(Luận văn) đánh giá sự ô nhiễm trong nước thải mạ và nghiên cứu chế tạo vật liệu phen sunphat sắt dùng cho xử lý nước thải công ty ống thép hòa phát

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - NGUYỄN THANH TUÂN lu an n va tn to p ie gh ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI MẠ VÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHÈN SUNPHAT SẮT DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI CƠNG TY ỐNG THÉP HỊA PHÁT d oa nl w oi lm ul nf va an lu LUẬN VĂN THẠC SĨ z at nh KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG z m co l gm @ an Lu Thái Nguyên – 2014 n va ac th si ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - NGUYỄN THANH TUÂN lu an n va p ie gh tn to ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI MẠ VÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHÈN SUNPHAT SẮT DÙNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI CƠNG TY ỐNG THÉP HỊA PHÁT nl w Chuyên ngành : Khoa học môi trường d oa Mã số ngành : 60440301 va an lu oi lm ul nf LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG z at nh Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRỊNH LÊ HÙNG z m co l gm @ an Lu n va Thái Nguyên – 2014 ac th si iii LờI CAM ĐOAN Sau thời gian nghiên cứu thực tập phịng thí nghiệm Trung tâm Công nghệ Môi trường Việt Nhật, với giúp đỡ giáo viên hướng dẫn PGS TS Trịnh Lê Hùng, em chọn đề tài: “Đánh giá ô nhiễm nước thải mạ nghiên cứu chế tạo vật liệu phèn sun phát sắt dùng cho xử lý nước thải Cơng ty ống thép Hịa Phát” làm Luận văn tốt nghiệp lu Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu độc lập thân em an với giúp đỡ tận tình thầy cô hướng dẫn bạn cán phịng va n thí nghiệm trung tâm Nếu có chép nào, em xin chịu hoàn Học viên p ie gh tn to toàn trách nhiệm w d oa nl Nguyễn Thanh Tuân oi lm ul nf va an lu z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si iv LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS TS Trịnh Lê Hùng thầy cô hướng dẫn em suốt trình học tập, nghiên cứu, thực tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Đánh giá ô nhiễm nước thải mạ nghiên cứu chế tạo vật liệu phèn sun phát sắt dùng cho xử lý nước thải Cơng ty ống thép Hịa Phát” Sự giúp đỡ lu Thầy, Cơ giúp em vượt qua khó khăn để hoàn thành tốt luận văn an Em xin cám ơn thầy cô giáo Khoa Môi Trường – va n Trường Đại Học Nông lâm Thái Nguyên tân tình dạy dỗ truyền đạt kiến Em xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Trung tâm Công nghệ Môi ie gh tn to thức cho em năm học trường p trường tạo điều kiện giúp đỡ tận tình em suốt thời gian thực tập viết luận văn trung tâm Những kiến thức thực tiễn có ý nghĩa to lớn w d oa nl giúp em nâng cao trình độ chun mơn cho phép em hoàn thành luận văn va an lu Học viên oi lm ul nf z at nh Nguyễn Thanh Tuân z m co l gm @ an Lu n va ac th si v MụC LụC Nội dung Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix lu DANH MỤC HÌNH .x an MỞ ĐẦU va n Đặt vấn đề 2.1 Mục tiêu tổng quát: ie gh tn to Mục tiêu đề tài p 2.2 Mục tiêu cụ thể: Yêu cầu đề tài .3 w oa nl Ý nghĩa đề tài d CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU lu va an 1.1 Cơ sở pháp lý, lý luận 1.1.1 Cơ sở pháp lý nf oi lm ul 1.1.2 Cơ sở lý luận 1.2 Đặc điểm ngành mạ nhúng nóng giới Việt Nam z at nh 1.2.1 Lịch sử hình thành cơng nghệ mạ nhúng nóng 1.2.2 Giá trị mạ nhúng nóng .8 z @ 1.2.3 Ứng dụng công nghệ mạ nhúng nóng .9 l gm 1.2.4 Quy trình cơng nghệ mạ nhúng nóng .11 1.2.5 Hiện trạng ô nhiễm môi trường: 13 m co 1.2.6 Tác hại khả ô nhiễm bùn thải gây môi trường [5] .16 an Lu 1.3 Các chất keo tụ, trợ keo tụ hấp phụ 17 n va ac th si vi 1.4 Các loại phèn dùng xử lý sơ nước thải giới Việt nam [4] 20 1.5 Giới thiệu sắt (III) hydroxyt 24 1.5.1 Đặc tính sắt (III) hydroxyt (Fe(OH)3) [6] 24 1.5.2 Giới thiệu phèn sắt Polytetsu 25 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 lu 2.1 Đối tượng nghiên cứu 26 an 2.2 Phạm vi thời gian nghiên cứu 26 va n 2.3 Nội dung nghiên cứu 27 to 2.3.2 Nghiên cứu khả kết tủa thực phản ứng sắt (III) hydroxyt ie gh tn 2.3.1 Đánh giá trạng ô nhiễm môi trường 27 p với Axít sunfuric 27 2.3.3 Đánh giá hiệu phèn sắt sunphat 27 w oa nl 2.4 Phương pháp nghiên cứu 27 d 2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp .27 lu va an 2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp .28 2.4.3 Phương pháp lấy mẫu .28 nf oi lm ul 2.4.4 Một số tiêu phân tích chất lượng nước 29 2.4.5 Phương pháp lấy mẫu nước 30 z at nh 2.4.6 Bố trí thí nghiệm nước thải nhà máy giấy .30 2.4.7 Phương pháp thực nghiệm .31 z @ 2.5 Ứng dụng sản phẩm .34 l gm CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Đánh giá ô nhiễm nước thải mạ cơng ty Ống thép Hịa Phát 35 m co 3.1.1 Giới thiệu công ty ống thép Hòa Phát 35 an Lu 3.1.2 Công nghệ sản xuất Nhà máy 36 3.1.3 Nguồn phát sinh ô nhiễm 38 n va ac th si vii 3.2 Đánh giá khả kết tủa thực phản ứng sắt (III) hydroxyt với Axít sunfuric 51 3.2.1 Xác định thành phần hóa học kim loại bột hydroxyt thu hồi từ bột sắt nhà máy ống thép Hòa Phát .51 3.2.2 Chế tạo phèn Polytetsu [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m 53 3.2.3 Phân tích xác định thành phần sản phẩm .54 3.2.4 Đánh giá khả thủy phân tạo polytetsu tự chế tạo 56 lu 3.3 Đánh giá hiệu phèn sắt(III) sunphat 57 an 3.3.1 So sánh với số vật liệu phèn nhơm PAC thị trường có Phèn va n sắt (III)sunphat 57 to 3.3.3 Đánh giá khả ứng dụng thực tế 63 ie gh tn 3.3.2 Đánh giá khả sản xuất bảo quản 62 p 3.3.4 Đánh giá triển vọng 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 w oa nl Kết luận .65 d Kiến nghị 66 oi lm ul nf va an lu z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chú thích lu an n va Bộ Tài nguyên Mơi trường BOD Nhu cầu oxi sinh hóa BQL Ban quản lý COD Nhu cầu oxi sinh học CHXHCN Cộng hịa xã hội chủ nghĩa CP Chính phủ DO Hàm lượng oxi hịa tan ĐTM Đánh giá tác động mơi trường HĐKT Hợp đồng kinh tế KCN Khu công nghiệp ie gh tn to BTNMT Nghị p NQ NĐ w oa Tiêu chuẩn cho phép nf va Trách nhiệm hữu hạn oi lm ul TNHH Quốc hội an TCCP lu QH Quy chuẩn Việt Nam d QCVN Poly Alumin Clorua nl PAV Nghị Định Tiêu chuẩn Việt Nam TSS Tổng chất rắn lơ lửng VIFOTEC Vietnam fund for supporting technological z at nh TCVN z m co l gm Nam) @ creations (Quỹ hỗ trợ sáng tạo Kỹ thuật Việt an Lu n va ac th si ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 Một số tiêu phân tích nước mặt 29 Bảng 3.1 Kết phân tích mẫu nước thải sinh hoạt 42 Bảng 3.2 Thành phần nước thải sản xuất trước xử lý 45 Bảng 3.3 kết phân tích nước thải mạ 47 Bảng 3.4 Kết phân tích nước thải sau xử lý 50 lu Bảng 3.5 Kết kiểm tra sắt bột sắt thải 52 an Bảng 3.6 Các tỉ lệ hóa chất dùng điều chế phèn sắt polytetsu 53 va n Bảng 3.7 Kết chế tạo phèn sắt polytetsu phối trộn H2O: H2SO4 .54 sản phẩm điều chế 55 ie gh tn to Bảng 3.8 Kết phân tích thành phần hóa học polytetsu thị trường p Bảng 3.9 Khảo sát q trình đơng keo tụ sử dụng chất keo tụ nồng độ phèn sắt (III) sunphat với hàm lượng thay đổi để xác định tốc độ lắng (trong 100ml mẫu w oa nl nước thải giấy) 56 d Bảng 3.10 Độ đục (NTU) tỉ lệ tăng, giảm độ đục (%) theo thời gian keo tụ lu va an phèn nhôm PAC 57 Bảng 3.11 Biến động pH hàm lượng AL (mg/l) theo thời gian sau xử lý hóa chất58 nf oi lm ul Bảng 3.12 Độ đục (NTU) tỉ lệ tăng, giảm độ đục (%) theo thời gian keo tụ sản phẩm phèn Sắt chế tạo 59 z at nh Bảng 3.13 Biến động pH hàm lượng Fe tổng (mg/l) theo thời gian sau xử lý hóa chất 60 z m co l gm @ Bảng 3.14 Tính chi phí sản xuất 1kg phèn 62 an Lu n va ac th si x DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ mạ ống kẽm nhúng nóng 11 Hình 1.2 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải mạ[1] 12 Hình 2.1 Đường chuẩn Fe 31 lu Hình 2.2 Đường chuẩn Mn 32 an Hình 2.3 Đường chuẩn NH4+ .33 va n Hình 2.4 Đường chuẩn COD 33 sau .35 ie gh tn to Hình 3.1 Vị trí giới hạn tọa độ tiếp giáp Cơng ty thể hình p Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy ống Thép Hịa Phát 37 Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải Công ty ống thép Hịa Phát 43 w oa nl Hình 3.4 Biểu đồ COD nước thải công Mạ .48 d Hình 3.5 Biểu đồ BOD nước thải công Mạ .49 lu va an Hình 3.6 Biểu đồ Fe nước thải công Mạ 49 Hình 3.7 Thành phần bùn thải 52 oi lm ul nf z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 54 Bảng 3.7 Kết chế tạo phèn sắt polytetsu phối trộn H2O: H2SO4 Mẫu Tỉ lệ pH Nhận xét (ml:ml) 15: 15 Bột sắt chưa tan hết Mẫu II 15: 20 3,4 Bột sắt bị kết lại với nhâu không tan Mẫu III 20 : 20 3,7 Bột sắt bị kết lại với nhâu không tan Mẫu IV 25 : 23 3,5 Bột sắt keo lại màu đỏ nâu Mẫu V 25 : 25 3,2 Bột sắt keo lại màu đỏ nâu Mẫu VI 25 : 26 Bột sắt keo lại, màu vàng (sau 24h) 30 : 26 2,8 Bột sắt keo lại, màu vàng (sau 48h) 30 : 30 lu Mẫu I an n va ie gh tn to p Mẫu VII Bột sắt đóng bánh, có màu trắng vàng (10 phút) oa nl w Mẫu VIII (Nguồn: Kết nghiên cứu) d an lu Dựa vào biểu đồ cho thấy Mẫu số VII đạt giá trị thích hợp nhất: tỉ lệ bột sắt ul mặt thị trường nf va 50g: nước 30ml: H2SO4 đặc 26ml So sánh với phèn Polytetsu Nhật có oi lm 3.2.3 Phân tích xác định thành phần sản phẩm z at nh Cũng giống chất keo tụ nhôm phát triển năm gần có tên Poly Alumin Clorua (nhơm PAC), có cơng thức tổng quát z [AlClX(OH)3-x]n, loại hợp chất keo tụ sắt có tên gọi thị @ gm trường Polytetsu, tương tự phèn sắt trước khơng phải đơn x = momome Fe2 (SO4)3 n va x = momome Fe2(OH)2 (SO4)2 an Lu Căn vào cơng thức thấy m co [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m l muối kép Fe2(SO4)3 mà polyme có cơng thức tổng qt ac th si 55 x = momome Fe2(OH)4SO4 Hòa tan 1g sản phẩm điều chế lít nước 1g sản phẩm polytetsu thị trường lít nước, tiến hành phân tích so sánh loại sản phẩm + Nếu trừ số mol SO42+ cho số mol Ca2+ Fe3+ số mol SO42Polytetsu thị trường : 7,5 – ( 0,5 + (2,8*3/2) = 2,8 mM H2SO4 pH   lg[H  ]   lg( lu 2,8* )  2, 25 1000 an Vậy polytetsu thị trường có pH = 2,25 va n Bảng 3.8 Kết phân tích thành phần hóa học polytetsu thị to gh tn trường sản phẩm điều chế Tên mẫu Ca2+ Màu sắc p ie 20 157,1 Số mM 2,8 Vàng tươi nhạt 40 115,8 2,1 mg/l pH 720 Số mM 7,5 3 mg/l d oa nl w Trên thị trường SO42- Số mM 0,5 mg/l (Polytetsu) Fe3+ Vàng tươi nhạt ul nf va an lu Sản phẩm điều chế oi lm (Nguồn: Kết nghiên cứu) + Polytetsu điều chế : 7,3 – ( + 2,1*3/2) = 3,15 mM H2SO4 z at nh pH   lg[H  ]   lg( 3,15* )  2, 1000 z gm @ Với số mol pH = 2,2 gần polytetsu thị trường pH= 2,25 Như vây thấy sản phẩm gần tương đương, khác l m co nồng độ Ca2+ dung dịch pha 1g sản phẩm 1lit nước Đó xử lý nước thải trước mạ chứa Fe2+ Fe3+ nhà máy an Lu dùng nhiêu vôi nên lượng Ca2+ cộng kết với kết tủa sắt (III) hydroxyt n va ac th si 56 nhiều Còn sản phẩm thị trường người ta loại Ca2+ nên cịn lại ít, chất lượng cao 3.2.4 Đánh giá khả thủy phân tạo polytetsu tự chế tạo - Sự keo tụ phèn sắt (III) ảnh hưởng đến pH nước thải xử lý Bảng 3.9 Khảo sát q trình đơng keo tụ sử dụng chất keo tụ nồng độ phèn sắt (III) sunphat với hàm lượng thay đổi để xác định tốc độ lắng (trong 100ml mẫu nước thải giấy) 10 2,5 9,2 Xuất kết tủa 5,0 8,5 10 Kết tủa lớn 7,5 7,4 14 Tạo rõ rệt, bắt đầu lắng nhanh, nước 10,0 6,8 19 Tạo lớn 6,2 22 Tạo lớn 15,0 5,5 40 Tạo lớn 20,0 4,3 55 Tạo lớn Thời gian lắng Kết Khơng lắng, có màu đen n va pH oa an Hàm lượng phèn sắt (III) sunfat (mg) tn lu STT to p ie gh nl w 12,5 d nf va an lu ul (Nguồn: Kết nghiên cứu) oi lm Nhận xét: z at nh - Ta nhận thấy khả keo tụ phèn sắt nước thải giấy tối ưu 75mg phèn cho lít nước thải phèn sắt ( [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2] m) z - Khả keo tụ phèn sắt bền vững nhiều so với chất keo - Giảm nồng độ Phosphat nước: an Lu H2S + Fe2+ = FeS + 2H+ m co H2S + 2Fe3+ = S + 2Fe2+ + 2H+ l gm - Giảm mùi theo chế: @ tụ gốc nhôm n va ac th si 57 FePO4  Fe3+ + PO43- = - Tốc độ keo tụ nhanh, áp dụng cho dải pH rộng - Có khả làm giảm BOD, COD nước thải, có khả loải bỏ kim loại nặng phốt 3.3 Đánh giá hiệu phèn sắt(III) sunphat 3.3.1 So sánh với số vật liệu phèn nhôm PAC thị trường có Phèn sắt (III)sunphat lu * Phèn nhôm PAC: an Phèn nhôm PAC: cho vào nước chúng phân ly thành Al3+ -> Al(OH)3 va n Al3+ + 3H2O -> Al(OH)3 + 3H+ to - pH < 4.5: không xảy trình thuỷ phân - pH = – 8.5: đạt tốt p ie gh tn Độ pH nước ảnh hưởng trực tiếp đến trình thuỷ phân: w - pH > 8.5: hiệu keo tụ không tốt oa nl – Nhiệt độ nước thích hợp vào khoảng 20 - 40oC, tốt 35 - 40oC d * So sánh phèn sắt (III) sunphat phèn nhôm PAC lu va an - Phèn nhôm PAC: ul nf Bảng 3.10 Độ đục (NTU) tỉ lệ tăng, giảm độ đục (%) theo thời gian Độ đục nghiệm bắt Sau Sau 12 Sau 24 z at nh Thực oi lm keo tụ phèn nhôm PAC Độ đục Tỉ lệ % Độ đục Tỉ lệ % Độ đục Tỉ lệ % đầu -0,07 z 259 231 -10,08 10 259 209,5 15 259 20 259 254 250 -3,47 202,2 -21,9 166,3 -35,8 -19,1 178,1 -31,2 151,2 -41,6 172,4 -33,4 160,3 -38,1 140,6 -45,7 144 -44,4 112,6 -56,5 -47,1 gm -1,93 an Lu 257 l 259 @ m co 137 n va (Nguồn: Kết nghiên cứu) ac th si 58 Độ đục: Nguồn nước thí nghiệm lấy từ nước thải giấy có độ đục cao, bắt đầu thí nghiệm độ đục trung bình nước tất lơ thí nghiệm khoảng 259NTU Sau xử lý hóa chất độ đục giảm nhanh mẫu có xử lý hóa chất, vào thời điểm sau xử lý, độ đục mẫu có xử lý hóa chất thấp khác biệt có ý nghĩa (P [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m + Bột sắt thải: 500g ie gh tn to Theo thực nghiệm thực tế để sản xuất 1kg phèn cần phối liệu: p + Axit sunfuric: 260ml + Nước bổ xung: 300 ml nl w oa - Chỉ tiêu nguyên liệu d Bột sắt thải dạng bột mịn khơng vón cục, không lẫn rác lu va an Hàm lượng Fe tổng  90% khối lượng hàm lượng Fe(II) < 5%, hàm lượng ẩm ul nf