Mô hình hoá quá trình xử lý nước thải công nghiệp chứa thuỷ ngân, kẽm và kim loại nặng990

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hµ néi _ Nguyễn Xuân Sinh Mô hình hoá trình xử lý nớc thải công nghiệp chứa thuỷ ngân, kẽm kim loại nặng Chuyên ngành: Quá trình thiết bị công nghệ hoá học Mà số:62.52.77.01 Tóm tắt luận án tiến sỹ kỹ thuật Hà Nội -2010 Công trình đợc hoàn thành tại: Khoa Công nghệ Hoá học Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Ngời hớng dẫn khoa học: 1.GS.TSKH Ngun Minh Tun PGS.TS Ngun Khang Ph¶n biƯn 1: GS.TSKH Thái Bá Cầu Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Đức Chuy Phản biện 3: GS.TS Trần Hiếu Nhuệ Luận án đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp nhà nớc họp Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội vào hồi: 8h30 ngày 27 tháng 03 năm 2010 Có thể tìm hiểu luận án tại: ã Th viện Quốc gia ã Th viện Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội A Giới thiệu luân án Tính cấp thiết đề tài Thuỷ ngân kim loại nặng nguy hiểm mức độ độc hại Thuỷ ngân xâm nhập vào môi trờng từ nhiều nguồn liên quan đến việc sử dụng chúng Các ảnh hởng độc hại thuỷ ngân biểu chỗ gây nguy hiểm thần kinh, ổn định, bại liệt, bệnh mù, hỏng nhiễm sắc thể, đẻ thiếu tháng Các dạng thuỷ ngân khác, đặc biệt thuỷ ngân hữu độc Kẽm nguyên tố vi lợng thành phần 70 enzym thể ngời Nó có vai trò quan trọng trình tổng hợp protein, cấu tạo hoạt động màng sinh học nh hoạt động quan cảm giác Ngời ta cha quan sát thấy gây độc kẽm qua thức ăn nớc uống Kẽm độc với thực vật hàm lợng cao Các điều tra nớc thải công nghiệp nớc ta cho thấy có nhiều nhà máy sản xuất công nghiệp có nớc thải chứa hợp chất thuỷ ngân, kẽm nói riêng kim loại nặng nói chung nh nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất pin, số nhà máy lắp ráp điện tử, khai khoáng.Các nhà máy đà có hệ thống xử lý nớc thải trình vận hành thờng hay nẩy sinh số vấn đề mặt công nghệ dẫn đến chất lợng nớc thải sau xử lý không ổn định Vấn đề đặt phải xem xét ảnh hởng đồng thời thông số công nghệ trình xử lý (theo công nghệ lựa chọn) phơng pháp tiếp cận đại vấn đề thời mang tính thực tiễn Đối t ợng nghiên cứu : Đối tợng nghiên cứu nớc thải sản xuất công ty Pin Hà Nội, thị trấn Văn Điển, huyện Thanh Trì, thành phố Hà Nội Nớc thải sản xuất chứa thành phần gây ô nhiễm, hai kim loại nặng thuỷ ngân kẽm có nhiều nớc thải Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu, phân tích lựa chọn phơng pháp công nghệ thích hợp xử lý đồng thời thuỷ ngân kẽm nớc thải công nghiệp - áp dụng phơng pháp triển khai công nghệ hoá học, xây dựng mô hình thống kê mô tả quan hệ thông số công nghệ trình xử lý thuỷ ngân kẽm phơng pháp keo tụ - Xây dựng thuật toán lập chơng trình tính toán để tìm thông số công nghệ tối u mô hình thống kê - Xây dựng mô hình vật lý biểu diễn quan hệ thông số công nghệ để áp dụng vào thực tế Ph ơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết lựa chọn công nghệ xử lý kim loại ( thuỷ ngân kẽm) - Thực nghiệm lấy số liệu hệ thống thiết bị thí nghiệm - Dựa số liệu thực nghiệm tiến hành lập mô hình thống kê mô hình vật lý biểu diễn quan hệ yếu tố trình công nghệ lùa chän ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn đề tài: Đây công trình nghiên cứu lựa chọn công nghệ hợp lý sử dụng phơng pháp mô hình hoá, tối u hoá để nghiên cứu xử lý thuỷ ngân kẽm nớc thải nhà máy pin Các kết nghiên cứu đợc áp dụng để triển khai công nghệ xử lý nớc thải chứa thuỷ ngân kẽm nhà máy với công nghệ tơng tự góp phần giải xử lý nớc thải chứa kim loại nặng đạt tiêu chuẩn thải với thông số công nghệ tối u, hệ thống làm việc ổn định Cấu trúc cđa ln ¸n Néi dung ln ¸n gåm 112 trang: mục lục, trang ký hiệu chữ viết tắt, danh mục bảng hình (7 tr); mở đầu (4 tr); nội dung (95 tr), phân bố thành phần gồm chơng Chơng 1: Tổng quan kim loại nặng ô nhiễm nớc thải công nghiệp chứa kim loại nặng, phơng pháp xử lý (11tr); Ch¬ng 2: C¬ së lý thut xư lý nớc thải công nghiệp chứa thuỷ ngân kẽm (22tr); Chơng3: Các phơng pháp nghiên cứu triển khai công nghệ keo tụ để xử lý thuỷ ngân kẽm nớc thải công nghiệp (6 tr); Chơng 4: Xây dựng mô hình nghiên cứu trình keo tụ xử lý thuỷ ngân kẽm nớc thải (5 tr); Chơng 5: Nghiên cứu thiết lập mô hình thống kê mô tả trình keo tụ kim loại thuỷ ngân kẽm xử lý nớc thải nhà máy sản xuất pin Tối u hóa trình (27tr); Chơng 6: Xây dựng mô hình vật lý cho trình xử lý thuỷ ngân nớc thải nhà máy sản xuất pin (20 tr); Kết luận (2 tr); Trang liệt kê công trình nghiên cứu đà công bố (1 trang); Tài liệu tham khảo 55 tài liệu (5 tr); luận án có 22 bảng, 10 hình Những điểm luận án - Luận án đà sử dụng phơng pháp tiếp cận hệ thống xây dựng đợc mô hình toán học thống kê mô tả quan hệ chuẩn số sở nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Xây dựng mô hình thống kê mô tả trình keo tụ xử lý nớc thải chứa kim loại thuỷ ngân kẽm - Giải toán tối u hoá trình xử lý nớc thải có nhiều kim loại nặng phơng pháp sử dụng hàm nguyện vọng - Lựa chọn đợc đối tợng u tiên xây dựng mô hình vật lý cho trình keo tụ để xử lý thuỷ ngân nớc thải công nghiệp B Nội dung luận án Ch ơng Tổng quan kim loại nặng ô nhiễm n ớc thải công nghiệp chứa kim loại nặng, ph ơng pháp xử lý Kết giám sát chất lợng nớc thải số nhà máy sản xuất công nghiệp cho thấy hàm lợng kim loại nặng nớc thải cao, thờng vợt tiêu chuẩn cho phép thải nhiều lần Bảng 1.2 Bảng so sánh kết đạt đ ợc áp dụng giải pháp xử lý khác cho số kim loại nặng Kim Công nghệ áp dụng Nồng độ TCVN loại dòng thải sau 5945xư lý, mg/l 2005, cét B Asen KÕt tđa sunphit + läc 0,05 0,1 HÊp phơ c¸c bon 0,06 §ång kÕt tđa víi hydroxyt s¾t 0,005 Cadimi KÕt tđa hydroxyt pH = 10-11 0,05 0,01 Đồng kết tủa với hydroxyt sắt 0,05 Kết tủa sunphit 0,008 Đồng KÕt tña hydroxyt 0,02- 0,07 KÕt tña sunfit 0,01- 0,02 Thuỷ Kết tủa sunphit 0,01- 0,02 0,01 ngân Đồng kết tủa với nhôm 0,001- 0,01 Đồng kết tủa với hydroxyt sắt 0,0005 - 0,005 Trao đổi ion 0,001- 0,005 Niken KÕt tđa hydroxyt t¹i pH =10 0,12 0,5 Selen KÕt tđa sunphit 0,05 KÏm KÕt tđa hydroxyt t¹i pH =11 0,1 Ch ¬ng C¬ së lý thuyÕt xử lý n ớc thải công nghiệp chứa thuỷ ngân kẽm 2.1 Cơ sở lý thuyết trình xử lý kim loại nặng n ớc thải ph ¬ng ph¸p kÕt tđa – keo tơ 2.1.1 Ph ¬ng pháp kết tủa Phơng pháp kết tủa dựa nguyên tắc độ hoà tan kim loại dung dịch phụ thuộc vào độ pH dung dịch 2.1.1.1 Bản chất điều chỉnh pH Qua việc tính toán sức điện động hai loại pin điện hoá dùng để đo pH phơng trình Nernst, thấy pH đặc trng cho tạo thành điện dung dịch điện giải, có vai trò định đến điện cực dung dịch điện giải Nớc thải công nghiệp nói chung chứa ion kim loại coi dung dịch điện giải Bản chất trình điều chỉnh pH điều chỉnh điện cực dung dịch Các phản ứng kết tủa Trong xử lý nớc thải, kim loại thờng kết tủa dạng hydroxyt kim loại bổ sung kiềm để đạt tới giá trị pH ứng với độ tan nhỏ Quá trình kết tủa hydroxyt kim loại thực loạt tơng tác xảy pH nồng độ kim loại tăng lên Kẽm kim loại lỡng tính dễ dàng kết tủa dạng hydroxyt dùng xút sữa vôi để điều chỉnh pH Kim loại kẽm dễ dàng kết tủa dạng hydroxyt pH cao, nhiên ion thủy ngân khó kết tủa nhiều, mà yêu cầu tiêu chuẩn thải thủy ngân lại nghiêm ngặt nhiều mức độ nguy hiểm với môi trờng nớc tiếp nhận Do phải lựa chọn giải pháp công nghệ phù hợp đợc xử lý với kẽm Một số tài liệu đà khẳng định trình thủy phân muối nhôm muối sắt tạo có khả hấp phụ có hiệu ion kim loại khác nh thủy ngân, ion kim loại khác kể phức chúng Chúng đà áp dụng phơng pháp keo tụ để loại bỏ đồng thời ion thủy ngân kẽm nớc thải 2.1.2 Quá trình keo tụ Phèn nhôm Al 2(SO4)3 cho vào nớc bị hoà tan tạo nhiều chất khác nh sau : Al 3+ + H 2O = AlOH2+ + H+ (1) Al 3+ + H 2O = Al(OH)2+ + 2H+ 7Al 3+ + 17H 2O = Al (OH) 174+ + 17H+ Al 3+ + 3H 2O = Al(OH)3 (r) + 3H+ (2) (3) (4) C¸c ion AlOH 2+ Al(OH) 2+ phản ứng monome tức chúng chứa nguyên tử nhôm Mặc dù sau điện tích