ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ công suất 30m
3
/ngày
GVHD: ThS Dương Thị Thành SVTH: Nguyễn Lê Minh Thao - MSSV: 90102403
MỤC LỤC
1
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ công suất 30m
3
/ngày
GVHD: ThS Dương Thị Thành SVTH: Nguyễn Lê Minh Thao - MSSV: 90102403
Phần I
TÌM HIỂU VỀ
NƯỚC THẢI XI MẠ
I. Công nghệ xử lý bề mặt (xi mạ):
• Công nghệ xử lý bề mặt (xi mạ) thường bao gồm các công đoạn sau:
- Bề mặt của vật liệu cần mạ phải được làm sạch để lớp mạ có độ bám dính cao và
không có khuyết tật. Để làm sạch bề mặt trước hết phải tẩy rửa lớp mỡ bảo quản
trên bề mặt bằng cách tẩy rửa với dung môi hữu cơ hoặc với dung dịch kiềm
nóng. Dung môi thường sử dụng là loại hydrocacbon đã được clo hoá như
tricloetylen, percloetylen. Dung dịch kiềm thường là hỗn hợp của xút, soda,
trinatri photphat, popyphotphat, natri silicat và chất hoạt động bề mặt (tạo nhũ).
- Hoạt hoá bề mặt của vật liệu mạ bằng cách nhúng chúng vào dung dịch axit loãng
(H
2
SO
4
, HCl), nếu mạ với dung dịch chứa xianua (CN) thì chúng được nhúng vào
dung dịch natri xianua.
- Giai đoạn mạ được tiến hành sau đó, dung dịch mạ ngoài muối kim loại còn chứa
axit hoặc kiềm đối với trường hợp mạ có chứa xianua.
Sau từng bước, vật liệu mạ đều được tráng rửa với nước. Một số dung dịch mạ có các
Mài nhẵn, đánh bóng
ọc
Tẩy dầu, mỡ
Làm sạch bằng hoá học
và điện hoá
Làm sạch cơ học
Mạ crôm Mạ Niken Mạ kẽm Mạ vàngMạ đồng
Chất làm bóng
NiSO
4
H
3
BO
3
Zn(CN)
2
ZnCl
2
ZnO
NaCN
NaOH
H
3
BO
3
H
2
SO
4
NaCN
3
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ công suất 30m
3
/ngày
GVHD: ThS Dương Thị Thành SVTH: Nguyễn Lê Minh Thao - MSSV: 90102403
• Một ví dụ về công nghệ xi mạ phụ tùng xe đạp và xe máy ở thành phố Hồ Chí
Minh:
Nguyên liệu ngâm HCl thùng quay NaOH mài cát nấu NaOH (tẩy bề
mặt) mạ Niken mạ Crôm ly tâm sấy khô thành phẩm.
Dây chuyền mạ
Lò mạ
Bể mạ
II. Lưu lượng và thành phần, tính chất nước thải:
• Nước thải từ xưởng xi mạ có thành phần đa dạng về nồng độ và pH
biến đổi rộng từ rất axit 2-3, đến rất kiềm 10-11. Đặc trưng chung của nước thải
ngành mạ là chứa hàm lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng. Tuỳ theo kim
loại của lớp mạ mà nguồn ô ề nhiễm có thể là Cu, Zn, Cr, Ni,… và cũng tuỳ thuộc
vào loại muối kim loại được sử dụng mà nước thải có chứa các độc tố như xianua,
sunfat, amoni, crômat,… Các chất hữu cơ ít có trong nước thải xi mạ, phần chủ
yếu là chất tạo bông, chất hoạt động bmặt … nên BOD, COD thường thấp và
không thuộc đối tượng xử lý. Đối tượng xử lý chính là các ion vô cơ mà đặc biệt
là các muối kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, Fe,…
• Nước thải nên tách riêng thành 3 dòng riêng biệt:
- Dung dịch thải đậm đặc từ các bể nhúng, bể ngâm.
- Nước rửa thiết bị có hàm lượng chất bẩn trung bình (muối kim loại, dầu mỡ và
xà phòng,…
- Nước rửa loãng
4
H
2
ngâm NaOH
pH 5.47 3064 11.49
TDS mg/l 502 82.3 2370
Cl
-
mg/l 100 24 58
SO4
-
mg/l 400 25 38
Alk mgCaCO
3
/l 60 0 1513
Ni mg/l 286 4.3 -
Cr mg/l - 39.6 -
Bảng trên cho thấy nước thải ô nhiễm chủ yếu do các chất kiềm, axit và kim loại nặng
Crôm và niken.
III. Ảnh hưởng của nước thải ngành xi mạ đến môi
trường và con người:
1. Ảnh hưởng đến môi trường:
- Là độc chất đối với cá và thực vật nước
- Tiêu diệt các sinh vật phù du, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất lí hoá của
nước, tạo ra sự tích tụ sinh học đáng lo ngại theo chiều dài chuỗi thức ăn. Nhiều
công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị chết hoặc
thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, ảnh
hưởng đến sự sống của sinh vật về lâu về dài.
- Ảnh hưởng đến đường ống dẫn nước, gây ăn mòn, xâm thực hệ thống cống rãnh.
- Ảnh hưởng đến chất lượng cây trồng, vật nuôi canh tác nông nghiệp, làm thoái
hoá đất do sự chảy tràn và thấm của nước thải.
- Ảnh hưởng đến hệ thống xử lý nước thải, cần tách riêng nếu không sẽ ảnh hưởng
đến hoạt động của vi sinh vật khi thực hiện xử lý sinh học.
giảm cân, cơ thể không thể loại đường ra khỏi máu, thần kinh không ổn định. Tuy
nhiên với hàm lượng cao Crôm làm giảm protein, axit nucleic và ức chế hệ thống men
cơ bản.
Cr(VI) độc hơn Cr(III). IARC đã xếp Cr(VI) vào nhóm 1, Cr(III) vào nhóm 3 đối với
các chất gây ung thư. Hít thở không khí có nồng độ Crôm (ví dụ axit crômic hay
Cr(III) trioxit) cao (>2μg/m
3
) gây kích thích mũi làm chảy nước mũi, hen suyễn dị
ứng, ung thư (khi tiếp xúc với Crôm có nồng độ cao hơn 100-1000 lần nồng độ trong
môi trường tự nhiên). Ngoài ra Cr(VI) còn có tính ăn mòn, gây dị ứng, lở loét khi tiếp
xúc với da.
c. Nồng độ giới hạn:
US. EPA giới hạn nồng độ tối đa cho phép của Cr(VI) và Cr(III)
trong nước uống là 100 μg/l.
Quy định của SHA về nồng độ của Crôm trong không khí tại nơi
làm việc là:
6
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ công suất 30m
3
/ngày
GVHD: ThS Dương Thị Thành SVTH: Nguyễn Lê Minh Thao - MSSV: 90102403
o Giới hạn tiếp xúc nghề nghiệp cho ngày làm việc 8 giờ, tuần
làm việc 40 giờ là 500 μg/m
3
đối với Crôm tan trong nước và 1000 μg/m
3
đối
với Crôm kim loại và muối không tan.
o Nồng độ của Crôm trioxit (axit crômic) và các hợp chất của
Cr(VI) trong không khí tại nơi làm việc không cao hơn 52 μg Cr(VI)/m
chỉ tiêu về kim loại nặng vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép, COD dao động
trong khoảng 320 - 885mg/lít do thành phần nước thải có chứa cặn sơn, dầu
nhớt ....
• Hơn 80% nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ không được xử lý. Chính
nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường nước mặt,
ảnh hưởng đáng kể chất lượng nước sông Sài Gòn và sông Đồng Nai. Ước tính,
lượng chất thải các loại phát sinh trong ngành công nghiệp xi mạ trong những năm
tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm. Điều này cho thấy các khu vực ô nhiễm và
suy thoái môi trường ở nước ta sẽ còn gia tăng nếu không kịp thời đưa ra các biện
pháp hữu hiệu.
7
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ công suất 30m
3
/ngày
GVHD: ThS Dương Thị Thành SVTH: Nguyễn Lê Minh Thao - MSSV: 90102403
Phần 2
LỰA CHỌN VÀ ĐỀ XUẤT
PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ
XỬ LÝ
I. Giới thiệu các phương pháp và công
nghệ xử lý nước thải xi mạ:
Phương pháp xử lý nước thải xi mạ phổ biến nhất là dùng phương pháp hoá học rồi
đến trao đổi ion, phương pháp chưng cất, phương pháp điện thẩm tích. Chọn phương
pháp nào là tuỳ chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật cho phép, điều kiện môi trường địa phương,
yêu cầu, mục đích dùng lại hoặc thải thẳng ra môi trường… Chọn phương pháp nào
cũng phải bảo đảm chất lượng môi trường theo TCVN 5945- 1995.
1. Phương pháp kết tủa:
Quá trình kết tủa thường được ứng dụng cho xử lý nứơc thải chứa kim loại nặng. Kim
loại nặng thường kết tủa ở dạng hydroxit khi cho chất kiềm hóa (vôi, NaOH, Na
2
2
ở dạng khí nén trong các
bình chịu áp. Quá trình khử hiệu quả trong môi trường pH thấp. Vì vậy các hoá chất
khử sử dụng thường là các chất mang tính axit mạnh. Trong quá trình khử, Fe
2+
sẽ
chuyển thành Fe
3+
. Nếu sử dụng meta-bisulfit hoặc sulfur dioxit, ion SO
3
2-
chuyển
thành SO
4
2-
.
Phản ứng tổng quát như sau:
8
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ công suất 30m
3
/ngày
GVHD: ThS Dương Thị Thành SVTH: Nguyễn Lê Minh Thao - MSSV: 90102403
Cr
6+
+ Fe
2+
+ H
+
Cr
3+
, khử Cr
6+
thành Cr
3+
và oxy
hoá Fe
2+
thành Fe
3+
. Phản ứng xảy ra nhanh hơn ở pH nhỏ hơn 3. Axit có thể được
thêm vào để đạt pH thích hợp. Sử dụng FeSO
4
là tác nhân khử có điểm bất lợi khối
lượng bùn sinh ra khá lớn do cặn Fe(OH)
3
tạo thành khi cho chất kiềm hoá vào. Để
thu được phản ứng hoàn toàn, cần thiết phải thêm lượng FeSO
4
dư, khoảng 2.5 lần so
với hàm lượng tính toán trên lí thuyết.
Lượng axit cần thiết cho quá trình khử Cr
6+
phụ
thuộc vào độ axit của nước thải
nguyên thuỷ, pH của phản ứng khử và loại hoá chất sử dụng.
Xử lý từng mẻ (batch treatment) ứng dụng có hiệu quả kinh tế, khi nhà máy xi mạ có
lưu lượng nước thải mỗi ngày ≤ 100m
3
), vì vậy để có thể trao đổi hiệu quả,
nên pha loãng nước thải axit crômic và sau đó bổ sung axit crômic cho dung dịch thu
hồi.
Đối với nước thải rửa, đầu tiên cho qua cột resin cation axit mạnh để khử các kim
loại. Dòng ra tiếp tục qua cột resin anion kiềm mạnh để thu hồi crômat và thu nước
khử khoáng. Cột trao đổi anion hoàn nguyên với NaOH. Dung dịch qua quá trình
hoàn nguyên là hỗn hợp của Na
2
CrO
4
và NaOH. Hỗn hợp này cho chảy qua cột trao
đổi cation để thu hồi H
2
CrO
4
về bể xi mạ. Axit crômic thu hồi từ dung dịch đã hoàn
nguyên có hàm lượng trung bình từ 4-6%. Lượng dung dịch thu được từ giai đoạn
hoàn nguyên cột resin cation cần phải trung hoà bằng các chất kiềm hoá, các kim loại
trong dung dịch kết tủa và lắng lại ở bể lắng trước khi xả ra cống.
3. Phương pháp điện hóa:
Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hoá khử để tách kim loại trên các điện cực nhúng
trong nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng điện một chiều chạy qua. Phương
9
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ công suất 30m
3
/ngày
GVHD: ThS Dương Thị Thành SVTH: Nguyễn Lê Minh Thao - MSSV: 90102403
pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước mà không cần cho thêm hoá
chất, tuy nhiên thích hợp cho nước thải có nồng độ kim loại cao (> 1g/l)
4. Phương pháp sinh học:
Nước thải Nước sạch
10
Bể phản ứng+
lắng kết hợp
Bể điều hòa Bể chứa
trung gian
Thiết bị trao
đổi ion
Sân phơi bùn
Hố thu gom
ĐAMH: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải xi mạ công suất 30m
3
/ngày
GVHD: ThS Dương Thị Thành SVTH: Nguyễn Lê Minh Thao - MSSV: 90102403
3. Thuyết minh công nghệ:
Nước thải từ nhà máy xi mạ được thu gom lại tại hố thu gom. Nước thải tiếp tục được
bơm sang bể điều hoà lưu lượng, tại đây nước thải sẽ ổn định về lưu lượng, đồng thời
được loại bỏ lượng dầu mỡ do bố trí kết hợp thiết bị vớt dầu mỡ với thời gian lưu
nước là 5h. Sau đó nước thải được đưa sang bể phản ứng và lắng kết hợp. Tại đây
trước tiên châm dung dịch H
2
SO
4
để hạ pH xuống còn 2.1-2.3 (là pH để tạo điều kiện
cho quá trình oxy hóa Cr
6+
), sau đó châm FeSO
3
/ngày 30 30
pH 4 6-9
Oil mg/l 34-65 Vết
Cr
3+
mg/l 55-73 <1.0
Cr
6+
mg/l 40-52 <0.1
1. Hố thu gom:
-1.00
-2.80
a. Nhiệm vụ:
Mục đích là nơi thu gom nước thải về một nơi để tiện cho việc xử lý, giúp các công
trình sau không phải thiết kế âm sâu dưới đất.
b. Hình dạng-kích thước:
Hố thu gom được thiết kế hình chữ nhật, đặt âm dưới đất, miệng hố cách mặt đất
khoảng 1m.
Vật liệu xây dựng: bê tông cốt thép. Thành hố dày 10cm.
12
Copyright: Tài liệu đại học ©