Luận án tiến sĩ kỹ thuật mô hình hoá quá trình xử lý nước thải công nghiệp chứa thuỷ ngân, kẽm và kim loại nặng

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr­êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi NguyÔn xu©n sinh Tr­êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi NguyM« h×nh ho¸ qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i c«ng nghiÖp chøa thuû ng©n, kÏm vµ kim lo¹i nÆng LuËn[.]

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội Nguyễn xuân sinh Trường đại học bách khoa hà nội NguyMô hình hoá trình xử lý nước thải công nghiệp chứa thuỷ ngân, kẽm kim loại nặng Luận án tiến sỹ kỹ thuật Hà Nội 2010 ii Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội Nguyễn xuân sinh Trường đại học bách khoa hà nội NguyMô hình hoá trình xử lý nước thải công nghiệp chứa thuỷ ngân, kẽm kim loại nặng chuyên ngành: trình thiết bị công nghệ hóa học mà số: 62.52.77.01 Luận ¸n tiÕn sü kü thuËt Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: GS.TSKH Ngun Minh Tun PGS.TS Ngun Khang Hµ Nội - 2010 iii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận án trung thực, chưa công bố công trình khác Tác giả Nguyễn Xuân Sinh iv Mục lục Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt dùng luận án Danh mục bảng Danh mục hình Mở đầu Chơng Tổng quan kim loại nặng ô nhiễm nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng, phương pháp xử lý 1.1 Thực trạng ô nhiễm nớc thải công nghiệp chứa kim loại nặng nước ta 1.2 C¸c phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng 1.2.1 Phương pháp hấp phụ 1.2.2 Phương pháp điện hóa 1.2.3 Phương pháp trao đổi ion 1.2.4 Phương pháp kết tủa 10 1.2.5 Phương pháp keo tụ 10 1.2.6 Xử lý kim loại nặng phương pháp sinh học 10 1.3 Công nghệ sản xuất pin nguồn phát sinh nước thải, đặc điểm nước thải 12 1.4 Tổng quan công trình nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất pin t¹i ViƯt Nam 14 1.5 Lùa chän c«ng nghƯ 14 Ch¬ng Cơ sở lý thuyết xử lý nước thải công nghiệp chứa thuỷ ngân kẽm 2.1 Cơ sở lý thuyết trình xử lý kim loại nặng phương pháp keo tô 17 2.1.1 Đặc điểm ion kim loại dung dịch 17 v 2.1.1.1 Quá trình hydrat hoá 19 2.1.1.2 Thuû phân kim loại 20 2.1.1.3 Polyme ho¸ 23 2.1.2 Cơ sở lý thuyết kết tủa ion kim lo¹i 24 2.1.2.1 Bản chất điều chỉnh pH 24 2.1.2.2 KÕt tủa hydroxyt kim loại 26 2.1.2.3 Quan hÖ pH- ®é tan 29 2.2 Qu¸ tr×nh keo tơ 32 2.2.1 Cơ chế trình keo tụ 33 2.2.2 ảnh hưởng số yếu tố đến trình keo tô 37 KÕt luËn chung (chương chương 2) 39 Chơng Các phương pháp nghiên cứu triển khai công nghệ keo tụ để xử lý thuỷ ngân kẽm nước thải công nghiệp 3.1 Phương pháp tiếp cận hệ thống, triển khai công nghệ lựa chọn mô hình nghiên cứu 40 3.1.1 Phương pháp tiếp cận hệ thống triển khai công nghệ 40 3.1.2 Quan hệ loại mô hình mô tả hệ công nghệ hoá học bậc thấp, lựa chọn mô hình nghiên cứu 41 3.2 Quy luËt động học trình công nghệ hoá học 44 3.2.1 BiĨu thøc ®éng häc 44 3.2.2 C©n b»ng cđa hƯ 44 3.2.3 Quan hÖ động học cấu trúc công nghệ hệ 45 Chơng Xây dựng mô hình nghiên cứu trình keo tụ xử lý thuỷ ngân kẽm nước thải công nghiệp 4.1 Các nội dung nghiên cứu luận án 46 4.2 Lựa chọn thông số công nghệ ảnh hưởng trình 46 4.2.1 Lùa chän chÊt keo tô 46 4.2.2 Lựa chọn thông số khác 48 Chơng Nghiên cứuthiết lập mô hình thống kê mô vi tả trình keo tụ thuỷ ngân kẽm xử lý nước thải nhà máy sản xuất pin Tối ưu hóa trình 5.1 Cơ sở để thiết lập mô hình thống kê- quy hoạch thực nghiệm 51 5.1.1 Xác định hệ cấu trúc hệ 51 5.1.2 Xác định hàm toán mô t¶ hƯ 52 5.1.3 Xác định thông số mô hình thống kê 53 5.1.4 Kiểm tra tính tương hợp mô hình cải tiến mô hình 55 5.2 Xây dựng mô hình thống kê 57 5.2.1 TiÕn hµnh thùc nghiÖm 57 5.2.2 Mô hình thống kê mô tả trình keo tụ để xử lý thuỷ ngân nước thải 59 5.2.2.1 Xây dựng mô hình 59 5.2.2.2 Mét sè nhËn xÐt 64 5.2.3 Mô hình thống kê mô tả trình keo tụ xử lý nước thải chøa kim lo¹i kÏm 64 5.2.3.1 Xây dựng mô hình 64 5.2.3.2 Mét sè nhËn xÐt 70 5.3 Tối ưu hoá trình keo tụ xử lý thuỷ ngân kẽm nước thải nhà m¸y pin 70 5.3.1 Đặt vấn ®Ò 70 5.3.2 Phương pháp tối ưu hoá nhờ hàm nguyện vọng 71 5.3.3 Tèi ­u ho¸ trình xử lý kim loại thuỷ ngân kẽm nước thải nhờ hàm nguyện vọng 73 5.3.4 NhËn xÐt kÕt qu¶ 77 Ch¬ng Xây dựng mô hình vật lý cho trình xử lý thủy ngân nước thải nhà máy sản xuất pin 6.1 Các giả thiết sở lý thuyết để xây dựng mô hình vật lý 78 6.1.1 Các giả thiết 78 6.1.2 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô h×nh vËt lý 78 6.1.3 Các bước xây dựng mô hình vật lý 79 vii 6.1.3.1 Xác định hệ 79 6.1.3.2 Xác định cấu trúc hệ 80 6.1.3.3 Xác định hàm toán mô tả hệ 80 6.1.3.4 6.2 Xác định thông số mô hình 82 Xây dựng mô hình vật lý trình keo tụ xử lý thuỷ ngân n­íc th¶i 83 6.2.1 Lựa chọn thông số ảnh hưởng đến trình keo tụ xử lý thuỷ ngân nước thải 83 6.2.2 Xác định chuẩn số đơn gi¶n 84 6.2.3 Thống kê đại lượng lại lập ma trận thứ nguyên cho đại lượng 84 6.2.4 ThiÕt lËp hÖ phương trình thứ nguyên giải để tìm chuẩn sè phøc hỵp 85 6.2.5 Thống kê chuẩn số lập mô tả 87 6.2.6 Thiết lập mô hình cụ thể xác định thông số 88 6.3 Nhận xét kÕt qu¶ 90 6.4 Nh÷ng kết nghiên cứu áp dụng thực tế để xử lý nước thải công nghiệp chứa thuỷ ngân kÏm 91 6.4.1 ®èi tuợng áp dụng 91 6.4.2 øng dơng thiÕt kÕ hƯ thèng 91 6.4.3 KÕt đạt 96 KÕt luËn 98 Các công trình nghiên cứu ®· c«ng bè 100 Tài liệu tham khảo 101 viii danh mơc C¸c ký hiệu chữ viết tắt dùng luận án Me Ký hiệu kim loại; aH+, fH+ Hoạt độ hệ số hoạt độ H+; aOH- , fOH- Hoạt độ hệ số hoạt độ OH-; Kw Tích ion cđa níc; EDTA Ethylenediamine-N,N,N’,N’ - tetra - axetic axit; β0 ,βj , βju , βjj C¸c hƯ sè håi quy lý thuyÕt; b0, bj, bju, bjj C¸c hÖ sè håi quy thùc nghiÖm; π1, π2 , p Các đại lượng đặc trưng không thứ nguyên hay chuẩn số đồng dạng mô hình vật lý; Xv Nồng độ ion thuỷ ngân trước xử lý, kg/m3; Xr Nồng độ ion thuỷ ngân sau xử lý, kg/m3; M Lợng chất keo tụ, kg/m3; N Tốc độ khuấy, v/s ; Độ nhớt động học nước thải, m2/s ; Khối lượng riêng nước thải, kg/m3 ; G Gia tèc träng tr­êng, m/s2 ; V ThÓ tÝch thiết bị xử lý, m3 ; D Đường kính thiết bị xử lý, m ; D Đường kính cánh khuấy,m ; T Thời gian lắng, s ; ix Bảng 1.1 B¶ng 1.2 B¶ng 1.3 B¶ng 1.4 B¶ng 1.5 B¶ng 1.6 B¶ng 2.1 B¶ng 2.2 B¶ng 2.3 B¶ng 5.1 B¶ng (5-1)’ B¶ng 5-2 B¶ng 5-3 B¶ng 5-4 B¶ng 5-5 B¶ng 5-6 B¶ng 5-7 B¶ng 6-1 B¶ng 6-2 B¶ng 6-3 B¶ng 6-4 Bảng 6-5 Danh mục bảng Nguồn phát thải kim loại nặng điển hành ngành công nghiệp Thành phần nước thải: công ty Fujisu- Hà Nội (ngành công nghiệp ®iƯn tư) Thµnh phần nước thải nhà máy nhiệt điện Ninh Bình Thành phần nước thải nhà máy pin Hà Nội Bảng so sánh kết đạt áp dụng giải pháp xử lý khác cho số kim loại nặng Các giá trị nồng độ trung bình thuỷ ngân kẽm nước thải thời điểm khác ngày điểm thải Enthalpy trình hydrat hãa cña mét sè ion Giá trị pKH số ion kim loại t¹i 250 C TÝch tan sản phẫm nồng độ ion kim loại kẽm thuỷ ngân tự Kế hoạch thực nghiệm bán phần kết đo hàm mục tiêu yi B¶ng kÕt qu¶ ba thí nghiệm lặp tâm kế hoạch Bảng ma trận kế hoạch hóa bán phần bậc hai mức tối ưu Bảng kết ba thí nghiệm lặp tâm kế hoạch (thí nghiệm xư lý kim lo¹i kÏm) C¸c giá trị hàm thang nguyện vọng Sè liƯu cho xư lý thủ ng©n Sè liƯu cho xư lý kÏm Bảng kết tính giá trị d1, d2, D Bảng ma trận đại lượng B¶ng ma trËn nghiƯm B¶ng sè liÖu thùc nghiÖm B¶ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n c¸c chuÈn sè Bảng kết phân tích chất lượng nước thải nhà máy pin Hà Nội 7 11 14 20 22 27 61 62 66 67 71 74 74 76 85 87 88 89 97 x Danh mục hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 2-1 H×nh 2-2 H×nh 2-3 H×nh 2-4 H×nh 2-5 H×nh 4-1 Hình 5-1 Hình 6-1 Sơ đồ công nghệ sản xuất công ty pin Hà Nội Sơ đồ khối trình xử lý nước thải sản xuất pin Mối tơng quan hóa trị pH lên tạo phức ion kim loại có trạng thái hóa trị khác Quan hệ nồng độ kim loại hoà tan d víi pH sư dơng NaOH Quan hƯ nồng độ kim loại hoà tan d với pH sử dụng Na2CO3 Quan hệ nồng độ kim loại hoà tan d với pH sử dụng Ca(OH)2 Tỷ lệ hợp chất cặn lắng phụ thuộc pH nước thải Mối tương quan độ đục liều lượng chất keo tụ Sơ đồ mô hình hộp đen Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải công ty pin Hà Nội 12 16 22 30 30 31 38 49 51 95 Mở đầu Sự phát triển công nghiệp năm gần đà đóng góp to lớn vào phát triển kinh tế chung nước ta Tuy nhiên, phát triển công nghiệp kéo theo nhiều chất thải đà gây nhiều tác động xấu đến môi trường Hoạt động sản xuất công nghiệp tạo nước thải, khí thải chất thải rắn Trong nước thải nguồn gây ô nhiễm môi trường lớn ảnh hưởng trực tiÕp cđa nã tíi ngn n­íc tiÕp nhËn Kim lo¹i nặng chất gây ô nhiễm phổ biến nước thải công nghiệp Các ngành công nghiệp điện tử, công nghiệp gia công bề mặt, mạ điện, luyện kim, sản xuất hoá chất có chứa nhiều thành phần độc hại kim loại nặng Fe, Zn, Cu, Ni, Hg, Các kim loại nặng tuỳ theo mức độ khác có ảnh hưởng đến môi trường tiếp nhận, môi trường sinh thái sức khoẻ người Các kim loại nặng kể hàm lượng vết (hàm lượng nhỏ vài ppm) chất gây độc mạnh Chẳng hạn kim loại nặng hàm lượng cao tác động đến gốc sunphát enzim, làm vô hiệu hoá enzim phong toả màng tế bào, chúng có xu hướng tạo kết tủa với muối làm xúc tác cho số trình phân huỷ protein có nhóm axit cacboxyl (-CO2H) nhóm amin (-NH2) nhóm dễ liên kết với kim loại nặng Các kim loại nặng Cd, Cu, Pb, Hg liên kết với màng tế bào, ngăn cản trình vận chuyển vật chất qua màng gây ảnh hưởng tới trình trao đổi chất Thuỷ ngân chất gây ô nhiễm kim loại nặng đáng quan tâm Thuỷ ngân tìm thấy dạng vết nhiều khoáng, quặng chứa trung bình 80 ppb Thần sa hay sunphít thuỷ ngân đỏ quặng thuỷ ngân Than nhiên liệu hoá thạch, than non chứa thuỷ ngân, thường mức 100 ppb, chí cao hơn, vấn đề đáng quan tâm việc sử dụng nhiên liệu ngày tăng Thuỷ ngân dạng kim loại sử dụng nhiều phòng thí nghiệm thiết bị chân không Trong số ngành công nghiệp thuỷ ngân kim loại sử dụng làm điện cực trình điện phân sinh khí Clo Hàng năm người ta sử dụng lượng lớn thuỷ ngân vô hoá trị (I) (II) Thuỷ ngân hữu sử dụng rộng rÃi sản xuất thuốc trừ sâu Các hợp chất thủ ng©n nh­ ethylmercuric C2H5HgCl sư dơng nh­ thc diƯt nấm Thuỷ ngân gốc akyl có khuynh hướng chống lại phân huỷ nói chung xem nguy hiểm với môi trường so với hợp chất thuỷ ngân gốc hydrocacbon thơm hợp chất thuỷ ngân vô Thuỷ ngân xâm nhập vào môi trường từ nhiều nguồn liên quan đến việc sử dụng chúng người Đó hoá chất thÝ nghiƯm, pin, nhiƯt kÕ thủ ng©n, thc diƯt nÊm, sản phẩm thuốcNếu tính riêng loại mức độ độc hại không nhiều tổng loại mức độ độc hại đáng kể Các kim loại nặng có mặt nước, đất qua nhiều giai đoạn khác trước sau vào chuỗi thức ăn người Chẳng hạn vi sinh vật chuyển thuỷ ngân (Hg) thành hợp chất metyl thủy ngân (CH3)2Hg, sau qua động vật phù du, tôm, cá mà thuỷ ngân vào thức ăn người Về độ độc thuỷ ngân minh họa thảm hoạ vùng vịnh Minamata Nhật Bản vào năm 1953-1960 với 111 trường hợp bị nhiễm độc thuỷ ngân, có 43 người bị chết ăn phải thực phẩm biển bị nhiễm thuỷ ngân nước thải thải từ nhà máy sản xuất hoá chất vào vùng vịnh Minamata Mức độ kim loại hải sản bị ô nhiễm 5-20 ppm Các ảnh hưởng 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 triệu chứng nhiễm độc thuỷ ngân thăng có đặc điểm tâm lý Một vài dạng thuỷ ngân tương đối không độc hại sử dụng dạng thuốc việc xử lý bệnh giang mai Các dạng thuỷ ngân khác, đặc biệt thuỷ ngân hữu độc Khi đà nhiễm vào thể, kim loại nặng (ví dụ thuỷ ngân) tích tụ lại mô Đồng thời với trình thể lại đào thải dần kim loại nặng Nhưng nghiên cứu cho thấy tốc độ tích tụ kim loại nặng thường nhanh tốc độ đào thải nhiều Thời gian để đào thải nửa lượng kim loại nặng khỏi thể xác định khái niệm chu kỳ bán thải sinh học (biologocal half - life), tức qua thời gian nồng độ kim loại nặng nửa so với trước đó, ví dụ với thuỷ ngân chu kỳ vào khoảng 80 ngày Kẽm nguyên tố vi lượng thành phần 70 enzym thể người Nó có vai trò quan trọng trình tổng hợp protein, cấu tạo hoạt động màng sinh học hoạt động quan cảm giác Người ta chưa quan sát thấy gây độc kẽm qua thức ăn nước uống Kẽm độc với thực vật hàm lượng cao [22] Các điều tra nước thải công nghiệp nước ta cho thấy có nhiều nhà máy sản xuất công nghiệp có nước thải chứa hợp chất thuỷ ngân, kẽm nói riêng kim loại nặng nói chung nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất pin, số nhà máy lắp ráp điện tử, khai khoáng Luật Bảo vệ môi trường năm 1993 Luật Bảo vệ môi trường năm 2005 văn hướng dẫn thi hành Luật ban hành đà đặt nhiều yêu cầu bảo vệ môi trường, quản lý chất thải.Trước yêu cầu ngày chặt chẽ Luật, doanh nghiệp đà tập trung đầu tư xây dựng công trình xử lý nước thải theo khả có kinh tế kỹ thuật Tuy vậy, trình vận hành nhà máy xử lý nước thải thường hay nẩy sinh số vấn đề mặt công nghệ dẫn đến chất lượng nước thải sau xử lý không ổn định Vấn đề đặt phải xem xét ảnh hưởng đồng thời thông số công nghệ trình xử lý (theo công nghệ lựa chọn) phương pháp tiếp cận đại vấn đề thời mang tính thực tiễn Đối tượng nghiên cứu : Đối tượng nghiên cứu nước thải sản xuất công ty Pin Hà Nội, địa điểm thị trấn Văn Điển, huyện Thanh Trì, thành phố Hà Nội Đặc điểm nước thải công ty Pin Hà Nội có hàm lượng kim loại nặng thuỷ ngân kẽm cao trình sản xuất công ty sử dụng công nghệ chưng hồ điện với hệ điện cực MnO2 kẽm, dung dịch điện ly khô hồ điện ly có chứa tinh bột ( dạng nhÃo) loại muối ZnCl2, NH4Cl HgCl2 Nước thải sản xuất chứa thành phần gây ô nhiễm, hai kim loại nặng thuỷ ngân kẽm có nhiều nước thải Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu, phân tích lựa chọn phương pháp công nghệ thích hợp xử lý đồng thời thuỷ ngân kẽm nước thải công nghiệp - áp dụng phương 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 phương pháp keo tụ - Xây dựng thuật toán lập chương trình tính toán để tìm thông số công nghệ tối ưu mô hình thống kê - Xây dựng mô hình vật lý biểu diễn quan hệ thông số công nghệ để áp dụng vào thực tế Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết lựa chọn công nghệ xử lý 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 lựa chọn ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài : Xử lý riêng biệt thuỷ ngân kẽm đà nhiều nhà nghiên cứu tiến hành nhiều biện pháp khác Đây công trình nghiên cứu lựa chọn công nghệ hợp lý sử dụng phương pháp mô hình hoá, tối ưu hoá để nghiên cứu xử lý thuỷ ngân kẽm nước thải nhà máy pin Với ưu việt phương pháp mô hình hoá tối ưu hoá nghiên cứu xử lý thuỷ ngân kẽm nước thải công nghiệp (lấy nghiên cứu điển hình cho hệ nước thải nhà máy sản xuất pin), kết nghiên cứu áp dụng để triển khai công nghệ xử lý nước thải chứa thuỷ ngân kẽm nhà máy với công nghệ tương tự góp phần giải xử lý nước thải chứa kim loại nặng đạt tiêu chuẩn thải với thông số công nghệ tối ưu, hệ thống làm việc ổn định 5 Chương Tổng quan kim loại nặng Ô nhiễm nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng phương pháp xử lý 1.1 Thực trạng ô nhiễm nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng nước ta Các ngành công nghiệp sau thải nước thải chứa nhiều kim loại nặng [29]: - Ngành khí luyện kim có phận xử lý bề mặt kim loại mạ, phận đúc cán thép, cắt gọt kim loại - Ngành công nghiệp lắp ráp ô tô - Ngành công nghiệp điện tử có phận sản xuất linh kiện điện tử - Ngành sản xuất hoá chất tập trung vào nhà máy sản xuất pin, ăc quy, sơn, mực in - Ngành công nghiệp điện lực tập trung vào nhà máy nhiệt điện - Ngành công nghiệp in - Ngành công nghiệp khai khoáng - Ngành công nghiệp dệt nhm - N­íc rØ r¸c tõ c¸c b·i chøa r¸c Bảng 1.1 tóm tắt nguồn phát thải (nước thải) chủ yếu kim loại nặng Bảng 1.1- Nguồn phát thải kim loại nặng điển hình ngành công nghiệp Nguồn phát thải Cd Công nghiệp giấy Công nghiệp hóa dầu Công nghiệp tẩy nhuộm [29] Cr Cu Hg Pb Ni + + + + + Sn Zn + + + + + + + + + + + + + As SX vµ sư dụng phân bón Công nghiệp chế biến dầu mỏ Công nghiệp sản xuất thép Công nghiệp kim loại màu Công nghiệp sản xuất ôtô, máy bay Công nghiệp sản xuất vËt liƯu x©y dùng + + + + + + + + + + + + + + C«ng nghiƯp len, da + Nhà máy điện + tầng đất + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Công nghiệp dệt Nham thạch + + + Theo báo cáo điều tra trạng môi trường công nghiệp hàng năm Bộ Công nghiệp, Bộ Tài nguyên Môi trường Sở Tài nguyên Môi trường địa phương, tình trạng ô nhiễm nước thải công nghiệp mức báo động Ngày 22 tháng năm 2003, Thủ tướng Chính phủ đà ban hành Quyết định số 64/2003/QĐ-TTg việc phê duyệt Kế hoạch xử lý triệt để sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Mục tiêu Quyết định đến năm 2007 xử lý triệt để 439 sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đến năm 2012 phạm vi nước không sỏ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Các sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nước thải sản xuất chiếm phần lớn danh sách sở gây ô nhiễm nghiêm trọng Kim loại nặng số loại hình nước thải công nghiệp loại đối tượng chất gây ô nhiễm cần quan tâm nguy tác động trực tiếp đến môi trường tiếp nhận sức khoẻ người chúng lớn Một số kết giám sát chất lượng nước thải số ngành công nghiệp điển ngành công nghiệp điện tử, nhà máy điện, nhà máy sản xuất sơn, mực in (các bảng 1.2; bảng 1.3 bảng 1.4) cho thấy hàm lượng kim loại nặng nước thải ngành sản xuất cao Bảng 1.2 Thành phần nước thải: công ty Fujisu H Nội (ngành công nghiệp điện tử) [29] Chỉ tiêu Đơn vị pH Giá trị mg/l TCVN5945-2005, cột B 7,5 5,5 - Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 214 100 Tæng N mg/l 25,4 30 Tæng P mg/l 9,6 Florua mg/l 0,86 10 Zn mg/l 6,96 Pb mg/l 0,01 0,5 Fe mg/l 12,9 Hg mg/l 0,8 0,01 Bảng 1.3 Thành phần nước thải nhà máy nhiệt điện Ninh Bình [29] Chỉ tiêu Đơn vị pH Giá trị mg/l TCVN 5945-2005, cột B 7,37 5,5-9 Fe mg/l 0,171 Cl mg/l 10,6 Cu mg/l 43,5 Pb mg/l 11,1 0,5 Zn mg/l 6,96 Cd mg/l 0,1 0,01 As mg/l 0,1 Hg mg/l 1,5 0,01 Bảng 1.4 Thành phần nước thải nhà máy pin Hà Nội [29] Các thông số Nhiệt độ Đơn vị o C pH Giá trị TCVN 5945-2005, cột B 26 40 6,8 5,5 - Chất rắn lơ löng mg / l 256 100 Mn mg / l 1,03 Zn mg / l 10,3 Pb mg / l 0,027 0,5 Hg mg / l 0,87 0,01 Clorua mg / l 426 600 NH3 - N mg / l 34,6 1- 5,0 Qua bảng số liệu thành phần nước thải vài ngành công nghiệp, thấy kim loại nặng nước thải có hàm lượng lớn đối tượng phải xử lý 1.2 Các phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng 1.2.1 Phương pháp hấp phụ Phương pháp hấp phụ sử dụng rộng rÃi để làm triệt để nước thải Quá trình hấp phụ sử dụng để tách chất hữu phenol, alkylbenzen-sulphonic axít, thuốc nhuộm, hợp chất thơm, số chất vô có Hg Quá trình hấp phụ sử dụng chất hấp phụ than hoạt tính, đất sét, silicagen, keo nhôm than hoạt tính chất hấp phụ thông dụng Nhiều kết thực nghiệm sử dụng phương pháp để xử lý kim loại nặng đem lại kết tốt, loại bỏ 97% ion Cr3+ Cr6+ nước thải công nghiệp mạ điện.[5]; [8]; [20]; [22]; [23] 1.2.2 Phương pháp điện hoá Phương pháp điện hóa sử dụng trình oxy hóa anot khử catot, đông tụ điện để làm nước thải khỏi tạp chất hòa tan phân tán Phương pháp điện hóa bao gồm hai trình song song: - Quá trình oxy hóa anot - Quá trình khử catot Trong trình khử catot ứng dụng để loại bỏ ion kim loại khỏi nước thải dạng bùn cặn nhằm chuyển cấu tử gây ô nhiễm thành hợp chất độc dạng dễ tách khỏi nước cặn, khí Quá trình sử dụng để làm nước thải chứa ion kim loại : Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+, As3+ Cr6+ Phương pháp điện hoá sử dụng xử lý nước thải để khử độc thu hồi kim loại quí điện cực anốt tác dụng dòng điện chiều, chẳng hạn xử lý nước thải mạ niken, mạ bạc, nhà máy làm giàu quặng kim loại, xưởng tẩy gỉ kim loại [8]; [20] 1.2.3 Phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion dùng để tách ion kim loại nặng từ nước thải Phương pháp cần vốn đầu tư kinh phí lớn nên thực tế áp dụng thu hồi kim loại có giá trị làm mềm nước sử dụng cho lò hơi, sản xuất hoá chất tinh khiết, hoá dược Bản chất trình trao đổi ion trao đổi ion bề mặt chất rắn với ion có điện tích dung dịch nước thải sau tiếp xóc víi [20] VÝ dơ xư lý n­íc thải mạ điện chứa ion niken xảy phản øng ho¸ häc chÝnh nh­ sau : Khi dïng nhùa cationit gèc axit m¹nh ( -SO3H) Ni2+ + 2HR ⇔ NiR2 + 2H+ Phản ứng hoàn nguyên cationit dùng H2SO4 % : NiR2 + nH+ ⇔ HR + Ni2+ + (n-2) H+ 10 1.2.4 Phương pháp kết tủa Phương pháp kết tủa sử dụng nhiều xử lý nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng.[8]; [20] Các tác nhân kết tủa thường sử dụng hydroxyt, cabonat, sunphat kim loại kiềm vài chất khác Nhiều hydroxyt kim loại kết tủa pH từ 8-11, chúng tách khỏi dung dịch Các ion kim loại Mn2+, Ni2+, Co2+ loại bỏ hoàn toàn phương pháp kết tủa nhờ tác nhân kết tủa Ca(OH)2 hay NaOH, Na2CO3 Độ tan hydroxyt kim loại nặng đạt tới giá trị nhỏ thường giá trị pH khoảng 9-11, sau tăng dần theo tăng giá trị pH tạo thành phức hydroxyt tan, theo ph¶n øng sau [22]: Zn (OH)2 (r) + OH- Zn (OH)-3 Ví dụ : trình phản øng kÕt tđa Ni2+ x¶y theo ph¶n øng sau (ë ®iỊu kiƯn pH = -11) NiSO4 + Ca (OH)2 Ni(OH)2 + CaSO4 1.2.5 Phương pháp keo tụ Keo tụ phương pháp làm khử màu nước thải cách dùng chất keo tụ chất trợ keo tụ để liên kết chất bẩn dạng lơ lửng tạo thành có kích thước lớn [5] Các tách khỏi nước thải lắng, lọc Trong trình keo tụ việc tách bỏ kim loại nặng ta đồng thời loại bỏ hạt keo loại bỏ phương pháp thông thường Các chất keo tụ hay sử dụng phèn nhôm, muối sunphát sắt để tách ion kim loại nặng Pb2+, Cd2+, Cr3+, Zn2+, Ni2+, Hg2+, Co2+ 1.2.6 Xử lý kim loại nặng phương pháp sinh học Phương pháp sinh học để xử lý kim loại nặng nước thải đà nghiên cứu đà đạt số kết định  ... quan kim loại nặng Ô nhiễm nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng phương pháp xử lý 1.1 Thực trạng ô nhiễm nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng nước ta Các ngành công nghiệp sau thải nước thải. .. bách khoa hà nội NguyMô hình hoá trình xử lý nước thải công nghiệp chứa thuỷ ngân, kẽm kim loại nặng chuyên ngành: trình thiết bị công nghệ hóa học mà số: 62.52.77.01 Luận án tiến sü kü thuËt Ng­êi... bảng số liệu thành phần nước thải vài ngành công nghiệp, thấy kim loại nặng nước thải có hàm lượng lớn đối tượng phải xử lý 1.2 Các phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng 1.2.1 Phương pháp