lựa chọn phương pháp xử lý và thiết kế hệ thống xử lý chất thải của doanh nghiệp

Bụi kim loạiHơi dung môi Nước thải chứa dầu Dung môi NaOH, HCl, H2SO4 Cr6+ Hơi, axit Axit, kiềm Cũng như dung dịch chứa F–, dung dịch này có tính ăn mòn mạnh, nên bể chứaphải bằng châ

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM NƯỚC THẢI 3

1.1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN 3

1.1.1 Một số kim loại dùng để mạ điện 3

1.1.2 Sơ đồ công nghệ và sơ đồ dòng 4

1.1.3 Chi tiết về công nghệ mạ Crom 6

1.2 ĐẶC TRƯNG NƯỚC THẢI MẠ 9

1.3 TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CỦA NƯỚC THẢI MẠ 10

1.3.1 Nước thải từ quá trình làm sạch bề mặt 11

1.3.2 Nước thải từ quá trình mạ 11

1.3.3 Nước rửa chi tiết sau mạ 11

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN 13

1.4.1 Phương pháp hóa học 13

1.4.2 Phương pháp điện hóa 16

1.4.3 Phương pháp trao đổi ion 17

1.4.4 Phương pháp sinh học 17

1.4.5 Phương pháp hấp phụ 18

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 21

2.1 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ NƯỚC THẢI MẠ Ở VIỆT NAM 21

2.2 Đề xuất phương án xử lý nước thải mạ 24

2.2.1 Phương pháp khử - kết tủa hóa học 25

2.2.2 Phương pháp trao đổi ion 26

2.2.3.Phương pháp hấp phụ: 27

2.3 Cơ sở lựa chọn phương pháp 28

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ

NƯỚC THẢI 30

3.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 30

3.1.1 Bể chứa các dòng: 30

3.1.2 Bể điều hòa: 31

3.1.3 Bể khử Crom: 32

3.1.4 Bể kết tủa: 35

3.1.5 Bể lắng đứng: 38

3.1.6 Bể trung hòa: 42

LỜI MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường nói chung và tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải côngnghiệp nói riêng là một trong những vấn đề quan trọng đặt ra cho nhiều quốc gia Cùngvới sự phát triển của các ngành công nghiệp, môi trường ngày càng phải tiếp nhận nhiềucác yếu tố độc hại Đặc biệt, trong ngành công nghiệp mạ, nguồn nước thải có thể chứamột lượng chất độc hại nhất định như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua, có khả nănggây ảnh hưởng bất lợi đến môi trường tiếp nhận nếu không có biện pháp xử lý hợp lý 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 ramôi trường nên gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Kết quả phân tích chất lượng nướcthải của các cơ sở mạ điện điển hình cho thấy: hầu hết các cơ sở đều không đạt tiêu chuẩnnước thải cho phép, chỉ tiêu kim loại nặng vượt nhiều lần cho phép, thành phần của nướcthải có chứa cặn, sơn, dầu nhớt, Vì vậy, đầu tư vào công tác bảo vệ môi trường là vấn

đề cấp bách của doanh nghiệp để có thể đảm bảo sự phát triển bền vững trong tương laicủa chính doanh nghiệp

Đến nay trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải mạ điện được đưa ranhư: phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện hoá, phương pháp hoá học, phươngpháp hấp phụ, phương pháp sinh học,…Tuy nhiên khả năng áp dụng vào thực tế của cácphương pháp này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hiệu quả xử lý của từng phương pháp, ưunhược điểm, và kinh phí đầu tư, Trên thực tế, đa phần các cơ sở mạ điện đều là cácdoanh nghiệp vừa và nhỏ nên sự đầu tư cho xử lý chất thải nói chung và nước thải nóiriêng còn nhiều hạn chế Nước thải từ các cơ sở này thường được thải trực tiếp vào môitrường hoặc chỉ được xử lý sơ bộ, kém hiệu quả trước khi xả thải Do đó, việc lựa chọnphương pháp xử lý và thiết kế hệ thống xử lý chất thải cho thích hợp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM

NƯỚC THẢI

Trong công nghiệp sản xuất dụng cụ cơ khí nói riêng và ngành gia công chế tác nóichung thì công nghệ mạ bao gồm hai công nghệ chính là mạ điện và mạ nóng chảy Haihình thức này tồn tại song song cùng với nhau Tuy nhiên, về mức độ phổ biến thì mạđiện được áp dụng phổ biến hơn mạ nóng chảy

1.1.1 Một số kim loại dùng để mạ điện

Tùy theo mục đích sử dụng là chống ăn mòn hay có tác dụng trang trí mà các công nghệ

mạ điện áp dụng nhiều kỹ thuật mạ phủ các kim loại khác nhau, tạo ra các loại sản phẩm

mạ khác nhau với các đặc tính khác nhau

Bảng 1.1: Các kim loại mạ phủ và các loại sản phẩm

Kim

Đồng - Mạ Cu trong dung dịch xianua

- Mạ Cu trong dung dịch không

có xianua

- Mạ Cu trong dung dịch acid

- Các loại mạ Cu đặc biệt khác

- Ứng dụng rộng rãitrong các lĩnh vựcchế tạo máy và chếtạo dụn cụ

- Lớp mạ đồng có màuhồng đỏ, trong khôngkhí dễ bị rỉ do tác dụngvới O2 và acidcacbonic

- Dùng trong mĩ thuậtlàm lớp lót trang trí, mạbảo vệ các chi tiết khỏi

bị thấm cacbon, nito,dùng trong kĩ thuật đúcđiện, tạo hình các chitiết phức tạp

Niken - Mạ Niken trong dug dich acid

- Lớp mạ Niken dẻo, dễđánh bóng tạo độ bóngrất cao và bền nhờmàng thụ động mỏng,chịu được các điều khắcnghiệt của acid, kiềm,

và muối

- Mạ Niken để bảo vệvật mạ không bị ăn

mònKẽm - Mạ trong dug dich amoniacat

- Mạ trong dug dich acid

- Mạ trong dung dịch xianua

- Chi tiết ốc vít, tônlợp nhà, đường ốngnước , dây thép

- Lớp kẽm dễ kéo, dễdát mỏng Sản phẩmdùng để trang trí haybảo vệ cho sắt thépCrom - Mạ bằng dung dịch có thành

phần chủ yếu là acid cromic với

nồng độ khác nhau

- Phụ tùng xe hơi, xegắn máy, đồ giadụng, làm gươngphản chiếu, mạkhuôn, xi lanh…

- Lớp mạ Crom có độbóng cao, màu sangtrắng, có ánh xanh

- Crom được mạ đểtrang trí hoặc bảo vệcác vật mạ, chịu màimòn, tăng tính phản xạánh sang của sản phẩm

1.1.2 Sơ đồ công nghệ và sơ đồ dòng

Quy trình mạ nói chung:

Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ mạ điện tổng quát

Mài thô, mài tinh

Gia công bề mặt

Đánh bóng, quay bóng

Tẩy dầu mỡ

Làm sạch bằng hóa học Nước thải kiềm Làm sạch bằng điện giải

Nước thải hữu cơ

Hơi acid

Mạ kẽm Mạ bạc Mạ Crom Mạ vàng Mạ Niken Mạ đồng đen Mạ đồng

Bụi gỉ

Nước thải chứa hóa chất

Bụi kim loại

Thuyết minh quy trình:

+ Tẩy sạch bề mặt nguyên liệu mạ: tẩy sạch bề mặt cần mạ bằng gia công cơ khínhư mài thô, mài tinh, đánh bóng nhằm làm bằng phẳng các chỗ lồi lõm, vết hàn, các sảnphẩm gỉ tích tụ trên bề mặt, làm cho bề mặt tương đối nhẵn bóng Đối với những chi tiết

có hình phức tạp, nhỏ bé, không thể dùng mô tơ đánh bóng thì phải dùng thùng quaybóng

+ Tẩy dầu mỡ: Đối với dầu mỡ có nguồn gốc thực vật hay động vật dùng xà phòng

để tẩy Đối với dầu mỡ có nguồn gốc dầu mỏ không thể xà phòng hóa nhưng tẩy trongdung môi hữu cơ, dịch kiềm và nhũ tương Hàm lượng NaOH thấp hiệu quả để tẩy dầuthấp, nhưng nếu quá cao thì khi tẩy xà phòng tạo ra khó hòa tan, làm giảm hiệu quả tẩydầu Để duy trì dung dịch có độ kiềm ổn định, khống chế sự thay đổi hàm lượng NaOHthường cho vào các loại muối như Na2CO3 , Na2PO4 … Sự có mặt của các chất bề mặt,chất nhũ hóa để tăng khả năng tẩy các chất không xà phòng hóa được

+ Tẩy gỉ: Tiến hành sau khi đã làm sạch dầu mỡ trên bề mặt, chi tiết cần mạ thường

có lớp oxit phủ bên ngoài Lớp oxit này sinh ra khi đánh bóng không bôi dầu hoặc để lâungoài không khí bị oxi hóa hoặc chi tiết có những phần không bám chắc, khi sử dụng hay

va chạm sẽ bị bong ra Vì vậy, cần phải tẩy sạch lớp oxit trước khi mạ

+ Mạ phủ kim loại: Phôi mạ sau khi tẩy sạch bề mặt và được rửa sach bằng nướcđược đưa vào bể mạ

+ Sấy khô và hoàn thành sản phẩm

1.1.3 Chi tiết về công nghệ mạ Crom

Cr là kim loại màu trắng bạc có ánh xanh; có độ cứng rất cao và chịu mài mòn rấttốt Khối lượng nguyên tử bằng 52,01; trọng lượng riêng bằng 7,2 kg/cm3 Nhiệt độ nóngchảy là 1750-1800oC Theo điện thế tiêu chuẩn ( Cr/Cr3+ = -0,7V) thì nó thuộc các kimloại hoạt động, nhưng trong khí quyển bề mặt của Cr được sinh ra lớp màng mỏng oxitrất kín, chắc, chống ăn mòn tốt làm cho Cr giữ được màu sắc và độ bóng rất lâu Trongkhông khí ẩm và trong mỗi trường oxy hóa, Cr có điện thế +0,2V, vì vậy Cr là lớp mạcatot đối với sắt thép Lớp mạ Cr nhất thiết phải kín mới có thể bảo vệ được nền thép

Ứng dụng quan trọng của mạ Crôm là: mạ Crôm trang sức rất mỏng trong hệ lớp

mạ bảo vệ trang sức; mạ Crôm bảo vệ chống ăn mòn nâng cao độ bền mòn cho các dụng

cụ cầm tay; mạ Crôm cứng phục hồi chi tiết máy đã bị mòn Lớp mạ Crôm làm việc tốt ởnhiệt độ cao ( 500oC ), có khả năng phản xạ ánh sáng tốt và không bị mờ đi theo thờigian, có độ cứng rất cao ( 8000-10000 N/mm2 ) và không hề bị suy giảm khi nhiệt độ làm

việc chưa vượt quá 350oC Lớp mạ Crôm có hệ số ma sát rất bé và có độ gắn bám tốt vớithép, niken, đồng và hợp kim của đồng Nhưng mạ các kim loại khác lên Crôm thì rất khóbám do có lớp oxit ngăn cản.

Các dung dịch mạ Crôm

- Mạ Crôm từ dung dịch có anion SO 4 2-:

Dung dịch chỉ gồm 2 cấu tử CrO3 và H2SO4 CrO3 có thể dùng với nồng độ thaykhổi trong một khoảng rất rộng từ 150-400 g/l vẫn không ảnh hưởng nhiều đến dáng vẻbên ngoài của lớp mạ Nồng độ lớn cho lớp mạ ít cứng, hiệu suất dòng điện và khả năngphân bố thấp Nồng độ loãng cho lớp mạ rất cứng, hiệu suất dòng điện và khả năng phân

bố cao H2SO4 được dùng để cung cấp anion hoạt hóa SO42- , nồng độ H2SO4 cao có suhướng cho kết tủa bóng, tinh thể nhỏ Nồng độ thấp cho kết tủa xám, kém chất lượng Tỷ

lệ nồng độ giữa hai cấu tử này tốt nhất là: CrO3/H2SO4 = 100/1; lúc đó lớp mạ sẽ bóngsáng, cho hiệu suất dòng điện cao, khả năng phân bố lớn

- Mạ Crôm từ dung dịch có anion F – :

Mạ Crôm từ dung dịch chứa F– có những ưu điểm so với dung dịch chứa SO42- là: cóthể mạ ở nhiệt độ phòng; khả năng phân bố và khả năng mạ sâu tốt hơn; hiệu suất dòngđiện cao hơn

Lớp mạ thu được từ dung dịch chứa anion F – có độ cứng thấp, độ đàn hồi cao và cóthể mạ bóng được

Thành phần dung dịch và chế độ mạ như sau:

Vì dung dịch chứa anion F – có tính ăn mòn cao nên bể chứa phải bọc lót bằngchất dẻo Anốt không dùng là chì mà phải dùng hợp kim Pb-Sb (6-8%) hay Pb-Sn (4-6%)

- Mạ Crôm từ dung dịch có chứa các anion SO 4 2- và SiF 6 2- :

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

số trường hợp cụ thể còn tăng được năng suất mạ Crôm lên

Điểm nổi bật chung của dung dịch này là thành phần của nó luôn ổn định nhờdùng dư các muối khó tan chứa các anion ấy Thành phần tối ưu và chế độ mạ của dungdịch này như sau:

CrO3 300-400 g/lHF.2H2O 8-12g/l

Nhiệt độ : 20-30oC

Dc : 10 A/dm2

Bụi kim loại

Hơi dung môi Nước thải chứa dầu Dung môi

NaOH, HCl,

H2SO4

Cr6+

Hơi, axit Axit, kiềm

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

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

mạ 2 lớp: lớp trong là Niken, lớp ngoài là Crôm

Sơ đồ công nghệ mạ Crom:

Hình 1.3: Sơ đồ dây chuyền công nghệ mạ Cr và dòng thải

Nguyên lý: Vật cần mạ sẽ được xử lý cơ học đầu tiên giúp cho bề mặt vật mạ có độđồng đều và có độ nhẵn cao, giúp cho lớp mạ bám chắc và đẹp, có thể gia công cơ học

Nhiệt độ : 55-65oC

Dc : 40-100 A/dm2

CrO3 250-300 g/lCrSO4 5,5-6,5 g/l

K2SiF6 18-20 g/l

bằng nhiều cách: mài, đánh bóng Sau đó đến công đoạn tẩy dầu mỡ do bề mặt kim loạisau nhiều công đoạn sản xuất cơ khí thường dính dầu mỡ, dù rất mỏng cũng đủ để làmcho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc với dung dịch tẩy, dung dịch mạ, ta có thể tẩytrong dung môi hữu cơ hoặc dung dịch kiềm nóng Rồi đến công đoạn tẩy bóng điện hóacho độ bóng cao hơn, lớp mạ trên nó gắn bám tốt, tinh thể nhỏ, ít lỗ thủng và tạo ra tínhchất quang học đặc biệt Sau đó đưa vật đã được gia công qua các bước trên nhúng vàothiết bị mạ điện và thực hiện quá trình mạ.

Nước thải từ xưởng xi mạ có thành phần đa dạng về nồng độ và pH biến đổi rộng từrất axit 2-3, đến rất kiềm 10-11 Đặc trưng chung của nước thải ngành mạ là chứa hàmlượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng Tuỳ theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô ềnhiễm có thể là Cu, Zn, Cr, Ni,… và cũng tuỳ thuộc vào loại muối kim loại được sửdụng mà nước thải có chứa các độc tố như xianua, sunfat, amoni, crômat,… Các chấthữu cơ ít có trong nước thải xi mạ, phần chủ yếu là chất tạo bông, chất hoạt động bmặt

… nên BOD, COD thường thấp và không thuộc đối tượng xử lý Đối tượng xử lý chính

là các ion vô cơ mà đặc biệt là các muối kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, Fe,…

Nước thải nên tách riêng thành 3 dòng riêng biệt:

- Dung dịch thải đậm đặc từ các bể nhúng, bể ngâm

- Nước rửa thiết bị có hàm lượng chất bẩn trung bình (muối kim loại, dầu mỡ và xàphòng,…

- Nước rửa loãng

Để an toàn và dễ dàng xử lý, dòng axit crômic và dòng cyanide nên tách riêng

Chất gây ô nhiễm nước thải xi mạ có thể chia làm vài nhóm sau:

- Chất ô nhiễm độc như cyanide CN-, Cr (VI), F-,…

- Chất ô nhiễm làm thay đổi pH như dòng axit và kiềm

- Chất ô nhiễm hình thành cặn lơ lửng như hydroxit, cacbonat và photphat

- Chất ô nhiễm hữu cơ như dầu mỡ, EDTA …

Các cuộc khảo sát cho thấy các quá trình trong ngành xử lý kim loại khá đơn giản vàtương tự nhau Nguồn chất thải nguy hại phát sinh từ quá trình làm mát, lau rửa và đốtcháy dầu Xử lý kim loại đòi hỏi một số hoá chất như axit sunfuric, HCl, xút, …để làmsạch bề mặt kim loại trước khi mạ Thể tích nước thải được hình thành từ công đoạn rửa

bề mặt, làm mát hay làm trơn các bề mặt kim loại khá lớn, gây ô nhiễm nguồn nước vàảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng

1.3 TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CỦA NƯỚC THẢI MẠ Các nguồn thải gây ô nhiễm

Hình1.4: Quy trình mạ điện và các nguồn thải gây ô nhiễm

1.3.1 Nước thải từ quá trình làm sạch bề mặt

Trước khi mạ, bề mặt cần phải bằng phẳng, sắc nét, bóng và tuyệt đối sạch các chấtdầu mỡ, màng oxit, như vậy lớp mạ mới có độ bám tốt, không xước, không sần sùi, bóngsáng đều và đồng nhất Để sản phẩm có được lớp mạ sáng bóng, trước khi đem phôi đi

mạ phủ kim loại thì cần phải qua các công đoạn gia công bề mặt như: mài thô, mài tinh,đánh bóng, quay bóng, tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ Các công đoạn trong quá trình làm sạch bề mặtphôi mạ đều có thể gây ô nhiễm môi trường trong đó công đoạn mài thô và mài tinhkhông sinh ra nước thải mà chỉ tạo ra bụi bột mài, bụi kim loại ảnh hưởng trực tiếp đếnngười lao động

Nước thải sinh ra chủ yếu ở các công đoạn:

- Quay bóng ướt: khi quay bóng tạo ra bột kim loại, axit sunfuaric và các chất hoạtđộng bề mặt Các chất này bị cuốn trôi và hòa tan vào nước nên nước thải ra chứa axit,cặn kim loại

- Tẩy dầu mỡ: Thường sử dụng kiềm hoặc dùng chất tẩy rửa kim loại (Na2CO3,NaOH, Na3PO4, Na2SiO2 ) Nước thải có chứa dầu mỡ, dung môi hữu cơ, cặn kim loại

và có độ axit và kiềm cao

- Tẩy gỉ: Dung dịch axit (HCl, H2SO4) và nước rửa trong công đoạn này tạo ra mộtlượng lớn nước thải

1.3.2 Nước thải từ quá trình mạ

Dung dịch trong bể mạ có thể bị rò rỉ, rơi vãi hoặc bám theo các gá mạ và các chi tiết

ra ngoài Các bể mạ sau một thời gian vận hành cần phải được vệ sinh Do đó, phát sinhlượng nước thải tuy không nhiều nhưng chất ô nhiễm đa dạng, nồng độ chất ô nhiễm cao(như Cr6+, Ni2+, CN- , Zn2+, )

1.3.3 Nước rửa chi tiết sau mạ

Chi tiết sau mạ được rửa bằng nước sạch để loại bỏ các dung dịch mạ còn dính lại.Nước thải trong công đoạn này chứa kim loại nặng có trong dung dịch mạ [6,12]

Hiện trạng nước thải mạ tại Việt Nam

Theo các số liệu thống kê cho ta thấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ có quy mônhỏ và vừa đều tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, TP.HCM,Biên Hòa Trong quá trình sản xuất, nước thải của các nhà máy xí nghiệp này đều bị ô

nhiễm các kim loại nặng, nhưng vấn đề xử lý nước thải còn chưa được quan tâm, xemxét đầy đủ hoặc việc xử lý chỉ mangtính hình thức vì đầu tư cho một quy trình xử lýnước thải khá tốn kém và việc thực thi Luật Bảo vệ môi trường chưa được nghiêm minh,còn mang tính đối phó.

Đặc trưng chung của nước thải ngành mạ điện là chứa hàm lượng cao các muối vô

cơ và kim loại nặng như đồng, kẽm, crom, niken Trong nước thải xi mạ thường có sựthay đổi pH rất rộng từ rất axit (pH = 2-3) đến rất kiềm (pH = 10-11) Các chất hữu cơthường có rất ít trong nước thải xi mạ, phần đóng góp chính là các chất tạo bóng, chấthoạt động bề mặt nên chỉ số COD, BOD của nước thải mạ điện thường nhỏ và khôngthuộc đối tượng cần xử lý Đối tượng cần xử lý chính trong nước thải là các muối kimloại nặng như crom, niken, đồng, kẽm, sắt, photpho

Nước thải có thể tách riêng thành ba dòng riêng biệt dựa theo thành phần và nồng độchất ô nhiễm: - Dung dịch thải đậm đặc từ các bể nhúng, bể ngâm - Nước rửa thiết bị cóhàm lượng chất bẩn trung bình (muối kim loại, dầu mỡ và xà phòng, ) - Nước rửa loãngChất gây ô nhiễm tồn tại trong nước thải xi mạ có thể chia làm các nhóm sau: - Chất ônhiễm độc như CN- , Cr6+, F- , - Chất ô nhiễm làm thay đổi pH như dòng thải axit vàkiềm - Chất ô nhiễm hình thành cặn lơ lửng như hydroxit, cacbonat và photphat - Chất

ô nhiễm hữu cơ như dầu mỡ, Nước thải sinh ra trong quá trình mạ kim loại chứa hàmlượng độc chất cao nên mức độ ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng làđáng kể

Với các kết quả phân tích chất lượng nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ tạiTP.HCM, Bình Dương, Đồng Nai đều thấy hàm lượng chất hữu cơ cao, kim loại nặngvượt tiêu chuẩn nhiều lần tiêu chuẩn cho phép, COD dao động trong khoảng 320 – 885mg/lít, nước thải chứa dầu nhớt Hơn nữa, khoảng 80% nước thải của các nhà máy, cơsở xi mạ không được xử lý Chính nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọngđến môi trường nước mặt, ảnh hưởng đáng kể chất lượng nước sông Sài Gòn, sông ĐồngNai Ước tính, lượng chất thải các loại phát sinh trong công nghiệp xi mạ trong nhữngnăm tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm

Lượng nước thải của mạ điện không phải là lớn so với các ngành công nghiệp khácnhư nước thải của ngành công nghiệp giấy, dệt, song thành phần và nồng độ các chấtđộc hại trong đó khá lớn Hơn nữa các hóa chất độc hại này lại có những biến thiên hếtsức phức tạp và phụ thuộc vào quy trình công nghệ cũng như từng công đoạn trong quytrình đó Vì vậy, muốn xử lý đạt hiệu quả cao thì chúng ta cần phải thu gom, tách dòngtheo từng công đoạn, từng trường hợp cụ thể và lựa chọn phương án xử lý thích hợp

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN

Căn cứ vào đặc tính của nước thải để lựa chọn các phương án xử lý nước thải thíchhợp với từng dòng:

1.4.1 Phương pháp hóa học

Phương pháp hóa học làm sạch nước thải dựa trên các phản ứng oxy hóa- khử, phảnứng trung hòa, phản ứng keo tụ, kết tủa… làm cho các chất độc hại bị phân hủy, chuyểnhóa thành dạng ít độc hoặc không độc và tách khỏi nước thải

Tùy theo lượng nước thải nhiều hay ít mà xử lý tại chỗ hay xử lý tập chung cho cảxưởng hoặc cả nhà máy, đồng thời chọn thiết bị làm việc tuần hoàn liên tục hay làm việcgián đoạn Phương pháp này có hiệu quả cao khi nồng độ tạp chất trong nước thải tươngđối lớn từ 50- 70 đến 200- 1000 mg/ l, có khả năng khử hết các chất độc hại phức tạpnhưng ít nhạy với tạp chất hữu cơ, dầu mỡ, tạp chất cơ học….Nước thải sau xử lý cầnqua một lần xử lý khác nếu muốn dùng lại

 Làm sạch nước thải xyanua bằng phương pháp hóa học: phương pháp oxy hóa –khử

Nguyên tắc: oxy hóa xyanua tự do và phức của nó thành hợp chất ít độc hơn nhưxyanat hoặc khí nito và cacbonic Nếu oxy hóa bằng natrihypoclorit thì phản ứng xảy ranhư sau:

NaCN + NaOCl = NaCNO + NaCl

NaCNO + H2O = NaHCO3 + NH3

2NaCNO + 3NaOCl + H2O = 2CO2 + N2 + 2NaOH + 3NaCl

Các chất oxy hóa thường dùng trong công nghiệp như : clo khí hoặc lỏng ; hợp chấtvới clo ( vôi clorua, các hypoclorit); ozon, kalipemaganat Điều kiện tiến hành oxy hóaphụ thuộc vào loại chất oxy hóa sử dụng, nồng độ xyanua tự do và phức chất, pH…

 Làm sạch nước thải chứa crom bằng phương pháp kết tủa hóa học

Khi xử lý nước thải chứa Crom do Cr6+ rất độc hại, lại khó kết tủa nên cần khử về

Cr3+ để dễ tạo dạng hydroxyt kết tủa Vì vậy quá trình tách Cr6+ ra khỏi nước thải bằnghóa chất gồm 2 giai đoạn:

- Dùng FeSO4, môi trường kiềm:

Na2Cr2O7 + 3 FeSO4 + 4NaOH +4H2O = Cr(OH)3 +3 Fe(OH)3 + 3 Na2SO4

- Dùng FeSO4, môi trường axit:

H2Cr2O7 + 6 FeSO4 + 6 H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3 Fe2(SO4)3 + 7H2O

Dùng chất khử có chứa ion SO32- phải tiến hành trong môi trường axit có pH = 3,5 Trong quá trình khử sẽ sinh ra Cr2(SO4)3, Na2SO4, H2O và làm tăng pH lên, nên tốc

2,5-độ phản ứng chậm dần lại, nếu để pH > 3,5- 4 phản ứng khử Cr6+ sẽ bị ngừng lại, cho dù

có cho dư chất khử đến mấy đi nữa

Nồng độ Cr6+trong nước thải có ý nghĩa rất qua trọng Khi nồng độ thấp quá lượngtiêu tốn chất khử sẽ tăng lên rất nhiều so với khi nồng độ lớn, pH càng cao lượng tiêu tốnchất khử càng cao

Khử bằng FeSO4 thì môi trường có thể là kiềm hoặc axit Tốt nhất là khử ở môitrường kiềm vì giảm được lượng kiềm cho phản ứng xuống hai lần nên đỡ tốn xút và vôihơn Nên tận dụng dung dịch kiềm hỏng, dung dịch kiềm tẩy dầu mỡ, nước thải kiềmtính… để kiềm hóa nước thải cần xử lý

Sau khi khử Cr6+ thành Cr3+ , Cr3+ sẽ kết hợp với tác nhân trung hòa tạo kết tủa dạnghydroxyt: Cr6+ + 3OH- = Cr(OH)3

Thông thường giá trị pH giảm sau khi kết tủa Nguyên nhân có thể do:

- Trong quá trình kết tuả tạo thành các hydroxyt kim loại khó tan, hàm lượng ion OHgiảm

Hấp phụ các chất trung hòa vào các bóng cặn có bề mặt lớn

- Trong dung dịch có mặt hợp chất sắt Fe2+ nên Fe2+ sẽ bị oxy hóa bởi O2 tan trongnước tạo thành ion H+theo phản ứng:

2Fe2+ + 5H2O + 1/2O2 = 2Fe(OH)3 + 4H+

Do vậy để quá trình keo tụ đạt hiệu quả cao thì cần bổ sung thêm hóa chat điều chỉnh

pH trong quá trình xử lý Ta có sơ đồ chung của hệ thống xử lý nước thải Crom:

hình 1.5: sơ dồ xử lý nước thải Crom

Hệ thống gồm bể chứa nước thải với mục đích chứa và điều hòa lưu lượng, bể phảnứng là thiết bị chính của hệ thống, trong đó hóa chất điều chỉnh pH, hóa chất khử và hóachất keo tụ tác dụng với hợp chất chứa kim loại có trong nước thải tạo thành hydroxytkim loại hay muối kim loại kết tủa Sản phẩm hỗn hợp nước và chất kết tủa được đưa qua

bể lắng để tách bông cặn Để trợ giúp quá trình lắng có thể bổ sung chất trợ lắng hay chấttạo keo nếu cần Bông cặn được tách nước, sau đó đưa đi xử lý tùy thuộc đặc tính vàthành phần của bùn

 Làm sạch nước thải kiềm- axit bằng phương pháp trung hòa

Nước thải kiềm – axit được gộp chung với nhau để lợi dụng tính chất của chúng nhằmtrung hòa dòng thải Dòng thải Niken cũng được thu gom chúng vào đây Như vậy dòngthải kiềm axit có chứa các kim loại như Ni2+ , Cu2+ , Zn2+ ,…

Nguyên tắc làm sạch nước thải kiềm- axit là trung hòa nó đến pH 8,5 – 9 để kết tủakim loại có trong nước thải Việc trung hòa nước thải kiềm – axit có thể tiến hành tự độngbằng cách trộn các dòng thải của xưởng, và bổ sung them các hóa chất trung hòa nhưNaOH, Ca(OH)2 ,… Sau đó lắng gạn để tách các kim loại Nếu lắng gạn đơn giản sẽkhông thể tách hoàn toàn các kim loại vì trong nước sau xử lý vẫn còn một lượng tươngứng với độ hòa tan của chúng Muốn loại bỏ chúng triệt để hơn, sau khi lắng gạn cần xửlý nước thêm bằng hóa chất rồi lọc trên các thiết bị lọc, trong đó có thêm bột antraxit,

keramzit, sunfocacbon,…Nước từ máy lọc ra, đặc biệt là có them sunfocacbon, có thểđưa phần lớn chúng vào hệ thống cấp dẫn nước để dùng lại, hay dẫn toàn bộ đến nơi nàocần dùng nước có chất lượng không cao.

Hệ thống xử lý nước thải kiềm – axit có chứa các kim loại nặng tương tự hệ thống xửlý nước thải Crom, nhưng không cần bể phản ứng

Phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học có ưu điểm lớn nhất là hiệusuất khử chất ô nhiễm trong nước thải khá cao , xử lý được lượng nước thải lớn, nhưngkhông thu hồi được các chất có ích để dùng lại : kim loại, axit , kiềm, hóa chất xử lý…

1.4.2 Phương pháp điện hóa

Nước thải mạ cũng có thể xử lý bằng phương pháp điện hóa bằng cách sử dụng cácquá trình oxy hóa của anot và khử của catot.Khi làm sạch nước thải crom phải cho ion Cl-vào để khắc phục hiện tượng thụ động anot và catot Quá trình khử các cationit xảy ra tạicác catot, tại đây ion kim loại bị khử thành ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bámvào điện cực Phương trình phản ứng điện cực chung có thể viết như sau:

Mem+ + ne = Mem-n (m  n)Trong đó : m: hóa trị của kim loại

n: số điện tử làm thay đổi hóa trị

Phương trình trên đối với quá trình khử Cr6+ có dạng:

Cr2O72- + 14H+ + 12e = 2 Cr3+ + 7H2OQuá trình làm sạch có thoát ra khí hydro và oxy làm cho hydroxyt sinh ra ở dạng tơixốp và nổi lên Các hydroxyt được lọc ly tâm hay lọc chân không để tách ra Phươngpháp khử điện hóa cho phép làm sạch nước thải có nhiều ion kim loại Nhưng sau khikhử, nồng độ sắt trong nước tăng lên do anot dùng trong hệ thống là anot thép hòa tan

Cr3+ được tách ra khỏi nước thải dưới dạng két tủa hdroxyt bằng cách kiềm hóa nướcthải đến pH 8,5-8,8

Cần chú ý không được để lẫn nước thải chứa Cr3+ với chất oxy hóa, nhất là Clo hoạttính, vì khi đó Cr3+ sẽ dễ dàng bị oxy hóa thành Cr6+ trở lại

Để làm sạch nước thải có thể dùng thiết bị làm việc gián đoạn, theo chu kỳ, nhưng saumỗi lần tiến hành xong các phản ứng nhất thiết phải đuổi hết không khí nằm trong vángnổi và trong hydroxyt

Phương pháp này tuy không phức tạp nhưng chỉ thích hợp cho các dòng thải có nồng

độ ô nhiễm lớn.Ngoài ra nó cũng rất tốn năng lượng cho quá trình điện hóa.Vì vậy nó chỉthích hợp để xử lý sơ bộ các dòng thải có hàm lượng chất ô nhiễm lớn trước khi đi vàothiết bị xử lý bậc cao

1.4.3 Phương pháp trao đổi ion

Cho nước thải lọc lần lượt qua hai cột lọc cationit và anionit, các cation tạp chất sẽđược giữ lại ở cột đầu, các anion tạp chất sẽ được giữ lại ở cột cuối, nước trở lên sạch ,hoàn toàn có thể dùng lại được Sau một thời gian làm việc, các cột ionit được tái sinh:cationit được lọc rửa riêng bằng H2SO4 hay HCl 3- 10 %, anionit được lọc rửa riêng bằngNaOH hay Na2CO3 Nước rửa cationit chứa các loại cation và axit dư được đưa đi thu hồi

và dùng vào việc khác, cationit được tái sinh và bắt đầu chu kỳ làm việc mới Nước rửaanionit cũng diễn ra tương tự như vậy Phương pháp này tiện lợi, dễ sử dụng

Phương pháp trao đổi ion này thích hợp với việc làm sạch nước thải Crom và nướcthải kiềm- axit, nhưng phải tách riêng chúng ra Ví dụ, khi nước thải Crom nhỏ , thải từ1-2 bể rửa thì dùng một bộ trao đổi ion là tiện nhất

Tốt nhất là nên dùng phương pháp này ngay tại các bể rửa.Khi đó tùy yêu cầu chấtlượng nước tại khâu rửa ấy mà ấn định cho thiết bị trao đổi ion chỉ phải loại bỏ một số tạpchất cần thiết nhất đã có thể dùng lại để rửa rồi Vì vậy mà phương pháp này đem lại hiệuquả kinh tế cao hơn, bỏ được nhiều cống rãnh hay ống dẫn , nước và hóa chất thu hồi lạiđều dùng lại được Tuy nhiên chi phí đầu tư và vận hành của phương pháp này tương đốicao

1.4.4 Phương pháp sinh học

Nguyên lý chung của phương pháp là sử dụng các loại thực vật, vi sinh vật, vikhuẩn như bèo tổ ong, tảo, các vi sinh vật yếm khí vv để tiêu hủy các kim loại nặng cótrong nước thải

Quá trình tiến hành phải lựa chọn và phân lập giống, phải cho những loài sinh vậtnào có khả năng “tiêu hóa” nhiều kim loại nặng có hiệu quả nhất Theo Becke.E.W, giớihạn cho phép để tiến hành khử kim loại nặng bằng tảo khá lớn, tới hàng chục mg/l vàhiệu suất khử cũng rất cao > 80% đối với các kim loại như: Hg, Pb, Ni, Cr Kết quảcủa một nghiên cứu về nấm Saccharomyces cerevisine đã cho thấy khả năng hấp thu

Cu2+, Pb2+ và Zn2+ của loại nấm này tăng khi nồng độ ban đầu của kim loại cao Nếu

nồng độbanđầu của Cu2+ là 250 mg/L thì sau 48 giời, nấm S.C có thể hấp thu được

63% nhưng nếu nồng độ ban đầu là 50 mg/L thì khả năng hấp thu Cu2+ chỉ đạt 25%,

Zn2+ chỉ đạt 21% Tuy nhiên phương pháp sinh học chỉ được coi là phương pháp xử lýbậc ba của các quá trình xử lý sau khi xử lý bằng các phương pháp vật lý và hóa học

Do yêu cầu về mặt bằng lớn, hơn nữa việc lựa chọn và phân lập vi sinh vật còn nhiềuhạn chế nên khi áp dụng vào thực tế gặp rất nhiều khó khăn

Khả năng hấp phụ chất bẩn trong nước thải phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, nhiệt

độ thấp quá trình hấp phụ xảy ra mạnh nhưng nếu quá cao thì có thể khử quá trình hấpphụ Chính vì vậy người ta dùng nhiệt độ để phục hồi khả năng hấp phụ của các hạt rắnkhi cần thiết

Những chất có thể làm chất hấp phụ như than hoạt tính, silicagel, đất sét, keonhôm, đôlômit, các chất thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt Các hydroxit kim loạicũng có khả năng hấp phụ tuy nhiên ít được sử dụng vì năng lượng tác dụng tương hỗcủa chúng với các phân tử nước rất lớn, đôi khi cao hơn cả năng lượng hấp phụ Các sảnphẩm phụ nông nghiệp như rơm, cám, bã mía, trấu cũng đã được nghiên cứu để xử lýnước thải tuy nhiên kết quả không khả quan Ví dụ như vỏ trấu có khả năng hấp phụ cácion kim loại nhưng mức độ chỉ khoảng 13-17% Các vật liệu sinh học cũng được sửdụngđể tách các kim loại hay các hợp chất của nó ra khỏi nước thải Chẳng hạn như:Chitosan – một polyme sinh học dạng glucosamin là sản phẩm deacetyl hóa chitin lấy

từ vỏ tôm, cua, một vài loại nấm và một số loài động vật giáp xác Dung lượng hấp phụ

đạt 241mgCr6+/g

Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi với các ưu điểm như xử lý nhanh, dễchế tạo thiết bị và đặc biệt có thể tái sử dụng vật liệu hấp phụ

Ngoài các phương pháp đã nêu ở trên, còn có một số phương pháp mới đang được

đề nghị nhằm bổ sung cho công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nhưng ứng dụngcủa chúng vào thực tế vẫn còn tương đối hạn chế, ví dụ như phương pháp trích ly bằngdung môi, bốc hơi hoàn nguyên, làmlạnh

Để lựa chọn được biện pháp xử lý phù hợp với kinh tế và điều kiện của doanhnghiệp, ta xem xét đến các ưu, nhược điểm và hiệu quả xử lý của các phương phápđược trình bày trong bảng sau:

Trao đổi ion

- Nồng độ đầu vàoloãng

- Thu hồi kim loạiquý

- Nhu cầu năng lượngthấp

- Giá thànhthấp

- Yêu cầu mặt bằng xử lý

lớn

- Hiệu quả thấp nếu hàm

lượng chất ô nhiễm trong dòng thải không ổn định hoặcquálớn

- Quá trình vận hành phải

kiểm soát được các chất ô nhiễm trong dòng thải và lượng chất dinh dưỡng N, P cấp thêm vào dòngthải

Nước thải đầu vào

Bể trao đổi ion

Bể chứa nước sau xử lý

Nguồn tiếp nh t ật

2.1 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÍ NƯỚC THẢI MẠ Ở VIỆT NAM

- Công ty TNHH XD DV Môi Trường Nguồn Sống Xanh đã xử dụng công nghệ xử lý sau:

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ của Công ty TNHH XD DV Môi

Trường Nguồn Sống Xanh[17]

Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải xi mạ:

Nước thải từ các công đoạn sản xuất của nhà máy được thu gom về bể tiếp nhận tậptrung Tiếp đó, ta đặt song chắn rác để giữ lại các chất thải rắn, cặn có kích thước lớn,tránh ảnh hưởng tới công trình phía sau Tiếp tục thực hiện chu trình xử lý nước thảiđược bơm sang bể điều hòa

Tại đây bể điều hòa có tác dụng điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải Trong bể

có trang bị hệ thống cánh khuấy ngầm để trộn đều nước thải, tránh hiện tượng lắng cặn,tích tụ dưới đáy bể, điều hòa có sục khí Từ bể điều hòa, nước thải được bơm sang bểphản ứng Tại đây, nước thải được đo và điều chỉnh pH cho phù hợp phản ứng keo tụ, tachâm nước thải cùng acid H2SO4 và trộn đều Trong bể có trang bị cánh khuấy nhanhđảm bảo trộn đều nước thải

Từ bể phản ứng nước thải tiếp tục được bơm qua bể keo tụ tạo bông Đây là côngđoạn quan trọng, ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý nước thải Hóa chất phèn nhôm đượcdùng cho phản ứng keo tụ, ngoài ra để tăng tính liên kết cho kết tủa các chất xungquanh, ta còn phải thêm Ca(OH)2 vào ngăn phản ứng, sau khi xảy ra phản ứng keo tụ,nước thải chảy tiếp sang ngăn tạo bông, tại đây, hóa chất Polymer được thêm vào nhằmliên kết các kết tủa tạo thành

Sau quá trình keo tụ, tạo bông, nước thải chảy qua bể lắng, tách riêng cặn với nước.Phần cặn mới hình thành lắng xuống đáy bể và được dẫn ra bể chứa bùn, sau đó định điđem đi xử lý Nước thải trên bề mặt chảy qua bể trung gian Bể trung gian nhằm điềuhòa lưu lượng nước cho quá trình xử lý phía sau

Từ bể trung gian, nước thải được bơm tiếp qua bể trao đổi ion Tại đây, các ion kimloại còn lại sẽ được xử lý, giữ lại tại bể , đảm bào chất lượng nước cho quá trình xử lý.Sau khi qua bể trao đổi ion, nước thải chảy về bể chứa nước sau xử lý rồi mới thải ranguồn tiếp nhận

Bùn từ bể lắng, bể điều hòa được hút sang bể chứa bùn Tại đây bùn được lắngxuống đáy và nước trong nổi lên và định kỳ có đơn vị chức năng hút bùn đi xử lý đúngquy định

Ưu điểm của hệ thống:

Hệ thống xử lý nước thải nghành xi mạ được công ty môi trường Khoa Học Mớithiết kế với nhiều ưu điểm, phù hợp với tình hình sản xuất và lưu lượng xả thải của cáccông ty, xưởng mạ hiện nay Hệ thống thiết kế đơn giản hợp lý, chi phí vận hành khôngcao, sử dụng hóa chất tối ưu mà vẫn đảm bảo cho nước đầu ra đảm bảo đạt tiêu chuẩnquy định, tận dụng cao trình, ít tốn điện…