại gần nhau, lực hút phần tử giữa chúng sẽ tăng nhanh và các hạt dính kết được với nhau

Trạng thái của hệ keo khi bằng 0 gọi là trạng thái đẳng điện, còn trị số pH tương ứng với trạng thái đẳng điện gọi là điểm đẳng điện của hệ Theo lý thuyết keo tụ của Deriaghin, lực đẩy xuất hiện giữa hai hạt keo tích điện bé và đẳng điện tích không những có khả năng kết hợp với nhau mà còn có khả năng kết hợp với hạt mang điện của chất khác Như vậy việc trung hòa điện tích âm làm bẩn nước chỉ cần trung hòa điện tích các hạt keo tạo ra do thủy phân phèn, các hạt keo này dính kết lẫn nhau và dính kết với keo làm bẩn nước tạo thành những bông cặn lớn dễ dàng lắng và lọc

Trang 31

keo bằng các ion đối tăng nhanh khi tăng hóa trị của các ion này Tỉ lệ các ion tính gần đúng hóa trị I: Hóa trị II: Hóa trị III = 1:30: 1000

Khi keo tụ hệ keo bằng cách cho vào nước chất điện phân, điện thế của các hạt keo giảm dần có khi đến không Nhưng nếu tăng nồng độ của chất điện phân trong dung tích của hạt keo đổi dấu và thế năng của hạt tăng lên Từ đó ta thấy rằng nếu cho phèn vào nước nhiều hơn liều lượng cần thiết sẽ làm cản trở quá trình keo tụ

Có thể keo tụ hệ keo bằng cách đưa vào dung dịch một hệ keo mới, tích điện ngược dấu với hệ keo muốn keo tụ, lúc đó trong dung dịch xảy ra sự trung hòa lẫn nhau của các hạt keo tích điện trái dấu

Khi thực hiện quá trình keo tụ theo phương pháp này cần đảm bảo chính xác sự cân bằng tổng điện tích của hệ keo tụ

Do trong quá trình keo tụ một hỗn hợp các hệ keo khác nhau, ví dụ hỗn hợp keo thiên nhiên làm bẩn nước và keo tạo ra do thủy phân phèn, điều kiện keo tụ của hệ keo tạo ra do thủy phân phèn không trùng với điều kiện keo tụ của các keo thiên nhiên, cho nên lúc đầu chỉ một số cặn bông được tạo ra do sự kết hợp lẫn nhau của keo tự nhiên tích điện âm và keo thủy phân điện tích dương, còn về sau bông cặn tạo ra là do keo tụ hệ keo do phèn thủy phân, các bông cặn này có bề mặt hoạt tính phát triển nên chúng hấp phụ các keo tự nhiên làm bẩn nước, các chất hữu cơ hòa tan gây ra mùi vị của nước, và trong quá trình lắng, chúng thu hút các cặn kích thước bé lơ lửng trong nước

Trong thực tế phương pháp này được áp dụng rộng rãi để keo tụ cặn bẩn trong nước

Trang 32

Phèn thường dùng để lắng trong nước là phèn nhôm PAC và phèn sắt trong đó thành phần chủ yếu là nhôm sunfat (AL2(SO4)3, sắt(III) clorua FeCl3 đôi khi dùng sắt(III) sunfat Fe2(SO4)3 và sắt (II) sunfat FeSO4 Ưu điểm của loại phèn này là khả năng tạo ra hệ keo kị nước và khi keo tụ thì tao ra bông cặn có bề mặt hoạt tính phát triển cao, có khả năng hấp thụ, thu hút, dính kêt các tạp chất và keo làm bẩn nước

1.4 Các loại phèn được dùng trong xử lý sơ bộ đối với nước thải của thế giới và Việt nam [4]

Phèn dùng trong xử lý nước thải tại Việt nam

Từ trước tới nay, ở nước ta chất keo tụ được sử dụng để lắng trong nước sinh hoạt là nhôm sunfat (thường gọi là phèn đơn) hoặc nhôm kali, nhôm amon sunfat (thường gọi chung là phèn kép) hoặc dung dịch phèn nhôm mới là chất mới được tổng hợp ra gọi là polyalumin clorua (nhôm PAC)

Nhu cầu xử lý nước cấp cũng như nước thải rất cần một lượng phèn lớn, trong khi đó chúng ta vẫn chưa có công nghệ hoàn chỉnh để chế tạo ra các loại phèn đặc biệt là các chất keo tụ mới được thế giới phát hiện sản xuất và sử dụng trong những năm gần đây

Những phèn nhôm PAC truyền thống

Trước tiên là nhôm sunfat sản xuất từ axit sunfuric và một nguyên liệu khác chứa nhôm như đất sét, cao lanh, quặng bôxit, nhôm hydroxyt

Khi sử dụng nhôm hydroxyt, sản phẩm thu được có chất lượng tốt nhất: hàm lượng nhôm oxit Al2O3 có thể đạt tới 17% đồng thời hàm lượng sắt oxit

Fe2O3 có thể dưới 0,04% Khi dùng nguyên liệu chứa nhôm khác, chất lượng sản phẩm thường thấp hơn và tiêu hao nguyên vật liệu thường cao hơn

Trang 33

Công thức chung của nhôm sunfat là Al2(SO4)3.nH2O, thường gặp

Al2(SO4)3.18H2O chứa 15% Al2O3 Tùy theo điều kiện sản xuất, có thể thu được nhiều loại tinh thể nhôm sunfat hydrat hóa khác nhau trong đó giá trị của n có thể

là 18,16, 27,

Khi cho thêm kali sunfat vào quá trình phản ứng, ta thu được nhôm kali sunfat có công thức phân tử là Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O hay AlK(SO4)2 12H2O (phèn chua) Trường hợp dùng amôn sunfat, thu được phèn kép nhôm amôn có công thức phân tử là Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O hay Al(NH4)(SO4)2.12H2O Việt Nam mới có Tiêu chuẩn của đơn vị sản xuất, thường quy định chung là

Al2O3 > 10,3% mặc dù chất lượng phèn kép nhôm amôn luôn cao hơn 11,1%

Al2O3

Ở miền Bắc nước ta, sản xuất phèn đơn thường đi từ cao lanh; còn ở rniền Nam, lại sử dụng nguyên liệu nhôm hydroxyt Chất lượng các loại phèn nhôm PAC sản xuất trong nước tương đương với chất lượng các sản phẩm cùng chủng loại của nước ngoài Tuy nhiên, hiện nay, người ta bắt đầu quan tâm đến những chất keo tụ mới nhiều hơn vì ban thân nhôm sunfat bộc lộ một số nhược điểm:

- Làm giảm độ pH của nước sau xử lý, bắt buộc phải dùng vôi để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng

- Khi cho quá liều lượng cần thiết xảy ra hiệu tượng keo tụ bị phá huỷ làm cho nước đục trở lại Như vậy, khi độ đục, độ màu nước nguồn cao, nhôm sunfat kém tác dụng

- Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ, trợ lắng

- Hàm lượng nhôm tồn dư trong nước sau xử lý cao hơn so với khi dùng chất keo tụ khác và có thể cao hơn mức quy định vệ sinh (0,2mg/l)

Trang 34

Phèn sắt

Trong ứng dụng công nghiệp, clorua sắt (III) được sử dụng trong xử lý nước thải và sản xuất nước uống, FeCl3 bị thủy phân trong nước tạo thành một sắt (III) hydroxyt, hoặc nhiều hơn chính xác công thức là FeO (OH), tạo dạng bông liên kết các hạt lơ lửng huyền phù và lắng xuống tách khỏi pha nước

[Fe (H2O)6]3+ + 4HO- → [Fe (H2O)2(HO)4- + 4H2O → [Fe(H2O)O(HO)2]- + 6H2O

Nó cũng được sử dụng như một chất lọc trong hydrometallurgy clorua, ví

dụ trong sản xuất của Si từ FeSi

Một ứng dụng quan trọng khác của sắt (III) clorua được khắc bằng đồng trong hai bước phản ứng oxi hóa khử đồng (I) clorua và sau đồng (II) clorua đồng sản xuất bo mạch in

FeCl3 + Cu → FeCl2 + CuCl

FeCl3 + CuCl → FeCl2 + CuCl2

Sắt (III) clorua được sử dụng như là chất xúc tác cho phản ứng của ethylene với clo , tạo thành ethylene dichloride (1,2-dichloroethane), một hóa chất hàng hóa quan trọng, được sử dụng chủ yếu cho sản xuất công nghiệp của vinyl clorua monomer để làm cho PVC

H2C = CH2 + Cl2 → ClCH2CH2Cl

Phòng thí nghiệm sử dụng

Trong phòng thí nghiệm sắt (III) clorua thường được sử dụng như là một axit Lewis xúc tác phản ứng như khử trùng bằng clo của các hợp chất thơm và phản ứng Friedel-Thủ công mỹ nghệ của các chất thơm Nó ít mạnh hơn so với

Trang 35

nhôm clorua , nhưng trong một số trường hợp sự ngọt ngào điều này dẫn đến sản lượng cao hơn, ví dụ như trong các ankyl hóa benzen:

Kiểm tra sắt clorua là một thử nghiệm đo màu truyền thống cho phenol , trong đó sử dụng 1% sắt (III) clorua giải pháp đã được vô hiệu hóa với sodium hydroxide cho đến khi kết tủa nhẹ FeO (OH) được hình thành Hỗn hợp này được lọc trước khi sử dụng Các chất hữu cơ được hòa tan trong nước, methanol hoặc ethanol , sau đó các giải pháp trung hoà sắt (III) clorua được thêm vào một màu sắc tạm thời hoặc vĩnh viễn (thường là màu tím, màu xanh lá cây hoặc màu xanh) chỉ ra sự hiện diện của phenol hay enol

Phản ứng này được khai thác trong các kiểm tra tại chỗ Trinder , được sử dụng để chỉ ra sự hiện diện của salicylat, đặc biệt là axit salicylic , trong đó có một nhóm OH phenol

- Cần thi

và tiền phạt trong sự chạm lom và cho khắc in ống đồng hình trụ được sử dụng trong ngành công nghiệp in ấn

Trang 36

- Được sử dụng để kiểm tra rỗ và kẽ hở chống ăn mòn của thép không gỉ và hợp kim khác

1.5 Giới thiệu về sắt (III) hydroxyt

Do thép hợp kim có tinh chất chống ăn mon tốt không cần mạ phủ bề mặt, nên

ta chỉ xét thép thông thường, nồng độ Fe cao ít lẫn các tạp chất (Cr, Ni, Mn, W )

Sắt(III) tạo nên muối với đa số anion, trừ những anion có tính khử Đa số muối Sắt(III) dễ tan trong nước cho dung dịch chứa ion bát diện [(Fe(H2O)6]3+ màu tím nhạt Khi kết tinh từ dung dịch, muối Sắt(III) thường ở dạng tinh thể hidrat ví dụ như FeF3.3H2O màu đỏ, FeCl3.6H2O màu nâu-vàng, Fe(NO3)3.9H2O màu tím Màu của muối khan tùy thuộc vào bản chất của anion

Muối sắt(III) thủy phân mạnh nên dung dịch có màu đỏ nâu và phản ứng axít mạnh; tùy theo nồng độ, pH của dung dịch có thể vào khoảng 2- 3:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

Đa số muối sắt(III) dễ tan trong dung dịch chứa ion bát diện [Fe(H2O)6]3+ màu tím nhạt Khi kết tinh từ dung dịch, muối sắt(III) thường ở dạng tinh thể hidrat

Trang 37

1.5.2 Giới thiệu về phèn sắt Polytetsu

Trong một vài năm gần đây trên thị trường xuất hiện một loại phèn sắt màu vàng có tên là Polytetsu có công thức hóa học là: [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m và cũng được dùng phổ biến như phèn nhôm nhôm PAC có công thức [AlClx(OH)3-x]n

cũng chính từ đây đã gợi ý cho chung tôi nghiên cứu tận dụng phế thải sắt (III) hydroxyt để tạo ra sản phẩm phèn sắt polytetsu như đã có sẵn trên thị trường Polytetsu là chất keo tụ gốc sắt có công thức chung dưới dạng

([Fe 2 (OH) n (SO 4 ) 3-n/2 ] m) Nó được sử dụng như một chất keo tụ và khử mùi trong

xử lý nước thải Hợp chất Polytetsu có tác dụng loại bỏ các chất lơ lửng và khử mùi trong nước so với các dạng chất keo tụ gốc Aluminium Chlorua (nhôm PAC), nhôm Sulfate (Aluminium Sulfate) hoặc sắt Clorua

Công dụng:

- Khả năng keo tụ của chất polytetsu bền vững hơn nhiều so với các chất keo tụ gốc nhôm

- Tốc độ keo tụ rất nhanh

- Có thể áp dụng tốt cho nước với dải pH rộng

- Có khả năng làm giảm BOD, COD trong nước thải

- Có khả năng loải bỏ những kim loại nặng và Phốt pho

- Nâng cao khả năng khử nước trong bùn lỏng vì có tính hút ẩm cao

Trang 38

CHƯƠNG 2:

ĐốI TƯợNG, NộI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải và sản phẩm sắt trong bùn thải sau xử lý nước thải của nhà máy mạ Bởi bùn thải sắt là hợp chất tuy không trực tiếp gây độc với môi trường nhưng với số lượng lớn thoát ra ngoài môi trường sẽ gây nguy hiểm cho động thực vật và con người

2.2 Phạm vi và thời gian nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Nghiên cứu nước thải, bùn thải nhà máy cán thép thuộc công ty TNHH ống thép Hòa Phát Tại nhà máy người ta không chỉ mạ ống kẽm mà còn

mạ một số chi tiết kết cấu thép dùng phương pháp mạ kẽm nhúng nóng

+ Chế tạo phèn sắt (III) sunphát từ bùn thải của nhà máy cán thép thuộc công ty TNHH ống thép Hòa phát

- Thời gian nghiên cứu:

+ Thu thập một số mẫu nước thải, bùn thải từ năm 2013 đến năm 2014 + Phân tích mẫu nước thải và tiến hành chế tạo phèn sắt (III) sunphát từ mẫu bùn thải lấy về từ nhà máy cán thép thuộc công ty TNHH ống thép Hòa Phát Các mẫu nước thải và bùn thải được đưa về phòng thí nghiệm của trung tâm Công nghệ Môi trường Việt Nhật – tại Định Công, Quận Hoàng Mai, TP Hà Nội phân tích

- Địa điểm nghiên cứu:

Tại công ty TNHH ống thép Hòa phát:

Trang 39

+ Lấy mẫu nước thải tại bể Thu gom nước thải sản xuất và bể khử trùng trước khi thải ra môi trường

+ Lấy mẫu bùn thải tại sân phơi bùn

2.3 Nội dung nghiên cứu

2.3.1 Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường

- Giới thệu công ty TNHH ống thép Hòa Phát

- Các nguồn gây ô nhiễm

2.3.2 Nghiên cứu khả năng kết tủa và thực hiện các phản ứng sắt (III) hydroxyt với Axít sunfuric

- Nghiên cứu khả năng kết tủa của sắt (III) hydroxyt từ bùn thải ngành

mạ so với phèn nhôm PAC

- Xác định thành phần các nguyên tố trong phế thải sắt (III) hydroxyt

- Thực hiện phản ứng sắt (III) hydroxyt với Axit sunfuric

2.3.3 Đánh giá hiệu quả của phèn sắt sunphat

- Thử nghiệm đánh giá khả năng làm trong của phèn sắt trong phòng thí nghiệm

- Đánh giá hiệu quả So sánh với các loại phèn thương phẩm trên thị trường

- So sánh phèn nhôm PAC với phèn sắt keo tụ

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp

Thu thập thông tin từ các tài liệu có liên quan đến đề tài như: Điều kiện tự nhiên xã hội – kinh tế của vùng nghiên cứu, các thông tin các tài liệu của các báo cáo, các đề tài, các sách báo có liên quan

Định dạng
Số trang	79
Dung lượng	1,15 MB

Đánh giá sự ô nhiễm trong nước thải mạ và nghiên cứu chế tạo vật liệu phèn sunphat sắt dùng cho xử lý nước thải công ty ống thép hòa phát

Nӝi dung nghiên cӭu