Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện.

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP MẠ ĐIỆN VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN 4

I.1 Tình hình phát triển của ngành mạ trên Thế Giới và Việt Nam: 4

I.2 Đặc điểm của quá trình mạ điện: 5

I.3 Các vấn đề môi trường trong công nghệ mạ: 13

I.4 Ảnh hưởng do chất ô nhiễm gây ra 21

CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH MẠ ĐIỆN 24

II.1 Các biện pháp giảm thiểu: 24

II.2 Các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện: 27

CHƯƠNGIII: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN 31

III.1 Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý: 31

III.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp lựa chọn: 38

III.3 Giới thiệu các thiết bị chính: 48

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN 50

IV.1 Nước thải nhà máy và xử lý nước thải phân xưởng mạ: 50

IV.2 Tính toán các thiết bị chính của hệ thống xử lý nước thải: 53

IV.3 Tính và chọn các thiết bị khác: 90

CHƯƠNG V: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CHI PHÍ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 101

V.1 Chi phí ước tính của toàn bộ hệ thống xử lý: 101

V.2 Mặt bằng xây dựng: 105

V.3 Hiệu quả chi phí và lợi ích thu được khi lắp đặt hệ thống 105

V.4 Vận hành hệ thống và sự cố trong quá trình hoạt động 106

KẾT LUẬN 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

LỜI NÓI ĐẦU

Môi trường sống – cái nôi của nhân loại đang ngày càng ô nhiễm trầm trọng cùng với

sự phát triển của xã hội Bảo vệ môi trường là mối quan tâm không chỉ của một quốcgia nào, là nghĩa vụ của toàn cầu và của Việt Nam nói riêng

Quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước làm cho môi trường tại các khucông nghiệp và đô thị lớn bị suy giảm nghiêm trọng, là mối lo ngại cho các cơ quanquản 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 nóiriêng là một trong những vấn đề quan trọng đặt ra cho nhiều quốc gia Cùng với sựphát triển của công nghiệp, môi trường ngày càng phải tiếp nhận nhiều các yếu tố độchại Riêng nguồn nước thải công nghiệp mạ đã có thành phần gây ô nhiễm trầm trọngnhư: crom, niken, đồng, kẽm, xianua, là một trong những vấn đề đang được quantâm của xã hội

Hiện nay, tại nhiều cơ sở mạ, vấn đề môi trường không được quan tâm đúng mức, chấtthải 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 tiêuchuẩn nước thải cho phép, chỉ tiêu kim loại nặng vượt nhiều lần cho phép, thành phầncủa nước thải có chứa cặn, sơn, dầu nhớt, Vì vậy, đầu tư vào công tác bảo vệ môitrường là vấn đề cấp bách của doanh nghiệp để có thể đảm bảo sự phát triển bền vữngtrong tương lai của 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 vi sinh,…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,

ưu nhược điểm, và kinh phí đầu tư, Do đó, việc lựa chọn phương pháp xử lý và thiết

kế hệ thống xử lý chất thải thích hợp cho cơ sở mạ điện là nhiệm vụ của một kỹ sư môitrường, đáp ứng yêu cầu của các doanh nghiệp về hệ thống xử lý với giá thành có thểchấp nhận được

Để giúp các doanh nghiệp lựa chọn hệ thống xử lý nước thải cho cơ sở mạ điện, đồ án

“Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công xuất 200 m 3 /ngày”

đã được thực hiện với mục đích thiết kế hệ thống xử lý với hiệu quả cao và chi phí hợp

lý Tuy nhiên việc lựa chọn phương án thích hợp và khả thi đối với nhà máy cụ thể còntuỳ thuộc vào tính chất của dòng thải, mặt bằng xây dựng, điều kiện khí tượng thuỷ vănnguồn nước, tiêu chuẩn nước thải cho phép tại địa phương và điều kiện kinh tế kỹ thuậtcủa cở sở sản xuất.

Nội dung đề tài gồm những phần chính sau:

Chương I: Tổng quan về công nghiệp mạ và các vấn đề về môi trường

Chương II: Các biện pháp giảm thiểu và xử lý nước thải ngành mạ

Chương III: Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải ngành mạ điện và cơ sở lý thuyết củaphương pháp

Chương IV: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Chương V: Phân tích hiệu quả chi phí và xây dựng hệ thống xử lý nước thải

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP MẠ ĐIỆN VÀ CÁC VẤN

ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN

I.1 Tình hình phát triển của ngành mạ trên Thế Giới và Việt Nam:

Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1800 bởi giáo sư tạo mộtlớp phủ bên ngoài kim loại khác Tuy nhiên lúc đó người ta không quan tâm lắm đếnphát hiện của Luigi Brungnatelli mà mãi sau này, đến năm 1840, khi các nhà khoa họcAnh đã phát minh ra phương pháp mạ với xúc tác Xyanua và lần đầu tiên phương pháp

mạ điện được đưa vào sản xuất với mục đích thương mại thì công nghiệp mạ chínhthức phổ biến trên thế giới Sau đó là sự phát triển của các công nghệ mạ khác như: mạniken, mạ đồng, mạ kẽm, … Những năm 1940 của thế kỷ XX được coi là bước ngoặclớn đối với ngành mạ điện bởi sự ra đời của công nghiệp điện tử [1]

Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp hóa chất và sự hiểubiết sâu rộng về lĩnh vực điện hóa, công nghiệp mạ điện cũng phát triển tới mức độtinh vi Sự phát triển của công nghệ mạ điện đóng vai trò rất quan trọng trong sự pháttriển không chỉ của ngành cơ khí chế tạo mà còn của rất nhiều ngành công nghiệpkhác

Xét riêng cho khu vực Đông Nam Á, sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, một loạt các cơ

sở mạ điện quy mô vừa và nhỏ đã phát triển mạnh mẽ và hoạt động một các độc lập

Sự phát triển lớn mạnh của những cơ sở mạ điện quy mô nhỏ này là do nhu cầu đápứng việc nâng cao chất lượng sản phẩm của ngành công nghiệp vừa và nhẹ

Tại Việt Nam, cùng với sự phát triển của ngành cơ khí, ngành công nghiệp mạ điệnđược hình thành từ khoảng 40 năm trước và đặc biệt phát triển mạnh trong giai đoạnnhững năm 1970 – 1980 Các cơ sở mạ của Việt Nam hiện nay tồn tại một các độc lậphoặc đi liền với các cơ sở cơ khí, dưới dạng công ty cổ phần, công ty tư nhân và công

ty liên doanh với nước ngoài Các cơ sở này hầu hết có quy mô vừa và nhỏ, số ít cóquy mô lớn, được tập trung ở các thành phố lớn với sản phẩm chủ yếu được mạ đồng,crom, kẽm, niken, Ngoài ra các loại hình mạ điện đặc biệt như mạ cadimi, mạ thiếc,

mạ chì, mạ sắt và mạ hợp kim cũng được phát triển để đáp ứng nhu cầu của các ngànhcông nghiệp hiện đại

Để hiểu rõ hơn về công nghiệp mạ điện ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu về bản chất và quytrình công nghệ của nó

I.2 Đặc điểm của quá trình mạ điện:

I.2.1 Nguyên lý của quá trình mạ điện:

Theo định nghĩa, mạ điện chính là quá

trình ôxy hóa xảy ra trên bề mặt các

điện cực, cụ thể là bề mặt điện cực âm

(catốt), các cation (ion kim loại) nhận

điện tích từ điện cực trở thành các

nguyên tử kim loại

Nói cách khác, mạ điện cũng chính là

một quá trình điện phân, trong đó anot

xảy ra quá trình oxy hoá (hoà tan kim

loại hay giải phóng khí oxy), Hình I.1 – Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ

còn catot xảy ra quá trình khử (khử ion kim loại từ dung dịch thành lớp kim loại bám

trên vật mạ hay quá trình giải phóng hydro ) khi có dòng điện một chiều đi qua chất

điện phân (dung dịch mạ) [2]

 Tại Catot:

Thực tế quá trình trên xảy ra theo nhiều giai đoạn nối tiếp nhau như sau:

1 Cation hydrat hoá Mn+.mH2O di chuyển từ dung dịch đến bề mặt catot

2 Cation mất vỏ hydrat hoá (mH2O) và tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot

Mn+.mH2O Mn+ + mH2O

3 Điện tử (e) từ Catot điền vào lớp điện tử hoá trị của cation, tạo thành nguyên

tử kim loại trung hoà ở dạng hấp phụ:

Các nguyên tử kim loại này sẽ tạo mầm tinh thể mới hoặc tham gia vào việc

nuôi mầm tinh thể đã sinh ra trước đó Mầm này sẽ phát triển dần thành tinh thể

4 Tinh thể liên kết với nhau thành lớp mạ [2]

 Tại Anot: Anot được sử dụng trong mạ điện thường là anot tan có tácdụng

cung cấp ion Mn+ cho dung dịch bù vào lượng Mn+ đã bám vào catot thành lớp mạ vàchuyển điện trong mạch điện phân Anot thường là kim loại cùng loại với lớp mạ Ta

từ dung dịch CuSO4, mạ kẽm từ dung dịch ZnSO4 ) hoặc muối phức (như dung dịchphức amoni, dung dịch phức hydroxit ) Ngoài ra còn phải sử dụng một số dung dịch

và phụ gia khác như chất dẫn điện, chất đệm, chất hoạt động bề mặt, chất tạo bóng Chất lượng lớp mạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nồng độ dung dịch mạ và tạp chất,các chất phụ gia, pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình dạng của vật mạ, của anot, của

bể mạ, các chế độ thủy động của dung dịch Vì vậy để duy trì được chất lượng củalớp mạ tốt cần kiểm soát nồng độ của dung dịch mạ và giữ được dải mật độ dòng điệnthích hợp

Nhờ các lớp bề mặt mạ mà các vật được mạ có thêm nhiều tính chất như: tính chất bềnhóa học, bền ăn mòn, bền cơ học, tăng độ dẫn điện, dẫn từ, tăng độ cứng, dẻo Mạ cóthể tiến hành với các chi tiết có kích thước từ cực nhỏ của kĩ thuật vi điện tử đến cựclớn của các ngành công nghiệp chế tạo máy, xây dựng, vô tuyến viễn thông, thiết bị y

tế và đồ gia dụng Việc chuyên môn hóa sử dụng các quy trình mạ trong các kĩ thuậttạo mẫu bằng đúc điện đã đưa đến chỗ sản xuất được những công cụ và sản phẩm màphương pháp chế tác cổ truyền nhiều khi không làm được một cách tinh tế Có thể nói

sản phẩm của ngành công nghiệp mạ điện đã và đang thỏa mãn dần dần nhu cầu ngàycàng cao của thị trường.

Hiện nay ở Việt Nam tồn tại hai công nghệ mạ là mạ điện và mạ nóng chảy, trong đó

mạ điện phổ biến hơn cả, gần 90% cơ sở sản xuất sử dụng công nghệ này Do đó, ta sẽchủ yếu đề cập tới các loại hình mạ điện trong mạ Các loại hình mạ trong mạ điện baogồm: mạ kẽm, mạ Niken, mạ đồng, mạ thiếc, mạ Crom, mạ vàng, mạ hợp kim, [2]

* Mạ kẽm: Mạ kẽm thường được sử dụng để tạo lớp trang trí hay bảo vệ cho sắt

thép Do thế điện động tiêu chuẩn của kẽm nhỏ hơn sắt nên khi bị ăn mòn thì lớp kẽm

bị ăn mòn trước Lớp kẽm dẻo, dễ kéo, dễ dát mỏng Sản phẩm mạ kẽm thường gặpnhư chi tiết ốc vít, tôn lợp nhà, đường ống nước, dây thép (dây kẽm) Mạ kẽm thườngphân loại theo hóa chất sử dụng: dung dịch axit, dung dịch xyanua, dung dịch borat,dung dịch amoniac, dung dịch poryphotphat Mỗi dung dịch sử dụng trong quá trình

mạ lại có một ứng dụng và ưu nhược điểm riêng.

* Mạ Niken: Niken là một kim loại màu trắng bạc, hơi mềm Lớp mạ niken dẻo,

dễ đánh bóng tạo độ bóng rất cao và bền nhờ màng thụ động mỏng, chịu được các điềukiện khắc nghiệt của axit, kiềm và muối Mạ Niken lên sắt thép nhằm bảo vệ vật mạkhông bị ăn mòn do thế tiêu chuẩn của Niken thường cao hơn thế tiêu chuẩn của sắt

Để cho vật mạ bền người ta thường mạ 2 hoặc 3 lớp có tác dụng lót và gắn chặt Nikenvới kim loại nền, làm cho lớp mạ Niken bền hơn Mạ niken thường ứng dụng nhiềutrong công nghiệp: mạ bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường xâm thực mạnh, mạchịu mài mòn, mạ khuôn in, các chi tiết xe hơi, xe đạp, xe máy Hiện nay, tại các cơ

sở sản xuất thường sử dụng phương pháp mạ Niken bóng

Mạ Niken có nhiều phương pháp khác nhau

 Mạ Niken trong dung dịch axit

 Mạ Niken đặc biệt khác

* Mạ Crom: Crom là kim loại cứng, trắng, thế tiêu chuẩn của Crom thấp hơn

sắt Vì vây, đáng lẽ ra crom dễ bị ăn mòn hơn sắt song trên bề mặt của crom có lớp oxitrất bền trong môi trường vì thế nên mạ Crom bền trong môi trường xâm thực, rất bềntrong khí quyển Lớp mạ Crom có độ bóng cao, màu sáng, có ánh xanh, crom rất dễ mạ

lên các kim loại như sắt, đồng, niken, chì, kẽm, do đó crom được sử dụng trong mạtrang trí, mạ bảo vệ (phụ tùng xe hơi, xe gắn máy, xe đạp, đồ gia dụng) Mạ crom cònđược sử dụng nhiều trong mạ các chi tiết chính xác, làm tăng độ mài mòn như mạkhuôn đúc, khuôn dập, khuôn in, các chi tiết chịu mài mòn.

* Mạ đồng: Lớp mạ đồng có màu hồng đỏ nhưng trong không khí dễ bị rỉ do

tác dụng với oxy và axit cácbonic, tạo ra rỉ có màu xanh Mạ đồng thường dùng trong

mỹ thuật làm lớp mạ lót trang trí, lớp mạ bảo vệ các chi tiết thép khỏi bị thấm cacbon,thấm nitơ Lớp mạ đồng dùng trong kĩ thuật đúc điện làm các bản sao từ các đồ mỹnghệ và để tạo hình các chi tiết phức tạp Mạ đồng được dùng rộng rãi trong các lĩnhvực chế tạo máy và chế tạo dụng cụ Mạ đồng có thể thực hiện từ các dung dịch mạkhác nhau:

 Mạ đồng trong dung dịch Xyanua

 Mạ đồng trong dung dịch không có Xyanua

 Mạ đồng trong dung dịch axit

 Mạ đồng đặc biệt khác

> Tuỳ theo kích thước của các chi tiết mạ, người ta phân biệt thành hai dạng mạ điện:

 Mạ treo: được thực hiện bằng cách buộc, gá, móc hoặc vít các vật cần mạvào

giá dẫn điện rồi treo vào thành dẫn nối với điện cực âm của nguồn điện Các chi tiết mạtreo có kích thước lớn, cấu hình phức tạp hoặc đòi hỏi độ chính xác của lớp mạ cao, độdày lớp mạ lớn

 Mạ quay: được thực hiện với các chi tiết nhỏ, cấu hình đơn giản, khôngkết

dính với nhau, không đòi hỏi lớp mạ dày,… bằng các chuông hoặc tang trống quay.Quá trình tiếp xúc điện của các vật mạ nhờ va chạm khi quay

So với mạ treo mật độ dòng điện trên diện tích của mạ quay nhỏ hơn Do mạ quaykhông cần gá và thời gian treo mẫu nên rất kinh tế

Các sản phẩm của ngành công nghiệp mạ rất khác nhau về loại hình, năng suất, chấtlượng và giá thành bởi chúng hoàn toàn phụ thuộc vào từng quy trình công nghệ mạriêng biệt

Ưu nhược điểm của mạ điện:

- Ưu điểm:

Công nghệ đơn giản, dễ vận hành và kiểm soát quá trình, dễ cơ khí hoá và tự động hoá,tốc độ mạ nhanh, ít tốn hóa chất nhưng đảm bảo được tính cơ lý của lớp mạ

- Nhược điểm:

Tiêu tốn nhiều điện năng, chỉ mạ được lên những vật dẫn điện

I.2.2 Quy trình công nghệ mạ điện:

Trong công nghiệp sản xuất dụng cụ cơ khí nói riêng và các ngành gia công chế tác nóichung thì công nghệ mạ bao gồm 2 loại hình công nghệ chính là mạ điện và mạ nóngchảy Hai hình thức này tồn tại song song cùng với nhau Tuy nhiên, về mức độ phổbiến thì mạ điện được áp dụng phổ biến hơn so với mạ nóng chảy

Sau đây là quy trình công nghệ của loại hình sản xuất mạ điện có kèm theo cả dòngthải:

Hình I.2: Quy trình công nghệ mạ điện kèm dòng thải

Nước thải chứa dầu mỡ

Làm sạch bằng phương pháp hóa học

3BO

3

Mạ Crom

H2SO4CrO3

Mạ vàng,bạc

Axit,muối vàng,bạc

Nước thải chứa axit, CN - , kim loại nặng

Hình I.3: Quy trình 1 dây chuyền mạ tại Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai

Nước thải kiềm, dầu mỡ Nước

Trong công nghệ mạ điện về cơ bản bao gồm: quá trình xử lý bề mặt, quá trình mạ vàhoàn thành sản phẩm Sơ đồ công nghệ mạ điện điển hình kèm theo dòng thải đượctrình bày như sau:

a Công đoạn xử lý bề mặt:

Trước khi chi tiết được mạ, vật cần được cắt, tiện hàn theo đúng hình dạng sản phẩmyêu cầu của khách hàng Sau đó chi tiết mạ cần phải cạo lớp gỉ bám trên bề mặt mụcđích làm sạch gỉ tạo mặt phẳng thường dùng các bánh mài, vật liệu mài cỡ hạt to hoặcdùng phớt mài… Sau đó các chất bẩn như dầu mỡ và bụi bám trên bề mặt được loại bỏ.Các giai đoạn của quá trình xử lý bề mặt thường là làm sạch bằng biện pháp cơ họcnhư kiềm, tẩy gỉ và các phương pháp hoạt hóa bề mặt khác Sự sắp xếp các công đoạn

từ gia công bề mặt đến tẩy dầu mỡ, tẩy axit, đánh bóng hóa học và điện hóa theo hệthống quá trình riêng biệt dựa vào yêu cầu cơ bản của các chất nếu được mạ và các quátrình mạ tiếp theo Dầu mỡ của các chất hữu cơ được loại bỏ bằng quá trình xà phònghóa với kiềm Dầu mỡ, khoáng và xăng không thể loại bỏ bằng ph ương pháp này màphải dùng các dung môi để thực hiện như: Tricloretylen, benzen, xăng và cacbontetrachloride nhưng hầu hết phương pháp thực hiện tẩy dầu mỡ bằng phương pháp điệnhóa

Tẩy gỉ được thực hiện sau tẩy dầu mỡ do trên bề mặt kim loại có một lớp mỏng phủbên ngoài và vì vậy phải tẩy bỏ trước khi mạ làm cho lớp mạ bám trên bề mặt tốt hơn

có thể tẩy bằng phương pháp hóa học hay điện hóa Các chất thường được sử dụngtrong công đoạn này là HCl, H2SO4, HNO3

b)Công đoạn mạ:

Quá trình mạ là quá trình chủ yếu nhất trong công nghệ mạ, đây là công đoạn phát sinh

ra nhiều chất thải độc hại trong nước Các bể mạ axit thường chứa HCl, H2SO4, HNO3

các bước mạ kiềm thường chứa sunfat, cacbonat, xianua và hydroxit

Tùy theo tính chất của dung dịch mạ mà phân ra các loại mạ khác nhau: Mạ axit, mạkiềm và mạ xianua

c)Công đoạn sau mạ:

Quá trình chính được thực hiện ở quá trình sau mạ là làm khô vật mạ và kiểm soát chấtlượng sản phẩm Trong một vài trường hợp, các sản phẩm mạ có thể được yêu cầu

thêm như thụ động hóa, sơn phủ bề mặt hoặc làm bóng cho sản phẩm được bảo vệ tốthơn.

d)Công đoạn rửa:

Rửa là quá trình diễn ra trong một dải rộng các bể trong dây chuyền mạ điện, rửa đểloại các dung dịch bám trên bề mặt vật mạ, sau mỗi công đoạn để ngăn ngừa và loại bỏcác chất cặn vào trong các bể tiếp theo Dung dịch quá trình mạ sẽ bám vào bề mặt chitiết, chi tiết mạ sẽ được nhúng vào các bể rửa để loại bỏ hóa chất Sau khi chi tiết đượclàm sạch, được rửa để tránh sự trung hòa trong bể tẩy gỉ Sau khi chi tiết mạ đi ra khỏi

bể tẩy gỉ sẽ được rửa để tránh sự xuất hiện vết trên bề mặt và vật mạ có thể đổi màu.Đây là công đoạn phát sinh lượng nước thải lớn nhất và gần như chiếm toàn bộ quátrình

I.3 Các vấn đề môi trường trong công nghệ mạ:

I.3.1 Nước thải:

a) Nguồn nước thải:

Nguồn nước thải từ khâu sản xuất của các xí nghiệp rất đa dạng và phức tạp, nó phụthuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, chấtlượng sản phẩm Nước thải từ khâu sản xuất trong các xí nghiệp thường chia làm 2loại: nguồn thải từ quá trình mạ và quá trình làm sạch bề mặt chi tiết Chúng khác nhau

cơ bản về lưu lượng và nồng độ

*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 thải các chấtbẩn, cặn Do đó, phát sinh lượng nước thải tuy không nhiều nhưng chất ô nhiễm đadạng, nồng độ chất ô nhiễm cao (Cr+6, Ni+2, CN-)

* Nước từ quá trình làm sạch bề mặt chi tiết:

Trên bề mặt kim loại thường có dầu mỡ bám vào do các giai đoạn bảo dưỡng và đánhbóng cơ học Để đảm bảo chất lượng lớp mạ các chi tiết trước khi mạ cần được làmsạch bề mặt bằng các phương pháp tẩy dầu mỡ hóa học, dùng dung môi hoặc điện hóa

Vì vậy lượng nước thải phát sinh trong quá trình này nhiều nhưng nồng độ chất ônhiễm nhỏ chủ yếu là kiềm, axit và dung dịch

b) Đặc tính chung của nước thải công nghiệp mạ:

Một trong những đặc tính cơ bản của nước thải ngành công nghiệp mạ điện là có lưulượng dao động trong khoảng rất rộng tùy thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyềncông nghệ, thành phần nguyên vật liệu, yêu cầu đối với chất lượng sản phẩm

Không chỉ có lưu lượng dao động trong khoảng rộng, nước thải ngành công nghiệp mạđiện còn có đặc tính và thành phần các chất ô nhiễm biến đổi rất phức tạp Bảng sautrình bày đặc tính cơ bản và thành phần các chất ô nhiễm của nước thải tại một số cơ sở

mạ điện ở Việt Nam [6]

Bảng I.1: Nước thải mạ điện tại một số nhà máy ở Hà Nội

Một số nhà máy ở Hà Nội có phân

khi qua hệ thống xử lý) 21 – 23 6,3– 7,5 5 – 20 0,1 – 48Nhà máy điện cơ thống nhất 23,4 5,82 3 – 10 0,2 – 6,05

QCVN 24: 2009/BTNMT (B) ≤ 40 5,5 – 9 0,1 0,5

Bảng I.2: Lưu lượng và thành phần đặc trưng của các loại nước thải Công ty Cổ phần

Khóa Minh Khai (2008)

Nước thải sinh hoạt (mg/ l)

Nước axit, kiềm

Nước mạ Crom

Nước mạ Niken

(Nguồn: Kết quả đo đạc do Trung tâm Môi trường Đô thị và KCN-ĐHXD)

Bảng I.3: Kết quả khảo sát đặc tính nước thải của phân xưởng mạ Công ty Cổ phần

Khóa Minh Khai sau khi phân luồng dòng thải

Điểm lấy

mẫu

Nhiệt độ

0 C

pH

Lưu lượng (m 3 / ng)

∑C r mg/

l

∑P mg/

l

SS mg/l

CO D mg/l

(Nguồn: Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và KCN-ĐHXD và Viện KH và CNMT- ĐHBKHN).

Điểm 1: Rãnh thoát nước từ các bể mạ Niken

Điểm 2: Rãnh thoát nước từ các bể mạ Crom

Từ những phân tích và thống kê đưa ra ở trên, chúng ta có thể tóm tắt các đặc tínhchung của nước thải công nghiệp mạ điện vào bảng dưới đây:

Bảng I.4: Đặc tính của nước thải trong các công đoạn mạ

Qua bảng 2 ta thấy thành phần chủ yếu trong nước thải của ngành công nghiệp mạ điện

là các kim loại nặng có tính độc hại như: Cr6+, Ni2+, Zn2+, Cu2+ và CN-, Cl-, S-2, 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

I.3.2 Khí thải và bụi:

Dựa vào sơ đồ công nghệ có kèm theo dòng thải của công nghệ mạ điện, ta thấy nguồnphát sinh ô nhiễm không khí có ở hầu hết các công đoạn trong quá trình: làm sạch cơhọc, khử dầu mỡ, làm sạch hóa học và mạ

Mỗi một cơ sở mạ điện, tùy theo dây chuyền công nghệ, loại nhiên liệu sử dụng, đặcđiểm, quy mô sản xuất và mức độ cơ giới hóa, tự động hóa của nhà máy mà số lượng

và dạng khí thải độc hại sẽ khác nhau

Khí thải chủ yếu thường có ở các dạng: hơi axit (ở bể tẩy rỉ, bể tẩy điện hóa và bểnhúng axit hơi nhẹ), hơi kiềm (ở bể tẩy dầu mỡ hóa học), CxHy (ở bể tẩy dầu mỡ bằngdung môi), hơi CrO3, NiO (ở bể mạ), Các khí thải này phần lớn chúng nặng hơnkhông khí nên chúng làm tăng nồng độ chất thải độc hại trong phân xưởng, gây ônhiễm khu vực làm việc cũng như vùng dân cư lân cận kề sát với cơ sở sản xuất

Đối với các chi tiết, sản phẩm có hình dạng phức tạp hay yêu cầu cao về độ bóng bềmặt người ta hay xử lý bề mặt bằng phương pháp đánh bóng điện hóa Ô nhiễm khôngkhí trong công đoạn này có thể là các hơi axit

Trong công đoạn tẩy dầu mỡ, làm sạch các chi tiết người ta thường dùng dung dịchkiềm, nồng độ phụ thuộc vào phương pháp xử lý ban đầu Khí thải ở đây là hơi kiềmnhưng nồng độ rất thấp do thời gian xử lý bề mặt ngắn và nồng độ hóa chất trong dungdịch thấp

* Quá trình mạ điện:

Do tính chất đặc thù của một số dung dịch mạ làm việc ở nhiệt độ cao vì vậy mộtlượng đáng kể dung dịch mạ bay hơi tạo nên chất ô nhiễm khí như hơi axit, hơi kiềm,CrO3, NiO, Nếu cường độ dòng điện ở bể mạ càng cao thì dung dịch bay hơi cànglớn ở các điện cực Ngoài ra việc sục khí chống khuyết tật bề mặt vật mạ cũng gópphần làm tăng lượng dung dịch bay hơi một cách đáng kể

* Khu vực lò hơi:

Đối với các cơ sở sản xuất dùng hơi để đun nóng dung dịch thì còn có một bộ phận khíthải nữa là khí thải của lò Tùy theo loại nhiên liệu dùng để sản xuất hơi mà lượng khíthải sinh ra sẽ được tính toán dựa trên các thông số đặc trưng của nhiên liệu (khí, than,dầu ), khí ô nhiễm sinh ra ở khu vực này thường là các khí như SO2, NOx, CO, CO2,muội bụi Tải lượng chất ô nhiễm sinh ra từ khí thải lò hơi của các xưởng mạ nói chung

là nhỏ vì lượng nhiên liệu sử dụng không nhiều, đặc biệt xu thế hiện nay các xưởng mạđều dùng nguồn điện để đun nóng dung dịch nên nguồn này không quan tâm nhiều

b) Đặc tính chung của khí thải công nghiệp mạ:

Các thành phần đặc trưng của các nguồn khí thải công nghiệp mạ điện có thể tóm tắttheo bảng sau: [2,5]

Bảng I.5: Thành phần đặc trưng của các nguồn khí thải công nghiệp mạ

STT Công đoạn Mục đích Hóa chất sử dụng Chất thải

hệ số phản xạánh sánh cao

Al2O3, SiO2, viên granit,hợp kim sắt và bột mài

Bụi kim loạinặng và thô

*Đánh bóng

hóa học và

điện hóa

Trang trí bề mặtkim loại, loại bỏcác vết xước,sờn, anot hóakim loại, chuẩn

bị cho những chitiết phức tạp

Hỗn hợp các axit: H3PO4,HCl, H2SO4, H2Cr2O7.Tùy theo tính chất củakim loại cần đánh bóng

sẽ có các hóa chất thíchhợp

Hỗn hợp hơicác axit: HCl,

NaOH,Na2SiO3,Na2CO3,

Na3PO4 và các hoạt chấthoạt động bề mặt

Hơi kiềm

Tricloetylen, toluen,benzen, pecloetylen, dầuhỏa và xăng

Hỗn hợp hơidung môi

2 Cung cấp

nhiệt

(lò hơi)

Cung cấp nhiệtlượng cho các

bể mạ để đunnóng dung dịch

Than dầu, khí (nhiên liệunói chung)

Chủ yếu là bụi

xỉ, mồ hóng,

SO2, NOx,CO

3 Mạ điện Chống ăn mòn,

tăng độ chịu màimòn, độ cứng,

độ dẫn điện củacác kim loại

Tùy thuộc loại hình côngnghệ mạ

Chủ yếu là hơiaxit, kiềm vàmột ít oxit kimloại theo hơinước bay lên

Mạ Niken Chống ăn mòn

kim loại, là lớp

mạ tốt, tăng độdẫn điện

NiSO4: 280 – 300g/l

H3BO3: 35 g/lNaCl: 15 g/l

1 – 4 butydiol: 1 mg/lĐường hóa học: 1 g/l

Hơi axit, NiO

mạ sau

CuCN: 110 – 135 g/lNaCN: 120 – 140 g/lNaOH: 30 – 35 g/l

Hơi kiềm vàxyanua

NH4Cl: 260 – 300 g/lAmonioxalat: 10 – 30 g/l

Hơi kiềm và

NH4OH

Mạ kẽm Thường dùng

với những sảnphẩm không cần

ZnO: 60 g/lZn(CN)2: 45 g/lNaCN: 22,5 g/l

Hơi kiềm vàxyanua

trang trí Bảo vệkim loại, chống

ăn mòn

NaOH: 52,5 g/l

Mạ vàng Có tính chất

trang trí, làmtăng giá trị kimloại

K2CO3: 65 g/lAuCl (tính theo Au): 4g/lKFe(CN)2: 200 g/lKali sunfoxyanua: 100 g/

l

Hơi phức chấtxyanua

Mạ bạc Tăng độ chịu

mài mòn, chịulực ma sát chokim loại

AgCN: 35 – 40 g/lKCN: 35 – 40 g/l

K2CO3: 25 – 35 g/l

CS2: 1 – 2 g/l

Hơi xyanua và

CS2

Nhận xét: Từ bảng 3 ta thấy các dạng chất thải chủ yếu phụ thuộc nhiều vào các

công đoạn và hóa chất sử dụng Khí thải phát sinh tại các bể mạ chủ yếu theo quá trìnhbay hơi nước kéo theo các oxit kim loại và hơi axit Thực tế, khó có thể tính chính xáctải lượng, nồng độ của khí ô nhiễm vì chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố (tốc độ hút củaquạt, nhiệt độ, cường độ dòng điện mạ ) vì vậy để quản lý được nguồn thải này người

ta thường phải quy về từng khâu riêng biệt để đo đạc và tính toán theo các chỉ tiêu haohụt, định mức

I.3.3 Chất thải rắn:

a) Nguồn phát sinh chất thải rắn:

Chất thải rắn trong các xí nghiệp mạ chủ yếu từ các nguồn thải sau:

* Công đoạn làm sạch bề mặt: Chất thải rắn từ công đoạn làm sạch bằng

phương pháp cơ học ở đây chủ yếu là phoi, đề xê kim loại do quá trình gia công bềmặt Đối với những chi tiết nhỏ người ta thường dùng trấu, cát để làm sạch Vậy chấtthải rắn ở đây còn có cát và trấu

* Công đoạn mạ điện: Chất thải rắn là bùn thải chu kì trong một thời gian tại

bể trung hòa axit nhẹ và bể mạ (oxit, hydroxit, muối của các kim loại tạo thành trongquá trình làm việc) Lượng bùn này tương đối nhỏ, thường theo nước thải ra ngoài Bêncạnh đó còn có một lượng bùn thải do hệ thống xử lý nước thải và khí thải Lượng bùnnày tùy thuộc vào công nghệ xử lý Thường lượng bùn thải từ các bể xử lý nước thải

công nghiệp mạ không lớn nhưng lại có tính độc hại cao vì nó thường chứa hỗn hợpcác kim loại nặng kết tủa và các chất khác

* Chất thải rắn sinh hoạt: chất thải nhà bếp, văn phòng

Ngoài ra những chất thải rắn được đề cập ở trên, còn có một lượng lớn chất thải rắnkhác sinh ra từ công nghiệp mạ Đó là các bao bì đựng hóa chất khô (như túi nilon, baogiấy, bao tải ), các can đựng hóa chất lỏng …vv Các túi đựng, cạn đựng này cũng cầnđược quan tâm thu gom, xử lý một cách phù hợp nhằm giảm bớt các rủi ro có thể xảy

ra về mặt môi trường cũng như sức khỏe con người

b) Đặc tính chung của chất thải rắn:

Trong công nghệ mạ, chất thải rắn có thể xuất hiện từ nhiều công đoạn khác nhau với

số lượng và thành phần tùy thuộc vào công nghệ sản xuất và chất lượng sản phẩm Cácchất thải rắn có thể được tạo ra từ các nguồn thải sau: nguồn thải của quá trình tạophôi, làm sạch bề mặt bằng phương pháp cơ học hoặc chất thải rắn là bùn thải của quátrình xử lý nước thải và khí thải Tại Việt Nam đến nay vẫn chưa có một số liệu chínhthức nào, tuy nhiên theo đánh giá chung thì lượng chất thải rắn do ngành mạ tạo ra làkhá lớn và là một trong những vấn đề đáng được quan tâm hiện nay

I.3.4 Nhiệt độ và tiếng ồn:

Nếu như công nghệ mạ nóng chảy sử dụng một lượng nhiệt khá lớn cho quá trình mạ thì công nghệ mạ điện không sử dụng nhiệt độ cao Nên ô nhiễm nhiệt thường có tại các phân xưởng mạ nóng chảy và gần như không có đối với phân xưởng mạ các nhà máy mạ điện Còn về vấn đề tiếng ồn thì nhà máy mạ nào cũng có Tiếng ồn chủ yếu phát sinh từ các công đoạn của quá trình chuẩn bị nguyên liệu như mài, đánh bóng, dập, cắt Một nguồn phát sinh tiếng ồn nữa của các nhà máy mạ điện là từ quá trình vận chuyển, tháo xếp và bốc dỡ nguyên liệu sản phẩm

1.4 Ảnh hưởng do chất ô nhiễm gây ra

1.4.1 Nước thải

a) Ảnh hưởng đến sức khỏe con người:

Nước thải ngành mạ tuy không lớn so với các ngành công nghiệp khác song nó chứanhiều chất độc hại chủ yếu là các muối kim loại Các chất này hoà tan trong nước sau

đó ngấm vào nước ngầm theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể sống của con ngườicũng như sinh vật ở vùng lân cận khu công nghiệp có thể gây nhiễm độc mãn tính

Crom và hợp chất của Crom có thể làm tổn thương bề mặt da, dễ làm loét niêm mạcmũi, làm thủng phần sụn của vách mũi, ảnh hưởng đến hệ tiêu hoá, gan, thận và timmạch Cr (VI) độc hơn Cr (III) vì khả năng hấp thụ Cr (VI) của cơ thể cao hơn Côngnhân tiếp xúc thường xuyên với muối Cromat có khả năng nhiễm bệnh ung thư phổicao hơn người bình thường.

Niken và hợp chất của Niken gây bệnh viêm da, đặc biệt là môi trường ẩm và nhiệt độcao

Kẽm và hợp chất của kẽm nói chung là ít độc Khi nuốt phải muối kẽm có thể gây óimửa Khi tiếp xúc nhiều với muối ZnCl2 có thể gây lở loét ngón tay, bàn tay, cánh tay.Đồng và các hợp chất của đồng có thể gây kích thích nhẹ hoặc gây dị ứng nhẹ Muốiđồng gây ngứa da và kết mạc Oxit đồng hoá trị 1 còn gây kích thích ngứa mắt vàđường hô hấp Những người thường xuyên tiếp xúc với các hợp chất của đồng thườngmắc phải hiện tượng mất màu của da Người uống phải đồng sunfat sẽ bị ói mửa,choáng, co giật, hôn mê và nếu nặng có thể tử vong

a) Ảnh hưởng ô nhiễm nước mặt và nước ngầm

Việc thải bỏ trực tiếp nước thải công nghiệp mạ điện vào nguồn mà không qua xử lý

có thể là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự có mặt của các ion kim loại độctrong lòng đất, trong nước ngầm và nguồn nước mặt Nó có thể là nguyên nhân gây suygiảm chất lượng nước ngầm, nước bề mặt và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng Hiệnnay cùng với sự phát triển chung của nền công nghiệp, công nghiệp mạ cũng ngày càngphát triển Do đó lượng rác thải, nước thải của công nghiệp mạ cũng gia tăng Điều này

đã ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường và nguồn nước sinh hoạt ở một số địa phương

b) Ảnh hưởng đến việc xử lý nước thải

Nước thải công nghiệp mạ điện ảnh hưởng có hại đến quá trình xử lý nước thải bằngphương pháp sinh học Đó là do sự có mặt của axit, kiềm và các ion kim loại độc như:

Cr6+, Ni2+, Zn2+, Cu2+ đã kìm hãm hoặc giết chết vi sinh vật trong quá trình làm sạchnước thải bằng các phương pháp sinh học Với một hàm lượng rất nhỏ Cr6+ và Ni2+

cũng ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và nitrat hóa của nhà máy xử lý nước thải.Natri xianua và kalixianua tuy chỉ cản trở quá trình nitrat lúc ban đầu và sau một vàingày không còn ảnh hưởng nữa nhưng cũng gây tác động không nhỏ tới hiệu suất xử lýnước thải bằng các phương pháp sinh học

1.4.2 Khí thải, bụi

Bụi kim loại phát sinh từ công đoạn gia công bề mặt trước khi vào mạ Bụi này đi vàophổi có thể gây bệnh bụi phổi, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người Ngoài

ra có thể gây viêm da, viêm niêm mạc họng và mũi

Các hơi dung môi hữu cơ, hơi Crom, Niken, hơi axit, kiềm, có thể gây khó chịu chocông nhân khi làm việc Nếu thời gian tiếp xúc kéo dài thì có thể dẫn đến các bệnh mãntính, bệnh ung thư ở người Hơi axit khi thoát ra ngoài gặp lạnh (đặc biệt vào mùađông) sẽ ngưng tụ thành các giọt mù axit có kích thước rất nhỏ lơ lửng trong không khígây các bệnh về đường hô hấp

1.4.4 Tiếng ồn

Tiếng ồn trong phân xưởng sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả công việc của công nhân Ngoài

ra còn gây các bệnh cho công nhân như ù tai, dẫn đến điếc tai nếu công nhân làm việc trong phân xưởng thời gian dài

CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

NGÀNH MẠ ĐIỆN

II.1 Các biện pháp giảm thiểu:

Trước khi xử lý nước thải từ các xưởng mạ điện, có rất nhiều phương pháp để giảm lưulượng cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải Biện pháp phòng ngừa vàgiảm thiểu nước thải không chỉ giảm chi phí xử lý mà còn tiết kiệm được nhiều loạihoá chất, thu hồi được các kim loại quý, tiết kiệm nước Để giảm thiểu nước thải trongcác phân xưởng mạ điện thì có thể áp dụng một số biện pháp khống chế đầu nguồntuân theo các quy tắc sau: [3]

- Giảm tối đa lượng nguyên liệu cần dùng

- Giảm lượng nước cần tiêu thụ

- Thay nguyên liệu sản xuất gây độc hại bằng nguyên liệu ít gây độc hơn

- Nghiên cứu quá trình công nghệ, các thiết bị máy móc mới để thực hiện quá trìnhsản xuất một cách có hiệu quả

Sau đây là một vài biện pháp hạn chế tối đa lượng nước thải

II.1.1 Kĩ thuật giảm thiểu lãng phí hoá chất

Sử dụng hiệu quả hoá chất cần dùng Để tránh lãng phí hoá chất phân xưởng đã bố trícác bể trong dây chuyền mạ sát nhau, và khi các gá đưa ra khỏi bể mạ phải dừng lại từ

5 - 10s để cho hoá chất không bám theo sản phẩm mạ, đồng thời phải cho sản phẩm mạqua bể rửa thu hồi trước khi qua các bể rửa khác

Hầu hết các quy trình mạ đều có công đoạn thụ động hoá bằng Cr6+, Cr3+ Cr6+ tồn tạitrong các bể mạ và tạo thành axit cromic (H2CrO4), là hợp chất gây ung thư Do đó cầnthay thế hoá chất sử dụng (Cr6+) bằng Cr3+, vì Cr3+ ít gây ảnh hưởng đến sức khoẻ củacông nhân hơn, nhưng chất lượng sản phẩm vẫn đạt tiêu chuẩn

II.1.2 Kĩ thuật giảm thiểu lượng nước sử dụng

Hiện nay việc sử dụng nước còn lãng phí do phần lớn các phân xưởng tự khai thácnguồn nước ngầm Tuy nhiên, nguồn nước này sẽ bị cạn kiệt trong tương lai, do đóphân xưởng mạ nên áp dụng các biện pháp như: giảm tốc độ xả nước, định lượng mứctiêu thụ cho từng loại sản phẩm, tuần hoàn tái sử dụng lại nguồn nước

Thông thường cần 2m3 nước cho 1m2 bề mặt gia công Do đó, tổng lượng nước tiêu thụrất lớn, đồng thời lượng hoá chất độc hại theo nước cần xử lý bị pha loãng nhiều gây

tốn kém cho việc xử lý sau này Để tăng hiệu quả của việc rửa đồng thời tiết kiệm nướcđến mức tối đa người ta đã đưa ra nhiều phương pháp rửa khác nhau, nhờ đó lượngnước rửa tiêu tốn có thể chỉ cần 0.2 – 0.4 m3/m2 [3]

Các công nghệ rửa đang được sử dụng hiện nay là rửa nhúng tĩnh, rửa nhúng có chảytràn liên tục, rửa ngược chiều, rửa sục khí, rửa phun,

 Rửa nhúng tĩnh: Chi tiết rửa được nhúng vào trong một hay nhiều bể rửa chứanước không chảy Phương pháp rửa này tốn nhiều nước và hiệu quả rửa khôngcao

 Rửa nhúng có nước chảy tràn liên tục: Chi tiết rửa được nhúng vào trong mộthay nhiều bể độc lập, có nước chảy tràn liên tục Phương pháp rửa này thích hợpcho chi tiết rửa có nhiều khe, rãnh, lỗ sâu, Thời gian rửa thủ công không íthơn 6 giây, rửa tự động không ít hơn 20 giây

 Rửa ngược chiều: Bể rửa có 2 hay 3 ngăn, nước sạch chỉ cấp vào ở ngăn đầu rồi

tự chảy tràn từ dưới lên (theo ống dẫn hay vách dẫn) sang các ngăn tiếp theo, rồicuối cùng thải ra rãnh

 Rửa sục khí: Dùng không khí nén sục vào bể rửa chảy tràn để rửa sản phẩm vớimục đích khử dầu

 Rửa phun: Mở khoá cho nước phun mạnh thành nhiều chùm tia nhỏ bắn vào vậtcần rửa đặt trong bể cạn

 Rửa liên hợp: Lúc đầu rửa nhúng tràn cho vật ở phần dưới của bể, sau đó đưalên phần trên của bể rửa phun tiếp

 Rửa ngưng: Vật rửa đặt trong buồng kín nạp đầy hơi nước Hơi ngưng tụ lên bềmặt vật cần rửa và cuốn đi màng dung dịch bám theo chúng từ bể trước đó

 Rửa siêu âm: Bể nước hay dung môi rửa được đặt trong trường siêu âm để rửacác vật có yêu cầu đặc biệt

c) Röa ng îc dßng

Chi tiÕt röa

N íc s¹ch

n íc

th¶i

N íc s¹ch

N íc s¹ch

n íc th¶i

n íc th¶i

a) Röa nhóng tÜnh

Chi tiÕt röa

Chi tiÕt röa

Tại một số xưởng mạ công nhân thường để mở khoá cho nước chảy với tốc độ tuỳ ý,không cần quan tâm đến vận tốc của dòng chảy là bao nhiêu, khiến cho lượng nướcmất đi rất nhiều đồng thời lượng nước thải cần xử lý cũng tăng lên Muốn tiết kiệmđược lượng nước sử dụng thì cần phải nghiên cứu tốc độ rửa phù hợp sao cho hiệu quảrửa là lớn nhất và lượng nước sử dụng là ít nhất Nếu xác định được tốc độ rửa tối ưuthì có thể tiết kiệm được lượng nước tiêu thụ

II.2 Các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện:

Nước thải từ phân xưởng mạ có thành phần rất đa dạng, nồng độ lại thay đổi rất rộng,

pH cũng luôn biến động từ axit đến trung tính hoặc kiềm Để xử lý nước thải mạ điện

có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, phù hợp với từng loại nước thải và nồng độtạp chất chứa trong nó Dưới đây là các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện

II.2.1 Phương pháp oxi hoá - khử và kết tủa hoá học

Nguyên tắc:

- Phản ứng oxy hoá - khử: dùng tác nhân oxy hoá (Clo, Oxy, peoxyt, …) hoặc tác nhânkhử (Na2SO3, FeSO4, …) để oxy hoá - khử các chất ô nhiễm thành dạng ít ô nhiễmhoặc không ô nhiễm

- Phản ứng kết tủa hoá học: dựa trên phản ứng giữa chất đưa vào nước thải với kim loại

có trong nước thải ở pH thích hợp, tạo ra chất kết tủa và tách ra bằng phương pháp lắngthông thường Đây là phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay [7]

BÓ chøa

n íc th¶i

BÓ ph¶n øng/kÕt tña

II.2.2.Phương pháp điện hoá [7]

Nguyên tắc: Dựa trên nguyên tắc của quá trình oxy hoá khử để tách các kim loại trên

các điện cực nhúng trong nước thải khi cho dòng điện một chiều đi qua

Trong đó, Anot không hoà tan làm bằng Grafit hoặc Chì oxit, Catot làm bằng molipđenhoặc hợp kim Vonfram - sắt – niken Tại Catot, xảy ra quá trình khử (tức là quá trìnhnhận điện tử), kim loại bị khử để tạo thành ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bámvào điện cực:

Mem+ + (m-n)e- → Men+, (m>n 0)

(Trong đó: m, n là các số oxy hoá của kim loại Me)

II.2.3 Phương pháp hấp phụ

Nguyên tắc: Quá trình hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý tức là quá trình di chuyển của

các chất ô nhiễm (các ion kim loại) (chất bị hấp phụ) đến bề mặt pha rắn (chất hấpphụ)

Người ta thường dùng biện pháp hấp phụ sinh học, tức là dùng các vật liệu sinh học đểtách 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 đạt241mgCr6+/g [1]

II.2.4 Phương pháp trao đổi ion

Nguyên tắc: Là quá trình trao đổi diễn ra giữa các ion có trong dung dịch và các ion

trong pha rắn, được đặc trưng bởi dung lượng trao đổi

R – H+ + Ni2+  R – Ni2+ + 2H+

R – OH- + Cl-  R – Cl- + OH

-Việc lựa chọn vật liệu trao đổi ion chọn lọc có nghĩa quan trọng cho thu hồi các kimloại quý hiếm Khi các vật liệu này đạt trạng thái bão hoà, ta tiến hành tái sinh hoặcthay chúng [9]

II.2.5 Phương pháp sinh học:

Nguyên tắc: Nguyên lý chung của phương pháp là sử dụng các loại thực vật, vi sinh

vật, vi khuẩn như bèo tổ ong, tảo, các vi sinh vật yếm khí vv để tiêu hủy các kim loạinặng có trong nước thải Các loại sinh vật này đã sử dụng kim loại nặng có trong nướcthải như một nguồn dinh dưỡng cho chúng tồn tại và phát triển

Quá trình tiến hành phải lựa chọn và phân lập giống, phải cho những loài sinh vật nào

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 [10] Tuynhiên do yêu cầu về mặt bằng lớn, hơn nữa việc lựa chọn và phân lập vi sinh vật cònnhiều hạn chế nên khi áp dụng vào thực tế gặp rất nhiều khó khăn

Ngoài các phương pháp đã nêu ở trên, còn có một số phương pháp mới đang được đềnghị nhằm bổ sung cho công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nhưng ứng dụng củachúng vào thực tế vẫn còn tương đối hạn chế, ví dụ như phương pháp trích ly bằngdung môi, bốc hơi hoàn nguyên, kết tủa hóa học và làm lạnh

Bảng II.1: Bảng tóm tắt ưu điểm và hạn chế của một số phương pháp xử lý

nước thải ngành mạ thường dùng

Phương pháp xử lý Ưu điểm Hạn chế

Oxy hoá khử - kết tủa

- Xử lý nước thải lưu lượng lớn

- Chi phí thấp

- Đơn giản, dễ vận hành

- Chuyển chất thải từ dạngnày sang dạng khác

- Tạo lượng bùn kim loại lớn

Hấp phụ bằng các vật

liệu sinh học - Vận hành đơn giản- Giá thành vật liệu rẻ - Khó kiểm soát nồng độ- Giải hấp phụ không đạt hiệu

quả cao

Điện hoá

- Nồng độ kim loại đầu vào cao

- Thu hồi kim loại với độ tinhkhiết cao

- Tự động hoá quá trình

- Không cần sử dụng hoá chất

- Chi phí điện năng rấtlớn

Trao đổi ion

- Nồng độ đầu vào loãng

- Thu hồi kim loại quý

- Nhu cầu năng lượng thấp

- Yêu cầu vận hành chặtchẽ

- Tái sinh vật liệu traođổi

Sinh học

- Quá trình xử lý tạo ra chấtthải ít nên thân thiện với môitrường

- Giá thành thấp

- Yêu cầu mặt bằng xử lý lớn

- Hiệu quả thấp nếu hàm

lượng chất ô nhiễm trongdòng thải không ổn định hoặcquá lớn

- Quá trình vận hành phải

kiểm soát được các chất ônhiễm trong dòng thải vàlượng chất dinh dưỡng N, Pcấp thêm vào dòng thải

Bảng II.2: Hiệu suất của 1 số phương pháp xử lý nước thải mạ điện [9]

STT Phương pháp xử lý Hiệu suất(%)

4 Oxy hóa khử - kết tủa 20 – 95

CHƯƠNGIII: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN

III.1 Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý:

III.1.1 Mục tiêu và yêu cầu đối với hệ thống xử lý nước thải:

Nước thải phân xưởng mạ điện chính là vấn đề quan tâm hàng đầu của các nhà máyhoạt động trong lĩnh vực mạ điện Nước thải này chứa nhiều các kim loại nặng, độc hạivới môi trường xung quanh Do đó việc xây dựng lắp đặt hệ thống xử lý nước thải phânxưởng mạ chính là một giải pháp góp phần giải quyết vấn đề trên Khi thiết kế hệ thống

xử lý nước thải phân xưởng mạ cần phải đảm bảo các yêu cầu và mục tiêu sau:

a) Yêu cầu về môi trường: phải đảm bảo các điều kiện vệ sinh lao động cho

công nhân làm việc tại phân xưởng mạ và công nhân vận hành hệ thống xử lý Nướcthải ra môi trường sau khi xử lý đảm bảo chất lượng nước thải theo tiêu chuẩn nướcthải công nghiệp ít nhất là loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT Chấp hành nghiêmchỉnh các quy định của pháp luật Việt Nam về bảo vệ môi trường

b) Yêu cầu về kĩ thuật: Viêc xây dựng, lắp đặt hệ thống xử lý nước thải phải

phù hợp với mặt bằng công nghệ mạ Việc phân luồng dòng thải phải đảm bảo phù hợpvới việc xử lý tiếp theo Hệ thống xử lý phải bố trí hợp lý, đảm bảo cho công nhân vậnhành dễ dàng, dễ đo đạc, kiểm tra đồng thời nước thải sau xử lý phải đạt tiêu chuẩn chophép

c) Yêu cầu về kinh tế: Mức độ đầu tư cho hệ thống xử lý cần phù hợp với tình

hình tài chính của công ty Hệ thống xử lý lắp đặt phải đảm bảo hiệu quả vốn đầu tư vàkhả năng cạnh tranh về giá thành sản phẩm của nhà máy trong quá trình sản xuất, kinhdoanh trên thị trường

III.1.2 Đặc trưng của dòng thải:

Phân xưởng mạ điện sẽ hoạt động với công suất 8h/ngày Dựa vào các thông số đầuvào của đề bài thiết kế như sau:

+ Tổng lưu lượng nước thải: 200 m3/ngày

III.1.3 Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải:

Các chất ô nhiễm chính trong nước thải phân xưởng mạ là các ion kim loại Cu2+, Ni2+,

Cr6+, Zn2+ và một số anion khác (trong đó đặc biệt cần lưu ý là: CN-) Do đó vấn đề lớnnhất trong xử lý nước thải mạ điện chính là loại bỏ các ion kim loại ra khỏi nước thải.Việc xử lý các ion kim loại này có thể áp dụng nhiều phương pháp trong số cácphương pháp đã đề cập ở trên Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm và giớihạn áp dụng riêng Trên thực tế, khi tiến hành thiết kế hệ thống xử lý nước thải mạđiện, chúng ta có thể tiến hành áp dụng một loại phương pháp hoặc áp dụng phối hợpnhiều phương pháp với nhau nhằm đảm bảo nước thải sau khi xử lý đảm bảo yêu cầu

đã đưa ra Hiện ở tại Việt Nam có 2 phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong xử

lý nước thải mạ điện, đó là phương pháp trao đổi ion và phương pháp phối hợp oxy hóakhử có kết tủa Các phương pháp khác còn lại, trên nguyên tắc đều có thể sử dụng tuynhiên chúng có nhiều đặc điểm không phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Namnhư:

+ Đắt tiền, yêu cầu về vốn đầu tư lớn: phương pháp hấp phụ

+ Yêu cầu về mặt bằng lớn: phương pháp sinh học

+ Khó vận hành hoặc vận hành cần người có chuyên môn cao: phương pháp điện hóa+ Giới hạn áp dụng hạn chế: phương pháp hấp phụ, phương pháp điện hóa

Hai phương pháp trao đổi ion và oxy hóa khử kèm kết tủa được áp dụng phổ biến hơn

do chúng có nhiều ưu điểm phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam Cụ thể:

* Phương pháp trao đổi ion

+ Là phương pháp tiên tiến, hiện đại

+ Vận hành dễ dàng

+ Yêu cầu về diện tích xây dựng nhỏ, phù hợp với các cơ sở có mặt bằng nhỏ, không

có quỹ đất để xây dựng hệ thống xử lý

+ Dễ bố trí thiết bị

+ Tốc độ xử lý nhanh, thao tác vận hành tương đối đơn giản

+ Xử lý triệt để các kim loại nặng trong nước thải, có thể thu hồi lại kim loại trongnước thải

+ Nước thải sau khi xử lý có thể tái sử dụng từ 90 % - 95%

+ Không có bùn thải

+ Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cao, chi phí vận hành cao và chỉ nên áp dụng đốivới các cơ sở sản xuất có lưu lượng nước thải < 15m3/ngày

*Phương pháp oxy hóa khử và kết tủa

+ Là phương pháp cơ bản, phổ biến nhất được áp dụng tại Việt Nam trong việc xử lýnước thải mạ điện

+ Vốn đầu tư xây dựng không cao

xử lý nước thải công suất nhỏ theo phương pháp trao đổi ion thường gấp 2 -3 lần so với

hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp oxy hóa khử và kết tủa Ngoài ra với nhượcđiểm là chỉ nên áp dụng với các cơ sở có lưu lượng nước thải nhỏ hơn 15 m3/ngày ([3])

thì phương pháp trao đổi ion không phù hợp với tình hình sản xuất của nhà máy vì lưulượng nước thải của nhà máy là 200 m3/ngày Như vậy phương pháp thích hợp nhất để

xử lý nước thải là phương pháp oxy hóa khử và kết tủa Hiện nay, phương pháp oxyhóa khử và kết tủa cũng được sử dụng chủ yếu ở Việt Nam: công ty Khoá Minh Khai,công ty cơ khí Thăng Long,

III.1.4 Phân tích, lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ

Có rất nhiều căn cứ để lựa chọn một sơ đồ công nghệ phù hợp, tuy nhiên với việc thiết

kế hệ thống xử lý, ta dựa trên một số nguyên tắc cơ bản sau:

+ Đặc điểm công nghệ sản xuất: dựa trên đặc điểm của dây chuyền công nghệ của nhàmáy như công suất lớn hay nhỏ, hiện đại hay đã cũ, tự động hóa hay thủ công để đưa ra

sơ đồ công nghệ cho phù hợp cả về quy mô, trình độ công nghệ, trình độ kĩ thuật của

cơ sở sản xuất

+ Chất lượng nước đầu vào: điều này cho ta biết được lưu lượng và ô nhiễm đặc trưngcủa dòng thải từ đó quyết định các phương pháp xử lý có thể áp dụng, nhằm đảm bảo

xử lý được nước thải theo mức độ xử lý yêu cầu

+ Tách được các dòng sạch không cần xử lý: xác định các dòng thải sạch và tách dòng

ra khỏi các dòng thải ô nhiễm nhằm góp phần:

 Tiết kiệm lượng nước sử dụng

 Giảm lượng nước thải cần xử lý

 Giảm chi phí xử lý nước thải

+ Đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt QCVN 24: 2009/BTNMT loại B: đây là tiêuchuẩn thải vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mục đích cấpnước sinh hoạt Điều này sẽ quyết định mức độ xử lý của hệ thống để đưa ra cácphương pháp xử lý phù hợp và hiệu quả

+ Xử lý triệt để có thể tận thu được kim loại sau này: điều này ảnh hưởng đến việc lựachọn phương pháp, lựa chọn thiết bị và lựa chọn hóa chất sử dụng để nhằm đảm bảoyêu cầu đặt ra ở trên

+ Giá thành đầu tư nhỏ, chi phí vận hành thấp

+ Có khả năng thay đổi khi nhà máy có sự mở rộng về quy mô sản xuất

Để xử lý nước thải một cách hiệu quả cho phân xưởng mạ, dựa trên các nguyên tắc đãđưa ra ở trên quy trình xử lý sẽ được tiến hành theo hai bước chính: phân luồng dòngthải và xử lý Cụ thể

+ Phân luồng dòng thải: ta tiến hành tách các dòng thải ngay tại nguồn (4 dòng thảichính: dòng Cr (VI), dòng xianua, dòng Ni và dòng Zn) việc tách dòng này sẽ giúp choquá trình xử lý các chất ô nhiễm trong mỗi dòng thải một cách hiệu quả

+ Xử lý: đối với nước thải ngành mạ với đặc tính: chứa hàm lượng kim loại nặng cao;

pH dao động mạnh; COD, BOD thấp; hàm lượng SS nhỏ thì để xử lý nước thải mạ ta

áp dụng các phương pháp xử lý chủ yếu sau: phương pháp cơ học (điều hòa lưu lượng,lắng), áp dụng phương pháp hóa học (oxy hóa – khử), phương pháp hóa lý (keo tụ)

III.1.5 Phương án xử lý nước thải mạ điện tại phân xưởng mạ

Căn cứ vào phân tích ở trên, để xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải mạ điện tạixưởng mạ, ta áp dụng phương pháp xử lý theo sơ đồ công nghệ mô tả ở hình 2 Phươngpháp này bao gồm:

a) Phân luồng dòng thải

Nước thải xưởng mạ điện bao gồm 4 dòng thải chính là nước thải mạ xyanua, mạCrom, mạ kẽm và mạ Niken Do quá trình oxy hóa khử và kết tủa của các dòng thảinày diễn ra ở các điều kiện pH khác nhau nên để đảm bảo cho hiệu quả xử lý cao,chúng ta tiến hành tách dòng thải tại nguồn Mỗi dòng thải trên sẽ đi theo các tuyếnống khác nhau về hố thu nước thải riêng

Ta có 4 dòng thải chính từ 4 bể mạ Thực tế sau khi thực tập tại công ty cổ phần KhóaMinh Khai tiến hành phân luồng dòng thải như sau:

+ Lưu lượng nước thải của dòng Cr trong một ngày:

Tại các hố thu nước thải, ta lắp đặt song chắn bằng inox nhằm loại bỏ các tạp chất thô.Nước thải từ các hố thu được đưa về bể điều hòa nhằm điều hòa lưu lượng và nồng độcác chất trong nước thải Từ bể điều hòa, nước thải được bơm lên cụm bể oxy hóa –khử tại đây nước thải được bổ sung thêm Na2SO3 và H2SO4 đối với Cr (VI) và NaOClđối với xianua Từ đây nước thải tự chảy sang bể keo tụ Và tại bể keo tụ, nước thải sẽđược bổ sung thêm kiềm để tiến hành phản ứng kết tủa Sau đó toàn bộ nước thải đượcđưa sang bể lắng nhằm tách các bông keo Sau khi qua bể lắng, toàn bộ nước thải đượcđưa vào bể trung hòa để tiến hành trung hòa pH rồi sau đó được thải ra ngoài môitrường Bùn thải được bơm bùn hút về máy ép bùn để xử lý Nước thải từ máy ép bùnđược đưa về bể trung hòa để trung hòa pH trước khi thải Nếu nước thải từ bể oxy hóakhử và keo tụ không đảm bảo hiệu suất xử lý thì ta có các đường ống tuần hoàn tạitừng bể để tiếp tục xử lý Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý (hình III.2)

Hình III.1: Phân luồng dòng thải

III.1.6 Sơ đồ quy trình công nghệ hệ thống xử lý nước thải:

Hình III.2: Sơ đồ công nghệ khu xử lý nước thải tại phân xưởng mạ điện

Bể lắng

Bể

kết

tủa

Bể kết tủa

Bể kết tủa

Bể

khử

Cr

Bể ôxy hóa

Song chắn tinh

III.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp lựa chọn:

III.2.1 Điều hòa lưu lượng

Điều hòa lưu lượng được dùng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi, khắc phụcnhững vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệusuất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý Các kĩ thuật điều hòa được ứng dụngcho từng trường hợp phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống thu gom nước thải Cácphương án bố trí bể điều hòa lưu lượng có thể là điều hòa trên dòng thải hay ngoàidòng thải xử lý

Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nướcthải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án điều hòa ngoài dòng thải chỉ giảmđược một phần nhỏ sự dao động đó

Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý

Vị trí tối ưu của nó phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom và đặc tínhcủa nước thải

Bể điều hòa thường được thiết kế với chiều sâu từ 1,5 – 2m Thể tích bể điều hòa cóthể tính theo công thức sau:

.ln1

d d

n n

Q V

k k





 [7]

τd – thời gian thải đột biến

Cmax, Ctb, Ccf: nồng độ lớn nhất, trung bình và cho phép của chất gây ô nhiễm (g/m3).Khi kn ≥ 5, thể tích bể điều hòa được tính theo công thức sau: Vđ = kn.Q.τd

Thể tích bể điều hòa dùng để dập tắt sự dao động có chu kì của thành phần các chất ônhiễm sẽ được tính theo công thức sau: Vđ = 0,16.kn.Q.τd

Tuy nhiên, trong một số trường hợp khi không xác định được nồng độ max và trungbình của nước thải đầu vào người ta có thể tiến hành tính toán thể tích bể điều hòathông qua thời gian lưu t của nước trong bể có tính đến hệ số không điều hòa β (β = 1,5– 2,5) theo công thức V = Q β.t [7]

III.2.2 Lắng

* Quá trình lắng của hạt: trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng để loại

bỏ các tạp chất dạng huyền phù thô ra khỏi nước Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tácdụng của trọng lực Để tiến hành quá trình này, người ta thường dùng các loại bể lắngkhác nhau (bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng Radian) Trong công nghệ xử lý nướcthải, theo chức năng, các bể lắng được phân thành: bể lắng cát, bể lắng cấp I và bể lắngtrong (cấp II) Bể lắng có nhiệm vụ tách bùn, bông keo ra khỏi nước thải Các bể lắngđều phải thỏa mãn yêu cầu: có hiệu suất lắng cao và xả bùn dễ dàng Nước thải nóichung thường là hệ dị thể đa phân tán hợp thể không bền Trong quá trình lắng, kíchthước, mật độ, hình dạng của các hạt và cả tính chất vật lý của hệ bị thay đổi Ngoài ra,khi hòa nhập vào nước thải có thành phần hóa học khác nhau cũng có thể tạo thành cácchất rắn, trong đó có các chất đông tụ Những quá trình này sẽ làm ảnh hưởng tới hìnhdạng và kích thước hạt, gây phức tạp cho việc thiết lập quy luật thực của quá trìnhlắng

Các tính chất của nước thải khác nhiều so với nước sạch Nó có khối lượng riêng và độnhớt cao Độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải chỉ chứa các hạt rắn được tínhtheo công thức sau: [7]

C0 – nồng độ thể tích của các hạt lơ lửng, kg/m3

ρ, ρnt – khối lượng riêng của nước sạch và nước thải, kg/m3

ε – phần thể tích của pha lỏng, ε được tính theo công thức sau:

và lắng vùng bao gồm lắng tập thể và lắng chen:

+ Lắng loại I (lắng từng hạt riêng rẽ): đó là quá trình lắng của các hạt trong hỗn hợphuyền phù ở nồng độ thấp (loại cát, sỏi) Các hạt lắng hoàn toàn riêng biệt không có tác