hệ thống xử lý nước thải của dây chuyền mạ Crôm-Niken

trình bày về hệ thống xử lý nước thải của dây chuyền mạ Crôm-Niken

Lời mở đầuBảo vệ môi trờng ngày nay đã trở thành một vấn đề vô cùng cấp bách củamọi quốc gia vì nó liên quan đến vấn đề sống còn của toàn nhân loại Việt Namcũng không nằm ngoài xu thế đó.

Công nghệ mạ điện có đóng góp rất quan trọng đối với ngành côngnghiệp ứng dụng của mạ điện trong các ngành sản xuất là rất rộng rãi, nh tronglĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng, hoặc trong ngành cơ khí chế tạo máy, chế tạophụ tùng xe máy, ô tô, v.v Tuy nhiên, nớc thải sinh ra từ quá trình mạ điện lại làmột vấn để rất đáng lo ngại bởi pH của dòng thải thay đổi từ thấp đến cao, và đặcbiệt là có chứa nhiều ion kim loại nặng ( Cr, Ni ,Zn, Cu ) gây ô nhiễm trầm trọngcho môi trờng sinh thái, ảnh hởng nghiêm trọng tới sức khỏe con ngời

Hiện nay tại hầu hết các cơ sở mạ điện, đặc biệt là các cơ sở tiểu thủ côngnghiệp, nớc thải sinh ra thờng đổ trực tiếp vào môi trờng không qua xử lý hoặc xử

lý có tính chất hình thức, nồng độ ô nhiễm vợt xa so với tiêu chuẩn dòng thải chophép gây tác hại nghiêm trọng đến hệ sinh thái khu vực cũng nh đối với sức khỏecộng đồng dân c xung quanh Vì vậy việc đầu t lắp đặt một hệ thống xử lý chất thảithích hợp là vô cùng cần thiết đối với một cơ sở mạ điện Có nh vậy mới duy trì đ-

ợc vai trò quan trọng của công nghiệp mạ điện trong nền kinh tế quốc dân

Bản đồ án môn học này xin giới thiệu tổng quan về những khái niệmcơ bản về công nghệ mạ điện cùng các vấn đề môi trờng có liên quan; các phơngpháp xử lý nớc thải mạ điện đang đợc áp dụng hiện nay và cuối cùng là những tínhtoán thiết kế sơ bộ hệ thống xử lý nớc thải của dây chuyền mạ Crôm-Niken Nớcthải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại B theo TCVN 5945 – 1995

Em xin chân thành cảm ơn cô giáo TS Phạm Hà Thanh đã tận tình giúp emtrong quá trình thực hiện đồ án này

Chơng 1

Tổng quan về công nghệ mạ điện

I khái niệm cơ bản về công nghệ mạ điện

1 Khái niệm

Công nghệ mạ điện là một ngành công nghệ bề mặt rất quan trọng với việcthay đổi bề mặt vật liệu Mạ không chỉ nhằm bảo vệ kim loại nền khỏi ăn mòn, màcòn có tác dụng trang trí Ngoài ra lớp mạ còn có khả năng tăng độ cứng, độ dẫn

điện, dẫn nhiệt chính vì vậy mà mạ điện đợc áp dụng rộng rãi trong các nhà máysản xuất công cụ, dụng cụ, thiết bị điên năng, ô tô, xe máy, xe đạp, dụng cụ y tế,các mặt hàng kim khí tiêu dùng

Về nguyên tắc vật liệu nền có thể là kim loại hoặc hợp kim, đôi khi còn làchất dẻo, gốm sứ hoặc composit Lớp mạ cũng vậy, ngoài kim loại và hợp kim ra

nó còn có thể là composit của kim loại-chất dẻo hoặc kim loại-gốm Tuy nhiênchọn vật liệu nền và vật liệu làm lớp mạ còn tùy thuộc vào trình độ và năng lựccông nghệ, tùy thuộc vào tính chất cần có ở lớp mạ và giá thành Xu hớng chung làdùng vật liệu do yêu cầu sản phẩm quy định, thông thờng là những vật liệu tơng

đối rẻ, sẵn; còn vật liệu mạ đắt, quý hiếm nhng chỉ là lớp mỏng bên ngoài

Mạ điện là quá trình điện kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ cónhững tính chất cơ, lý, hóa đáp ứng đợc các yêu cầu mong muốn Tuy nhiên để ápdụng cho quy mô công nghiệp thì yêu cầu quá trình mạ phải ổn định, sản phẩm mạphải đáp ứng đợc yêu cầu chất lợng

Ngoài ra, khi vận hành cần phải giữ điều kiện mạ ổn định bởi vì mọi biến

động về nồng độ, về mật độ dòng điện, nhiệt độ, chế độ thủy động, vợt quá giớihạn cho phép đều làm thay đổi tính chất lớp mạ, làm giảm chất lợng

2 Cơ chế của qúa trình mạ điệnCác phần chính của một bộ mạ điện gồm [1]:

(1) Dung dịch mạ gồm có muối dẫn điện, ion kim loại sẽ kết tủa thành lớpmạ, chất đệm, các chất phụ gia

(2) Catot dẫn điện, chính là vật cần đợc mạ

(3) Anot dẫn điện, có thể tan hoặc không tan

(4) Bể chứa bằng thép lót caosu, polypropylen, polyvinyclorua, là các vậtliệu chịu đợc dung dịch mạ.

(5) Nguồn điện một chiều, thờng dùng để chỉnh lu

+

ne Nguồn 1 chiều ne + -

Anot thờng là kim loại cùng loại với lớp mạ, khi đó phản ứng anot chính là

sự hòa tan nó thành ion Mn+ đi vào dung dịch

Nếu khống chế các điều kiện điện phân tốt để cho hiệu suất dòng điện củahai phản ứng (1) và (2) bằng nhau thì nồng độ ion Mn+ trong dung dịch sẽ luônkhông đổi Một số trờng hợp phải dùng anot trơ (không tan), nên ion kim loại đợc

định kỳ bổ sung dới dạng muối vào dung dịch, lúc đó phản ứng chính trên anot chỉgiải phóng oxy

3 Phân loại

5

Tùy theo từng mục đích mà có thể chọn trong số các chủng loại lớp mạ sau:

- Lớp mạ kim loại: Zn; Cd; Sn; Ni;, Cr; Pb; Ag; Au; Pt

- Lớp mạ hợp kim: Cu-Ni; Cu-Sn; Pb-Sn; Sn-Ni; Ni-Co; Ni-Cr; Ni-Fe

- Lớp mạ composít: là lớp mạ kim loại có chứa các hạt rắn nhỏ và phân tán

nh Al2O3, SiC, Cr2C2, TiC, Cr2N2, MoS2, kim cơng, graphít Các hạt này có đờngkính từ 0,5 đến 5àm và chiếm từ 2 đến 10% thể tích dung dịch Khuấy mạnh trongkhi mạ để chúng bám cơ học, hóa học hay điện hóa lên catot rồi lẫn vào lớp mạ

4 Các yếu tố ảnh hởng

Chất lợng lớp mạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh : nồng độ dung dịch và tạpchất; các phụ gia bóng, thấm ớt, san bằng; độ pH; nhiệt độ; mật độ dòng điện; hìnhdạng của vật mạ, của anốt, của bể mạ và chế độ thủy động của dung dịch

1 Ion kim loại mạ.

Trong dung dịch chúng tồn tại ở dạng ion đơn hydrát hóa hoặc ionphức nhng nói chung ion kim loại mạ đều có nồng độ lớn (1 – 3 mol/l) Lý do là

để tăng giá trị của dòng điện giới hạn Dgh, tạo điều kiện nâng cao hơn dải mật độdòng điện thích hợp Dc cho lớp mạ tốt Dung dịch đơn thờng dùng để mạ với tốc độcao cho vật liệu có hình thù đơn giản, còn dung dịch phức dùng cho trờng hợp cần

có khả năng phân bố cao để mạ cho vật có hình thù phức tạp

2 Chất điện ly.

Nhiều chất điện ly đợc đa vào dung dịch với nồng độ cao để tăng độdẫn điện cho dung dịch mạ Các chất này cũng có thể kiêm thêm vai trò chất đệm,

không chế pH luôn ổn định cho dù hydrô và ôxy thoát ra làm thay đổi độ axít ở sátcác điện cực

âm hơn của sắt thì khả năng xảy ra phản ứng nh trên không còn nữa

Chất tạo phức thông dụng trong công nghệ mạ điện là ion xyanua,hydrôxít và sunfamát Chất tạo phức cũng có vai trò làm hòa tan anốt vì chúngngăn cản đợc sự thụ động anốt

4 Phụ gia hữu cơ.

Nhiều loại chất hữu cơ đợc cho vào bể mạ với nồng độ tơng đối thấpnhằm làm thay đổi cấu trúc, hình thái và tính chất của kết tủa anốt Việc lựa chọnphụ gia hữu cơ phần lớn là dựa vào thực nghiệm Các chất hữu cơ thờng dùng cókhả năng hấp phụ lên bề mặt catốt và có trờng hợp chất hữu cơ bị giữ lại trong kếttủa

Một phụ gia hữu cơ tuy có ảnh hởng đến nhiều tính chất của lớp mạ, nhngdung dịch thờng vẫn dùng đồng thời nhiều phụ gia vì cần đến tác dụng tổng hợpcủa chúng Các chất phụ gia thờng đợc phân loại nh sau:

Khi tăng mật độ dòng điện lên, tốc độ phóng điện tăng nhanh, cácnguyên tử kim loại sinh ra ồ ạt không kịp gia nhập vào vị trí cân bằng trong mạngtinh thể Mặt khác do quá thế lúc đó lớn nên mầm tinh thể mới tiếp tục sinh ra Dovây mà mạng tinh thể trở nên mất trật tự và đợc thể hiện ra là lớp mạ có nhiều lớp,nhiều gợn sóng và nhiều khối đa tinh.

Nếu tiếp tục tăng mật độ dòng điện, tốc độ phóng điện quá nhanhlàm cho ion kim loại gần catốt quá nghèo gây ra hiện tợng kết tủa trên bề mặt catốt

sẽ sần sùi hoặc có hình nhánh cây

Để đạt đợc yêu cầu chất lợng thì phải dùng dải mật độ dòng điện tơng

đối thấp Phần lớn đều dùng nguồn điên một chiều đã qua nắn dòng để mạ và giữdòng điện không đổi vào catốt Dải mật độ thích hợp cho lớp mạ tốt thờng thấp hơnmật độ dòng giới hạn Dgh khá nhiều Do đó, với một dòng điện nhất định, muốnnâng cao tốc độ mạ thì phải tìm cách tăng Dgh của nó lên Có 3 cách tăng:

- Tăng nồng độ ion kim loại mạ

- Tăng nhiệt độ

- Tăng chuyển động tơng đối giữ catốt và dung dịch mạ

III Công nghệ mạ điện.1 Gia công bề mặt trớc khi mạ.

Gia công chuẩn bị bề mặt trớc khi mạ là công việc vất vả, tốn kém nhng không thể

bỏ qua hoặc giảm bớt vì nó quyết định chất lợng sản phẩm mạ Nhiệm vụ quantrọng nhất trong gia công bề mặt là lam sạch hết các lớp gỉ, các màng oxít, màngdầu mỡ, tạp chất trên bề mặt kim loại để tạo điều kiện cho lớp mạ gắn chắc vớinền Dới đây xin giới thiệu một số khâu chính trong quá trình gia công bề mặt trớckhi mạ:

-6-Đánh bóng cơ khí

Tẩy rửa điện hóa

Tẩy rửa hóa học

Rửa nước

Tẩy điện hóa bằng

bể catốt và bể anốt Rửa nước

Hoạt hóa bề mặt vật cần mạ Chi tiết cần mạ

Bột mài Bụi kim loại.

NaOH, Na 3 PO 4 , Na 2 SiO 2 Nớc thải chứa kiềm

Na 3 PO 4 , Na 2 SiO 2

Nớc Nớc thải chứa kiềm

Nớc

Nớc thải chứa axít

Nớc Nớc thải chứa axít

Công đoạn mạ

Hình 1.2-Sơ đồ dây chuyền gia công bề mặt trớc khi mạ

Các chi tiết cần mạ đợc đa vào bộ phận gia công cơ học Tại đây các chi tiếtcần mạ sẽ đợc mài và đánh bóng

2 Một số công nghệ mạ thờng sử dụng trong công nghiệp

2.1 Mạ đồng

Đồng ( Cu ) là kim loại dẻo, dễ đánh bóng Trọng lợng riêng ở 20o

C là 8,96 g/m3, trọng lợng nguyên tử là 63,54, nhiệt độ nóng chảy là 1083oC Điệnthế tiêu chuẩn của Cu/Cu2+ bằng +0,34V, của Cu/Cu+ bằng +0,52V

Đồng có điện thế dơng hơn sắt, nên nó là lớp mạ catốt đối với sắt thépcũng nh đối với kẽm, hợp kim của kẽm Lớp mạ đồng không thể bảo vệ bề mặtcác kim loại này khỏi ăn mòn điện hóa đợc mà chỉ bảo vệ chúng một cách cơ học.

Lớp mạ đồng dễ đánh bóng đạt đến độ bóng rất cao, lại gắn bám tốtvới các kim loại khác nh Ni, Cr, Ag cho nên đồng thờng đợc dùng làm lớp mạlót cho nhiều lớp mạ khác Lớp mạ đồng còn đợc dùng để chống thấm cácbon cục

bộ cho các chi tiết máy khi nhiệt luyện Mạ đồng cũng đợc dùng trong kĩ thuật incon chữ, mạ trục in lõm, mạ ghép hình

* Mạ đồng trong dung dịch axit

Dung dịch axít để mạ đồng gồm các dung dịch sunfat, floborat, nitrat,flosilicat, sunfamat và clorua Chúng đều có thành phần đơn giản và làm việc ổn

định, dùng đợc mật độ dòng điện cao nhất là khi tăng nhiệt độ và khuấy mạnhdung dịch

Thành phần chủ yếu của các dung dịch axit là muối của đồng với cácaxit tơng ứng Khi mạ, ion Cu2+ phóng điện trên catốt ở điện thế khá dơng và ítthay đổi khi tăng hay giảm mật độ dòng điện, vì vậy thờng cho lớp mạ có cấu trúctinh thể thô to nhng lớp mạ lại kín, chắc sít

Nhợc điểm chung của các dung dịch axit là khả năng phân bố thấpnên chỉ mạ cho vật có hình dạng đơn giản và đặc biệt là không thể mạ trực tiếp

đồng lên gang thép, hợp kim của kẽm và các kim loại có điện thế âm hơn đồng

Do đó lớp mạ thu đợc có tinh thể nhỏ, mịn, phủ kín đều trên các vật có hình thùphức tạp Đặc biệt là có thể mạ trực tiếp trên nền sắt thép, kẽm, hợp kim củakẽm Nhng dung dịch phức chất có hiệu suất dòng điện thấp, ngỡng mật độ dòng

điên cho phép thấp nên tốc độ mạ chậm

Do xianua rất độc hại với môi trờng, nên ngày nay hầu hết các cơ sở đã thaythế dung dịch xianua bằng các loại dung dịch mạ khác

2.2 Mạ Niken

Niken là một trong những kim loại quan trọng nhất, thông dụng nhất trongngành mạ điện Niken có màu trắng, ánh vàng, có nguyên tử lợng 58,7, trọng lợngriêng là 8,9g/cm3, nhiệt độ nóng chảy là 1457oC Niken tơng đối mềm và rất ổn

định trong không khí Điện thế chuẩn của Niken là -0,25V Trong không khí Niken

dễ bị thụ động và điện thế trở nên dơng hơn, lúc đó bề mặt Niken đợc phủ một lớpoxit mỏng trong suốt, kín khít rất bền vững Nhờ vậy mà bề mặt của nó luôn sángbóng không bị mờ đi theo thời gian Trong mọi môi trờng, điện thế của Niken đềudơng hơn của thép, vì thế Niken là lớp mạ catốt đối với thép và chỉ bảo vệ tốt khi

nó hoàn toàn kín Thế nhng lớp mạ Niken vốn có nhiều lỗ hở, nhất là khi lớp mạ

mỏng Vì vậy để lớp mạ đảm bảo đợc chức năng bảo vệ thì cần áp dụng một trongcác biện pháp sau:

- Mạ dày: lớp mạ đợc xem là kín khi chiều dày của nó không nhỏ hơn

sự bảo vệ thật tốt trên sắt thép, ngời ta mạ nhiều lớp Cu-Ni hoặc Cu-Ni-Cr

• Dung dịch mạ Niken

Mạ Niken có thể dùng các dung dịch sunfat, clorua, sunfamat,

floborat Nhng thông dụng nhất vẫn là dung dịch sunfat

Cấu tử chính của dung dịch sunfat là NiSO4.7H2O có độ hòa tan lớn Cácdung dịch mạ hiện đại thờng dùng nồng độ cao (> 300g/l) và thờng làm việc ởnhiệt độ cao ( 40-70oC ) để tránh Niken sunfat kết tinh trở lại Chất đệm thôngdụng là H3BO3, nồng độ tốt nhất trong phạm vi 20-40g/l Axit boric có tác dụng

điều chỉnh pH cả trong toàn khối dung dịch lẫn trong lớp sát catốt NaCl hay NiCl2cung cấp Cl- để chống thụ động anốt Phụ gia tạo độ bóng có thể là các chất nh: đ-ờng hóa học, cloramin B, 1-4 butadiol, formalin Chất chống rỗ thờng dùng làNatri ankysunfat hay các chế phẩm đặc biệt do các nhà chế tạo cung cấp

Các dung dịch mạ Niken nếu sản xuất ổn định, tuân thủ đúng chế độ mạ, ờng xuyên làm sạch tạp chất có hại thì có thể sử dụng rất lâu mới phải thay

th-Bảng 1.4- Các dung dịch mạ Niken Sunfat [1]

Thành phần (g/l) dung

dịch mạ và chế độ mạ

Dung dịch số

nó thuộc các kim loại hoạt động, nhng trong khí quyển bề mặt của Crôm đợc sinh

ra lớp màng mỏng oxít rất kín, chắc, chống ăn mòn tốt làm cho Crôm giữ đợc màusắc và độ bóng rất lâu Trong không khí ẩm và trong môi trờng oxy hóa, Crôm có

điên thế +02V, vì vậy Crôm là lớp mạ catốt đối với sắt thép Lớp mạ Crôm nhấtthiết phải kín mới có thể bảo vệ đợc nền thép

ứng dụng quan trọng của mạ Crôm là: mạ Crôm trang sức rất mỏng trong hệlớp mạ bảo vệ-trang sức; Mạ Crôm bảo vệ chống ăn mòn nâng cao độ bền mòn chocác dụng cụ cầm tay; Mạ Crôm cứng phục hồi chi tiết máy đã bị mòn Lớp mạCrôm làm việc tốt ở nhiệt độ cao (≤ 500oC ), có khả năng phản xạ ánh sáng tốt vàkhông bị mờ đi theo thời gian, có độ cứng rất cao ( 8000-10000 N/mm2 ) và không

hề bị suy giảm khi nhiệt độ làm việc cha vợt quá 350oC Lớp mạ Crôm có hệ số masát rất bé và có độ gắn bám tốt với thép, niken, đồng và hợp kim của đồng Nhngmạ các kim loại khác lên Crôm thì rất khó bám do có lớp oxít ngăn cản

• Các dung dịch mạ Crôm

- Mạ Crôm từ dung dịch có anion SO42-

Dung dịch chỉ gồm 2 cấu tử CrO3 và H2SO4 CrO3 có thể dùng với nồng độthay khổi trong một khoảng rất rộng từ 150-400 g/l vẫn không ảnh hởng nhiều đếndáng vẻ bên ngoài của lớp mạ Nồng độ lớn cho lớp mạ ít cứng, hiệu suất dòng

điện và khả năng phân bố thấp Nồng độ loãng cho lớp mạ rất cứng, hiệu suất dòng

điện và khả năng phân bố cao H2SO4 đợc dùng để cung cấp anion hoạt hóa SO42- ,nồng độ H2SO4 cao có su hớng cho kết tủa bóng, tinh thể nhỏ Nồng độ thấp chokết tủa xám, kém chất lợng Tỷ lệ nồng độ giữa hai cấu tử này tốt nhất là:CrO3/H2SO4 = 100/1; lúc đó lớp mạ sẽ bóng sáng, cho hiệu suất dòng điện cao, khảnăng phân bố lớn

- Mạ Crôm từ dung dịch có anion F –

Mạ Crôm từ dung dịch chứa F – có những u điểm so với dung dịch chứaSO42- là: có thể mạ ở nhiệt độ phòng; khả năng phân bố và khả năng mạ sâu tốthơn; ngỡng Dc tối thiểu thấp hơn; hiệu suất dòng điện cao hơn

Lớp mạ thu đợc từ dung dịch chứa anion F - có độ cứng thấp, độ đàn hồi cao

và có thể mạ bóng đợc

Thành phần dung dịch và chế độ mạ nh sau:

CrO3 300-400 g/l Nhiệt độ : 20-30oCHF.2H2O 8-12g/l Dc : 10 A/dm2 Vì dung dịch chứa anion F – có tính ăn mòn cao nên bể chứa phải bọc lótbằng chất dẻo Anốt không dùng là chì mà phải dùng hợp kim Pb-Sb (6-8%) hayPb-Sn (4-6%)

- Mạ Crôm từ dung dịch có chứa các anion SO42- và SiF6

2-Dung dịch chứa đồng thời hai anion SO42- và SiF62- có tác dụng làm tăngkhoảng nhiệt độ và mật độ dòng điện cho lớp mạ bóng lên; tăng khả năng phân bố

và trong một số trờng hợp cụ thể còn tăng đợc năng suất mạ Crôm lên

Điểm nổi bật chung của dung dịch này là thành phần của nó luôn ổn địnhnhờ dùng d các muối khó tan chứa các anion ấy Thành phần tối u và chế độ mạcủa dung dịch này nh sau:

CrO3 250-300 g/l Nhiệt độ : 55-65oCCrSO4 5,5-6,5 g/l Dc : 40-100 A/dm2K2SiF6 18-20 g/l

Cũng nh dung dịch chứa F –, dung dịch này có tính ăn mòn mạnh, nên bểchứa phải bằng chất dẻo, anốt phải dùng hợp kim Pb-Sn (5-10%)

Trong công nghiệp sản xuất phụ tùng xe đạp-xe máy, các chi tiết chủ yếu

đ-ợc mạ 2 lớp: lớp trong là Niken, lớp ngoài là Crôm Hình 1.3 dới đây xin giới thiệusơ đồ khối dây chuyền công nghệ mạ Crôm-Niken

Bột mài Bụi kim loại.

Na 3 PO 4 , Na 2 SiO 2

Nớc Nớc thải chứa kiềm

Nớc

Nớc thải chứa axít

Nớc Nớc thải chứa axít

Tẩy rửa điện hóa

Tẩy rửa hóa học

Rửa nước

Tẩy điện hóa bằng

bể catốt và bể anốt Rửa nước

Hoạt hóa bề mặt vật cần mạ Rửa nước Mạ Niken bán bóng

Rửa thu hồi sau mạ

Mạ Niken lớp 2

Rửa thu hồi sau mạ

Mạ Niken bóng Chi tiết cần mạ

Nớc Dung dịch Crôm

Nhiệt Hơi hóa chất

Hình 1.3 sơ đồ khối dây chuyền mạ Cr-Ni có kèm dòng thải

III Đặc tính của nớc thải

Nớc thải từ xởng mạ điện thải ra có thành phần đa dạng, nồng độ lạithay đổi rất rộng, pH cũng biến động mạnh từ axit đến trung tính hoặc kiềm N-

ớc thải phân xởng mạ thờng đợc phân dòng thành 3 loại: nớc thải kiềm-axit,

n-ớc thải crôm, nn-ớc thải xyanua Lí do phải phân ra nh vậy vì : + Nn-ớc thải xyanuagặp nớc thải axit hay nớc thải mạ crôm(cũng có lẫn axit) sẽ sinh ra khí HCN rất

độc, làm ô nhiễm cả xởng mạ lẫn bộ phận tiếp theo xử lý nó

+ Nớc thải mạ crôm đặc xử lý dễ hơn khi pha loãng chúng

Rửa thu hồi sau mạ

Nớc thải Crôm ngoài Cr6+ còn có thể có các hoá chất khác nh: Fe2+,

Cu2+, Ni2+, Zn2+…H2SO4, HCl, HNO3, tạp chất hoá học, nồng độ tổng hợp cácchất dao động trong khoảng 30-300mg/l, pH=1-7

Nớc thải xyanua ngoài CN- còn có thể có phức xyanu kẽm, cadimi,

đồng…muối, mùn, chất bóng, chất hữu cơ Tổng nồng độ của xyanua dao độngtrong khoảng 5-300mg/l, pH>1 và chứa một ít tạp chất cơ học

Nớc thải kiềm-axit chứa các loại axit nh: H2SO4, HCl, HNO3, HF…chứa các loại kiềm nh: NaOH, Na2CO3…, chứa các ion kim loại nh: Fe2+, Fe3+,

Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+…các loại muối, pH dao động từ 1-10

Ngoài ra, trong nớc thải còn chứa các chất nh dầu mỡ, chất huyềnphù, đất cát, gỉ sắt…Nh vậy, nớc thải xởng mạ điện chứa rất nhiều các thànhphần khác nhau, nồng độ lại biến động trong khoảng khá rộng.Do đó, để xử lýnớc thải mạ điện phải dùng nhiều các phơng pháp khác nhau, phù hợp với từngloại nớc thải và nồng độ tạp chất chứa trong nó Việc chọn phơng pháp nào làtuỳ thuộc vào chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật cho phép, điều kiện môi trờng địa phơngyêu cầu, nồng độ nớc thải, nớc xử lý với mục đích để dùng lại cho sản xuất haythải ra luôn môi trờng Tuy nhiên, chọn phơng pháp nào cũng phải đảm bảotheo đúng tiêu chuẩn cho phép của nhà nớc

Chơng 2

Các vấn đề về môi trờng

Công nghiệp mạ điện sinh ra nhiều chất thải độc hại, đặc biệt là kim loạinặng, gây ô nhiễm môi trờng xung quanh

I Khí thải

Trong công nghệ mạ điện, khí thải có thể phát sinh ra từ một số nguồn sau:

- ở công đoạn gia công bề mặt trớc khi mạ, các loại bụi kim loại nh bụi

Fe, Cu, CrO3 và bụi silic phát tán ra ngoài do quá trình mài và đánhbóng

- Trong quá trinh tẩy dầu mỡ, hoạt hóa bề mặt cung làm phát sinh ra khíthải chứa chủ yếu là hơi kiềm, hơi axit

- Trong quá trình mạ, do công nghệ mạ Crôm, mạ Niken, dung dịch mạphải làm việc ở nhiệt độ cao, cờng độ dung dịch ở bể mạ lơn, cùng vớiquá trình sục khí trong các bể mạ đã làm bay hơi một lợng đáng kể cáchóa chất đợc sử dụng trong bể mạ, tạo ra khí ô nhiễm chứa các hơi axit,các oxit kim loại nh CrO3, NiO , hơi các chất hữu cơ sử dụng làm phụgia

II Chất thải rắn

Chất thải rắn sinh ra từ một số công đoạn sau:

- Trong công đoạn gia công và làm sạch bề mặt bằng phơng pháp cơ học chủ yếu sinh ra chất thải rắn là phoi kim loại

- Trong công đoạn mạ điện, chất thải rắn đợc sinh ra là bùn lắng của các

bể trung hòa axit nhẹ và ở bể mạ Lợng bùn này chứa các oxit, hyđrôxitkim loại và một số kim loại

- Lợng chất thải rắn đáng quan tâm hơn cả là bùn thải của hệ thống xử lýnớc thải mạ Lợng bùn này tuy không lớn nhng chúng chứa một lợng lớn

các chất ô nhiễm với nồng độ khá cao Chủ yếu bao gồm các kim loạinặng độc hại đã đợc sử dụng trong quá trình mạ nh: Cr6+, Ni2+, Zn2+ Chất thải rắn từ quá trình sản xuất của công nghiệp mạ điện chứa rất nhiềukim loại nặng và cả các chất độc hại khác Vì thế, nó sẽ gây ô nhiễm đất và nguồnnớc ngầm nếu không đợc xử lý và chôn lấp cẩn thận Các chất ô nhiễm có thể theochuỗi dinh dỡng đi vào cơ thể ngời, gây ra những bệnh nguy hiểm.

III.Nớc thải

Nớc thải chính là vấn đề gây ô nhiễm môi trờng đáng lo ngại nhất trongcông nghệ mạ điện Toàn bộ quá trình mạ điện tiêu tốn một lợng nớc tơng đối lớnbởi hầu hết mọi công đoạn trong dây chuyền mạ điện đều phải sử dụng đến nớc N-

ớc thải mạ điện chứa một lợng lớn kim loại và hóa chất độc hại, tác động mạnh tớisức khỏe con ngời và hệ sinh thái

- Nớc thải sinh ra từ quá trình làm sạch bề mặt chi tiết trớc khi mạ: Công

đoạn tẩy dầu mỡ thờng sử dụng hỗn hợp các hóa chất nh NaOH, Na2CO3, Na3PO4hoặc dùng dung môi hữu cơ nh: tricloetylen (C2HCl3), tetracloetylen (C4Cl4)tetracloetan (C2H2Cl4) Vì vậy nớc thải trong công đoạn này chủ yếu có tính kiềm

và chứa dầu mỡ Công đoạn tẩy gỉ, hoạt hóa bề mặt thờng sử dụng dung dịch axítHCl, H2SO4 nên nớc thải trong công đoạn này mang tính axit và chứa hàm lợng

Fe2+ khá cao Tóm lại, nớc thải sinh ra từ quá trình làm sạch bề mặt trớc khi mạchủ yếu chứa dầu mỡ, kiềm, axit và Fe2+

- Nớc thải từ quá trình mạ chủ yếu là nớc rửa các chi tiết sau khi mạ Cáchóa chất có trong bể sẽ theo các chi tiết và giá treo đi vào nớc thải Tùy vào từngdây chuyền công nghệ mạ mà các chất ô nhiễm trong nớc thải mạ có thành phần vànồng độ khác nhau:

Đối với mạ Crôm – Niken: nớc thải có chứa các ion kim loại : Ni2+, Cr6+ ,

Cr3+, Fe2+ và SO42-, Cl-, F-

Đối với mạ đồng: nớc thải có chứa các ion kim loại nh Cu2+, Fe2+ và SO4-,

F-, CN-

IV Tác hại của các hóa chất phát sinh trong công nghệ mạ điện đến cơ

thể con ngời.

- Crôm và các hợp chất crôm: CrO3, Cr2O3, K2Cr2O7 có hại cho gan, thận,

hệ thống tiêu hóa, tim mạch, da và các niêm mạc

- KCN và NaCN dễ phân hủy trong không khí ẩm khi có mặt CO2 và tạothành HCN Axit HCN cúng có thể thoát ra khi bất kỳ loại axit nào tác dụng vớicác dung dịch xianua Khi bị ngộ độc bởi hơi axit HCN sẽ rất khó thở, tê liệt, khóngủ, co giật, thậm chí ngừng thở và tử vong nếu quá nặng

- Các Nitơ oxit đợc tạo thành khi tẩy kim loại bằng HNO3, khi bị ngộ độctức thời sẽ bị phù thũng, còn khi tiếp xúc thờng xuyên sẽ gây tổn thơng đờng hôhấp trên và răng

- H2SO4 và khí SO2 làm tổn thơng các niêm mạc và đờng hô hấp, H2SO4 gâybỏng da

- Kiềm có tính ăn da mạnh, chúng ăn mòn da, mô tế bào và có thể gây bỏngnặng tại đó

- Các hợp chất Hyđrô cácbon clo hóa có tác dụng gây mê, gây tổn hại trongcơ thể, nhất là gan; gây tổn thơng niêm mạc cho đờng hô hấp và cho da

- H3PO4 đặc biệt độc hại khi đun nóng Hít phải không khí có lẫn chất nàylâu, niêm mạc mũi sẽ bị teo dần, chảy máu mũi, rạn vỡ răng

- Các dung môi hữu cơ nh benzen, toluen tác dụng lâu dài ở nồng độ vợtquá giới hạn cho phép sẽ gây ra các bệnh kinh niên, làm rối loạn hệ thống tuầnhoàn và hệ thống thần kinh, gây tổn thơng thận và các nội tạng khác

- Muối của Niken gây viêm niêm mạc mũi, gây ra bệnh eczema ở da, khi bịtác dụng lâu dài có thể mắc chứng hen xuyễn

- Đồng và các hợp chất của đồng gây tác hại cho răng, niêm mạc, hại da,loét dạ dày

- Các hợp chất của kẽm độc với niêm mạc mũi, răng, lợi

- Bụi kim loại gây viêm da, eczema, viêm niêm mạc mũi và họng, gây bệnhbụi phổi

Nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc hại đợc quy định chặt trẽ trongcác tiêu chuẩn nhà nớc Theo TCVN 5938-1995 và 5939-1995 quy định:

Bảng 1.5- Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại trong không khí khu

vực sản xuất theo tiêu chuẩn Bộ Y tế - 3733/2002/QĐ - BYT

Chất độc hại Giới hạn cho phép

Bảng 1.6- Nồng độ bụi tối đa cho phép trong không khí khu vực sản xuất theo

tiêu chuẩn Bộ Y tế - 3733/2002/QĐ - BYT

Chơng 3

Cơ sở lý thuyết các phơng pháp xử lý nớc thải mạ điện

Căn cứ vào đặc tính của nớc thải nh đã nêu ở phần III ở trên thì theo lýthuyết có những phơng pháp xử lý nớc thải nh sau

I Phơng pháp hóa học

phơng pháp hóa học làm sạch nớc thải dựa trên các phản ứng oxy hóa-khử;phản ứng trung hòa; phản ứng keo tụ, kết tủa làm cho các chất độc hại bị phânhủy, chuyển hóa thành dạng ít độc hay không độc và tách khỏi nớc thải Tủy theolợng nớc thải nhiều hay ít mạ tổ chức xử lý ngay tại chỗ hay xử lý chung cho cả x-ởng hoặc cả nhà máy, cũng nh chọn thiết bị làm việc tuần hoàn liên tục hay làmviệc gián đoạn Phơng pháp hóa học tỏ ra khá u việt khi nồng độ tạp chất chínhtrong nớc thải tơng đối lớn: từ 50-70 đến 200-1000 mg/l Phơng pháp hóa học cókhả năng khử hết các chất độc hại phức tạp, nhng ít nhạy với tạp chất hữu cơ, dầu

mỡ, tạp chất cơ học Nớc sau khi xử lý không dùng lại ngay đợc, muốn dùng lạithì phải qua một lần xử lý nữa

1 Làm sạch nớc thải xyanua bằng phơng pháp hóa học.

Nguyên tắc: oxy hóa xyanua tự do và phức của nó thành hợp chất ít độc hơn

nh xyanat hoặc nitro và cacboníc Nếu oxy hóa bằng natrihypoclorit thì phản ứngxảy ra nh sau:

NaCN + NaOCl = NaCNO + NaClNaCNO + H2O = NaHCO3 + NH3 2NaCNO + 3 NaOCl + H2O = 2CO2 + N2 + 2NaOH + 3 NaCl

Các chất oxy hóa thờng dùng trong công nghiệp nh : clo khí hoặc lỏng; hợpchất với clo ( vôi clorua, các hypoclorit ); ôzôn, kalipermaganat Điều kiện tiếnhành oxy hóa phụ thuộc vào loại chất oxy hóa sử dụng, nồng độ xyanua tự do vàphức chất, pH

.