Đánh giá hiệu quả và đề xuất công nghệ xử lý crom, niken trong nước thải mạ điện tại khu công nghiệp phố nối – hưng yên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN QUANG HUY ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CROM, NIKEN TRONG NƢỚC THẢI MẠ ĐIỆN TẠI KHU CÔNG NGHIỆP PHỐ NỐI - HƢNG YÊN Ngành : Khoa học môi trƣờng Mã số : 8.44.03.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Thế Hùng Thái Nguyên, năm 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi thực dƣới hƣớng dẫn khoa học GS.TS Nguyễn Thế Hùng khơng chép cơng trình nghiên cứu ngƣời khác Toàn số liệu kết có luận văn thân tơi thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khoa học khác Các thơng tin thứ cấp sử dụng luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đƣợc trích dẫn đầy đủ, trung thực qui cách Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm tính xác thực nguyên luận văn Tác giả NGUYỄN QUANG HUY ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chƣơng trình cao học viết luận văn này, tơi đƣợc sử hƣớng dẫn, giúp đỡ đóng góp nhiệt tình q thầy trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên Lời xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Thế Hùng, Khoa môi trƣờng, trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên tạo điều kiện, tận tình giúp đỡ tơi suốt q trình hồn thành luận văn thạc sĩ Tơi cảm ơn tới: - Các thầy cô, cô giáo Khoa Môi trƣờng trang bị cho nhiều kiến thức khoa học chuyên sâu có giá trị thực tiễn suốt khóa học Những kiến thức góp phần quan trọng khơng thể thiếu để tơi hồn thiện đƣợc báo cáo luận văn thạc sĩ - Ban lãnh đạo, cán công ty khu công nghiệp Phố Nối Hƣng Yên nơi tiến hành thực nghiệm tạo điều kiện giúp đỡ - Anh chị Viện Kỹ thuật Công nghệ Môi trƣờng bảo tận tình giúp đỡ tơi suốt trình điều tra, khảo sát, lấy mẫu nghiên cứu - Cuối xin trân thành gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè khích lệ, ủng hộ động viên tơi hồn thành luận văn Luận văn đƣợc làm nghiêm túc, song chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế Kính mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp q báu q thầy đồng nghiệp để tơi hồn thành luận văn cách tốt Thái Nguyên, tháng 11 năm 2022 Học Viên iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG .v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu: Ý nghĩa đề tài: .2 CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .4 1.1 Cơ sở khoa học 1.1.1 Một số khái niệm liên quan đến đề tài nghiên cứu 1.1.2 Giới thiệu cơng nghệ mạ điện quy trình mạ nguồn gốc phát sinh nƣớc thải mạ 1.2 Hiện trạng nƣớc thải mạ Việt Nam 19 1.2.1 Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc thải mạ Việt Nam 19 1.2.2 Tổng quan đặc trƣng nƣớc thải mạ 21 1.2.3 Tính độc nƣớc thải mạ điện: 22 1.3 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải mạ có chứa kim loại áp dụng 24 CHƢƠNG 2.NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu 32 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 32 2.1.2 Địa điểm nghiên cứu 32 2.2 Nội dung nghiên cứu: 32 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu: .33 2.3.1 Phƣơng pháp điều tra thu thập số liệu thứ cấp 33 2.3.2 Phƣơng pháp lấy, bảo quản, vận chuyển mẫu: 33 iv 2.3.3 Phƣơng pháp phân tích, xử lý số liệu: .39 CHƢƠNG 3.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 40 3.1 Khái quát khu công nghiệp Phố Nối – Hƣng Yên, huyện Văn Lâm, tỉnh Hƣng Yên .40 3.1.1 Vị trí địa lý lịch sử phát triển 40 3.1.2 Tình hình đầu tƣ, sở hạ tầng hoạt động .41 3.1.3 Thực trạng phát sinh nƣớc thải nhà máy khu công nghiệp 43 3.1.4 Địa điểm xây dựng, quy mô, công suất cơng ty phát sinh nƣớc thải mạ 44 3.1.5 Tìm hiểu công nghệ xử lý nƣớc thải mạ .45 3.2 Đánh giá tính hiệu xử lý nƣớc thải trạm xử lý nƣớc thải mạ nhà máy thuộc khu công nghiệp Phố Nối – Hƣng Yên 48 3.2.1 Đánh giá chất lƣợng nƣớc thải trƣớc sau xử lý số nhà máy 48 3.2.2 Đánh giá khái quát đặc tính nƣớc thải mạ nhà máy thuộc khu công nghiệp 56 3.2.3 Đánh giá tác động nƣớc thải xả từ trạm xử lý nƣớc thải tập trung Khu Công Nghiệp đến chất lƣợng môi trƣờng nƣớc mặt xung quanh 57 3.3 Đề xuất lựa chọn công nghệ xử lý Crom Niken nƣớc thải mạ vôi sữa phèn sắt 62 3.3.1 Đánh giá đặc tính hóa lý phèn sắt vôi sữa xử lý nƣớc thải công nghiệp 16 3.3.2 Ứng dụng công nghệ xử lý Crom Niken nƣớc thải mạ điện vôi sữa phèn sắt 64 3.4 So sánh tính hiệu quả, tính kinh tế công nghệ đề xuất so với công nghệ khác 70 3.4.1 So sánh hiệu xử lý .70 3.4.2 So sánh tính kinh tế 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .74 KẾT LUẬN 74 KIẾN NGHỊ .75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 v DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Các nhóm ngành tập trung khu cơng nghiệp Phố Nối A 43 Bảng 3.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải mạ điện công ty khu công nghiệp Phố Nối A Hƣng Yên 47 Bảng 3.3 Kết phân tích chất lƣợng nƣớc Công ty TNHH MTV 48 Bảng 3.4 Kết phân tích chất lƣợng nƣớc thải Công ty 49 Bảng 3.5 Kết phân tích chất lƣợng nƣớc thải Công ty thép Nhật Quang 51 Bảng 3.6 Kết phân tích chất lƣợng nƣớc thải Cơng ty 52 Bảng 3.7 Kết phân tích chất lƣợng nƣớc thải trƣớc sau khu vực 56 Bảng 3.8 Kết phân tích chất lƣợng nƣớc mặt vị trí thƣợng lƣu Sơng Bún 58 Bảng 3.9 Kết tổng hợp phiếu điều tra nhƣ sau: 60 Bảng 3.10 Kết tổng hợp phiếu điều tra nhƣ sau: 62 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý quy trình mạ Hình 1.2 Quy trình mạ nguồn chất thải phát sinh từ mạ điện 11 Hình 3.1 Mặt Quy hoạch KCN Phố Nối A – Tỉnh Hƣng Yên 41 Hình 3.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nƣớc thải KCN Phố Nối A 43 Hình 3.3 Hàm lƣợng chất hữu nƣớc thải mạ điện sau qua hệ thống xử lý đơn vị phát sinh nƣớc thải mạ KCN Phố Nối 53 Hình 3.4 Hàm lƣợng số kim loại nƣớc thải mạ điện sau qua hệ thống xử lý đơn vị phát sinh nƣớc thải mạ điện KCN Phố Nối 54 Hình 3.5 Hàm lƣợng kim loại Crom VI sau xử lý số công ty KCN Phố Nối A Hƣng Yên 55 Hình 3.6 Hàm lƣợng kim loại Crom III sau xử lý số công ty KCN Phố Nối A Hƣng Yên 55 Hình 3.7 Sơ đồ cơng nghệ xử lý Crom Niken nƣớc thải mạ điện 64 vii DANH MỤC VIẾT TẮT BOD : Nhu cầu oxy sinh học BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trƣờng BVMT : Bảo vệ môi trƣờng COD : Nhu cầu oxy hóa học CP : Chính phủ CHXHCN : Cộng hịa xã hội chủ nghĩa KCN : Khu cơng nghiệp QCVN : Quy chuẩn Việt Nam NĐ-CP : Nghị định Chính phủ TNHH : Trách nhiệm hữu hạn UBND : Ủy ban nhân dân MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nền kinh tế Việt Nam giai đoạn phát triển nóng, với hàng loạt khu công nghiệp nở rộ Tuy nhiên việc phát triển kinh tế nhanh chóng giai đoạn q trình cơng nghiệp hố, đại hố đất nƣớc kèm theo hệ lụy lớn mơi trƣờng làm suy giảm chất lƣợng mơi trƣờng sống Sự xuất liên tục khu công nghiệp với quy mơ lớn, nhà máy xí nghiệp tạo tác động lớn mơi trƣờng suy thối nguồn tài ngun thiên nhiên, đặc biệt môi trƣờng nƣớc môi trƣờng quan trọng mức báo động tình trạng nhiễm Nƣớc thải cơng nghiệp từ cơng ty, nhà máy xí nghiệp khu công nghiệp tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc nƣớc ta Khu công nghiệp Phố Nối tỉnh Hƣng Yên khu cơng nghiệp có tốc độ phát triển nhanh miền Bắc nƣớc ta, nhờ mà kinh tế tỉnh nhƣ nƣớc tăng trƣởng nhanh chóng Trong KCN này, nhà máy sản xuất chế tạo chiếm tỉ lệ tƣơng đối lớn đó, cơng nghệ mạ điện đƣợc sử dụng nhiều nhà máy KCN (Chủ yếu mạ Crom Niken) Nhƣng đổi lại mạ điện ngành gây ô nhiễm môi trƣờng cao phát sinh hóa chất độc hại nƣớc thải có chứa nhiều ion kim loại nặng gây nguy hiểm cho ngƣời, địi hỏi phải kiểm sốt nhiễm mơi trƣờng trình áp dụng phƣơng pháp mạ điện vào sản xuất ngành công nghiệp Hiện nay, nhiều sở mạ, vấn đề môi trƣờng không đƣợc quan tâm cách chuẩn mực, chất thải sinh từ q trình sản xuất khơng đƣợc xử lý cách triệt để gây ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng Các kết phân tích chất lƣợng nƣớc thải sở mạ điển hình khu công nghiệp, số nhà máy mạ thể tiêu không đạt đƣợc tiêu chuẩn nƣớc thải cho phép theo QCVN, tiêu kim loại nặng vƣợt nhiều lần cho phép Các đơn vị thƣờng có thái độ tránh né việc xử lý giá thành xử lý cao, khu vực nhà máy có điều kiện kinh tế lớn đầu tƣ hệ thống xử lý tốn nhiều kinh phí tiêu đạt đƣợc nhiên cịn hộ doanh nghiệp vừa nhỏ khu công nghiệp cịn gặp khó khăn cơng tác xử lý nƣớc thải mạ Vì vậy, tính cấp thiết để đầu tƣ vào công nghệ xử lý phù hợp với kinh tế có tính hiệu cao để thực công tác bảo vệ môi trƣờng vấn đề cần thiết để đảm bảo cho phát triển bền vững khu công nghiệp tƣơng lai Hiện nay, giới nhƣ nƣớc có nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải mạ điện đƣợc áp dụng: Phƣơng pháp điện hóa, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp trao đổi ion, phƣơng pháp sinh học Nhƣng, khả áp dụng phƣơng pháp vào thực tế thấp buộc cản trở yếu tố nhƣ hiệu xử lý loại phƣơng pháp, ƣu nhƣợc điểm đặc biệt, điều quan trọng khiến nhà đầu tƣ khó xây dựng đƣợc quy trình cơng nghệ xử lý mạ điện phù hợp kinh phí đầu tƣ cho hệ thống xử lý việc trì hoạt động hệ thống xử lý Trên thực tế, hầu hết sở mạ khu vực Phố Nối Hƣng Yên chƣa thể đầu tƣ công nghệ xử lý tiên tiến chi phí lớn, đồng nghĩa với việc trạng nƣớc thải bị mức xấu, tỉ lệ nhiễm độc kim loại nặng cao Vì vậy, với hy vọng sử dụng công nghệ tối ƣu với chi phí phù hợp với điều kiện hầu hết doanh nghiệp vừa nhỏ tiến hành đề tài: “Đánh giá hiệu đề xuất công nghệ xử lý Crom, Niken nước thải mạ điện khu công nghiệp Phố Nối – Hưng Yên” Mục tiêu nghiên cứu: - Điều tra, đánh giá trạng ô nhiễm kim loại (Crom Niken) nƣớc thải mạ nhà máy sản xuất thuộc khu công nghiệp Phố Nối, Hƣng Yên - Đánh giá hiệu xử lý nƣớc thải mạ nhà máy khu công nghiệp Phố Nối, Hƣng Yên - Đề xuất phƣơng pháp xử lý hàm lƣợng Crom Niken nƣớc thải mạ Ý nghĩa đề tài: - Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài góp phần nâng cao hiệu xử lý nƣớc thải góp phần thúc đẩy công tác bảo vệ môi trƣờng doanh nghiệp mơi trƣờng xung quanh, đóng góp thiết thực vào mục tiêu phát triển kinh tế đôi với bảo vệ môi trƣờng, tiến tới phát triển bền vững - Ý nghĩa học tập nghiên cứu khoa học: + Vận dụng phát triển kiến thức vào đời sống thực tiễn 63 dụng để xử lý chất nhiễm có nƣớc thải 3.3.1.1 Cơ sở lựa chọn phèn sắt vôi sữa xử lý nước thải mạ điện - Về nguồn nguyên vật liệu thị trƣờng: Vôi sữa phèn sặt nguồn nguyên liệu dễ tìm kiếm thị trƣờng có giá thành rẻ - Dựa vào đặc tính lý hóa phèn sắt vơi sữa: Nhƣ trình bày mục 1.1.2.3 nhờ vào đặc tính oxy hóa khử mạnh phèn sắt khử Cr+6 (một chất độc) Cr+3 (chất độc hơn), bên cạnh nhờ vào kết hợp phèn sắt vôi sữa xử lý nƣớc thải (sẽ trình bày mục tiếp theo) vơi sữa có khả giúp trung hịa độ pH lên số phù hợp để khử Ni+ nƣớc thải giai đoạn nên lựa chọn loại nguyên liệu để xử lý nƣớc thải mạ điện 3.3.1.2 Sự kết hợp phèn sắt vôi sữa xử lý nước thải Trong hầu hết trƣờng hợp, phèn sắt điển hình phèn sắt sunphat khơng sử dụng riêng lẻ mà kết hợp với vôi để tạo kết tủa Nhƣ trình bày phần trên, sử dụng phèn sắt làm chất keo tụ, chúng phân ly nƣớc tạo thành hydroxit tan, theo phản ứng dƣới đây: FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl FeSO4 + 2H2O → Fe(OH)2 + H2SO4 Các axit HCl H2SO4 đƣợc tạo trình thủy phân làm giảm nồng độ pH môi trƣờng nƣớc thải xuống, trở thành môi trƣờng axit Điều làm cho khoảng pH phản ứng không vùng tối ƣu hiệu suất q trình phản ứng bị giảm Khi đó, việc bổ sung lƣợng vơi sữa định giúp trung hịa hàm lƣợng ion H+ sinh trình phân ly phèn, để tạo hydroxit hấp thụ chất lơ lửng tạo thành keo tụ lớn Phản ứng trung hòa axit tạo trình phản ứng nhƣ sau: 2HCl + Ca(OH)2  CaCl2 + H2O H2SO4 + Ca(OH)2  CaSO4+ H2O Nhƣ vậy, vơi sữa có vai trị ổn định pH q trình đơng – keo tụ, đồng thời làm tăng hiệu suất trình xử lý 64 3.3.2 Ứng dụng công nghệ xử lý Crom Niken nước thải mạ điện vôi sữa phèn sắt Căn vào đặc tính nƣớc thải mạ với kết hợp đặc tính phản ứng tốt vơi sữa phèn sắt q trình xử lý nƣớc thải xin đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý Crom Niken nƣớc thải mạ điện vơi sữa phèn sắt nhƣ sau: Hình 3.7 Sơ đồ công nghệ xử lý Crom Niken nước thải mạ điện vôi sữa phèn sắt Nguyên lý hoạt động: Đầu tiên, để xử lý hiệu đƣợc hợp chất kim loại có nƣớc thải mạ (Crom Niken) ta cần bể đầu vào bể thu gom tách nguồn thải: Bể thu gom, tách nguồn thải - Chức năng: thu gom toàn lƣợng nƣớc thải phát sinh nhà máy có nhiệm vụ tách riêng nguồn thải chứa Crom(VI) nguồn thải chứa Niken để giúp tối ƣu cho trình xử lý giảm thiểu đƣợc tiêu hao hóa chất Lý ta thu gom 65 nguồn thải thành nguồn để phù hợp với tính khả thi tối ƣu đƣợc mặt kinh tế gồm chi phí đầu tƣ vận hành Nguồn thải Crom: Đƣợc thu gom tồn nguồn nƣớc thải phát sinh có chứa thành phần Crom(VI), axit trình mạ bể Crom (bể thu gom 1) Nguồn thải Niken: Thu gom tồn nguồn chứa Niken (khơng chứa Crom(VI) bể gom nguồn thải Niken (bể thu gom 2), nguồn chứa đồng thời Niken Crom(VI) cho bể thu gom Thông số thiết kế bể: Thời gian thủy lực đƣợc tính tốn phụ thuộc vào lƣu lƣợng nƣớc thải, phƣơng thức sản xuất xả thải nhà máy nhƣ (xả thải theo mẻ hay liên tục, theo hành hay theo đơn hàng sản xuất ) Thông số thời gian lƣu thủy lực cần đáp ứng đủ để chứa lƣợng nƣớc thải vào xả thải đỉnh đảm bảo cho hệ thống hoạt động ổn định có biến động nồng độ chất ô nhiễm lƣu lƣợng xả thải Ngoài ra, tùy vào điều kiện mặt bằng, diện tích khu vực lắp đặt hệ thống, hoạt động sản xuất nhà máy mà có điều chỉnh phù hợp Lƣu ý, bể thu gom đặc tính bể Crom có tính oxi hóa mạnh cần thiết kế dạng bể loại bể chống ăn mịn, có tính axit nhƣ loại vật liệu nhựa, composite, v.v Bể khử Crom (VI) Sau lƣợng thải đƣợc tách riêng nguồn, bể thu gom nƣớc đƣợc bơm vào bể khử Crom(VI) - Chức năng: Bể khử Crom (VI) có chức khử Crom (VI) dạng Crom (III) để có khả kết tủa loại bỏ đƣợc nguồn thải Để khử Crom (VI) tác nhân có vai trị chất khử môi trƣờng phản ứng phù hợp Và chất khử thông dụng hay đƣợc dùng phản ứng khử xin đề xuất Sắt (II) loại hóa chất thơng dụng thị trƣờng có giá thành rẻ tính theo đơn giá để khử đơn vị Crom (VI) Bên cạnh đó, sản phẩm phụ sinh trình phản ứng Fe(III), SO42-, Fe(II) dƣ dễ dàng bị loại bỏ cơng nghệ phía sau không gây vấn đề ô nhiễm thứ cấp, điểm lợi thể sử dụng phèn sắt Mơi trƣờng thuận lợi cho q trình khử mơi trƣờng có tính axit mực pH khoảng Phản ứng khử Crom (VI) Fe (II) môi trƣờng 66 axit đƣợc biểu thị nhƣ sau: Cr6+ + 3Fe2+  Cr3+ + 3Fe3+ Trong phản ứng, tỉ lệ mol Fe(II)/Cr(VI) 3/1 tƣơng ứng với tỉ lệ khối lƣợng 2,95 gam Fe(II)/1 gam Cr(VI) Trên thị trƣờng, loại phèn Sắt(II) sulphat có cơng thức FeSO4.7H2O 98% chứa khoảng 20% Fe(II), lƣợng phèn Sắt (II) sulphat tính theo phản ứng để khử đƣợc gam Cr(VI) khoảng 15 gam Thực tế, để đảm bảo xử lý triệt để Cr(VI) lƣợng Fe(II) cần tính tốn dƣ khoảng 20-50% so với tỉ lệ lý thuyết Quá trình để xử lý đảm bảo hiệu khử Crom (VI) cần đƣợc kỹ sƣ hóa để điều chỉnh đƣợc lƣợng hóa chất phù hợp đáp ứng tiêu chuẩn (Nguyễn Trần Dung (2000), Hóa học phân tích, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội) - Thông số thiết kế: Với thiết kế bể khử, thời gian lƣu bể đƣợc tính toán dựa vào tốc độ phản ứng khử Crom (VI) Fe(II) Đây phản ứng hóa học, tốc độ xảy phản ứng nhanh thời gian lƣu phản ứng ngăn) Đây phản ứng hóa học, xảy chiều với tốc độ phản ứng nhanh, thời gian lƣu phản ứng ngắn Tính tốn dựa theo số liệu số tốc độ điều kiện phản ứng mơi trƣờng axít (pH =4), với lƣợng Fe(II) dƣ cho thấy 99% lƣợng Cr(VI) đƣợc khử hồn tồn Cr(III) vịng thời gian chƣa đến phút Do vậy, lựa chọn thời gian lƣu phản ứng thƣờng đƣợc lấy dƣ so với tính tốn theo lý thuyết Lƣu ý: Do bể xảy phản ứng khử tƣơng tự bể thu gom vật liệu cần lựa chọn vật liệu bền mơi trƣờng axit Ngồi ra, bể cần có thiết bị kiểm sốt nồng độ pH, ORP để đảm bảo điều kiện tối ƣu cho phản ứng khử đƣợc xảy hoàn toàn Lƣợng Fe(II) bơm vào bể phải đảm bảo lƣợng dƣ thừa cho phản ứng khử Crom(VI) Bể nâng pH, oxi hóa Fe(II) kết tủa Niken Tiếp theo nƣớc đƣợc chảy từ bể khử Crom sang bể phản ứng Tại bể này, lƣợng nƣớc thải từ bể Niken tách đƣợc bơm vào để xử lý lƣợng Niken - Chức năng: bể xử lý đồng thời dòng thải Niken Crom sau khử hết Crom(VI) Bể đƣợc thiết kế để xảy trình oxi hóa Fe(II), bể nâng nồng độ pH để kết tủa Niken, Crom(III) Fe(III); bể thực phản ứng tạo để thuận lợi cho trình lắng loại kim loại Tại bể phản ứng oxi 67 hóa, pH đƣợc điều chỉnh phù hợp để ƣu tiến cho trình xử lý Niken, hóa chất để sử dụng để nâng pH vơi sữa( vơi sữa có ƣu điểm giá thành rẻ, vật liệu sẵn nữa, ion Ca2+ cịn có khả tạo kết tủa với SO32-, PO43-, S2- nên có tác dụng làm giảm nồng độ ion nƣớc thải), oxi đƣợc sục vào vừa để đảo trộn vừa cấp oxi để tạo phản ứng chuyển hóa Fe(II) thành Fe(III) Tại bể này, nhờ vào trình sục oxy liên tục nên kết tủa kim loại Cr(OH)3, NiOH Fe(OH)3 không bị lắng đƣợc đẩy sang bể keo tụ, tạo bơng phía sau Thơng số thiết kế: Các phản ứng nâng pH, oxi hóa Fe(II) xảy gần nhƣ tức thì, thời gian lƣu không cần nhiều Theo kinh nghiệm, thời gian lƣu thủy lực ngăn thiết kế từ 5-10 phút dƣ mặt phản ứng, nhƣng cần đảm bảo tiêu chí dịng chảy, khơng gian thi công, lắp đặt thiết bị đƣờng ống dẫn thu nƣớc hệ công suất nhỏ Một số lƣu ý thiết kế: Tại bể này, mơi trƣờng ăn mịn giảm bớt địi hỏi vật liệu chế tạo không cần cao cấp nhƣ bể gom, bể điều hòa bể phản ứng khử Cr(VI) Tuy nhiên, mơi trƣờng có oxi TDS cao nên yếu tố ăn mòn hữu Do vậy, tốt dùng bể bê tơng, gạch vữa vật tƣ chịu ăn mịn tốt nhƣ inox sus304, nhựa, composite, thép sơn epoxy,… Trong q trình bể nâng pH cần có thiết bị kiểm soát pH để đảm bảo điều kiện tối ƣu cho phản ứng kết tủa Ni Giá trị pH đƣợc xác định tối ƣu cho nguồn thải,ƣu tiên để kết tủa NiOH tối đa, đảm bảo đạt tiêu chuẩn thải Ni bể (Nguyễn Trần Dung (2000), Hóa học phân tích, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội) Bể phản ứng tạo bông: Nƣớc nâng pH phản ứng oxi hóa sang bể phản ứng tạo bơng phía sau - Chức năng: Tại bể này, hóa chất trợ keo PAM (PAM loại polymer có cấu tạo từ acrylamide, hợp chất có cơng thức phân tử C3H5N tan dễ dàng nƣớc Hóa chất PAM cịn đƣợc biết đến với tên Anion hay Anionic Polyacrylamide, chất rắn màu trắng, không mùi, có tính hút ẩm mạnh) đƣợc bơm vào, khí đƣợc dùng để đảo trộn máy khuấy giúp cho q trình tạo bơng keo tụ đƣợc diễn Nƣớc thải bể ta quan sát thấy hạt bơng keo tụ lớn, dễ lắng, q trình lắng khoảng 5-10 phút 68 - Thông số thiết kế: Tại bể này, mơi trƣờng ăn mịn giảm bớt địi hỏi vật liệu chế tạo khơng cần cao cấp nhƣ bể gom, bể điều hòa bể phản ứng khử Cr(VI) Tuy nhiên, mơi trƣờng có oxi TDS cao nên yếu tố ăn mòn hữu Bể lắng Cuối sau hình thành hạt bơng keo tụ bể keo tụ nƣớc thải tiếp tục đƣợc bơm qua bể lắng - Chức năng: Tại bể có nhiệm vụ lắng tách loại hạt bơng keo tụ tạo bể phản ứng trƣớc để thu gom nƣớc - Thơng số thiết kế: thiết kế nhƣ bể lắng sơ cấp thông thƣờng Có thể lựa chọn thiết kế theo lắng đứng, lắng trung tâm, lắng ngang lắng nghiêng tùy vào nhu cầu chủ đầu tƣ, công suất thiết kế Một số lƣu ý thiết kế: nên lựa chọn vật liệu chống ăn mòn tốt nhƣ dùng bể bê tông, gạch vữa, inox sus304, nhựa, composite, thép sơn epoxy,… Bể kiểm soát pH sau lắng Sau trình lắng nƣớc tiếp tục đƣợc bơm vào bể kiểm sốt sau lắng - Chức năng: bể có chức nhƣ tên gọi kiểm soát nồng độ pH sau bể lắng Do q trình trƣớc pH nguồn thải đƣợc lựa chọn ƣu tiên cho trình kết tủa Niken, giá trị pH nƣớc cao so với tiêu chuẩn xả (pH = 5,5 – 9) Vậy ta cần điều chỉnh pH trƣớc cho nƣớc tiếp tục qua hệ thống lọc áp lực phía sau Q trình điều chỉnh pH xuất lƣợng nhỏ kết tủa hydroxit kim loại, chủ yếu kim loại lƣỡng tính nhƣ Cr(OH)3, Al(OH) Các kết tủa đƣợc lọc giữ lại nhờ hệ thống lọc áp lực Thông số thiết kế: phản ứng pH kết tua hydroxit xảy gần nhƣ ngày phản ứng, thời gian lƣu bể khơng cần nhiều, ngăn để thời gian lƣu từ 5-10 phút dƣ phản ứng Vì thể tích bể cần lựa chọn phù hợp Nguyên vật liệu dùng cho bể cá thiết bị chống ăn mịn tốt nhƣ bể bê tơng,inox v.v.v Bể lọc áp lực: Sau độ pH đƣợc kiểm soát, nƣớc tiếp tục đƣợc bơm vào bể lọc áp lực 69 - Chức năng: bể có chức lọc loại bỏ cặn kết tủa lại, giúp cho nƣớc trở nên hấp thụ xử lý đánh bóng nƣớc thải trƣớc vào bể cuối bể khử trùng để xả ngồi mơi trƣờng - Thơng số thiết kế: Thiết kế tùy theo công suất lọc bể tốc độ lọc chúng ‐ Tầng lọc: cao 0,6 – 0,9m, bố trí hai lớp lọc cát than, lớp than chiếm 30-50% ‐ Tốc độ lọc: 3,5 - 7,0m /giờ ‐ Tốc độ rửa ngƣợc: 10 - 15m/giờ Bể khử trùng xả thải - Chức năng: Bể khử trùng có chức khử trùng loại bỏ vi sinh vật gây hại có nƣớc, để đảm bảo tiêu chuẩn nƣớc thải Coliform eoli trƣớc xả thải ngồi mơi trƣờng Nƣớc xả thải ngồi mơi trƣờng đảm bảo giá trị nằm giới hạn cho phép QCVN 40:2011/BTNMT - Thông số thiết kế: tùy thuộc vào phƣơng pháp kỹ thuật khử trùng nhƣ (khử Clo hoạt tính, Ozon tia UV) mà sử dụng thiết kế thiết bị khử trùng phù hợp với công suất khả xả hệ thống Bể xử lý bùn thải Tại khu vực bể lắng, lƣợng bùn thải sau lắng đƣợc đẩy vào khu vực bể xử lý bùn thải Bùn thải đƣợc sinh kết tủa hydroxit kim loại Cr(OH)3, NiOH, Fe(OH)3 muối sulphat, photphat Bùn sau đƣợc lƣu chứa bể xử lý bùn thải đƣợc ép bùn làm khô cho sân phơi bùn để giảm thiểu khối lƣợng thể tích trƣớc bàn giao cho đơn vị chức thu gom xử lý theo quy định 10 Giải pháp bảo trì quản lý hệ thống: a Bảo trì thƣờng xuyên - Việc bảo trì thƣờng xuyên cần đƣợc thực để đảm bảo hệ thống hoạt động tốt, hạn chế hƣ hỏng chi tiết/ phận hệ thống xảy bất ngờ Do cần theo dõi để phát sửa chữa kịp thời - Ln giữ gìn vệ sinh chi tiết ,bộ phận thiết bị Vật tƣ sử dụng hàng ngày phải có sẵn để tiện dụng b Bảo trì hàng ngày 70 - Kiểm tra mức dung dịch hóa chất chuẩn bị pha chế bổ sung cần thiết - Kiểm tra chất lƣợng nƣớc sau xử lý - Hàng ngày ghi sổ nhật ký vận hành thơng số theo mẫu đính kèm c Bảo trì hàng tháng - Kiểm tra chất lƣợng nƣớc sau xử lý - Kiểm kê lƣợng hóa chất sử dụng bổ sung cần thiết 3.4 So sánh tính hiệu quả, tính kinh tế cơng nghệ đề xuất so với công nghệ khác 3.4.1 So sánh hiệu xử lý Xử lý Cr, Ni nƣớc thải mạ điện sử dụng muối Fe (II) kết hợp với môi trƣờng kiềm theo nguyên tắc: - Quá trình khử Cr6+ thành Cr3+ muối Fe (II) (FeSO4.7H2O) ta có phƣơng trình phản ứng nhƣ sau: Cr2O72Cr2O72- + + 14H+ 6e  2Cr3+ + 7H2O Fe2+  Fe3+ + e 6Fe2+  2Cr3+ + 6Fe3+ mol mol + 14H+ + + 7H2O (1) Để phản ứng (1) xảy hoàn toàn ngƣời ta phải dùng dƣ muối Fe (II) - Cr3+, Ni2+ đƣợc loại bỏ dƣới dạng Cr(OH)3↓, Ni(OH)2↓ không tan theo phản ứng: Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3↓ Ni2+ + 2OH- → Ni(OH)2↓ Quá trình kết tủa Ni(OH)2↓ xuất pH = tan axit, không tan kiềm dƣ, tan NH3 muối amoni [1] Do ta không cần quan tâm đến nồng độ OH- cho vào - Cịn kim loại nặng khác có phản ứng tƣơng tự Ví dụ: Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2↓ O2 → kk Fe(OH)3↓ 71 Để loại bỏ Cr3+ Ni2+ nƣớc thải ta cần tạo kết tủa Cr3+, Ni2+ dƣới dạng Cr(OH)3↓, Ni(OH)2↓ sử dụng xút (NaOH) vôi sữa (Ca(OH)2) * Hiệu xử lý sử dụng xút (NaOH) để kết tủa Cr3+, Ni2+: - Nhập hai dòng thải chứa Ni Cr sau khử hết Cr (VI) Cr (III) Bơm NaOH vào bể nâng pH xảy phản ứng phản ứng: Cr3+ + 3NaOH → Cr(OH)3↓ + 3Na+ Ni2+ + 2NaOH → Ni(OH)2↓ + 2Na+ (2) Phản ứng (2) bắt đầu xuất kết tủa Cr(OH)3↓ pH = tăng OH- cân phản ứng (2) chuyển bên phải làm giảm lƣợng Cr3+ tùy theo hàm lƣợng OH- cho vào Nhƣng pH > 12,5 xảy phản ứng hòa tan kết tủa [1]: Cr(OH)3↓ + OH- CrO2- → + 2H2O (3) - Tính tốn pH nƣớc thải nhƣ sử dụng NaOH 1M để tạo kết tủa Cr(OH)3↓: Ta có: [H+] × [OH-] = 10-14 → [H+] = 10-14 → pH = -log[H+] = 14 > 12,5 Khi xảy phản ứng (3) hòa tan kết tủa Phản ứng (3) mà xảy Cr3+ khơng kết tủa hồn tồn, lƣợng Cr khơng đƣợc loại bỏ đƣợc hoàn toàn Nhƣ vậy, lƣợng OH- cho vào phụ thuộc vào lƣợng Cr3+ nƣớc * Hiệu xử lý sử dụng vôi sữa (Ca(OH)2) để kết tủa Cr3+, Ni2+: - Khi cho vôi sống vào nƣớc xảy phản ứng: CaO + H2O → Ca(OH)2 (4) Ca(OH)2 tan nƣớc, độ tan Ca(OH)2 phụ thuộc vào nhiệt độ, ví dụ nhƣ: Nhiệt độ oC 20 40 80 100 Lượng CaO/100g H2O 0,185 0,165 0,141 0,094 0,077 - Giả sử nhiệt độ 20oC có 0,165g CaO tan 100g H2O => lít H2O có ×1000 = 1,65g CaO => số mol CaO = = 0,0295 (mol) Theo phản ứng (4), số mol CaO số mol Ca(OH)2 0,0295 (mol) => nồng độ Ca(OH)2 ban đầu = = 0,0295 (M) 72 - Phƣơng trình phân li: Ca(OH)2 Ca2+ 0,0295 0 (0,0295 – a) a 2a + 2OH- Tích số tan Ks = 5,5 × 10-6 = Giả sử a 4a3 = 0,0295 × 5,5 × 10-6 => a = √ = 3,4359 × 10-3 => [OH-] = 2a = 6,8718 × 10-3 - Tính tốn pH nƣớc thải sử dụng vơi sữa để tạo kết tủa Cr(OH)3↓: pH = - log[H+] = 14 - log[OH-] = 14 – log(6,8718 × 10-3) = 11,84 Ở pH = 11,84 < 12,5 chƣa thể xảy phản ứng (3) hòa tan kết tủa Cr(OH)3↓  Kết luận: - Căn vào nồng độ pH tính tốn ta thấy, dùng vơi sữa loại bỏ hoàn toàn Cr dƣới dạng Cr(OH)3↓ - Đối với sử dụng NaOH Nếu dùng NaOH khơng loại bỏ hoàn toàn đƣợc Cr cho lƣợng NaOH dƣ Phải kiểm tra pH thƣờng xuyên cho NaOH vào cho dƣ làm pH > 12,5 xảy phản ứng hòa tan kết tủa khơng loại bỏ hồn tồn đƣợc Cr => Lựa chọn sử dụng vôi sữa cho hiệu xử lý cao sử dụng xút (NaOH) 3.4.2 So sánh tính kinh tế - Giả sử bể mạ có nồng độ Cr 17,33 mg/L Vậy m3 nƣớc thải có chứa: = 17,33g Cr => số mol Cr3+ = = (mol) Theo phƣơng trình phản ứng (2) số mol OH- = × = (mol) - Trƣờng hợp sử dụng xút (NaOH) để kết tủa Cr3+, Ni2+: Số mol NaOH số mol OH- = (mol) Vậy khối lƣợng NaOH cần dùng là: × 40 = 120 (g) 73 NaOH công nghiệp thị trƣờng đạt khoảng 70% nguyên chất nên khối lƣợng thực tế NaOH cần dùng là: = 171,4 (g) Giá NaOH công nghiệp khoảng 13.500 (đ/kg), 171,4 (g) NaOH có giá = 2.314 (đồng) - Trƣờng hợp sử dụng vôi sữa để kết tủa Cr3+, Ni2+: Theo phƣơng trình phản ứng (4), số mol CaO = số mol Ca(OH)2 = ½ số mol OH- = 1,5 (mol) => khối lƣợng vôi cần dùng là: 1,5 × 56 = 84 (g) Vơi cơng nghiệp thị trƣờng chứa 30% CaO, 70% tạp chất => khối lƣợng tạp chất có vơi cơng nghiệp = 196 (g) nên khối lƣợng thực tế CaO cần dùng là: 196 + 84 = 280 (g) Giá CaO công nghiệp khoảng 2.600 (đ/kg), 280 (g) CaO có giá = 728 (đồng)  Nhƣ vậy: Lựa chọn công nghệ sử dụng muối sắt (II) kết hợp với vôi sữa để xử lý Cr, Ni nƣớc thải mạ điện có giá thảnh rẻ, đem lại hiệu kinh tế cao so với công nghệ sử dụng muối sắt (II) kết hợp với xút 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua nghiên cứu khu công nghiệp Phố Nối A Hƣng Yên tiến hành đánh giá hiệu xử lý so sánh tính kinh tế phƣơng pháp xử lý nƣớc thải mạ Crom Niken tác giả đề xuất so với phƣơng pháp khác ta đƣa đƣợc số kết luận nội dung nghiên cứu nhƣ sau: KCN Phố Nối Hƣng Yên KCN lớn nƣớc có ngành nghề đa dạng nhƣ ngành nơng sản chăn nuôi, lắp ráp điện, điện tử, hàng tiêu dùng ngành chiếm tỉ lệ cao ngành khí, thép sản phẩm từ thép chiếm tới 36,84% Là KCN lớn việc tuân thủ quy định pháp luật tiêu chuẩn môi trƣờng đƣợc tuân thủ chặt chẽ Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy KCN Phố Nối A Hƣng Yên xử lý đƣợc tiêu theo yêu cầu đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột B nhiên nhiều vấn đề khác nhƣ tiêu chuẩn hệ thống xử lý, kinh nghiệm cán vận hành hệ thống xử lý, cách thức vận hành hệ thống xử lý, chi phí vận hành hệ thống xử lý dành cho nhân công cao nên số nhà máy khơng bố trí cán vận hành hệ thống thƣờng xuyên khiến cho trình xử lý nƣớc thải nhà máy không đảm bảo, mà làm giảm khả xử lý hệ thống khiến cho tiêu kim loại Cr Niken chƣa đạt đƣợc theo mong muốn cụ thể (Công ty TNHH MTV thép Hịa Phát vƣợt QCVN khoảng 1,2-2,4 lần; Cơng ty TNHH Keon Tech Việt Nam vƣợt QCVN khoảng 1,2-5,4 lần; Công ty thép Nhật Quang vƣợt QCVN khoảng 1,3-4,2 lần; Công ty TNHH Daido Amistar VN vƣợt QCVN khoảng 1,45-3,7 lần) + Đặc tính nƣớc thải mạ nhà máy KCN Phố Nối Hƣng Yên chủ yếu cịn bị nhiễm thành phần kim loại đặc biệt Crom, Niken số kim loại khác ngồi nguồn thải cịn hịa trộn chung với lƣợng nƣớc thải sinh hoạt nên số tiêu BOD, COD cịn cao nhƣng đặc tính chung nƣớc thải thành phần ô nhiễm kim loại Và sau xử lý sơ nguồn thải nhà máy, lƣợng thải đƣợc thu gom hệ thống xử lý tập trung KCN Phố Nối để xử lý trƣớc 75 thải nguồn tiếp nhận, kết xử lý cho thấy hệ thống đáp ứng tốt đƣợc nhu cầu xử lý lƣợng thải lớn cho kết xử lý đầu tiêu đạt quy chuẩn hành để xả thải nguồn tiếp nhận sông Bún + Qua khảo sát ngƣời dân nguồn nƣớc sông Bún cịn tình trạng nhiễm có tới 53% ngƣời dân nhận thấy nƣớc sông Bún mức trung bình qua số phân tích phản ánh đƣợc điều nguyên nhân theo đánh giá từ kết điều tra khảo sát nhƣ kết phân tích chất lƣợng nƣớc khu vực lƣợng nƣớc bị nhiễm phía thƣợng lƣu đổ hòa quyện với lƣợng thải từ nguồn tiếp nhận gây nên số nhƣ TSS, BOD vƣợt so với QCVN, nhiên lƣợng nƣớc sông ngƣời dân sử dụng cho trồng trọt rửa xe nên sử dụng bình thƣờng khơng gây ảnh hƣởng tới q trình sinh hoạt ngƣời dân Việc sử dụng phèn sắt kết hợp với vôi sữa để xử lý nƣớc thải điện mà có nhiễm kim loại nặng (Crom Niken) cho thấy đƣợc việc xử lý triệt để đặc tính có nƣớc thải điện khả thi - Cơng nghệ phèn sắt vơi sữa cho thấy tính kinh tế linh hoạt trình xử lý kim loại; - Phƣơng pháp sử dụng phèn sắt vôi sữa kết hợp cho thấy tính hiệu mặt kinh tế phƣơng pháp so với phƣơng pháp sử dụng NaOH KIẾN NGHỊ Loại hình nƣớc thải mạ có tính nhiễm cao tính độc thành phần kim loại khác qua nghiên cứu chúng tơi có kiến nghị sau: Tiếp tục nghiên cứu phát triển để đề xuất áp dụng công nghệ số nhà máy thành lập KCN Việt Nam Nên phân loại nguồn thải trƣớc xử lý nƣớc thải loại Cần ý quy chuẩn xử lý nguồn thải loại chúng nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng thứ phát 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tài liệu tham khảo tiếng việt Ban quản lý KCN tỉnh Hƣng Yên, (2012), báo cáo việc rà soát quy hoạch, tình hình phát triển khai thác thực KCN địa bàn tỉnh Hƣng Yên Báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng Công ty Công ty Công ty TNHH Daido Amistar VN, năm 2019-2021 Báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng Công ty TNHH Keon Tech – Khu công nghiệp Phố Nối, năm 2019-2021 Báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng Công ty thép Nhật Quang, năm 2019-2021 Báo cáo kết quan trắc môi trƣờng định kỳ Công ty TNHH thành viên thép Hịa Phát – Khu cơng nghiệp Phố Nối, năm 2019-2021 Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2011), QCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nƣớc thải công nghiệp; Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2015), QCVN 08-MT:2015/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lƣợng nƣớc mặt; Đề tài nghiên cứu công nghệ xử lý nƣớc thải từ nhà máy xi mạ, Trƣờng đại học nông lâm TP.HCM, 2007 Đồng Thu Vân, 2011, Nghiên cứu Công nghệ xử lý nƣớc thải công nghiệp mạ điện cụm công nghiệp Phùng, Hà Nội 10 Nguyễn Trần Dung (2000), Xử lý nƣớc thải công nghiệp nhà máy xi mạ Hải Phịng 11 Sở Tài ngun Mơi trƣờng tỉnh Hƣng Yên, 2020, Báo cáo trạng môi trƣờng tỉnh Hƣng n 12 Tơ Thị Hiền, Lê Minh Hồng, Nguyễn Thị Phƣơng Thảo, Nguyễn Lý Sỹ Phú (2016), Xử lý nước thải xi mạ phương pháp keo tụ điện hóa sử dụng bể sục khí với điện cực hình trụ, Science & Technology Development 13 Lê Thu Huyền, (2017), Nghiên cứu xử lý ion niken crom có nƣớc thải mạ điện công nghệ sinh học 77 14 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình xử lý nước thải, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội II Tài liệu tham khảo Tiếng Anh: G.Mouedhena, M.Feki, M.D.PetrisWery, H.F Ayedi, (2009) Dr.rer.nat Christoph Pasel, Dipl.-Umweltw Anja Elsner, Heavy metal precipitation, University Duisburg Essen, Faculty of Engineering Siences Piero M.Armenante, Precipitation of heavy metals from wastewaters, New Jersey Institute of Technology, University Heights Newark, 2008 Yue LI, Min XI, Fanlong KONG, Chunyan YU, (2009) M.Vepsalainen, 2012, Electrocoagulation in the treatment of industrial waters and wastewaters, 2012 M.A.Barakatat, 2011, New trends in removing heavy metals from industrial wastewwater M.M.Emamjomeh, M.Sivakumar, 2009, Review of pollutants removed by electrocoagulation and electrocoagulation/flaotation precesses F.Akbal, S.Camci, Copper, 2011, Chromium and nickel removal from metal plating wastewater III Tài liệu tham khảo online Bộ Tài nguyên Môi trường, 2017 Công ty cổ phần PH Châu Âu (2017), , http://www.ph-eu.com.vn, /2017 https://123docz.net//document/4325577-cong-nghe-ma-kim-loai-kem.htm