Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử và đề xuất phương án thu hồi oxide đồng công ty fujitsu

Đề tài “Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Nước Thải Sản Xuất Board Mạch Điện Tử Và Đề Xuất Phương Án Thu Hồi Oxýt Đồng Công Ty Fujitsu” cũng không ngoài chiến lược trên, là một trong những

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

X W

VÕ THANH HIẾU

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BOARD MẠCH ĐIỆN TỬ VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THU HỒI OXIDE ĐỒNG

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TIẾN SĨ NGUYỄN VĂN PHƯỚC

Cán bộ chấm nhận xét 1:………

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2:………

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

LUẬN VĂN ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI HỘI ĐỒNG CHẤM VÀ BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Ngày Tháng năm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XHCN VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC

Ngày, tháng năm sinh : 15 – 05 - 1973

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất Board mạch điện tử và đề xuất phương án thu hồi Oxýt đồng – Côngty Fujitsu

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nghiên cứu công nghệ xử lý hiện tại, từ đó tìm ra hóa chất xử lý mới thu hồi tận thu oxide đồng từ nước thải, đáp ứng được các yêu cầu sau:

• Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN–5945– 1995)

• Chuyển toàn bộ (100%) bùn từ chất thải rắn sang dạng tái sinh được

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU :

V HỌ TÊN VÀ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TIẾN SĨ NGUYỄN VĂN PHƯỚC

VI HỌ TÊN VÀ CÁN BỘ NHẬN XÉT: ( Ghi họ tên và chữ ký )

Cán bộ phản biện 01 Cán bộ phản biện 02

Đề cương cao học đã thông qua hội đồng chuyên ngành

LỜI CẢM ƠN

Trước hết Em xin bày tỏ lòng biết ơn Thầy

TIẾN SĨ NGUYỄN VĂN PHƯỚC đã tận tình chỉ đạo hướng dẫn

Em hoàn thành công trình nghiên cứu này

Em xin chân thành cám ơn Quý Thầy Cô Trường ĐH Quốc Gia

TP Hồ Chí Minh – Khoa Công Nghệ Hóa Học, Phòng Lý Sau Đại Học đã truyền đạt kiến thức cho Em

Xin cám ơn Ban Lãnh Đạo Công Ty Fujtisu Việt Nam đã hỗ trợ nguyên vật liệu, cơ sở vật chất trong suốt thời gian nghiên cứu

Cám ơn các tác giả, các nhà khoa học đi trước đã cung cấp cho Em kiến thức, tài liệu tham khảo

Tác giả

Võ Thanh Hiếu

TÓM TẮT NỘI DUNG

Tập đoàn Fujitsu Nhật Bản là tập đoàn hàng đầu về sản xuất máy tính và thiết bị viễn thông, có tổng cộng 450 nhà máy phân bố trên toàn thế giới Tại Việt Nam Fujitsu đầu tư vào năm 1996 với nhiều trang thiết bị hiện đại phục vụ sản xuất Fujisu Việt Nam cũng là doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài tiêu biểu của Trung ương, tỉnh Đồng Nai thuộc cả hai lĩnh vực sản xuất và xử lý môi trường Chín năm liền dẫn đầu xuất khẩu, toàn bộ nước thải, khí thải đều được xử lý đạt tiêu chuẩn loại A theo qui định của chính phủ Việt Nam

Tuy nhiên, với sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật, với yêu cầu ngày càng cao của công tác bảo vệ môi trường, bảo tồn tài nguyên thiên nhiên mục tiêu của tập đoàn là đến năm 2010 toàn bộ tất cả các nhà máy thuộc tập đoàn Fujitsu trên thế giới phải đạt được “100% sản phẩm xanh” có nghĩa là sản xuất nhưng không thải ra chất thải nguy hại môi trường, 100% chất thải phải được tái sinh phục vụ tái sản xuất hay chuyển mục đích sử dụng khác

Đề tài “Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Nước Thải Sản Xuất Board Mạch

Điện Tử Và Đề Xuất Phương Án Thu Hồi Oxýt Đồng Công Ty Fujitsu” cũng

không ngoài chiến lược trên, là một trong những công trình nhằm giảm thiểu lượng chất thải rắn tại Công ty Fujitsu Việt Nam, cụ thể là hiện nay thành phần kim loại nặng chứa trong nước thải của nhà máy chủ yếu là đồng (tồn tại ở dạng ion Cu2+) Sau khi qua xử lý bằng sulphat sắt FeSO4 và hydrô canxi Ca(OH)2 toàn bộ đồng kim loại được kết tủa ở dạng chất thải rắn với hàm lượng đồng tương đối cao dao động trong khoảng từ 20–30% thành phần khối lượng khô Nhưng không tái sinh được mà thuê đem đi chôn lấp ở nhà máy xử lý chất thải nguy hại Sonadezi Đồng Nai với khối lượng trên dưới 120 tấn/tháng

Nguyên nhân chính của việc không thể tái sinh đồng được là do bùn lẫn nhiều oxýt sắt chiếm khoảng 10%, nhưng việc tách sắt ra khỏi hợp chất đồng là rất tốn kém và không hiệu quả, chi phí quá trình tái sản xuất đồng cao hơn giá đồng sản phẩm

Sau khi tiến hành nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải công nghiệp hiện tại của nhà máy, kết hợp với kết quả thực nghiệm đã tìm ra được hóa chất mới có khả năng thay thế được hóa chất đang sử dụng hiện tại có khả năng giảm tối thiểu tối đa lượng tạp chất từ 10% xuống còn từ 0.5 – 1.0% và lượng tạp chất này là chất dễ tan, dễ dàng tách loại ra khỏi đồng kim loại trong quá trình tái sinh Ngoài ra hóa chất mới cũng hoàn toàn đáp ứng được các chỉ tiêu môi trường khác được qui định bởi tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945 – 1995 và hệ thống tiêu chuẩn quản lý môi trường quốc tế ISO -14001

Vấn đề sau cùng nhưng cũng rất quan trọng là giá thành hóa chất này chấp nhận được, thành phần cũng chỉ là các hóa chất cơ bản dễ tìm, khi áp dụng thực tế không những chỉ có lợi về mặt môi trường mà còn có ý nghĩa về mặt kinh tế

SUMMARY CONTENT

The Fujitsu Inc Japan is the leading Company of Computers and Telecom products, including total 450 factory belong to and set up over all country in the world In Vietnam, the factory was built in 1996 with many modern equipment for manufacturing and environment treating purpose Therefore, Fujitsu is the typical company of Vietnam goverment and DongNai province for exporting and environment treating, and has continuouly 9 times stand on the first exports company from 1997 to 2005 All wastewaters, waste gases of factory were treated and discharge to environment folowing to TCVN 5945 – 1995 level A

However, with the high speed development of Engineering and Scientific, with the continue improves of environment reserving day by day The Fujitsu Inc has the target that, ‘by the year 2010, all the factory in the world belong to Fujitsu Inc must have been reached that 100% green products’, that means all waste must be cycling, other word is “Zero emission”

The theme “Research Wastewater Treatment Engineering of Printed

Circuit Board Product and Suppose the New Apply method Treatment for Recycling Oxide Copper – Fujitsu Vietnam Company” is among of program

above The research target is reduced the solid waste of Fujitsu Vietnam about

120 ton/month, this is the sludge generated during industrial wastewater treatment process, the component of industrial sludge contents of organic sludge, heavies metal oxide such as ferrous oxide (10% dry weigh), lime and copper oxide

In the present, the main reason caused sludge can’t be recycling is ferrous impurity about 10%, the ferrous compound is difficult to remove during recycling

copper, therefore, it increases the recycling manufacturing cost and make the cycling not effective

After detail investigating all current wastewater treatment engineering and combine with research result in Lab, we find out the new chemical has ability been replaced current chemical, but it can reducing the impurity contents

in solid waste from 10% to 0.5-1.0%, and the remaining impurity in solid be easy removed during copper cycling by solutes Beside that the new treatment method also conformity other investigating items belong to Vietnamese Standard TCVN 5945-1995 and International Environment Management Certificate ISO 14001 The last one, but more important that the new chemical apply cost is reasonable, not only reached environment target but also economic benefit reached

MỤC LỤC

Trang Lời cảm ơn

Tóm tắt nội dung

Mục lục

Danh sách các bảng

Chương 1: Mở Đầu

1.1 Tình hình phát triển chung của ngành sản xuất bảng mạch

1.3 Nội dung đề tài

Chương 2: Tổng quan công nghệ xử lý nước thải công nghiệp

chứa kim loại nặng

2.1.1 Vật liệu trao đổi ion

2.3.1 Biện pháp trung hòa

2.3.3 Phương pháp lọc nước thải axít qua vật liệu trung hòa

2.4.1 Oxi hóa bằng Clo 26 2.4.2 Oxi hóa bằng oxy già

2.4.3 Oxi hóa bằng piroluzit MnO2

2.4.3 Ô zôn hóa

2.6 Phương pháp kết tủa hóa học

2.6.1 Sơ đồ công nghệ

2.6.2 Kết tủa kim loại

2.8.1 Mô tả công nghệ

Chương 3: Giới thiệu nhà máy các vấn đề môi trường

và công nghệ xử lý hiện tại

3.3 Khí thải

3.4 Chất thải

3.4.1 Chất thải sinh hoạt

3.4.1 Chất thải công nghiệp

3.5.1 Nước thải sinh hoạt

3.5.2 Nước thải công nghiệp

3.6 Công nghệ xử lý nước thải công nghiệp hiện tại của nhà máy Fujitsu

3.6.1 Xử lý nước thải đậm đặc 41 3.6.1.1 Thuyết minh công nghệ

3.6.1.3 Ví dụ quy trình xử lý nước thải permanganate đậm đặc

3.6.2 Xử lý nước thải loãng

3.6.2.1 Sơ đồ công nghệ

3.6.4 Cơ chế phản ứng

3.6.5 Bảng kiểm tra nước thải sau khi xử lý

3.7 Các hạn chế trong công nghệ xử lý hiện tại 53 Chương 4: Phân tích đề xuất phương án thu hồi kim loại đồng

4.2 Các đối tượng nghiên cứu

4.3 Lựa chọn phương án

4.3.1 Chọn phương án

4.3.2 Vai trò từng loại hóa chất

Chương 5: Mô hình nghiên cứu – Nội dung thí nghiệm

5.2 Mô tả mô hình thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo đạc

5.2.1 Mô tả mô hình thí nghiệm

5.2.2 Dụng cụ thí nghiệm, thiết bị đo đạc

5.3 Đối tượng nghiên cứu

5.5 Trình tự thí nghiệm

5.5.1 Phương hướng thí nghiệm

5.5.2 Tiến hành thí nghiệm

5.5.2.1 Xác định pH tối ưu

5.5.2.2 Xác định lượng hóa chất sử dụng tối ưu 67 5.5.2.3 Xác định thời gian phản ứng tối ưu

Chương 6: Kết quả thí nghiệm và bàn luận

6.1.1 Kết quả phân tích bùn sau khi xử lý

6.1.2 Kết quả phân tích nước thải sau khi xử lý

6.2 Bàn luận

6.2.1 Xây dựng chế độ vận hành theo phương án đề xuất 74 6.2.2 Cơ chế phản ứng

6.2.3 Tính lượng hóa chất trong xử lý liên tục

6.2.4 Ứng dụng của oxít đồng

6.3.1 Chi phí xử lý theo phương pháp hiện tại

6.3.2 Chi phí theo phương án đề xuất

6.3.3 Ý nghĩa về mặt môi trường

6.4 Kiến nghị

Phụ lục

2.2 Hóa chất thí nghiệm

3 Quy trình thí nghiệm xác định hàm lượng đồng trong bùn

3.2 Đo mẫu

3.3 Tính kết quả

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.3 Các giai đoạn xử lý nước thải đậm đặc permanganate 43 Bảng 3.4 Kết quả kiểm tra nước thải đã xử lý 52 Bảng 3.5 Thống kê lượng hóa chất dùng cho xử lý 54

Bảng 4.1 Kết quả phân tích thành phần nước thải 55 Bảng 4.2 Kết quả phân tích thành phần nước thải 57 Bảng 5.1 Kết quả phân tích nước thải chứa đồng 62

Bảng 5.3 Kết quả khảo sát pH phản ứng tối ưu 67 Bảng 5.4 Kết quả khảo sát lượng hóa chất sử dụng tối ưu 68 Bảng 5.5 Kết quả khảo sát thời gian phản ứng tối ưu 69

Bảng 6.1 Tổng hợp các điều kiện phản ứng tối ưu 71 Bảng 6.2 Kết quả phân tích thành phần bùn sau xử lý hiện tại 72 Bảng 6.3 Kết quả phân tích thành phần bùn sử dụng hóa chất mới 72

Bảng 6.5 Kết quả xử lý nước thải theo điều kiện thí nghiệm 73 Bảng 6.6 Thống kê lượng bùn thải chứa kim loại 74

Bảng 6.8 Chi phí xử lý theo phương án đề nghị 78 Bảng 6.9 Tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường 79

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Chương 1: Mở đầu

1.1 Tình hình phát triển chung ngành công nghiệp sản xuất bảng mạch

in điện tử

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp sản xuất bảng mạch in phục vụ cho công nghệ điện tử – viễn thông không ngừng phát triển mạnh mẽ, nhất là ở các quốc gia Đông Nam Á và đặc biệt là Trung Quốc

Ơû Việt Nam trong những năm đầu thập niên 90 hầu như nghành công nghiệp này chưa phát triển, nếu có chỉ là các tổ hợp nhỏ gia công chế tạo những bảng mạch đơn giản dùng sản xuất các mạch quảng cáo là chủ yếu Mãi đến năm 1996 nhà máy sản xuất bảng mạch in với công nghệ cao (high tech) mới được tập đoàn máy tính – viễn thông lớn thứ 02 thế giới là Fujitsu Nhật Bản đưa vào đầu tư sản xuất tại Việt Nam, khu công nghiệp Biên Hòa II – Đồng Nai với công suất ban đầu là 10,000 m2 board mạch /tháng

Cho đến nay sau hơn 10 năm đưa vào hoạt động công suất nhà máy Fujitsu Việt Nam đã được nâng công suất lên 22,500 – 25,000 m2 board mạch/tháng và dự kiến đến năm 2010 sẽ là 45,000 m2/tháng

Nếu như năm 1996 ở Việt Nam chỉ có nhà máy Fujitsu thì ngày nay ngành công nghiệp này đã bắt đầu phát triển và lan rộng với sự tham gia của các tập đoàn công ty nước ngoài: Nikko Nhật Bản đầu tư ở Bình Dương, Mitani Nhật Bản

ở khu công nghiệp Long Bình Đồng Nai, Sumitomo Nhật Bản ở miền Bắc, Nissei Nhật Bản ở khu công nghiệp Linh Trung Tp Hồ chí Minh, ngoài ra còn có nhiều doanh nghiệp tập đoàn công ty Hàn Quốc, Đài Loan ngoài ra các tập đoàn công

ty khác như IBM, HP và Intel của Hoa kỳ đang trong giai đoạn thăm dò đầu tư

1.2 Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Bên cạnh những lợi ích kinh tế mà ngành công nghiệp này mang lại còn có mặt tiêu cực là vấn đề môi trường bởi vì ngành công nghiệp này tiêu thụ một khối lượng lớn kim loại màu ( Cu, Ni, Au, Cr…) làm nguyên liệu sản xuất đồng thời cũng thải ra môi trường một lượng nước thải ô nhiễm tương ứng bởi chính các kim loại đó Đây là một gánh nặng môi trường mà nếu như ngay từ bây giờ chúng ta không có phương án giải quyết thì ngày càng có nhiều lượng rác thải công nghiệp, chất thải rắn để lại cho thế hệ tương lai sau này

Từ những yêu cầu, nguyên nhân bức xúc trên công tác ngiên cứu tìm ra một giải pháp xử lý nước thải thu hồi tái sinh kim loại, nhằm mục đích phục vụ tái sản xuất hay ứng dụng sản xuất trong các ngành công nghiệp khác là cực kỳ có ý nghĩa Không đơn giản chỉ là vấn đề kinh tế mà còn bảo vệ môi môi trường, tiết kiệm nguồn tài nguyên khan hiếm

1.3 Nội dung đề tài

Về nội dung, đề tài tập trung nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại nặng của nhà máy, nghiên cứu cơ chế xử lý để từ đó tìm ra được hóa chất mới thay thế sao cho vừa có khả năng thu hồi được đồng kim loại chứa trong nước thải vừa đảm bảo chất lượng xử lý nước thải theo tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam (TCVN 5945 – 1995) để từ đó làm cơ sở đề nghị phương pháp xử lý mới vừa thu hồi được đồng, giảm lượng chất thải rắn tiết kiệm bảo tồn nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày càng khan hiếm mang lợi lợi ích kinh tế thiết thực

Đề tài tham vọng sẽ tái sinh toàn bộ kim loại đồng chứa trong nước thải Đồng kim loại sau khi xử lý sẽ chuyển về dưới dạng bùn thô sau đó dùng làm nguyên liệu cho ngành sản xuất thu hồi tái chế nguyên liệu đồng nguyên chất cũng như ứng dụng trong các ngành sản xuất khác như sản xuất muối đồng, bột màu… Đây cũng là chiến lược, mục tiêu theo đuổi của tập đoàn, công ty Fujitsu

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

trong lộ trình giảm thiểu chất thải rắn công nghiệp, tăng cường sản xuất “sản phẩm xanh” phục vụ đời sống

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của luận án sẽ là phỏng theo mô hình thực tế hiện tại của nhà máy Fujitsu Việt Nam, sử dụng ngay lượng nước thải tại nhà máy làm đối tượng thí nghiệm để từ đó nếu thành công sẽ đem áp dụng tại công ty mà sẽ không phải đầu tư thêm thiết bị công nghệ nào Kết quả nghiên cứu, khảo sát chủ yếu là kim loại đồng được đo đạc kiểm tra trên máy hấp thu phổ nguyên tử AAS hiệu Shimazu 6200 là phương pháp khá hiện đại và chính xác hiện nay, ngoài ra các chỉ tiêu khác cũng được thực hiện tại phòng thí nghiệm của công ty với những thiết bị phân tích tiên tiến, hiện đại

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Chương 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP CHỨA KIM LOẠI NẶNG

Hiện nay với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ xử lý nước thải đã có nhiều thành tựu vượt bậc nhằm mục đích xử lý triệt để, hạn chế tối đa mức độ

ô nhiễm môi trường từ các ngành công nghiệp

Trong công nghiệp sản xuất các Board mạch điện tử mối quan tâm hàng đầu của xử lý nước thải công nghiệp là hàm lượng kim loại nặng bởi lẽ ngành công nghiệp này sử dụng một khối lượng rất lớn đồng lá nguyên chất dùng làm nguyên liệu sản xuất

Để xử lý nước thải chứa kim loại nặng có nhiều phương pháp: Trao đổi ion, phương pháp hóa học, phương pháp lọc thẩm thấu ngược ( RO ), điện phân…

2.1 Phương pháp trao đổi ion (Tài liệu tham khảo: 3)

Phương pháp trao đổi ion dùng để tách loại các kim loại nặng ( kẽm, đồng, crom, niken, chì, thủy ngân, cadimi, vanadi, mangan…) các hợp chất của arsen, phốtpho, xyanua và các chất phóng xạ Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao Trao đổi ion được ứng dụng rộng rãi để khử muối, làm mềm nước trong nước cấp

Bản chất của trao đổi ion, là quá trình tương tác các dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi các ion chứa trong nó bằng các ion khác có trong dung dịch Các chất cấu thành pha rắn này được gọi là ionit Chúng không tan trong nước Các ionit hấp thu ion dương được gọi là cationit và các ionit hấp thu ion âm gọi là anionit Nếu ionit vừa trao đổi cation vừa trao đổi anion người ta gọi là ionit lưỡng tính Cationit có tính axit còn aionit có tính kiềm

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Khả năng hấp thu của ionit đặc trưng bởi dung lượng trao đổi, nó được xác định bằng đương lượng ion hấp thu bởi một đơn vị khối lượng hay thể tích ionit Dung lượng trao đổi được chia thành dung lượng toàn phần, tĩnh, động Dung lượng toàn phần là dung lượng chất được hấp phụ khi bão hòa hoàn toàn một đơn

vị khối lượng hay thể tích ionit Dung lượng tĩnh là dung lượng trao đổi của ionit khi cân bằng trong điều kiện làm việc cho trước Dung lượng tĩnh thường nhỏ hơn dung lượng toàn phần Dung lượng động là dung lượng trao đổi của ionit đến giai đoạn trượt qua của các ion trong nước lọc Dung lượng động thường nhỏ hơn dung lượng tĩnh

2.1.1 Vật liệu trao đổi ion

Vật liệu có tính năng trao đổi ion có thể là tự nhiên hay tổng hợp, có nguồn gốc vô cơ hay hữu cơ Chúng được coi là nguồn tích trữ các ion và có thể trao đổi được với bên ngoài Chất trao đổi ion đề cập ở đây là dạng rắn không tan trong nước và hầu hết trong các dung môi hữu cơ Trên bề mặt chất rắn tồn tại các nhóm chức, trong từng nhóm chức chứa hai thành phần tích điện: của nhóm chức cố định và của ion linh động có thể trao đổi được Cấu trúc của chúng có thể mô tả như sau:

Bảng 2.1 các dạng nhựa trao đổi ion

Dạng chất trao đổi ion Mạng chất rắn Điện tích nhóm chức Ion linh

động Cationit

Anionit

Lưỡng tính

Vô cơ, hữu cơ Vô cơ, hữu cơ Vô cơ, hữu cơ

Aâm Dương Aâm, dương

Dương Aâm Aâm , dương

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Các ionit tự nhiên vô cơ là zeolit, đất sét, đá bồ tác (fensfat) các chất này có tính chất trao đổi cation là do chúng chứa các nhôm silicat dạng

Na2.Al2O3.nSiO2.mH2O Các chất flo apatit [Ca5(PO4)3F] cũng có tính chất trao đổi ion

Các chất vô cơ tổng hợp là các silicagel, pecmutit (chất làm mềm nước), các oxít và hydroxit khó tan của một vài kim loại có trong môi trường kiềm Pecmutit được điều chế bằng cách các hợp chất chứa nhôm silic, nó có tính chất trao đổi cation

Các ionit hữu cơ tự nhiên là các chất axit mùn của đất và than Chúng có tính axit yếu, không bền hóa học và cơ học cũng như dung lượng trao đổi nhỏ (đặc biệt trong môi trường trung tính)

Các ionit nhân tạo là các nhựa trao đổi ion với bề mặt phát triển Các nhựa tổng hợp là các chất cao phân tử, các gốc hydrocacbon của chúng tạo thành mạng lưới không gian với các nhóm ion định vị trên đó ví dụ: RSO3H, ROH Trong đó R- mạng lưới không gian, H- ion đối kháng, SO3- ion gốc

2.1.2 Cơ chế của quá trình trao đổi ion

Phản ứng trao đổi ion diễn ra như sau:

Khi tiếp xúc với cationit:

RSO3H + NaCl RSO3Na + HCl Khi tiếp xúc với anionit:

ROH + HCl RCl + H2O Phản ứng này xảy ra cho đến khi đạt cân bằng ion Vận tốc xác lập cân bằng phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài và bên trong: chế độ thủy động của chất lỏng, nồng độ của các ion trao đổi, cấu trúc hạt ionit, khả năng thấm đối với ion

Quá trình trao đổi ion có thể tiến hành qua một số giai đoạn:

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

• Vận chuyển ion A từ trong lòng chất lỏng đến bề mặt ngoài màng biên bao quanh hạt ionit

• Khuếch tán các ion qua lớp biên

• Vận chuyển ion qua bề mặt phân chia pha vào hạt nhựa

• Khuếch tán ion A vào trong hạt nhựa đến các nhóm trao đổi ion

• Phản ứng trao đổi ion A & B

• Khuếch tán ion B trong hạt đến bề mặt phân chia pha trong màng biên

• Khuếch tán ion B qua màng

• Khuếch tán ion B vào trong lòng chất lỏng

Phản ứng:

mA + RmB mRA + B

Vận tốc trao đổi ion được xác định bởi giai đoạn chậm nhất: khuếch tán màng lỏng hoặc khuếch tán trong hạt ionit Phản ứng hóa học trao đổi ion xảy ra nhanh và không xác định vận tốc quá trình

2.1.3 Nhựa trao đổi ion

Là vật liệu quan trọng nhất trong quá trình trao đổi ion, nó là dạng gel không tan trong nước do cấu trúc mạng không gian 03 chiều của polymer mạng carbon Trong mạng polymer có chứa các nhóm chức: -SO3-2, -COO-, -PO3-2, …đối với cationit và các nhóm chức: -NH3+, RNH2+, NR2H+, NR3+…đối với anionit

Mạng polymer có tính kỵ nước, ngược lại các nhóm chức trong mạng có tính

ưa nước Polymer mạch thẳng có chứa các nhóm chức trên tan trong nước, nhựa trao đổi ion không tan nhờ cấu trúc mạng tinh thể 03 chiều, nó cũng không tan trong hầu hết các dung môi Nhựa trao đổi ion có độ trương nở khi ngậm dung môi, nó có lỗ xốp khá lớn

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Độ bền của nhựa phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mạng và mức độ liên kết ngang Một trong những nguyên nhân gây hư hỏng nhựa là nhiệt và chất oxy hóa hóa học Các anionit bắt đầu mất hoạt tính khi nhiệt độ > 600C

Sau một thời gian thực hiện quá trình trao đổn ion nhựa bị bão hòa và bắt đầu mất dần hoạt tính, để phục hồi khả năng trao đổi ion của nhựa người ta dùng dung dịch axít (H2SO4, HCl, NaCl ) để phục hồi Cationit với nồng độ từ 2 – 8% và dung dịch kiềm NaOH để phục hồi anionit với nồng độ từ 2 – 6%

2.2 Phương pháp điện hóa ( tài liệu tham khảo: 3)

Để xử lý các tạp chất tan và phân tán trong nước thải có thể áp dụng các quá trình oxi hóa dương cực, khử âm cực, đông tụ điện, kết tụ điện, điện thẩm tích Tất cả các quá trình diễn ra trên điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải Các phương pháp điện hóa cho phép thu hồi các sản phẩm giá trị từ nước thải với công nghệ tương đối đơn giản, dễ tự động hóa và không sử dụng các tác chất hóa học

Điểm yếu của phương pháp này là tiêu hao nhiều năng lượng

Trong thùng điện phân, trên điện cực dương diễn ra quá trình oxi hóa điện hóa (các ion cho anod điện tử), còn trên điện cực âm diễn ra sự kết hợp các điện tử (phản ứng khử)

Các quá trình này được nghiên cứu để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất tan: xyanua, sunfoxyanua, amin, alcol, aldehyt, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm, azo, sulfua, mercaptan…trong quá trình oxi hóa điện hóa các chất trong nước thải phân rã hoàn toàn thành CO2, NH3 và H2O hoặc tạo thành các chất đơn giản hơn không độc hại Các chất này có thể xử lý tiếp tục bằng các phương pháp khác

Anod có thể là các vật liệu không tan bởi điện phân: grafit, macnetit (Fe3O4) các dioxit chì, mangan và các ruteni được bao phủ lên titan

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Catod được chế tạo từ moliplen, hợp kim vonfram với sắt hoặc niken, từ grafit, thép không rỉ và các kim loại khác được phủ bằng moliplen, vonfram hoặc hợp kim của chúng Ngoài quá trình oxi hóa và khử, đồng thời còn xảy ra các quá trình tuyển nổi điện, đông tụ diện, điện li

Nước thải chứa xyanua hình thành trong các nhà máy chế tạo máy, dụng cụ

đo, luyện kim loại màu, luyện kim loại đen và công nghiệp hóa học Trong thành phần nước, ngoài các xyanua đơn giản (KCN, NaCN) Còn có các xyanua kẽm, đồng , sắt và các hợp kim loại khác, nồng độ của chúng dao động trong khoảng 10 – 600 mg/l thông thường pH của nước thải này khoảng từ 8 – 12

Sự oxi hóa anod các xyanua xảy ra theo phản ứng:

Sự phá vỡ các xyanua diễn ra do oxihóa điện hóa trên anod và oxi hóa bởi clo, sinh ra trên anod do phân rã NaCl Quá trình như sau:

2Cl- - 2e- Cl2

CN- + Cl2 + OH- CNO- + Cl2 + H2O

2CNO- + 3Cl2 + 4OH- 2CO2 + N2 + 6Cl- +2H2O Các sulfoxyanua phân hủy như sau:

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Khi điện phân nước thải chứa H2CrO7 , điều kiện tối ưu pH = 2, còn mật độ dòng điện 0.2 – 2 A/dm2 Phản ứng diễn ra như sau:

Cr2O7 + 14H+ + 12 e- 2Cr3+ + 7H2O Catod dùng để xử lý các kim loại trong trường hợp này được điều chế từ hỗn hợp than và lưu huỳnh với tỷ lệ C : S từ 80 : 20 đến 20 : 80 các thông số khác của quá trình xử lý các ion trên là pH < 7 và mật độ dòng điện 2,5 A/dm2 các ion này được láng dưới dạng sulfur hoặc bisulfur không tan

Khi khử nitrate amoni trên điện cực grafit, nó chuyển thành phân tử nitơ khi đun nóng:

NH4NO3 + 2H+ + 2e- NH4NO2 + H2O

NH4NO2 N2 + 2H2O

Các chất hữu cơ có độc tính cao là do trong phân tử của nó có chứa các nguyên tử halogen, nhóm aldehyt, amin và nitơ Phản ứng khử có thể tách loại được các nguyên tử này:

RCl + 2e- + H+ R-H + Cl-

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Ngoài ra quá trình oxihóa anot được ứng dụng để xử lý các loại nước thải dệt nhuộm, nước thải nhà máy giấy, cellulo, chế biến dầu mỏ, hóa dầu

2.3 phương pháp hóa học (tài liệu tham khảo: 3)

Phương pháp hóa học làm sạch nước thải bao gồm trung hòa, oxi hóa và khử Tất cả các phương pháp này đều liên quan đến tác chất, vì vậy chi phí lớn Người

ta ứng dụng các phương pháp này để loại các chất hòa tan và trong hệ thống cấp nước khép kín

2.3.1 Biện pháp trung hòa

Nước thải chứa các axit hoặc kiềm vô vơ trước khi thải vào hệ thống hoặc trước khi qua hệ thống xử lý cần được trung hòa ở pH từ 6.5 - 8.5 được gọi là nước trung tính

Trung hòa có thể tiến hành bằng nhiều cách:

• Trộn nước thải axit với nước thải kiềm

• Cho thêm tác chất

• Lọc nước axit qua vật liệu trung hòa

• Hấp thu các khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thu amoniac bằng axit Việc chọn phương pháp trung hòa phụ thuộc vào đặc điểm ngành nghề sản xuất chủng loại nước thải cũng như công suất và nồng độ nước thải cần xử lý sao cho kinh tế và hiệu quả nhất

2.3.1.1 Phương pháp trộn trung hòa

Phương pháp này được áp dụng nếu trong một nhà máy hoặc các nhà máy lân cận có nước thải axit và kiềm không bị ô nhiễm bởi các cấu tử khác

Để trung hòa nước thải axit có thể dùng: NaOH, KOH, Na2CO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, xi măng Tuy nhiên tác nhân rẻ nhất là sữa vôi với nồng độ 5 – 10% Đôi khi để trung hòa người ta sử dụng các chất thải khác nhau

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Tác chất được chọn phụ thuộc vào thành phần và nồng độ nước thải Có 03 dạng nước thải chứa axit:

• Nước thải chứa các axit yếu: axit carbonic (H2CO3), axit acetic (CH3COOH)

• Nước thải chứa các axit mạnh: axit clohydric (HCl), axit nitric, (HNO3) Để trung hòa chúng có thể dùng bất cứ chất nào nêu trên Muối của các axit này dễ tan trong nước

• Nước thải chứa axit sulfuric (H2SO4), bisulfur (H2SO3) Muối canxi của các axit này khó tan trong nước va tạo cặn

Khi trung hòa các chất thải chứa axit sulfuric bằng sữa vôi sẽ hình thành thạch cao (CaSO4.2H2O) ở dạng cặn lắng Các cặn này sẽ lắng trên thành ống dẫn đến tắt nghẽn chúng Do đó cần phải rửa bằng nước hoặc cho thêm vào các chất làm mềm nước: hexan photphate Tăng vận tốc chuyển động của nước cũng giảm sự trầm tích của thạch cao

Để trung hòa nước thải có kiềm người ta sử dụng axit hoặc nước thải có axit 2.3.1.2 Phương pháp lọc nước axit qua vật liệu trung hòa

Trong trường hợp này để trung hòa nước axit người ta cho lọc nước qua lớp magetit (MgCO3), dolomit (CaCO3, MgCO3), CaCO3, chất thải rắn (xỉ , tro) Người ta sử dụng lớp lọc đứng có xỉ, tro hoặc CaCO3 hoặc dolomit kích thước 30 – 80mm, với chiều cao lớp lọc 0.85 – 1.2m vận tốc không đựoc > 5m/h, thời gian tiếp xúc không < 10 phút Vận tốc trong thiết bị nằm ngang là 1 – 3 m/h

2.3.1.3 Trung hòa bằng khí axit

Để trung hòa nước thải mang tính kiềm gần đây người ta bắt đầu sử dụng khí thải chứa CO2, SO2, NO2, N2O3…việc ứng dụng này vừa trung hòa được nước thải vừa làm sạch được khí thải, trong đó ứng dụng khí CO2 mang lại nhiều ưu điểm

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

hơn do: giá thành rẻ, độ hòa tan kém nên giảm được sự oxihóa quá độ, hình thành carbonate có nhiều ứng dụng, tác dụng ăn mòn ít hơn so với các khí thải axit khác

2.4 Oxy hóa – khử (tài liệu tham khảo: 4)

Để làm sạch nước người ta sử dụng các chất oxi hóa sau: clo khí và lỏng, dioxit clo, clorat canxi, hypoclorua canxi và natri, permanganat kali, bicromate kali, oxi già, oxy không khí, ôzôn, pirolumit MnO2

Trong quá trình oxi hóa, các chất ô nhiễm độc hại, chứa trong nước thải, do phản ứng hóa học, chuyển thành các chất ít độc hại hơn hay không độc hại và được tách ra khỏi nước

Phương pháp này yêu cầu chi phí tác chất lớn, vì vậy nó chỉ được áp dụng khi các phương pháp khác sử dụng không hiệu quả ví dụ: xử lí xyanua, các hợp chất tan của arsen, đồng, crom…

Chất có tính oxi hóa mạnh nhất là flo, tuy nhiên do tính ăn mòn mạnh nên thực tế không sử dụng

Thế oxi hóa của các chất như sau: ôzôn -2.07, clo -0.94, H2O2 -0.68, permanganat kali -0.59 (đơn vị: vôn)

2.4.1 Oxi hóa bằng clo

Clo và các chất chứa clo hoạt tính là chất oxi hóa phổ biến nhất Chúng được ứng dụng để làm sạch nước khỏi H2S (hydrosulfur), các hợp chất metyl, lưu huỳnh và các phenol, các xyanua…

Khi cho clo vào nước sẽ hình thành hypoclorit và axit clohydric

Cl2 + H2O = HOCl + HCl

Sau đó diễn ra sự phân ly hypoclrit, khi pH = 4 phân tử clo hầu như không có:

HOCl H+ + OCl-

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Tổng Cl2 + HOCl + OCl- được gọi là hoạt tính tự do

Quá trình xử lý các xyanua được tiến hành trong môi trường kiềm (pH=9), xyanua có thể được oxi hóa thành nitơ và dioxit cacbon

2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O

2Ca(OH)2 + Cl2 = Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O

Chất oxi hóa mạnh là clorat natri (NaClO2) Nó bị phân hủy sinh ra ClO2 là khí độc và có mùi gắt hơn clo Nó được điều chế như sau:

2NaClO2 + Cl2 = 2ClO2 + 2NaCl

5NaClO2 + 4HCl = 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O

quá trình oxi hóa xyanua thành xyanate bởi clo hoạt tính như sau:

25 – 300C

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

2.4.2 Oxi hóa bằng oxy già

Oxi già H2O2 là chất lỏng không màu, được ứng dụng để oxi hóa các chất axit nitric, andehyt, phenol, xianua, chất thải chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm hoạt hóa… Oxi già độc, nồng độ giới hạn cho phép trong nước là 0.1 mg/l

Trong môi trường axit và kiềm, H2O2 bị phân hủy

2H+ + H2O2 + 2e 2H2O

2OH- + H2O2 + 2e 2H2O + 2O2-

Trong môi trường axit nước oxi già chuyển muối sắt hóa trị 02 thành muối hóa trị 03, axit nitơ thành axit nitric, sunfua thành sunfat Xyanua bị oxi hóa thành xianat trong môi trường kiềm (pH từ 9 – 12 )

Trong dung dịch loãng quá trình oxi hóa chất hữu cơ diễn ra chậm, vì vậy người ta dùng xúc tác là các ion kim loại có hóa trị thay đổi thường là các kim loại trung gian (Fe2+, Cu2+, Mn2+, CO2+, Cr3+, Ag+)

Ví dụ quá trình oxi hóa bằng H2O2 với muối sắt diễn ra rất nhanh khi pH từ 3.0 – 4.5

Trong quá trình xử lý nước người ta còn dùng tính khử của oxi già

Ví dụ phenol được oxi hóa bằng H2SO4 khi pH bằng 10 bằng phương pháp này có thể giảm nồng độ phenol đến 5x10-6% Các xyanua bị phân hủy nhanh dưới tác

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

dụng của các axit này Khi nồng độ của xyanua trong nước thải là 0.01 – 0.05 %, người ta dùng H2SO4 còn khi lớn hơn dùng H2S5O8 điều kiện tối ưu là pH = 9

2.4.3 Oxi hóa bằng piroluzit MnO2

Quá trình này được tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu này, hoặc trong thiết bị khuấy trộn Piroluzit là vật liệu tự nhiên, chứa chủ yếu là dioxit mangan Nó được sử dụng rộng rãi để oxi hóa asen hóa trị ba thành hóa trị năm

H3AsO3 + MnO2 + H2SO4 H3AsO4 + MnSO4 + H2O Chế độ tối ưu cho quá trình oxi hóa là: lượng MnO2 bốn lần lớn hơn so với phương trình hóa học, độ axit của nước là 30 – 40 g/l, nhiệt độ của nước từ 70 –

800C

2.4.4 Ôzôn hóa

Oxi hóa bằng ôzôn cho phép đồng thời khử màu, mùi, tiệt trùng và vị lạ của nước Bằng ôzôn hóa có thể xử lý phenol, sản phẩm dầu mỏ, sunfuahydric, các hợp chất arsen, các hợp chất bề mặt, các xyanua, thuốc nhuộm, các hydrocarbon thơm gây ung thư , thuốc sát trùng…

Ôzôn ở dạng khí có màu tím nhạt Trong tự hiên nó có ở thượng tầng khí quyển Ơû nhiệt độ t0 = -111.90C ôzôn hóa lỏng có màu xanh đậm

Ôzôn rất độc nồng độ tối đa cho phép trong khu vực làm việc là 0.0001 mg/m3 Ôzôn oxi hóa tất cả các kim loại, ngoại trừ vàng và chuyển chúng về dạng oxýt

Trong dung dịch nước ôzôn phân li nhanh hơn trong không khí, dung dịch kiềm yếu phân li nhanh hơn, còn trong dung dịch axít có độ bền cao Trong không khí sạch nó phân rã rất chậm

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Ôzôn làm phân hủy các chất hữu cơ và tiệt trùng, các vi khuẩn chết nhanh hơn hàng ngàn lần so với việc sử dụng clo Độ hòa tan của ôzôn vào trong nước phụ thuộc vào pH và các chất hòa tan khác Khi có axit và muối trung tính độ hòa tan tăng Kiềm làm giảm độ hòa tan của ôzôn

Tác động của ôzôn trong quá trình oxi hóa có thể diễn ra trong ba hướng khác nhau:

• Oxi hóa trực tiếp với sự tham gia của một nguyên tử oxy

• Liên kết toàn bộ các phân tử ôzôn với chất bị oxi hóa với sự hình

thành các ôzônuan

• Tác động xúc tác cho quá trình oxi hóa bằng oxy, có trong không

khí chứa ôzôn

Ôzôn được điều chế từ oxy không khí khô hoặc oxy tinh khiết dưới tác dụng phóng điện Chi phí năng lượng cho việc sản suất 01 kg ôzôn từ không khí gần 18kWh, còn từ oxy tinh khiết ~9kWh

Ôzôn được cho vào nước thải ở dạng hỗn hợp không khí – ôzôn hoặc oxi – ôzôn Nồng độ ôzôn trong hỗn hợp ~ 3% Để thúc đẩy quá trình oxi hóa hỗn hợp được phân tán trong nước thải dưới dạng các hạt li ti

Vì ôzôn là chất độc mạnh nên trước khi thải phải cần làm sạch khí thải khỏi ôzôn còn sót lại Xử lý ôzôn bằng 03 phương pháp:

• pha loãng không khí

• phân hủy ôzôn bằng hấp phụ, xúc tác hoặc nhiệt phân

• tận dụng ôzôn

2.4.5 Một số phản ứng điển hình

ôzôn hóa các chất vô cơ hòa tan:

FeSO4 + H2SO4 + O3 Fe2(SO4)3 + 3 H2O + O2

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

MnO4 + H2O + O3 H2MnO3 + H2SO4 + O2

2H2MnO3 + O3 2HMnO4 + H2O + 3 O2 ôzôn hóa H2S:

2.5 Xử lý bằng phương pháp khử (tài liệu tham khảo: 1)

Phương pháp này được ứng dụng rộng rải để xử lý các hợp chất thủy ngân, crom, arsen

Trong phương pháp này các thủy ngân vô cơ được khử đến thủy ngân kim loại và tách ra khỏi nước nhờ lắng, lọc hoặc keo tụ Các hợp chất hữu cơ thủy ngân đầu tiên được oxi hóa phân hủy, sau đó các cation thủy ngân được khử đến thủy ngân kim loại Để khử thủy ngân và các hợp chất của nó có thể dùng các sulfur sắt, hydroxytnatri, bột sắt, H2S, bột nhôm…

Arsen trong nước thải dưới dạng các phân tử chứa oxi hoặc ở dạng anion AsS2-, AsS3- Phương pháp phổ biến nhất để loại Arsen là cho nó lắng dưới dạng các hợp chất khó tan Khi nồng độ asen lớn (hơn 110g/l) người ta khử các axit asenic đến asenơ bằng dioxit lưu huỳnh Axit asenơ có độ hòa tan nhỏ trong môi trường axit và trung tính, chúng lắng dưới dạng trioxit asen

Để loại các chất chứa crom hóa trị 6 người ta khử nó đến crom hóa trị 3 và cho nó lắng dưới dạng hydroxit trong môi trường kiềm Chất khử có thể là than hoạt tính, sulfate sắt, bisulfate natri, hydro, dioxit lưu huỳnh

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

4H2CrO4 + 6NaHSO3 + 3 H2SO4 2Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 10 H2O phản ứng diễn ra nhanh khi pH = 3 – 4 và dư axit sulfuric Để lắng crom hóa trị 3 người ta dùng tác chất kiềm Ca(OH)2 , NaOH…(giá trị tối ưu là pH = 8 - 9.5)

2.6 Phương pháp kết tủa hóa học (tài liệu tham khảo: 3)

2.6.1 Sơ đồ công nghệ

Nguyên lý cơ bản:

Kết tủa hóa học là phương pháp thông dụng nhất để loại bỏ kim loại hòa tan trong nước thải Các ion kim loại này kết tủa ở dạng hidroxit hoặc muối kim loại khi cho chất kiềm hóa (xút, vôi, sô đa…) vào đạt đến giá trị pH tương ứng với độ hòa tan nhỏ nhất Giá trị pH này thay đổi tùy theo kim loại (W Wesley Eckenfelder) Các hạt kết tủa này sẽ được tách ra khỏi nước thải bằng sự kết hợp giữa lắng và lọc hoặc chỉ lọc Các thành phần đơn vị xử lý trong quá trình này gồm: bể trung hòa, bể phản ứng (tạo tủa), bể đông tụ (thêm chất trợ keo tụ), bể lắng (phân chia pha rắn lỏng và tách nước)

Dòng vào

Tác nhân tạo tủa

Trợ lắng

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chứa kim loại bằng phương pháp tủa hóa học

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Hiệu quả của quá trình kết tủa hóa học phụ thuộc vào nhiều yếu tố: các io kim loại và nồng độ của chúng trong dung dịch, tác nhân gây kết tủa, điều kiện phản ứng (đặc biệt là pH của dung dịch) và sự có mặt của các phần tử khác có thể cản trở phản ứng kết tủa

Ưu nhược điểm của phương pháp:

+ Ưu điểm:

- Quá trình vận hành đơn giản

- Chi phí đầu tư thấp + Nhược điểm:

- Thời gian xử lý chậm

- Chiếm diện tích xử lý lớn

- Thể tích bùn cao

- Phải xử lý bùn chứa kim loại nặng

- Yêu cầu giám sát hệ thống liên tục 2.6.2 Kết tủa hydroxit kim loại Me(OH)n

Đây là phương pháp phổ biến dùng để xử lý nước thải chứa kim loại nặng là kết tủa hóa học của những hydroxyt kim loại bằng việc đông tụ chúng thành những phần tử lớn hơn, nặng hơn, sau đó tách chúng ra khỏi nước Phương pháp này có thể làm giảm nồng độ kim loại trong nước thải còn từ 0.3 – 1.5 mg/l (Patterson, 1975, Metcalf and Eddy, Inc, 1991) Trong một vài trường hợp có thể đạt được nồng độ kim loại thấp hơn

Kim loại nặng hòa tan trong môi trường axít và kết tủa trong môi trường kiềm, vì thế khi tăng pH của dung dịch nước thải chứa kim loại đến mức thích hợp tương ứng kim loại nặng sẽ kết tủa Tuy nhiên riêng với kim loại lưỡng tính có thể

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

sẽ bị hòa tan trở lại ở pH cao Để tăng pH có thể dùng dung dịch xút (NaOH), hydroxyt canxi (Ca(OH)2)

Ví dụ tạo tủa đồng :

Cu2+ + 2 NaOH = Cu(OH)2 + Na+

Cu2+ + Ca(OH)2 = Cu(OH)2 + Ca+

Giá trị pH thích hợp là giá trị mà ở đó quá trình tạo tủa hiệu quả nhất, hay nói cách khác là kim loại hào tan ít nhất, giá trị pH này sẽ thay đổi phụ thuộc vào các thành phần khác trong dung dịch Ví dụ nếu chỉ có đồng cation (Cu2+) thì pH tối ưu sẽ là 8,9 nhưng khi trong dung dịch có chứa hỗn hợp của kim loại đồng, kẽm, crôm, niken và sắt thì giá trị pH sẽ thay đổi từ 8,5 – 9,5

Ngoài quá trình tạo kết tủa hydroxyt còn có tạo kết tủa kim loại với lưu huỳnh (MeS), tạo tủa với carbonate

Ví dụ phản ứng:

Me2+ + S = MeS

Me2+ + CO32- = MeCO3

2.7 Phương pháp lọc thẩm thấu ngược (RO) và siêu lọc

( tài liệu tham khảo: 2)

Thấm lọc ngược và siêu lọc là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thẩm thấu dưới áp suất cao hơn áp suất lọc Màng lọc cho các phân tử và dung môi đi qua, giữ lại các hạt (phân tử, ion hydrat hóa) có kích thước không lớn hơn kích thước phân tử dung môi Còn siêu lọc có kích thước lớn hơn 10 lần Giới hạn của các quá trình lọc như sau:

Bảng 2.2 kích thước các loại lọc RO

Quá trình Thấm lọc ngược Siêu lọc Lọc thông thường

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Như vậy quá trình thấm lọc ngược khác với các loại lọc thông thường là các hạt có kích thước nhỏ nhất Aùp suất nhỏ nhất để tiến hành quá trình lọc ngược là 06 – 10 Mpa, lớn hơn áp suất của quá trình siêu lọc rất nhiều (0,1 – 0,5 Mpa)

Trên thế giới thấm lọc ngược được sử dụng rộng rãi trong quá trình xử lý nước cấp cho nhà máy nhiệt điện

Hiệu quả của quá trình lọc thấm ngược phụ thuộc vào tính chất màng lọc Màng lọc phải có tính chất sau: có khả năng phân riêng lớn, có khả năng xuyên thấu lớn (năng suất cao), bền dưới tác dụng của môi trường, không thay đổi tính chất trong quá trình vận hành, bền cơ học và rẻ

Cơ chế của quá trình thấm lọc ngược có thể hiểu như sau: màng lọc thu gom nước tự do (không tham gia vào quá trình hòa tan) trên bề mặt của mình Chiều dày của lớp phân tử nước được hấp thụ bằng hoặc lớn hơn phân tử đường kính lỗ xốp của màng lọc, dưới tác dụng của áp lực chỉ có nước sạch đi qua lỗ xốp Mặc dù các phân tử khác có kích thước nhỏ hơn lỗ xốp nhưng không đi qua được do xung quanh có đám mây hydrat hóa bao bọc Kích thước của đám mây hydrat hóa khác nhau Nếu chiều dày lớp phân tử nhỏ hơn ½ đường kính lỗ xốp thì cùng với nước, chất hòa tan sẽ đi qua màng

Cơ chế của siêu lọc hoàn toàn khác Chất tan bị giữ trên màng lọc vì kích thước phân tử của chúng lớn hơn lỗ xốp hoặc do ma sát giữa thành lỗ xốp của màng Quá trình này phức tạp hơn nhiều

Các vật liệu dùng chế tạo màng có thể là: acetat xenlulo, polyetylen, đồng polyetylen – propylen được clo hóa, polytetrafloetylen, thủy tinh xốp, axeto-butyrat xenlulo…

2.8 Phương pháp tạo hạt (tài liệu tham khảo: 6)

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

2.8.1 Mô tả công nghệ

Dựa trên nguyên lý quá trình kết tủa hợp chất kim loại nặng khi cho tác nhân tạo tủa (kiềm, vôi, sô đa…) vào nước thải chứa kim loại nặng, tạo môi trường

pH thích hợp ứng với độ hòa tan nhỏ nhất của kim loại đó Trong công nghệ này không tách biệt riêng từng công đoạn kết tủa, tạo bông, lắng và tách nước, cặn mà kết hợp các quá trình trên trong cùng một thiết bị gọi là bể phản ứng tạo hạt

Bể phản ứng tạo hạt là một cột phản ứng hình trụ, chứa một phần vật liệu thích hợp như cát hoặc các hạt vô cơ Nước thải chứa kim loại nặng được bơm vào

đi từ dưới lên trên, với tốc độ từ 40 – 120m/h để giữ các hạt cát ở trạng thái chuyển động Để tủa kim loại nặng trong nước thải lên trên bề mặt hạt cát cần đưa vào tác nhân tạo tủa và điều chỉnh pH của dung dịch Bằng việc lựa chọn các điều kiện (pH, nhiệt độ dung dịch, nồng độ…) của quá trình thích hợp, tạo được độ kết tinh cao Các hạt cát chuyển động cho một bề mặt kết tinh rất lớn và gia tăng sự kết tinh trên bề mặt hạt, kết quả là các hạt này lớn lên dần và di chuyển xuống đáy cột phản ứng theo sự gia tăng khối lượng của chúng Theo chu kỳ, các thành phần lớn nhất được thải hồi ra khỏi cột và vật liệu sạch được thêm vào giữ cho bề mặt kết tinh không thay đổi Các hạt sau thải hồi ở tình trạng gần như khô và sẵn sàng cho việc tái sử dụng

Ưu điểm của bể tạo hạt:

Dùng phương pháp tạo hạt để xử lý nước thải chứa kim loại nặng có các ưu điểm sau:

- Không chất thải: khả năng tạo ra những hạt tinh khiết cao và gần và có độ ẩm thấp Các hạt này thông thường được đem tái sinh và tái sử dụng lại

- Thu kồi kim loại nặng trong nước thải

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

- Tiết kiệm được mặt bằng xây dựng do kết hợp các quá trình: đông tụ, keo tụ, lắng và tách nước chung vào một thiết bị

Ngoài ra thiết bị tạo hạt còn được ứng dụng vào lĩnh vực xử lý nước cấp: làm mềm nước, loại bỏ tạp chất …

2.8.2 Các yếu tố ảnh hưởng

- pH: mỗi kim loại có giá trị pH riêng biệt mà ở đó quá trình kết tủa tạo hạt là tối ưu ví dụ: kẽm (Zn) có pH = 8.5, Niken (Ni) có pH = 9.0, Đồng (Cu) pH = 8.9…

- Nồng độ dung dịch: với lưu lượng và tác nhân tạo tủa đã cho, mức độ bảo hòa của dung dịch phụ thuộc vào nồng độ của ion kim loại nặng trong nước thải Nồng độ dung dịch tại đáy của cột phản ứng phải được giữ dưới giá trị tới hạn để quá trình kết tinh là hiệu quả nhất

Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất board mạch điện tử – đề xuất phương án thu hối đồng oxít

Chương3: GIỚI THIỆU NHÀ MÁY VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI HIỆN TẠI

3.1 Giới thiệu nhà máy:

Tập đoàn FUJITSU có tổng cộng 450 nhà máy trên toàn thế giới, là một tập đoàn sản xuất Máy tính và các sản phẩm viễn thông hàng đầu trên thế giới với chiến lược phát triển toàn cầu hóa

Tại Việt Nam nhà máy được chính thức xây dựng năm 1996 với tên gọi CÔNG TY SẢN PHẨM MÁY TÍNH FUJITSU VIETNAM (FUJITSU PRODUCT OF COMPUTER VIETNAM) viết tắc là FCV 100% vốn đầu tư Nhật Bản, hoạt động trong lĩnh vực sản xuất Công nghệ điện tử viễn thông bao gồm hai cụm nhà máy chính:

- Nhà máy I lắp ráp các linh kiện điện tử PCBA (Printed Circuit

Board Assembly): ổ cứng máy tính cá nhân, máy chủ…

- Nhà máy II sản xuất các bảng mạch in PWB (Printed Circuit

Board): Board máy tính, điện thoại di động, thẻ nhớ…

Cả hai nhà máy được xây dựng kề nhau trên tổng diện tích nhà máy là 10 héc ta tại khu Công Nghiệp Biên Hòa II tỉnh Đồng Nai với tổng số vốn đầu tư hiện tại ước tính khoảng 198.8 triệu usd với thời hạn hoạt động là 50 năm

Ngoài các chỉ tiêu quản lý chất lượng do Tập Đoàn, Công Ty đề ra FCV quản lý chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn ISO 9001 và quản lý môi trường ISO 14001 Cả hai điều được tổ chức BVQI Anh Quốc kiểm tra và cấp chứng nhận, 100% sản phẩm của Công ty được xuất khẩu và là Côngty có vốn đầu tư nước ngoài liên tục dẫn đầu xuất khẩu trong 09 năm liền với kim ngạch xuất khẩu lên đến xấp xỉ 500 triệu USD / năm