Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 1 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 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 2 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 quốc gia 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 khu công nghiệp và đô thị lớn bị suy giảm nghiêm trọng, là mối lo ngại cho các cơ quan quản 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 nói riêng là một trong những vấn đề quan trọng đặt ra cho nhiều quốc gia. Cùng với sự phát triển của công nghiệp, môi trường ngày càng phải tiếp nhận nhiều các yếu tố độc hại. Riêng nguồn nước thải công nghiệp mạ đã có thành phần gây ô nhiễm trầm trọng như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua, ... là một trong những vấn đề đang được quan tâm của xã hội. Hiện nay, tại nhiều cơ sở mạ, vấn đề môi trường không được quan tâm đúng mức, chất thải sinh ra từ các quá trình sản xuất và sinh hoạt không được xử lý trước khi thải ra môi trường nên gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Kết quả phân tích chất lượng nước thải của các cơ sở mạ điện điển hình cho thấy: hầu hết các cơ sở đều không đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép, chỉ tiêu kim loại nặng vượt nhiều lần cho phép, thành phần của nước thải có chứa cặn, sơn, dầu nhớt, ... Vì vậy, đầu tư vào công tác bảo vệ môi trường là vấn đề cấp bách của doanh nghiệp để có thể đảm bảo sự phát triển bền vững trong tương lai của chính doanh nghiệp. Đến nay trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải mạ điện được đưa ra như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện hoá, phương pháp hoá học, phương pháp hấp phụ, phương pháp vi sinh,…Tuy nhiên khả năng áp dụng vào thực tế của các phương 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 môi trường, đáp ứng yêu cầu của các doanh nghiệp về hệ thống xử lý với giá thành có thể chấp 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 m3/ngày” đã được thực hiện với mục đích thiết kế hệ thống xử lý với hiệu quả cao và chi phí hợp Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 3 lý. Tuy nhiên việc lựa chọn phương án thích hợp và khả thi đối với nhà máy cụ thể còn tuỳ thuộc vào tính chất của dòng thải, mặt bằng xây dựng, điều kiện khí tượng thuỷ văn nguồn nước, tiêu chuẩn nước thải cho phép tại địa phương và điều kiện kinh tế kỹ thuật của 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 của phương 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. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 4 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 một lớp phủ bên ngoài kim loại khác. Tuy nhiên lúc đó người ta không quan tâm lắm đến phát hiện của Luigi Brungnatelli mà mãi sau này, đến năm 1840, khi các nhà khoa học Anh 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 chính thức phổ biến trên thế giới. Sau đó là sự phát triển của các công nghệ mạ khác như: mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, … Những năm 1940 của thế kỷ XX được coi là bước ngoặc lớn 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 hiểu biết sâu rộng về lĩnh vực điện hóa, công nghiệp mạ điện cũng phát triển tới mức độ tinh vi. Sự phát triển của công nghệ mạ điện đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển không chỉ của ngành cơ khí chế tạo mà còn của rất nhiều ngành công nghiệp khác. 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 đáp ứng 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 điện được hình thành từ khoảng 40 năm trước và đặc biệt phát triển mạnh trong giai đoạn những năm 1970 – 1980. Các cơ sở mạ của Việt Nam hiện nay tồn tại một các độc lập hoặc 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 có quy 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 ngành công nghiệp hiện đại. Để hiểu rõ hơn về công nghiệp mạ điện ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu về bản chất và quy trình công nghệ của nó. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 5 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 M n+ + 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: Mn+ + ne M Mn+ + ne M (1) 2H2O + 2e 2OH - + H2 Anot (+) Catot (-) Söï chuyeån dòch cuûa ion −ne Dung dòch maï Lôùp maï Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 6 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 tác dụng cung cấp ion Mn+ cho dung dịch bù vào lượng Mn+ đã bám vào catot thành lớp mạ và chuyển điện trong mạch điện phân. Anot thường là kim loại cùng loại với lớp mạ. Ta có phản ứng: M - ne M n+ (2) H2O - 2e 2H+ + 1/2 O2 Tốc độ chung của quá trình tại catot nhanh hay chậm là do tốc độ chậm nhất của một trong các giai đoạn trên quyết định. Nếu khống chế các điều kiện điện phân tốt để cho hiệu suất dòng điện của hai phản ứng (1) và (2) bằng nhau thì nồng độ ion Mn+ trong dung dịch sẽ luôn không đổi. Một số trường hợp dùng anot trơ (không tan), nên ion kim loại được định kì bổ sung dưới dạng dung dịch muối vào bể mạ, lúc đó phản ứng chính trên anot chỉ giải phóng oxy. Trong mạ điện, dung dịch điện giải phóng thường sử dụng là muối đơn (như mạ đồng từ dung dịch CuSO4, mạ kẽm từ dung dịch ZnSO4 ...) hoặc muối phức (như dung dịch phức 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 của lớp mạ tốt cần kiểm soát nồng độ của dung dịch mạ và giữ được dải mật độ dòng điện thích hợp. Nhờ các lớp bề mặt mạ mà các vật được mạ có thêm nhiều tính chất như: tính chất bền hóa học, bền ăn mòn, bền cơ học, tăng độ dẫn điện, dẫn từ, tăng độ cứng, dẻo. Mạ có thể tiến hành với các chi tiết có kích thước từ cực nhỏ của kĩ thuật vi điện tử đến cực lớn 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 thuật tạo mẫu bằng đúc điện đã đưa đến chỗ sản xuất được những công cụ và sản phẩm mà Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 7 phương 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 ngày càng 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 sẽ chủ yếu đề cập tới các loại hình mạ điện trong mạ. Các loại hình mạ trong mạ điện bao gồm: 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 gặp như chi tiết ốc vít, tôn lợp nhà, đường ống nước, dây thép (dây kẽm)... Mạ kẽm thường phân 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 điều kiện khắc nghiệt của axit, kiềm và muối. Mạ Niken lên sắt thép nhằm bảo vệ vật mạ không 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 Niken với kim loại nền, làm cho lớp mạ Niken bền hơn. Mạ niken thường ứng dụng nhiều trong công nghiệp: mạ bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường xâm thực mạnh, mạ chịu 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 bóng • Mạ Niken đen • 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 oxit rất bền trong môi trường vì thế nên mạ Crom bền trong môi trường xâm thực, rất bền Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 8 trong 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 mạ trang trí, mạ bảo vệ (phụ tùng xe hơi, xe gắn máy, xe đạp, đồ gia dụng). Mạ crom còn được sử dụng nhiều trong mạ các chi tiết chính xác, làm tăng độ mài mòn như mạ khuôn 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 mỹ nghệ và để tạo hình các chi tiết phức tạp. Mạ đồng được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực chế tạo máy và chế tạo dụng cụ. Mạ đồng có thể thực hiện từ các dung dịch mạ khác 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 mạ vào giá dẫn điện rồi treo vào thành dẫn nối với điện cực âm của nguồn điện. Các chi tiết mạ treo có kích thước lớn, cấu hình phức tạp hoặc đòi hỏi độ chính xác của lớp mạ cao, độ dày lớp mạ lớn. • Mạ quay: được thực hiện với các chi tiết nhỏ, cấu hình đơn giản, không kết 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 quay không 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, chất lượng và giá thành bởi chúng hoàn toàn phụ thuộc vào từng quy trình công nghệ mạ riêng biệt. Ưu nhược điểm của mạ điện: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 9 - 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 nói chung thì công nghệ mạ bao gồm 2 loại hình công nghệ chính là mạ điện và mạ nóng chảy. Hai hình thức này tồn tại song song cùng với nhau. Tuy nhiên, về mức độ phổ biến 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 dòng thải: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 10 Hình I.2: Quy trình công nghệ mạ điện kèm dòng thải Cặn Làm sạch bằng cơ học Bụi, rỉ Mài nhẵn,đánh bóng Bụi kim loại Khử dầu mỡ Xăng,dầu mỡ Hơi dung môi Nước thải chứa dầu mỡ Làm sạch bằng phương pháp hóa học NaOH H2SO4 Hơi axit,kiềm Nước thải chứa axit,kiềm Làm sạch điện hoá Mạ đồng CuSO4 H2SO4 Mạ kẽm Chi tiết mạ Mạ Niken NiSO4 H3BO3 Mạ Crom H2SO4 CrO3 Mạ vàng,bạc Axit,muối vàng,bạc Nước thải chứa axit, CN-, kim loại nặng Zn(CN)2, ZnCl2, ZnO, NaCN, NaOH, H3BO3 Ni2+, axit Cr6+, axit CN-, axit CN-, muối đồng Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 11 Hình I.3: Quy trình 1 dây chuyền mạ tại Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 12 Trong công nghệ mạ điện về cơ bản bao gồm: quá trình xử lý bề mặt, quá trình mạ và hoàn thành sản phẩm. Sơ đồ công nghệ mạ điện điển hình kèm theo dòng thải được trình 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 phẩm yêu cầu của khách hàng. Sau đó chi tiết mạ cần phải cạo lớp gỉ bám trên bề mặt mục đích làm sạch gỉ tạo mặt phẳng thường dùng các bánh mài, vật liệu mài cỡ hạt to hoặc dùng 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 học như 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 hệ thống quá trình riêng biệt dựa vào yêu cầu cơ bản của các chất nếu được mạ và các quá trình mạ tiếp theo. Dầu mỡ của các chất hữu cơ được loại bỏ bằng quá trình xà phòng hóa với kiềm. Dầu mỡ, khoáng và xăng không thể loại bỏ bằng phương pháp này mà phải dùng các dung môi để thực hiện như: Tricloretylen, benzen, xăng và cacbon tetrachloride nhưng hầu hết phương pháp thực hiện tẩy dầu mỡ bằng phương pháp điện hóa.. Tẩy gỉ được thực hiện sau tẩy dầu mỡ do trên bề mặt kim loại có một lớp mỏng phủ bên 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 dụng trong 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, mạ kiềm 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 chất lượng sản phẩm. Trong một vài trường hợp, các sản phẩm mạ có thể được yêu cầu Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 13 thêm như thụ động hóa, sơn phủ bề mặt hoặc làm bóng cho sản phẩm được bảo vệ tốt hơn. d)Công đoạn rửa: Rửa là quá trình diễn ra trong một dải rộng các bể trong dây chuyền mạ điện, rửa để loại các dung dịch bám trên bề mặt vật mạ, sau mỗi công đoạn để ngăn ngừa và loại bỏ các chất cặn vào trong các bể tiếp theo. Dung dịch quá trình mạ sẽ bám vào bề mặt chi tiết, chi tiết mạ sẽ được nhúng vào các bể rửa để loại bỏ hóa chất. Sau khi chi tiết được làm 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 quá trình. 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 phụ thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, chất lượng sản phẩm... Nước thải từ khâu sản xuất trong các xí nghiệp thường chia làm 2 loại: 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 chất bẩn, cặn... Do đó, phát sinh lượng nước thải tuy không nhiều nhưng chất ô nhiễm đa dạng, 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 đánh bóng cơ học. Để đảm bảo chất lượng lớp mạ các chi tiết trước khi mạ cần được làm sạch 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 ô nhiễm nhỏ chủ yếu là kiềm, axit và dung dịch. b) Đặc tính chung của nước thải công nghiệp mạ: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 14 Một trong những đặc tính cơ bản của nước thải ngành công nghiệp mạ điện là có lưu lượng dao động trong khoảng rất rộng tùy thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công 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 mạ điện còn có đặc tính và thành phần các chất ô nhiễm biến đổi rất phức tạp. Bảng sau trình 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 xưởng mạ Nhiệt độ (0C) pH Thành phần (mg/l) Cr6+ Ni2+ Nhà máy dụng cụ cơ khí xuất khẩu 23,5 – 25 2,2– 6,7 1.1 – 6,6 0,1 – 0,45 Nhà máy cơ khí chính xác 24,3 2,9 – 12 0,21 – 14,8 0,5 – 20,1 Nhà máy khóa Minh Khai ( trước khi qua hệ thống xử lý) 21 – 23 6,3– 7,5 5 – 20 0,1 – 48 Nhà máy điện cơ thống nhất 23,4 5,82 3 – 10 0,2 – 6,05 Nhà máy khóa Việt Tiệp 20 – 22 4,0 6,0 50,2 QCVN 24: 2009/BTNMT (B) ≤ 40 5,5 – 9 0,1 0,5 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 15 Bảng I.2: Lưu lượng và thành phần đặc trưng của các loại nước thải Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai (2008) STT Chỉ tiêu Nước thải mạ (mg/l) Nước thải cơ khí (mg/l) Nước thải sinh hoạt (mg/l) Nước axit, kiềm Nước mạ Crom Nước mạ Niken 1. Nhiệt độ 0C 30 30 30 30 25 - 30 2. pH 3 - 7 3 - 7 3 - 7 6,5 - 7,5 - 3. TSS 500 500 700 - - 4. BOD5 - - - - 250 - 400 5. COD 50 - 100 - - 200 - 250 600 - 700 6. Cr6+ - 50 - - - 7. Ni 0,4 - 80 - - 8. Zn - - 4,7 - - 9. Cu - - 5,9 - - 10. Qthải (m3/ngày.đêm) 26 - 50 15 - 30 25 - 50 20 - 40 30 - 60 (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 0C pH Lưu lượng (m3/ng) Cr6+ mg/l Ni2+ mg/l ∑Fe mg/l ∑Cr mg/l ∑P mg/l SS mg/l COD mg/l (1) 23,7 6,71 25 80 0,5 0,28 500 108 (2) 24,2 3,5 15 50 0,8 65 0,5 200 (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 tính chung của nước thải công nghiệp mạ điện vào bảng dưới đây: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 16 Bảng I.4: Đặc tính của nước thải trong các công đoạn mạ TT Loại công đoạn Thành phần chủ yếu cần xử lý 1 Tẩy dầu mỡ - Tẩy dầu mỡ bằng dung dịch kiềm - Tẩy dầu mỡ bằng dung môi Các chất kiềm: NaOH, Na2CO3, Na3PO4, dầu mỡ Dung môi: tricloetylen, xăng, dầu, Pecloetylen... 2 Tẩy gỉ Các axit HCl, H2SO4 và dầu mỡ 3 Công nghệ mạ Mạ Ni Mạ Cu (trong dung dịch CN-) Mạ Cu (trong dd không có CN-) Mạ Cr Mạ Zn (trong dd có CN-) Mạ Zn (trong dung dịch amoni) Mạ Ag Mạ Au Ni2+, Cl-... Cu, CN-, OH-... Cu2+, NH4-,... Cr6+, SO42-, ... Zn2+, CN-, OH-... Zn2+, NH4-, CH3COO-... Ag-, CN-, S2-... Au, CN-, CO32-... 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 khác như nước thải của ngành công nghiệp giấy, dệt, ... song thành phần và nồng độ các chất độc hại trong đó khá lớn. Hơn nữa các hóa chất độc hại này lại có những biến thiên hết sức phức tạp và phụ thuộc vào quy trình công nghệ cũng như từng công đoạn trong quy trình đó. Vì vậy, muốn xử lý đạt hiệu quả cao thì chúng ta cần phải thu gom, tách dòng theo 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 nguồn phát sinh ô nhiễm không khí có ở hầu hết các công đoạn trong quá trình: làm sạch cơ học, khử dầu mỡ, làm sạch hóa học và mạ. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 17 Mỗi một cơ sở mạ điện, tùy theo dây chuyền công nghệ, loại nhiên liệu sử dụng, đặc điểm, 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 bể nhúng axit hơi nhẹ), hơi kiềm (ở bể tẩy dầu mỡ hóa học), CxHy (ở bể tẩy dầu mỡ bằng dung môi), hơi CrO3, NiO (ở bể mạ), ... Các khí thải này phần lớn chúng nặng hơn không khí nên chúng làm tăng nồng độ chất thải độc hại trong phân xưởng, gây ô nhiễm khu vực làm việc cũng như vùng dân cư lân cận kề sát với cơ sở sản xuất. a) Các nguồn khí thải: Đặc trưng của khí thải công nghiệp mạ phụ thuộc nhiều vào các công đoạn trong quá trình công nghiệp: * Quá trình xử lý bề mặt: Trong quá trình đánh bóng bề mặt kim loại bằng phương pháp cơ học thì bụi kim loại xuất hiện rất nhiều trong khu vực sản xuất, tuy nhiên bụi kim loại có tỷ trọng cao vì thế không thế phát tán đi xa. Tải lượng bụi kim loại phụ thuộc vào công suất sản xuất cũng như chất lượng bề mặt kim loại. Đối với các chi tiết, sản phẩm có hình dạng phức tạp hay yêu cầu cao về độ bóng bề mặt người ta hay xử lý bề mặt bằng phương pháp đánh bóng điện hóa. Ô nhiễm không khí 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 dịch kiềm, nồng độ phụ thuộc vào phương pháp xử lý ban đầu. Khí thải ở đây là hơi kiềm nhưng nồng độ rất thấp do thời gian xử lý bề mặt ngắn và nồng độ hóa chất trong dung dịch thấp. * Quá trình mạ điện: Do tính chất đặc thù của một số dung dịch mạ làm việc ở nhiệt độ cao vì vậy một lượng 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 càng lớn ở các điện cực. Ngoài ra việc sục khí chống khuyết tật bề mặt vật mạ cũng góp phần làm tăng lượng dung dịch bay hơi một cách đáng kể. * Khu vực lò hơi: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 18 Đối với các cơ sở sản xuất dùng hơi để đun nóng dung dịch thì còn có một bộ phận khí thải nữa là khí thải của lò. Tùy theo loại nhiên liệu dùng để sản xuất hơi mà lượng khí thải 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 mạ đều 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 tắt theo 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 1 Gia công bề mặt trước khi mạ *Đánh bóng cơ học Làm cho bề mặt bằng phẳng, nhẵn bóng, có hệ số phản xạ ánh sánh cao Al2O3, SiO2, viên granit, hợp kim sắt và bột mài. Bụi kim loại nặng và thô *Đánh bóng hóa học và điện hóa Trang trí bề mặt kim loại, loại bỏ các vết xước, sờn, anot hóa kim loại, chuẩn bị cho những chi tiết phức tạp Hỗn hợp các axit: H3PO4, HCl, H2SO4, H2Cr2O7. Tùy theo tính chất của kim loại cần đánh bóng sẽ có các hóa chất thích hợp. Hỗn hợp hơi các axit: HCl, H3PO4, H2SO4, H2Cr2O7 ... * Tẩy dầu mỡ bằng dung dịch kiềm Lớp dầu mỡ trên bề mặt kim loại sẽ bị xà phòng hóa thành muối axit béo dễ tan NaOH,Na2SiO3,Na2CO3, Na3PO4 và các hoạt chất hoạt động bề mặt. Hơi kiềm ... Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 19 trong nước và glixerin. * Tẩy dầu mỡ trong các dung môi Tẩy dầu mỡ, parafin, nhựa ra khỏi bề mặt kim loại bằng tác dụng cơ học và hòa tan Tricloetylen, toluen, benzen, pecloetylen, dầu hỏa và xăng... Hỗn hợp hơi dung môi 2 Cung cấp nhiệt (lò hơi) Cung cấp nhiệt lượng cho các bể mạ để đun nóng dung dịch Than dầu, khí (nhiên liệu nói chung) Chủ yếu là bụi xỉ, mồ hóng, SO2, NOx, CO... 3 Mạ điện Chống ăn mòn, tăng độ chịu mài mòn, độ cứng, độ dẫn điện của các kim loại... Tùy thuộc loại hình công nghệ mạ Chủ yếu là hơi axit, kiềm và một ít oxit kim loại theo hơi nước bay lên. Mạ Niken Chống ăn mòn kim loại, là lớp mạ tốt, tăng độ dẫn điện NiSO4: 280 – 300g/l H3BO3: 35 g/l NaCl: 15 g/l 1 – 4 butydiol: 1 mg/l Đường hóa học: 1 g/l Hơi axit, NiO... Mạ đồng (Trong dung dịch có xyanua) Lớp mạ lót để tăng độ bám bề mặt cho các lớp mạ sau CuCN: 110 – 135 g/l NaCN: 120 – 140 g/l NaOH: 30 – 35 g/l Hơi kiềm và xyanua Mạ đồng (trong dung dịch không có xyanua) CuCl2.2H2O: 35 – 50 g/l NH4OH 25%: 150 – 200 ml/l NH4Cl: 260 – 300 g/l Amonioxalat: 10 – 30 g/l Hơi kiềm và NH4OH Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 20 Mạ kẽm Thường dùng với những sản phẩm không cần trang trí. Bảo vệ kim loại, chống ăn mòn ZnO: 60 g/l Zn(CN)2: 45 g/l NaCN: 22,5 g/l NaOH: 52,5 g/l Hơi kiềm và xyanua Mạ vàng Có tính chất trang trí, làm tăng giá trị kim loại K2CO3: 65 g/l AuCl (tính theo Au): 4g/l KFe(CN)2: 200 g/l Kali sunfoxyanua: 100 g/l Hơi phức chất xyanua... Mạ bạc Tăng độ chịu mài mòn, chịu lực ma sát cho kim loại... AgCN: 35 – 40 g/l KCN: 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 trình bay hơi nước kéo theo các oxit kim loại và hơi axit. Thực tế, khó có thể tính chính xác tải lượng, nồng độ của khí ô nhiễm vì chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố (tốc độ hút của quạt, 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 hao hụt, 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 bề mặt. Đối với những chi tiết nhỏ người ta thường dùng trấu, cát để làm sạch. Vậy chất thải 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 trong Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 21 quá trình làm việc). Lượng bùn này tương đối nhỏ, thường theo nước thải ra ngoài. Bên cạnh đó còn có một lượng bùn thải do hệ thống xử lý nước thải và khí thải. Lượng bùn này 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 hợp các 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 rắn khác sinh ra từ công nghiệp mạ. Đó là các bao bì đựng hóa chất khô (như túi nilon, bao giấy, bao tải..), các can đựng hóa chất lỏng …vv. Các túi đựng, cạn đựng này cũng cần được 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. Các chất thải rắn có thể được tạo ra từ các nguồn thải sau: nguồn thải của quá trình tạo phôi, làm sạch bề mặt bằng phương pháp cơ học hoặc chất thải rắn là bùn thải của quá trình xử lý nước thải và khí thải. Tại Việt Nam đến nay vẫn chưa có một số liệu chính thức nào, tuy nhiên theo đánh giá chung thì lượng chất thải rắn do ngành mạ tạo ra là khá 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: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 22 Nước thải ngành mạ tuy không lớn so với các ngành công nghiệp khác song nó chứa nhiều 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 người cũng 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 mạc mũi, làm thủng phần sụn của vách mũi, ảnh hưởng đến hệ tiêu hoá, gan, thận và tim mạch. Cr (VI) độc hơn Cr (III) vì khả năng hấp thụ Cr (VI) của cơ thể cao hơn. Công nhân tiếp xúc thường xuyên với muối Cromat có khả năng nhiễm bệnh ung thư phổi cao hơn người bình thường. Niken và hợp chất của Niken gây bệnh viêm da, đặc biệt là môi trường ẩm và nhiệt độ cao. Kẽm và hợp chất của kẽm nói chung là ít độc. Khi nuốt phải muối kẽm có thể gây ói mửa. 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. Muối đồng gây ngứa da và kết mạc. Oxit đồng hoá trị 1 còn gây kích thích ngứa mắt và đường hô hấp. Những người thường xuyên tiếp xúc với các hợp chất của đồng thường mắc 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 độc trong lòng đất, trong nước ngầm và nguồn nước mặt. Nó có thể là nguyên nhân gây suy giảm chất lượng nước ngầm, nước bề mặt và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng. Hiện nay cùng với sự phát triển chung của nền công nghiệp, công nghiệp mạ cũng ngày càng phát 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 bằng phương 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 sạch nước thải bằng các phương pháp sinh học. Với một hàm lượng rất nhỏ Cr6+ và Ni2+ Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 23 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 vài ngày không còn ảnh hưởng nữa nhưng cũng gây tác động không nhỏ tới hiệu suất xử lý nước 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 vào phổi 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 cho công nhân khi làm việc. Nếu thời gian tiếp xúc kéo dài thì có thể dẫn đến các bệnh mãn tính, bệnh ung thư ở người. Hơi axit khi thoát ra ngoài gặp lạnh (đặc biệt vào mùa đông) sẽ ngưng tụ thành các giọt mù axit có kích thước rất nhỏ lơ lửng trong không khí gây các bệnh về đường hô hấp. 1.4.3. Chất thải rắn Chất thải rắn từ phân xưởng mạ có rất nhiều loại khác nhau nhưng hầu hết có chứa các kim loại nặng và các kim loại độc hại khác. Chẳng hạn như bùn thải từ quá trình xử lý bụi ở khu vực đánh bóng, phân xưởng nếu không có kế hoạch quản lý hợp lý có thể làm cho kim loại hoà tan trở lại và đi vào nguồn nước ngầm đang khai thác của nhà máy hoặc dân cư xung quanh. 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. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 24 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 lưu lượng cũng như nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu nước thải không chỉ giảm chi phí xử lý mà còn tiết kiệm được nhiều loại hoá chất, thu hồi được các kim loại quý, tiết kiệm nước. Để giảm thiểu nước thải trong các phân xưởng mạ điện thì có thể áp dụng một số biện pháp khống chế đầu nguồn tuân 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 trình sản 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 trí các 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 mạ qua 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 tại trong các bể mạ và tạo thành axit cromic (H2CrO4), là hợp chất gây ung thư. Do đó cần thay thế hoá chất sử dụng (Cr6+) bằng Cr3+, vì Cr3+ ít gây ảnh hưởng đến sức khoẻ của công 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 thác nguồn nước ngầm. Tuy nhiên, nguồn nước này sẽ bị cạn kiệt trong tương lai, do đó phân xưởng mạ nên áp dụng các biện pháp như: giảm tốc độ xả nước, định lượng mức tiêu 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 thụ rất lớn, đồng thời lượng hoá chất độc hại theo nước cần xử lý bị pha loãng nhiều gây Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 25 tốn kém cho việc xử lý sau này. Để tăng hiệu quả của việc rửa đồng thời tiết kiệm nước đến mức tối đa người ta đã đưa ra nhiều phương pháp rửa khác nhau, nhờ đó lượng nước 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 chảy tràn 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 chứa nước không chảy. Phương pháp rửa này tốn nhiều nước và hiệu quả rửa không cao. • Rửa nhúng có nước chảy tràn liên tục: Chi tiết rửa được nhúng vào trong một hay nhiều bể độc lập, có nước chảy tràn liên tục. Phương pháp rửa này thích hợp cho chi tiết rửa có nhiều khe, rãnh, lỗ sâu, ... Thời gian rửa thủ công không ít hơn 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, rồi cuối cùng thải ra rãnh. • Rửa sục khí: Dùng không khí nén sục vào bể rửa chảy tràn để rửa sản phẩm với mục đích khử dầu. • Rửa phun: Mở khoá cho nước phun mạnh thành nhiều chùm tia nhỏ bắn vào vật cần rửa đặt trong bể cạn. • Rửa liên hợp: Lúc đầu rửa nhúng tràn cho vật ở phần dưới của bể, sau đó đưa lên phần trên của bể rửa phun tiếp. • Rửa ngưng: Vật rửa đặt trong buồng kín nạp đầy hơi nước. Hơi ngưng tụ lên bề mặt 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 rửa các vật có yêu cầu đặc biệt. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 26 c) Röa ng−îc dßng BÓ 1 BÓ 2 BÓ 3 Chi tiÕt röa N−íc s¹ch n−íc th¶i b) Röa cã n−íc ch¶y trµn liªn tôc BÓ 1 BÓ 2 BÓ 3 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 BÓ 1 BÓ 2 BÓ 3 Chi tiÕt röa Chi tiÕt röa KhÝ nÐn d) Röa sôc khÝ chi tiÕt röa phun n−íc e) Röa phun Hình II.1: Các phương pháp rửa Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 27 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 nước mất đi rất nhiều đồng thời lượng nước thải cần xử lý cũng tăng lên. Muốn tiết kiệm được lượng nước sử dụng thì cần phải nghiên cứu tốc độ rửa phù hợp sao cho hiệu quả rửa là lớn nhất và lượng nước sử dụng là ít nhất. Nếu xác định được tốc độ rửa tối ưu thì 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 độ tạp 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 nhân khử (Na2SO3, FeSO4, …) để oxy hoá - khử các chất ô nhiễm thành dạng ít ô nhiễm hoặc 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 lắng thông 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 Xö