NGHIÊN cứu cải THIỆN CÔNG NGHỆ xử lý nước THẢI mạ KIM LOẠI ĐỒNG và tận THU KIM LOẠI có TRONG LOẠI nước THẢI này

Công nghệ mạ điện có vai trò rất quan trọng trong sự phát triển các ngànhcông nghiệp, trong đó mạ kim loại đồng được đã ứng dụng rộng rãi ở nhiều lĩnhvực như sản xuất linh kiện ô tô,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

VIỆN MÔI TRƯỜNG -

TRỊNH THÙY TRANG

NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ KIM LOẠI ĐỒNG VÀ TẬN THU KIM LOẠI CÓ TRONG LOẠI NƯỚC THẢI NÀY

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

HẢI PHÒNG - 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

VIỆN MÔI TRƯỜNG -

TRỊNH THÙY TRANG

NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ KIM LOẠI ĐỒNG VÀ TẬN THU KIM LOẠI CÓ TRONG LOẠI NƯỚC THẢI NÀY

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS NGÔ KIM ĐỊNH

HẢI PHÒNG - 2015

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp

đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô giáo, bạn bè và gia đình

Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Ngô Kim Định

đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn và tạo điều kiện để em hoàn thành tốtluận văn này

Em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và nhân viên phòng thí nghiệmCông ty TNHH Tân Thuận Phong đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trìnhlàm luận văn

Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Kỹ thuật môitrường đã truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học tập

và hoàn thành đề tài tốt nghiệp

Trong quá trình làm luận văn, do kiến thức và thời gian còn hạn chế nênkhông thể tránh khỏi có những sai sót, mong thầy cô và các bạn giúp đỡ để bàiluận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, ngày 7 tháng 12 năm 2015

Sinh viên

Trịnh Thùy Trang

MỤC LỤC

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI iv

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1.Công nghệ mạ điện 2

1.1.1 Khái niệm 2

1.1.2 Nguyên lý quá trình mạ điện 2

1.1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ mạ điện 5

1.2.1 Kim loại đồng 8

1.2.2 Dung dịch mạ đồng 8

1.2.3 Sơ đồ quy trình công nghệ mạ đồng 11

1.3 Nước thải mạ kim loại đồng 11

1.3.1 Nguồn phát sinh nước thải mạ kim loại đồng 11

1.3.2 Thành phần, tính chất của nước thải mạ kim loại đồng 12

1.3.3 Độc tính một số hóa chất sử dụng trong công nghệ 12

1.3.4 Quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp 16

1.3.5 Tác động của nước thải mạ kim loại đồng đối với môi trường và cuộc sống con người 20

1.3.6 Vai trò của công nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng đối với môi trường và con người 21

CHƯƠNG 2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22

2.1 Một số phương pháp xử lý nước thải mạ kim loại đồng 22

2.1.1 Làm sạch nước thải bằng phương pháp sử dụng hóa chất để khử độc .22

2.1.1.1 Làm sạch nước thải xyanua bằng phương pháp hóa học 23

2.1.1.2 Làm sạch nước thải kiềm-axit bằng phương pháp hóa học 28

2.1.1.3 Xử lý cation kim loại nặng trong nước thải mạ kim loại đồng bằng phương pháp kết tủa 29

2.1.2 Làm sạch nước thải bằng phương pháp điện hóa 31

2.1.3 Làm sạch nước thải mạ kim loại bằng phương pháp trao đổi ion 32

2.1.4 Làm sạch nước thải bằng phương pháp sinh học 34

2.2 Công nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng 37

2.2.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ kim loại đồng 37

2.2.2 Thuyết minh quy trình 37

2.2.3 Ưu, nhược điểm của công nghệ 40

2.2.4 Đề xuất phương án cải thiện công nghệ 40

2.3 Tận thu kim loại có trong nước thải mạ kim loại đồng 43

2.3.1 Mẫu nước phân tích 43

2.3.2 Kết quả thực nghiệm 43

2.3.3 Lợi ích từ việc tận thu 45

KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

DANH MỤC CÁC BẢNG

khe, rạch, kênh, mương

17

Bảng 1.4 Hệ số Kq ứng với dung tích của nguồn tiếp nhận nước thải

là hồ, ao, đầm

17

Bảng 1.6 Giá trị của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp 18

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.2 Thiết bị làm sạch nước thải theo chu kì, có hệ tự động cân

đo và điều chỉnh

25

trao đổi ion

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường đang trở thành vấn đề cấp bách của toàn nhân loại.Song song với sự phát triển kinh tế, công nghiệp hóa – hiện đại hóa đang làmhủy hoại môi trường Việt Nam là một nước đang phát triển, đẩy mạnh côngnghiệp hóa – hiện đại hóa là rất quan trọng Tuy nhiên do chưa thực sự đượcquan tâm nên môi trường nước ta đang bị suy thoái nghiêm trọng

Công nghệ mạ điện có vai trò rất quan trọng trong sự phát triển các ngànhcông nghiệp, trong đó mạ kim loại đồng được đã ứng dụng rộng rãi ở nhiều lĩnhvực như sản xuất linh kiện ô tô, đồ trang trí, chi tiết máy, … Tuy nhiên, xử lýnước thải mạ kim loại đồng không phải là vấn đề đơn giản do nó có chứa hàmlượng cao các muối vô cơ, ion kim loại nặng và có khoảng pH thay đổi rất rộng

Hiện hay, tại hầu hết các cơ sở mạ điện, nước thải mạ không qua xử lýđược đổ trực tiếp ra ngoài môi trường gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe ngườidân xung quanh và làm suy thoái, giảm chất lượng môi trường Vì vậy việc đầu

tư lắp đặt hệ thống xử lý nước thải mạ là vô cùng quan trọng Có như vậy ngành

mạ điện nước ta mới thực sự phát triển bền vững

Bản luận văn này giới thiệu tổng quan công nghệ mạ kim loại đồng và cácvấn đề môi trường liên quan, các phương pháp xử lý nước thải mạ kim loại đồnghiện nay cùng với một số đề xuất thay đổi công nghệ, cuối cùng là việc áp dụngcông nghệ để tận thu các kim loại có trong nước thải Qua quá trình làm luậnvăn, em đã được tìm hiểu, tiếp thu thêm kiến thức về lĩnh vực mạ kim loại đồng

và các vấn đề môi trường liên quan

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1.Công nghệ mạ điện

1.1.2 Nguyên lý quá trình mạ điện [6]

Mạ điện là một công nghệ điện phân Trong quá trình mạ điện, vật cần mạđược gắn với cực âm (catot), kim loại mạ gắn với cực dương (anot) của nguồnđiện trong dung dịch điện phân Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron e-

trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dương, dưới tác dụng lựctĩnh điện các ion dương này sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng nhận lại e-

trong quá trình ôxi hóa khử hình thành lớp kim loại bám trên bề mặt của vậtđược mạ Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện của nguồn vàthời gian mạ

Hình 1.1: Sơ đồ chung một hệ thống mạ điện

Quá trình tổng quát là:

- Trên anot xảy ra quá trình hòa tan kim loại anot:

ηc = φcb - φ = ηnđ + ηđh + ηkt

Trong đó:

ηc: quá thế tổng cộng ở catot

φcb: điện thế cân bằng của catot

φ: điện thế phân cực catot (đã có dòng i)

ηnđ: quá thế nồng độ (phụ thuộc vào quá trình khuếch tán)

ηđh: quá thế chuyển điện tích

ηkt: quá thế kết tinh

Do đó, điện kết tủa kim loại trên catot sẽ chỉ diễn ra khi nào điện thế catotdịch chuyển khỏi vị trí cân bằng về phía âm một lượng đủ để khắc phục các trởlực nói trên

- Điều kiện xuất hiện tinh thể:

Trong điều kiện điện kết tủa kim loại trong dung dịch, yếu tố quyết địnhtốc độ tạo mầm tinh thể là tỷ số giữa mật độ dòng điện catot Dc và mật độ dòngtrao đổi i0:

β = D / i

Nếu kim loại nền và kim loại kết tủa có cấu trúc mạng khá giống nhau vềhình thái, kích thước thì cấu trúc của kim loại nền được bảo tồn và kim loại kếttủa sẽ phát triển theo cấu trúc đó (cấu trúc lai ghép (epitaxy)), xảy ra ở nhữnglớp nguyên tử đầu tiên Sau đó sẽ dần chuyển về cấu trúc vốn có của nó ở nhữnglớp kết tủa tiếp theo Trường hợp này cho lớp kim loại mạ có độ gắn bám rất tốt,xấp xỉ với độ bền liên kết của kim loại nền Nếu thông số mạng của chúng kháckhá xa nhau, hoặc bề mặt chúng có tạp chất hay chất hấp phụ, thì sự lai ghép sẽkhông xảy ra Đấy là một trong những nguyên nhân gây nên ứng suất nội và làmlớp mạ dễ bong.

- Thành phần chất điện giải

Chất điện giải dùng trong mạ điện thường là dung dịch nướccủa muối đơn hay muối phức

Dung dịch muối đơn còn gọi là dung dịch axit Cấu tử chính của dungdịch này là muối của các axit vô cơ hòa tan nhiều trong nước và phân ly hoàntoàn trong dung dịch thành các ion tự do Ở dung dịch này, phân cực nồng độ

và phân cực hóa học không lớn lắm nên lớp mạ thu được thô, to, dày mỏngkhông đều, rất dễ bị lỏi Mặt khác dung dịch muối đơn cho hiệu suất dòngđiện cao, và càng cao khi mật độ dòng càng lớn Do vậy loại dung dịch điệnphân thường được dùng để mạ những chi tiết có hình thù đơn giản như dạngtấm, dạng hộp…

Dung dịch muối phức được tạo thành khi pha chế dung dịch từ các cấu

tử ban đầu Ion kim loại mạ sẽ tạo phức với các ligan thành ion phức, làmcho hoạt độ của ion kim loại tự do giảm đi rất nhiều Do đó, điện thế tiêu chuẩn

dịch chuyển về phía âm rất nhiều Điều này giúp cho lớp mạ mịn, phủ kín, dàyđều… nên nó được dùng để mạ các chi tiết có hình thù phức tạp… Để tăng

độ dẫn điện cho dung dịch, thường pha thêm các chất điện giải trơ Các chất nàykhông tham gia vào quá trình catot và anot mà chỉ đóng vai trò chuyển điệntrong dung dịch, làm giảm điện thế bể mạ Các chất dẫn điện thường dùng là

Na2SO4, H2SO4, Na2CO3… Để ổn định pH cho dung dịch mạ, cần phải thêm vàodung dịch chất đệm pH thích hợp để tạo môi trường thuận lợi nhất cho phản

ứng điện kết tủa xảy ra.

Các chất hoạt động bề mặt bao gồm các chất bóng (axit xitric, axittrioxyglutaric…), các chất thấm ướt, chất chống thụ động anot thường là nhữnghợp chất hữu cơ, có tác dụng hấp phụ lên bề mặt phân chia pha, tham gia vàomột số quá trình mong muốn, làm cho lớp mạ thu được có chất lượng tốt hơn

1.1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ mạ điện

Hình 1.2: Sơ đồ quy trình công nghệ mạ điện

- Gia công cơ học

+ Là quá trình giúp cho bề mặt vật mạ có độ đồng đều và độ nhẵn cao,giúp cho lớp mạ bám chắc và đẹp

+ Có nhiều cách để gia công cơ học: mài, đánh bóng (là quá trình màitinh), quay xóc đối với các vật nhỏ, chải, phun tia cát hoặc tia nước dưới áp suấtcao

- Tẩy dầu mỡ

Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuất cơ khí thường dính dầu mỡ,

dù rất mỏng cũng đủ để làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc đượcvới dung dịch tẩy, dung dịch mạ… Có thể tiến hành tẩy dầu mỡ bằng các cáchsau:

+ Tẩy trong dung môi hữu cơ (như tricloetylen C2HCl3, tetracloetylen

+ Tẩy trong dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm một số chất nhũtương hóa (như Na2SiO3, Na3PO4…)

Đối với các chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật: tham gia phản ứng

xà phòng hóa với NaOH và bị tách ra khỏi bề mặt

Đối với những loại dầu mỡ khoáng vật: bị tách ra dưới tác dụng nhũtương hóa của Na2SiO3

+ Tẩy trong dung dịch kiềm bằng phương pháp điện hóa, dưới tác dụngcủa dòng điện, oxy và hydro thoát ra có tác dụng cuốn theo các hạt mỡ bám vào

bề mặt

Cần sử dụng dung dịch kiềm loãng hơn so với tẩy hóa học đã đạt hiệuquả

Tẩy dầu mỡ siêu âm là dùng sóng siêu âm với tần số dao động lớn tácdụng lên bề mặt kim loại, những rung động mạnh sẽ giúp lớp dầu mỡ tách ra dễdàng hơn

- Tẩy gỉ

Tẩy gỉ hóa học cho kim loại đen thường dùng axit loãng H2SO4 hay HClhoặc hỗn hợp của chúng Khi tẩy thường diễn ra đồng thời 2 quá trình: hòa tanoxit và kim loại nền

Tẩy gỉ điện hóa là tẩy gỉ hóa học đồng thời có sự tham gia của dòng điện

Có thể tiến hành tẩy gỉ catot hoặc tẩy gỉ anot:

+ Tẩy gỉ anot lớp bề mặt sẽ rất sạch và hơi nhám nên lớp mạ sẽ gắn bámrất tốt

+ Tẩy gỉ catot sẽ sinh ra H mới sinh, có tác dụng khử một phần oxit.Hydro sinh ra còn góp phần làm tơi cơ học màng oxit và nó sẽ bị bong ra Tẩy gỉbằng catot chỉ áp dụng cho vật mạ bằng thép cacbon, còn với vật mạ Ni, Cr thìkhông hiệu quả lắm

- Tẩy bóng điện hóa và hóa học

Tẩy bóng điện hóa cho độ bóng cao hơn gia công cơ học Lớp mạ trên nógắn bám tốt, tinh thể nhỏ, ít lỗ thủng và tạo ra tính chất quang học đặc biệt Khitẩy bóng điện hóa thường mắc vật tẩy với anot đặt trong một dung dịch đặc biệt

Do tốc độ hòa tan của phần lồi lớn hơn của phần lõm nên bề mặt được san bằng

và trở nên nhẵn bóng

Cơ chế tẩy bóng hóa học cũng giống tẩy bóng điện hóa Khi tẩy bóng hóahọc cũng xuất hiện lớp màng mỏng cản trở hoặc kìm hãm tác dụng xâm thực củadung dịch với kim loại tại chỗ lõm

- Tẩy nhẹ

Tẩy nhẹ hay còn gọi là hoạt hóa bề mặt, nhằm lấy đi lớp oxit rất mỏng,không nhìn thấy được, được hình thành trong quá trình gia công ngay trước khi

mạ Khi tẩy nhẹ xong, cấu trúc tinh thể của nền bị lộ ra, độ gắn bám sẽ tăng lên.

1.2 Công nghệ mạ kim loại đồng

1.2.1 Kim loại đồng

Đồng là kim loại màu đỏ, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, mềm, dễ đánh bóng,.Trong không khí đồng không ổn định, dễ bị khí ẩm, khí CO2, khí SO2 tạo thành

mạng oxit, hợp chất sunfua và đồng cacbonat tính kiềm [2].

Đồng có thế dương hơn sắt, nên nó là lớp mạ catot đối với sắt thép (cũngnhư với kẽm, hợp kim kẽm,…) Vì thế lớp mạ đồng không thể bảo vệ bề mặt cáckim loại này khỏi ăn mòn điện hóa được, mà chỉ bảo vệ chúng một cách cơ học,tức là khi lớp mạ không có lỗ thủng, lỗ xốp mà thôi Nếu có lỗ thủng trong lớp

mạ đồng thì không khí ẩm tại đó lập tức hình thành một vi pin ăn mòn Cu – Fe,trong đó sắt thép (kim loại nền) là anot hòa tan và quá trình ăn mòn xảy ra rấtmạnh

Vì những lí do trên nên một khi muốn dùng lớp mạ đồng một cách độc lậpnhư mọi lớp mạ bảo vệ - trang sức khác nhất thiết phải qua các khâu gia công,

xử lý, hoàn thiện [3].

Đồng là lớp mạ lót quan trọng, khi mạ chi tiết nhôm, kẽm đúc, hàn thiếc,hợp kim đồng thiếc,… thường mạ lót đồng để nâng cao độ bám chắc lớp mạ

Lớp mạ đồng là lớp trung gian, những chi tiết là sắt thép, kẽm đúc thường

mạ đồng – niken – crom, lớp đồng trung gian không lỗ xốp, nâng cao độ bền ănmòn Lớp mạ đồng trên chất dẻo, nâng cao tính chịu nhiệt của chi tiết mạ, sửdụng trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt

Mạ đồng còn được dùng để bảo vệ chi tiết khỏi bị thấm than trong quátrình nhiệt luyện Mạ đồng đem oxi hóa sẽ có nhiều màu sắc đẹp Mạ đồng dàytrên thép để tăng độ dẫn điện và tiết kiệm nguyên liệu đồng, mạ đồng trên bạc để

làm giảm ma sát [2].

1.2.2 Dung dịch mạ đồng

a Dung dịch mạ đồng sunfat

Cấu tử chính của dung dịch sunfat chỉ có CuSO4 và H2SO4 Ngoài ra còndùng thêm phụ gia là chất hoạt động bề mặt hay chất bóng

Chất làm bóng của dung dịch sunfat đồng gồm có 3 loại:

 Chất hoạt động bề mặt: polighicola, chất nhũ hóa OP,…

 Chất làm bóng chính: chủ yếu là chất làm bóng loại S, cấu tạo như sau:R-S-S-(CH2)SO3X, X là Na hoặc H

 Chất làm bằng: hợp chất có vòng tạp và chất nhuộm, có tác dụng làmbằng và bóng ở chỗ mật độ dòng điện thấp

Mạ bóng sunfat đồng cần có gốc clo 20 – 80 mg/l nếu không khu vựcbóng hẹp, độ bóng giảm

Tạp chất đối với dung dịch đồng sunfat là asen, antimon, mùn anot, cácchất hữu cơ tạo keo

Thành phần dung dịch mạ đồng sunfat đơn giản, dung dịch ổn định, khilàm việc không có khí độc hại Dùng chất làm bóng thích hợp có thể thu đượclớp mạ bóng Tuy nhiên, dung dịch có khả năng phân bố kém, kết tinh khôngmịn, chi tiết là sắt thép mạ đồng cần phải mạ lót

b Dung dịch mạ đồng floborat.

Thành phần dung dịch: Đồng floborat (Cu(BF4)2), axit floboric (HBF),axit boric (H3BO3)

Dung dịch này cũng giống như dung dịch sunfat, có độ bền cao, lớp mạkín chắc, khả năng phân bố thấp, chỉ mạ cho các vật có hình dạng đơn giản.Nhưng độ hòa tan của đồng floborat lớn nên cho phép dùng mật độ dòng điệncao Cũng như các dung dịch axit khác, dung dịch đồng floborat không thể mạtrực tiếp lên sắt thép, hợp kim kẽm được, mà cần phải mạ lót kẽm hay đồng từdung dịch xyanua trước khi mạ trong dung dịch này

Các dung dịch này có ưu điểm là anot tan ít tạo mùn Nâng cao nồng độ

và khuấy dung dịch cho phép tăng ngưỡng trên của mật độ dòng điện catot [3].

Dung dịch floborat không dùng chất làm bóng, nhưng nếu cho vào một ítCuSO4 hoặc chất làm bóng đồng anot có thể thu được lớp mạ bóng

Tạp chất hữu cơ có thể làm lớp mạ giòn, biến màu, tiến hành xử lý bằngthan hoạt tính

c Dung dịch mạ đồng xyanua

Thành phần dung dịch: Cu(CN)2, Ca(CN)2 tổng, Ca(CN)2 tự do, KCNtổng, KCN tự do, NaOH, KOH.

Dung dịch mạ đồng xyanua gồm 3 loại:

+ Dung dịch mạ đồng lót: khả năng phân bố tốt, hiệu suất dòng điện thấp,chỉ để mạ lớp đồng mỏng, chủ yếu dùng để mạ lót những chi tiết thép đúc

+ Dung dịch mạ đồng xyanua hiệu suất cao: có hiệu suất dòng điện 100%,tốc độ kết tủa nhanh, nhưng khả năng phân bố kém, khi mạ trên sắt thép hoặctrên kẽm đúc cần mạ lót, dung dịch nhạy cảm với tạp chất Do tốc độ kết tủanhanh, lớp mạ bóng nên được sử dụng rộng rãi

+ Dung dịch mạ đồng xyanua có KNaC4H4O6: nằm giữa hai dung dịchtrên, không nhạy lắm với tạp chất, không cần mạ lót trên hợp kim kẽm đúc,nhưng độ dày lớp mạ trung bình

Dung dịch mạ đồng xyanua khả năng phân bố tốt, tốc độ kết tủa nhanh, dễkhống chế dung dịch, được sử dụng rộng rãi Nhưng dung dịch xyanua rất độc

d Dung dịch mạ đồng pirophotphat

Thành phần dung dịch:

+ Cấu tử chính: CuSO4 hay Cu2P2O7 và K4P2O7 hoặc Na4P2O7

+ Các chất bóng: axit trioxyglutaric, 2-mercaptotyazol, Na2SeO3,axitxitric,…

Ưu điểm: khả năng phân bố tốt, không độc, ăn mòn ít, lớp mạ mịn, có thể

mạ được lớp mạ dày

Khuyết điểm: khi mạ trên sắt thép cần phải mạ lót Độ nhớt dung dịchcao, khó lọc, sau khi mạ thời gian dài muối photphat tăng làm tốc độ kết tủagiảm Ngoài ra giá thành đắt, xử lý nước thải khó khăn

1.2.3 Sơ đồ quy trình công nghệ mạ đồng

Hình 1.3: Quy trình công nghệ mạ đồng

1.3 Nước thải mạ kim loại đồng

1.3.1 Nguồn phát sinh nước thải mạ kim loại đồng

Bảng 1.1: Nguồn phát sinh nước thải mạ kim loại đồng

Công đoạn Chất thải phát sinh

cao

hàm lượng các muối sắt, đồng cao

đồng, muối amoni, soda, xyanua

1.3.2 Thành phần, tính chất của nước thải mạ kim loại đồng

Đặc trưng chung của nước thải ngành mạ điện là chứa hàm lượng cao cácmuối vô cơ và kim loại nặng Tùy theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhiễmchính có thể là đồng, kẽm, crôm hoặc niken và cũng tùy thuộc vào loại muốikim loại sử dụng mà nước thải có chứa các độc tố khác nhau như xyanua, muốisunfat, crômat, amonium Trong nước thải xi mạ thường thấy sự thay đổi pH rấtrộng từ rất axit (pH=2–3) đến rất kiềm (pH=10-11) Các chất hữu cơ thường córất ít trong nước thải xi mạ, phần đóng góp chính là các chất tạo bóng, chất hoạtđộng bề mặt,… nên chỉ số COD, BOD của nước thải mạ điện thường nhỏ vàkhông thuộc đối tượng xử lý Đối tượng xử lý chính trong nước thải mạ điện làcác ion vô cơ mà đặc biệt là muối kim loại nặng như crôm, niken, đồng, kẽm,

ở dạng hợp chất hòa tan

1.3.3 Độc tính một số hóa chất sử dụng trong công nghệ

- Axit sunfuric (H2SO4): được sử dụng trong công đoạn làm sạch vật cần

mạ bằng phương pháp hóa học, điện hóa; công nghệ mà đồng từ dung dịchsunfat

+ Axit sunfuric là chất lỏng, trong, sánh như dầu, không bay hơi H2SO4

98% có tỷ trọng D = 1,84g/cm3, nặng gấp 2 lần nước H2SO4 đặc rất hút ẩm, tan

vô hạn trong nước và tỏa nhiều nhiệt

+ H2SO4 đậm đặc (98%) rất háo nước nên khi gặp giấy vải sẽ hút nướcmãnh liệt gây ra phản ứng cháy, khi tiếp xúc với da thịt sẽ gây bỏng một cáchnghiêm trọng Bản chất của việc bỏng là do axit sunfuric hoạt động hóa họcmạnh với các chất hữu có trên có thể người Do tính chất oxy hóa mạnh nên khi

tác động lên cơ thể, axit phá hủy cấu trúc mô như da, mỡ, gân, cơ… gây hoại tử

từ ngoài vào trong theo cơ chế đông vón protein của cơ thể Hít phải hơi axitsunfuaric đặc sẽ làm hư hại ngay tế bào phổi, gây ngất, choáng

+ Axit sunfuaric loãng không có tác động gây bỏng tức thời nhưng tiếpxúc lâu gây hại da, viêm da, viêm đường hô hấp gây viêm phế quản mãn tính

- Axit clohydric (HCl): sử dụng trong công đoạn làm sạch vật cần mạbằng phương pháp hóa học, điện hóa

+ Axit clohydric là chất lỏng, trong suốt hoặc vàng nhạt (do lẫn tạp chất),hơi nhớt, có thể bốc khói, ở nồng độ 38-40% có tỷ trọng 1,18g/cm3

+ Axit clohydric là một axit vô cơ mạnh, có nồng độ đậm đặc nhất là40% Ở dạng đậm đặc axit này có thể tạo thành các sương mù axit, chúng đều cókhả năng ăn mòn các mô con người, gây tổn thương cơ quan hô hấp, mắt, da vàruột

+ Mức độ nguy hiểm của dung dịch axít clohydric phụ thuộc vào nồng độcủa nó

Bảng 1.2 : Cách phân loại của EU về nồng độ axit clohydric

R37 – gây kích thích hệ hô hấp

- Natri hydroxit (NaOH) – xút ăn da: sử dụng trong công đoạn làm sạchvật cần mạ bằng phương pháp hóa học, điện hóa và công nghệ mạ đồng bằngdung dịch xyanua

+ Natri hydroxit tinh khiết là chất rắn có màu trắng ở dạng viên, vảy hoặchạt hoặc ở dạng dung dịch bão hòa 50% Nó phản ứng mãnh liệt với nước vàgiải phóng một lượng nhiệt lớn

+ Natri hydroxit 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 triệuchứng rất hiển nhiên

 Bỏng ở da: bỏng rộng sâu hơn so với axit, bỏng nhẹ thì gây vết loét,

và hay chảy nước

 Bỏng bộ máy tiêu hóa: đau rất dữ dội ở miệng, lưỡi, hầu, thực quản,bụng Nếu nặng thì chết vì sưng hầu, thực quản hoặc thủng dạ dày

 Nếu không chết, thường xảy ra biến chứng co thắt thực quản

 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

 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 gâyđường hô hấp gây tổn thương phổi

- Các hợp chất Xyanua (KCN, NaCN): sử dụng trong công nghệ mạ đồngbằng dung dịch xyanua

+ Các hợp chất xyanua ở dạng tinh thể trắng, có mùi hạnh nhân nhẹ tantốt trong nước Dung dịch trong nước có phản ứng kiềm Là chất độc bảng B,độc tố chủ yếu là HCN, các chất xyanua bay hơi tạo ra HCN có tác dụng cản trởoxi hóa của tế bào và gây chết do ngạt thở

+ HCN rất độc, nồng độ cho phép bé hơn 1 – 2 ppm HCN có thể đi vào

cơ thể qua đường hô hấp và tiêu hóa, thậm chí còn thấm qua da Độc tính caocủa xyanua do gốc CN- có khả năng tạo phức với một số kim loại trong enzim ở

cơ thể (như metaloprotein), phá hủy các enzim hô hấp làm mất khả năng vậnchuyển oxy của máu Xyanua còn ức chế các enzim đóng vai trò oxi hóa trong

cơ thể

+ Công nhân làm việc trong các xưởng mạ, hàng ngày tiếp xúc vớixyanua dễ bị chứng xyanua thể hiện là bị ngứa, nổi mụn sần, chấm đỏ trên da.Tiếp xúc với lượng nhỏ xyanua trong thời gian lâu sẽ bị kém ăn, đau đầu, yếumệt, ói, hoa mắt, chóng mặt và triệu chứng ngứa đường hô hấp trên

+ HCN gây ra phản ứng mạnh với một số chất bởi nhiệt độ ẩm và giảiphóng khí HCN rất độc Chất xyanua rất dễ giải phóng ra HCN, khí HCN dễ bốc

NaCN để giải phóng HCN, là một chất độc mạnh, nên tránh tiếp xúc với hơixyanua và các dung dịch có chứa xyanua

- Các muối của đồng: CuCl2, CuSO4, Cu(NO3)2, CuCO3

Độc tính gây kích thích nhẹ, gây dị ứng nhẹ Hít phải bụi của đồng sẽ gâyảnh hưởng xấu gan và tụy và làm tổn thương tế bào phổi Các muối đồng gây racác kích thích ngứa da và kết mạc do bị dị ứng Oxit đồng hóa trị 1 còn gây kíchthích ngứa mắt và đường hô hấp trên Những người tiếp xúc thường xuyên vớiđồng, hợp chất của đồng thường bị có hiện tượng mất màu của da Người uốngphải đồng sunfat sẽ bị ói mửa, đau dạ dày, choáng, thiếu máu, chuột rút, co giật,hôn mê và có thể chết Đồng có thể gây ảnh hưởng đến thần kinh, thận, một vài

- Amoniac (NH4OH) và các hợp chất amoni: sử dụng một lượng nhỏ trongcông nghệ mạ đồng từ dung dịch pyrophotphat

Là chất bay hơi giải phóng NH3 là chất có khả năng gây nổ và gây kíchthích mạnh cho mặt da và những nơi tiếp xúc, ăn mòn rất mạnh khi bị tiếp xúcphải rửa ngay bằng nước sạch Gây các bệnh về đường hô hấp, da, mắt và niêmmạc phổi Dấu hiệu và triệu chứng khi tiếp xúc là ngứa mắt, niêm mạc, sưng mí

mắt, ngứa mũi, cổ họng, ho, ói, khó thở và các mụn nhỏ ở giác mạc mắt có thể

xảy ra khi bị văng dung dịch amoniac vào mắt [1].

- Axit flohydric (HF): sử dụng trong công nghệ mạ đồng từ dung dịchfloborat

Các hợp chất flo là các chất có độ độc cao Nhiễm độc cấp tính thườngxảy ra khi tiếp xúc với HF Bệnh mãn tính xảy ra ở những công nhân làm việctrực tiếp với flo thường bị xơ cứng mô kết hợp của canxi trong xương với flo.Răng bị đốm, xơ cứng gân, nhuyễn xương Khi nhiễm độc mãn tính có thể bị

giảm cân, chán ăn, thiếu máu, hư răng [1].

1.3.4 Quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp

Áp dụng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp của BộTài nguyên và Môi trường (QCVN 40:2011/BTNMT) [5]:

Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận nước thải được tính toán như sau:

Bảng 1.3: Hệ số K q ứng với lưu lượng dòng chảy của sông, suối, khe, rạch,

có số liệu về dung tích thì áp dụng Kq = 0,6

+ Hệ số Kq đối với nguồn tiếp nhận nước thải là vùng nước biển ven bờ, đầm phá nước mặn và nước lợ ven biển:

 Vùng nước biển ven bờ dùng cho mục đích bảo vệ thủy sinh, thể thao

và giải trí dưới nước, đầm phá nước mặn và nước lợ ven biển áp dụng

Kq = 1

 Vùng nước biển ven bờ không dùng cho mục đích bảo vệ thủy sinh, thể thao hoặc giải trí dưới nước áp dụng Kq = 1,3

- Kf là hệ số lưu lượng nguồn thải:

Bảng 1.5: Hệ số lưu lượng nguồn thải K f

Lưu lượng nguồn thải (F)

Đơn vị tính: mét khối/ngày đêm (m 3 /24h)

- Áp dụng giá trị tối đa cho phép Cmax = C (không áp dụng hệ số Kq và Kf) đối với các thông số: nhiệt độ, màu, pH, coliform, Tổng hoạt độ phóng xạ α, Tổng hoạt độ phóng xạ β

- Nước thải công nghiệp xả vào hệ thống thoát nước đô thị, khu dân cư chưa có nhà máy xử lý nước thải tập trung thì áp dụng giá trị Cmax = C

Bảng 1.6: Giá trị của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp

a Ảnh hưởng đến môi trường

Nước thải của ngành xi mạ phát sinh không nhiều, nồng độ chất hữu cơthấp nhưng độc tính của các hợp chất vô cơ có trong nước thải sẽ gây hậu quảnghiêm trọng đối với môi trường nếu không được xử lý

Độc tố có trong nước thải sẽ làm ô nhiễm nguồn nước, tác động đến môitrường sống của động thực vật thủy sinh như: làm chết các sinh vật phù du; làmcạn kiệt nguồn thức ăn cho động vật thủy sinh; gây bệnh cho tôm, cá; làm biếnđổi các tính chất lý hóa của nước; tạo ra sự tích tụ sinh học trong chuỗi thức ăn

Nếu nồng độ độc chất lớn có thể gây chết sinh vật dưới nước, với nồng độnhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, gây ảnh hưởng lâu dàivới nhiều loài sinh vật

Nếu không quản lý chặt chẽ, nước thải xi mạ có thể làm ảnh hưởng đếnchất lượng cây trồng, vật nuôi, làm thoái hóa đất

Do đặc tính chứa nhiều các hợp chất vô cơ có tính oxi hóa mạnh, nếu đểchảy tràn nước thải xi mạ có thể dẫn đến ăn mòn, xâm thực hệ thống cống rãnh,hủy hoại các công trình công cộng

b Ảnh hưởng đến con người